CN1453078A - 毒性化合物处理系统和方法 - Google Patents

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CN1453078A
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荒木一郎
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大石刚司
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Abstract

分解毒性化合物生成的毒性化合物和有毒物质被安全处理。具体地，化学武器(1)被冷冻破碎，并通过将所得的毒性化合物和炸药在旋转窑(21)和补燃器(22)中燃烧将其分解。燃烧产生的有毒气体被引入气体清洗塔(31)，在这里用氢氧化钠水溶液将其中和。从气体清洗塔(31)排出的废气在经除氮器(43)和二恶英去除装置(45)净化后排放，而从气体清洗塔(31)排出的废液被引入圆筒干燥器(53)，在这里固化并分离有毒物质。

Description

毒性化合物处理系统和方法
技术领域
本发明涉及用于处理毒性化合物的毒性化合物处理系统和方法。
背景技术
以往所知的化学武器具有外罩，外罩的形状有例如纺锤形、盒形或筒形，在该外罩中装有炸药，也装有毒性化合物。在这种化学武器中使用的毒性化合物包括，例如，芥子气(yperite，二氯二乙硫醚：(CH2ClCH2)2S)、路易斯毒气(二氯-2-氯乙烯基胂，ClCH＝CHAsCl2)、二(2-氯乙烯基)氯胂((ClCH＝CH)2AsCl)、二苯基氰基胂((C6H5)2AsCN)和二苯基氯胂((C6H5)2AsCl)。
近来，为响应化学武器禁用公约(chemical weapon forbiddingtreaty)的实行，强烈需要建立安全处理上述化学武器的方法。这样的化学武器处理方法大致分为：预处理法，用于从化学武器中提取毒性化合物和炸药；主处理法，用于将预处理法中提取的毒性化合物和炸药转变为其它物质；和后处理法，用于处理主处理法中产生的物质，对环境丝毫不产生影响。
已知的预处理法包括，例如，将冷冻的弹药筒(shell)与其罩一起破碎，提取其中所含的毒性化合物和炸药的方法；和机械切割弹药筒，提取其中所含的毒性化合物和炸药的方法(参照，例如，日本专利临时公报2001-66100)。
另外，已知的主处理法包括，例如，包括热处理(或燃烧)毒性化合物和炸药的方法；和包括化学处理毒性化合物和炸药的方法。
发明内容
在上述的主处理法中，氯化合物、砷化合物(特别是五氧化二砷)、硫化合物(特别是硫的氧化物)等是毒性化合物如芥子气和路易斯毒气分解的新产物。因此，需要在后处理法中将其固定。
但是，关于该后处理法的细节没有提出建议。
日本专利临时公报10-1416396/’98记载了通过使用主要由含有铝粉和金属氧化物粉的铝热剂反应物组成的铝热剂型自燃燃料，燃烧毒性化合物如路易斯毒气的技术。但是，没有提到燃烧生成的氯和砷化合物最终应如何处理。
本发明是为解决上述技术问题而作出的，其目的是提供一种毒性化合物处理系统和方法，它可以安全地处理毒性化合物分解所产生的毒性化合物和有毒物质。
根据本发明的毒性化合物处理系统包括：用于燃烧毒性化合物的燃烧单元；用于通过碱性溶液清洗从燃烧单元排出的有毒气体的清洗单元；用于净化从清洗单元排出的废气的废气净化单元；和用于从由清洗单元排出的废液中分离有毒物质的分离单元。
在本发明的毒性化合物处理系统中，通过燃烧毒性化合物而使其在燃烧单元分解，并且在清洗单元中用碱性溶液清洗和中和从燃烧单元排出的酸性有毒气体，以便有毒气体中存在的有毒成分可以进入碱性溶液中，从而与气体成分分离。另外，分离单元从由清洗单元排出的废液中分离有毒物质，以便可以将有毒物质固定。另一方面，从清洗单元排出的废气在废气净化单元被净化，以便可以除去废气中剩余的有毒物质。
上述的毒性化合物可以通过破碎或切割在外罩中含有毒性化合物和炸药的化学武器来获得。因此，该毒性化合物处理系统可以用作处理废弃化学武器的系统。通过这种处理，也可以将外罩和炸药与毒性化合物一起引入燃烧单元中，从而处理炸药和分解附着于外罩上的毒性化合物。
另外，废气净化单元可以具有氮氧化物去除单元，用于从由清洗单元排出的废气中除去氮氧化物；和二恶英去除单元，用于从由氮氧化物去除单元排出的废气中除去二恶英。这样，用碱性溶液不能除去的氮氧化物和二恶英可以从废气中除去。
此外，分离单元可以具有加热单元，用于加热从清洗单元排出的废液；和固体物回收单元，用于回收通过加热固化的固体物。这样，可以从废液中得到固体物形式的有毒物质。
或者，分离单元可以具有沉淀单元，用于沉淀从清洗单元排出的废液中存在的有毒物质；和沉淀物回收单元，用于从沉淀单元回收沉淀物。这样，即使通过加热难以固化有毒物质，也可以容易地将废液中存在的有毒物质分离和固定。在该实施方案中，通过进一步设置用于焙烧回收的沉淀物的焙烧单元，含有有毒物质的沉淀物可以转变为几乎不溶于水的物质。
根据本发明的毒性化合物处理方法包括：燃烧毒性化合物的燃烧步骤；借助于碱性溶液，清洗由燃烧生成的气体成分的清洗步骤；净化清洗的气体成分的废气处理步骤；和从清洗步骤使用后的碱性溶液中分离有毒物质的溶液处理步骤。
在本发明的毒性化合物处理方法中，用碱性溶液清洗和中和燃烧生成的气体成分，并且可以从清洗使用后的碱性溶液中分离有毒物质，从而可以固定有毒物质。另外，也净化了清洗的气体成分。
燃烧步骤前，通过进一步设置用于从化学武器中提取毒性化合物的毒性化合物提取步骤，该毒性化合物处理方法可以用作处理废弃化学武器的方法。
废气处理步骤可以包括借助含有氧化钛的催化剂从清洗的气体成分中除去氮氧化物的氮氧化物去除步骤，在所述的催化剂中含有氧化钒、氧化钨和氧化钼的至少一种。这样，可以从废气中除去用碱性溶液不能除去的氮氧化物。尽管已知含有上述过渡金属氧化物的催化剂的催化性能因砷劣化，但在废气处理步骤前的清洗步骤中已除去了砷(五氧化二砷)。因此，可以抑制催化性能的劣化，从而延长催化剂寿命。
另外，溶液处理步骤可以包括加热步骤，用于加热在清洗步骤中使用后的碱性溶液；和固体物回收步骤，用于回收通过加热固化的固体物。这样，可以从清洗步骤中使用的碱性溶液中分离有毒物质，并将其以固体物的形式固定。
或者，溶液处理步骤可以包括沉淀步骤，用于沉淀在用于清洗步骤后的碱性溶液中存在的有毒物质；和沉淀物回收步骤，用于回收所得的沉淀物。因此，即使通过加热难以固化有毒物质，也可以容易地分离和固定废液中存在的有毒物质。在该实施方案中，通过进一步提供焙烧回收沉淀物的焙烧步骤，可以将含有有毒物质的沉淀物转变为几乎不溶于水的物质。
此外，本发明的毒性化合物处理方法可处理的毒性化合物包括例如，二氯二乙硫醚((CH2ClCH2)2S)、二氯-2-氯乙烯基胂(ClCH＝CHAsCl2)、二(2-氯乙烯基)氯胂((ClCH＝CH)2AsCl)、二苯基氰基胂((C6H5)2AsCN)和二苯基氯胂((C6H5)2AsCl)。二氯二乙硫醚(芥子气)燃烧产生有毒气体(例如，二氧化硫和氯化氢)，二氯-2-氯乙烯基胂和二(2-氯乙烯基)氯胂(路易斯毒气)燃烧产生有毒气体(例如，亚砷酸气体和氯化氢)，二苯基氰基胂燃烧产生有毒气体(例如，亚砷酸气体)，二苯基氯砷燃烧产生有毒气体(例如，亚砷酸和氯化氢)。
如上所述，本发明可以安全处理毒性化合物分解产生的毒性化合物和有毒物质。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方案的化学武器处理系统的流程图。
图2是根据本发明的第二实施方案的化学武器处理系统的流程图。
图3是根据本发明的第三实施方案的化学武器处理系统的流程图。
具体实施方式
以下结合附图所例示的几个实施方案更具体地说明本发明。
实施方案1
图1是根据第一实施方案的化学武器处理系统的流程图。该化学武器处理系统包括冷冻破碎单元10，用于冷冻破碎含有毒性化合物的化学武器1；燃烧单元20，用于燃烧冷冻破碎的化学武器；清洗单元30，用于清洗燃烧生成的有毒气体；废气处理单元40，用于处理清洗的废气；和废水处理单元50，用于处理在清洗使用后的清洗液。
在该系统中，冷冻破碎单元10包括冷冻机(未示出)，借助液氮冷冻化学武器1；和破碎机(未示出)，用于破碎冷冻的化学武器1。
另外，燃烧单元20包括旋转窑21，用于燃烧破碎的化学武器1，所述化学武器含有弹药筒罩2和从弹药筒罩2除去的炸药和毒性化合物(均未示出)；补燃器22，用于再次燃烧从旋转窑21排出的气体成分；和弹药筒罩存放空间23，用于存放从旋转窑21排出的弹药筒罩2。
在补燃器22的下游侧，安装了分离器24，用于分离废气和粉尘(含有未燃烧的毒性化合物、残留的碳等)；空气加热器25，用于加热空气，供应给旋转窑21；和水冷却器26。分离器24中分离的粉尘返回旋转窑21，在里面充分燃烧。
另外，清洗单元30包括气体清洗塔31，在其中引入从补燃器22排出的气体；溶液供应槽32，用于向气体清洗塔31供应氢氧化钠(NaOH)水溶液(浓度为30重量％)；和供水槽33，通过泵33a向气体清洗塔31供应水。气体清洗塔31上安装有搅拌器31a，用于搅拌含有前述的氢氧化钠水溶液和水的清洗液；和喷嘴(未示出)，用于以喷雾形式注入清洗液。泵34起从气体清洗塔31的下部提取清洗液并将其供应给喷嘴的作用，除雾器35起除去从气体清洗塔31的上部排出的废气中存在的雾。
此外，废气处理单元40包括湿式集尘器41，用于收集清洗的废气中存在的粉尘；加热器42，用于加热通过了湿式集尘器41的废气；除氮器43，用于除去废气中存在的氮氧化物；冷却器44，用于冷却通过了除氮器43的废气；二恶英去除装置45，用于除去废气中存在的二恶英；冷却器46，用于冷却通过了二恶英去除装置45的废气；微量物质去除装置47，用于除去废气中存在的微量物质；风扇48，用于引出(draw)通过了微量物质去除装置47的废气；和烟囱49，用于将废气排放到大气中。
在该单元中，湿式集尘器41通过使废气通过水雾起到收集废气中存在的粉尘的作用，装配有用于供应含有NaOH的洗涤水的槽41a，和用于从槽41a提取水的泵41b。从湿式集尘器41排出的废水传送到储槽51，储槽51将在后面说明。
另外，除氮器43通过氨气(NH3)和含有氧化钛的催化剂(其中含有氧化钒)(未示出)除去废气中存在的氮氧化物。由于该催化剂在350℃的温度活化，因此在除氮器43的上游侧安装加热器42，将废气加热到与此相对应的温度。除上述的催化剂外，可以使用的催化剂包括例如，含有氧化钛的催化剂(其中含有氧化钨或氧化钼)。
此外，二恶英去除装置45填充有二恶英分解催化剂，通过使含二恶英的废气通过，它可以完全分解废气中存在的二恶英。尽管二恶英通常在300-400℃分解，但该实施方案中通过使二恶英通过二恶英分解催化剂，使得可以在约200℃的低温下分解二恶英。因此，安装在二恶英去除装置45上游侧的冷却器44起到将废气冷却到与此对应的温度的作用。
再者，作为微量物质去除装置47，使用具有活性碳过滤器的装置。
另一方面，废水处理单元50包括用于储存从清洗单元30的气体清洗塔31排出的废水、以及从前述的湿式集尘器41排出的废水的储槽51；用于从储槽51提取废水的泵52；具有圆筒体53a、用于通过蒸汽加热干燥提取的废水的圆筒干燥器53；用于分离和回收沉淀在圆筒干燥器53的圆筒体53a表面上的固体物的回收箱54；用于清洗和中和从圆筒干燥器53排出的蒸汽的洗涤器55；和用于除去通过了洗涤器55的废气中存在的微量成分的过滤器56。通过了过滤器56的废气经烟囱49排放到大气中。洗涤器55中回收的水返回清洗单元30的供水槽33。
在该化学武器处理系统中，考虑到意外故障的出现，设置两套清洗单元30、废气处理单元40和废水处理单元50。重复的一套没有详细显示。
以下参照具体例子说明使用该化学武器处理系统的处理方法。
表1和表2列出了在图1所示的化学武器处理系统中处理在弹药筒罩2中所含的毒性化合物(即，芥子气、路易斯毒气、二苯基氰基胂(DC)和二苯基氯砷(DA))和炸药(即，苦味酸)的化学武器1时的物料平衡。表中的数字(1)-(8)、(10)、(13)、(14)和(16)-(18)与图1的相同数字相对应。表1和表2给出的值表示了每单位时间产生或消耗的物质量(kg/h)。
                             表1
    物质名称     化学式     分子量   单位     (1)             (2)     (3)       (4)   (5)      (6)       (7)
    芥子气   (CH2·Cl·CH2)2S     159.1 kg/h   25.75      -
    路易斯毒气   Cl·CH＝CH·As·Cl2     207.3   25.75      -
    二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN     254.9   25.75
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl     264.4   25.75
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7     229.1   14.4      -
    弹药筒罩   铸铁(3.35C-1.87Si)   521.2      -     521.2
                    (总计)     638.6   638.6     521.2
    碳     C(g)     12.0 kg/h     45.061     0.000     0.000
    甲烷     CH4     16.0     2.590     0.000     0.000
    砷     As     74.9     24.173     0.000     0.000
    氯化氢     HCl     36.5     20.857     22.877     0.000
    氯气     Cl2     70.9     7.857     0.000     0.000
    硫化氢     H2S     34.1     5.516     0.000     0.000
    二氧化氮     NO2     92.0     26.647     0.000     0.000
    氢气     H2     2.0     2.173     0.000     0.000
    蒸汽/水     H2O     18.0     1.131     26.300     44.847
    二氧化碳     CO2     44.0     172.344     95.436
    二氧化硫     SO2     64.1     10.369     0.000
    氧气     O2     32.0     163.416     9.266     9.266
    氮气     N2     28.0     537.910     541.964     559.014
    空气     Air     29.0
    三氧化二砷     As2O3     197.8     31.910     0.000
    砷酸钠     Na3(AsO4)2     346.7
    亚砷酸钠     Na(AsO2)2     236.8
    氢氧化钠     NaOH     40.0
    氯化钠     NaCl     58.4
    石膏     CaSO4·2H2O     172.0
    硫酸钠     Na2SO4     142.0
    氨     NH3     17.0
    铸铁     521.200     521.2     0.000     0.000
                    (总计)     638.6     657.204     521.2     701.328     783.121     708.563
    煤油燃料     kg/h   0.0
                                            表2
    物质名称     化学式   m.w.   单位     (8)     (10)     (13)     (14)     (16)     (17)     (18)
    芥子气     (CH2·Cl·CH2)2S   159.1 kg/h
    路易斯毒气     Cl·CH＝CH·As·Cl2   207.3
    二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN   254.9
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl   264.4
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7   229.1
    弹药筒罩     铸铁(3.35C-1.87Si)
                    (总计)
    碳     C(g)   12.0 kg/h
    甲烷     CH4   16.0
    砷     As   74.9
    氯化氢     HCl   36.5
    氯气     Cl2   70.9
    硫化氢     H2S   34.1
    二氧化氮     NO2   92.0
    氢气     H2   2.0
    蒸汽/水     H2O   18.0     132.1     15.863088   145.333     0.409
    二氧化碳     CO2   44.0
    二氧化硫     SO2   64.1
    氧气     O2   32.0     5.180
    氮气     N2   28.0     17.050
    空气     Air   29.0    21.286
    三氧化砷     As2O3   197.8
    砷酸钠     Na3(AsO4)2   346.7     53.1     53.139
    亚砷酸钠     Na(AsO2)2   236.8     1.9     1.910
    氢氧化钠     NaOH   40.0     0.3     6.7984662
    氯化钠     NaCl   58.4     36.7     36.678
    硫酸钠     Na2SO4   142.0     23.0     22.992
    氨     NH3   17.0  4.923
    铸铁
                     (总计)     247.16349     22.661554     22.2  4.923    114.719    21.695
    煤油燃料  kg/h
首先，将化学武器1(参照表1(1))引入冷冻破碎单元10，在这里被冷冻和破碎。破碎的结果是化学武器1变为弹药筒罩2、毒性化合物(即，芥子气、路易斯毒气、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸药(即，苦味酸)以混合物形式存在(参照表1(2))。应该理解冷冻破碎可以防止化学武器1中所含的炸药爆炸。在表1(2)中，燃烧前的成分列在左侧，燃烧后的成分列在右侧。
然后，破碎的化学武器1在燃烧单元20燃烧。首先，将它们引入旋转窑21并在850℃燃烧，以分解炸药和毒性化合物。旋转窑21内的燃烧温度设定在850℃的原因是，在高于850℃的温度区，作为构成毒性化合物的有毒物质之一的砷的分解反应产物易于转变为水溶性的砷化合物，这些砷化合物在后处理法中难以固定。在该实施方案中，弹药筒罩2也一起被引入旋转窑21，以便也可以分解附着在弹药筒罩2上的毒性化合物。
从旋转窑21排出的气体被引入补燃器22并在1500℃燃烧，而弹药筒罩2储存在弹药筒罩储存空间23(参照表1(3))。这样，储存在弹药筒罩储存空间23中的弹药筒罩2完全不含毒性化合物。在补燃器22中，燃烧温度设定在1500℃，以便使旋转窑21中没有燃烧的未燃烧成分和可能在旋转窑21中生成的二恶英可被完全燃烧。表1(4)示出了向旋转窑21的空气供应量，表1(5)示出了旋转窑21和补燃器22中使用的煤油量。在该实施方案中，毒性化合物中含有的大量碳因燃烧可以提供高热值，从而不使用煤油。但是，煤油可以在预热、起动等时使用。
然后将从补燃器22排出的气体(参照表1(6))引入清洗单元30，即气体清洗塔31。从表1(6)明显可以看出，引入气体清洗塔31的气体含有大量酸性有毒气体，如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷。
在气体清洗塔31内设置pH传感器(未示出)和液位传感器(未示出)，以便通过响应测得的pH值和液位而供应氢氧化钠水溶液或水，可以保持预定的pH值(碱性)。表2(10)示出了向气体清洗塔31供应的氢氧化钠水溶液量，表2(14)示出了向气体清洗塔31供应的空气量。引入气体清洗塔31的气体通过已调至预定pH值的氢氧化钠水溶液雾，从而前述的酸性物质如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷被氢氧化钠水溶液中和，并进入水溶液中。然后，使用除雾器35除雾后的气体被排出。
然后，从气体清洗塔31排出的气体被引入废气处理单元40。在废气处理单元40中，通过湿式集尘器41除去粉尘，并通过除氮器43除去氮氧化物。表2(16)示出了为除去氮氧化物而向除氮器43供应的氨量。然后，通过了二恶英去除装置45和微量物质去除装置47的废气(参照表1(7))经烟囱49排放。从表1(7)明显可以看出，排放的废气完全不含有毒物质。
在该实施方案中，含有氧化钛的催化剂(其中含有氧化钒)用作除氮器43的催化剂。这种催化剂的缺点是其催化作用因存在的砷而劣化。但是，由于在气体清洗塔31已除去了砷成分，因此不会产生这样的问题。
另一方面，作为向气体清洗塔31供应的氢氧化钠水溶液，一部分氢氧化钠水溶液作为废水排出并储存在储槽51中，并将这些废水借助于泵52以预定的进料速度供应到圆筒干燥器53中。表2(8)示出了通过泵52传送的废水的组成。从表2(8)明显可以看出，砷化合物(例如，砷酸钠和亚砷酸钠)溶解在废水中，气体中所含的氯气成分以氯化钠的形式溶解在其中。
在圆筒干燥器53中，溶于废水中的物质通过供应的水蒸汽被固化(参照表2(13))。表2(17)示出了这样得到的固体物的组成。该固体物在回收箱54中回收。由于该固体物含有水溶性物质，因此之后将其传送到水溶性物质处理步骤。这样，水溶性物质转变为几乎不溶于水的物质，并密封储存在圆筒等中。由于砷本身是重要的工业原料，因此可以纯化所得的固体物以回收金属砷。
在圆筒干燥器53中，所得的冷凝液从底部排出，蒸发的气体成分从顶部排出。然后将蒸发的气体成分引入洗涤器55中以从中除去湿气，然后通过过滤器56，并经烟囱49排放(参照表2(18))。洗涤器55中得到的水再循环至清洗单元30的供水槽33。
在该实施方案中，化学武器1中所含的毒性化合物通过燃烧被分解，用氢氧化钠水溶液中和这样生成的酸性有毒气体，并加热含有该氢氧化钠水溶液的废液，以便可以以固体物形式分离有毒物质。
在该实施方案中，通过冷冻破碎化学武器1从化学武器1提取炸药和毒性化合物。但是，当然本发明不限于此，并且可以切断化学武器1以提取其中所含的炸药和毒性化合物。第二实施方案
图2是根据第二实施方案的化学武器处理系统的流程图。该化学武器处理系统基本上具有与结合第一实施方案说明的相同的结构，不同之处在于废水处理单元50的结构不同。在该实施方案中，与第一实施方案类似的要素由相同的数字标示，不对其进行详细说明。
在该实施方案中，废水处理单元50具有储槽51，用于储存从清洗单元30的气体清洗塔31排出的废水和从前述的湿式集尘器41排出的废水；泵52，用于从储槽51提取废水；反应槽组60，用于对提取的废水进行化学处理；脱水器61，用于对固体物与从反应槽组60排出的废水的混合物脱水；和焙烧炉62，用于焙烧脱水的固体物。另外，在该实施方案中，从反应槽组60排出的废水被引入圆筒干燥器53。反应槽组60具有第一反应槽57，在该反应槽中引入来自储槽51的废水和氢氧化钙；第二反应槽58，在该反应槽中引入来自第一反应槽57的废水和氯化铁；和第三反应槽59，在该反应槽中引入来自第二反应槽58的废水和聚合物絮凝剂。
以下，参照具体的例子说明使用该化学武器处理系统的处理方法。
表3和表4列出了当在图2所示的化学武器系统中处理与第一实施方案相同的化学武器1时的物料平衡。表3和表4中的数字(1)-(19)与图2所示的相同数字对应。表3和表4给出的值显示了每单位时间生成或消耗的物质量(kg/h)。
                                                         表3
    物质名称     化学式     m.w.     单位     (1)     (2)     (3)     (4)     (5)     (6)     (7)     (8)     (9)
    芥子气     (CH2·Cl·CH2)2S     159.1 kg/h     25.75      -
    路易斯毒气     Cl·CH＝CH·As·l2     207.3     25.75      -
    二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN     254.9     25.75
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl     264.4     25.75
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7     229.1     14.4      -
    弹药筒罩     铸铁(3.35C-1.87Si)     521.2      -     521.2
                 (总计)     638.6     638.6     521.2
    碳     C(g)     12.0 kg/h     45.061     0.000     0.000
    甲烷     CH4     16.0     2.590     0.000     0.000
    砷     As     74.9     24.173     0.000     0.000
    氯化氢     HCl     36.5     20.857     22.877     0.000
    氯气     Cl2     70.9     7.857     0.000     0.000
    硫化氢     H2S     34.1     5.516     0.000     0.000
    二氧化氮     NO2     92.0     26.647     0.000     0.000
    氢气     H2     2.0     2.173     0.000     0.000
    蒸汽/水     H2O     18.0     1.131     26.300     44.847     132.121
    二氧化碳     CO2     44.0     172.344     95.436
    二氧化硫     SO2     64.1     10.369     0.000
    氧气     O2     32.0     163.416     9.266     9.266
    氮气     N2     28.0     537.910     541.964     559.014
    空气     Air     29.0
    三氧化二砷     As2O3     197.8     31.910     0.000
    亚砷酸钙     Ca(AsO2)2     253.9     0.000
    砷酸钙     Ca3(AsO4)2     398.0    61.003
    砷酸钠     Na3(AsO4)2     346.7
    亚砷酸钠     Na(AsO2)2     236.8     38.125
    氢氧化钙     Ca(OH)2     74.1
    氯化钙     CaCl2     111.0     0.174
    氢氧化钠     NaOH     40.0     0.324
    氯化钠     NaCl     58.4     36.678
    石膏     CaSO4·2H2O     172.0     0.000     0.000
    硫酸钠     Na2SO4     142.0     22.992
    氯化铁     FeCl3     162.2   610.026
    氢氧化铁     Fe(OH)2     89.9     1.690
    氨     NH3     17.0
    铸铁     521.200     521.2     0.000     0.000
                  (总计)     638.6     657.204     521.2     701.326     783.121     708.563     230.239   672.893
    聚合物絮凝剂     g/h
    煤油燃料     kg/h     0.00
                                                     表4
    物质名称     化学式     m.w.     单位     (10)     (11)     (12)     (13)     (14)     (15)     (16)     (17)     (18)     (19)
    芥子气     (CH2·Cl·CH2)2S     159.1 kg/h
    路易斯毒气     Cl·CH＝CH·As·Cl2     207.3
  二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN     254.9
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl     264.4
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7     229.1
    弹药筒罩     铸铁3.35C-1.87Si)
                 (总计)
    碳     C(g)     12.0 kg/h
    甲烷     CH4     16.0
    砷     As     74.9
    氯化氢     HCl     36.5
    氯气     Cl2     70.9
    硫化氢     H2S     34.1
    二氧化氮     NO2     92.0
    氢气     H2     2.0
    蒸汽/水     H2O     18.0     15.9   144.884     0.409   131.713
    二氧化碳     CO2     44.0
    二氧化硫     SO2     64.1
    氧气     O2     32.0     5.180
    氮气     N2     28.0     17.050
    空气     Air     29.0     21.286
    三氧化二砷     As2O3     197.8
    亚砷酸钙     Ca(AsO2)2     253.9
    砷酸钙     Ca3(AsO4)2     398.0
    砷酸钠     Na3(AsO4)2     346.7     1.678     1.678
    亚砷酸钠     Na(AsO2)2     236.8     0.764     0.764
    氢氧化钙     Ca(OH)2     74.1  75.633033
    氯化钙     CaCl2     111.0     34.655
    氢氧化钠     NaOH     40.0     6.8
    氯化钠     NaCl     58.4   109.937
    石膏     CaSO4·2H2O     172.0
    硫酸钠     Na2SO4     142.0     22.992    22.992
    氯化铁     FeCl3     162.2   610.026
    氢氧化铁     Fe(OH)2     89.9     336.249
    氨     NH3     17.0     4.923
    铸铁
                 (总计)  22.661554  75.633033   610.026     144.9     22.230     4.923     396.338     21.695   135.370
    聚合物絮凝剂     g/h     0.038
    煤油燃料     kg/h
首先，将化学武器1(参照表3(1))引入冷冻破碎单元10，在这里将其冷冻和破碎。破碎的结果是化学武器1变为弹药筒罩2、毒性化合物(即，芥子气、路易斯毒气、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸药(即，苦味酸)以混合物形式存在(参照表3(2))。应该理解冷冻破碎可以防止化学武器1中所含的炸药爆炸。在表3(2)中，燃烧前的成分列在左侧，燃烧后的成分列在右侧。
然后，破碎的化学武器1在燃烧单元20燃烧。首先，将它们引入旋转窑21并在850℃燃烧，以分解炸药和毒性化合物。
从旋转窑21排出的气体被引入补燃器22并在1500℃燃烧，而弹药筒罩2储存在弹药筒罩储存空间23(参照表3(3))中。这样，储存在弹药筒罩储存空间23中的弹药筒罩2完全不含毒性化合物。表3(4)示出了向旋转窑21的空气供应量，表3(5)示出了旋转窑21和补燃器22中使用的煤油量。在该实施方案中，与第一实施方案一样不使用煤油。
然后将从补燃器22排出的气体(参照表3(6))引入清洗单元30，即气体清洗塔31。从表明显可以看出，引入气体清洗塔31的气体含有大量酸性有毒气体，如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷。
在气体清洗塔31内设置pH传感器(未示出)和液位传感器(未示出)，以便通过响应测得的pH值和液位而供应氢氧化钠水溶液或水，可以保持预定的pH值。表4(10)示出了向气体清洗塔31供应的氢氧化钠水溶液量，表4(14)示出了向气体清洗塔31供应的空气量。引入气体清洗塔31的气体通过已调至预定pH值的氢氧化钠水溶液雾，从而前述的酸性物质如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷被氢氧化钠水溶液中和，并进入水溶液中。然后，使用除雾器35除雾后的气体被排出。
然后，从气体清洗塔31排出的气体被引入废气处理单元40。在废气处理单元40中，通过湿式集尘器41除去粉尘，并通过除氮器43除去氮氧化物。表4(16)示出了为除去氮氧化物而向除氮器43供应的氨量。然后，通过了二恶英去除装置45和微量物质去除装置47的废气(参照表3(7))经烟囱49排放。从表3(7)明显可以看出，排放的废气完全不含有毒物质。
另一方面，作为向气体清洗塔31供应的氢氧化钠水溶液，一部分氢氧化钠水溶液作为废水排出并储存在储槽51中，并将这些废水借助于泵52以预定的进料速度供应到第一反应槽57。表3(8)示出了通过泵52传送的废水的组成。从表3(8)明显可以看出，砷化合物(即，砷酸钠和亚砷酸钠)溶解在废水中，气体中所含的氯气成分以氯化钠的形式溶解在其中。
在第一反应槽57中，引入氢氧化钙(参照表4(11))使溶液中可溶的砷和硫酸根离子(SO4 2-)形成含有砷酸钙(Ca3(AsO4)2)和硫酸钙(CaSO4)的沉淀，从第一反应槽57的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。另外，在第二反应槽58中，通过引入氯化铁生成氢氧化铁(Fe(OH)2)(参照表4(12))。氢氧化铁附着在废水中悬浮的微粒子表面，使微粒子凝聚成大团(heavy mass)并形成沉淀。从第二反应槽58的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。另外，在第三反应槽59中，引入的源自树脂的聚合物絮凝剂(参照表4(15))附着在第二反应槽58中没有沉淀的微粒子表面，从而使这些微粒子凝聚成大团并形成沉淀。从第三反应槽59的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。
另外，固体物与从反应槽组60排出的废水的混合物在脱水器61中被脱水，然后在焙烧炉62中在1100℃进行焙烧，以彻底除去水分。所得的干燥材料转变为几乎不可溶的材料，用水泥固化并控制作为废料储存。表3(9)示出了最终得到的几乎不溶的材料的组成。
另一方面，从第三反应槽59排出的废水(参照表4(19))以预定的供料速度供应到圆筒干燥器53中。从表4(19)明显可以看出，在废水中溶有少量的砷化合物(例如，砷酸钠和亚砷酸钠)。
在圆筒干燥器53中，溶于废水中的物质通过供应的水蒸汽被固化(参照表4(13))。表4(17)示出了这样得到的固体物的组成。该固体物在回收箱54中回收。由于该固体物含有水溶性物质，因此之后将其传送到水溶性物质处理步骤。这样，水溶性物质转变为几乎不溶于水的物质，并密封储存在圆筒等中。由于砷本身是重要的工业原料，因此可以纯化所得的固体物以回收金属砷。
在圆筒干燥器53中，所得的冷凝液从底部排出，蒸发的气体成分从顶部排出。然后将蒸发的气体成分引入洗涤器55中以从中除去湿气，然后通过过滤器56，并经烟囱49排放(参照表4(18))。洗涤器55中得到的水再循环至清洗单元30的供水槽33。
在该实施方案中，对含有氢氧化钠水溶液(其中含有溶解的砷酸和亚砷酸)的废液进行化学处理，以便大部分砷酸和亚砷酸可以转变为更稳定的钙化合物(几乎不溶于水)。这样，分离的有毒物质可以稳定状态储存。第三实施方案
图3是根据第三实施方案的化学武器处理系统的流程图。该化学武器处理系统基本上具有与结合第二实施方案说明的相同的结构，不同之处在于使用石灰石(碳酸钙：CaCO3)代替氢氧化钠作为引入气体清洗塔31的化学试剂。在该实施方案中，与第一实施方案类似的要素由相同的数字标示，不对其详细说明。
该实施方案与第二实施方案的不同之处还在于将圆筒干燥器53中得到的固体物引入焙烧炉62。
以下参照具体例子说明使用该化学武器处理系统的处理方法。
表5和表6列出了在图3所示的化学武器处理系统中处理与第一和第二实施方案相同的化学武器1时的物料平衡。表5和表6的数字(1)-(19)与图3的相同数字对应。表5和表6给出的值示出了每单位时间生成或消耗的物质量(kg/h)。
                                                表5
    物质名称     化学式   m.w.   单位     (1)     (2)     (3)     (4)     (5)     (6)     (7)     (8)     (9)
    芥子气     (CH2·Cl·CH2)2S   159.1 kg/h     25.75     -
    路易斯毒气     Cl·CH＝CH·As·Cl2   207.3     25.75     -
    二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN   254.9     25.75
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl   264.4     25.75
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7   229.1     14.4     -
    弹药筒罩     铸铁(3.35C-1.87Si)     521.2     -     521.2
                     (总计)     638.6     638.6     521.2
    碳     C(g)   12.0 kg/h     45.061     0.000     0.000
    甲烷     CH4   16.0     2.590     0.000     0.000
    砷     As   74.9     24.173     0.000     0.000
    氯化氢     HCl   36.5     20.857     22.877     0.000
    氯气     Cl2   70.9     7.857     0.000     0.000
    硫化氢     H2S   34.1     5.516     0.000     0.000
    二氧化氮     NO2   92.0     26.647     0.000     0.000
    氢气     H2   2.0     2.173     0.000     0.000
    蒸汽/水     H2O   18.0     1.131     26.300     44.847    389.875
    二氧化碳     CO2   44.0     172.344     95.436
    二氧化硫     SO2   64.1     10.369     0.000
    氧气     O2   32.0   163.416     9.266     9.266
    氮气     N2   28.0   537.910     541.964     559.014
    空气     Air   29.0
    三氧化二砷     As2O3   197.8     31.910     0.000
    亚砷酸钙     Ca(AsO2)2   253.9     40.960
    砷酸钙     Ca3(AsO4)2   398.0     64.213
    氢氧化钙     Ca(OH)2   74.1     35.802
    氯化钙     CaCl2   111.0     34.829     34.829
    碳酸钙     CaCO3   100.1     0.000     48.527
    石膏     CaSO4·2H2O   172.0     27.841     22.030
    氯化铁     FeCl3   162.2     642.133
    氢氧化铁     Fe(OH)2   89.9     355.725
    氨     NH3   17.0
    铸铁    521.200     521.2     0.000     0.000
                      (总计)     638.6    657.204     521.2   701.326     783.121     708.563    529.308     1167.458
    聚合物絮凝剂    g/h
    煤油燃料   kg/h   0.00
                                                      表6
    物质名称     化学式     m.w.   单位   (10)   (11)   (12)   (13)   (14)   (15)   (16)   (18)   (19)
    芥子气     (CH2·Cl·CH2)2S     159.1 kg/h
    路易斯毒气     Cl·CH＝CH·As·Cl2     207.3
    二苯基氰基胂DC     (C6H5)2AsCN     254.9
    二苯基氯胂DA     (C6H5)2AsCl     264.4
    炸药(苦味酸)     C6H3N3O7     229.1
弹药筒罩     铸铁(3.35C-1.87Si)
                  (总计)
    碳     C(g)     12.0 kg/h
    甲烷     CH4     16.0
    砷     As     74.9
    氯化氢     HCl     36.5
    氯气     Cl2     70.9
    硫化氢     H2S     34.1
    二氧化氮     NO2     92.0
    氢气     H2     2.0
    蒸汽/水     H2O     18.0     1.326   389.875   389.875
    二氧化碳     CO2     44.0
    二氧化硫     SO2     64.1
    氧气     O2     32.0     5.180
    氮气     N2     28.0     17.050
    空气     Air     29.0    62.813
    三氧化二砷     As2O3     197.8
    亚砷酸钙     Ca(AsO2)2     253.9
    砷酸钙     Ca3(AsO4)2     398.0
    氢氧化钙     Ca(OH)2     74.1  0.1195248
    氯化钙     CaCl2     111.0
    碳酸钙     CaCO3     100.1     64.6
    石膏     CaSO4·2H2O     172.0
    氯化铁     FeCl3     162.2   642.133
    氢氧化铁     Fe(OH)2     89.9
    氨     NH3     17.0     4.923
    铸铁
                   (总计) 64.567277 0.1195248   642.133     1.3     22.230     4.923   452.688     0.000
    聚合物絮凝剂     g/h     0.041
    煤油燃料     kg/h
首先，将化学武器1(参照表5(1))引入冷冻破碎单元10，在这里将其冷冻和破碎。破碎的结果是化学武器1变为弹药筒罩2、毒性化合物(即，芥子气、路易斯毒气、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸药(即，苦味酸)以混合物形式存在(参照表5(2))。应该理解冷冻破碎可以防止化学武器1中所含的炸药爆炸。在表5(2)中，燃烧前的成分列在左侧，燃烧后的成分列在右侧。
然后，破碎的化学武器1在燃烧单元20燃烧。首先，将它们引入旋转窑21并在850℃燃烧，以分解炸药和毒性化合物。
从旋转窑21排出的气体被引入补燃器22并在1500℃燃烧，而弹药筒罩2储存在弹药筒罩储存空间23(参照表5(3))。这样，储存在弹药筒罩储存空间23中的弹药筒罩2完全不含毒性化合物。表5(4)示出了向旋转窑21的空气供应量，表5(5)示出了旋转窑21和补燃器22中使用的煤油量。在该实施方案中，与第一实施方案一样不使用煤油。
然后将从补燃器22排出的气体(参照表5(6))引入清洗单元30，即气体清洗塔31。从表明显可以看出，引入气体清洗塔31的气体含有大量有毒气体，如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷。
在气体清洗塔31内设置pH传感器(未示出)和液位传感器(未示出)，以便通过响应测得的pH值和液位而供应石灰或水，可以保持预定的pH值(碱性)。表6(10)示出了向气体清洗塔31供应的石灰石量，表6(14)示出了向气体清洗塔31供应的空气量。引入气体清洗塔31的气体通过已调至预定pH值的石灰水(即，碳酸钙水溶液)雾，从而前述的酸性物质如氯化氢、二氧化硫和三氧化二砷被石灰水中和，并进入水溶液中。然后，使用除雾器35除雾后的气体被排出。
然后，从气体清洗塔31排出的气体被引入废气处理单元40。在废气处理单元40中，通过湿式集尘器41除去粉尘，并通过除氮器43除去氮氧化物。表6(16)示出了为除去氮氧化物而向除氮器43供应的氨量。然后，通过了二恶英去除装置45和微量物质去除装置47的废气(参照表5(7))经烟囱49排放。从表5(7)可以看出，排放的废气完全不含有毒物质。
另一方面，作为向气体清洗塔31供应的石灰水，一部分石灰水作为废水排出并储存在储槽51中，并将这些废水借助于泵52以预定的进料速度供应到第一反应槽57。表5(8)示出了通过泵52传送的废水的组成。从表5(8)明显可以看出，砷化合物(例如，砷酸钠和亚砷酸钠)溶解在废水中，气体中所含的氯气成分以氯化钙的形式溶解在其中。
在第一反应槽57中，引入氢氧化钙(参照表6(11))使溶液中的砷酸根离子(AsO2 -)和硫酸根离子(SO4 2-)形成含有砷酸钙(Ca3(AsO4)2)和硫酸钙(CaSO4)的沉淀，从第一反应槽57的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。另外，在第二反应槽58中，通过引入氯化铁生成氢氧化铁(Fe(OH)2)(参照表6(12))。氢氧化铁附着在废水中悬浮的微粒子表面，使微粒子凝聚成大团并形成沉淀。从第二反应槽58的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。另外，在第三反应槽59中，引入的源自树脂的聚合物絮凝剂(参照表6(15))附着在第二反应槽58中没有沉淀的微粒子表面，从而使这些微粒子凝聚成大团并形成沉淀。从第三反应槽59的底部取出这些沉淀并传送到脱水器61。
另外，固体物与从反应槽组60排出的废水的混合物在脱水器61中被脱水，然后在焙烧炉62中在1100℃进行焙烧，以彻底除去水分。由于所得的干燥材料转变为几乎不可溶的材料，因此用水泥固化并控制作为废料储存。表5(9)示出了最终得到的几乎不溶的材料的组成。
另一方面，从第三反应槽59排出的废水(参照表6(19))以预定的供料速度供应到圆筒干燥器53。在圆筒干燥器53中，溶于废水中的物质通过供应的水蒸汽被固化(参照表6(13))。从表6(17)明显可以看出，废水中不含有毒物质。但是，作为预防措施，将圆筒干燥器53中得到的固体物引入焙烧炉62，并与脱水器61中得到的混合物一起焙烧。
在圆筒干燥器53中，所得的冷凝液从底部排出，蒸发的气体成分从顶部排出。然后将蒸发的气体成分引入洗涤器55中以从中除去湿气，然后通过过滤器56，并经烟囱49排放(参照表6(18))。洗涤器55中得到的水再循环至清洗单元30的供水槽33。
在该实施方案中，使用石灰水代替氢氧化钠水溶液，从而将砷酸和亚砷酸首先转变为稳定的钙化合物(几乎不溶于水)。

Claims (14)

1.一种毒性化合物处理系统，具有：
燃烧单元，用于燃烧毒性化合物；
清洗单元，用于通过碱性溶液清洗从所述的燃烧单元排出的有毒气体；
废气净化单元，用于净化从所述的清洗单元排出的废气；和
分离单元，用于从由所述的清洗单元排出的废液中分离有毒物质。
2.如权利要求1所述的毒性化合物处理系统，其中毒性化合物通过破碎或切断外罩中含有毒性化合物和炸药的化学武器而获得。
3.如权利要求2所述的毒性化合物处理系统，其中外罩和炸药与毒性化合物一起被引入所述的燃烧单元。
4.如权利要求1所述的毒性化合物处理系统，其中所述的废气净化单元具有：
氮氧化物去除单元，用于从由所述的清洗单元排出的废气中除去氮氧化物；和
二恶英去除单元，用于从由所述的氮氧化物去除单元排出的废气中除去二恶英。
5.如权利要求1所述的毒性化合物处理系统，其中所述的分离单元具有：
加热单元，用于加热从所述的清洗单元排出的废液；和
固体物回收单元，用于回收通过加热固化的固体物。
6.如权利要求1所述的毒性化合物处理系统，其中所述的分离单元具有：
沉淀单元，用于沉淀从所述的清洗单元排出的废液中存在的有毒物质；和
沉淀物回收单元，用于从所述的沉淀单元回收沉淀物。
7.如权利要求6所述的毒性化合物处理系统，其进一步具有焙烧单元，用于焙烧回收的沉淀物。
8.一种毒性化合物处理方法，包括：
燃烧步骤，用于燃烧毒性化合物；
清洗步骤，用于通过碱性溶液清洗燃烧产生的气体成分；
废气处理步骤，用于净化清洗的气体成分；和
溶液处理步骤，用于从在所述的清洗步骤中使用后的碱性溶液中分离有毒物质。
9.如权利要求8所述的毒性化合物处理方法，其中在所述的燃烧步骤之前，其进一步包括毒性化合物提取步骤，用于从化学武器中提取毒性化合物。
10.如权利要求8所述的毒性化合物处理方法，其中所述的废气处理步骤包括：
氮氧化物去除步骤，用于借助于催化剂从清洗的气体成分中除去氮氧化物，所述的催化剂含有氧化钛，其中含有氧化钒、氧化钨和氧化钼的至少一种。
11.如权利要求8所述的毒性化合物处理方法，其中所述的溶液处理步骤包括：
加热步骤，用于加热在所述的清洗步骤中使用后的碱性溶液；和
固体物回收步骤，用于回收含有通过加热固化的有毒物质的固体物。
12.如权利要求8所述的毒性化合物处理方法，其中所述的溶液处理步骤包括：
沉淀分离步骤，用于沉淀在所述的清洗步骤中使用后的碱性溶液中存在的有毒物质；和
沉淀物回收步骤，用于回收所得的沉淀物。
13.如权利要求12所述的毒性化合物处理方法，其进一步包括焙烧步骤，用于焙烧回收的沉淀物。
14.如权利要求8所述的毒性化合物处理方法，其中所述的毒性化合物选自二氯二乙硫醚((CH2ClCH2)2S)、二氯-2-氯乙烯基胂(ClCH＝CHAsCl2)、二(2-氯乙烯基)氯胂((ClCH＝CH)2AsCl)、二苯基氰基胂((C6H5)2AsCN)和二苯基氯胂((C6H5)2AsCl)。
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