Способ уничтожения отравляющих веществ и ядохимикатов боевого и промышленного назначений

 

Способ относится к области нейтрализации и уничтожения ядовитых материалов различного назначения. Изобретение обеспечивает полную деструкцию ОВ и ядохимикатов до получения молекулярных углекислого газа, паров воды, соляной кислоты, окислов серы, фосфора, мышьяка и соединений фтора с последующим улавливанием вредных продуктов распада. Способ заключается в беспламенном сжигании веществ с добавкой газообразного окислителя и жидкого или газообразного топлива. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ относится к области нейтрализации и уничтожения ядовитых материалов, например строительных клеев и отравляющих веществ (ОВ).

Известны способы дезактивации ОВ путем воздействия на них различными реагентами. Однако при этом образуются сложные химические соединения, токсичность которых остается все же высокой. Описаны также по пытки сжигания их в струе плазмы [1, 2].

Наиболее близким является способ переработки токсичных промышленных продуктов, включающий их нагрев в присутствии газообразного окислителя и расплава неорганических соединений, вступающих в химическое взаимодействие с перерабатываемым продуктом с последующим удалением продуктов реакции [3].

Анализ способа [3] выявил следующие недостатки: 1. Необходим подогрев исходных материалов до достижения заданной жидкоподвижности, что недопустимо для ОВ и многих ядовитых веществ. Кроме того, реакции окисления идут с большим выделением тепла, опасного для целостности индуктора электромагнитного поля.

2. При подаче воздуха (кислорода), необходимого для полной деструкции ОВ и ядовитых веществ, в рабочей зоне АБС возможен взрыв, так как там осуществляется идеальное перемешивание компонентов и имеется в наличии инициатор - микродуги, непрерывно возникающие в зоне.

3. Способ не предусматривает полное разрушение структур обрабатываемых материалов.

4. Способ не предусматривает полное улавливание газообразных, жидких и твердых компонентов продуктов обработки.

Техническим результатом изобретения является полная деструкция ОВ и ядохимикатов в рабочем пространстве установки активации процессов (УАП) с двумя и более последовательно расположенными индукторами до получения молекулярных углекислого газа, паров воды и соляной кислоты, окислов серы, фосфора, мышьяка и соединений фтора с последующим улавливанием вредных продуктов распада.

Результат достигается следующим образом: Способ уничтожения отравляющих веществ и ядохимикатов боевого и промышленного назначения, включающий их нагрев в присутствии газообразного окислителя и неорганических соединений, вступающих в химическое взаимодействие с перерабатываемым продуктом с последующим удалением продуктов реакции, отличающийся тем, что производят обработку кислородом воздуха в рабочей зоне установки активации процессов, а уничтожение производят путем беспламенного сжигания с добавкой жидкого или газообразного топлива вне установки в специальной охлаждаемой камере сжигания, причем воздух подают двумя потоками - первый в количестве 15-20% от теоретически необходимого кислорода воздуха совместно с уничтоженными веществами и добавками, а второй в камеру смешивания форсунки, которая является частью рабочей зоны установки, расположенной на выходном ее участке.

Твердые вредные продукты сжигания дифференцированно улавливаются из газовой фазы путем ступенчатого охлаждения, причем соединения фтора выпадают в виде порошка фтористого кальция при температуре ниже 1400^oC в отдельном холодильнике, соединения фосфора и мышьяка в интервале температур 250-350^oC путем высаживания их в виде аморфной стекловидной массы (пленки) на рабочую поверхность отдельного сепаратора, нагретую до температуры не ниже 310^oC, расположенного последовательно за холодильником, а соединение хлора, серы и остатков фосфора и мышьяка - мокрым способом в рабочей зоне второй установки активации процессов, расположенной последовательно за сепаратором, улавливающим основную массу фосфора и мышьяка, путем растворения их и гидроокись кальция с последующим осаждением и отделением твердых продуктов улавливания, причем соединения хлора остаются в растворе.

Для связывания фтора в рабочую зону первой установки подают в качестве добавки, например, водную суспензию гидроокиси кальция одновременно со всеми добавками и основным веществом в количестве, достаточном для образования фторида кальция.

Количество добавляемого топлива составляет 15-20 мас.%.

Для отделения и разрушения стекловидной массы, состоящего из соединений фосфора и мышьяка, рабочую поверхность сепаратора периодически быстро охлаждают до температуры 100-150^oC и вновь нагревают до температуры не ниже 310^oC.

Камера смешивания форсунки представляет часть рабочей зоны УАП (5-6%), расположенной на выходе из аппарата.

В рабочей зоне аппарата формируется суспензия жидкость-газ практически с идеальной равномерностью распределения фаз. В результате осуществляется беспламенное сжигание ОВ, ядохимикатов и добавки топлива.

Способ может быть проиллюстрирован следующим образом.

Поток горячих газов после выхода из форсунки охлаждают до температуры ниже 1400^oC. Фторид кальция переходит из жидкой фазы в твердую и выпадает на дно камеры в виде тонкого порошка. Далее поток газов поступает в сепаратор для отделения окислов фосфора и мышьяка. Рабочие поверхности сепаратора имеют температуру в интервале 310-330^oC. При соприкосновении с поверхностью окислы мышьяка и фосфора переходят в стекловидную массу и задерживаются сепаратором. Пары воды, соляной кислоты, серного ангидрида, углекислого газа и молекулярного азота направляют в рабочую зону второго аппарата УАП, в который одновременно подают воду и CaO в виде водной суспензии Ca(OH)₂. В аппарате проходит охлаждение и полная нейтрализация оставшихся продуктов сжигания. В осадок выпадает гипс и небольшое количество фосфатов и арсенатов кальция, которые проскочили сепаратор. В растворе остается хлорид кальция. Газообразный азот и углекислый газ сбрасываются в атмосферу.

Способ пригоден для уничтожения практически всех ОВ и ядовитых веществ.

Необходимо отметить, что одновременно окислы мышьяка и фосфора с фтором, хлором и серой встречаются не всегда. Поэтому продукты уничтожения выделяются индивидуально. Однако, когда требуется, например, уничтожить смесь иприта с люизитом хлор, сера и мышьяк идут одновременно, что не является препятствием для полной нейтрализации всех вредных компонентов.

Операционная и аппаратурно-технологическая схемы представлены на фиг. 1 и 2 соответственно.

Уничтожение идет по следующей схеме: первая операция - смешивание исходного материала с добавками и воздухом; вторая - беспламенное сжигание; третья - охлаждение газов до температуры не ниже 350-400^oC с выпадением с последующим отделением фторида кальция; четвертая - конденсация окислов фосфора и мышьяка с последующим их охлаждением; пятая - нейтрализация соединений хлора, серы, остатков фосфора и мышьяка путем растворения в водной суспензии Ca(OH)₂; шестая - разделение твердой, жидкой и газообразной фаз. Из которых твердая фаза (гипс и небольшое количество фосфатов и арсенатов кальция) выпадает в осадок, в растворе остается хлорид кальция, а газы (молекулярный азот и углекислый газ) сбрасывается в атмосферу.

Технологическая линия работает следующим образом.

Исходный материал из накопителя 1 в виде достаточно жидкоподвижной жидкости подают при помощи насоса 2 в двухиндукторный аппарат 3 (типа УАП-1В-2). Одновременно из бака 4 вводят топливо-разбавитель, из бака 5 - водную суспензию окиси кальция и часть воздуха от вентилятора 6. В первом отделении рабочей зоны аппарата 3 производят тщательное перемешивание компонентов с частичным окислением и образованием фторида кальция. Во второе отделение рабочей зоны аппарата 3, причем в самый ее конец, соединенный с остальным пространством специальным каналом, подают от вентилятора 6 оставшуюся часть воздуха. Полученную смесь подают в камеру сжигания 7, в которой осуществляют беспламенное сжигание. Поток продуктов сжигания направляют в холодильник 8, в котором газы охлаждают до температуры 350-400^oC. Фторид кальция затвердевает, выпадает в виде тонкого порошка и накапливается в сборнике 9. Далее газы направляют в сепаратор 9, рабочие поверхности которого нагреты до температуры 310-330^oC. При соприкосновении с поверхностью окислы фосфора и мышьяка оседают в виде аморфной стекловидной массы. При температуре ниже 310^oC окислы выпадают в виде тонкого порошка и захватываются потоком газа. Массу окислов накапливают в сборнике 10. Далее газы, содержащие пары воды и соляной кислоты, газообразные двуокись серы и молекулярного азота и остатки окислов фосфора и мышьяка поступают в аппарат 11 одновременно с суспензией вода - гидроокись кальция из бака 12. В рабочей зоне аппарата одновременно растворяются окислы серы, пары соляной кислоты, а также идет образование гипса, хлористого кальция, арсената и фосфата кальция. Обработанный раствор направляют в отстойник 13, в котором осаждаются гипс, арсенат и фосфат кальция. Осадок накапливают в сборнике 14. В растворе остается хлористый кальций. Молекулярный азот и углекислый газ сбрасывают в атмосферу.

Технологическая линия представляет собой единый, полностью герметизированный блок. Однако для предотвращения любой возможности попадания ОВ и ядохимикатов в атмосферу агрегаты, работающие с исходными материалами и с не полностью нейтрализованными компонентами, заключены в герметичный контейнер 15.

Пример. Уничтожение люизита.

Используется аппараты типа УАП-1В-2 с производительностью по воде до 12 т/ч. Производительность по уничтожению люизита оценивается 1-1,5 т/ч. Причем аппарат 3 (по схеме на фиг. 2) модернизирован с целью создания условий беспламенного сжигания топлива и люизита. Второй аппарат 11 соответствует паспортным данным.

В качестве топлива используется керосин любой марки. Количество добавки - 10 об.%.

В качестве газообразного окислителя используют кислород воздуха.

Расход воздуха: в первую зону дают 15-20% от теоретически необходимого кислорода для полного сгорания смеси. В зону сжигания дают остальное количество воздуха. Процесс непрерывный.

В рабочую зону аппарата 3 насосом 2 из накопителя 1 подают люизит, из бака 4 - топливо, и от вентилятора 6 воздух. При сгорании люизита в камере 7 образуются пары полуторной окиси мышьяка, пары соляной кислоты и углекислый газ. В состав продуктов горения входит также атмосферный азот. В холодильнике 8 температуру газов снижают до 350^oC. Далее газы направляют в сепаратор 9, рабочие поверхности которого нагреты до температуры 310-330^oC. При соприкосновении с поверхностью окислы фосфора и мышьяка оседают в виде аморфной стекловидной массы (пленки), которая легко разрушается и опадает в сборнике 10, если на короткое время резко охладить рабочую поверхность, в виде тонкого порошка и захватываются потоком газа. Газы, содержащие пары воды и соляной кислоты, углекислый газ, небольшое количество окиси мышьяка направляют по водоохлаждаемому трубопроводу в аппарат 11. В этот трубопровод добавляют суспензию гидроокиси кальция. Температура воды в рабочей зоне аппарата 11 составляет 50-80^oC. В воде растворяются пары соляной кислоты, сообщая ей слабую кислотность (образуется CaCl₂). Одновременно образуются арсенаты (арсениты) кальция из окиси мышьяка, проскочившие сепаратор 9. Арсенаты (арсениты) выпадают в осадок в отстойнике 13 и накапливаются в сборнике 14. Газы, состоящие из молекулярного азота и углекислого газа, сбрасывают в атмосферу.

В результате обработки люизита образуется твердая окись мышьяка, слабый раствор хлористого кальция, небольшое количество арсената кальция и газ, состоящий из молекулярного азота и углекислого газа.

Производительность технологической линии может быть значительно увеличена за счет использования более производительных аппаратов. Кроме того, возможен вариант создания мобильной установки, смонтированной на автоприцепе.

Источники информации 1. Сондерс Б. Химия и токсикология органических соединений фосфора и фтора. Пер. с анг. М., 1961.

2. Степанов А. А. , Попов В.Н. Химическое оружие и основы противохимической защиты. М., 1962.

3. RU 2081642 C1, 20.06.1997.

Формула изобретения

1. Способ уничтожения отравляющих веществ и ядохимикатов боевого и промышленного назначений, включающий их нагрев в присутствии газообразного окислителя и добавок в виде неорганических соединений, вступающих в химическое взаимодействие с перерабатываемым продуктом с последующим удалением продуктов реакции, отличающийся тем, что вещества одновременно обрабатывают газообразным окислителем - воздухом и топливом-разбавителем в рабочей зоне установки активации процессов, а уничтожение осуществляют путем беспламенного сжигания с добавкой жидкого или газообразного топлива вне установки активации в специальной охлаждаемой камере сжигания, причем воздух подают двумя потоками: первый в количестве 15 - 20% от теоретически необходимого кислорода воздуха совместно с уничтожаемыми веществами и добавками, а второй в камеру смешивания форсунки, которая является частью рабочей зоны установки, расположенной на выходном ее участке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для связывания фтора в рабочую зону первой установки подают в качестве добавки водную суспензию гидроокиси кальция, одновременно со всеми добавками и основным веществом в количестве, достаточном для образования фторида кальция.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердые вредные продукты сжигания дифференцированно улавливаются из газовой фазы путем ступенчатого охлаждения, причем соединения фтора выпадают в виде порошка фтористого кальция при температуре ниже 1400^oC в отдельном холодильнике, соединения фосфора и мышьяка в интервале температур 250 - 350^oC путем высаживания их в виде аморфной стекловидной массы на рабочую поверхность отдельного сепаратора, нагретую до температуры не ниже 310^oC, расположенного последовательно за холодильником, а соединение хлора, серы и остатков фосфора и мышьяка - мокрым способом в рабочей зоне второй установки активации процессов, расположенного последовательно за сепаратором, устанавливающим основную массу фосфора и мышьяка, путем растворения их в водной суспензии гидроокиси кальция с последующим осаждением и отделением твердых продуктов улавливания, причем соединения хлора остаются в растворе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество добавляемого топлива составляет 15 - 25 мас.%.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что отделения и разрушения стекловидной массы, состоящей из соединений фосфора и мышьяка, рабочую поверхность сепаратора периодически быстро охлаждают до температуры 100 - 150^oC и вновь нагревают до температуры не ниже 310^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2