Способ обезвреживания отравляющих веществ и устройство для его осуществления

 

Использование: в технологии обезвреживания отравляющих веществ. Сущность изобретения: термическое разложение отравляющих веществ /ОВ/ в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом при 2200 3200 К, ввод в поток продуктов сгорания и разложение водного раствора ацетата кальция. В качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к ОВ 4 : 1, а ОВ подают в виде истинного раствора в керосине. Устройство для осуществления способа содержит реактор с камерой сгорания, на одном торце которой расположено днище, на другом торце выполнено выходное критическое сопло. Днище содержит форсунки для подачи горючего и ОВ. Камера сгорания разделена на зону А термического разложения ОВ, примыкающую к днищу, и зону нейтрализации, примыкающую к выходному критическому соплу. На границе раздела указанных зон расположены форсунки для подачи водного раствора ацетата кальция. Форсунки для подачи ОВ расположены в центре днища, форсунки для подачи горючего-по периферии, форсунки для подачи кислорода - равномерно по всей площади днища. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение касается уничтожения химических отравляющих веществ (ОВ), содержащих галогены, фосфор, серу, а также нейтрализации продуктов обезвреживания.

Известен способ термического уничтожения соединений галогенов (отходов, содержащих соединения галогенов) [1], который заключается в том, что термическую реакцию проводят в реакторе с кипящим слоем, содержащим в качестве материала слоя оксид кальция.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разложения органических галогеносодержащих соединений [2], заключающийся в том, что разложение проводят при температуре более 700^оС более 2 с, затем в поток вводят такое количество тонкодисперсного металла и/или его оксида, гидроксида, оксида и гидроксида, которое превышает количество, необходимое для стехиометрического превращения всех галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений.

Недостатком указанного способа являются большое время выдержки при > 700^оС, которое превышает τ > 2 с. Большое время разложения требует большой длины реакционной зоны.

Устройство для проведения процесса представляет собой реактор с камерой, на одном торце которой выполнено выходное критическое сопло для вывода продуктов сгорания и разложения, на другом торце - днище с форсунками для ввода топлива, кислорода, обезвреживаемых веществ и металлов.

Недостатком устройства являются неравномерность распределения реагентов в камере сгорания и как следствие - неполное термическое разложение ОВ, а также протекание реакции связывания продуктов разложения ОВ и распыленного металла в гетерофазных условиях, что приводит к увеличению потребной реакционной зоны.

Целью изобретения является сокращение времени процесса обезвреживания, повышение эффективности обезвреживания и уменьшение выбросов в атмосферу.

Это достигается тем, что обеззараживание ОВ путем термического разложения в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом, ввода в поток продуктов сгорания и разложения соединения кальция в количестве, превышающем необходимое количество для стехиометрического превращения продуктов сгорания, и улавливание образовавшихся твердых продуктов, проводят при температуре в зоне горения 2200-3200К, а в качестве соединения кальция используют водный раствор ацетата кальция. Кроме того, в качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к обезвреживаемым ОВ - 4:1, а ОВ подают в виде истинного раствора в керосине.

Для реализации способа предложено устройство, включающее реактор с камерой, на одном торце которой выполнено днище, а на другом торце - выходное критическое сопло, и форсунки для ввода горючего, кислорода, ОВ и соединения металла. Камера разделена на зону термического разложения ОВ, примыкающую к днищу, и зону нейтрализации, примыкающую к выходному критическому соплу, при этом форсунки для ввода горючего, кислорода и ОВ расположены в днище, а форсунки для ввода соединения металла на границе раздела указанных зон.

Кроме того, форсунки для ввода ОВ расположены в центре днища, форсунки для ввода горючего - по периферии, а форсунки для ввода окислителя - равномерно по всей площади днища. Для определения соотношения всех компонентов проведен термодинамический расчет (см. таблицу).

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конструктивная схема реактора.

Устройство содержит реактор 1, к которому подключены источник 2 керосина, источник ОВ 3, источник 4 кислорода и источник 5 раствора соли кальция. Источник ОВ подключен к реактору через смеситель 6, который соединен также с источником керосина. Реактор представляет собой цилиндрическую камеру 7 сгорания, на одном торце которой расположено форсуночное днище 8, а на другом - выходное критическое сопло 9. Форсуночное днище содержит полости окислителя (кислорода) 10, горючего 11 и ОВ 12. В камере сгорания последовательно расположены в сторону выходного критического сопла зона А термического разложения ОВ с форсунками для подачи ОВ 13 и горючего 14, выполненными двухкомпонентными центробежными, внешняя камера которых связана с полостью кислорода, и зона В нейтрализации продуктов разложения ОВ с поясами форсунок 15 для подачи водного раствора соли кальция. Форсунки для подачи ОВ расположены в центре форсуночного днища, форсунки керосина - по периферии, а кислорода - примерно по всей площади днища.

Такая организация смесеобразования позволяет избежать неполного разложения ОВ в пристеночном слое камеры сгорания. Полость окислителя 10 связана непосредственно с источником окислителя 4, полость горючего 11 - с источником горючего 2, а полость ОВ 12 - со смесителем 6. Таким образом, ОВ подают в камеру сгорания в виде истинного раствора ОВ в части горючего.

Для обезвреживания химических отравляющих веществ в реактор 1 подают из источника окислителя (жидкого кислорода) 4 окислитель в полость 10, а оттуда инжектируют его через внешние камеры двухкомпонентных форсунок 14 и 13 в камеру сгорания 7. Одновременно в полость горючего 11 реактора от источника горючего 2 подают керосин, который инжектируют в камеру сгорания через форсунки 14. В зоне А камеры сгорания происходит инициирование процесса горения. Кроме того, в зону В через пояса форсунок 15 от источника раствора 5 подают водный раствор соли ацетата кальция Са(СООСН₃)₂. После выхода реактора на предварительный режим в смеситель 6 от источника горючего 2 подают часть горючего, а от источника ОВ-3 обезвреживаемое вещество, которое смешивают с образованием истинного раствора ОВ в части горючего, который через полость ОВ-12 и форсунки 13 впрыскивают в зону А камеры сгорания. В зоне А при 3000-3200К ОВ разлагают. Продукты сгорания и разложения поступают в зону В, где происходит их охлаждение и протекает гомогенная химическая реакция связывания галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений с образованием нетоксичных солей в твердом состоянии, которые вместе с газами истекают через выходное критическое сопло 9 в устройство, в котором твердую фазу улавливают, например в циклонный фильтр.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают быстрое термическое разложение отравляющего вещества при высокой температуре горения керосина Т-1 с жидким кислородом, последующее охлаждение потока продуктов сгорания и разложения до температур, оптимальных для проведения гомогенных реакций связывания галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений кальцием, который подается в поток в виде водорастворимой соли (ацетата), испаряемой при взаимодействии с охлажденным потоком.

За счет указанных мер повышается экологическая чистота процесса обезвреживания химических отравляющих веществ.

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания отравляющих веществ (ОВ) путем термического разложения в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом, ввода в поток продуктов сгорания и разложения соединения кальция в количестве, превышающем необходимое количество для стехиометрического превращения продуктов сгорания, и улавливания образовавшихся твердых продуктов, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени процесса обезвреживания и уменьшения выбросов в атмосферу, температуру в зоне горения доводят до 2200 - 3200 К, а в качестве соединения кальция используют водный раствор ацетата кальция.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к обезвреживаемым ОВ - 4 : 1, а ОВ подают в виде истинного раствора в керосине.

3. Устройство для обезвреживания отравляющих веществ (ОВ), включающее реактор с камерой, на одном торце которой расположено днище, а на другом торце выполнено выходное критическое сопло, и форсунки для ввода горючего, кислорода, ОВ и соединения металла, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обезвреживания, камера разделена на зону термического разложения ОВ, примыкающую к днищу, и зону нейтрализации, примыкающую к выходному кристическому соплу, при этом форсунки для ввода горючего, кислорода и ОВ расположены в днище, а форсунки для ввода соединения металла - на границе раздела указанных зон.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что форсунки для ввода ОВ расположены в центре днища, форсунки для ввода горючего - по периферии, а форсунки для ввода окислителя - равномерно по всей площади днища.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3