Способ нейтрализации твердого остатка в оставленном химическом оружии (варианты) - RU2236881C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к методу нейтрализации и обезвреживания твердого остатка, прилипшего к корпусам боеприпасов оставленного химического оружия.

Уровень техники

Химическое оружие или химические боеприпасы, в которых используются высокотоксичные химические агенты, например иприт и люизит, известны в течение длительного времени. Недавно обнаружилось, что в некоторых регионах значительные количества необезвреженного химического оружия по-прежнему остаются захороненными под землей или затопленными в озерах или морях. Это представляет серьезную угрозу жизни человека и вызывает серьезную озабоченность общества. Таким образом, обезвреживание этого химического оружия является неотложной задачей.

Переработка химических боеприпасов обычно включает в себя следующие стадии:

(1) закрепления химического боеприпаса, извлеченного из-под земли или прочего, сверления корпусов боеприпасов с помощью агрегата расснаряжения или подобного агрегата, введения наконечника в просверленное отверстие и заливания раствора щелочи, например раствора NaOH, при нормальной температуре через наконечник так, чтобы щелочной раствор мог циркулировать внутри, для вымывания и гидролиза жидких химических агентов;

(2) механического отделения разрывного заряда от оболочки боеприпаса путем вырезания и отдельного разрушения этого заряда способом взрывной деструкции;

(3) закрепления корпуса боеприпаса в агрегате расснаряжения во второй раз, при этом обеспечивается возможность циркуляции раствора щелочи, например раствора NaOH, при высокой температуре для растворения твердого остатка (далее в этой заявке твердый остаток именуется "остатком"), сохранившегося в оболочке боеприпаса, до тех пор, пока химические агенты не будут удалены, а остаток не будет гидролизован; и

(4) сливания циркулирующего раствора в реактор, причем обеспечивается возможность реакции этого раствора с окислителем при высокой температуре, чтобы таким образом окислить промежуточные продукты (образующиеся при разложении химических агентов) в устойчивые соли.

Однако на поверхности остатка, который сохраняется в оболочке боеприпаса, имеется нерастворимое покрытие, получившееся в результате полимеризационных превращений химических агентов при длительном хранении. Таким образом, остаток не может быть в достаточной степени растворен даже в сильнощелочном растворе при высокой температуре, и это препятствует гидролизу. Одно из возможных решений состоит в том, чтобы заранее разрезать нерастворимое покрытие твердого остатка или сам остаток на мелкие кусочки; однако такое разрезание требует высокой точности и усложнения стадий процесса, приводя в результате к увеличению времени переработки и неэффективности, что является существенной проблемой.

Раскрытие изобретения

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы решить проблемы и преодолеть недостатки, с которыми сталкиваются при работе согласно существующему уровню развития техники. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ нейтрализации твердого остатка (здесь и далее также называемого “остатком”) в химическом оружии, использование которого позволит надежно и полностью растворить твердый остаток, а также эффективно и быстро обезвредить химическое оружие.

Первая особенность данного изобретения состоит в том, что предлагается способ обезвреживания и нейтрализации твердого остатка, сохраняющегося в оболочке боеприпасов оставленного химического оружия, включающий в себя стадии растворения твердого остатка в органическом растворителе для получения раствора этого остатка и нейтрализации раствора остатка раствором щелочи и окислителем.

Предпочтительно на стадии нейтрализации сначала проводить гидролиз раствора твердого остатка раствором щелочи, а затем окисление окислителем.

Предпочтительно на стадии нейтрализации раствора твердого остатка одновременно проводить гидролиз раствором щелочи и окисление окислителем.

Вторая особенность данного изобретения состоит в том, что предлагается способ обезвреживания и нейтрализации твердого остатка, сохраняющегося в оболочке боеприпасов оставленного химического оружия, включающий в себя стадии растворения твердого остатка смесью, содержащей органический растворитель и раствор щелочи, для получения раствора этого остатка и нейтрализации полученного раствора остатка раствором щелочи и окислителем.

Третья особенность данного изобретения состоит в том, что предлагается способ обезвреживания и нейтрализации твердого остатка, сохраняющегося в оболочке боеприпасов оставленного химического оружия, включающий в себя стадии растворения твердого остатка в органическом растворителе таким образом, чтобы осуществить процесс первичного растворения, обработки твердого остатка, сохраняющегося в оболочке боеприпасов оставленного химического оружия, смесью, состоящей из органического растворителя и раствора щелочи для того, чтобы осуществить процесс вторичного растворения и процесс первичного гидролиза и получить раствор твердого остатка, и нейтрализации раствора твердого остатка окислителем.

На стадии нейтрализации раствора твердого остатка окислителем предпочтительно прибавлять раствор щелочи к раствору твердого остатка.

Органический растворитель, используемый на стадии растворения твердого остатка, предпочтительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из метилизобутилкетона, N,N-диметилформамида и диметилсульфоксида.

Раствором щелочи предпочтительно является раствор NaOH или раствор КОН. Окислитель предпочтительно содержит H₂O₂.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схему процесса, иллюстрирующую первый вариант осуществления данного изобретения; и

фиг.2 представляет собой схему процесса, иллюстрирующую второй вариант осуществления данного изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Теперь подробно будут описаны варианты осуществления данного изобретения и преимущества данного изобретения.

С целью найти эффективный раствор для вымывания и растворения твердого остатка, который по своей способности растворять остаток превосходит растворяющую способность обычного раствора щелочи, авторы данного изобретения получили подлинные образцы остатка и провели эксперименты по их растворению, используя различные типы раствора для вымывания и растворения остатка. В результате авторы обнаружили, что органические растворители вполне удовлетворительно растворяют этот остаток и модифицированное высокомолекулярное полимерное покрытие, образовавшееся на поверхности остатка.

На основании данных по физическим свойствам остатка авторы данного изобретения ожидали, что среди органических растворителей особенно эффективными могут быть кетоны или амиды, так как полярность этих веществ имеет величину, промежуточную между величинами полярности воды и масла.

Показательными примерами таких органических растворителей являются метилизобутилкетон (МИБК), N,N-диметилформамид (ДМФ) и диметилсульфоксид (ДМСО). Эксперименты по растворению остатка, в которых использовались эти примеры органических растворителей, проводились на различных типах остатка. Эти три органических растворителя демонстрируют особенно высокую растворяющую способность при растворении остатка, как описано ниже, даже в случае образца практически нерастворимого остатка, который не растворился после гидролиза раствором NaOH, и образцы остатка полностью диспергировались в этих органических растворителях.

(Растворимость образца практически нерастворимого остатка после гидролиза)

МИБК 5,8 г/мл

ДМФ 4,3 г/мл

ДМСО 3,6 г/мл

Исходя из этих результатов, были проведены опыты, в которых объединяли процессы растворения, гидролиза и окисления с использованием вышеуказанных органических растворителей, раствора NaOH и окислителя для того, чтобы аппроксимировать (т.е. усовершенствовать) реальный процесс нейтрализации. В результате этих экспериментов была получена следующая информация:

(1) твердый остаток может быть эффективно растворен в этих органических растворителях; и

(2) способ, который приемлемым образом объединяет стадию растворения остатка этими органическими растворителями, стадию гидролиза раствором щелочи и стадию окисления окисляющим агентом, позволяет относительно легко и быстро нейтрализовать твердый остаток, что прежде, при использовании известных методик, было невозможно.

Данное изобретение осуществляют, основываясь на результатах вышеописанных экспериментов. Данное изобретение далее будет описано со ссылкой на чертежи для случаев двух типичных вариантов осуществления предпочтительных способов по данному изобретению.

Первый вариант осуществления изобретения

Фиг.1 представляет собой схему процесса, иллюстрирующую первый вариант осуществления данного изобретения. На фиг.1 цифрой 1 обозначен химический боеприпас, цифрой 2 обозначен аппарат расснаряжения для разрушения химического боеприпаса 1, установленного внутри камеры для расснаряжения, цифрой 3 обозначен реактор для гидролиза и окисления раствора, в котором растворен остаток, т.е. твердый остаток (далее в этой заявке его называют раствор твердого остатка или раствор остатка) и цифрой 4 обозначена емкость для хранения переработанного раствора, который обрабатывали согласно вышеописанным процессам.

Сначала химический боеприпас 1 закрепляют и просверливают отверстие в его оболочке 1а с помощью агрегата расснаряжения 2. В отверстие вставляют наконечник. После того как разрывной заряд отделяют механически от оболочки снаряда 1а резанием, органический растворитель S, например МИБК или ему подобный, загружают с помощью наконечника в линию подачи растворителя L1 и подают насосом 5 через линию циркуляции растворителя L2 для того, чтобы промыть оболочку снаряда 1а и растворить остаток, который сохранился в оболочке снаряда 1а. Промывание и растворение органическим растворителем S проводят при нормальной температуре. Когда остаток полностью растворен и удален из оболочки снаряда, подачу и циркуляцию органического растворителя S прекращают. Циркулирующую жидкость, т.е. раствор остатка, сливают в реактор 3, используя линию для слива раствора остатка L3. Линия L4 является линией, в которой регулируют циркуляцию раствора для приспособления к скорости циркуляции органического растворителя S. Избыток растворителя сливают в реактор 3 через линию L4.

Затем, пока раствор остатка в реакторе 3 перемешивают мешалкой с лопастями 6, к раствору остатка одновременно прибавляют раствор щелочи А, например раствор NaOH или КОН, и окислитель, например пероксид водорода (Н₂О₂), для одновременной нейтрализации и окисления раствора остатка. Тем временем в теплообменник 7 подают горячий пар J, чтобы поддерживать температуру раствора остатка на уровне от 110 до 115°С, т.е. температуру кипения.

Когда описанные выше гидролиз и окисление завершены, в теплообменник 7 подают охлаждающую воду, чтобы охладить прореагировавший раствор до нормальной температуры. Прореагировавший раствор, т.е. переработанный раствор, сливают в емкость 4 для хранения переработанного раствора, используя линию L5 для сливания переработанного раствора. После того как количество переработанного раствора в емкости 4 для переработанного раствора достигает заранее установленного уровня, переработанный раствор обезвреживают, например стабилизируют содержание в нем отдельных компонентов, таких как, например, мышьяксодержащих или подобных, запаивают в стальную бочку и хранят как раствор отходов W.

Отходящий газ из реактора 3 удаляют через линию для отходящего газа G и конденсатор D. Отходящий газ, например, из вентиля реактора V, затем обезвреживают отдельно.

Согласно этому варианту осуществления изобретения оболочку боеприпаса промывают и остаток снаряда растворяют органическим растворителем, например МИБК или ему подобным. Таким образом, даже почти нерастворимый остаток, который трудно растворить в растворе NaOH, может быть быстро растворен и удален. Кроме того, нейтрализацию можно осуществить быстро и эффективно, так как раствор щелочи и окислитель одновременно прибавляют к раствору остатка в реакторе для одновременного гидролиза раствора и его окисления. Более того, поскольку процесс ведут при температуре кипения от 110 до 115°С, скорость реакции может быть дополнительно увеличена. Скорость реакции гидролиза при температуре кипения в шесть раз или более превышает скорость гидролиза при низкой температуре, например при 90°С или ниже. Так как органический растворитель может быть использован повторно, способ в этом варианте осуществления изобретения имеет также и экономические преимущества.

Хотя в этом варианте осуществления изобретения гидролиз и окисление проводят одновременно, данное изобретение не ограничено этим вариантом осуществления изобретения. Окисление можно проводить после гидролиза, как это обычно делают. Кроме того, данное изобретение включает в себя модификацию способа, в которой процесс осуществляют при температуре 90°С или выше, но ниже 110°С, т.е. ниже температуры кипения.

Второй вариант осуществления изобретения

Теперь будет описан второй вариант осуществления способа согласно данному изобретению. Фиг.2 представляет собой схему процесса, иллюстрирующую второй вариант осуществления данного изобретения. В описании второго варианта осуществления изобретения, которое приводится ниже, опущены подробные описания компонентов и стадий, общих для первого и второго вариантов осуществления изобретения. Подробно описаны только те компоненты и стадии, которые отличаются от компонентов и стадий, описанных в первом варианте осуществления изобретения.

Как и в первом варианте осуществления изобретения, в оболочке 1а химического боеприпаса 1 высверливают отверстие и в отверстие вводят наконечник. Органический растворитель S, например МИБК или ему подобный из описанных выше, подают через линию подачи растворителя L1, и он циркулирует с помощью насоса 5 по линии циркуляции растворителя L2, чтобы растворить остаток, остающийся оболочке 1а боеприпаса (процесс первичного растворения).

Затем, после того как конкретное количество остатка растворено и удалено в результате процесса первичного растворения, описанного выше, подачу органического растворителя S и его циркуляцию прекращают, и циркулирующую жидкость, т.е. раствор остатка, сливают в реактор 3 через линию слива раствора остатка L3.

В то время как раствор остатка в реакторе 3 перемешивают лопастями 6 мешалки, раствор щелочи А, например NaOH, КОН или им подобный, прибавляют к раствору остатка.

Затем жидкость в реакторе 4, т.е. смесь органического растворителя и раствора щелочи сливают с помощью насоса 8. Смесь циркулирует по линии для циркуляции смеси L6 таким образом, чтобы растворить любой остаток, все еще остающийся в оболочке (процесс вторичного растворения), до тех пор, пока остаток полностью не растворится и не будет удален, а также чтобы одновременно осуществить частичный гидролиз (процесс первичного гидролиза).

Окислитель О прибавляют к раствору остатка в реакторе после обработки, описанной выше. К этому раствору, если необходимо, дополнительно может быть прибавлен раствор щелочи А. Вторичный гидролиз и окисление проводят при температуре кипения от 110° до 115°С, чтобы довести нейтрализацию до конца.

Согласно этому варианту осуществления изобретения первичное растворение остатка органическим растворителем, например МИБК, и вторичное растворение смесью органического растворителя и раствора щелочи проводят, объединяя две стадии. Таким образом, остаток может быть быстро и полностью растворен и удален даже при применении этого варианта для химических боеприпасов, в которых сохранилось большое количество остатка или на поверхности остатка образовалось толстое практически нерастворимое покрытие. Более того, так как процесс, в котором используют как органический растворитель, так и раствор щелочи, может значительно ускорить растворение и гидролиз остатка, рабочая нагрузка на вторичный гидролиз может быть значительно уменьшена, таким образом, улучшается эффективность полного процесса. Так как органический растворитель, используемый для первичного растворения, и смесь, используемая для вторичного растворения, могут быть использованы повторно, способ имеет экономические преимущества.

В этом варианте осуществления изобретения смесь, используемая для вторичного растворения и для гидролиза, содержит органический растворитель и раствор щелочи. В другом варианте к смеси может быть добавлен окислитель. Когда окислитель добавляют к смеси, можно также осуществить частичное окисление во время процесса. В этом варианте осуществления изобретения повторно используют раствор щелочи в смеси из реактора; в альтернативном варианте смесь нового органического растворителя и новый раствор щелочи можно вводить в линию для циркуляции без необходимости пропускать эту смесь через реактор.

Как описано выше, при проведении нейтрализации согласно данному изобретению твердый остаток, т.е. остаток, сохранившийся в химическом оружии, может быть быстро и полностью растворен, причем гидролиз при этом достаточно ускоряется. Таким образом, обезвреживание химического оружия в целом может быть выполнено эффективно и быстро. Данное изобретение вносит важный вклад в указанную область техники.

Реферат

Изобретение относится к переработке твердого остатка, прилипшего к корпусам боеприпасов оставленного химического оружия. Сущность изобретения: способ обезвреживания и нейтрализации твердого остатка, сохраняющегося в оболочке боеприпасов оставленного химического оружия, включает в себя стадию растворения твердого остатка органическим растворителем для получения раствора твердого остатка и стадию нейтрализации раствора твердого остатка раствором щелочи и окислителем. Изобретение позволяет надежно и полностью растворить твердый остаток, а также эффективно и быстро обезвредить химическое оружие. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула