СПОСОБ ДЕСТРУКЦИИ БОЕВЫХ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2000 года по МПК F42D5/04 C06D7/00 

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, находящегося на дне водоемов.

Известны различные способы уничтожения химического оружия. Наиболее экологически небезопасными являются захоронение и сжигание в кислородной атмосфере.

Известен способ деструкции боевых отравляющих веществ, включающий помещение химического боевого оружия (снаряда), внутри которого находится нейтрализуемая смесь, внутрь герметичного контейнера, высверливание отверстия в корпусе снаряда и соединение внутреннего объема снаряда с реактором посредством трубопровода с обеспечением предотвращения потерь жидкой фазы химических составов из внутреннего объема снаряда, перекачку химической смеси в реактор, в котором производится разрушение химических связей составов под действием озона (US N 5430228, кл. C 06 D 7/00, 1995 г.). Однако данный способ реализуется также с участием кислорода и поэтому не является экологически безопасным. Кроме того, требуется периодическая очистка или замена угольных фильтров. Кроме того, способ неприменим в условиях, когда снаряды с отравляющими веществами находятся на дне водоема, т.к. для реализации способа необходимо помещение снарядов в герметизированный объем.

Технической задачей изобретения является повышение экологической безопасности путем осуществления деструкции без доступа кислорода, упрощение способа и обеспечение возможности уничтожения отравляющих веществ, находящихся на дне водоема.

Поставленная задача решается тем, что в способе деструкции боевых отравляющих веществ, включающем высверливание отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода, перекачку отравляющих веществ из внутреннего объема снаряда или контейнера в реактор, разрушение химических связей отравляющих веществ в реакторе с использованием реакционной смеси, соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода производят перед высверливанием отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение осуществляют с обеспечением герметичности, высверливание производят дистанционно внутри герметичного соединения, а в качестве реакционной смеси используют углеродную смесь высокой реакционной способности, причем разрушение химических связей отравляющих веществ производят методом пиролиза под действием токов сверхвысоких частот (СВЧ).

Как правило, реактор размещают на судне.

При этом углеродную смесь высокой реакционной способности получают обработкой графитового порошка кислотой и дальнейшей термообработкой путем пропускания через графитовый порошок постоянного электрического тока.

Для обеспечения оптимальных условий пиролиза частота тока СВЧ 900-2500 МГц при мощности тока 50-55 кВт.

Под действием тока СВЧ происходит нагрев углеродной смеси высокой реакционной способности до температуры 2000-4000^oC, которая является достаточной для 100%-ной деструкции отравляющих веществ.

Процесс уничтожения отравляющих веществ, находящихся в снарядах или контейнерах на дне водоема, представляет наибольшую сложность, т.к. связан с проведением подводных работ и необходимостью размещения оборудования под водой. Оборудование, используемое в известных способах деструкции отравляющих веществ, невозможно разместить под водой и даже в случае такого размещения оно не обеспечит полное предотвращение утечки отравляющих веществ в водную среду при вскрытии снарядов или контейнеров.

Основная часть оборудования в предложенном способе имеет надводное размещение, например, на берегу водоема или на специально оборудованном судне. Часть, размещенная под водой, представляет собой герметичное соединение трубопровода с корпусом снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества и трубопровод для транспортировки отравляющих веществ в объем реактора.

После герметичного присоединения трубопровода к корпусу снаряда или контейнера и проверки герметичности производят высверливание отверстия в корпусе. Для этого внутри герметичного соединения, выполненного, например, в виде вакуумной присоски, предусмотрены дистанционно управляемые инструменты. Затем осуществляют транспортировку отравляющих веществ в объем реактора путем их вакуумного отсоса.

В процессе осуществления пиролиза при контакте отравляющего вещества с реакционной смесью осуществляют нанесение отравляющего вещества на поверхность носителя, которым является углеродная смесь высокой реакционной способности. Такая смесь имеет большую удельную площадь взаимодействия с отравляющим веществом и специальную верникулированную (червякообразную) структуру.

Получение углеродной смеси высокой реакционной способности осуществляется посредством предварительной обработки графитового порошка кислотой при отношении массы графитового порошка к массе кислоты от 1:0,2 до 1:0,5 и последующего резистивного нагрева.

Оптимальный режим получения реакционной углеродной смеси обеспечивается при отношении массы графитового порошка к массе кислоты 1:0,3 и при пропускании пускового тока 90А и рабочего тока 25-35А.

Как правило, в качестве графитового порошка используют природный чешуйчатый графит.

В результате резистивного нагрева, осуществляемого в специальном реакторе, возникает множество электрических дуг между чешуйками графита и происходит мгновенный (в течение не более 0,05 сек) разрыв ван-дер-ваальсовских и ковалентных связей и графит, имеющий двухмерную слоистую структуру, преобразуется в смесь гексагоналов и углеродных соединений типа C₃, C₄ и т.д. Реакционная способность такой смеси очень велика благодаря реакционной способности энергетически напряженных атомарных соединений углерода. При этом достигается более чем 1000-кратное расширение графита.

Реактор, в котором происходит резистивный нагрев смеси, состоит из корпуса, в который помещается графитовый стержень.

На торцах корпуса реактора выполнены отверстия для загрузки исходной смеси и выгрузки готового продукта. Загрузка смеси графитового порошка и кислоты производится с использованием механизма подачи, выполненного, например, в виде шнека. Механизм подачи обеспечивает беспрерывную подачу смеси в реактор. Выгрузка реакционной углеродной смеси осуществляется через пластину с отверстиями, обеспечивающими верникулированную структуру углеродной смеси.

Разрушение химических связей отравляющего вещества происходит без химической реакции, на физическом уровне. Отравляющее вещество, например иприт, распределяется по поверхности углеродной смеси высокой реакционной способности на уровне молекулярного слоя. Углеродная смесь, являясь токопроводящим материалом, под действием тока СВЧ накапливает на поверхности частиц статические заряды. При достижении зарядами критических величин происходят разряды в виде микродуг, количество которых исчисляется миллионами в секунду. Таким образом, в течение нескольких минут углеродная масса совместно с отравляющим веществом, подлежащим уничтожению, разогревается до 2000^oC.

Этот разогрев можно производить до 4000^oC. Как показывают эксперименты, проведенные с использованием в качестве отравляющего вещества иприта (дихлордиэтилсульфита), уже при 2000^oC происходит полная деструкция молекул иприта на ее составляющие: молекулы хлора и серы. Нагрев свыше 4000^oC нецелесообразен, т. к. анализы показали, что в указанном диапазоне температур происходит 100%-ная деструкция отравляющего вещества.

Продукты распада легко удаляются с поверхности углеродной смеси, после чего она вновь готова к использованию.

Изобретение относится к уничтожению химического оружия и позволяет повысить экологическую безопасность способа путем осуществления деструкции без доступа кислорода, упростить способ и обеспечить возможность уничтожения отравляющих веществ, находящихся на дне водоема. Способ деструкции боевых отравляющих веществ заключается в том, что герметично соединяют внутренний объем снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода, дистанционно внутри герметичного соединения высверливают отверстие в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, осуществляют перекачку отравляющих веществ из внутреннего объема снаряда или контейнера в реактор, производят разрушение химических связей отравляющих веществ в реакторе с использованием углеродной смеси высокой реакционной способности методом пиролиза под действием токов сверхвысоких частот. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ деструкции боевых отравляющих веществ, включающий высверливание отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода, перекачку отравляющих веществ из внутреннего объема снаряда или контейнера в реактор, разрушение химических связей отравляющих веществ в реакторе с использованием реакционной смеси, отличающийся тем, что соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода производят перед высверливанием отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение осуществляют с обеспечением герметичности, высверливание производят дистанционно внутри герметичного соединения, а в качестве реакционной смеси используют углеродную смесь высокой реакционной способности, причем разрушение химических связей отравляющих веществ производят методом пиролиза под действием токов сверхвысоких частот (СВЧ). 2. Способ деструкции боевых отравляющих веществ по п.1, отличающийся тем, что реактор размещают на судне. 3. Способ деструкции боевых отравляющих веществ по п.1 или 2, отличающийся тем, что углеродную смесь высокой реакционной способности получают обработкой графитового порошка кислотой и дальнейшей термообработкой путем пропускания через графитовый порошок постоянного электрического тока. 4. Способ деструкции боевых отравляющих веществ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что частота СВЧ 900 - 2500 МГц при мощности тока 50 - 5 кВт. 5. Способ деструкции боевых отравляющих веществ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что под действием тока СВЧ происходит нагрев углеродной смеси высокой реакционной способности до температуры 2000 - 4000^oC.