способ извлечения брома из рассолов

Формула изобретения

1. Способ извлечения брома из рассолов, включающий подкисление рассола, окисление бромид-иона до элементарного брома, сорбцию на синтетических анионитах с последующей десорбцией сорбированного брома, отличающийся тем, что десорбцию ведут путем обработки насыщенного бромом анионита водяным паром или кипячением анионита в воде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кипячение анионита проводят одновременно с барботажем смеси воздухом.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что десорбцию проводят в присутствии минеральных солей, например хлоридов, нитратов, сульфатов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ионообменного извлечения брома из природных рассолов буровых вод, подземных и поверхностных рассолов, а также из сбросных и прочих технологических вод, содержащих бром.

Бром в рассолах находится в виде бромид-иона, который перед извлечением, как правило, окисляют до элементарного брома. Окислителем чаще всего является газообразный хлор наиболее дешевый и удобный реагент.

Известно несколько способов извлечения элементарного брома из рассолов, например извлечение брома путем отгонки с водяным паром. Этот способ позволяет получить бром непосредственно из рассолов, однако для его осуществления требуются большие энергозатраты, т.к. весь объем рассола необходимо нагреть до 100^oC. Кроме того, перегонка с паром и дальнейшая конденсация брома требует сложного аппаратурного оформления [1]

Известен также способ воздушной десорбции брома. Этим способом можно извлекать бром из рассолов с невысоким его содержанием (до 1 г/л). Процесс включает следующие стадии: подкисление рассола, окисление бромид-иона хромом до элементарного брома, отгонку брома воздухом, очистку бромовоздушной смеси от хлора, улавливание брома из бромовоздушной смеси химическими поглотителями, переработку полученных продуктов на товарные продукты, обезвреживание отработанного рассола [2]

Описанный способ трудоемок, требует дополнительных затрат реагентов на улавливание брома из бромовоздушной смеси, а также на дополнительные стадии переработки полупродуктов, полученных при химическом поглощении, на элементарный бром или другие товарные продукты. Кроме того, присутствующие в рассоле соли кристаллизуются и забивают десорберы.

Ближайшим решением поставленной задачи является способ ионообменного поглощения брома на синтетических ионитах. Для сорбции брома применяют сильноосновные аниониты АВ-17 (Россия), JRA-400 (Германия), DOWEX 1x8 (США), JMAC-54 (Италия), Kastel-300 (Италия) и др. Процесс извлечения брома из рассолов с помощью сильноосновных анионитов состоит из следующих стадий:

подкисление рассола минеральной кислотой, окисление бромид-иона до элементарного брома хлором, сорбция брома ионитом, десорбция брома с ионита, получение элементарного брома из концентрата. Для десорбции брома через колонну с анионитом пропускают раствор сульфита и хлорида натрия (NaCl 100 г/л). Сульфит является восстановителем, превращающим Br₂ в Br^-, а хлорид добавляется для того, чтобы вытеснить с анионита образовавшийся бромид-ион в жидкую фазу. Полученный раствор с концентрацией Br^- 60-65 г/л направляют на выделение элементарного брома, а анионит после многократной отмывки от десорбирующего раствора водой возвращается в процесс сорбции брома [3]

Емкость указанных анионитов не превышает 0,25 г на 1 г сухого сорбента.

Недостатком способа является необходимость использовать для десорбции брома достаточно концентрированные растворы смеси сульфита и хлорида натрия. При этом процесс десорбции отличается малой эффективностью максимальная концентрация брома в десорбате не превышает 60-65 г/л. Полученные десорбаты должны быть вновь подвергнуты окислению бромида до элементарного брома, который выделяется традиционным способом отгонкой. После проведения десорбции необходима многократная циркуляционная отмывка анионита от десорбирующего раствора, в результате чего получается большое количество разбавленных оборотных растворов.

Вследствие всего перечисленного десорбция представляется очень сложным и малоэффективным процессом. Процесс восстановления элементарного брома до бромида в фазе ионита замедлен во времени и протекает не до конца, а десорбция бромида хлорид-ионом в концентрированных растворах затруднена вследствие более высокого сродства брома к аниониту, что делает десорбцию малоэффективным процессом и требует большого избытка десорбирующего агента.

Целью изобретения является упрощение процесса за счет упрощения стадии десорбции, а также повышения эффективности процесса.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что в предварительно подкисленном рассоле бромид-ион окисляют до элементарного брома, затем подвергают сорбционному поглощению на анионитах с последующей десорбцией адсорбированного брома путем обработки насыщенного бромом анионита водяным паром или кипячением анионита в воде.

При этом для повышения эффективности десорбции кипячение насыщенного бромом анионита целесообразно проводить одновременно с барботажем воздухом.

Кроме того, процесс десорбции предпочтительно вести в присутствии минеральных солей, например хлоридов, сульфатов, нитратов.

Отличительной особенностью способа является проведение процесса десорбции путем обработки водяным паром насыщенного бромом анионита или путем кипячения анионита в воде.

Одновременный барботаж воздухом и/или добавление в воду минеральной соли повышает эффективность процесса десорбции.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Раствор, содержащий 4,53 г/л бромид-иона и 100 г/л хлористого натрия обрабатывают элементарным хлором или раствором гипохлорита для окисления бромид-иона до элементарного брома. После этого раствор пропускают через колонку со стационарным слоем сорбента, заполненную сильноосновным анионитом АМ. Высота слоя сорбента h 20 см, диаметр колонны d 2 см, скорость пропускания раствора 100 мл/мин. В первых порциях растворов, прошедших через анионит (сбросных растворах), бром не был обнаружен, что свидетельствует о полном поглощении брома анионитом. После того как концентрация брома в сбросном растворе становится равной концентрации брома в исходном растворе, процесс сорбции прекращают и начинают процесс десорбции. Для этого 20 г анионита, насыщенного бромом, помещают в колбу, добавляют 100 мл воды, нагревают до кипения и кипятят 1 час. При этом бром с анионита переходит сначала в раствор, а затем в паровую фазу. Пары брома отводят через систему холодильников. Бром легко конденсируется и выводится в виде готовой продукции жидкого брома. Выход брома после десорбции составляет 70%

Пример 2. Сорбцию брома проводят аналогично примеру 1, а процесс десорбции проводят обработкой водяным паром. Для этого через анионит насыщенный бромом, пропускают водяной пар (100^oC) в течение 1 часа. Образовавшиеся пары брома отводят через систему холодильников и собирают в виде жидкого брома. Выход брома составляет 72%

Пример 3. Сорбцию брома проводят аналогично примеру 1, а десорбцию осуществляют путем кипячения с одновременным барботажем воздухом. Для этого в колбу помещают 20 г анионита, насыщенного бромом, и 100 мл воды, смесь нагревают до кипячения и барботируют через нее воздух. Процесс длится 1 час. Пары брома отводят через систему холодильников. Выход брома составляет 76%

Пример 4. Пример 4 аналогичен примеру 2, но при десорбции вместо воды используют 10% -ный раствор NaCl (100 мл). Добавление соли позволяет помимо физической десорбции провести процесс химической десорбции брома за счет обмена ионов хлора. Поэтому в данном примере происходит практически полная десорбция брома с анионитом. Выход брома составляет 96,5%

Примеры 5, 6 проводят аналогично примеру 4, однако для десорбции используют растворы Na₂SO₄ (пример 5) и KNO₃ (пример 6). Выход брома приведен в таблице.

Пример 7. Проводят аналогично примеру 1, однако для сорбции брома используют слабоосновной анионит АН-511. При кипячении анионита, насыщенного бромом, в воде в течение 30 мин происходит полная десорбция брома с анионита. Выход брома составляет 100%

Пример 8. Проводят аналогично примеру 7, но десорбцию брома проводят путем обработки слабоосновного анионита АН-511, насыщенного бромом, водяным паром в течение 30 мин. Выход брома составляет 100%

Из приведенных примеров видно, что обработка анионита, насыщенного бромом, водяным паром или кипячением его в воде позволяет практически полностью извлечь бром с анионита в случае использования слабоосновных анионитов и на 70-76% в случае использования сильноосновных анионитов.

Барботаж воздухом и/или добавление в воду минеральной соли значительно повышает эффективность процесса десорбции (выход брома увеличивается до 97% ).

По сравнению с аналогом [1] предложенный способ менее энергоемок, так как в известном способе нагревают весь объем рассола (содержание брома в таком рассоле немного более 1 г/л). В предложенном же способе нагревают лишь анионит, насыщенный бромом (содержание брома в нем 1,5 г на 1 г сухого сорбента).

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет значительно упростить процесс десорбции, так как выделение элементарного брома с анионита происходит непосредственно при кипячении в одну стадию. В прототипе же десорбция и выделение элементарного брома проходит в три стадии:

а) восстановление сорбированного на анионите брома до бромид-иона раствором сульфита натрия;

б) вытеснение бромид-иона с анионита хлоридом натрия;

в) выделение элементарного брома из раствора окислением.

Кроме того, предложенный способ позволяет увеличить выход десорбируемого брома до 97-100% а также сократить время десорбции с 9 часов по прототипу до 10-60 мин, что в целом повышает эффективность процесса выделения брома из рассолов.

Таким образом, предложенный способ обладает высокой эффективностью при невысокой энергоемкости, прост в аппаратурном оформлении и не требует использования дорогих реагентов.