КОМПЛЕКСНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФТОР Российский патент 2015 года по МПК A62D3/00 

Описание патента на изобретение RU2561381C1

Изобретение относится к технологии переработки и обезвреживания жидких токсичных отходов, образующихся при детоксикации вязкой рецептуры зомана, содержащей около 2% примесей фтор - и фосфорсодержащих веществ.

В научно-технической литературе описаны химические, биологические и термические способы переработки токсичных реакционных масс (РМ), образующихся при уничтожении отравляющих веществ химического оружия.

Для химического уничтожения запасов вещества типа, извлеченного из боеприпаса, в России принята рецептура, согласно которой детоксикатором является водный раствор изобутилата калия, который смешивают с фторсодержащим отравляющим веществом (ФОВ) в массовом соотношении 2:1, и проводят процесс дегазации при начальной температуре процесса 95°C [Уткин А.Ю., Либерман Б.М., Кондратьев В.Б., Капашин В.П., Холстов В.И. Математическое описание процессов детоксикации фосфорорганических отравляющих веществ. // Рос. хим. жур., 2007, т. L1 (2), с. 12-18].

Известны способы дегазации отравляющих веществ (ОВ), основанные на взаимодействии различных ОВ с аминами, щелочами или алкоголятами щелочных и щелочноземельных металлов (US 3634278, GB 1163023, PL 248863, сборник Military Chemie, т.1 Берлин, 1967). Данные способы не могут быть применимы по отношению к вязким композициям ФОВ и обладают средней мощностью около 100 мг/мл.

Известны рецептуры, содержащие 0,05-5 М сильного основания (алкоголяты, гидроокиси, феноляты) в диметилсульфоксиде с примесями воды, спиртов, гликолей (US 3800842 и US 3810788). Рецептуры содержат большое количество ингредиентов, их дегазирующая мощность составляет около 100 мг/мл и они не могут быть использованы для дегазации вязких композиций.

Наиболее известным и рациональным способом переработки смесей токсичных органических продуктов, образующихся при уничтожении фосфорорганических ОВ, является способ термического обезвреживания (сжигания)(RU 2001800, 2005519, 2081642, 2163345).

Главным препятствием, не позволяющим использовать способ сжигания для ликвидации токсичных отходов процесса детоксикации вязкого зомана, является присутствие в РМ фторида калия. Указанное соединение присутствует в РМ в виде нерастворимого осадка, и при подаче РМ в печь сжигания происходит не только механическая забивка форсунок печи, но и интенсивное разрушение термозащитной внутренней футеровки печи.

Известен способ переработки реакционных масс (РМ) фосфорорганических отравляющих веществ, содержащих фтор, путем предварительной обработки их гидроксидом кальция и с последующим смешением с битумом и одновременной дистилляцией с удалением низкокипящих растворителей. Полученная битумная масса направляется на специальные полигоны захоронения. Свойства массы могут изменяться при хранении. Кроме того, количество полученной массы превышает почти в четыре раза массу уничтоженного отравляющего вещества.

Известные химические методы переработки РМ связаны с многостадийной обработкой и образованием отходов в виде сточных вод и различных химических продуктов с использованием большого количества технологического оборудования. Способ утилизации токсичных фосфорсодержащих органических соединений, заключающийся в обработке реакционных масс, полученных после уничтожения зарина и зомана, водным раствором KOH с последовательным добавлением ксилола, отгонкой азеотропной смеси ксилол-вода, обработкой водными растворами гидроксида кальция, прокаливанием полученных смесей при температуре 700-1200°С (RU 2203117, кл. A62D 3/00, опубл. 27.04.2003).

Прототипом настоящего изобретения является способ переработки токсичных отходов, образующихся при уничтожении вязкой рецептуры зомана (RU 2478002, кл. A62D 3/38, опубл. 27.03.2013 г.), при котором к РМ последовательно добавляется гидрофобный растворитель (дизельное топливо), снижающий растворимость ряда солей, и воды, растворяющие фторид калия и остальные соединения калия. Это позволяет избежать забивок трубопроводов, арматуры, форсунок печи и прочего технологического оборудования и препятствует удалению из органического слоя растворенного полимерного загустителя (ПЗ), которое приводит к отложению его в виде вязкой и липкой фазы в аппаратах и трубопроводах. Воду в РМ добавляют дозировано, после чего полученную смесь перемешивают и отстаивают с образованием органического и водно-солевого слоя. Верхний органический слой направляют в печь на термическое обезвреживание, а нижний водно-солевой слой направляют на хранение.

Недостатком данного способа является захоронение водно-солевого слоя, который с течением времени загрязняет окружающую среду, содержащимся в нем фтором.

Технический результат настоящего изобретения состоит в переработке водно-солевого слоя токсичных отходов, содержащих фтор, в малотоксичный продукт.

Для достижения указанного технического результата предлагается комплексный способ переработки токсичных отходов, содержащих фтор и токсичные органические примеси, образующиеся при уничтожении зомана, заключающийся в отстое с образованием водно-солевого раствора фторида калия, который обрабатывают кальцийсодержащими реагентами, и слоя нерастворимых органических примесей, детоксикации нерастворимых органических примесей, с последующим их декантированием и термическим обезвреживанием, отличающийся тем, что термическое обезвреживание осуществляют путем высокотемпературной плазмотермической обработки в плазмотроне при температуре плазмы с использованием в качестве рабочего газа перегретого пара 1100-1200°C с последующим охлаждением водой до 500-600°C выходящих продуктов сгорания, которые поступают в центробежно-барботажный аппарат, где дополнительно охлаждаются до температуры 80-85°C, а газообразные продукты обезвреживания органического отслоя выбрасываются в дымовую трубу, при этом водно-солевой раствор фторида калия после обезвреживания органических соединений смешивают с алебастром формулы CaSO4×0,5H2O при весовом соотношении водно-солевого фторида калия и алебастра 1:0,52 соответственно с получением суспензии фторида кальция в растворе сульфата калия, которая вместе с оставшейся после обработки в плазмотроне жидкой частью органических примесей сливается с добавлением цемента и используется в производстве строительных изделий.

Предлагаемый комплексный способ переработки токсичных отходов включает четыре стадии:

- отстой и детоксикацию нерастворимых органических примесей;

- плазмотермическое обезвреживание декантируемых органических примесей;

- обработку водно-солевого раствора, полученного после отстоя, алебастром, содержащим кальций, с получением малотоксичной суспензиии фторида кальция в растворе сульфата калия.

Водно-солевой раствор, содержащий токсичный фторид калия, переводят в нерастворимый и нетоксичный фтористый кальций посредством обменной реакции фторида калия с кальцийсодержащим реагентом - алебастром формулы CaSO4×0,5H2O (гипсом), взятым в количестве 0,52 вес. ч на 1 вес. ч водно-солевого раствора, по реакции:

CaSO4+2KF→CaF2↓+K2SO4.

При интенсивном перемешивании в течение 60 минут образуется малотоксичный продукт - суспензия фтористого кальция в растворе сульфата калия.

Полученная малотоксичная суспензия не требует захоронения, как другие продукты обезвреживания токсичных отходов, содержащих фтор, а может быть использована для получения строительных изделий, например бетонных строительных блоков, путем ее капсулирования в бетонной матрице при обработке цементом.

С этой целью суспензия фтористого кальция в растворе сульфата калия вместе с остатками жидких органических отходов после их обезвреживания в плазмотроне сливаются в бетономешалку с цементом.

Таким образом, исходные вещества, взятые в заявленном весовом соотношении водно-солевого фторида калия и алебастра 1:0,52 соответственно, позволяют отходы второго класса опасности, к которым относится фторид калия, полностью преобразовать в малотоксичный продукт четвертого класса опасности, что обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Осуществление комплексного способа переработки токсичных отходов иллюстрируется технологической схемой, показанной на рис. 1.

На рис. 1 показана схема осуществления комплексного способа переработки токсичных отходов, содержащих фтор в виде водного раствора фторида калия, включающая следующие узлы аппаратурного оформления осуществления основных стадий заявляемого комплексного способа переработки токсичных отходов, содержащих фтор, с использованием в качестве основного средства плазмотрона:

- узел приема раствора фторида калия и отстоя нерастворимых органических примесей, состоящий из приемной емкости-отстоя 1, насоса откачки органических примесей 2, емкости для дизельного топлива 3;

- узел плазмотермического обезвреживания органических примесей, состоящий из плазмотермического реактора 4, оборудованного плазмотроном 5, форсунками 6 для подачи и распыления органических примесей или их смеси с дизельным топливом (в случае низкой теплоты сгорания органических примесей), систему охлаждения продуктов сгорания органических примесей, включающую форсунку 7 подачи воды из емкости 27, газоход 8, центробежный барботажный аппарат (ЦБА) 9, который, кроме охлаждения, имеет функцию улавливания минеральных примесей органического отслоя или продуктов их плазмотермической обработки, систему циркуляции жидкости и транспортировки газов, состоящую из емкости 12, насоса 14, каплеуловителя 10, дымососа 11 и дымовой трубы.

- узел использования полученной малотоксичной суспензии для получения строительных блоков, состоящий из емкости-отстоя 1, насоса 22 для перекачивания водно-солевого раствора фторида калия в реактор 16 обработки раствора фторида калия алебастром формулы CaSO4×0,5H2O, хранилища цемента 18 и бетономешалки 17.

Комплексный способ переработки токсичных отходов осуществляется следующим образом.

Раствор фторида калия перекачивается в емкость-отстойник 1. В емкости-отстойнике 1 происходит расслоение на органический и водно-солевой отслои. Органический отслой насосом 2 откачивается в форсунки 6 плазмотермического реактора 4. В случае низкой теплотворной способности органических примесей в их поток добавляется дизельное топливо из емкости 3.

Диспергированный форсунками 6 органический отслой совместно с дизельным топливом (или без него) воспламеняется от струй плазмообразующего газа из плазмотрона 5 и сжигается в плазмотермическом реакторе. Продукты сгорания охлаждаются с температуры 1100-1200°C до 500-600°C на выходе из реактора впрыском воды через форсунку 7 и по газоходу 8 поступают в центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) 9, где дополнительно охлаждаются до температуры 80-85°C водой, циркулирующей в цикле ЦБА. Подпитка цикла осуществляется технической водой из емкости-отстойника 10. В зависимости от состава возможных органических примесей в органическом отслое в цикл ЦБА подается из емкости-отстойника 10 известковое молоко Ca(OH)2 для связывания возможных соединений фосфора, серы (при использовании дизельного топлива). Часть раствора из емкости-отстойника 10 сливается в бетономешалку 17. Газообразные продукты обезвреживания органического отслоя дымососом 15 выбрасываются в дымовую трубу. Между ЦБА и дымососом устанавливается каплеуловитель 13. Водно-солевой слой после отстоя органических нерастворимых примесей попадает в реактор 16, куда также подается кальциевый реагент-алебастр формулы CaSO4×0,5H2O из емкости 25.

В реакторе с рамной мешалкой 16 происходят реакции минеральных компонентов водно-солевого слоя с кальциевым реагентом. Полученная суспензия с остатками жидких органических отходов сливается в бетономешалку 17, куда также дозируется цемент из силоса 18. Полученная в бетономешалке бетонная смесь направляется на формирование бетонных блоков для строительных нужд.

Рабочим газом для плазмотрона служит перегретый пар, генерируемый электрическим перегревателем 19. Циркулирующая посредством насоса 24 в плазмотроне вода охлаждается в охладителе 20. На линии циркулирующей воды устанавливается бачок 26 для подпитки и заполнения циркулирующей системы плазмотрона.

Воздух на горение органических примесей (дизтоплива) подается в плазмотермический реактор вентилятором 21.

Полученную в реакторе 16 суспензию насосом 23 передают в промежуточный отстойник 28, снабжаемый азотом для передавливания жидкости в емкость для приготовления известкового молока 10.

Процесс переработки раствора фторида калия является малоотходным и безопасным:

- не образуется прямых жидких и газообразных отходов;

- получаемая суспензия фтористого кальция в растворе сульфата калия не требует захоронения, а позволяет перевести ее в продукт четвертого класса опасности при изготовлении изделий строительного назначения;

- используются достаточно распространенный реагент алебастр (CaSO4×0,5H2O);

- в производстве применяется стандартное оборудование.

Похожие патенты RU2561381C1

название год авторы номер документа
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ 2014
  • Савченко Георгий Эдуардович
  • Кацнельсон Леонид Овсеевич
  • Борисов Игорь Александрович
  • Шевченко Андрей Владимирович
  • Левашов Андрей Сергеевич
RU2576741C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ УНИЧТОЖЕНИИ ВЯЗКОЙ РЕЦЕПТУРЫ ЗОМАНА 2011
  • Торубаров Александр Иванович
  • Кондратьев Владимир Борисович
  • Степанский Марк Львович
  • Садовников Дмитрий Анатольевич
  • Семин Алексей Викторович
  • Пронина Ираида Александровна
  • Епифанова Ольга Анатольевна
RU2478002C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ УНИЧТОЖЕНИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОГО ОТРАВЛЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА ТИПА VX 2013
  • Торубаров Александр Иванович
  • Кондратьев Владимир Борисович
  • Садовников Дмитрий Анатольевич
  • Семин Алексей Викторович
  • Епифанова Ольга Анатольевна
RU2540582C1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2001
RU2203117C2
СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 2004
  • Игумнов Сергей Михайлович
  • Байбиков Фарид Ахметович
  • Шипигусев Александр Алексеевич
  • Гидаспов Борис Вениаминович
  • Холстов Виктор Иванович
RU2286822C2
СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И ЛЮИЗИТА 2000
  • Халтурин В.Г.
  • Вайсман Я.И.
  • Коротаев В.Н.
  • Карманов В.В.
  • Петров В.Ю.
  • Гыйбадуллин Н.Ш.
RU2169884C1
НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И ТОКСИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2001
RU2182505C1
СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ БОЕПРИПАСОВ, СНАРЯЖЕННЫХ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИМИ ОТРАВЛЯЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ И ИМЕЮЩИХ В КОРПУСЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗЬБОВЫЕ ОТВЕРСТИЯ 2006
  • Уткин Антон Юрьевич
  • Пыжьянов Игорь Владимирович
  • Шелученко Владислав Викторович
  • Петрунин Виктор Алексеевич
  • Капашин Валерий Петрович
  • Холстов Виктор Иванович
  • Кондратьев Владимир Борисович
RU2352375C2
СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 2001
  • Игумнов С.М.
  • Харитонов В.П.
  • Пак З.П.
  • Капашин В.П.
RU2227052C2
СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ЛЮИЗИТА 2001
  • Петрунин В.А.
  • Баранов Ю.И.
  • Русанов В.М.
  • Кузнецов Б.А.
  • Торубаров А.И.
  • Сметанин А.В.
RU2209103C1

Реферат патента 2015 года КОМПЛЕКСНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФТОР

Изобретение относится к комплексному способу переработки токсичных отходов детоксикации вязкой рецептуры зомана, содержащих фтор. Способ включает отстой с расслоением отходов на слой органических примесей и водно-солевой раствор, содержащий фтор. Органические примеси обезвреживают плазмотермической обработкой при 1100-1200°C с использованием в качестве плазмообразующего газа перегретого пара. Водно-солевой раствор с фторидом калия обрабатывают алебастром формулы CaSO4×0,5H2O с получением суспензии фтористого кальция в растворе сульфата калия. Суспензию с добавлением цемента используют в производстве строительных изделий. Изобретение позволяет перерабатывать токсичные отходы, содержащие фтор, в малотоксичный продукт. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 561 381 C1

Комплексный способ переработки токсичных отходов, содержащих фтор и токсичные органические примеси, образующиеся при уничтожении зомана, заключающийся в отстое с образованием водно-солевого раствора фторида калия, который обрабатывают кальцийсодержащими реагентами, и слоя нерастворимых органических примесей, детоксикации нерастворимых органических примесей, с последующим их декантированием и термическим обезвреживанием, отличающийся тем, что термическое обезвреживание осуществляют путем высокотемпературной плазмотермической обработки в плазмотроне при температуре плазмы с использованием в качестве рабочего газа перегретого пара 1100-1200°C с последующим охлаждением водой до 500-600°C выходящих продуктов сгорания, которые поступают в центробежно-барботажный аппарат, где дополнительно охлаждаются до температуры 80-85°C, а газообразные продукты обезвреживания органического отслоя выбрасываются в дымовую трубу, при этом водно-солевой раствор фторида калия после обезвреживания органических соединений смешивают с алебастром формулы CaSO4×0,5H2O при весовом соотношении водно-солевого фторида калия и алебастра 1:0,52 соответственно с получением суспензии фторида кальция в растворе сульфата калия, которая вместе с оставшейся после обработки в плазмотроне жидкой частью органических примесей сливается с добавлением цемента и используется в производстве строительных изделий.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2561381C1

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ УНИЧТОЖЕНИИ ВЯЗКОЙ РЕЦЕПТУРЫ ЗОМАНА 2011
  • Торубаров Александр Иванович
  • Кондратьев Владимир Борисович
  • Степанский Марк Львович
  • Садовников Дмитрий Анатольевич
  • Семин Алексей Викторович
  • Пронина Ираида Александровна
  • Епифанова Ольга Анатольевна
RU2478002C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 2001
  • Бутцев В.С.
  • Зулькарнеев Р.Я.
RU2185219C1
Воздухораспределитель 1937
  • Слюсарев А.Н.
SU55608A1
Плазмохимический способ обезвреживания газообразных и жидких галогенорганических веществ и содержащих их отходов 2002
  • Малков Ю.П.
  • Филиппов Ю.Е.
  • Ротинян М.А.
  • Давидян А.А.
  • Ситливый Д.Н.
RU2224178C1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТАРЫ И ГРУНТОВ 2002
  • Халтурин В.Г.
  • Вайсман Я.И.
  • Коротаев В.Н.
  • Карманов В.В.
  • Петров В.Ю.
RU2232943C1
US 5108718 A1, 28.04.1992

RU 2 561 381 C1

Авторы

Савченко Георгий Эдуардович

Кацнельсон Леонид Овсеевич

Борисов Игорь Александрович

Шевченко Андрей Владимирович

Левашов Андрей Сергеевич

Даты

2015-08-27Публикация

2014-06-05Подача