Способ утилизации химического оружия, загрязненных тары и грунтов
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способам утилизации всех видов химического оружия, загрязненных тары (включая использованные снаряды) и грунтов. Задача изобретения - расширение области применения способа, его упрощение и снижение стоимости. Способ осуществляется следующим образом. Утилизируемые отходы помещают в блок пиролиза, где их нагревают до 800-950°С. Образовавшиеся при этом газообразные продукты подают в плазмохимический блок (плазмотрон) для дальнейшей деструкции через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до 800°С. Назначение титанового фильтра - исключить образование в плазмохимическом блоке вторичных супертоксикантов.
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способам утилизации всех видов химического оружия, загрязненных тары (включая использованные снаряды) и грунтов.
Известен способ деструкции органических веществ без доступа кислорода - пиролиз [1].Недостатком данного способа является то, что при пиролизе образуется большое количество вторичных газообразных супертоксикантов и для его реализации необходима сложная система экологической очистки отходящих газов.Также известен способ плазмохимической утилизации токсичных органических отходов, заключающийся в высокотемпературной деструкции отходов в плазмотроне с последующей выдержкой при высокой температуре в плазмохимическом реакторе до полного их разложения [2].Одним из существенных недостатков способа плазмохимической утилизации является отсутствие регулирования процесса связывания реакционных атомов исходной молекулы супертоксиканта. Кроме того, плазмохимическая утилизация не исключает образования при охлаждении плазмы вторичных супертоксикантов.Наиболее близким к предлагаемому является способ плазмохимической утилизации фосфорорганических отравляющих веществ и люизита, заключающийся в нагреве и разложении их в плазмотроне и выдержке в реакторе. Одновременно с утилизируемым продуктом в камеру смешения плазмотрона подают титан. Дополнительно титан подают и в реактор. Процесс плазмохимического разложения проводят в инертной по отношению к титану среде при температуре 500-6000С. Подача в плазмохимический реактор порошкообразного титана позволяет разделить необратимо молекулу исходного вещества и тем самым фактически произвести уничтожение химического оружия [3].Однако в известном способе недостаточно эффективно решена проблема вывода из молекулярной системы избыточного углерода, которым насыщена молекула исходного вещества. Это связано с тем, что для связывания углерода необходимо большое количество титана, что приводит к резкому удорожанию технологии плазмохимической утилизации химического оружия (фосфорорганических отравляющих веществ). Недостатком способа является и сложность подачи порошкообразного титана через дозатор (сложность осуществления способа). Кроме того, известный способ не решает проблему обезвреживания тары из-под химического оружия и загрязненных грунтов.Признаки способа по прототипу, являющиеся общими с признакам заявляемого способа, - нагрев и деструкция утилизируемого вещества в плазмохимическом блоке до температуры 950-5000С.Задача изобретения - расширение области применения способа, его упрощение и снижение стоимости.Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе утилизации химического оружия, загрязненных тары и грунтов, заключающемся в нагреве и деструкции утилизируемого вещества в плазмохимическом блоке до температуры 950-5000С, дополнительно перед этим производят нагрев утилизируемого вещества в блоке пиролиза без доступа кислорода до температуры 800-950С. Образовавшиеся в блоке пиролиза газообразные продукты пропускают через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до температуры 800С, и направляют в плазмохимический блок для дальнейшей деструкции.Признаки, отличающие заявляемое техническое решения от решения по прототипу, - дополнительный нагрев утилизируемого вещества в блоке пиролиза без доступа кислорода до температуры 800-950С, подача образовавшихся в блоке пиролиза газообразных продуктов в плазмохимический блок для дальнейшей их деструкции, очистка образовавшихся в блоке пиролиза газов перед подачей их в плазмохимический блок с помощью фильтра, заполненного титановой губкой, нагретой до температуры 800С.Способ осуществляется следующим образом.Утилизируемые отходы помещают в блок пиролиза, где они нагреваются без доступа кислорода до температуры 800-950С. Время нагрева блока пиролиза составляет 5 часов, а с охлаждением и сменой партии загрузки - 12 часов. При нагревании отходов все летучие компоненты переходят в газообразное состояние, при этом в блоке пиролиза образуются различные токсичные газообразные продукты, сложные по своей структуре и обладающие большой токсичностью. Для разрушения связей в молекулах этих продуктов (т.е. для дальнейшей деструкции) газ, образующийся в блоке пиролиза, подают в плазмохимический блок (плазмотрон). В плазмохимическом блоке продолжается нагрев газообразных продуктов до температуры 950-5000С и одновременно с этим протекает процесс деструкции. Туда же (в плазмотрон) подают разнообразные продукты (воздух, азот, аргон, водяной пар) для разрушения токсичных газов и получения экологически безвредных продуктов. Например, при поступлении в плазмохимический блок из блока пиролиза метана в плазмохимический блок подают кислород. При этом образуются вода и углекислый газ.Летучие компоненты, образующиеся в блоке пиролиза, поступают в плазмохимический блок через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до 800С. Титановая губка является полуфабрикатом титанового производства и стоит намного дешевле титанового порошка, использующегося в способе по прототипу. Титан при температуре 500-800С активно поглощает некоторые газы (а именно фтор и кислород). Задача титанового фильтра - не допустить поступление атомов фтора и кислорода, образующихся после пиролиза, совместно с газовой средой в плазмохимический блок. Это делается для того, чтобы исключить образование в плазмохимическом блоке вторичных супертоксикантов.После плазмохимического блока горячие газы охлаждают в теплообменнике и очищают от кислых газов водой в скруббере. Образующиеся при этом кислоты подвергают нейтрализации известными методами. А образующиеся газообразные углеводороды направляют на дожигание.В блоке пиролиза при утилизации химического оружия остается значительная часть углерода в виде кокса, который входил в состав молекул (так называемый избыточный углерод). Образовавшийся кокс представляет собой экологически безвредный продукт и может быть подвергнут захоронению как вещество четвертого класса опасности, также допускается его сжигание на открытом воздухе. При утилизации загрязненных тары и грунта обезвреженную тару из блока пиролиза направляют на переплавку, а обезвреженный грунт на полигоны твердых бытовых отходов.При утилизации люизита благодаря связыванию атомов хлора титаном выделяется мышьяк в чистом виде. После плазмохимического блока в скруббере углеводородные продукты отделяются от мышьяка и поступают на дожигание. Конденсированную фазу, образующуюся после плазмохимического блока, с преобладающим содержанием мышьяка подвергают возгонке при температуре 615C с образованием спектрально чистого мышьяка как товарного продукта.Пример конкретного выполнения способа.Способ осуществляли на плазмотроне марки ЭДП-209 (конструкция Новосибирского института теплофизики РАН. Возможно использование плазмотронов НИИ ХИММАШ). Плазмотрон работал на аргоне (нейтральном газе по отношению к титану), расход аргона - от 0,01 до 0,1 г/с (определяется данными дифференциального термического анализа по интенсивности испаряемого исходного модельного вещества). Утилизируемое вещество - загрязненную химическим оружием тару (снаряды, можно железные бочки) - помещали в блок пиролиза, где нагревали до температуры 950С. В блоке пиролиза образовался углерод в виде кокса 23 мол.% и 77% газообразных продуктов. Углерод (кокс) является элементом окружающей природной среды и опасности не представляет. Образовавшиеся газообразные продукты (такие, например, как хлорид водорода, метан, фосфин, ортофосфорная кислота, горючие газы и др.) через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до 800С, поступали в плазмохимический блок для нагрева и окисления (для дальнейшей деструкции). Температура нагрева в плазмохимическом блоке - в камере смешения - была 5000С. Весь процесс - пиролиз и плазмохимическая деструкция - протекал в течение 8 часов. В плазмохимический блок подавали воздух, при этом происходило окисление газообразных фосфорорганических продуктов до углекислого газа и ортофосфорной кислоты, а также нейтрализация молекулярного хлора карбонатом натрия. В блоке пиролиза осталась обезвреженная железная тара (снаряды), загрязненная сажей, которую можно направить на переплавку.Аналогично может быть реализован процесс утилизации загрязненного химическим оружием (например, зарином) грунта.Источники информации1. Бельков В.М. Методы, технологии и концепция утилизации углеродсодержащих промышленных и твердых отходов. Химическая промышленность. - 2000. - № 11, с. 8.2. Вайсман Я.И. и др. Плазмохимическая утилизация токсичных органических отходов. Экология и промышленность. - 1998. - № 10, с. 15-17.3. Халтурин В.Г. и др. Способ плазмохимической утилизации фосфорорганических отравляющих веществ и люизита. Патент № 2169884 от 27.06.01.Формула изобретения
Способ утилизации химического оружия, загрязненных тары и грунтов, заключающийся в нагреве и деструкции утилизируемого вещества в плазмохимическом блоке до температуры 950-5000°С, отличающийся тем, что дополнительно перед этим производят нагрев утилизируемого вещества до температуры 800-950°С в блоке пиролиза без доступа кислорода, а образовавшиеся в блоке пиролиза газообразные продукты пропускают через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до температуры 800°С, и направляют в плазмохимический блок для дальнейшего нагрева и деструкции.