В статье рассматривается способ получения сероуглерода из метана и серы, в качестве совершенствования процесса предложен новый более селективный катализатор.

Ключевые слова: сероуглерод, производство сероуглерода, природный газ, парогазовый процесс, катализатор, синтез сероуглерода.

Сероуглерод является многотоннажным продуктом химической промышленности. Производство сероуглерода началось еще в 20-е годы прошлого столетия и с тех пор развивается, и совершенствуется на сегодняшний день. [1, с. 7]

Молекула сероуглерода имеет линейную симметричную структуру:

S = C = S

Внешний вид: тяжелая бесцветная жидкость. Чистый свежеприготовленный сероуглерод имеет эфирный запах, при долгом хранении запах становится резким

— дипольный момент молекулы равен нулю

— относительная молекулярная масса 76,143

Точки фазового перехода:

— температура плавления минус 111,61±0,03 ˚C

— температура затвердевания минус 116,8 ˚C

— температура кипения минус 46,25±0,01 ˚C

— криоскопическая постоянная Kf = 3,8

— эбулиоскопическая постоянная Kb = 2,37

Механические свойства:

— плотность 1292,7 кг/м3 при 0 ˚C

— плотность в твердом агрегатном состоянии 1539 кг/м3

Критические параметры:

— критическая плотность 𝜌кр = 0,3679 г/см3

— критический объем 2,718 см3/г

— критическая температура tкр = 279 ˚C — наивысшая температура, при которой пары сероуглерода еще могут быть превращены в жидкость.

Диффузия:

— коэффициент диффузии D сероуглерода в воздухе при атмосферном давлении: 0,0892 см2/с при 0 ˚C. [2, с. 6]

Сероуглерод является важным химическим соединением, поскольку он используется для получения других химикатов. Он может действовать как промежуточный химический продукт.

Он также используется в качестве технологического растворителя, например, для растворения фосфора, серы, селена, брома, йода, жиров, смол, восков, лаков и камедей.

Это позволяет, среди прочего, производить фармацевтические продукты и гербициды.

Из сероуглерода получают ксантаты, которые представляют собой соединения, используемые при производстве вискозы и целлофана.

Для получения искусственного шелка или искусственного шелка используется целлюлоза, которую обрабатывают щелочью и сероуглеродом, и она превращается в ксантогенат целлюлозы, растворимый в щелочи. Этот раствор вязкий и поэтому называется «вязким». [3]

Синтез сероуглерода заключается в том, что жидкая сера и очищенный природный газ поступают в змеевик печи синтеза, где начинается частичное взаимодействие паров серы и метана, входящего в состав природного газа.

Синтез сероуглерода протекает в печах, выполненных из стали, футерованных внутри огнеупорным кирпичом. Окончательно реакция проходит в реакторе, заполненном катализатором.

Внутри каждой печи находится змеевик из специальной стали, по которому проходит реакционная смесь. Змеевик обогревается теплом, получаемым в результате сжигания топливного газа в горелках. Для осуществления процесса синтеза сероуглерода в верхний виток змеевика печей подают жидкую серу.

Серу на синтез подают с избытком, расход серы регулируют в зависимости от расхода природного газа. Давление природного газа при подаче его в змеевик печи должно быть в пределах от 2,8 до 7,5 бар.

Температуру реакционной смеси на выходе из печи регулируют в пределах от 650 до 680 ˚С. Подогретая в змеевике парогазовая смесь поступает в верхнюю часть реактора.

Реактор представляет собой вертикальный аппарат, изготовленный из стали, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и бетоном, заполненный насадкой (кольцами Рашига) и катализатором.

Температура реакционных газов на выходе из реактора должна быть в пределах от 575 до 645 ˚С. [2, с. 142]

На основании проведенного анализа научно-технической и патентной литературы предложен вариант усовершенствования процесса синтеза сероуглерода путем замены используемого алюмоксидного катализатора на никелевый катализатор состава: 4,7–5,4 % NiO и ~1,3 % активной окиси ɤ-Al ₂ O ₃ на носителе (технический глинозем ~ 93,6 % общей массы).

Природный газ совместно с парами серы при соотношении CH _4: S ₂ = 1: 2,3 пропускают через реактор при температуре 580–680 °С. [4]

При этом конструкция реактора не нуждается в модификации и доработке.

Данный катализатор является более селективным и позволяет получить выход сероуглерода по стадии синтеза равный 98,00 %.

Таблица 1

Сравнение параметров способа промышленного аналога и нового способа получения целевого продукта

Литература:

1 Смуров, В. С. Производство сероуглерода. / В. С. Смуров, А. А. Аранович. — Ленинград: Химия, 1966. — 267 с.

2 Пеликс, А. А. Химия и технология сероуглерода. / А. А. Пеликс, Б. С. Аранович, Е. А. Петров, Р. В. Котомкина. — Ленинград: Химия, 1986. — 224 с

3 Справочник физико-химических свойств — Режим доступа: https://ru1.warbletoncouncil.org/disulfuro-de-carbono-8797 (дата обращения 19.03.2023)

4 Патент NL 014709B1, МПК C01B 31/26, Способ получения сероуглерода / Местерс Каролус Маттиас Анна Мария, Схонебек Рональд Ян; заявитель и патентообладатель ЕЛЛ ИНТЕРНЭШНЛ РИСЕРЧ МААТСХАППИЙ Б. В. (NL); заявл. 14.05.2007; опубл. 28.02.2011.