Способ деструкции иприта

Изобретение относится к химии сероорганических соединений, а именно к разработке способа утилизации бис(2-хлорэтил) сульфида - иприта. Способ деструкции иприта осуществляется с помощью физических методов воздействия. Иприт обрабатывают в роторном дезинтеграторе на встречных потоках при гравитационном воздействии 400-550 g в присутствии воды в количестве 20-30% от веса перерабатываемого иприта. Иприт подвергают воздействию в данном режиме на нескольких последовательных дезинтеграторах. Смесь после дезинтеграции разделяют на сепараторе. Изобретение позволяет упростить способ утилизации. Данный способ высокопроизводителен (для переработки 200 л иприта требуется около 1 часа), позволяет получать конечный продукт с любой заданной степенью конверсии иприта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к химии сероорганических соединений, а именно к разработке способа утилизации бис(2-хлорэтил)сульфида-иприта.

Дезактивация иприта затрудняется его практической нерастворимостью в растворителе, в котором он является потенциально наиболее реакционноспособным - в воде. В известных методах детоксикации иприта, протекающих в водных средах, предусматривается окисление (Пат. РФ №2034833, 1995, кл. С 07 С 317/04; Пат. РФ №20339039, 1995, кл. С 07 С 319/20) или дегидрохлорирование (Поконова Ю.В. "Галоидсульфиды". Л., 1977, с.148-149). Интенсификация процессов достигается использованием растворителей (Bales S.H., Nickelson S.A., J.Chem.Soc., 1922, р.2137-2139. Щербакова Л.Ф., Шантроха А.В., Гормай В.В. и др. В сб. Экологические проблемы уничтожения химического оружия. Тез. докл. научи.-конф. (10-11 июня 1993 г.). Вольск, 1993, с.13-14), применением межфазного катализа или микроэмульсионного метода (Menger F.M., Elrington A.R., J.Am.Chem., Soc., 1990, v.112, N 22, p.8201-8203).

Однако каждый из этих приемов обладает своими недостатками, которые не позволяют их рассматривать в плане разработки высокоэффективных технологий дезактивации в связи с неполной конверсией иприта.

Известен метод детоксикации иприта путем обработки его водным раствором щелочи в среде гидрофобного растворителя с участием катализаторов межфазного переноса (Щербакова Л.Ф., Шантроха А.В., Гормай В.В. и др. В сб. Экологические проблемы уничтожения химического оружия. Тез. докл. научн. конф. (10-11 июня 1993 г.). Вольск, 1993, с.13-14). Процесс проводят при 40-60°С при перемешивании посредством вибрации.

Недостатком способа является то, что основным продуктом реакции (46%) является токсичный продукт полупревращения иприта - 2-хлорэтилвинил-сульфид.

Известен способ утилизации иприта путем переработки его в безопасные продукты обработкой его водным раствором щелочи (КОН или NaOH) в среде гидрофильного растворителя - диметилсульфоксида (ДМСО) или гексаметилтриамидофосфата (ГМФТА) - в условиях ультразвукового воздействия (частота 22 кГц) в течение не более 30 минут (пат. РФ №2139855, 1999, кл. С 07 С 23/03). При этом конверсия иприта достигает 99,999%, а органическим продуктом реакции является малотоксичный дивинилсульфид.

Недостатком способа является неполнота конверсии иприта - при переработке бочки иприта остается 2.2 г исходного соединения, что создает проблему доочистки полученной смеси.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ деструкции иприта (пат. РФ №2154803, 2000, кл. С 06 D 7/00, F 42 D 5/04), заключающийся в пиролизе иприта токами сверхвысоких частот - СВЧ (частота 900-2500 МГц при мощности тока 50-55 кВт) в присутствии графитового порошка.

Разрушение химических связей отравляющего вещества происходит без химической реакции, на физическом уровне. Иприт распределяется по поверхности углеродной смеси высокой реакционной способности на уровне молекулярного слоя. Углеродная смесь, являясь токопроводящим материалом, под действием тока СВЧ накапливает на поверхности частиц статические заряды. При достижении зарядами критических величин происходят разряды в виде микродуг, количество которых исчисляется миллионами в секунду. Таким образом, в течение нескольких минут углеродная масса совместно с отравляющим веществом, подлежащим уничтожению, разогревается до 2000-4000°С.

Недостатком указанного метода является проведение процесса в области сверхвысоких температур, что требует специального оборудования и больших расходов энергии. Кроме того, происходящий процесс является взрывоопасным, что требует использования дополнительных мер безопасности.

Задачей, стоявшей перед авторами, являлось создание более безопасного процесса на основе деструкции иприта с помощью физических методов воздействия.

Указанная задача решалась путем воздействия на молекулу иприта гравитационных сил, способных разорвать связь C-S в его молекуле, энергия которой составляет в данном случае 48.86 ккал (Булл Г.Б. Физическая биохимия. М.: “ИИЛ”, 1986, с.23).

Было установлено, что указанная степень воздействия на иприт может быть достигнута при использовании роторных дезинтеграторов, обеспечивающих силу столкновения 400-550g с производительностью около 330 л/час, работающих в непрерывном режиме. Процесс проходит в присутствии воды, взятой из расчета 20-30% по весу от перерабатываемого иприта. Влияние режима работы дезинтегратора на конверсию иприта приведено в таблице.

Таблица Влияние режима работы дезинтегратора(ов) на конверсию иприта (240 г воды на кг иприта)
Ускорение силы тяжести, g	Энергия воздействия на связь в молекуле, ккал	Степень конверсии иприта, %
При одиночном дезинтеграторе	При двух последовательных дезинтеграторах
150	12.2	40.2	57.2
200	22.6	56.1	78.1
250	33.1	73.4	88,3
300	45.4	81.2	95.1
350	56.1	89.0	98.5
400	67.6	93.7	99.5
450	69.6	98.9	99.91
500	73.1	99.89	99.9934
550	76.6	99.99	99.99997

Как видно из приведенной таблицы, при работе на одном дезинтеграторе степень конверсии иприта при 550g составляет 99,99%, в связи с чем целесообразно использование нескольких дезинтеграторов, установленных последовательно. В частности, при использовании двух таких устройств при 550g степень деструкции иприта достигает 99,99997%, т.е. при переработке бочки иприта остается около 70 мг исходного вещества, что полностью позволяет решать поставленную задачу (при необходимости возможна доочистка полученного продукта биологическими методами). При использовании 4 дезинтеграторов уже при 450g степень конверсии составляет 99,9999%, а при 400g - 99,992%. Т.е. в заявляемом диапазоне режима обработки иприта технология может быть выбрана для данного производства оптимальным образом, исходя из характеристик используемой техники, ее ассортимента и особенностей поставленной задачи.

Проведение процесса дезинтеграции в присутствии воды в основном связано с решением проблемы удаления из полученного продукта выделившихся в ходе конверсии иприта серы и сероводорода. При использовании менее 20% воды не удается добиться полного извлечения серы и сероводорода, использование более 30% воды нецелесообразно, т.к. создает проблемы с очисткой дополнительных количеств воды.

Вместе с тем было установлено, что в условиях дезинтеграции при воздействии силы тяжести происходит изменение структуры воды с образованием тетраэдрических форм. При этом происходит изменение свойств жидкости. В частности, было обнаружено, что в присутствии такой воды сера выпадает в осадок не в виде мелкодисперсных или коллоидных частиц, а в виде конгломератов с размером частиц 35-37 мкм. Одновременно конечный продукт вместо этиленовых производных содержит продукт их конденсации - бутиловый спирт.

После завершения цикла дезинтегрирования полученная смесь поступает на сепаратор, где из нее удаляют серу, а смесь воды, бутилового спирта и сероводорода поступает на дальнейшую переработку традиционными методами.

Описанный метод относительно прост, высопроизводителен (для переработки 200 л иприта требуется около 1 часа), позволяет получать конечный продукт с любой заданной степенью конверсии иприта.

1. Способ деструкции иприта с помощью физических методов воздействия, отличающийся тем, что иприт обрабатывают в роторном дезинтеграторе на встречных потоках при гравитационном воздействии 400-550 g в присутствии воды в количестве 20-30% от веса перерабатываемого иприта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что иприт подвергают воздействию в данном режиме на нескольких последовательных дезинтеграторах.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что смесь после дезинтеграции разделяют на сепараторе.