СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТАРЫ И ГРУНТОВ Российский патент 2004 года по МПК F23G7/00 F23G5/27 

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 500-6000°С. 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 950-5000°С.

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 950-5000°С, дополнительно перед этим производят нагрев утилизируемого вещества в блоке пиролиза без доступа кислорода до температуры 800-950°С. Образовавшиеся в блоке пиролиза газообразные продукты пропускают через фильтр, заполненный титановой губкой, нагретой до температуры 800°С, 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 800-950°С, 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 800°С.

Способ осуществляется следующим образом.

Утилизируемые отходы помещают в блок пиролиза, где они нагреваются без доступа кислорода до температуры 800-950°С. 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 950-5000°С 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 800°С. Титановая губка является полуфабрикатом титанового производства и стоит намного дешевле титанового порошка, использующегося в способе по прототипу. Титан при температуре 500-800°С 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 615°C 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 950°С. 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 800°С, поступали в плазмохимический блок для нагрева и окисления (для дальнейшей деструкции). Температура нагрева в плазмохимическом блоке - в камере смешения - была 5000°С. 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 информации

1. 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.

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.

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.