Способ очистки объектов от токсичных компонентов топлива

 

Изобретение относится к очистке объектов, загрязненных токсичным топливом, с помощью обработки их химическими реагентами, может применяться при утилизации ракетной техники и использовании очищенных емкостей в народном хозяйстве. Очищаемые объекты от компонентов токсичного топлива обрабатывают вначале водным раствором гипохлорита лития и/или натрия в стехиометрическом избытке по отношению к загрязнителю, который затем удаляют раствором, суспензией или порошком пероксида щелочного и/или щелочно-земельного металла. Растворы или суспензии реагентов берут концентрацией от 0,005 до 30 мас.%, а порошковый реагент разбавляют инертным веществом в соотношении от 1:1 до 1: 4. Способ позволяет эффективно очищать объекты: средства хранения, транспортировки и заправки компонентами топлива, баки и двигатели ракет и их фрагменты как в стендовых, так и полевых условиях. Способ является простым и безопасным.

Изобретение относится к прикладной химии, в частности к очистке объектов, загрязненных токсичными веществами, с помощью обработки их различными химическими реагентами.

В настоящее время известен ряд способов очистки емкостей и металлических поверхностей от вредных загрязнений. Используется промывка емкостей различными жидкостями (патент Франции 2611148, 1988; патент США 4710232, 1987 и др. ). Распространены способы парогазовой очистки и комбинации жидкостного и парогазового методов (А. с. СССР 1405907, 1988, патент США 4756770, 1988, патент ФРГ 3731441, 1989 и др.), а также способы обработки окислительными реагентами (А. с. СССР 1326352, 1987). Известны также способы очистки поверхностей металлических фрагментов от загрязнений путем воздействия физическими полями.

Все указанные методы имеют ряд недостатков. Так, промывка емкостей приводит к загрязнению промывочных жидкостей, что требует их последующей очистки.

Парогазовые методы требуют длительной обработки, а образующиеся токсичные газовоздушные смеси загрязняют атмосферу. Физические методы очистки требуют использования сложного оборудования и больших затрат. Все перечисленные методы не обеспечивают требуемой полноты очистки от горючего НДМГ (1,1-диметилгидразин) и его производных.

Ближайшим аналогом является известный из А.С. 2115491, кл. В 08 В 3/08, 1998 способ очистки емкостей от органических соединений, включающий обработку стенок окислительным химическим реагентом и последующее его удаление абсорбцией раствором другого реагента. В качестве первого реагента применяется трифторид хлора с температурой кипения около 12^oС.

Данный способ обеспечивает достаточную полноту очистки по большинству органических загрязнителей, в т.ч. по горючему НДМГ, однако он применим в основном для очистки герметичных баков и преимущественно в стационарных цеховых (стендовых) условиях, что связано с высокой реакционной способностью и газообразным состоянием реагента. Недостаток указанного способа состоит в том, что он сложен, особенно сложен при использовании в полевых условиях, в частности при очистке металлических фрагментов отделяющихся частей ракет от горючего 1,1-диметилгидразина и окислителя азотного тетраоксида (AT) в местах падения ступеней ракет, где его применение ограничивается условиями транспортировки реагента и негерметичностью упавших баков ракет.

Технический результат изобретения заключается в том, чтобы разработать способ очистки объектов от токсичных компонентов топлива, обеспечивающий достаточную очистку негерметичных емкостей, баков, трубопроводов как в стендовых, так и в полевых условиях за короткое время без выброса токсичных веществ в окружающую среду, упрощающий процесс очистки.

Фрагменты упавших на землю ступеней ракет подлежат сбору, разборке и перевозке с мест падения на утилизацию. Для обеспечения безопасности работы с ними фрагменты необходимо очищать от остатков токсичных компонентов топлива, в частности горючего НДМГ, окислителя AT, продуктов неполного взаимодействия компонентов топлива, в том числе углеводородных. Емкости хранилищ компонентов топлива, насосы, арматура, приборы подлежат очистке для последующего использования по другому назначению.

Технический результат в способе очистки объектов от токсичных компонентов топлива, включающем использование химических реагентов, согласно изобретению состоит в том, что в качестве реагентов применяют растворимые в воде гипохлориты и пероксиды щелочных и/или щелочно-земельных металлов, очищаемый объект вначале обрабатывают раствором гипохлорита лития и/или натрия в стехиометрическом избытке по отношению к загрязнителю, который затем удаляют раствором, суспензией или порошком пероксида щелочного и/или щелочно-земельного металла, причем концентрации растворов и суспензий реагентов берут равными от 0,005% до 30 мас.%, а порошковый реагент разбавляют инертным веществом в соотношении от 1:1 до 1:4.

Для выполнения способа в отдельных емкостях готовят растворы или суспензии реагентов. При использовании веществ, бурно реагирующих с водой, берут смеси порошка реагента с инертным разбавителем, например с песком.

Минимальный предел концентрации реагента ограничивается возможными минимальными концентрациями токсикантов, находящихся на поверхности очищаемых фрагментов. Увеличение концентрации реагента свыше 30 мас.% нецелесообразно в связи с возможным увеличением потерь активной составляющей реагента при повышении температуры и хранении раствора реагента.

Смеси порошка реагента и инертного разбавителя берут в отношении от 1:1 до 1: 4, что обеспечивает оптимальное равномерное распределение массы реагента по поверхности очищаемого объекта.

Более концентрированные растворы или смеси реагентов используют при более высоком содержании токсикантов в нейтрализуемом объекте.

Поверхности объектов орошают раствором гипохлорита любыми способами не менее чем два раза с перерывом от 15 до 60 мин в зависимости от массы нейрализуемого токсиканта. Контролируют наличие на поверхности токсикантов известными методами и обрабатывают поверхность емкости или фрагмента ракеты пероксидом щелочного или щелочно-земельного металла до исчезновения на поверхности активного хлора.

Растворимые гипохлориты, например гипохлорит лития и/или гипохлорит натрия, используют в качестве нейтрализующего токсикант соединения. Они в отличие от нерастворимых, например от гипохлорита кальция, имеют большую реакционную способность и не образуют при окислении НДМГ и его производных нитрозосоединения, которые более стойки и токсичны, чем НДМГ. С гипохлоритом кальция реакция окисления протекает медленно (более 14 суток) и неполно.

Реакция взаимодействия гипохлорита лития с НДМГ может быть представлена в виде следующего уравнения (CH₃)₂NNH₂+8LiOCl-->8LiCl+2СO₂+4H₂O+N₂ и ее скорость лимитируется только перемешиванием.

Существенным преимуществом гипохлорита лития является его твердое агрегатное состояние, находясь в котором он не опасен при транспортировке, может легко доставляться в любое место, в том числе в поля падения ОЧ ракет. Относится к III классу опасности. Его водные растворы достаточно стойки, находят широкое применение в медицине для дезинфекции инструментов и питьевой воды.

В качестве пероксида можно использовать пероксиды натрия, лития, калия, кальция и др.

Взаимодействие избытка гипохлорита лития с пероксидом кальция выражается следующим уравнением СаO₂+LiOCl+Н₂O-->Са(ОН)₂+LiCl+O₂.

Продукты реакции окислителя AT с водой - азотная и азотистая кислоты нейтрализуются пероксидом кальция по реакции СаO₂-->СаО+O^.; 2O^.+2NO₂-->N₂+3O₂.

Выделившийся кислород будет расходоваться на нейтрализацию НДМГ (CH₃)₂NNH₂+4O₂-->2СО₂+4Н₂O+N₂.

Пример 1. Модель отделяемой части ракеты в виде бачка из сплава АМГ-6 емкостью 0,5 дм³ загрязняют 2 г НДМГ и 1 г нитрита натрия, затем обрабатывают внешнюю и внутреннюю поверхности бачка потоком азота с добавлением трифторида хлора (по известному способу). Опыт проводят в герметичной камере, в которую помещают бачок. Камера находится под вытяжкой. В объеме камеры образуется агрессивное вещество фтористый водород, содержится остаток трифторида хлора. Потребовалось улавливание этих веществ. Полноту очистки определяют путем анализа водного смыва на содержание токсикантов. Достигают достаточной степени очистки, но вынуждены применять дополнительное оборудование для обеспечения безопасности работ, что сложно, а в полевых условиях неприемлемо.

Пример 2. Модель по примеру 1 без применения камеры и улавливателя токсикантов обрабатывают 10% водным раствором гипохлорита лития дважды по 30 мин. Бачок содержат в противне, в котором собирают промывочный раствор. Расход раствора составляет 0,2 дм³. Остаточное содержание гипохлорита лития в растворе 2%. В смыве обнаружены следы НДМГ и нитриты. После этого поверхность бачка и промывной раствор обрабатывают 5% водной суспензией пероксида кальция в течение 30 мин. Расход пероксида 4,5 г. Промывают бачок водой, в смыве НДМГ, нитриты и активный хлор не обнаруживают.

Пример 3. Модель по примеру 2 загрязняют 0,2 г НДМГ и 0,1 г нитрита натрия. Бачок обрабатывают 1,0% раствором гипохлорита лития объемом 0,4 дм³ дважды по 15 мин. Затем поверхность и промывной раствор гипохлорита обрабатывают 0,5% суспензией пероксида кальция в течение 20 мин. Расход пероксида равен 1,0 г. В смыве НДМГ, токсичные продукты его окисления, нитриты и активный хлор не обнаруживают.

Пример 4. Модель по примеру 3, но без наличия нитрита натрия (моделируется процесс применительно к емкости как в стендовых, так и в полевых условиях). Бачок обрабатывают 1,0% раствором гипохлорита лития объемом 0,3 дм³ дважды по 30 мин. Затем поверхность и промывной раствор гипохлорита обрабатывают 0,5% суспензией пероксида кальция в течение 20 мин. Расход пероксида 0,8 г. В смыве НДМГ, токсичные продукты его окисления и активный хлор не обнаруживают.

Пример 5. Модель по примеру 4 подготавливают и обрабатывают раствором гипохлорита натрия. Затем на поверхность бачка наносят порошок пероксида калия в количестве 10 г, смешанного с песком в соотношении 1:4. Выдерживают 30 мин, убирают порошок с поверхности бачка и осторожно вносят в промывной раствор гипохлорита. Протекает бурная реакция. Промывают бачок. В смыве НДМГ, нитриты и активный хлор не обнаруживают.

Экспериментальные работы проводились с использованием растворимых гипохлоритов лития и натрия как раздельно, так и совместно, растворов пероксидов калия и натрия, пероксида кальция, а также пероксидов натрия или калия и кальция. Выполнялись экспериментальные работы с применением пероксида калия, пероксидов кальция и калия в виде суспензий, а также пероксидов кальция и пероксидов калия и кальция в виде порошков.

Вышепредставленные примеры согласно изобретению подтверждают отсутствие токсикантов на очищаемых объектах и возможность очистки объектов без их герметизации, что упрощает процесс очистки и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Способ позволяет вести очистку объектов как в стендовых, так и полевых условиях.

Формула изобретения

Способ очистки объектов от токсичных компонентов топлива, включающий использование химических реагентов, при этом в качестве реагентов применяют растворимые в воде гипохлориты и пероксиды щелочных и/или щелочно-земельных металлов, очищаемый объект вначале обрабатывают раствором гипохлорита лития и/или натрия в стехиометрическом избытке по отношению к загрязнителю, который затем удаляют раствором, суспензией или порошком пероксида щелочного и/или щелочно-земельного металла, причем концентрации растворов и суспензий реагентов берут равными от 0,005 до 30 мас.%, а порошковый реагент разбавляют инертным веществом в соотношении от 1:1 до 1:4.