Спосіб полімеризації сірки

Винахід відноситься до хімічної технології, зокрема до способів отримання полімерної сірки із розплавленої. Відомий спосіб полімеризації сірки шляхом її підігріву до температури 140-150°С в паровому змієвиковому плавильному апараті і догріву до 390-395°С з допомогою газової печі [1]. Недоліком способу є двох-стадійність і складність процесу полімеризації сірки, великі витрати тепла. Найбільш близьким по досягнутому результату до заявлюваного є спосіб полімеризації сірки в полімеризаторі при інтенсивному переміщуванні мішалкою при температурі ~ 220°C, витримці протягом 2 годин при тій же температурі і під тиском 0,3-0,6 МПа [1]. Нагрів до температури полімеризації забезпечується циркуляцією в рубашці полімеризатора високотемпературного носія з температурою 240°C, наприклад ПМС-100, ПМС-200 або ПМС-300. Теплоносій нагрівають з допомогою електронагрівача і насосом подають в рубашку полімеризатора. Відомий спосіб має цілий ряд недоліків, серед яких: складність здійснення процесу і його апаратурного оформлення, великі енерговитрати на перемішування сірки, підігрів теплоносія і передачу тепла сірці через стінку полімеризатора, нерівномірність нагріву сірки, обумовлена цим необхідність її інтенсивного перемішування і, відповідно, низький коефіцієнт корисної дії (ККД). Задача винаходу - розробка способу полімеризації сірки, в якому шляхом зміни технологічних прийомів і параметрів досягається здійснення плавного, рівномірного нагріву сірки, завдяки чому підвищується ККД і ступінь полімеризації сірки. Задача вирішуєте тим, що у відомому способі полімеризації сірки, який включає нагрів її до температури полімеризації при інтенсивному перемішуванні, згідно винаходу, нагрів з перемішуванням поєднують і здійснюють шляхом циркуляції рідкої сірки погружним сірчаним насосом, а в межах температур 150-170°С під рівень рідкої сірки вводять стабілізатор в кількості 0,02-0,06% від маси сірки. Відмінністю способу є також те, що в якості стабілізатора використовують бром. Здійснення нагріву, поєднаного з перемішуванням, шляхом передачі рідкій сірці механічної енергії дозволяє зменшити витрати електроенергії на виконання одного і того ж об'єму роботи. Використання для цієї мети погружного сірчаного насосу, або іншого апарату такої ж дії, забезпечує рівномірність нагріву, скорочення циклу нагріву і, відповідно, полімеризації сірки, тому що в процесі має місце велика кількість усмоктування - нагнітання, завдяки чому за рахунок тертя на молекулярному рівні механічна енергія переходить в теплову. Такий спосіб здійснення полімеризації забезпечує отримання в кінцевому результаті продукту високої якості зі збільшеним вмістом полімеру. Введення стабілізатора, що одночасно знижує в'язкість сірки, дозволяє зм'якшити при нагріві перехід пікової в'язкості сірки, який наступає при 187°С. Подача стабілізатора під рівень рідкої сірки напередодні досягнення нею температури пікової в'язкості, тобто з області температур 150-170°С, понижує в'язкість сірки і дозволяє перейти пік в'язкості без перевантаження двигуна насосу. Експериментально доведено, що введення стабілізатора в межах 0,02-0,06% від маси сірки забезпечує необхідне зменшення в'язкості і одночасно збереження високого ККД насоса. В якості стабілізатора використовують галогени, переважно рідкий бром. Введення брому відразу в рідку сірку, а не в межах температур 150-170°С, приводить до збільшення витрат брому, циклу нагріву сірки і зменшення ККД насоса. Введення брому в кількості менше 0,02% від маси сірки на забезпечує достатнього зниження в'язкості сірки, а більше 0,06% приводить до збільшення циклу нагріву і, відповідно, зниження ефективності процесу. Здійснення способу пояснюється з допомогою установки, зображеної на рисунку. Установка складається з емальованого реактора 1 об'ємом 1,6 м3, що обладнаний погружним насосом 2. Рідку сірку з температурою 125-140°С заливають в емальований реактор 1 в кількості 1,0 м3. Шляхом циркуляції рідкої сірки з допомогою насоса 2 по вказаній схемі сірка нагрівається до не менше 250°С. Для попередження пікової в'язкості при температурі сірки 160°С під рівень сірки вводять рідкий бром в кількості біля 1,5 кг (0,5 л), що складає 0,05% від маси сірки. При цьому знижується в'язкість сірки і циркуляція проходить без перевантаження двигуна. Для порівняння проводили процес полімеризації сірки в кількості 1 м3 в одному і тому ж реакторі при початковій температурі сірки 125°С з використанням брому, хлору і по прототипу з нагрівом теплоносієм. Споживана потужність у всіх прикладах замірювалась з допомогою вимірювального комплексу К-506. Одним з показників брали градієнт температур, який визначається як різниця температур в центрі і біля стінки (на відстані 0,1 м) реактора, і характеризує рівномірність нагріву рідкої сірки. Результати дослідів приведені в таблиці. З приведених результатів видно, що заявлений спосіб забезпечує різке підвищення інтенсивності І однорідності нагріву, збільшення ККД при одночасному рості полімеру в сірці. Запропонований Спосіб Прототип Показники добавка-бром добавка-хлор Час нагріву до температури 230°С, хв. 240 45 60 Затрачено потужність, кВт. 93,7 40,2 62,7 Градієнт температур, °С 8 0 0 ККД, % 39,48 92 92 Вміст полімерної сірки після охолодження і кристалізації сірки,% 33,4 45,7 42,3