Құрамында күкіртсутек бар газдарды түйіршікті никель электродында тотықтыру ерекшеліктерін зерттеу
МАЗМҰНЫ
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУ БЕЛГІЛЕРІ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3 1 Күкірт және оның қосылыстарының физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физика . химиялық қасиеттері ... ... ...6
1.2 Күкіртсутектің физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.4 Сульфит − иондарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ...11
1.5 Сульфат− иондарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ..12
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру әдістері ... ..16
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық әдісі ... ... ... .18
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
1.9Ұнтақты немесе түйіршікті электродтардың қасиеттері мен электрохимиядағы қолданысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
2.1 Күкіртсутек газын алуға және тотықтыруға арналған қондырғылардың конструкциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
2.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдердің анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.3 Күкіртсутектің тотығуына ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... .39
2.4 Күкіртсутектің тұз қышқылы ерітіндісінде тотығуына концентрацияның әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
2.5 Күкіртсутектің тотығуына электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ..44
2.6 Күкіртсутектің тотығуына газ көлемінің әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
2.7 Күкіртсутектің тотығуына температураның әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
2.8Күкіртсутекті түйіршікті никель электродында тотықтырып, залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілін жасау ... ... ... ... ... ... ... ... .50
3 ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
3.1 Мұнай өндіру және өңдеу орындарынан бөлінетін газдар құрамындағы күкіртсутекпен жұмыс істеудің қауіпсіздік ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..53
3.2 Күкіртсутектің адам ағзасына әсері және қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... .53
3.3 Күкірт диоксидімен, күкіртсутекпен уланған адамдарға дәрігерге дейінгі алғашқы көмек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
4 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...56
5 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУ БЕЛГІЛЕРІ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3 1 Күкірт және оның қосылыстарының физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физика . химиялық қасиеттері ... ... ...6
1.2 Күкіртсутектің физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.4 Сульфит − иондарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ...11
1.5 Сульфат− иондарының электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ..12
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру әдістері ... ..16
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық әдісі ... ... ... .18
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
1.9Ұнтақты немесе түйіршікті электродтардың қасиеттері мен электрохимиядағы қолданысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
2.1 Күкіртсутек газын алуға және тотықтыруға арналған қондырғылардың конструкциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
2.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдердің анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.3 Күкіртсутектің тотығуына ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... .39
2.4 Күкіртсутектің тұз қышқылы ерітіндісінде тотығуына концентрацияның әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
2.5 Күкіртсутектің тотығуына электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ..44
2.6 Күкіртсутектің тотығуына газ көлемінің әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
2.7 Күкіртсутектің тотығуына температураның әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
2.8Күкіртсутекті түйіршікті никель электродында тотықтырып, залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілін жасау ... ... ... ... ... ... ... ... .50
3 ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
3.1 Мұнай өндіру және өңдеу орындарынан бөлінетін газдар құрамындағы күкіртсутекпен жұмыс істеудің қауіпсіздік ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..53
3.2 Күкіртсутектің адам ағзасына әсері және қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... .53
3.3 Күкірт диоксидімен, күкіртсутекпен уланған адамдарға дәрігерге дейінгі алғашқы көмек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
4 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...56
5 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі:
Табиғи ресурстарды толық және тиімді пайдалану, өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру және қоршаған ортаны қорғау- дамыған химия өнеркәсібінің өзекті мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде күкіртсутектің қоршаған ортаға әсері барған сайын артып, ол табиғи геологиялық жүйедегі тепе-теңдік құрылымын бұзушы фактор ретінде көрінуде. Кукіртсутектің айтарлықтай көп мөлшерде жылына 3 млн. тоннаға дейін түзілуі қазіргі мұнай өңдейтін өндіріс орындарында байқалады.
Ал, өнеркәсіпте күкірт қышқылы мен элементті күкіртке сұраныстың артуы, оны өңдеу технологиясына экологиялық талаптардың күшеюі, құрамында күкіртсутек қосылыстары бар өнімдерді өңдеудің альтернативті жаңа әдістерін жасауды талап етеді.
Мұнай, көмір өндірістеріндегі газдарды өңдеу процестерінде әр түрлі мөлшерде өте зиянды қоршаған ортаға, тірі ағзаға тигізетін залалы көп улы газ-күкіртсутек түзеді. Осыған сәйкес, күкіртсутекті міндетті түрде өңдеу, оны басқа тотыққан түрге айналдыру, тіпті одан пайдалы заттар алу экологиялық және зкономикалық проблемаларды шешетін мәселелердің бірі болып отыр.
Сондықтан, күкіртсутек газын түйіршікті электрдтарда тотықтыру ерекшеліктерін зерттеп, соның нәтижесінде өндіріс қалдықтары ретінде күкіртсутек газын залалсыздандыру мәселесін пайдалы өнім ала отырып, электрохимиялық жолмен шешудің экологиялық тұрғыда маңызы зор. Осыған байланысты біздің жұмысымыздың мақсаты күкіртсутек газын қышқыл ортада түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру.
Мәселенің зерттеліну дәрежесі.
Әдеби мәліметтерге қарағанда күкіртсутек газын анодтық және катализдік жолмен тотықтыру арқылы күкірт және күкірт қышқылын алу бірқатар еңбектерде қарастырылған:
1 Баешов А. Б., Жұрынов М. Ж., Баешова А. К., Алтынбекова М. О.
« О возможности применения порошковых и кусковых электродов для очистки сточных вод ».
Труды международной научно-практической конференции « Инновационная роль науки в подготовке современных технических кадров». Караганда 2008. 2 Ә. Б. Баешов., М. Ж. Жұрынов., А. Қ. Баешова., Қ. Ж. Баетова.,Г.Т.Айболова., М. О. Алтынбекова. « Химия, металлургия өндірісінде бөлінетін зиянды газдарды залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері ». Орталық Қазақстандағы ғылым мен білімнің қазіргі жағдайы мен даму бағыттамалары.
Халықаралық ғылыми-практикалық конференция материалдары. Караганда, 1-2 октября 2008.
3 К вопросу о переработке сероводорода – содержаших газов нефтеперерабатывающей отрасли.
Материалы Международной научно-практической конференции « Нефтегазопереработка и нефтехимия ». УФА. 2008 Баешов А. Б., Баешова А. Қ.
Күкіртсутек газын электрохимиялық жолмен тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу жайлы мәліметтер жалпақ электродтарда қарастырылған.
Түйіршікті электродтарда қолданған ғылыми еңбектерде өте аз.
Түйіршікті электрод ретінде қорғасын, темір электродтары қолданылған. Түйіршікті никель электродын қолданып, HCL қышқылында тотықтыру алғаш рет қарастырылып отыр.
Жұмыстың мақсаты:
Күкіртсутек газын тұз қышқылды ортада, түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру ерекшеліктерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы:
1. Бұл жұмыста алғаш рет құрамында күкіртсутек газы бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандырудың түйіршікті никель электродтарын қолданып, электрохимиялық қасиеттері зерттелді
2.Зерттеу нәтижесінде алынған өнімдерге сапалық және сандық анализ жасалынды
3.Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарында тотықтыру кезінде әртүрлі параметрлердің (ток тығыздығы, концентрация, газ көлемі, температура, электролиз ұзақтығының әсері) қарстырылып, осы процестің тиімді жағдайында күкіртсутектің тотығу дәрежесі 90%, ал күкіртсутектің тотығуының ток бойынша шығымы 92,6% болатындығы көрсетілді.
Практикалық құндылығы. Тұз қышқылы ерітіндісінде, түйіршікті никель электродын пайдалана отырып, анодты поляризациялау арқылы өнеркәсіптерден бөлінетін күкіртсутек газын залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері жасалынды.
Қорғауға ұсынылған негізгі қағидалар.
• Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарын қолдана отырып, тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу;
• Күкіртсутек газының тұз қышқылы ерітіндісінде анодты тотығуының ерекшеліктерін зерттеу
• Қоршаған ортаға зиянды күкіртсутек газын залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілі жасалынды.
Алынған нәтижелер мен қорытындылардың нақтылығы, негізделу дәрежесі:
• Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеттері электродтық процестердің негізгі параметрлеріне әртүрлі факторлардың әсерін анықтау арқылы зерттелді.
• Күкіртсутек газын электрохимиялық тотықтыру тұз қышқылы ерітіндісінде түйіршікті никель электродтарда қайталанған жүйелі зерттеулер арқылы іске асырылды.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы:
Дипломдық жұмыс кіріспеден, үш тараудан, қорытындыдан, пайдаланған әдебиет тізімінен, -беттен тұратын дипломдық жұмысқа 6 график, 2 қондырғы схемасы енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі-
Дипломдық жұмыстың тәжірибелік бөлімдерін жүргізуде, алынған зерттеу нәтижелерін талдау, қорытындылау кезінде кеңес беру арқылы көмектескен, бағыт-бағдар берген ғылыми жетекшім кафедраның доцент м.а. М.О.Алтынбековаға алғысымды білдіремін.
Тақырыптың өзектілігі:
Табиғи ресурстарды толық және тиімді пайдалану, өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру және қоршаған ортаны қорғау- дамыған химия өнеркәсібінің өзекті мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде күкіртсутектің қоршаған ортаға әсері барған сайын артып, ол табиғи геологиялық жүйедегі тепе-теңдік құрылымын бұзушы фактор ретінде көрінуде. Кукіртсутектің айтарлықтай көп мөлшерде жылына 3 млн. тоннаға дейін түзілуі қазіргі мұнай өңдейтін өндіріс орындарында байқалады.
Ал, өнеркәсіпте күкірт қышқылы мен элементті күкіртке сұраныстың артуы, оны өңдеу технологиясына экологиялық талаптардың күшеюі, құрамында күкіртсутек қосылыстары бар өнімдерді өңдеудің альтернативті жаңа әдістерін жасауды талап етеді.
Мұнай, көмір өндірістеріндегі газдарды өңдеу процестерінде әр түрлі мөлшерде өте зиянды қоршаған ортаға, тірі ағзаға тигізетін залалы көп улы газ-күкіртсутек түзеді. Осыған сәйкес, күкіртсутекті міндетті түрде өңдеу, оны басқа тотыққан түрге айналдыру, тіпті одан пайдалы заттар алу экологиялық және зкономикалық проблемаларды шешетін мәселелердің бірі болып отыр.
Сондықтан, күкіртсутек газын түйіршікті электрдтарда тотықтыру ерекшеліктерін зерттеп, соның нәтижесінде өндіріс қалдықтары ретінде күкіртсутек газын залалсыздандыру мәселесін пайдалы өнім ала отырып, электрохимиялық жолмен шешудің экологиялық тұрғыда маңызы зор. Осыған байланысты біздің жұмысымыздың мақсаты күкіртсутек газын қышқыл ортада түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру.
Мәселенің зерттеліну дәрежесі.
Әдеби мәліметтерге қарағанда күкіртсутек газын анодтық және катализдік жолмен тотықтыру арқылы күкірт және күкірт қышқылын алу бірқатар еңбектерде қарастырылған:
1 Баешов А. Б., Жұрынов М. Ж., Баешова А. К., Алтынбекова М. О.
« О возможности применения порошковых и кусковых электродов для очистки сточных вод ».
Труды международной научно-практической конференции « Инновационная роль науки в подготовке современных технических кадров». Караганда 2008. 2 Ә. Б. Баешов., М. Ж. Жұрынов., А. Қ. Баешова., Қ. Ж. Баетова.,Г.Т.Айболова., М. О. Алтынбекова. « Химия, металлургия өндірісінде бөлінетін зиянды газдарды залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері ». Орталық Қазақстандағы ғылым мен білімнің қазіргі жағдайы мен даму бағыттамалары.
Халықаралық ғылыми-практикалық конференция материалдары. Караганда, 1-2 октября 2008.
3 К вопросу о переработке сероводорода – содержаших газов нефтеперерабатывающей отрасли.
Материалы Международной научно-практической конференции « Нефтегазопереработка и нефтехимия ». УФА. 2008 Баешов А. Б., Баешова А. Қ.
Күкіртсутек газын электрохимиялық жолмен тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу жайлы мәліметтер жалпақ электродтарда қарастырылған.
Түйіршікті электродтарда қолданған ғылыми еңбектерде өте аз.
Түйіршікті электрод ретінде қорғасын, темір электродтары қолданылған. Түйіршікті никель электродын қолданып, HCL қышқылында тотықтыру алғаш рет қарастырылып отыр.
Жұмыстың мақсаты:
Күкіртсутек газын тұз қышқылды ортада, түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру ерекшеліктерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы:
1. Бұл жұмыста алғаш рет құрамында күкіртсутек газы бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандырудың түйіршікті никель электродтарын қолданып, электрохимиялық қасиеттері зерттелді
2.Зерттеу нәтижесінде алынған өнімдерге сапалық және сандық анализ жасалынды
3.Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарында тотықтыру кезінде әртүрлі параметрлердің (ток тығыздығы, концентрация, газ көлемі, температура, электролиз ұзақтығының әсері) қарстырылып, осы процестің тиімді жағдайында күкіртсутектің тотығу дәрежесі 90%, ал күкіртсутектің тотығуының ток бойынша шығымы 92,6% болатындығы көрсетілді.
Практикалық құндылығы. Тұз қышқылы ерітіндісінде, түйіршікті никель электродын пайдалана отырып, анодты поляризациялау арқылы өнеркәсіптерден бөлінетін күкіртсутек газын залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері жасалынды.
Қорғауға ұсынылған негізгі қағидалар.
• Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарын қолдана отырып, тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу;
• Күкіртсутек газының тұз қышқылы ерітіндісінде анодты тотығуының ерекшеліктерін зерттеу
• Қоршаған ортаға зиянды күкіртсутек газын залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілі жасалынды.
Алынған нәтижелер мен қорытындылардың нақтылығы, негізделу дәрежесі:
• Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеттері электродтық процестердің негізгі параметрлеріне әртүрлі факторлардың әсерін анықтау арқылы зерттелді.
• Күкіртсутек газын электрохимиялық тотықтыру тұз қышқылы ерітіндісінде түйіршікті никель электродтарда қайталанған жүйелі зерттеулер арқылы іске асырылды.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы:
Дипломдық жұмыс кіріспеден, үш тараудан, қорытындыдан, пайдаланған әдебиет тізімінен, -беттен тұратын дипломдық жұмысқа 6 график, 2 қондырғы схемасы енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі-
Дипломдық жұмыстың тәжірибелік бөлімдерін жүргізуде, алынған зерттеу нәтижелерін талдау, қорытындылау кезінде кеңес беру арқылы көмектескен, бағыт-бағдар берген ғылыми жетекшім кафедраның доцент м.а. М.О.Алтынбековаға алғысымды білдіремін.
5 Пайдаланылған әдебиеттер
1 Ұлттық энциклопедия. Қ.18 «Қазақстан» Ұлттық энциклопедия. Басред.Ә.Нысанбаев.–Алматы: «Қазақ энциклопедиясы» бас ред., 1998ж.–720 б.
2 Қазақ Совет энциклопедиясы. Қазақ ССР Ғылым Академиясы Қазақ Совет энциклопедиясының бас ред. 1998ж.–158, 159 б.
3. Бірімжанов Б. А. Б 94. Жалпы химия. Оқулық.Алматы: Қазақ Мемлекеттік Ұлттық Университеті, 2001-392б
4.Химическая энциклопедия / Ред.колл.:Кнунянц И.А и др.-М:
Сов.энциклопедия, т.3.1988. -623ст
5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. -М: Издательство"Химия",1969, 519ст
6. Грунвольд. В.Р. Техника газовой серы – Москва: Химия, 1992,-272ст
7.Реми. Г. Курс неорганической химии – Москва: Химия, 1963. Т1.-891ст
8. Ахметов Н.С Общая и неорганическая химия – Москва; Высшая школа, 1981.-670с
9. Жданова А.И. Электрохимические исследования процессов на поверхности кристаллов сульфидов тяжелых металлов.// Журнал физической химии, т.ХХVIII, вып.5, 1954.
10. Баешов А., Баешова А.К., Лисова И.В., Борисова Е.Н. // Комплексное использование минерального сырья. 1989. №8. С.20-23.
11. Баешов А., Баешова А.К., Утилизация сероводорода путем окисление на кусковых электродах. Межд. Научно-прак. Конф. «Физико-химические процессы в газовых и жидих средах» караганда, 2005
12. Баешов А., Баешова А.К., К вопросу о переработке сероводород-содержащих газов нефтеперерабатывающей отрасли. Межд. Научно-прак. Конф. «Нефтегазопереработка и нефтехимия». Уфа,2005
13. Баешов А., Жданов С.И. и др. Электрохимия серы и ее соединений.- Алматы,"Гылым",!997.-160с.
14. Күкіртсутектің тотығуына түйіршікті электродтардың әсері. «Экология, білім, ғылым және қоғам» респ. Ғылыми-теориялық конференция. Кентау,2006ж
15. Күкіртсутек анодты тотығуы кезінде натрий тиосульфатының түзілуі. «Экология, білім, ғылым және қоғам» респ. Ғылыми-теориялық конференция. Кентау,2006ж
16. Калий сульфаты ерітіндісінде күкіртсутек газының анодты тотығуы. Международная научная школа-конференция молодых ученых «Инновационные нанотехнологии в области катализа и электрохимии» Алматы, 2006ж
17. Осолодков Г.А. Потенциометрическое титрование сульфида натрия и ксантогената в разбавленных растворах при совместном их присутствии. // Записки Ленинградского горного института, т.XIII, вып.З,1941
18. Күкіртсутек газын газын нейтрал ортада тотықтыру. Научная конференция «Современные проблемы сохранения биоразно-образия» посвященная 90-летию профессора Масенова.Алматы,2006ж.
19. Шмаков С.Н ., Тарасевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Кинетика редокс-реакций диоксида серы на активированном угле // Электрохимия 1989,№.С.376-389.
20. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. , Угорец М.З
Электрохимические поведение сульфид-иона на серебряном электроде //Электрохимические процессы на твердых электродах. Караганда ,1979. С28-36.
21. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. Электрохимическое поведение меди в щелочных и сульфидно-щелочных растворах //Физико-химические исследования процессов переработки минерального сырья и промышленных продуктов. Караганда, 1980. С.3-16.
22. Баешов. А.Б., Лисова И.В., Баешова А.К. Электрохимическое поведение серы (IV) в водных расворах . Алма-Ата, 1988 -16с.- Деп.в КазЕос ИНТИ 19.01.88, К1934-Ка88.
23. Шмаков С.Н ., Тарасевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте //Электрохимия, 1986 N10 С. 1368-1370.
24. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. –М., Химия, 1987.- 256с.
25. Кемпбел Д.М. Очистка и переработка природних газов изд М, 1977 349с.
26. Семенова Т.А., Мейтес И.Л Отчиска технологических газов. 1977 142с.
27. А.Г.Амелин. Производство серной кислоты химия, 1964. стр 262
28. Альхозов Т.Г., Амиргулян Н.С. Сернистые соедянение природных газов и нефтей М, Недра 1989г; стр 152
29. Багиров Р.А., Фархадов Т.С Защита окружающей среды. М; ВНИИ Эгазирован 1979г
30. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов М; химия; 1987г 256 стр
31. Методика нормирования сероводорода в газном конденсатов. Бульевич В.П., Соловьева Н.А., Корилев А.А., Овчинников Г.А // Газовая промышленность М; Недра 1989г
32. Мешин В.М., Афинасьев А.И. Оператор по переработке сернистого природного газа – М: Недра 1977-132 стр
33. Савиенкок Э.А., Светличкин А.Ф., Петров В.А. Сероводородное растрескивание трубных сталей и пути повышения их стойкости.
34. А.С.1468571 (СССР) Способ очистка газов от сероводорода // Пергулов Г.Я., Павлова С.Н., Грибкова Г.Р. – Заявя 30.07.87 – Опубя. Бюл №12 30.03.89
35. Вилданов А.Ф. Шарифулмин В.Н. Мазсаров А.М. Тигматульмина Г.И. Очистка выбросных газов от сероводорода с получением элементарной серы // химия и технология топлив и масел – 1986, №1 стр 39-41
36. Амиргулян Н.С. Альхазов Т.Г Окисления сероводорода природного газа железооксидных катализаторах // изв. ВУЗов Нефть игаз. 1981 №8 стр 45-49
37. А-с 87183 (СССР) Катализатор для жидкофазного окисления сероводорода в элементарную серу / Альхарв Т.Г., Вертаков А.А., Амиргулян Н.С., Опубль. И.Б.И №38 1981
38. Абдул Али Хадим. Окисления сероводорода на цинк – фермитных катализаторах. Дис..канд. х. Наук Баку АзИНефте ХИМ. 1986-127стр
39. Sulphur Bain Barrie // Mining Annu Rev 1987 P 112-113
41. Природная сера / Под ред М.А Менковской М: Химия 1972 240с
43. Шмаков С.Н., Тарасевич М. Р., , Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте //Электрохимия, 1986 N10 С.1368-1370.
44. Шмаков С.Н., Тарасевич М. Р., , Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Кинетика редокс реакцией диоксида серы на активированным угле // Электрохимия 1989, №3 с 376-389
45. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. , Угорец М.З Электрохимические поведение сульфид-иона на серебряном электроде //Электрохимические процессы на твердых электродах. Караганда ,1979. С28-36.
46. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. Электрохимическое поведение меди в щелочных и сульфидно-щелочных растворах // Физико-химические исследования процессов переработки минерального сырья и промышленных продуктов. Караганда, 1980. стр 3-16
47. Баешов. А.Б., Лисова И.В., Баешова А.К. Электрохимическое поведение серы (ІV) в водных расворах . Алма-Ата, 1988 -16с.- Деп.в КазГос ИНТИ 18.01.88, N1934-Ка88.
48.Рабинович В.А., Хабин З.Я., // Краткий химический справочник. Л. Химия. 1978. 392 стр
48. Алтынбекова М.О., Баешова А.К., Сулейменова Г.Т., Баешов А.Б. Анодное окисление сероводорода в щелочной среде // Рук. Деп. В КазГос ИНТИ №8000 Ка 97 от 20.11.97 19с
49. Баешов А.Б., Баешова А.Қ., Лисова И.В., Борова Е.Н. Электрохимическое поведение дисперсной элементарной серы на твердых электродах // Комплексное использование минерального сырья. – 1989. № 8. –С. 20
50. Опаловский А.А Плюс химизация, минус окружающая среда // Журн химия в школе – 1990, №2, 80с
51. Ефимов Е.А., Изгарышев Н.А. Исследование кинетики электрокисления серной кислоты // Журн. Физ. Хим. 1957. № 5. -С. 1141
52. Шмаков С.Н., Тарасеевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. //Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте // Электрохимия. -1986. № 10.- С.1368-1370
1 Ұлттық энциклопедия. Қ.18 «Қазақстан» Ұлттық энциклопедия. Басред.Ә.Нысанбаев.–Алматы: «Қазақ энциклопедиясы» бас ред., 1998ж.–720 б.
2 Қазақ Совет энциклопедиясы. Қазақ ССР Ғылым Академиясы Қазақ Совет энциклопедиясының бас ред. 1998ж.–158, 159 б.
3. Бірімжанов Б. А. Б 94. Жалпы химия. Оқулық.Алматы: Қазақ Мемлекеттік Ұлттық Университеті, 2001-392б
4.Химическая энциклопедия / Ред.колл.:Кнунянц И.А и др.-М:
Сов.энциклопедия, т.3.1988. -623ст
5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. -М: Издательство"Химия",1969, 519ст
6. Грунвольд. В.Р. Техника газовой серы – Москва: Химия, 1992,-272ст
7.Реми. Г. Курс неорганической химии – Москва: Химия, 1963. Т1.-891ст
8. Ахметов Н.С Общая и неорганическая химия – Москва; Высшая школа, 1981.-670с
9. Жданова А.И. Электрохимические исследования процессов на поверхности кристаллов сульфидов тяжелых металлов.// Журнал физической химии, т.ХХVIII, вып.5, 1954.
10. Баешов А., Баешова А.К., Лисова И.В., Борисова Е.Н. // Комплексное использование минерального сырья. 1989. №8. С.20-23.
11. Баешов А., Баешова А.К., Утилизация сероводорода путем окисление на кусковых электродах. Межд. Научно-прак. Конф. «Физико-химические процессы в газовых и жидих средах» караганда, 2005
12. Баешов А., Баешова А.К., К вопросу о переработке сероводород-содержащих газов нефтеперерабатывающей отрасли. Межд. Научно-прак. Конф. «Нефтегазопереработка и нефтехимия». Уфа,2005
13. Баешов А., Жданов С.И. и др. Электрохимия серы и ее соединений.- Алматы,"Гылым",!997.-160с.
14. Күкіртсутектің тотығуына түйіршікті электродтардың әсері. «Экология, білім, ғылым және қоғам» респ. Ғылыми-теориялық конференция. Кентау,2006ж
15. Күкіртсутек анодты тотығуы кезінде натрий тиосульфатының түзілуі. «Экология, білім, ғылым және қоғам» респ. Ғылыми-теориялық конференция. Кентау,2006ж
16. Калий сульфаты ерітіндісінде күкіртсутек газының анодты тотығуы. Международная научная школа-конференция молодых ученых «Инновационные нанотехнологии в области катализа и электрохимии» Алматы, 2006ж
17. Осолодков Г.А. Потенциометрическое титрование сульфида натрия и ксантогената в разбавленных растворах при совместном их присутствии. // Записки Ленинградского горного института, т.XIII, вып.З,1941
18. Күкіртсутек газын газын нейтрал ортада тотықтыру. Научная конференция «Современные проблемы сохранения биоразно-образия» посвященная 90-летию профессора Масенова.Алматы,2006ж.
19. Шмаков С.Н ., Тарасевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Кинетика редокс-реакций диоксида серы на активированном угле // Электрохимия 1989,№.С.376-389.
20. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. , Угорец М.З
Электрохимические поведение сульфид-иона на серебряном электроде //Электрохимические процессы на твердых электродах. Караганда ,1979. С28-36.
21. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. Электрохимическое поведение меди в щелочных и сульфидно-щелочных растворах //Физико-химические исследования процессов переработки минерального сырья и промышленных продуктов. Караганда, 1980. С.3-16.
22. Баешов. А.Б., Лисова И.В., Баешова А.К. Электрохимическое поведение серы (IV) в водных расворах . Алма-Ата, 1988 -16с.- Деп.в КазЕос ИНТИ 19.01.88, К1934-Ка88.
23. Шмаков С.Н ., Тарасевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте //Электрохимия, 1986 N10 С. 1368-1370.
24. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. –М., Химия, 1987.- 256с.
25. Кемпбел Д.М. Очистка и переработка природних газов изд М, 1977 349с.
26. Семенова Т.А., Мейтес И.Л Отчиска технологических газов. 1977 142с.
27. А.Г.Амелин. Производство серной кислоты химия, 1964. стр 262
28. Альхозов Т.Г., Амиргулян Н.С. Сернистые соедянение природных газов и нефтей М, Недра 1989г; стр 152
29. Багиров Р.А., Фархадов Т.С Защита окружающей среды. М; ВНИИ Эгазирован 1979г
30. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов М; химия; 1987г 256 стр
31. Методика нормирования сероводорода в газном конденсатов. Бульевич В.П., Соловьева Н.А., Корилев А.А., Овчинников Г.А // Газовая промышленность М; Недра 1989г
32. Мешин В.М., Афинасьев А.И. Оператор по переработке сернистого природного газа – М: Недра 1977-132 стр
33. Савиенкок Э.А., Светличкин А.Ф., Петров В.А. Сероводородное растрескивание трубных сталей и пути повышения их стойкости.
34. А.С.1468571 (СССР) Способ очистка газов от сероводорода // Пергулов Г.Я., Павлова С.Н., Грибкова Г.Р. – Заявя 30.07.87 – Опубя. Бюл №12 30.03.89
35. Вилданов А.Ф. Шарифулмин В.Н. Мазсаров А.М. Тигматульмина Г.И. Очистка выбросных газов от сероводорода с получением элементарной серы // химия и технология топлив и масел – 1986, №1 стр 39-41
36. Амиргулян Н.С. Альхазов Т.Г Окисления сероводорода природного газа железооксидных катализаторах // изв. ВУЗов Нефть игаз. 1981 №8 стр 45-49
37. А-с 87183 (СССР) Катализатор для жидкофазного окисления сероводорода в элементарную серу / Альхарв Т.Г., Вертаков А.А., Амиргулян Н.С., Опубль. И.Б.И №38 1981
38. Абдул Али Хадим. Окисления сероводорода на цинк – фермитных катализаторах. Дис..канд. х. Наук Баку АзИНефте ХИМ. 1986-127стр
39. Sulphur Bain Barrie // Mining Annu Rev 1987 P 112-113
41. Природная сера / Под ред М.А Менковской М: Химия 1972 240с
43. Шмаков С.Н., Тарасевич М. Р., , Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте //Электрохимия, 1986 N10 С.1368-1370.
44. Шмаков С.Н., Тарасевич М. Р., , Дрибинский А.В., Рылов Е.А. Кинетика редокс реакцией диоксида серы на активированным угле // Электрохимия 1989, №3 с 376-389
45. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. , Угорец М.З Электрохимические поведение сульфид-иона на серебряном электроде //Электрохимические процессы на твердых электродах. Караганда ,1979. С28-36.
46. Блажко Л.Ф., Баешов А., Букетов Е.А. Электрохимическое поведение меди в щелочных и сульфидно-щелочных растворах // Физико-химические исследования процессов переработки минерального сырья и промышленных продуктов. Караганда, 1980. стр 3-16
47. Баешов. А.Б., Лисова И.В., Баешова А.К. Электрохимическое поведение серы (ІV) в водных расворах . Алма-Ата, 1988 -16с.- Деп.в КазГос ИНТИ 18.01.88, N1934-Ка88.
48.Рабинович В.А., Хабин З.Я., // Краткий химический справочник. Л. Химия. 1978. 392 стр
48. Алтынбекова М.О., Баешова А.К., Сулейменова Г.Т., Баешов А.Б. Анодное окисление сероводорода в щелочной среде // Рук. Деп. В КазГос ИНТИ №8000 Ка 97 от 20.11.97 19с
49. Баешов А.Б., Баешова А.Қ., Лисова И.В., Борова Е.Н. Электрохимическое поведение дисперсной элементарной серы на твердых электродах // Комплексное использование минерального сырья. – 1989. № 8. –С. 20
50. Опаловский А.А Плюс химизация, минус окружающая среда // Журн химия в школе – 1990, №2, 80с
51. Ефимов Е.А., Изгарышев Н.А. Исследование кинетики электрокисления серной кислоты // Журн. Физ. Хим. 1957. № 5. -С. 1141
52. Шмаков С.Н., Тарасеевич М.Р., Дрибинский А.В., Рылов Е.А. //Электрохимическое окисление сероводорода на углеродных катализаторах и дисперсном золоте // Электрохимия. -1986. № 10.- С.1368-1370
Ф-ОБ-001033
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ИНЖЕНЕРЛІК – ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ
050112-
ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
ҚҰРАМЫНДА КҮКІРТСУТЕК БАР ГАЗДАРДЫ ТҮЙІРШІКТІ НИКЕЛЬ ЭЛЕКТРОДЫНДА ТОТЫҚТЫРУ
ЕРЕКШЕЛІКТЕРІН ЗЕРТТЕУ тақырыбына
050112-ХИМИЯ
Орындаған:
Ғылыми жетекшісі; х.ғ.к., доцент м.а. .
Жұмыс қорғауға жіберілді:
Хаттама:
_______ _____________2011 жыл
Кафедра меңгерушісі, х.ғ.к., доцент м.а.
Ұсынылған күні
Қорғау күні
ТҮРКІСТАН 2011
МАЗМҰНЫ
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУ БЕЛГІЛЕРІ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3 1 Күкірт және
оның қосылыстарының физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физика – химиялық
қасиеттері ... ... ...6
1.2 Күкіртсутектің физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 9
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының
электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ..10
1.4 Сульфит − иондарының электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ..11
1.5 Сульфат− иондарының электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... .12
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру
әдістері ... ..16
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық
әдісі ... ... ... .18
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
1.9Ұнтақты немесе түйіршікті электродтардың қасиеттері мен электрохимиядағы
қолданысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ..28
ТӘЖІРИБЕЛІК
БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ..33
2.1 Күкіртсутек газын алуға және тотықтыруға арналған қондырғылардың
конструкциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
2.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдердің
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.3 Күкіртсутектің тотығуына ток тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ...39
2.4 Күкіртсутектің тұз қышқылы ерітіндісінде тотығуына концентрацияның
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
2.5 Күкіртсутектің тотығуына электролиз ұзақтығының
әсері ... ... ... ... ... ... ..44
2.6 Күкіртсутектің тотығуына газ көлемінің
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
2.7 Күкіртсутектің тотығуына температураның
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..48
2.8Күкіртсутекті түйіршікті никель электродында тотықтырып,
залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілін жасау
... ... ... ... ... ... ... ... .50
3 ЕҢБЕКТІ
ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ...53
3.1 Мұнай өндіру және өңдеу орындарынан бөлінетін газдар құрамындағы
күкіртсутекпен жұмыс істеудің қауіпсіздік
ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...53
3.2 Күкіртсутектің адам ағзасына әсері және
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... 53
3.3 Күкірт диоксидімен, күкіртсутекпен уланған адамдарға дәрігерге
дейінгі алғашқы
көмек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... .54
4
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... 56
5 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...57
КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі:
Табиғи ресурстарды толық және тиімді пайдалану, өндіріс қалдықтарын
залалсыздандыру және қоршаған ортаны қорғау- дамыған химия өнеркәсібінің
өзекті мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде күкіртсутектің қоршаған ортаға
әсері барған сайын артып, ол табиғи геологиялық жүйедегі тепе-теңдік
құрылымын бұзушы фактор ретінде көрінуде. Кукіртсутектің айтарлықтай көп
мөлшерде жылына 3 млн. тоннаға дейін түзілуі қазіргі мұнай өңдейтін өндіріс
орындарында байқалады.
Ал, өнеркәсіпте күкірт қышқылы мен элементті күкіртке сұраныстың
артуы, оны өңдеу технологиясына экологиялық талаптардың күшеюі, құрамында
күкіртсутек қосылыстары бар өнімдерді өңдеудің альтернативті жаңа әдістерін
жасауды талап етеді.
Мұнай, көмір өндірістеріндегі газдарды өңдеу процестерінде әр түрлі
мөлшерде өте зиянды қоршаған ортаға, тірі ағзаға тигізетін залалы көп улы
газ-күкіртсутек түзеді. Осыған сәйкес, күкіртсутекті міндетті түрде өңдеу,
оны басқа тотыққан түрге айналдыру, тіпті одан пайдалы заттар алу
экологиялық және зкономикалық проблемаларды шешетін мәселелердің бірі болып
отыр.
Сондықтан, күкіртсутек газын түйіршікті электрдтарда тотықтыру
ерекшеліктерін зерттеп, соның нәтижесінде өндіріс қалдықтары ретінде
күкіртсутек газын залалсыздандыру мәселесін пайдалы өнім ала отырып,
электрохимиялық жолмен шешудің экологиялық тұрғыда маңызы зор. Осыған
байланысты біздің жұмысымыздың мақсаты күкіртсутек газын қышқыл ортада
түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру.
Мәселенің зерттеліну дәрежесі.
Әдеби мәліметтерге қарағанда күкіртсутек газын анодтық және катализдік
жолмен тотықтыру арқылы күкірт және күкірт қышқылын алу бірқатар еңбектерде
қарастырылған:
1. Баешов А. Б., Жұрынов М. Ж., Баешова А. К., Алтынбекова М. О.
О возможности применения порошковых и кусковых электродов для очистки
сточных вод .
Труды международной научно-практической конференции Инновационная роль
науки в подготовке современных технических кадров. Караганда 2008. 2
Ә. Б. Баешов., М. Ж. Жұрынов., А. Қ. Баешова., Қ. Ж.
Баетова.,Г.Т.Айболова., М. О. Алтынбекова. Химия, металлургия өндірісінде
бөлінетін зиянды газдарды залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері .
Орталық Қазақстандағы ғылым мен білімнің қазіргі жағдайы мен даму
бағыттамалары.
Халықаралық ғылыми-практикалық конференция материалдары. Караганда, 1-2
октября 2008.
3 К вопросу о переработке сероводорода – содержаших газов
нефтеперерабатывающей отрасли.
Материалы Международной научно-практической конференции
Нефтегазопереработка и нефтехимия . УФА. 2008 Баешов А. Б., Баешова А. Қ.
Күкіртсутек газын электрохимиялық жолмен тотықтыру арқылы
залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу жайлы мәліметтер жалпақ
электродтарда қарастырылған.
Түйіршікті электродтарда қолданған ғылыми еңбектерде өте аз.
Түйіршікті электрод ретінде қорғасын, темір электродтары қолданылған.
Түйіршікті никель электродын қолданып, HCL қышқылында тотықтыру алғаш рет
қарастырылып отыр.
Жұмыстың мақсаты:
Күкіртсутек газын тұз қышқылды ортада, түйіршікті никель
электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру ерекшеліктерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы:
1. Бұл жұмыста алғаш рет құрамында күкіртсутек газы бар өндіріс қалдықтарын
залалсыздандырудың түйіршікті никель электродтарын қолданып,
электрохимиялық қасиеттері зерттелді
2.Зерттеу нәтижесінде алынған өнімдерге сапалық және сандық анализ
жасалынды
3.Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарында тотықтыру кезінде
әртүрлі параметрлердің (ток тығыздығы, концентрация, газ көлемі,
температура, электролиз ұзақтығының әсері) қарстырылып, осы процестің
тиімді жағдайында күкіртсутектің тотығу дәрежесі 90%, ал күкіртсутектің
тотығуының ток бойынша шығымы 92,6% болатындығы көрсетілді.
Практикалық құндылығы. Тұз қышқылы ерітіндісінде, түйіршікті
никель электродын пайдалана отырып, анодты поляризациялау арқылы
өнеркәсіптерден бөлінетін күкіртсутек газын залалсыздандырудың
электрохимиялық тәсілдері жасалынды.
Қорғауға ұсынылған негізгі қағидалар.
• Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарын қолдана отырып,
тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу;
• Күкіртсутек газының тұз қышқылы ерітіндісінде анодты тотығуының
ерекшеліктерін зерттеу
• Қоршаған ортаға зиянды күкіртсутек газын залалсыздандырудың
электрохимиялық тәсілі жасалынды.
Алынған нәтижелер мен қорытындылардың нақтылығы, негізделу дәрежесі:
• Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеттері электродтық процестердің
негізгі параметрлеріне әртүрлі факторлардың әсерін анықтау арқылы
зерттелді.
• Күкіртсутек газын электрохимиялық тотықтыру тұз қышқылы ерітіндісінде
түйіршікті никель электродтарда қайталанған жүйелі зерттеулер арқылы
іске асырылды.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы:
Дипломдық жұмыс кіріспеден, үш тараудан, қорытындыдан, пайдаланған
әдебиет тізімінен, -беттен тұратын дипломдық жұмысқа 6 график, 2 қондырғы
схемасы енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі-
Дипломдық жұмыстың тәжірибелік бөлімдерін жүргізуде, алынған зерттеу
нәтижелерін талдау, қорытындылау кезінде кеңес беру арқылы көмектескен,
бағыт-бағдар берген ғылыми жетекшім кафедраның доцент м.а.
М.О.Алтынбековаға алғысымды білдіремін.
1 КҮКІРТ ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚОСЫЛЫСТАРЫНЫҢ ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физико-химиялық қасиеттері және
олардың қоршаған ортаға әсері
Күкірт (Sulfur), S – элементтердің периодтық жүйесінің VI тобындағы
химиялық элемент; атомдық номері 16, атомдық массасы 32,06. Тұрақты
4 изотопы бар. Сондай-ақ жасанды жолмен алынған 6 изотопы белгілі.
Күкірттің жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,05%, теңіз суында 0,08-0,09%.
Күкірт біздің заманымыздан 2000 жыл бұрын белгілі болған. Қалыпты жағдайда
күкірт сары түсті; бейметалл. Табиғатта бос күйінде ( саф күкірт) және
сульфидті (мысалы, пирит, галенит, антимонит, т.б.), сульфатты (гипс,
ангидрит, барит, мирабилит, т.б.), т.б. минералдар түрінде кездеседі.
Күкірттің бірнеше кристалдық түрлері белгілі, оның ішінде орнықтылары
ромбалық α-күкірт және моноклинді β-күкірт. Күкірттің тығыздығы 2,07
гсм3 (α-түрі) және 1,96 гсм3 (β-түрі), балқу температурасы 112,80С,
қайнау температурасы 444,60С, жылу өткізгіштігі 0,208 Вт(м град). Күкірт
суда ерімейді, бензолда жақсы ериді, қыздырғанда молекуласындағы атом саны
бірте-бірте кемиді: S8→ S6→ S4 → S2 ақырында 20000С-тан жоғары қыздырғанда
күкірт буында жеке атомдар пайда болады. Салқындатқанда осы прцесс кері
айналып полимерлену құбылысы жүреді. Күкірт қосылыстарында -2 –ден +6-ға
дейін тотығу дәрежелерін көрсетеді. Азот, йод, алтын, платина және инертті
газдардан басқа элементтердің бәрімен әрекеттеседі. Күкірт металдармен
реакцияласқанда өте көп жылу бөлініп шығады. Оттекпен бірнеше оксид түзеді.
Күкірт саф күкірт, полиметалдық кендер, газ және мұнайды тазалау кезінде
олардан қосымша өнім ретінде алынады. Күкірт, негізінен, химия
өнеркәсібінде мата ағартуға, дәрі-дәрмек, косметикалық препараттар
дайындауда, пластмасса, қопарғыш заттар, тыңайтқыш, улы химикаттар алуда
кеңінен қолданылады [1,2].
Күкірт айналымы – табиғатта күкірттің үздіксіз айналу құбылысы. Күкірт
өзінің оксидтері SО2 пен SО3, күкіртсутек H2S және бос күкірт күйінде
жанартаулардың атқылауы кезінде сыртқы ортаға шығарылады. Сонымен қатар,
табиғатта күкірт айналымына көп мөлшерде темір, қорғасын, мырыш, т.б.
металдардың сульфидтері қатысады. Сульфидтер құрамындағы күкірт биосферада
көптеген микроағзалардың әсерінен сульфаттық күкіртке дейін тотығып,
топырақ пен судың құрамында болады. Топырақтағы сульфаттарды өсімдіктер
бойына сіңіреді. Адам мен жануарлардың ағзасында күкірт аминқышқылдары мен
белоктың құрамында болады, ал өсімдіктерде эфир майларының, т.б. құрамына
кіреді. Топырақта және теңіз лайларында өлі ағза қалдықтарының ыдырауы
кезінде күкірттің өте күрделі өзгерістері байқалады. Микроағзалар әсерінен
ақуыздың ыдырауы нәтижесінде пайда болған күкіртсутек әрі қарай бос
күкіртке не сульфаттарға дейін тотығады. Бұл прцесте түрлі микроағзалардың
қатысуы нәтижесінде күкірттің көптеген аралық қосылыстары түзіледі.
Топырақтағы күкіртсутектен түрлі сульфидтік кендер, ал сульфаттардан гипс
кендері түзіледі. Сульфидтер мен гипстің ыдырауы нәтижесінде бөлініп шыққан
күкірт қайтадан күкірт айналымына түседі[2]
Күкірт кентастары- құрамынан күкірт ажыратып алынатын минералдық
шикізаттар. Күкірт кентастарынан бос күкірт, күкірт қышқылы, әр түрлі
өндіріс салаларында қолданылатын күкіртті қосылыстар алынады. Күкірт
кентастарының минералдарына саф күкірт, мыс, полиметалл, колчедан, алтын
және сирек металл кентастарында (S 13-55%) кездесетін сульфидтер мен
сульфарсенидтер, шөгінді жыныстарда шоғырланатын сульфаттар (SО3 24,4-
58,8%) жатады. Бұлардың ішіндегі ең маңыздылары саф күкірт, пирит пен
марказит (S 53,4%), пирротин (S 31,5-41,8%); ангидрит (SО3 58,8%), гипс
(SО3 46,6%). Күкірт мөлшеріне қарай күкірт кентастары бай (S 25%-дан
жоғары), орташа (S 18-25%), кедей (S 5-18%) болып бөлінеді. Түзілу тегіне
қарай шөгінді және жанартаулық болып бөлінеді. Кен құрамы жағынан
опалиттік, күкіртті-кварциттік болып ажыратылады. Тұздылығы жоғары
лагуналық-теңіздік алаптардың тұнбаларымен байланысты болып келетін шөгінді
кендер тұз күмбездік, қабаттық, линзалық немесе ұялық болып жіктеледі де,
минералдық-литолдық құрамы жөнінен әктасты, кальцитті-доломитті, сазды,
мергельді, гипсті, құмтасты болып бөлінеді. Дүние жүзіндегі күкірттің басым
көпшілігі шөгінді кендерден өндіріледі. Күкірт кентастары ашық және жерасты
әдістерімен әндіріледі. Кентасты байыту әдістері күкірттің балқу
температурасына (112,80С), физикалық, химиялық қасиеттеріне негізделген.
Қазақтанда бос күкірт Каспий маңы ойпатындағы тұз күмбездерінің бетінде
кездеседі. Күкірт қышқылын полиметалл, мыс, көмір кендеріндегі пириттен,
бақа кендердегі алунит, гипс, ангидриттен түсті металлургия заттары мен
кокс пештерінің күкіртті газдарынан өндіреді. Қазір Теңіз кені мұнайының
құрамындағы күкіртті тиімді пайдалану жолдары қарастырылуда. Атап айтқанда,
оны жол төсеуге пайдалануға болатындығы анықталды [3].
Күкірт қосылыстары – күкірт элементі түзетін химиялық қосылыстар.
Күкірт қосылыстарында -2-ден +6-ға дейін тотығу дәрежелерін көрсетеді.
Күкірт ауада немесе оттекте жанғанда күкірт (IV) оксиді SО2 және аз
мөлшерде күкірт (VI) оксиді SО3 түзіледі. Қыздырғанда күкірт тікелей
сутекпен, галогендермен (иодтан басқасы), фосформен, көмірмен және алтын,
платина, иридийден басқа металдардың барлығымен қосылады. Мысалы, H2S;
P2S3; SCl2; CS2; FeS. Күкірт металдармен және кейбір бейметалдармен
реакциясында – тотықтырғыш, ал активтігі жоғары бейметалдармен
реакциясында, мысалы, оттекпен, хлормен – тотықсыздандырғыш қасиеттер
көрсетеді.
Күкірт (IV) оксиді, күкіртті ангидрид, күкіртті газ (SО2) – қалыпты
жағдайда түссіз, өткір тұншықтыратын иісі бар тұншықтырғыш газ, балқу
температурасы -75,460С, қайнау температурасы -10,10С. Күкірт (VI) оксидінде
қышқылдық оксидтерге тән барлық қасиеттер бар, суда, эфирде жақсы ериді.
Мұнда тек қана сулы ерітіндіде болатын күкіртті қышқыл түзіледі.
SО2 + H2O → Н2SО3
(1)
Ол күшті тотықсыздандырғыш, күкірт қышқылын алуда тотықтырғыш, ағартқыш
және консервілеуші зат ретінде, т.б. қолданылады. . Күкірт (VI) оксиді
зиянды газ болғандықтан өнеркәсіп орнында ауадағы мөлшері 0,01мгл-ден
аспауы қажет.
Күкірт (VI) оксиді, күкірт ангидриді, күкірт триоксиді (SО3) -16,80С-та
кристалдық массаға айналып қататын түссіз сұйықтық. Сумен немесе оның
буымен тез әрекеттесіп күкірт қышқылын түзеді. Күкірт (VI) оксидінің балқу
температурасы 16,80С, қайнау температурасы 44,80С. қатты күйінде балқу
температуралары 16,8; 32,5; 62,3 және 950С болатын α, β, γ және δ түр
өзгешеліктері болады. Олар бір-бірінен кристалл пішіні және SО3 полимерлену
дәрежелерімен ерекшеленеді. Күкірт (VI) оксиді – күшті тотықтырғыш, SО2-ін
оттекпен 4400С-та катализатор қатысында тотықтыру арқылы алынады. Күкірт
(VI) оксиді өндірісте органикалық заттарды сульфирлеуші реагент ретінде,
олеум, хлорсульфоқышқылын, сусыз НNO3, т.б. алу үшін қолданылады.
Күкіртті қышқыл, Н2SO3 – екі негізді әлсіз қышқыл, судағы ерітінді
түрінде ғана белгілі. Қышқылдарға тән қасиеттердің бәрі бар. Күкіртті
қышқыл сілтілермен әрекеттесіп – сульфиттер немесе гидросульфиттер түзеді.
Күкірт (IV) оксиді сияқты бояулардың көпшілігін түссіздендіреді. Сондықтан
жүн, жібек, т.б. ағарту үшін қолданылады.
Күкіртті көміртек, СS2 – түссіз, қопарылғыш, тұтанғыш, улы сұйық зат,
тығыздығы 1,26 гсм3 (200С), балқу температурасы -112,10С, қайнау
температурасы 46,260С. Күшті тотықтырғыш. Күкіртті көміртек вискоза алуда,
каучукты вулканизациялауда пайдаланылады.
Күкіртсутек, H2S шіріген жұмыртқа иісті, түссіз, жүйке жүйесіне әсер
ететін өте улы газ, тығыздығы 0,938 гсм3 (-810С), балқу температурасы
-86,50С, қайнау температурасы – 60,380С. Бір көлем суда үш көлем
күкіртсутек газы ериді. өндіріс орындарындағы ауада күкіртсутек мөлшері
0,01мгл-ден аспауы керек. әдетте, оны темір (II) сульфидіне сұйытылған тұз
немесе күкірт қышқылымен әсер ету арқылы алады:
2НCL + FeS → Fe CL2 + H2S
(2)
Күкіртсутектің судағы ерітіндісін күкіртсутек суы немесе күкіртсутек
қышқылы деп атайды. Күкіртсутек қышқылы екі негізді қышқыл ретінде екі
қатар: орта ( сульфидтер) және қышқыл (гидросульфидтер) тұздар түзеді.
Кейбір сульфидтердің өздеріне тән түстері болады: CuS пен PbS – қара, CdS
– сары, ZnS – ақ, MnS – қызғылт, SnS – қоңыр, SbS – қызыл сары түсті, т.б.
Күкірт қышқылы, Н2SО4 – күшті екі негізді қышқыл, оның құрамындағы
күкірттің тотығу дәрежесі +6. Күкірт қышқылы қалыпты жағдайда түссіз және
иіссіз май тәрізді ауыр сұйықтық. 100%-дық моногидрат (SO3∙ H2O) 10,40С-та
кристалданады; қайнау температурасы 296,20С, тығыздығы 1,9203 гсм3, сумен
және SO3 пен кез келген қатынаста араласып, көптеген қосылыстар түзеді.
Ертеде оны, көбінесе, темір купоросынан алған, сондықтан оның көптеген
ғасырлардан бері сақталып келе жатқан купорос майы деген аты бар. Техникада
оның сумен қоспасын да, күкірт (VI) ангидридімен қоспасын да күкірт қышқылы
деп атайды [2].
1.2 Күкіртсутектің физика - химиялық қасиеттері
Күкіртсутек - түссіз, µткір иісті, ауадан 2 есе ауыр және суда жақсы
ериді (1 л су көлемінде 40 көлем к‰кіртсутек), ауада 0.2 % болса әуелі
тамақ қарлықтырып, біраздан соң адамды есінен тандырады.
балқу температурасы, °С -85,6
қату температурасы, °С -83,0
тыгыздық (с) (0°С), гсм3 1.539
тығыздық ( г) (О°, 760 мм.с.б.), гл 2.93
критикалық температура, °С +100,4
Күкіртсутек - улы қосылыс, ауадағы концентрациясы 0.03-0.05 мгл-
ден көп болса, ентігу, бронхит, µкпенің қабынуына әкеледі. Күкіртсутек жер
қыртысының кейбір бөліктерінде, сондай-ақ вулкан жарылыстары кезінде де
бөлінуі мүмкін [ 8 ].
Күкіртсутек молекуласы бұрышты молекула. HSH бұрышы 920,
d(SH)=0,133нм, сондықтан полюсті болады.
Күкіртсутектің сутектік байланыс түзуі нашар, сондықтан да күкіртсутек
кәдімгі жағдайда газ.
Күкіртсутек ауада көгілдір түсті жалынмен жанады:
2H2S +O2= 2H2O +2S
(3)
2H2S +3O2= 2H2O +2SO2
(4)
оттек жеткілікті болса, онда күкірт те тотығады.
Күкіртсутек – жақсы тотықсыздандырғыш, күкіртсутектің ерітіндісі
лакмусты қызыл түске бояйды, ол екі негізді, әлсіз қышќыл, күкіртсутек
қышқылы деп атайды. Күкіртсутек қышылыныњ т±здарын сульфидтер деп атайды.
К‰кіртсутек ќышќылыныњ т±здарын сульфидтер деп атайды. Күкірт диоксиді
күкіртті сутекті оңай тотықтырады [9]:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O
(5)
Күкірт диоксиді - маңызы өте зор қосылыс, өнеркәсіпте көп мөлшерде
өндіріледі, сондықтан өндірісте күкірт диоксидін арнайы пештерде күкіртті
жағу және күкіртті металдарды, әсіресе мыс, темір колчедандарын жағу арқылы
алады [10]:
4FeS2 + 11О2 = 2Fe2O3 + 8SO2
(6)
Ал, лабораториялық жағдайда, күкірт диоксиді газын
сульфиттергесұйытылған күкірт қышқылын, ал мысқа концентрлі күкірт
қышқылымен әсер ету арқылы алады [10]:
Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO, + H2O
(7)
Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
(8)
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының
электрохимиялық қасиеттері
Күкірттің диэлектрик екендігі белгілі, осыған орай, әдебиеттерде
күкірттің сынап электродындағы электрохимиялық қасиеттері жөнінде
мәліметтер келтірілген. Күкірт суда ерімейді, сондықтан оның
полярографиялық қасиеттері сусыз ерітінділерінде зерттелген.
Мына еңбекте [11] күкірттің тотықсыздануының толқыны "минус" 0.7В
потенциалы мәніне жақын, органикалық ерітінділерде әлсіз максимумы алынған.
Құрамында бір мезгілде күкірт және натрий сульфиді бар ерітінділерде
түсірілген классикалық полярограмманың біріккен анод-катодты қисықгарында
толқын байқалады [12,13].
Б.А.Кисилев [14], тамшылаған сынап электродында, күкірттің сулы
суспензия түрінде тотықсызданатынын көрсеткен. Автор катодты поляризация
кезінде, аралық өнім ретінде сынап сульфиді түзілуі мүмкін деп көрсетеді:
Hg + S = HgS
(9)
HgS+2H++2e-Hg+H2S
(10)
яғни, күкірт сынап тамшыларының бетінде, бөлшектердің
контактісі арқылы тотықсызданады.Күкірттің тотығуы, платина, никель және
тотықпайтын темір электродтарында зерттелген [15]: Поляризациялық қисықтар
нәтижелері көрсеткендей, барлық электродтарда күкірттің тотығуы, оттегінің
бөліну потенциалына дейін жүреді: платина электродында +1,13 В, тотықпайтын
темірде + 0.86 В, никельде +0.8 В. Оттегінің бөліну аса кернеулігі,
дисперсті күкірт қатысында артады және фонды электролитпен салыстырғанда
анағұрлым оң бағытқа ығысады. Мұны анод бетінің біртіндеп пассивтелуі және
электрод бетінде күкірттің адсорбциялануымен түсіндіруге болады.
Поляризациялық қисықта көрсетілгендей, ұнтақты күкірттің тотығуының
потенциалы электрод-төсеніш материалының табиғатына тәуелді.
Сілтілі ортада, стандартты тотығу-тотықсыздану потенциалдарының
мәндеріне сүйене отырып, анодта күкірттің сулъфит- және сульфат-иондарына
дейін келесі реакциялар бойынша тотығады деп жорамалдауға болады:
S + 6ОН -4е = SO32 + 3Н2О Е° = -0,660 В
(11)
S + 8ОН- -6е = SO42 + 4Н20 Е° = -0,753 В
(12)
Сульфит- және сульфат- иондарының түзілуін, дисперсті күкіртті анодты
поляризациялағаннан кейін электролиз өнімдеріне жүргізген химиялық анализ
нәтижелері де растады.
Еріген элементті күкірттің анодты қасиеті, сілтілі ерітінділерде
платина, кобальт, молибден және алтыннан жасалған электродтарда зерттелген
[15,16]. Осы авторлар, күкірт гидроксид-иондарымен әрекеттеседі және
олардың ерітіндідегі қатынасына байланысты моно- және полисульфид иондарын
түзеді. Оны мына реакциялармен өрнектеуге болады:
Sn2 = nS° + 2е (Е° = -0,54-0,0 В)
(13)
Sn2-+ 6ОН- - S2O32- + 3Н2О + (n-2) S° + 2е (Е° =0,0^-0,7 В)
(14)
8S2О32' + 2ОН - SO,2 + Н2О + S° + 2e (Е° =0,74-1,0
В) (15)
Ал, келесі еңбектерде [17] күкірттің апротонды еріткіштерде, алтын,
платина, графит электродтарында тотығуын зерттеген. Аталған
электродтарда,диметилсульфоксид, тетрагидрофуран және
диметилформамидерітінділерінде сапалық ортақ қасиеттер байқалған, бірақ бұл
жүйе диметилсульфоксидтер, алтын электродында анағұрлым қайтымды.
1.4 Сульфит – иондарының электрохимиялық қасиеттері
Қазіргі күні сульфиттердің тотығуы теориялық және практикалық жағынан
қызығушылық туғызып отыр. Практикалық жағынан түтінді газдарды күкіртті
қосылыстардан тазарту кезінде түзілген сульфит ерітінділерін тотықтыру
болып табылады. Сульфиттердің анодты тотығуы тотықтырудың реагентсіз тәсілі
ретінде маңызы зор және нейтрал ортада платина және графит анодтарында
жақсы тотығатындығы, сондай-ақ графитте тотығу процесін ерітіндіге
галогенидтерді, әсіресе хлоридтерді қосу арқылы интенсивтендіруге
болатындығы анықталған. Бұл кезде тотығу дәрежесі 95-99%-тен жоғары шығымға
жетеді [18].
Сульфиттердің нейтрал және сілтілік ерітінділерде тотығуы сульфат және
тиосульфат түзілуімен жүзеге асады. Тиосульфаттың түзілуі сульфатқа
қарағанда анағұрлым жоғары [ 14 ] анодтық потенциалдарда жүреді.
С. Глистон және А.Хиклинг [19-20], тиосульфат шығымына электролиз
жағдайының әсерін зерттеген. Тиосульфаттың жоғары шығыммен алынуы никель,
платина және алтын анодтарында байқалған. Күкірт диоксидінің қышқыл
ерітінділерде тотығуы күкірт қышқылының түзілуіне әкеледі.
Келесі еңбектерде [17,19] күкірт қышқылының және аммоний сульфатының
максимальды шығымы түзілетін жағдайлар анықталған. Күкірт қышқылының
шығымы графитке қарағанда, платина электродында жоғары. Айта кететін жайт,
күкірт қышқылының түзілу шығымының мәні әлдеқайда жоғары және олар басқа да
процестік шарттарға онша тәуелді бола бермейді. Кейбір авторлардың
пікірінде [19], сульфиттің тотығуы− екіншілік процесс, біріншілік процесте
сутектің асқын тотығы түзіледі.
К.И.Розенталь, В.И.Веселовский [20] сульфит-ионының тотығуы платинаның
беттік оксидтердің қатысуымен жүреді деген қорытындыға келді. Платина
электродының беттік күйін импеданс әдісімен анықтағанда [39], сульфиттің
тотығуы, платина электродында оттегінің адсорбциялану потенциалы аймағында
басталады. Платинаның жоғары оттектік қосылыстарының түзілу потенциалына
жеткенде, сульфиттің тотығуы баяулайды.
1.6 Сульфат-иондарының электрохимиялық қасиеті.
Күкірт қышқылының анодты тотығуы, өндірісте де маңызды процесс. Сол
себептен асқын тотықты күкірт қышқылының түзілуі және қосымша процесс –
моноасқын тотықты күкірт қышқылының (Каро қышқылы) түзілу механизмдерін
зерттеуге [14] ерекше көңіл бөлініп отыр. Күкірт қышқылының және
сульфаттардың тотығуы, жоғары анодты потенциалдарда оттегінің бөлінуімен
бірге жүреді. Сондықтан, процестіњ мәні өте оң потенциалда ерімейтін
металдардан жасалған және оттегінің бөліну аса кернеулігі де аса жоғары
анодтарда жүргізеді. Анод материалы ретінде көбінесе платина электроды
қолданылады. Шет елдерде XIX және XX ғасырларда жүргізілген ғылыми жұмыстар
негізінде, асқын тотықты күкірт қышкылының түзілу механизмінің екі
принципиальды жолы анықталған:
1. Күкірт қышқылы аниондарының тікелей разрядталуы.
2. Судың оттекті активті қосылыстарын түзе тотығуы (О,ОН,Н2О2). Асқын
тотықты күкірт қышқылының түзілуі- күкірт қышқылының активтелген
оттегімен тотығуының қосымша нәтижесі деп жорамалдаған болатын. Уақыт өте
бұл теорияның дұрыс емес екендігі анықталып, күкірт қышқылы аниондарының
тікелей разрядталатындығын дәлелдейтін нақты нәтижелер алынды.
Фрумкин А.Н., Каганович Р.ИГ және басқалар [21], таңбаланған атомдар
(18О) әдісімен SO42- және S2O32- иондарының тотығуы кезінде, судағы
оттегінің процеске қатыспайтындығын дәлелдеді. Мұның нәтижесі
персульфаттардың электрохимиялық механизмін айқындағанымен, оның басқа
механизмдермен қосарлана жүруі мүмкіншілігін көрсетті. Яғни алғашқыда Н2О
молекуласының
тотығу өнімі ОН түзіліп, кейіннен SO42- ионын электронды тасымалдау жолымен
тотығу жүреді.
Кейбір ғылыми еңбектерде [22], 7.5-11 М H2SO4- ерітіндісінде ток
тығыздығына, H2S2O8 + H2SO5 + Н2О2 шығымының тәуелділігі максимальды мәнге
жетеді, бұл кезде концентрленген HSO4 иондарының және активті оттегінің ток
бойынша шығымы арасында параллелділік орнайды. Параллелділіктің болуын,
HSO4- - ионының радикалдармен димерленуі нәтижесінде разрядталуымен
түсіндіреді:
HSO4 –е (HSO4
(16)
2HS04* ( H2S2O8
(17)
Күкірт қышқылы ерітіндісінде, платина электродында жүретін анодты
процестердің механизміне, кинетикасы мен бағытына, анод бетіндегі
адсорбирленген оксидті қабаттар үлкен әсер етеді [19].
Поспелова Н.В., Раков Н,Л. жоне Веселовский В.И. [19] осы процестерді
иридий анодында зерттеді. Күкірт қышқылының 7М-ден төменгі
концентрацияларында иридий ериді де, асқын тотықты күкірт қышқылының
синтезі тоқтайды. Күкірт қышқылының концентрациясын 9 М етіп алғанда,
оксидті қабат өте жылдам пайда болады да, алдын ала анодты поляризацияны
қажет етпейді.
Күкірт қышқылының анодты тотығуы кезінде, асқын тотықты күкірт
қышқылымен қатар, Каро қышқылы да (H2SO5) түзіледі. Каро қышқылы асқын
тотықты күкірт қышқылы гидролизінің өнімі деп есептеледі, бірақ изотопты
әдістің нәтижесі көрсеткендей, бұл қышқыл электрохимиялық процесс
нәтижесінде түзіледі:
S042- + OH -2e - HSO5
(18)
Смит және Хугланд [14], персульфаттар және асқын тотықты күкірт
қышқылын синтездеу кезінде, платина электродында жүретін анодты процестерді
зерттеген. Олардың алғашқы мәлімдеулері, персульфаттардың түзілуіне
әкелетін күкірт қышқылы аниондарының разрядталу табиғатына арналған. Осы
авторлар, SO42- ионының разрядталуы, аммоний гидросульфаты және сульфатының
электролиз кезіндегі разрядталуы сияқты жүреді деген шешімге келді.
Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеті
Күкіртсутектің электрохимиялық тотығуы 0.5М күкірт қышқылы
ерітіндісінде алтын және платина-алтын құймасынан жасалған анодтарда
зерттелген [16]. Тәжірибе нәтижелері, күкіртсутегінің тотығуы кезінде Аu
мен Pt және олардың құймаларының активтіліктері бірдей және барлық жағдайда
(Pt, Au, Pt-Au құймасы) күкірт диоксидінің тотығуы, электрод бетінде
оттегінің адсорбциялануы басталған мезгілде басталатындығын көрсетті.
Богдановский Г.А., Шлыгин А. И. еңбектерінде [17], беттік ауданы өте үлкен
платинирленген платина электродын қолданғанда, күкірт диоксидінің 0.5М
H2SO4 ерітіндісінде тотығуы +0.4 В потенциалында, яғни электрод беті әлі
адсорбцияланған газдардан (Н2, О2) бос кезінде жүретіндігін айтты.
Сондықтан олар, тотығу электрохимиялық жолмен жүреді деп қорытындылады:
SО20 =SO2++e
(19)
SO2+ + 2H2O = HSO3 + Н3О+
(20)
HSO3 = HSO3+ + е
(21)
HSO3+ + 2Н2О = H2SO4 + Н3О+
(22)
Қышқыл ерітінділерде, тотығу процесінде тек күкірт диоксиді
молекулалары қатысады деп [18], ал сілтілік ортада SO32- аниондарының
тотығуы, өте жоғары анод потенциалдарында, яғни электрод бетінде оттегінің
бөлінуімен қатар жүреді деген жорамалдар бар [15]. Бірақ, күкірт
диоксидінің қышқыл ортада платина электродында тотығуының
хронопотенциограммасында авторлар [15], екі толқынның пайда болатындығын
көрсетті. Бірінші толқынды күкірт диоксидінің таза электрохимиялық
механизмі бойынша, екі электронды тотығу арқылы, ал екіншісін күкірт
диоксидін платина тотығымен химиялық әрекеттесуі деп түсіндіреді.
Сондықтан бұл зерттеу нәтижелері, [19] еңбектердің авторларының
мәліметтерін біріктіріп, толықтыра түседі. Кері бағыттағы
хронопотенциограммада ешқандай толқын байқалмайды, яғни күкірт диоксидінің
тотығуы қайтымсыз процесс.
Платина электродын анодты поляризациялағанда (Е= +1.5 В, қ.с.э.
салыстырғанда) электрод беті тотықпен қапталады, ал катодты
поляризацияланған жағдайда, электрод бетіндегі оксид қабаты жойылып, ол
активті күйге өтеді [20].
В.И.Веселовскийдің еңбегінде, [21] платина электродында электрохимиялық
адсорбцияланған күкірт диоксиді, оттегінің қатысында тотығатындығын айтып
кеткен. В.И.Веселовский, бұл құбылысты электрохимиялық каталитті реакция
класына жатқызады. Күкірт қышқылын алу мақсатында күкірт диоксидін
тотықтырудың өндірісте үлкен практикалық мәні бар. Сондықтан, көптеген
зерттеулер бұл процестің өндіріс жағдайларына тиімді мүмкіндіктерін ескере
отырып жүргізілді.
Электролиз жағдайлары, түрлі электрод материалдары және электролизер
конструкцияларының, ерекшеліктері зерттелді. Көптеген ғылыми еңбектерде,
құрамында күкірт бар газдарды өңдеп, [22] күкірт қышқылын алу проблемалары
қарастырылды .
М±най жєне химия µнеркєсібінде ж±мыс жасайтын жұмысшылар арасында
зерттеулер жүргізгенде, көпшілігі жоғары тыныс жолдарының бұзылуы (80%),
тамақ ауруының, дауыстың қарлығуының, мұрыннан қан кету және иісті сезбеу
ауруларының жиі кездесетіндігі анықталған.
Ал, Қарашығанақ Мұнайгаз конденсат қазба орнының орталығында,
күнделікті 15 млн. м3 газдың жағылуына байланысты, атмосфераға мыңдаған
тонна (39046 т - 1991 ж.) лас заттар тасталынады. Сондықтан, бұл өндіріс
орны Республикамыздағы басты лас аймаққа жатады [23]. Ақсай қаласының ауа
бассейні мына улы қосылыстармен ластанған: күкіртті сутек (ЗЖЖК 0.125
мгм3), күкірт диоксиді (ЗЖЖК 0.006-0.38 мгм3), азот қостотығы (ЗЖЖК 0.125-
0.95 мгм3). Қарашығанақ газконденсат қазба орнының аймағындағы Ақсай
қаласының ауасының химиялық заттармен ластануы, денсаулыққа мардымды зиянын
тигізуде: 1-ші орында демалу ағзасы (35,9%), 2-ші орында жүрек тамыр жүйесі
(16.9%), 3-ші орында ас қорыту ағзасы (12.1%) [24].
Сондай-ақ, көптеген әдеби деректер көрсеткендей [25], "Жаңа жол" кен
орнындағы заводында негізгі гигрофессионалды зиянды қосылыстар бар, олар:
күкірт диоксиді, күкіртті сутек, меркаптан т.б.
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс ќалдықтарын залалсыздандыру
әдістері
Жылу жүйесінде қолданылатын табиғи газ, Мұнай газы және таскөмір
газының құрамында күкіртсутек газы болады. Газдың табиғатына байланысты,
сонымен бірге, күкіртті көміртек, көміртектің күкіртті тотығы немесе
карбонилсульфид (СОS), тиофен (С4Н4S4) жәнемеркаптандар (RSH), пиридинді
негіздер, цианды сутек, көміртектің (2) тотығы және аммиак қосылыстары
болады. Күкіртсутек газы целлюлозалы жібек және жану процесі нәтижесінде
түзілетін қалдық газдардың құрамында болады. Күкіртсутек газы, басқа да
кейбір қосылыстар қоршаған ортаға, тірі ағзаға өте зиянды. Сондықтан,
оларды міндетті түрде залалсыздандыру қажет. Ауадағы күкіртсутектің шекті
концентрациясы 0,0115 гм3 болуы қажет, бірақ бұл газдың қазіргі кездегі
концентрациясы бірнеше есеге жоғарылаған. Металлургия өндірісі аймағындағы
концентрациясы 0,115 гм3 –ге рұқсат етілген.
Экономикалық және экологиялық тұрғыдан күкіртсутекті
залалсыздандырудың маңызы зор. Улы газды залалсыздандырудың бірнеше
әдістері белгілі және ол әдістер Колен және Рихнфельдтің еңбектерінде
қарастырылған.
Құрамында күкіртті көміртек және карбонилсульфидтің аз мөлшері бар,
аммиак болмаған жағдайдағы кең тараған әдіс – этаноламинмен тазалау немесе
Джирботол процесі ( Джирдлер Корпорейшен фирмасының атымен аталған) болып
табылады.
Газды қоспаның құрамындағы күкіртсутек және көміртек (2) оксиді
барботажды колоннада этаноламиннің сулы ерітіндісімен, төмен температурада
абсорбцияланады. Түзілген комплексті қосылыс стриппинг-колоннаға өтеді, ол
жерде қыздырылып, қышқыл газдардың регенерациялануы жүреді, ал этаноламин
ерітіндісі абсорберге қайта оралады.
Бұл әдіске бастапқы кезде триэтаноламин (ТЭА) қолданылған. Кейіннен
күкіртсутек және күкірт диоксиді газдарын абсорбциялауға моно этаноламиннің
15-20%-ті ерітіндісін қолданудың (МЭА) тиімді екендігі анықталды.
Нәтижесінде реакцияның жылдамдығы артты және жеңіл регенерациялануы
байқалды.
МЭА әдісінің кемшілігі – көміртектің күкіртті тотығымен жоғары
температурада тұрақты қосылыс диэтилкарбомид [СО(NHCH2CH2)2] түзілуі және
аминнің концентрациясын азайтады. Моноэтиламин әдетте құрамында күкірті бар
қосылыстарды жою үшін қолданылады. Диэтаноламин (ДЭА) диэтилкарбамид
түзбейді, сондықтан мұнай зауытында карбонилсульфидтің аз мөлшері болғанда
газдарды тазалауда қолданылады. Диэтиламиннің ұшқыштығы төмен, сондықтан
оны жоғалтып алу қаупі аз.
Табиғи газды моноэтиламинмен өңдегенде күкіртсутек газының
концентрациясы 0,00575 гм3-ге дейін төмендейді. Күкіртсутекті СО
қатысында селективті абсорбциялау үшін триэтаноламин немесе
метилдиэтанолдың 30%-ті ерітіндісі қолданылады.
Күкіртсутек газының концентрациясы жоғары болғанда табиғи газдан
күкіртсутекті ығыстыру үшін мысалы, Лан жерінде осы әдіс қолданылады. Бұл
әдіс Джирботол әдісіне ұқсас, мұнда диэтаноламиннің SNPA – DEA түрі
қолданылады. Бірақ, технологиялық сатылары Джирботол әдісіне ұқсас.
Мұнда аминнің концентрлі ерітіндісі қолданылады және жоғары қысымда
жүргізіледі. Бұл қондырғының бөлшегінің азаюына, күкіртсутекпен бірге
карбонилсульфидті ығыстыруға мүмкіндік береді.
Егер құрғақ газ қажет болса, газды жуу үшін ұшқыш аминнің
рекуперациясына судың орнына диэтиленгликоль (кейде триэтиленгликоль)
қолданылады.
Бұл процестің қолданысын кеңейту үшін стрипп процесі үшін будың
қолданылуын және жылудың рекуперациясын жақсарту қажет.
Металлургиялық кокс өндірісінде бөлінетін газдан табиғи немесе мұнай
газдардың айырмашылығы төменде көрсетілген:
Қоспа Құрамы, % (жалпы)
Күкіртсутек 0,03-3,0
Күкіртті көміртек 0,007-0,07
Меркаптандар 0,003
Тиофен (С4Н4S) 0,010
Карбонилсульфид 0,009
Цианды сутек 0,10-0,25
Сонымен бірге газдардың құрамында 1% аммиак және 1,5-2% көміртек
диоксиді болады. Аммиактың болуы абсорбция нәтижесінде сілті ерітіндісі
түзіледі деп болжам жасауға болады. Аммиактың абсорбциясы газды фазада
анықталады және өте жылдам жүреді. Күкіртсутектің аммиактың сулы
ерітіндісіндегі абсорбциясы да газды фазада анықталады, бірақ аммиактың
абсорбциясы тәрізді жылдам жүрмейді. Көміртек диоксидінің сулы және әлсіз
сілтілі ерітіндідегі абсорбциясы сулы фазада анықталады.
Әдеттегі жағдайда аммиак ерітіндісімен абсорбциялауда күкіртсутек
мөлшері 30-50%-дан аз болады. Соңғы өнім аммоний сульфаты және газ тәрізді
күкіртсутек түзіледі.
Бұл әдістің бірнеше түрі бар. Мысалы, аммиактың концентрлі ерітіндісін
қолдану арқылы күкіртсутекті бірінші сатыда абсорбциялау, содан кейін
аммиакты екінші абсорберге жіберу (Коллин әдісі). Қышқыл газ концентрлі
аммиак әсерінен буланады.
Копперз Ко. Инк фирмасының әдісінде күкіртсутекті абсорбциялау үшін 3-
3,5% -ті натрий карбонатының сулы ерітіндісі қолданылады. Бұл процесс
келесі реакцияға негізделген:
Na2CO3 + H2S = NaHCO3 + NaHS
(23)
Сибард әдісінде күкіртсутекті булау үшін ауа қолданылады. Бұл
кезде күкіртсутек рекуперацияланбайды және натрий сульфидінің аздаған
мөлшері тиосульфатқа дейін тотығады. Тотығу процесі абсорбциялаушы ерітінді
концентрациясын төмендетеді, сондықтан абсорбциялаушы ерітіндіні жаңартып
отыру қажет.
Абсорбциялау әдістерінің жақсы дамыған түрі Карбонат Вакуумы болып
табылады. Бұл процесс төменгі қысымда (15,6кПа) өтеді. Бұл стриппинг үшін
қажет бу шығымын азайтады (яғни, күкіртсутекті жұту үшін қажет абсорбент
массасы азаяды), жылу шығыны едәуір азаяды, реактивация сатысында төмен бу
қысымында жүргізуге мүмкіндік береді.
Джирботол әдісінің альтернативті нұсқасына Шелл фирмасымен өңделген
әдіс жатады. Онда этаноламин орнына калий фосфаты қолданылады.
K3PO4 + H2S = K2HPO4 + KHS
(24)
Әдістің артықшылығына этаноламинмен салыстырғандағы фосфаттың
тұрақтылығы, SO2 қатысында күкіртсутекке селективті болуы Алкасид
әдісі 1939 жылға дейін Германиядағы кең қолданылған. Қолданылу тәсіліне
қарай М, Dik және S ерітінділері қолданылған.
М ерітіндісі - аланиннің натрий тұзы күкіртсутекті немесе СО газын не
екеуін де жұту үшін қолданылды. Dik – диметилглицерин СО2 қатысында
күкіртсутекті жою үшін, ал S – натрий феноляты газ құрамында цианды сутек,
аммиак, күкіртсутек, меркаптандар, шайыр қосылыстары болғанда қолданылған.
Алғашқы екі реагент М, Dik - өте коррозиялық активті.
Су да күкіртсутекті абсорбциялауда қолданылады. Алайда, қондырғы өте
күрделі болады.
Жоғарыда сипатталған әдістерде абсорбцияланатын ерітіндіні
регенерациялағанда элементті күкіртке дейін тотықтыруға болатын бос
күкіртсутек пайда болады. Бұл процесс, әсіресе, кокс газдарын өңдеуде
аммоний сульфитін тұнбаға түсіруге қажетті күкірт қышқылы үшін маңызды. Бұл
қышқылды әдетте басқа жерден тасымалдайды.
Тилокс әдісінде абсорбент ретінде де, регенерациялаушы реагент
ретінде де натрий тиоарсенаты қолданылады. Бұл әдісте күкірт шығымы жоғары,
реагент шығымы төмен. Процесс төмендегі реакциялар негізінде жүреді:
Абсорбция:
H2S + Na4As6O = NaAs2S6O + H2O
(25)
Регенерация:
2 Na4As2S6O + O2 = 2 Na4As2S6O2 + 2S
(26)
Джаммарко-Ветрокок әдісінде газды тазалау үшін мышьяктың комплексті
қосылысы қолданылады. Күкіртсутек арсенитпен әрекеттесіп, тиоарсенит
түзіледі, одан кейін монотиоарсенатпен реакцияласады.
Стретфорд әдісі 1959 жылдан бері жақсы қолданылады.
Абсорбция:
H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3
(27)
Күкірттің алынуы:
2 NaHS + H2S + 4NaVO3 = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S
(28)
Ванадаттың ADA көмегімен рекуперациялануы:
Na2V4O9 + 2NaOH + H2O + 2ADA = 4NaVO3 + 2ADA (тотықсызданған
форма)
(29)
ADA-ның ауадағы оттегімен тотығуы:
2ADA(тсн) + О2 = 2ADA + H2O
(30)
Бұл әдіспен алынған күкірттің сапасы жоғары.
Хемосорбция әдісімен күкіртсутекті залалсыздандыру әдісі күкіртсутекті
темір оксидімен құрғақ тотықтыруға негізделген. Келесі реакция негізінде
жүзеге асырылады:
6 H2S + Fe2O3 = 2FeS3 + 6 H2O
(31)
Регенерация:
2 Fe2O3 + 3O2 =6S + 2 Fe2O3
(32)
Темір оксиді ұнтақ түрінде қолданылады.
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық әдісі.
Таскөмір газынан күкіртсутек және құрамында күкірті бар органикалық
кейбір газдарды ығыстыру үшін Апплеба- Фродинг әдісін қолданады. 340-3600С
шамасында темір оксидінің қайнап тұрған қабатында процесс жүреді.
Тазаланудан өткен таскөмір газының құрамында 14гсм3 күкіртсутек газы және
күкіртсутек газының осы мөлшерінің оннан бір бөлігіндей күкіртті
органикалық газ болады. Газды өңдегеннен кейін күкіртсутектің 99,7-99,9% -ы
және тиофенсіз күкіртті органикалық газдың 70-80%-ы , тиофеннің 30-45%-нан
тазартылды. Газды тазалау барысында алынған SО2 газын күкірт қышқылы
өндірісіне жіберіледі.
Күкіртсутек және күкіртті органикалық газдардың негізгі бөлігін 4500С-
та катализатор қатысында ығыстыруға болады. Бұл әдіс экономикалық жағынан
тиімсіз.
Ұлыбританиядағы газдарды өңдеу процестерінің жаңа әдісінде күкіртті
органикалық қосылыстарды, күкіртсутекті, карбонилсульфидті уран оксиді
катализаторы (U2O3 және U3O8) 5000С кезінде өңдейді. Содан кейін
күкіртсутекті темір оксидінде абсорбциялайды. Алюминий оксидінің
активтелген түрі, сілті металдарының алюмосиликаттары көмегімен 2500С
шамасында күкіртсутекті үздіксіз өңдеуге болады. Монро және Мэдсин
еңбектерінде осы әдіспен күкіртсутектің 70-95%-ы элементті күкіртке
айналатыны айтылған.
2H2S + SО2 → 2H2O + 3 S
(33)
Бұл реакция Клаус әдісіне ұқсас. Процеске қажетті SО2 газын
күкіртсутекті өңдегенде немесе элементті күкіртті жағу арқылы алуға болады.
Сквайрз күкіртсутекті абсорбциялауға күйдірілген доломитті пайдалануды
ұсынды. Процестің бірінші сатысында доломиттің кальцийлі фракциясы жүреді.
H2S + [CaO + MqO] → [CaS +MqO] + H2O
(34)
Күкіртсутектің рекуперациясы 1,5 МПа СО2 буы қатысында жүреді:
[CaS +MqO]+ H2O+ СО2 → [CaСО3+ MqO]+ H2S
(35)
Содан кейін доломитті өртеп, бастапқы абсорбентті алады:
[CaСО3+ MqO] → [CaO + MqO]+ СО2
(36)
Доломиттің магнийлі фракциясы химиялық реакцияға қатыспайды, бірақ
абсорбенттің механикалық беріктігі үшін қажет.
Газдарды тазалау техникасы, шаң - тозаңды және улы газдарды ұстап
қалатын аппарат құрылғыларының түріне, олардың конструкцияларына, сондай-ақ
тазарту әдістеріне байланысты өте алуан түрлі болады. Газдарды тазартудың -
механикалық (қатты бөлшектерден және сұйық тамшыларынан тазарту),
сорбциялық және улы газдарды химиялық жолмен (каталиттік тотығу, термиялық
ыдырау және т.с.с.) зиянсыз заттарға айналдыру және олардан пайдалы
қосылыстар алу әдістері белгілі.
Шығарылған газдарды күкірт диоксидінен тазартудың кµптеген
хемосорбциялық әдістері белгілі, бірақ олардың кейбіреулері ғана қолданылып
жүр. Себебі, бұл шығарылатын газдардың мөлшері көп, ал олардағы SО2-нің
концентрациясы көп емес, әрі газдардың температурасы жоғары және құрамында
шаң-тозаң мөлшерінің көп болуы, тазалау технологиясын күрделендіріп
жібереді. Абсорбциялау үшін, сілтілік және сілтілік жер металдар тұздарының
судағы ерітінділері мен суспензиялары қолданылады.
Норвегияда "Flak-Hydro" деп аталатын тәсіл ойлап табылған, онда SO2
газын сіңіретін зат ретінде әлсіз негіздік реакция беретін теңіз суы
қолданылады. Негіздік ортада күкірт диоксидінің ерігіштігінің артатындығы
көпшілікке мәлім [24].
Газдарды күкірт диоксидінен тазартудың әдісі бойынша, жану камерасына
ізбес тасын СаCO3, ізбесті СаО немесе доломитті CaC03-MgCO3 енгізгенде
CaSO4, түзіледі, мысалы:
СаО + SО2 + 12 О2 - CaSO4
(37)
Сульфаттың құрғақ үнтағын - газ ағынын құрғақ тазалау әдістерінің
көмегімен немесе скрубберде бөліп алады. Құрғақ тазалау әдісінің тиімділігі
40-70 %, ал ылғалды әдісінің тиімділігі 90 % -тен жоғары.
Газдарды H2S- тен толығырақ тазартуда- темір гидроксиді, активті
көмір, цеолиттер және басқа сіңіргіш заттар қолданылатын адсорбциялық
әдістер қолданылады. Темір гидроксидімен тазарту процесі бұрыннан
белгілі. Газды Fe(ОН)3 қабаты арқылы өткізгенде, H2S химиялық реакцияға
қатысады:
2Fe(OH)3+ 3 H2S - Fe2S3 + 6Н2О
(38)
Түзілген темір сульфидін оттегі қатысында тотықтырып, қайтадан Fe(OH)3
қосылысын алады:
Fe2S3 + 32О2 +3Н2О - 2Ғе(ОH)3 + 3S
(39)
Күкіртті, сіңіргіштен бөліп алу үшін, оны жағады. Осының нәтижесінде
түзілген SO2 күкірт қышқылы өндірісіне жіберіледі.
Күкіртсутекті тазарту барысында, калий фосфатының ерітіндісі
пайдаланылады:
К3РО4 + H2S = KHS + К2НРО4
(40)
К3РО4 +СО2+ Н2О= КНСО3 +K2HPО4
(41)
Өндіріс нәтижесінде түзілген газдарды залалсыздандыру барысында, олар
катализатор қатысында әртүрлі химиялық өзгерістерге ұшырайды. Әдетте, газ
құрамында, катализаторларды істен шығаратын шаң-тозаң және басқа заттар
болмауы тиіс.
Күкірт диоксидін, көп жағдайда күкірт ангидридіне дейін тотықтырады.
Тотықтыру процесі V2О5 катализаторлары қатысымен жүреді [21],
2SO2 + O2= 2SO3 + Q
(42)
V2O5 + SO2 + SO3 = 2VOSO4 + Q
(43)
Ал, келесі еңбекте [26], күкірт диоксидін ванадий катализаторында
тотықтыру реакцияларының кинетикалық механизмінің тотығу реакциясының
жылдамдығы есептелінді. Алынған кинетикалық тендеулер, күкірт диоксидін 1—8
атм. қысымда және 460—630 °С температуралар аралығында тотықтыру,
оптимальды болып есептелінетінін көрсеткен.
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір
әдістері
Қазіргі таңда құрамында күкіртсутек бар газдарды залалсыздандыру
мақсатында өңдеу, одан пайдалы заттарды алу әдістерін жасаумен ұштастырылып
отыр. Технологиялық газдардан күкіртсутекті пайдалы заттарға айналдырудың
бірнеше әдістері бар. Мысалы, күкіртсутекті натрий сульфидіне айналдыру, ол
газдан аммоний сульфатын алу. Осыдан басқа Клаус процесін жүргізу барысында
иондық абсорбция-десорбция жүйесінде күкіртті қайта өндіру процесінде
қолдану. Мұнай, газ және металлургия өндірістерінде бөлініп жатқан
газдардағы күкіртсутекті залалсыздандыру екі әдіспен жүргізіледі. Бұл-
каталитикалық Клаус әдісі және сұйық фазада жүретін тотығу әдісі.
Каталитикалық процесті іске асыру үшін бөлініп жатқан газдарды толық
залалсыздандыруға мүмкіншілік жасай алатын технологиялық жүйені құрастыру
қажет. Клаус процесі 200-400°С-та жүргізіледі, ол кезде әрі Н2S, әрі SO2
залалсызданады. Бұл әдістің негізінде Н2S ауадағы оттегімен термиялық
тотығуға ұшырап, бос күйіндегі күкірт және газ күйіндегі SO2 түзіледі.
Содан кейін каталитикалық реакцияның өзі жүреді [9]:
2Н2S+SO2=3S+2Н2O (44)
Күкіртсутекті тотықтырғанда немесе құрамында күкіртсутек бар газдарды
өңдегенде, міндетті түрде қоршаған ортаны қорғауға бағытталған шараларды
қолданып отыру қажет. ТМД елдерінің территориясында ең ірі газ өңдейтін
комплекстер салынды. Олар: Мубарек (1971ж), Орынбор (1974ж), Астрахан
(1987ж) қалаларында. Осы өндірістер үшін ластағыш газдардың ауаға шығатын
көлемдері анықталып, қолданылған шаралар туралы деректер келтірілген [10].
Күкіртсутекті тотықтыру қажеттілігі қоршаған ортаны қорғау мақсатында
немесе одан пайдалы өнімдер алу бағытында емес, сонымен қатар күрделі
газдар қоспасын тазарту үшін де туындайды. Себебі, газдарды жылу көзі
ретінде жағу үшін де, олардан метанол, аммиак, жасанды отын алу үшін де, ол
газдар күкірт қосылыстарынан, әсіресе күкіртсутектен таза болуы қажет.
Осыған орай әртүрлі газдар қоспасын күкіртсутектен тазартып тұру маңызды
мәселелердің бірі [11]. Газдарды күкіртсутектен тазартудың үш әдісі
белгілі, олар: қатты адсорбенттерді қолдана отырып құрғақ түрде тазарту,
ерітінділермен абсорбциялау арқылы тазарту, химиялық жолмен күкіртсутекті
басқа қосылыстарға айналдыру. Осы аталған әдістерді әртүрлі процестерді
жүргізу арқылы іске асыруға болады, бірақ өндірісте олардың кейбіреулері
ғана қолданылады [12-15]. Өндірісте қолданылатын негізгі әдістердің бірі
активтелген көмірді қолданып, күкіртсутекті бөліп алу. Активтелген
көмірдің сіңіру қабілеті зор, сондықтан оның 1м3 көлемі 400-500 кг
күкіртсутекті сіңіре алады. Оның үстіне активтелген көмір ауа қатысында
күкіртсутекті тотықтыруда, катализатор ролін атқара алады. Бұл кезде
күкіртсутектің тотығуы 13-ші реакция бойынша жүреді. Бұл реакция 35-400С
-та өте тез жүреді. Ал егер осы реакцияға аммиакты қатыстырса, мынадай да
реакция жүреді:
2NH3+СO2+Н2O = (NН4)2СО3 (45)
Газ қоспасын күкіртсутектен толық тазарту мақсатында температураны
60°С- тан асырмайды және су буын қолданады. Көмірге сіңірілген күкіртті
бөліп алу үшін күкіртті аммоний ерітіндісін қолданады:
(NH4)2S +S = (NН4)2S (46)
Бұл қосылысты ыдыратқанда:
(NH4)2S2 → 2NH3 +Н2S +S (47)
қайтадан күкіртсутек және күкірт бөлінеді. Назар аударатын болсақ, бұл әдіс
көп сатылы және оның соңынан тағы да зиянды күкіртсутек ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ИНЖЕНЕРЛІК – ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ
050112-
ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
ҚҰРАМЫНДА КҮКІРТСУТЕК БАР ГАЗДАРДЫ ТҮЙІРШІКТІ НИКЕЛЬ ЭЛЕКТРОДЫНДА ТОТЫҚТЫРУ
ЕРЕКШЕЛІКТЕРІН ЗЕРТТЕУ тақырыбына
050112-ХИМИЯ
Орындаған:
Ғылыми жетекшісі; х.ғ.к., доцент м.а. .
Жұмыс қорғауға жіберілді:
Хаттама:
_______ _____________2011 жыл
Кафедра меңгерушісі, х.ғ.к., доцент м.а.
Ұсынылған күні
Қорғау күні
ТҮРКІСТАН 2011
МАЗМҰНЫ
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУ БЕЛГІЛЕРІ
НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3 1 Күкірт және
оның қосылыстарының физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физика – химиялық
қасиеттері ... ... ...6
1.2 Күкіртсутектің физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 9
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының
электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ..10
1.4 Сульфит − иондарының электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ..11
1.5 Сульфат− иондарының электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... .12
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс қалдықтарын залалсыздандыру
әдістері ... ..16
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық
әдісі ... ... ... .18
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
1.9Ұнтақты немесе түйіршікті электродтардың қасиеттері мен электрохимиядағы
қолданысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ..28
ТӘЖІРИБЕЛІК
БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ..33
2.1 Күкіртсутек газын алуға және тотықтыруға арналған қондырғылардың
конструкциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
2.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдердің
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.3 Күкіртсутектің тотығуына ток тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ...39
2.4 Күкіртсутектің тұз қышқылы ерітіндісінде тотығуына концентрацияның
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
2.5 Күкіртсутектің тотығуына электролиз ұзақтығының
әсері ... ... ... ... ... ... ..44
2.6 Күкіртсутектің тотығуына газ көлемінің
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
2.7 Күкіртсутектің тотығуына температураның
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..48
2.8Күкіртсутекті түйіршікті никель электродында тотықтырып,
залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілін жасау
... ... ... ... ... ... ... ... .50
3 ЕҢБЕКТІ
ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ...53
3.1 Мұнай өндіру және өңдеу орындарынан бөлінетін газдар құрамындағы
күкіртсутекпен жұмыс істеудің қауіпсіздік
ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...53
3.2 Күкіртсутектің адам ағзасына әсері және
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... 53
3.3 Күкірт диоксидімен, күкіртсутекпен уланған адамдарға дәрігерге
дейінгі алғашқы
көмек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... .54
4
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... 56
5 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...57
КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі:
Табиғи ресурстарды толық және тиімді пайдалану, өндіріс қалдықтарын
залалсыздандыру және қоршаған ортаны қорғау- дамыған химия өнеркәсібінің
өзекті мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде күкіртсутектің қоршаған ортаға
әсері барған сайын артып, ол табиғи геологиялық жүйедегі тепе-теңдік
құрылымын бұзушы фактор ретінде көрінуде. Кукіртсутектің айтарлықтай көп
мөлшерде жылына 3 млн. тоннаға дейін түзілуі қазіргі мұнай өңдейтін өндіріс
орындарында байқалады.
Ал, өнеркәсіпте күкірт қышқылы мен элементті күкіртке сұраныстың
артуы, оны өңдеу технологиясына экологиялық талаптардың күшеюі, құрамында
күкіртсутек қосылыстары бар өнімдерді өңдеудің альтернативті жаңа әдістерін
жасауды талап етеді.
Мұнай, көмір өндірістеріндегі газдарды өңдеу процестерінде әр түрлі
мөлшерде өте зиянды қоршаған ортаға, тірі ағзаға тигізетін залалы көп улы
газ-күкіртсутек түзеді. Осыған сәйкес, күкіртсутекті міндетті түрде өңдеу,
оны басқа тотыққан түрге айналдыру, тіпті одан пайдалы заттар алу
экологиялық және зкономикалық проблемаларды шешетін мәселелердің бірі болып
отыр.
Сондықтан, күкіртсутек газын түйіршікті электрдтарда тотықтыру
ерекшеліктерін зерттеп, соның нәтижесінде өндіріс қалдықтары ретінде
күкіртсутек газын залалсыздандыру мәселесін пайдалы өнім ала отырып,
электрохимиялық жолмен шешудің экологиялық тұрғыда маңызы зор. Осыған
байланысты біздің жұмысымыздың мақсаты күкіртсутек газын қышқыл ортада
түйіршікті никель электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру.
Мәселенің зерттеліну дәрежесі.
Әдеби мәліметтерге қарағанда күкіртсутек газын анодтық және катализдік
жолмен тотықтыру арқылы күкірт және күкірт қышқылын алу бірқатар еңбектерде
қарастырылған:
1. Баешов А. Б., Жұрынов М. Ж., Баешова А. К., Алтынбекова М. О.
О возможности применения порошковых и кусковых электродов для очистки
сточных вод .
Труды международной научно-практической конференции Инновационная роль
науки в подготовке современных технических кадров. Караганда 2008. 2
Ә. Б. Баешов., М. Ж. Жұрынов., А. Қ. Баешова., Қ. Ж.
Баетова.,Г.Т.Айболова., М. О. Алтынбекова. Химия, металлургия өндірісінде
бөлінетін зиянды газдарды залалсыздандырудың электрохимиялық тәсілдері .
Орталық Қазақстандағы ғылым мен білімнің қазіргі жағдайы мен даму
бағыттамалары.
Халықаралық ғылыми-практикалық конференция материалдары. Караганда, 1-2
октября 2008.
3 К вопросу о переработке сероводорода – содержаших газов
нефтеперерабатывающей отрасли.
Материалы Международной научно-практической конференции
Нефтегазопереработка и нефтехимия . УФА. 2008 Баешов А. Б., Баешова А. Қ.
Күкіртсутек газын электрохимиялық жолмен тотықтыру арқылы
залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу жайлы мәліметтер жалпақ
электродтарда қарастырылған.
Түйіршікті электродтарда қолданған ғылыми еңбектерде өте аз.
Түйіршікті электрод ретінде қорғасын, темір электродтары қолданылған.
Түйіршікті никель электродын қолданып, HCL қышқылында тотықтыру алғаш рет
қарастырылып отыр.
Жұмыстың мақсаты:
Күкіртсутек газын тұз қышқылды ортада, түйіршікті никель
электродында электрохимиялық жолмен тотықтыру ерекшеліктерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы:
1. Бұл жұмыста алғаш рет құрамында күкіртсутек газы бар өндіріс қалдықтарын
залалсыздандырудың түйіршікті никель электродтарын қолданып,
электрохимиялық қасиеттері зерттелді
2.Зерттеу нәтижесінде алынған өнімдерге сапалық және сандық анализ
жасалынды
3.Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарында тотықтыру кезінде
әртүрлі параметрлердің (ток тығыздығы, концентрация, газ көлемі,
температура, электролиз ұзақтығының әсері) қарстырылып, осы процестің
тиімді жағдайында күкіртсутектің тотығу дәрежесі 90%, ал күкіртсутектің
тотығуының ток бойынша шығымы 92,6% болатындығы көрсетілді.
Практикалық құндылығы. Тұз қышқылы ерітіндісінде, түйіршікті
никель электродын пайдалана отырып, анодты поляризациялау арқылы
өнеркәсіптерден бөлінетін күкіртсутек газын залалсыздандырудың
электрохимиялық тәсілдері жасалынды.
Қорғауға ұсынылған негізгі қағидалар.
• Күкіртсутек газын түйіршікті никель электродтарын қолдана отырып,
тотықтыру арқылы залалсыздандыру және пайдалы өнімдер алу;
• Күкіртсутек газының тұз қышқылы ерітіндісінде анодты тотығуының
ерекшеліктерін зерттеу
• Қоршаған ортаға зиянды күкіртсутек газын залалсыздандырудың
электрохимиялық тәсілі жасалынды.
Алынған нәтижелер мен қорытындылардың нақтылығы, негізделу дәрежесі:
• Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеттері электродтық процестердің
негізгі параметрлеріне әртүрлі факторлардың әсерін анықтау арқылы
зерттелді.
• Күкіртсутек газын электрохимиялық тотықтыру тұз қышқылы ерітіндісінде
түйіршікті никель электродтарда қайталанған жүйелі зерттеулер арқылы
іске асырылды.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы:
Дипломдық жұмыс кіріспеден, үш тараудан, қорытындыдан, пайдаланған
әдебиет тізімінен, -беттен тұратын дипломдық жұмысқа 6 график, 2 қондырғы
схемасы енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі-
Дипломдық жұмыстың тәжірибелік бөлімдерін жүргізуде, алынған зерттеу
нәтижелерін талдау, қорытындылау кезінде кеңес беру арқылы көмектескен,
бағыт-бағдар берген ғылыми жетекшім кафедраның доцент м.а.
М.О.Алтынбековаға алғысымды білдіремін.
1 КҮКІРТ ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚОСЫЛЫСТАРЫНЫҢ ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
1.1 Күкірт және оның қосылыстарының физико-химиялық қасиеттері және
олардың қоршаған ортаға әсері
Күкірт (Sulfur), S – элементтердің периодтық жүйесінің VI тобындағы
химиялық элемент; атомдық номері 16, атомдық массасы 32,06. Тұрақты
4 изотопы бар. Сондай-ақ жасанды жолмен алынған 6 изотопы белгілі.
Күкірттің жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,05%, теңіз суында 0,08-0,09%.
Күкірт біздің заманымыздан 2000 жыл бұрын белгілі болған. Қалыпты жағдайда
күкірт сары түсті; бейметалл. Табиғатта бос күйінде ( саф күкірт) және
сульфидті (мысалы, пирит, галенит, антимонит, т.б.), сульфатты (гипс,
ангидрит, барит, мирабилит, т.б.), т.б. минералдар түрінде кездеседі.
Күкірттің бірнеше кристалдық түрлері белгілі, оның ішінде орнықтылары
ромбалық α-күкірт және моноклинді β-күкірт. Күкірттің тығыздығы 2,07
гсм3 (α-түрі) және 1,96 гсм3 (β-түрі), балқу температурасы 112,80С,
қайнау температурасы 444,60С, жылу өткізгіштігі 0,208 Вт(м град). Күкірт
суда ерімейді, бензолда жақсы ериді, қыздырғанда молекуласындағы атом саны
бірте-бірте кемиді: S8→ S6→ S4 → S2 ақырында 20000С-тан жоғары қыздырғанда
күкірт буында жеке атомдар пайда болады. Салқындатқанда осы прцесс кері
айналып полимерлену құбылысы жүреді. Күкірт қосылыстарында -2 –ден +6-ға
дейін тотығу дәрежелерін көрсетеді. Азот, йод, алтын, платина және инертті
газдардан басқа элементтердің бәрімен әрекеттеседі. Күкірт металдармен
реакцияласқанда өте көп жылу бөлініп шығады. Оттекпен бірнеше оксид түзеді.
Күкірт саф күкірт, полиметалдық кендер, газ және мұнайды тазалау кезінде
олардан қосымша өнім ретінде алынады. Күкірт, негізінен, химия
өнеркәсібінде мата ағартуға, дәрі-дәрмек, косметикалық препараттар
дайындауда, пластмасса, қопарғыш заттар, тыңайтқыш, улы химикаттар алуда
кеңінен қолданылады [1,2].
Күкірт айналымы – табиғатта күкірттің үздіксіз айналу құбылысы. Күкірт
өзінің оксидтері SО2 пен SО3, күкіртсутек H2S және бос күкірт күйінде
жанартаулардың атқылауы кезінде сыртқы ортаға шығарылады. Сонымен қатар,
табиғатта күкірт айналымына көп мөлшерде темір, қорғасын, мырыш, т.б.
металдардың сульфидтері қатысады. Сульфидтер құрамындағы күкірт биосферада
көптеген микроағзалардың әсерінен сульфаттық күкіртке дейін тотығып,
топырақ пен судың құрамында болады. Топырақтағы сульфаттарды өсімдіктер
бойына сіңіреді. Адам мен жануарлардың ағзасында күкірт аминқышқылдары мен
белоктың құрамында болады, ал өсімдіктерде эфир майларының, т.б. құрамына
кіреді. Топырақта және теңіз лайларында өлі ағза қалдықтарының ыдырауы
кезінде күкірттің өте күрделі өзгерістері байқалады. Микроағзалар әсерінен
ақуыздың ыдырауы нәтижесінде пайда болған күкіртсутек әрі қарай бос
күкіртке не сульфаттарға дейін тотығады. Бұл прцесте түрлі микроағзалардың
қатысуы нәтижесінде күкірттің көптеген аралық қосылыстары түзіледі.
Топырақтағы күкіртсутектен түрлі сульфидтік кендер, ал сульфаттардан гипс
кендері түзіледі. Сульфидтер мен гипстің ыдырауы нәтижесінде бөлініп шыққан
күкірт қайтадан күкірт айналымына түседі[2]
Күкірт кентастары- құрамынан күкірт ажыратып алынатын минералдық
шикізаттар. Күкірт кентастарынан бос күкірт, күкірт қышқылы, әр түрлі
өндіріс салаларында қолданылатын күкіртті қосылыстар алынады. Күкірт
кентастарының минералдарына саф күкірт, мыс, полиметалл, колчедан, алтын
және сирек металл кентастарында (S 13-55%) кездесетін сульфидтер мен
сульфарсенидтер, шөгінді жыныстарда шоғырланатын сульфаттар (SО3 24,4-
58,8%) жатады. Бұлардың ішіндегі ең маңыздылары саф күкірт, пирит пен
марказит (S 53,4%), пирротин (S 31,5-41,8%); ангидрит (SО3 58,8%), гипс
(SО3 46,6%). Күкірт мөлшеріне қарай күкірт кентастары бай (S 25%-дан
жоғары), орташа (S 18-25%), кедей (S 5-18%) болып бөлінеді. Түзілу тегіне
қарай шөгінді және жанартаулық болып бөлінеді. Кен құрамы жағынан
опалиттік, күкіртті-кварциттік болып ажыратылады. Тұздылығы жоғары
лагуналық-теңіздік алаптардың тұнбаларымен байланысты болып келетін шөгінді
кендер тұз күмбездік, қабаттық, линзалық немесе ұялық болып жіктеледі де,
минералдық-литолдық құрамы жөнінен әктасты, кальцитті-доломитті, сазды,
мергельді, гипсті, құмтасты болып бөлінеді. Дүние жүзіндегі күкірттің басым
көпшілігі шөгінді кендерден өндіріледі. Күкірт кентастары ашық және жерасты
әдістерімен әндіріледі. Кентасты байыту әдістері күкірттің балқу
температурасына (112,80С), физикалық, химиялық қасиеттеріне негізделген.
Қазақтанда бос күкірт Каспий маңы ойпатындағы тұз күмбездерінің бетінде
кездеседі. Күкірт қышқылын полиметалл, мыс, көмір кендеріндегі пириттен,
бақа кендердегі алунит, гипс, ангидриттен түсті металлургия заттары мен
кокс пештерінің күкіртті газдарынан өндіреді. Қазір Теңіз кені мұнайының
құрамындағы күкіртті тиімді пайдалану жолдары қарастырылуда. Атап айтқанда,
оны жол төсеуге пайдалануға болатындығы анықталды [3].
Күкірт қосылыстары – күкірт элементі түзетін химиялық қосылыстар.
Күкірт қосылыстарында -2-ден +6-ға дейін тотығу дәрежелерін көрсетеді.
Күкірт ауада немесе оттекте жанғанда күкірт (IV) оксиді SО2 және аз
мөлшерде күкірт (VI) оксиді SО3 түзіледі. Қыздырғанда күкірт тікелей
сутекпен, галогендермен (иодтан басқасы), фосформен, көмірмен және алтын,
платина, иридийден басқа металдардың барлығымен қосылады. Мысалы, H2S;
P2S3; SCl2; CS2; FeS. Күкірт металдармен және кейбір бейметалдармен
реакциясында – тотықтырғыш, ал активтігі жоғары бейметалдармен
реакциясында, мысалы, оттекпен, хлормен – тотықсыздандырғыш қасиеттер
көрсетеді.
Күкірт (IV) оксиді, күкіртті ангидрид, күкіртті газ (SО2) – қалыпты
жағдайда түссіз, өткір тұншықтыратын иісі бар тұншықтырғыш газ, балқу
температурасы -75,460С, қайнау температурасы -10,10С. Күкірт (VI) оксидінде
қышқылдық оксидтерге тән барлық қасиеттер бар, суда, эфирде жақсы ериді.
Мұнда тек қана сулы ерітіндіде болатын күкіртті қышқыл түзіледі.
SО2 + H2O → Н2SО3
(1)
Ол күшті тотықсыздандырғыш, күкірт қышқылын алуда тотықтырғыш, ағартқыш
және консервілеуші зат ретінде, т.б. қолданылады. . Күкірт (VI) оксиді
зиянды газ болғандықтан өнеркәсіп орнында ауадағы мөлшері 0,01мгл-ден
аспауы қажет.
Күкірт (VI) оксиді, күкірт ангидриді, күкірт триоксиді (SО3) -16,80С-та
кристалдық массаға айналып қататын түссіз сұйықтық. Сумен немесе оның
буымен тез әрекеттесіп күкірт қышқылын түзеді. Күкірт (VI) оксидінің балқу
температурасы 16,80С, қайнау температурасы 44,80С. қатты күйінде балқу
температуралары 16,8; 32,5; 62,3 және 950С болатын α, β, γ және δ түр
өзгешеліктері болады. Олар бір-бірінен кристалл пішіні және SО3 полимерлену
дәрежелерімен ерекшеленеді. Күкірт (VI) оксиді – күшті тотықтырғыш, SО2-ін
оттекпен 4400С-та катализатор қатысында тотықтыру арқылы алынады. Күкірт
(VI) оксиді өндірісте органикалық заттарды сульфирлеуші реагент ретінде,
олеум, хлорсульфоқышқылын, сусыз НNO3, т.б. алу үшін қолданылады.
Күкіртті қышқыл, Н2SO3 – екі негізді әлсіз қышқыл, судағы ерітінді
түрінде ғана белгілі. Қышқылдарға тән қасиеттердің бәрі бар. Күкіртті
қышқыл сілтілермен әрекеттесіп – сульфиттер немесе гидросульфиттер түзеді.
Күкірт (IV) оксиді сияқты бояулардың көпшілігін түссіздендіреді. Сондықтан
жүн, жібек, т.б. ағарту үшін қолданылады.
Күкіртті көміртек, СS2 – түссіз, қопарылғыш, тұтанғыш, улы сұйық зат,
тығыздығы 1,26 гсм3 (200С), балқу температурасы -112,10С, қайнау
температурасы 46,260С. Күшті тотықтырғыш. Күкіртті көміртек вискоза алуда,
каучукты вулканизациялауда пайдаланылады.
Күкіртсутек, H2S шіріген жұмыртқа иісті, түссіз, жүйке жүйесіне әсер
ететін өте улы газ, тығыздығы 0,938 гсм3 (-810С), балқу температурасы
-86,50С, қайнау температурасы – 60,380С. Бір көлем суда үш көлем
күкіртсутек газы ериді. өндіріс орындарындағы ауада күкіртсутек мөлшері
0,01мгл-ден аспауы керек. әдетте, оны темір (II) сульфидіне сұйытылған тұз
немесе күкірт қышқылымен әсер ету арқылы алады:
2НCL + FeS → Fe CL2 + H2S
(2)
Күкіртсутектің судағы ерітіндісін күкіртсутек суы немесе күкіртсутек
қышқылы деп атайды. Күкіртсутек қышқылы екі негізді қышқыл ретінде екі
қатар: орта ( сульфидтер) және қышқыл (гидросульфидтер) тұздар түзеді.
Кейбір сульфидтердің өздеріне тән түстері болады: CuS пен PbS – қара, CdS
– сары, ZnS – ақ, MnS – қызғылт, SnS – қоңыр, SbS – қызыл сары түсті, т.б.
Күкірт қышқылы, Н2SО4 – күшті екі негізді қышқыл, оның құрамындағы
күкірттің тотығу дәрежесі +6. Күкірт қышқылы қалыпты жағдайда түссіз және
иіссіз май тәрізді ауыр сұйықтық. 100%-дық моногидрат (SO3∙ H2O) 10,40С-та
кристалданады; қайнау температурасы 296,20С, тығыздығы 1,9203 гсм3, сумен
және SO3 пен кез келген қатынаста араласып, көптеген қосылыстар түзеді.
Ертеде оны, көбінесе, темір купоросынан алған, сондықтан оның көптеген
ғасырлардан бері сақталып келе жатқан купорос майы деген аты бар. Техникада
оның сумен қоспасын да, күкірт (VI) ангидридімен қоспасын да күкірт қышқылы
деп атайды [2].
1.2 Күкіртсутектің физика - химиялық қасиеттері
Күкіртсутек - түссіз, µткір иісті, ауадан 2 есе ауыр және суда жақсы
ериді (1 л су көлемінде 40 көлем к‰кіртсутек), ауада 0.2 % болса әуелі
тамақ қарлықтырып, біраздан соң адамды есінен тандырады.
балқу температурасы, °С -85,6
қату температурасы, °С -83,0
тыгыздық (с) (0°С), гсм3 1.539
тығыздық ( г) (О°, 760 мм.с.б.), гл 2.93
критикалық температура, °С +100,4
Күкіртсутек - улы қосылыс, ауадағы концентрациясы 0.03-0.05 мгл-
ден көп болса, ентігу, бронхит, µкпенің қабынуына әкеледі. Күкіртсутек жер
қыртысының кейбір бөліктерінде, сондай-ақ вулкан жарылыстары кезінде де
бөлінуі мүмкін [ 8 ].
Күкіртсутек молекуласы бұрышты молекула. HSH бұрышы 920,
d(SH)=0,133нм, сондықтан полюсті болады.
Күкіртсутектің сутектік байланыс түзуі нашар, сондықтан да күкіртсутек
кәдімгі жағдайда газ.
Күкіртсутек ауада көгілдір түсті жалынмен жанады:
2H2S +O2= 2H2O +2S
(3)
2H2S +3O2= 2H2O +2SO2
(4)
оттек жеткілікті болса, онда күкірт те тотығады.
Күкіртсутек – жақсы тотықсыздандырғыш, күкіртсутектің ерітіндісі
лакмусты қызыл түске бояйды, ол екі негізді, әлсіз қышќыл, күкіртсутек
қышқылы деп атайды. Күкіртсутек қышылыныњ т±здарын сульфидтер деп атайды.
К‰кіртсутек ќышќылыныњ т±здарын сульфидтер деп атайды. Күкірт диоксиді
күкіртті сутекті оңай тотықтырады [9]:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O
(5)
Күкірт диоксиді - маңызы өте зор қосылыс, өнеркәсіпте көп мөлшерде
өндіріледі, сондықтан өндірісте күкірт диоксидін арнайы пештерде күкіртті
жағу және күкіртті металдарды, әсіресе мыс, темір колчедандарын жағу арқылы
алады [10]:
4FeS2 + 11О2 = 2Fe2O3 + 8SO2
(6)
Ал, лабораториялық жағдайда, күкірт диоксиді газын
сульфиттергесұйытылған күкірт қышқылын, ал мысқа концентрлі күкірт
қышқылымен әсер ету арқылы алады [10]:
Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO, + H2O
(7)
Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
(8)
1.3 Элементті күкірт және оның кейбір оттекті қосылыстарының
электрохимиялық қасиеттері
Күкірттің диэлектрик екендігі белгілі, осыған орай, әдебиеттерде
күкірттің сынап электродындағы электрохимиялық қасиеттері жөнінде
мәліметтер келтірілген. Күкірт суда ерімейді, сондықтан оның
полярографиялық қасиеттері сусыз ерітінділерінде зерттелген.
Мына еңбекте [11] күкірттің тотықсыздануының толқыны "минус" 0.7В
потенциалы мәніне жақын, органикалық ерітінділерде әлсіз максимумы алынған.
Құрамында бір мезгілде күкірт және натрий сульфиді бар ерітінділерде
түсірілген классикалық полярограмманың біріккен анод-катодты қисықгарында
толқын байқалады [12,13].
Б.А.Кисилев [14], тамшылаған сынап электродында, күкірттің сулы
суспензия түрінде тотықсызданатынын көрсеткен. Автор катодты поляризация
кезінде, аралық өнім ретінде сынап сульфиді түзілуі мүмкін деп көрсетеді:
Hg + S = HgS
(9)
HgS+2H++2e-Hg+H2S
(10)
яғни, күкірт сынап тамшыларының бетінде, бөлшектердің
контактісі арқылы тотықсызданады.Күкірттің тотығуы, платина, никель және
тотықпайтын темір электродтарында зерттелген [15]: Поляризациялық қисықтар
нәтижелері көрсеткендей, барлық электродтарда күкірттің тотығуы, оттегінің
бөліну потенциалына дейін жүреді: платина электродында +1,13 В, тотықпайтын
темірде + 0.86 В, никельде +0.8 В. Оттегінің бөліну аса кернеулігі,
дисперсті күкірт қатысында артады және фонды электролитпен салыстырғанда
анағұрлым оң бағытқа ығысады. Мұны анод бетінің біртіндеп пассивтелуі және
электрод бетінде күкірттің адсорбциялануымен түсіндіруге болады.
Поляризациялық қисықта көрсетілгендей, ұнтақты күкірттің тотығуының
потенциалы электрод-төсеніш материалының табиғатына тәуелді.
Сілтілі ортада, стандартты тотығу-тотықсыздану потенциалдарының
мәндеріне сүйене отырып, анодта күкірттің сулъфит- және сульфат-иондарына
дейін келесі реакциялар бойынша тотығады деп жорамалдауға болады:
S + 6ОН -4е = SO32 + 3Н2О Е° = -0,660 В
(11)
S + 8ОН- -6е = SO42 + 4Н20 Е° = -0,753 В
(12)
Сульфит- және сульфат- иондарының түзілуін, дисперсті күкіртті анодты
поляризациялағаннан кейін электролиз өнімдеріне жүргізген химиялық анализ
нәтижелері де растады.
Еріген элементті күкірттің анодты қасиеті, сілтілі ерітінділерде
платина, кобальт, молибден және алтыннан жасалған электродтарда зерттелген
[15,16]. Осы авторлар, күкірт гидроксид-иондарымен әрекеттеседі және
олардың ерітіндідегі қатынасына байланысты моно- және полисульфид иондарын
түзеді. Оны мына реакциялармен өрнектеуге болады:
Sn2 = nS° + 2е (Е° = -0,54-0,0 В)
(13)
Sn2-+ 6ОН- - S2O32- + 3Н2О + (n-2) S° + 2е (Е° =0,0^-0,7 В)
(14)
8S2О32' + 2ОН - SO,2 + Н2О + S° + 2e (Е° =0,74-1,0
В) (15)
Ал, келесі еңбектерде [17] күкірттің апротонды еріткіштерде, алтын,
платина, графит электродтарында тотығуын зерттеген. Аталған
электродтарда,диметилсульфоксид, тетрагидрофуран және
диметилформамидерітінділерінде сапалық ортақ қасиеттер байқалған, бірақ бұл
жүйе диметилсульфоксидтер, алтын электродында анағұрлым қайтымды.
1.4 Сульфит – иондарының электрохимиялық қасиеттері
Қазіргі күні сульфиттердің тотығуы теориялық және практикалық жағынан
қызығушылық туғызып отыр. Практикалық жағынан түтінді газдарды күкіртті
қосылыстардан тазарту кезінде түзілген сульфит ерітінділерін тотықтыру
болып табылады. Сульфиттердің анодты тотығуы тотықтырудың реагентсіз тәсілі
ретінде маңызы зор және нейтрал ортада платина және графит анодтарында
жақсы тотығатындығы, сондай-ақ графитте тотығу процесін ерітіндіге
галогенидтерді, әсіресе хлоридтерді қосу арқылы интенсивтендіруге
болатындығы анықталған. Бұл кезде тотығу дәрежесі 95-99%-тен жоғары шығымға
жетеді [18].
Сульфиттердің нейтрал және сілтілік ерітінділерде тотығуы сульфат және
тиосульфат түзілуімен жүзеге асады. Тиосульфаттың түзілуі сульфатқа
қарағанда анағұрлым жоғары [ 14 ] анодтық потенциалдарда жүреді.
С. Глистон және А.Хиклинг [19-20], тиосульфат шығымына электролиз
жағдайының әсерін зерттеген. Тиосульфаттың жоғары шығыммен алынуы никель,
платина және алтын анодтарында байқалған. Күкірт диоксидінің қышқыл
ерітінділерде тотығуы күкірт қышқылының түзілуіне әкеледі.
Келесі еңбектерде [17,19] күкірт қышқылының және аммоний сульфатының
максимальды шығымы түзілетін жағдайлар анықталған. Күкірт қышқылының
шығымы графитке қарағанда, платина электродында жоғары. Айта кететін жайт,
күкірт қышқылының түзілу шығымының мәні әлдеқайда жоғары және олар басқа да
процестік шарттарға онша тәуелді бола бермейді. Кейбір авторлардың
пікірінде [19], сульфиттің тотығуы− екіншілік процесс, біріншілік процесте
сутектің асқын тотығы түзіледі.
К.И.Розенталь, В.И.Веселовский [20] сульфит-ионының тотығуы платинаның
беттік оксидтердің қатысуымен жүреді деген қорытындыға келді. Платина
электродының беттік күйін импеданс әдісімен анықтағанда [39], сульфиттің
тотығуы, платина электродында оттегінің адсорбциялану потенциалы аймағында
басталады. Платинаның жоғары оттектік қосылыстарының түзілу потенциалына
жеткенде, сульфиттің тотығуы баяулайды.
1.6 Сульфат-иондарының электрохимиялық қасиеті.
Күкірт қышқылының анодты тотығуы, өндірісте де маңызды процесс. Сол
себептен асқын тотықты күкірт қышқылының түзілуі және қосымша процесс –
моноасқын тотықты күкірт қышқылының (Каро қышқылы) түзілу механизмдерін
зерттеуге [14] ерекше көңіл бөлініп отыр. Күкірт қышқылының және
сульфаттардың тотығуы, жоғары анодты потенциалдарда оттегінің бөлінуімен
бірге жүреді. Сондықтан, процестіњ мәні өте оң потенциалда ерімейтін
металдардан жасалған және оттегінің бөліну аса кернеулігі де аса жоғары
анодтарда жүргізеді. Анод материалы ретінде көбінесе платина электроды
қолданылады. Шет елдерде XIX және XX ғасырларда жүргізілген ғылыми жұмыстар
негізінде, асқын тотықты күкірт қышкылының түзілу механизмінің екі
принципиальды жолы анықталған:
1. Күкірт қышқылы аниондарының тікелей разрядталуы.
2. Судың оттекті активті қосылыстарын түзе тотығуы (О,ОН,Н2О2). Асқын
тотықты күкірт қышқылының түзілуі- күкірт қышқылының активтелген
оттегімен тотығуының қосымша нәтижесі деп жорамалдаған болатын. Уақыт өте
бұл теорияның дұрыс емес екендігі анықталып, күкірт қышқылы аниондарының
тікелей разрядталатындығын дәлелдейтін нақты нәтижелер алынды.
Фрумкин А.Н., Каганович Р.ИГ және басқалар [21], таңбаланған атомдар
(18О) әдісімен SO42- және S2O32- иондарының тотығуы кезінде, судағы
оттегінің процеске қатыспайтындығын дәлелдеді. Мұның нәтижесі
персульфаттардың электрохимиялық механизмін айқындағанымен, оның басқа
механизмдермен қосарлана жүруі мүмкіншілігін көрсетті. Яғни алғашқыда Н2О
молекуласының
тотығу өнімі ОН түзіліп, кейіннен SO42- ионын электронды тасымалдау жолымен
тотығу жүреді.
Кейбір ғылыми еңбектерде [22], 7.5-11 М H2SO4- ерітіндісінде ток
тығыздығына, H2S2O8 + H2SO5 + Н2О2 шығымының тәуелділігі максимальды мәнге
жетеді, бұл кезде концентрленген HSO4 иондарының және активті оттегінің ток
бойынша шығымы арасында параллелділік орнайды. Параллелділіктің болуын,
HSO4- - ионының радикалдармен димерленуі нәтижесінде разрядталуымен
түсіндіреді:
HSO4 –е (HSO4
(16)
2HS04* ( H2S2O8
(17)
Күкірт қышқылы ерітіндісінде, платина электродында жүретін анодты
процестердің механизміне, кинетикасы мен бағытына, анод бетіндегі
адсорбирленген оксидті қабаттар үлкен әсер етеді [19].
Поспелова Н.В., Раков Н,Л. жоне Веселовский В.И. [19] осы процестерді
иридий анодында зерттеді. Күкірт қышқылының 7М-ден төменгі
концентрацияларында иридий ериді де, асқын тотықты күкірт қышқылының
синтезі тоқтайды. Күкірт қышқылының концентрациясын 9 М етіп алғанда,
оксидті қабат өте жылдам пайда болады да, алдын ала анодты поляризацияны
қажет етпейді.
Күкірт қышқылының анодты тотығуы кезінде, асқын тотықты күкірт
қышқылымен қатар, Каро қышқылы да (H2SO5) түзіледі. Каро қышқылы асқын
тотықты күкірт қышқылы гидролизінің өнімі деп есептеледі, бірақ изотопты
әдістің нәтижесі көрсеткендей, бұл қышқыл электрохимиялық процесс
нәтижесінде түзіледі:
S042- + OH -2e - HSO5
(18)
Смит және Хугланд [14], персульфаттар және асқын тотықты күкірт
қышқылын синтездеу кезінде, платина электродында жүретін анодты процестерді
зерттеген. Олардың алғашқы мәлімдеулері, персульфаттардың түзілуіне
әкелетін күкірт қышқылы аниондарының разрядталу табиғатына арналған. Осы
авторлар, SO42- ионының разрядталуы, аммоний гидросульфаты және сульфатының
электролиз кезіндегі разрядталуы сияқты жүреді деген шешімге келді.
Күкіртсутектің электрохимиялық қасиеті
Күкіртсутектің электрохимиялық тотығуы 0.5М күкірт қышқылы
ерітіндісінде алтын және платина-алтын құймасынан жасалған анодтарда
зерттелген [16]. Тәжірибе нәтижелері, күкіртсутегінің тотығуы кезінде Аu
мен Pt және олардың құймаларының активтіліктері бірдей және барлық жағдайда
(Pt, Au, Pt-Au құймасы) күкірт диоксидінің тотығуы, электрод бетінде
оттегінің адсорбциялануы басталған мезгілде басталатындығын көрсетті.
Богдановский Г.А., Шлыгин А. И. еңбектерінде [17], беттік ауданы өте үлкен
платинирленген платина электродын қолданғанда, күкірт диоксидінің 0.5М
H2SO4 ерітіндісінде тотығуы +0.4 В потенциалында, яғни электрод беті әлі
адсорбцияланған газдардан (Н2, О2) бос кезінде жүретіндігін айтты.
Сондықтан олар, тотығу электрохимиялық жолмен жүреді деп қорытындылады:
SО20 =SO2++e
(19)
SO2+ + 2H2O = HSO3 + Н3О+
(20)
HSO3 = HSO3+ + е
(21)
HSO3+ + 2Н2О = H2SO4 + Н3О+
(22)
Қышқыл ерітінділерде, тотығу процесінде тек күкірт диоксиді
молекулалары қатысады деп [18], ал сілтілік ортада SO32- аниондарының
тотығуы, өте жоғары анод потенциалдарында, яғни электрод бетінде оттегінің
бөлінуімен қатар жүреді деген жорамалдар бар [15]. Бірақ, күкірт
диоксидінің қышқыл ортада платина электродында тотығуының
хронопотенциограммасында авторлар [15], екі толқынның пайда болатындығын
көрсетті. Бірінші толқынды күкірт диоксидінің таза электрохимиялық
механизмі бойынша, екі электронды тотығу арқылы, ал екіншісін күкірт
диоксидін платина тотығымен химиялық әрекеттесуі деп түсіндіреді.
Сондықтан бұл зерттеу нәтижелері, [19] еңбектердің авторларының
мәліметтерін біріктіріп, толықтыра түседі. Кері бағыттағы
хронопотенциограммада ешқандай толқын байқалмайды, яғни күкірт диоксидінің
тотығуы қайтымсыз процесс.
Платина электродын анодты поляризациялағанда (Е= +1.5 В, қ.с.э.
салыстырғанда) электрод беті тотықпен қапталады, ал катодты
поляризацияланған жағдайда, электрод бетіндегі оксид қабаты жойылып, ол
активті күйге өтеді [20].
В.И.Веселовскийдің еңбегінде, [21] платина электродында электрохимиялық
адсорбцияланған күкірт диоксиді, оттегінің қатысында тотығатындығын айтып
кеткен. В.И.Веселовский, бұл құбылысты электрохимиялық каталитті реакция
класына жатқызады. Күкірт қышқылын алу мақсатында күкірт диоксидін
тотықтырудың өндірісте үлкен практикалық мәні бар. Сондықтан, көптеген
зерттеулер бұл процестің өндіріс жағдайларына тиімді мүмкіндіктерін ескере
отырып жүргізілді.
Электролиз жағдайлары, түрлі электрод материалдары және электролизер
конструкцияларының, ерекшеліктері зерттелді. Көптеген ғылыми еңбектерде,
құрамында күкірт бар газдарды өңдеп, [22] күкірт қышқылын алу проблемалары
қарастырылды .
М±най жєне химия µнеркєсібінде ж±мыс жасайтын жұмысшылар арасында
зерттеулер жүргізгенде, көпшілігі жоғары тыныс жолдарының бұзылуы (80%),
тамақ ауруының, дауыстың қарлығуының, мұрыннан қан кету және иісті сезбеу
ауруларының жиі кездесетіндігі анықталған.
Ал, Қарашығанақ Мұнайгаз конденсат қазба орнының орталығында,
күнделікті 15 млн. м3 газдың жағылуына байланысты, атмосфераға мыңдаған
тонна (39046 т - 1991 ж.) лас заттар тасталынады. Сондықтан, бұл өндіріс
орны Республикамыздағы басты лас аймаққа жатады [23]. Ақсай қаласының ауа
бассейні мына улы қосылыстармен ластанған: күкіртті сутек (ЗЖЖК 0.125
мгм3), күкірт диоксиді (ЗЖЖК 0.006-0.38 мгм3), азот қостотығы (ЗЖЖК 0.125-
0.95 мгм3). Қарашығанақ газконденсат қазба орнының аймағындағы Ақсай
қаласының ауасының химиялық заттармен ластануы, денсаулыққа мардымды зиянын
тигізуде: 1-ші орында демалу ағзасы (35,9%), 2-ші орында жүрек тамыр жүйесі
(16.9%), 3-ші орында ас қорыту ағзасы (12.1%) [24].
Сондай-ақ, көптеген әдеби деректер көрсеткендей [25], "Жаңа жол" кен
орнындағы заводында негізгі гигрофессионалды зиянды қосылыстар бар, олар:
күкірт диоксиді, күкіртті сутек, меркаптан т.б.
1.6 Құрамында күкірт бар өндіріс ќалдықтарын залалсыздандыру
әдістері
Жылу жүйесінде қолданылатын табиғи газ, Мұнай газы және таскөмір
газының құрамында күкіртсутек газы болады. Газдың табиғатына байланысты,
сонымен бірге, күкіртті көміртек, көміртектің күкіртті тотығы немесе
карбонилсульфид (СОS), тиофен (С4Н4S4) жәнемеркаптандар (RSH), пиридинді
негіздер, цианды сутек, көміртектің (2) тотығы және аммиак қосылыстары
болады. Күкіртсутек газы целлюлозалы жібек және жану процесі нәтижесінде
түзілетін қалдық газдардың құрамында болады. Күкіртсутек газы, басқа да
кейбір қосылыстар қоршаған ортаға, тірі ағзаға өте зиянды. Сондықтан,
оларды міндетті түрде залалсыздандыру қажет. Ауадағы күкіртсутектің шекті
концентрациясы 0,0115 гм3 болуы қажет, бірақ бұл газдың қазіргі кездегі
концентрациясы бірнеше есеге жоғарылаған. Металлургия өндірісі аймағындағы
концентрациясы 0,115 гм3 –ге рұқсат етілген.
Экономикалық және экологиялық тұрғыдан күкіртсутекті
залалсыздандырудың маңызы зор. Улы газды залалсыздандырудың бірнеше
әдістері белгілі және ол әдістер Колен және Рихнфельдтің еңбектерінде
қарастырылған.
Құрамында күкіртті көміртек және карбонилсульфидтің аз мөлшері бар,
аммиак болмаған жағдайдағы кең тараған әдіс – этаноламинмен тазалау немесе
Джирботол процесі ( Джирдлер Корпорейшен фирмасының атымен аталған) болып
табылады.
Газды қоспаның құрамындағы күкіртсутек және көміртек (2) оксиді
барботажды колоннада этаноламиннің сулы ерітіндісімен, төмен температурада
абсорбцияланады. Түзілген комплексті қосылыс стриппинг-колоннаға өтеді, ол
жерде қыздырылып, қышқыл газдардың регенерациялануы жүреді, ал этаноламин
ерітіндісі абсорберге қайта оралады.
Бұл әдіске бастапқы кезде триэтаноламин (ТЭА) қолданылған. Кейіннен
күкіртсутек және күкірт диоксиді газдарын абсорбциялауға моно этаноламиннің
15-20%-ті ерітіндісін қолданудың (МЭА) тиімді екендігі анықталды.
Нәтижесінде реакцияның жылдамдығы артты және жеңіл регенерациялануы
байқалды.
МЭА әдісінің кемшілігі – көміртектің күкіртті тотығымен жоғары
температурада тұрақты қосылыс диэтилкарбомид [СО(NHCH2CH2)2] түзілуі және
аминнің концентрациясын азайтады. Моноэтиламин әдетте құрамында күкірті бар
қосылыстарды жою үшін қолданылады. Диэтаноламин (ДЭА) диэтилкарбамид
түзбейді, сондықтан мұнай зауытында карбонилсульфидтің аз мөлшері болғанда
газдарды тазалауда қолданылады. Диэтиламиннің ұшқыштығы төмен, сондықтан
оны жоғалтып алу қаупі аз.
Табиғи газды моноэтиламинмен өңдегенде күкіртсутек газының
концентрациясы 0,00575 гм3-ге дейін төмендейді. Күкіртсутекті СО
қатысында селективті абсорбциялау үшін триэтаноламин немесе
метилдиэтанолдың 30%-ті ерітіндісі қолданылады.
Күкіртсутек газының концентрациясы жоғары болғанда табиғи газдан
күкіртсутекті ығыстыру үшін мысалы, Лан жерінде осы әдіс қолданылады. Бұл
әдіс Джирботол әдісіне ұқсас, мұнда диэтаноламиннің SNPA – DEA түрі
қолданылады. Бірақ, технологиялық сатылары Джирботол әдісіне ұқсас.
Мұнда аминнің концентрлі ерітіндісі қолданылады және жоғары қысымда
жүргізіледі. Бұл қондырғының бөлшегінің азаюына, күкіртсутекпен бірге
карбонилсульфидті ығыстыруға мүмкіндік береді.
Егер құрғақ газ қажет болса, газды жуу үшін ұшқыш аминнің
рекуперациясына судың орнына диэтиленгликоль (кейде триэтиленгликоль)
қолданылады.
Бұл процестің қолданысын кеңейту үшін стрипп процесі үшін будың
қолданылуын және жылудың рекуперациясын жақсарту қажет.
Металлургиялық кокс өндірісінде бөлінетін газдан табиғи немесе мұнай
газдардың айырмашылығы төменде көрсетілген:
Қоспа Құрамы, % (жалпы)
Күкіртсутек 0,03-3,0
Күкіртті көміртек 0,007-0,07
Меркаптандар 0,003
Тиофен (С4Н4S) 0,010
Карбонилсульфид 0,009
Цианды сутек 0,10-0,25
Сонымен бірге газдардың құрамында 1% аммиак және 1,5-2% көміртек
диоксиді болады. Аммиактың болуы абсорбция нәтижесінде сілті ерітіндісі
түзіледі деп болжам жасауға болады. Аммиактың абсорбциясы газды фазада
анықталады және өте жылдам жүреді. Күкіртсутектің аммиактың сулы
ерітіндісіндегі абсорбциясы да газды фазада анықталады, бірақ аммиактың
абсорбциясы тәрізді жылдам жүрмейді. Көміртек диоксидінің сулы және әлсіз
сілтілі ерітіндідегі абсорбциясы сулы фазада анықталады.
Әдеттегі жағдайда аммиак ерітіндісімен абсорбциялауда күкіртсутек
мөлшері 30-50%-дан аз болады. Соңғы өнім аммоний сульфаты және газ тәрізді
күкіртсутек түзіледі.
Бұл әдістің бірнеше түрі бар. Мысалы, аммиактың концентрлі ерітіндісін
қолдану арқылы күкіртсутекті бірінші сатыда абсорбциялау, содан кейін
аммиакты екінші абсорберге жіберу (Коллин әдісі). Қышқыл газ концентрлі
аммиак әсерінен буланады.
Копперз Ко. Инк фирмасының әдісінде күкіртсутекті абсорбциялау үшін 3-
3,5% -ті натрий карбонатының сулы ерітіндісі қолданылады. Бұл процесс
келесі реакцияға негізделген:
Na2CO3 + H2S = NaHCO3 + NaHS
(23)
Сибард әдісінде күкіртсутекті булау үшін ауа қолданылады. Бұл
кезде күкіртсутек рекуперацияланбайды және натрий сульфидінің аздаған
мөлшері тиосульфатқа дейін тотығады. Тотығу процесі абсорбциялаушы ерітінді
концентрациясын төмендетеді, сондықтан абсорбциялаушы ерітіндіні жаңартып
отыру қажет.
Абсорбциялау әдістерінің жақсы дамыған түрі Карбонат Вакуумы болып
табылады. Бұл процесс төменгі қысымда (15,6кПа) өтеді. Бұл стриппинг үшін
қажет бу шығымын азайтады (яғни, күкіртсутекті жұту үшін қажет абсорбент
массасы азаяды), жылу шығыны едәуір азаяды, реактивация сатысында төмен бу
қысымында жүргізуге мүмкіндік береді.
Джирботол әдісінің альтернативті нұсқасына Шелл фирмасымен өңделген
әдіс жатады. Онда этаноламин орнына калий фосфаты қолданылады.
K3PO4 + H2S = K2HPO4 + KHS
(24)
Әдістің артықшылығына этаноламинмен салыстырғандағы фосфаттың
тұрақтылығы, SO2 қатысында күкіртсутекке селективті болуы Алкасид
әдісі 1939 жылға дейін Германиядағы кең қолданылған. Қолданылу тәсіліне
қарай М, Dik және S ерітінділері қолданылған.
М ерітіндісі - аланиннің натрий тұзы күкіртсутекті немесе СО газын не
екеуін де жұту үшін қолданылды. Dik – диметилглицерин СО2 қатысында
күкіртсутекті жою үшін, ал S – натрий феноляты газ құрамында цианды сутек,
аммиак, күкіртсутек, меркаптандар, шайыр қосылыстары болғанда қолданылған.
Алғашқы екі реагент М, Dik - өте коррозиялық активті.
Су да күкіртсутекті абсорбциялауда қолданылады. Алайда, қондырғы өте
күрделі болады.
Жоғарыда сипатталған әдістерде абсорбцияланатын ерітіндіні
регенерациялағанда элементті күкіртке дейін тотықтыруға болатын бос
күкіртсутек пайда болады. Бұл процесс, әсіресе, кокс газдарын өңдеуде
аммоний сульфитін тұнбаға түсіруге қажетті күкірт қышқылы үшін маңызды. Бұл
қышқылды әдетте басқа жерден тасымалдайды.
Тилокс әдісінде абсорбент ретінде де, регенерациялаушы реагент
ретінде де натрий тиоарсенаты қолданылады. Бұл әдісте күкірт шығымы жоғары,
реагент шығымы төмен. Процесс төмендегі реакциялар негізінде жүреді:
Абсорбция:
H2S + Na4As6O = NaAs2S6O + H2O
(25)
Регенерация:
2 Na4As2S6O + O2 = 2 Na4As2S6O2 + 2S
(26)
Джаммарко-Ветрокок әдісінде газды тазалау үшін мышьяктың комплексті
қосылысы қолданылады. Күкіртсутек арсенитпен әрекеттесіп, тиоарсенит
түзіледі, одан кейін монотиоарсенатпен реакцияласады.
Стретфорд әдісі 1959 жылдан бері жақсы қолданылады.
Абсорбция:
H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3
(27)
Күкірттің алынуы:
2 NaHS + H2S + 4NaVO3 = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S
(28)
Ванадаттың ADA көмегімен рекуперациялануы:
Na2V4O9 + 2NaOH + H2O + 2ADA = 4NaVO3 + 2ADA (тотықсызданған
форма)
(29)
ADA-ның ауадағы оттегімен тотығуы:
2ADA(тсн) + О2 = 2ADA + H2O
(30)
Бұл әдіспен алынған күкірттің сапасы жоғары.
Хемосорбция әдісімен күкіртсутекті залалсыздандыру әдісі күкіртсутекті
темір оксидімен құрғақ тотықтыруға негізделген. Келесі реакция негізінде
жүзеге асырылады:
6 H2S + Fe2O3 = 2FeS3 + 6 H2O
(31)
Регенерация:
2 Fe2O3 + 3O2 =6S + 2 Fe2O3
(32)
Темір оксиді ұнтақ түрінде қолданылады.
1.7 Күкіртсутекті залалсыздандырудың жоғары температуралық әдісі.
Таскөмір газынан күкіртсутек және құрамында күкірті бар органикалық
кейбір газдарды ығыстыру үшін Апплеба- Фродинг әдісін қолданады. 340-3600С
шамасында темір оксидінің қайнап тұрған қабатында процесс жүреді.
Тазаланудан өткен таскөмір газының құрамында 14гсм3 күкіртсутек газы және
күкіртсутек газының осы мөлшерінің оннан бір бөлігіндей күкіртті
органикалық газ болады. Газды өңдегеннен кейін күкіртсутектің 99,7-99,9% -ы
және тиофенсіз күкіртті органикалық газдың 70-80%-ы , тиофеннің 30-45%-нан
тазартылды. Газды тазалау барысында алынған SО2 газын күкірт қышқылы
өндірісіне жіберіледі.
Күкіртсутек және күкіртті органикалық газдардың негізгі бөлігін 4500С-
та катализатор қатысында ығыстыруға болады. Бұл әдіс экономикалық жағынан
тиімсіз.
Ұлыбританиядағы газдарды өңдеу процестерінің жаңа әдісінде күкіртті
органикалық қосылыстарды, күкіртсутекті, карбонилсульфидті уран оксиді
катализаторы (U2O3 және U3O8) 5000С кезінде өңдейді. Содан кейін
күкіртсутекті темір оксидінде абсорбциялайды. Алюминий оксидінің
активтелген түрі, сілті металдарының алюмосиликаттары көмегімен 2500С
шамасында күкіртсутекті үздіксіз өңдеуге болады. Монро және Мэдсин
еңбектерінде осы әдіспен күкіртсутектің 70-95%-ы элементті күкіртке
айналатыны айтылған.
2H2S + SО2 → 2H2O + 3 S
(33)
Бұл реакция Клаус әдісіне ұқсас. Процеске қажетті SО2 газын
күкіртсутекті өңдегенде немесе элементті күкіртті жағу арқылы алуға болады.
Сквайрз күкіртсутекті абсорбциялауға күйдірілген доломитті пайдалануды
ұсынды. Процестің бірінші сатысында доломиттің кальцийлі фракциясы жүреді.
H2S + [CaO + MqO] → [CaS +MqO] + H2O
(34)
Күкіртсутектің рекуперациясы 1,5 МПа СО2 буы қатысында жүреді:
[CaS +MqO]+ H2O+ СО2 → [CaСО3+ MqO]+ H2S
(35)
Содан кейін доломитті өртеп, бастапқы абсорбентті алады:
[CaСО3+ MqO] → [CaO + MqO]+ СО2
(36)
Доломиттің магнийлі фракциясы химиялық реакцияға қатыспайды, бірақ
абсорбенттің механикалық беріктігі үшін қажет.
Газдарды тазалау техникасы, шаң - тозаңды және улы газдарды ұстап
қалатын аппарат құрылғыларының түріне, олардың конструкцияларына, сондай-ақ
тазарту әдістеріне байланысты өте алуан түрлі болады. Газдарды тазартудың -
механикалық (қатты бөлшектерден және сұйық тамшыларынан тазарту),
сорбциялық және улы газдарды химиялық жолмен (каталиттік тотығу, термиялық
ыдырау және т.с.с.) зиянсыз заттарға айналдыру және олардан пайдалы
қосылыстар алу әдістері белгілі.
Шығарылған газдарды күкірт диоксидінен тазартудың кµптеген
хемосорбциялық әдістері белгілі, бірақ олардың кейбіреулері ғана қолданылып
жүр. Себебі, бұл шығарылатын газдардың мөлшері көп, ал олардағы SО2-нің
концентрациясы көп емес, әрі газдардың температурасы жоғары және құрамында
шаң-тозаң мөлшерінің көп болуы, тазалау технологиясын күрделендіріп
жібереді. Абсорбциялау үшін, сілтілік және сілтілік жер металдар тұздарының
судағы ерітінділері мен суспензиялары қолданылады.
Норвегияда "Flak-Hydro" деп аталатын тәсіл ойлап табылған, онда SO2
газын сіңіретін зат ретінде әлсіз негіздік реакция беретін теңіз суы
қолданылады. Негіздік ортада күкірт диоксидінің ерігіштігінің артатындығы
көпшілікке мәлім [24].
Газдарды күкірт диоксидінен тазартудың әдісі бойынша, жану камерасына
ізбес тасын СаCO3, ізбесті СаО немесе доломитті CaC03-MgCO3 енгізгенде
CaSO4, түзіледі, мысалы:
СаО + SО2 + 12 О2 - CaSO4
(37)
Сульфаттың құрғақ үнтағын - газ ағынын құрғақ тазалау әдістерінің
көмегімен немесе скрубберде бөліп алады. Құрғақ тазалау әдісінің тиімділігі
40-70 %, ал ылғалды әдісінің тиімділігі 90 % -тен жоғары.
Газдарды H2S- тен толығырақ тазартуда- темір гидроксиді, активті
көмір, цеолиттер және басқа сіңіргіш заттар қолданылатын адсорбциялық
әдістер қолданылады. Темір гидроксидімен тазарту процесі бұрыннан
белгілі. Газды Fe(ОН)3 қабаты арқылы өткізгенде, H2S химиялық реакцияға
қатысады:
2Fe(OH)3+ 3 H2S - Fe2S3 + 6Н2О
(38)
Түзілген темір сульфидін оттегі қатысында тотықтырып, қайтадан Fe(OH)3
қосылысын алады:
Fe2S3 + 32О2 +3Н2О - 2Ғе(ОH)3 + 3S
(39)
Күкіртті, сіңіргіштен бөліп алу үшін, оны жағады. Осының нәтижесінде
түзілген SO2 күкірт қышқылы өндірісіне жіберіледі.
Күкіртсутекті тазарту барысында, калий фосфатының ерітіндісі
пайдаланылады:
К3РО4 + H2S = KHS + К2НРО4
(40)
К3РО4 +СО2+ Н2О= КНСО3 +K2HPО4
(41)
Өндіріс нәтижесінде түзілген газдарды залалсыздандыру барысында, олар
катализатор қатысында әртүрлі химиялық өзгерістерге ұшырайды. Әдетте, газ
құрамында, катализаторларды істен шығаратын шаң-тозаң және басқа заттар
болмауы тиіс.
Күкірт диоксидін, көп жағдайда күкірт ангидридіне дейін тотықтырады.
Тотықтыру процесі V2О5 катализаторлары қатысымен жүреді [21],
2SO2 + O2= 2SO3 + Q
(42)
V2O5 + SO2 + SO3 = 2VOSO4 + Q
(43)
Ал, келесі еңбекте [26], күкірт диоксидін ванадий катализаторында
тотықтыру реакцияларының кинетикалық механизмінің тотығу реакциясының
жылдамдығы есептелінді. Алынған кинетикалық тендеулер, күкірт диоксидін 1—8
атм. қысымда және 460—630 °С температуралар аралығында тотықтыру,
оптимальды болып есептелінетінін көрсеткен.
1.8 Күкіртсутек газын өңдеудің және одан жаңа өнімдер алудың кейбір
әдістері
Қазіргі таңда құрамында күкіртсутек бар газдарды залалсыздандыру
мақсатында өңдеу, одан пайдалы заттарды алу әдістерін жасаумен ұштастырылып
отыр. Технологиялық газдардан күкіртсутекті пайдалы заттарға айналдырудың
бірнеше әдістері бар. Мысалы, күкіртсутекті натрий сульфидіне айналдыру, ол
газдан аммоний сульфатын алу. Осыдан басқа Клаус процесін жүргізу барысында
иондық абсорбция-десорбция жүйесінде күкіртті қайта өндіру процесінде
қолдану. Мұнай, газ және металлургия өндірістерінде бөлініп жатқан
газдардағы күкіртсутекті залалсыздандыру екі әдіспен жүргізіледі. Бұл-
каталитикалық Клаус әдісі және сұйық фазада жүретін тотығу әдісі.
Каталитикалық процесті іске асыру үшін бөлініп жатқан газдарды толық
залалсыздандыруға мүмкіншілік жасай алатын технологиялық жүйені құрастыру
қажет. Клаус процесі 200-400°С-та жүргізіледі, ол кезде әрі Н2S, әрі SO2
залалсызданады. Бұл әдістің негізінде Н2S ауадағы оттегімен термиялық
тотығуға ұшырап, бос күйіндегі күкірт және газ күйіндегі SO2 түзіледі.
Содан кейін каталитикалық реакцияның өзі жүреді [9]:
2Н2S+SO2=3S+2Н2O (44)
Күкіртсутекті тотықтырғанда немесе құрамында күкіртсутек бар газдарды
өңдегенде, міндетті түрде қоршаған ортаны қорғауға бағытталған шараларды
қолданып отыру қажет. ТМД елдерінің территориясында ең ірі газ өңдейтін
комплекстер салынды. Олар: Мубарек (1971ж), Орынбор (1974ж), Астрахан
(1987ж) қалаларында. Осы өндірістер үшін ластағыш газдардың ауаға шығатын
көлемдері анықталып, қолданылған шаралар туралы деректер келтірілген [10].
Күкіртсутекті тотықтыру қажеттілігі қоршаған ортаны қорғау мақсатында
немесе одан пайдалы өнімдер алу бағытында емес, сонымен қатар күрделі
газдар қоспасын тазарту үшін де туындайды. Себебі, газдарды жылу көзі
ретінде жағу үшін де, олардан метанол, аммиак, жасанды отын алу үшін де, ол
газдар күкірт қосылыстарынан, әсіресе күкіртсутектен таза болуы қажет.
Осыған орай әртүрлі газдар қоспасын күкіртсутектен тазартып тұру маңызды
мәселелердің бірі [11]. Газдарды күкіртсутектен тазартудың үш әдісі
белгілі, олар: қатты адсорбенттерді қолдана отырып құрғақ түрде тазарту,
ерітінділермен абсорбциялау арқылы тазарту, химиялық жолмен күкіртсутекті
басқа қосылыстарға айналдыру. Осы аталған әдістерді әртүрлі процестерді
жүргізу арқылы іске асыруға болады, бірақ өндірісте олардың кейбіреулері
ғана қолданылады [12-15]. Өндірісте қолданылатын негізгі әдістердің бірі
активтелген көмірді қолданып, күкіртсутекті бөліп алу. Активтелген
көмірдің сіңіру қабілеті зор, сондықтан оның 1м3 көлемі 400-500 кг
күкіртсутекті сіңіре алады. Оның үстіне активтелген көмір ауа қатысында
күкіртсутекті тотықтыруда, катализатор ролін атқара алады. Бұл кезде
күкіртсутектің тотығуы 13-ші реакция бойынша жүреді. Бұл реакция 35-400С
-та өте тез жүреді. Ал егер осы реакцияға аммиакты қатыстырса, мынадай да
реакция жүреді:
2NH3+СO2+Н2O = (NН4)2СО3 (45)
Газ қоспасын күкіртсутектен толық тазарту мақсатында температураны
60°С- тан асырмайды және су буын қолданады. Көмірге сіңірілген күкіртті
бөліп алу үшін күкіртті аммоний ерітіндісін қолданады:
(NH4)2S +S = (NН4)2S (46)
Бұл қосылысты ыдыратқанда:
(NH4)2S2 → 2NH3 +Н2S +S (47)
қайтадан күкіртсутек және күкірт бөлінеді. Назар аударатын болсақ, бұл әдіс
көп сатылы және оның соңынан тағы да зиянды күкіртсутек ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz