Способ плазмохимической утилизации фосфорорганических отравляющих веществ и люизита

 

Заявленное изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для уничтожения фосфорорганического химического оружия и любых фосфорсодержащих ядохимикатов. Сущность изобретения: утилизируемые отходы нагревают в плазмотроне до температуры 500-6000^oC, затем добавляют титан в любом виде (порошок, губка, лом) и перемешивают, после чего выдерживают 0,5-60 с. Титан поглощает атомы фтора и кислорода, образуя нетоксичные соединения. Процесс плазмохимического разложения проводят в инертной по отношению к титану среде. Затем разогретый утилизируемый продукт поступает в плазмохимический реактор, где происходит выдержка, гомогенизация и завершение реакцией образования нетоксичных соединений титана. Дополнительно в плазмохимический реактор может подаваться титановая губка для большей экологической безопасности процесса. Преимуществом заявленного изобретения является повышение экологической чистоты процесса утилизации фосфорорганических отравляющих веществ и люизита за счет исключения образования при переработке отходов токсичных веществ. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способам утилизации опасных фосфорорганических отходов производств, либо фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) и люизита, и может быть использовано для уничтожения фосфорорганического химического оружия и любых фосфорсодержащих ядохимикатов.

Известен плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических отходов, заключающийся в нагревании и разложении отходов в плазмотроне с последующей их выдержкой при высокой температуре в плазмохимическом реакторе до полного разложения. В плазмотроне и реакторе в качестве вещества, связывающего атомы галогенов, используется водород (1).

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, - образование в структуре молекулы при переработке ФОВ, содержащих атомы галогена и люизита, разнообразных токсичных соединений с атомами фосфора.

Известен способ плазмохимической утилизации токсичных органических отходов, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в нагревании и разложении отходов в плазмотроне с последующей выдержкой при высокой температуре в плазмохимическом реакторе до полного их разложения. Способ основан на использовании специального плазмохимического реактора с керамическими кольцами Рашига для увеличения времени пребывания разлагаемых компонентов в реакторе (2).

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, - образование при переработке ФОВ и люизита токсичных веществ.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение экологической чистоты процесса утилизации ФОВ и люизита за счет исключения образования при переработке отходов токсичных веществ.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе плазмохимической утилизации фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) и люизита путем их нагрева и разложения в плазмотроне и выдержки в реакторе, одновременно с утилизируемым продуктом в камеру смешения плазмотрона подают титан в виде порошка, а процесс плазмохимического разложения проводят в инертной по отношению к титану среде (аргон, водяной пар и т.д.) при температуре 500-6000^oС. Для большей экологической безопасности способа титан в виде титановой губки дополнительно подают в реактор.

Способ осуществляется следующим образом.

Утилизируемые отходы нагревают в плазмотроне до температуры 500 - 6000^oС, затем добавляют в любом виде (порошок, губка, лом) титан и перемешивают, после чего выдерживают 0,5-60 с. Происходит сепарация продуктов утилизации. Титан, нагретый до температуры 500-1900^oC (когда он является твердым материалом) или до температуры 1900-6000^oC (когда титан является парообразной фазой), поглощает атомы фтора и кислорода, образуя нетоксичные соединения. Титан подают в виде порошка через дозатор в камеру смешения вместе с утилизируемым продуктом в струе инертного по отношению к титану газа (например, аргона). Дополнительно титан в виде титановой губки может подаваться в плазмохимический реактор. Для большей экологической безопасности процесса утилизации титан может подаваться одновременно и в камеру смешения и в реактор.

Для утилизации отходов можно использовать также печи для сжигания и т.п.

Пример конкретного выполнения способа.

Способ осуществлялся на плазмотроне марки ЭДП-209 (конструкция Новосибирского института теплофизики РАН). Плазмотрон работал на аргоне (нейтральном газе по отношению к титану), расход аргона - 0,1 г/с. Газ подавался непосредственно в плазмотрон. Утилизируемый продукт - пятиокись фосфора - подавалась через дозатор в камеру смешения плазмотрона, расход 1 г/с. Титан в виде порошка загружался в камеру смешения, а в виде титановой губки - в реактор. Количество титана определялось из химической реакции титана с кислородом.

В камере смешения происходил электродуговой нагрев продуктов утилизации до температуры 500 - 6000^oС и начинался процесс реакции атомарного титана с простыми свободными радикалами - продуктами разложения ФОВ и люизита с образованием оксидов, фторидов и карбидов титана. После камеры смешения (может располагаться либо за соплом плазмотрона, либо внутри плазмотрона) разогретый утилизируемый продукт вместе с титаном поступает в плазмохимический реактор, где происходит выдержка, гомогенизация массы и завершение реакций образования оксидов, фторидов и карбидов титана. Температура в реакторе соответствовала 1500^oС. Рабочий ток плазмотрона был 60 А, напряжение -50 В. После плазмохимического реактора парогазовая смесь вместе с конденсированной фазой поступала на охлаждение в теплообменник, после чего происходила сепарация продуктов утилизации. Фосфор собирался под слоем воды после скруббера.

При переработке фосфорорганических отравляющих веществ из аргона конденсируется чистый фосфор в виде порошка, который может использоваться в качестве товарного продукта. Товарными продуктами могут быть оксиды, фториды и карбиды титана. Смесь непрореагировавшего титана и его солей нетоксична и допускает ее перевозку к месту захоронения как вещества 4 класса опасности или извлечение из нее титана и возвращения его в цикл.

При переработке люизита в чистом виде выделяется мышьяк, который в конденсированном состоянии будет находиться в смеси с треххлористым титаном (TiCl₃), температура плавления которого превышает 900^oС. Температура же возгонки мышьяка равна 615^oС, что позволяет провести операцию возгонки мышьяка из образовавшегося шлама и получить спектрально чистый продукт. После завершения полной возгонки мышьяка треххлористый титан может быть отправлен на титаномагниевый завод для получения технически чистого титана.

Иcточники информации 1. МАЛКОВ Ю.П. и др. Плазмохимический метод обезвреживания газообразных и жидких галогенорганичесних отходов, Журнал прикладной химии. -1997.- вып. 3, с. 461-465.

2. ВАЙСМАН Я.И. и др. Плазмохимическая утилизация токсичных органических отходов, Экология и промышленность. -1998. -N 10, с. 15-17.

Формула изобретения

1. Способ плазмохимической утилизации фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) и люизита, заключающийся в нагреве и разложении их в плазмотроне и выдержке в реакторе, отличающийся тем, что одновременно с утилизируемым продуктом в камеру смешения плазмотрона подают титан, а процесс плазмохимического разложения проводят в инертной по отношению к титану среде (аргон, водный пар и т.д.) при температуре 500 - 6000^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что титан дополнительно подают в реактор.