EP0858816A1 - Process for treating explosives - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for the safe chemical degradation of Explosives on a technical scale to water-soluble reaction products, either are thermally, biochemically or combined biochemically and thermally disposable.
- explosive substances can be detonated Fuels and explosives from the class of nitric acid esters, e.g. Nitrocellulose, Nitramines, e.g. Hexogen, nitro compounds, e.g. Trinitrotoluene, and batch understood of these explosives, which are carried out entirely by the remaining parts of the ammunition to be disposed of have been separated.
- nitric acid esters e.g. Nitrocellulose, Nitramines, e.g. Hexogen, nitro compounds, e.g. Trinitrotoluene
- the described processes for the chemical degradation of explosives, in particular of nitrocellulose, are either intended for small quantities or have the character of Principle tests for basic clarifications, in which the reaction time does not matter plays. They are unsuitable for industrial use for the following reasons:
- the explosives are usually as coarse crystals or in the case of polymeric compounds Granules before, the described degradation reactions with bases and / or reducing agents run strongly exothermic.
- the explosives are added to the aqueous solution of the reactive substances is at the specified low temperatures in the range of 70 ° C Mass sales small because of the small particle surface. That is why initially only occurs weak temperature rise.
- the object of the invention is therefore a safe, fast and therefore specify economic process for the removal of explosives, which is for industrial Suitable for use with thermal and / or biological disposal the degradation products can be coupled.
- This object is achieved with the method for breaking down explosives into water-soluble, biochemically or thermally disposable products with the characterizing features of claim 1 .
- the reaction medium is preferably aqueous and has a pH of about 14 during the entire degradation reaction.
- the components bases, reducing agent, water and solvent preferably form a reactive dispersion in the stirred state, in which the solvent content is advantageously kept constant until the end of the decomposition reactions.
- the reaction and temperature control is made possible by the continuously or discontinuously metered amount of explosive in such a way that the reaction enthalpy of the explosive corresponds to the enthalpy of evaporation of the boiling solvent, or its azeotrope, which is returned to the process by means of reflux cooling.
- Intensive mixing, preferably by stirring, is advantageous.
- Constant temperature control is particularly advantageous for the degradation reaction, since the reaction is highly exothermic.
- the cooling effect of the boiling solvent is, at least temporarily, advantageously supported by external cooling of the reaction medium.
- solvent is understood to mean organic compounds which are polar, aliphatic and non-saponifiable and which preferably boil significantly lower than the aqueous portion of the reactive medium, in contrast to the teaching of DE 40 36 787 A1 having no solvent effect on the explosives is required.
- Preferred solvent are methanol, ethanol, propanol and isopropanol, as well as ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and diethyl ketone.
- the aqueous bases of NaOH and KOH are preferably used as strong bases, the effective concentration of which has to be determined according to economic considerations.
- Sodium hydroxide solution of at least 20% by weight and potassium hydroxide solution of at least 27% by weight are particularly preferred.
- the upper concentration limit is determined by the viscosity of the aqueous solutions and the solubility parameters of the added solvents and is around 40% by weight.
- nitrocellulose an empirical value of 0.75 kg NaOH per kg nitrocellulose has proven to be advantageous for the complete breakdown.
- the concentration of the inorganic reducing agents which are optionally used, which are preferably NaHS and Na 2 S, is between 5 and 30% by weight, depending on the base concentration.
- the neutralization of the strongly alkaline reaction medium which is preferred in the stirred state is present as a dispersion consisting of water, degradation products, excess bases and reducing agents and solvents, these components being dissolved Form in different proportions on the dispersion phases is advantageous matched to the disposal of the fully dismantled explosives.
- solutions, that are to be biodegraded in wastewater treatment plants is usually not Neutralization required.
- nitric acid and sulfuric acid are preferred.
- other inorganic or organic acids can also be used.
- an at least partial isolation of the Neutralization goods advantageous.
- Particularly advantageous is the at least partial distillation of the solvent, which can be reused in this way, while it even interferes, for example, when used as a fertilizer or in thermal disposal by burning.
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Abbau von Explosivstoffen zu wasserlöslichen Produkten angeboten, die auf thermischem und / oder biochemischem Weg vollstentsorgbar sind, welches durch Zusatz von polaren, aliphatischen, nicht verseifbaren Verbindungen zu einem stark basischen, bevorzugt wässrigen Reaktionsmedium und unter kontrollierter Temperaturführung durch dosierte Zugabe der Explosivstoffe nur sehr kurze Reaktionszeiten benötigt.A process for the decomposition of explosives into water-soluble products is offered, which can be completely disposed of thermally and / or biochemically, which by adding polar, aliphatic, non-saponifiable compounds to a strongly basic, preferably aqueous reaction medium and under controlled temperature control by metered addition explosives only need very short reaction times.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum gefahrlosen chemischen Abbau von Explosivstoffen im technischen Massstab zu wasserlöslichen Reaktionsprodukten, die entweder thermisch, biochemisch oder kombiniert biochemisch und thermisch entsorgbar sind.The present invention relates to a method for the safe chemical degradation of Explosives on a technical scale to water-soluble reaction products, either are thermally, biochemically or combined biochemically and thermally disposable.
Unter dem Oberbegriff Explosivstoffe werden in diesem Zusammenhang detonationsfähige Treibstoffe und Sprengstoffe aus der Klasse der Salpetersäureester, wie z.B. Nitrocellulose, Nitramine, wie z.B. Hexogen, Nitroverbindungen, wie z.B. Trinitrotoluol, sowie Gemenge dieser Explosivstoffe verstanden, die mit Delaborierungsoperationen vollständig von den übrigen Teilen der zu entsorgenden Munition getrennt worden sind.In this context, explosive substances can be detonated Fuels and explosives from the class of nitric acid esters, e.g. Nitrocellulose, Nitramines, e.g. Hexogen, nitro compounds, e.g. Trinitrotoluene, and batch understood of these explosives, which are carried out entirely by the remaining parts of the ammunition to be disposed of have been separated.
Die Notwendigkeit, Explosivstoffe zu entsorgen, besteht immer dann, wenn keine Lagerkapazität für veraltete Munition mehr vorhanden ist, oder wenn die chemische Stabilität von weniger beständigen Explosivstoffen, wie z.B. Nitrocellulose, in überalterter Munition ein Sicherheitsrisiko darstellt. There is always a need to dispose of explosives when there is no storage capacity there is more for outdated ammunition, or if the chemical stability of less resistant explosives, e.g. Nitrocellulose, in aged ammunition Represents security risk.
Bekannte und früher häufig benutzte Verfahren zu Entsorgung von Explosivstoffen sind der Offenabbrand und das Sprengen. Aus sicherheitstechnischen und/oder ökologischen Gründen sind diese Verfahren nicht mehr erlaubt oder nur noch, im Falle zwingender Gründe, mit zeitlich begrenzten Ausnahmebewilligungen durchführbar.Known and frequently used methods for the disposal of explosives are the Burning open and blowing up. For safety and / or ecological reasons these procedures are no longer allowed or only, in the case of compelling reasons, with Temporary exceptional permits can be carried out.
Beim Offenabbrand werden die Explosivstoffe in loser, niedriger Aufschüttung, manchmal auch in Abmischungen mit phlegmatisierenden flüssigen oder festen Brennstoffen, wie z.B. Ölen, Lösemitteln oder Sägemehl, auf dafür eingerichteten Brandplätzen offen abgebrannt. Dabei können giftige organische Rückstände in das Grundwasser gelangen. Überdies haben die gasförmigen Reaktionsprodukte eine nach heutiger Auffassung untolerierbar hohe NOx-Konzentration. Beim Einsatz zu grosser Explosivstoffmengen in zu hoher Aufschüttung besteht Detonationsgefahr. Ausserdem können bei der Benutzung eines Brandplatzes in zu kurzen zeitlichen Abständen die in den festen Rückständen verborgenen Glutherde beim Nachschütten von neuem Material zum vorzeitigen Zünden führen. Schwere Unfälle als Folge solcher Vorkommnisse sind bekannt.When burning openly, the explosives are burned openly in loose, low fillings, sometimes also in mixtures with desensitizing liquid or solid fuels, such as oils, solvents or sawdust, on fireplaces set up for this purpose. Toxic organic residues can get into the groundwater. In addition, the gaseous reaction products have an intolerably high NO x concentration in today's opinion. There is a risk of detonation if too large amounts of explosive are used in an overfill. In addition, when using a fire place at short intervals, the embers hidden in the solid residues can lead to premature ignition when refilling new material. Serious accidents resulting from such occurrences are known.
Beim Sprengen führt die unter hohem Druck und Temperatur ablaufende Detonation zu gasförmigen Reaktionsprodukten mit tolerierbar kleinen Anteilen giftiger Reaktionsprodukte wie Kohlenmonoxid und NOx. Nachteilig indessen ist der grosse Aufwand zur weiträumigen Absperrung des Sprenggeländes, die Lärmbelästigung und die Unfallgefahr.When detonating, the detonation, which takes place under high pressure and temperature, leads to gaseous reaction products with tolerably small proportions of toxic reaction products such as carbon monoxide and NO x. However, a disadvantage is the great effort to cordon off the blasting site, the noise pollution and the risk of accidents.
Das zur Zeit in westlichen Ländern meistbenutzte Entsorgungsverfahren für Explosivstoffe ist der geschlossene Abbrand. Unter diesem Begriff wird das Verbrennen von Explosivstoffen in eigens dafür entwickelten Öfen, die mit einer Entstickungseinrichtung zur Entfernung von NOx ausgerüstet sind, verstanden. Die Anlagen erfüllen die gegenwärtigen ökologischen Forderungen. Falls wirtschaftlich gearbeitet werden soll, sind die hohen Investitionskosten und die nicht vollständig zu beseitigende Detonationsgefahr als nachteilig zu beurteilen.The most frequently used explosive disposal method in Western countries at the moment is closed combustion. This term is understood to mean the burning of explosives in stoves specially developed for this purpose, which are equipped with a denitrification device for removing NO x . The plants meet the current ecological requirements. If work is to be carried out economically, the high investment costs and the risk of detonation, which cannot be completely eliminated, are to be assessed as disadvantageous.
Weitere nach ihrem Prinzip bekannte und teilweise auch vorgeschlagene aber bislang nicht
im technischen Massstab angewandte Entsorgungsverfahren für Explosivstoffe sind mehrstufig.
In der ersten Stufe werden die Explosivstoffe vorerst chemisch zu ungiftigen, wasserlöslichen
Produkten abgebaut
Die weiteren Entsorgungsstufen umfassen die Möglichkeiten des biochemischen Abbaues
dieser Produkte oder deren gefahrlose Verbrennung in einer Müllverbrennungsanlage. Der
biochemische Abbau kann direkt durch die Verwendung der neutralisierten, wässerigen Lösung
als Flüssigdünger oder indirekt über die Bildung von Klärschlamm, der ebenfalls als
Dünger verwendbar aber auch verbrennbar ist, erfolgen. Zur Umwandlung in Klärschlamm
kann die wässerige Lösung einer Kläranlage mit hinreichender Kapazität zugeführt werden.
Vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt her ist aber der Direkteinsatz als Flüssigdünger sinnvoll,
weil ein mit einfachsten Mitteln herstellbares Wertprodukt vorliegt.Further disposal methods for explosives, which are known according to their principle and in some cases also proposed but have not yet been used on an industrial scale, are multi-stage. In the first stage, the explosives are first chemically broken down into non-toxic, water-soluble products
The other disposal stages include the options for the biochemical degradation of these products or their safe combustion in a waste incineration plant. The biochemical degradation can take place directly through the use of the neutralized, aqueous solution as liquid fertilizer or indirectly through the formation of sewage sludge, which can also be used as a fertilizer but is also combustible. To convert it into sewage sludge, the aqueous solution can be fed to a sewage treatment plant with sufficient capacity. From an economic point of view, however, direct use as liquid fertilizer makes sense because it is a valuable product that can be produced with the simplest of means.
In "ENCYCLOPEDIA OF EXPLOSIVS AND RELATED ITEMS", Picatinny Arsenal, Dover, New Jersey, USA, finden sich in den im Folgenden aufgeführten Bänden Angaben zur Entsorgung von Explosivstoffen mit mehrstufigen Verfahren: In PATR 2700, 1966, Vol 3 (D 30) wird ein Verfahren zum chemischen Abbau von Nitrocellulose beschrieben, bei dem 100 lbs des Explosivstoffes durch portionenweise Zugabe zu einer 70°C heissen, gerührten Lösung aus 50 lbs NaOH und 460 lbs Wasser chemisch abgebaut werden. Im gleichen Kapitel wird auch ein Laborverfahren aufgeführt, bei dem der chemische Abbau mit einer 15%-igen, wässerigen Na2S-Lösung im Wasserbad durchgeführt wird. Im Kapitel C 26 wird empfohlen, die aus teilweise wasserlöslichen Explosivstoffen, wie Ammonalen und Schwarzpulvern, durch wässerige Extraktion gewonnenen anorganischen Nitrate, also Produkten, die auch beim chemischen Abbau der wasserunlöslichen Explosivstoffe entstehen, als Dünger zu verwenden.In "ENCYCLOPEDIA OF EXPLOSIVS AND RELATED ITEMS", Picatinny Arsenal, Dover, New Jersey, USA, the volumes listed below contain information on the disposal of explosives using a multi-stage process: PATR 2700, 1966, Vol 3 (D 30) describes a process for the chemical degradation of nitrocellulose, in which 100 lbs of the explosive are chemically degraded by portionwise addition to a 70 ° C. stirred solution of 50 lbs NaOH and 460 lbs water. The same chapter also lists a laboratory procedure in which chemical degradation is carried out with a 15% aqueous Na 2 S solution in a water bath. In chapter C 26 it is recommended to use the inorganic nitrates obtained from water-soluble explosives, such as ammonals and black powders, by water extraction, i.e. products that also result from the chemical degradation of the water-insoluble explosives, as fertilizer.
In "HAZARDS OF CHEMICAL ROCKETS AND PROPELLANTS", Volume 1, CPIA PUBLICATION 394, September 1984, werden ebenfalls die Möglichkeiten zur Entsorgung behandelter Explosivstoffabfälle durch biologischen Abbau und/oder Verbrennen aufgeführt.In "HAZARDS OF CHEMICAL ROCKETS AND PROPELLANTS", Volume 1, CPIA PUBLICATION 394, September 1984, the disposal options are also treated Explosive waste due to biodegradation and / or incineration.
In "Chemie und Technologie der Explosivstoffe", Band 11, Leipzig 1963, T. Urbanski, werden für Nitrocellulose, die mit Natron- oder Kalilauge behandelt wurde, folgende Reaktionsprodukte angegeben: Ammoniak, Stickstoff, Kohlendioxid, Alkalinitrat und -nitrit, Alkalisalze von Ameisen-, Oxal-, Malon-, Hydroxi- und nicht näher identifizierbaren Keto- und Aldehydsäuren und Zucker. Als Hydroxisäuren werden z.B. Apfelsäure und Dihydroxibuttersäure angegeben. Nach diesen Angaben sind die entstandenen wasserlöslichen Feststoffe aufgrund ihrer chemischen Struktur mit den bekannten Verfahren sowohl biochemisch als auch thermisch problemlos entsorgbar, sofern die beim chemischen Abbau im Überschuss eingesetzten Basen mit anorganischen oder organischen Säuren, wie z.B. Phosphor-, Schwefel-, Essig- oder Ameisensäure neutralisiert werden. In "Chemistry and Technology of Explosives", Volume 11, Leipzig 1963, T. Urbanski for nitrocellulose that has been treated with sodium or potassium hydroxide solution, the following reaction products specified: ammonia, nitrogen, carbon dioxide, alkali nitrate and nitrite, alkali salts of formic, oxalic, malonic, hydroxy and non-identifiable keto and aldehyde acids and sugar. As hydroxy acids e.g. Malic acid and dihydroxybutyric acid specified. According to this information, the resulting water-soluble solids are due to their chemical structure using the known methods both biochemically and can be disposed of thermally without any problems, provided that the excess is used for chemical degradation Bases with inorganic or organic acids, e.g. Phosphorus, sulfur, Acetic or formic acid can be neutralized.
Die US PS 4,231,822 schliesslich schützt ein Abbauverfahren durch Reduktion mit teuren organischen Verbindungen, das unwirtschaftlich lange Reaktionszeiten benötigt.Finally, US Pat. No. 4,231,822 protects a mining process by reducing it with expensive ones organic compounds that require uneconomically long reaction times.
Die beschriebenen Verfahren zum chemischen Abbau von Explosivstoffen, insbesondere von Nitrocellulose, sind entweder für Kleinmengen gedacht oder haben den Charakter von Prinzipversuchen für grundlegende Abklärungen, bei denen die Reaktionsdauer keine Rolle spielt. Sie sind aus folgenden Gründen für eine industrielle Nutzung ungeeignet: Die Explosivstoffe liegen in der Regel als grobe Kristalle oder im Falle polymerer Verbindungen als Granulate vor, die beschriebenen Abbaureaktionen mit Basen und/oder Reduktionsmitteln laufen stark exotherm ab. Bei der Zuführung der Explosivstoffe zur wässerigen Lösung der reaktiven Stoffe ist bei den angegebenen tiefen Temperaturen im Bereich von 70°C der Massenumsatz wegen der kleinen Partikeloberfläche klein. Deshalb tritt anfangs nur ein schwacher Temperaturanstieg auf. Bei der Zugabe zu grosser Explosivstoffmengen kann dies bei Grossansätzen infolge eines Wärmestaus in kurzer Zeit zu einem exponentiellen und damit gefährlichen Temperaturanstieg führen, der auch mit starkem Kühlen nicht mehr kontrollierbar ist. Ein weiterer Nachteil des Verfahren besteht darin, dass die Reaktion nach dem Umsatz der Hälfte der gesamten Explosivstoffmenge so stark abflaut, dass die Temperatur durch Heizen stetig erhöht werden muss. Dieser Effekt erschwert eine gefahrlose Prozessführung und verlängert zwangsläufig die Reaktionsdauer.The described processes for the chemical degradation of explosives, in particular of nitrocellulose, are either intended for small quantities or have the character of Principle tests for basic clarifications, in which the reaction time does not matter plays. They are unsuitable for industrial use for the following reasons: The explosives are usually as coarse crystals or in the case of polymeric compounds Granules before, the described degradation reactions with bases and / or reducing agents run strongly exothermic. When the explosives are added to the aqueous solution of the reactive substances is at the specified low temperatures in the range of 70 ° C Mass sales small because of the small particle surface. That is why initially only occurs weak temperature rise. When adding too large quantities of explosives this becomes exponential in a short time for large batches due to a heat build-up and thus lead to a dangerous rise in temperature, which is no longer possible even with strong cooling is controllable. Another disadvantage of the process is that the reaction occurs after sales of half of the total amount of explosives decrease so much that the temperature must be increased continuously by heating. This effect makes safe process control difficult and inevitably extends the response time.
In der DE 40 36 787 A1 wird ein Verfahren beansprucht, in dem die hydrolytische Spaltung von Explosivstoffen sehr pauschal durch Lauge in Gegenwart von Lösungsvermittlern durchgeführt wird. Unter den Lösungsvermittler werden unter anderem auch Alkohole genannt, ohne dass ihnen irgendein weiterer vorteilhafter Einfluss auf die Reaktion zuerkannt wird. DE 40 36 787 A1 claims a method in which the hydrolytic cleavage of explosives is carried out very generally by lye in the presence of solubilizers. Among the solubilizers, alcohols are also mentioned without being recognized as having any further advantageous influence on the reaction.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein gefahrloses, schnelles und damit wirtschaftliches Verfahren zum Abbau von Explosivstoffen anzugeben, das sich für den industriellen Einsatz eignet und das mit der thermischen und/oder der biologischen Entsorgung der Abbauprodukte gekoppelt werden kann.The object of the invention is therefore a safe, fast and therefore specify economic process for the removal of explosives, which is for industrial Suitable for use with thermal and / or biological disposal the degradation products can be coupled.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Abbau von Explosivstoffen zu wasserlöslichen, biochemisch oder thermisch entsorgbaren Produkten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the method for breaking down explosives into water-soluble, biochemically or thermally disposable products with the characterizing features of claim 1 .
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren, in dem feste Explosivstoffe
- dosiert einem flüssigen Reaktionsmedium zugeführt werden, das aus der Lösung von mindestens einem anorganischen Reduktionsmittel und/oder mindestens einer starken Base mit einem Zusatz von 10 bis 30 Gew.%, bevorzugt 15 bis 25 Gew.%, eines polaren, aliphatischen, nicht verseifbaren Lösungsmittels, bezogen auf die Menge der wässrigen Lösung, besteht,
- darin unter Durchmischung und einer Temperaturführung, die das Reaktionsmedium bevorzugt am Sieden hält, wobei das Lösungsmittel bei konstanter Temperatur unter Rückflusskühlung siedet, in exothermem Abbau in lösliche Verbindungen umgesetzt werden.,
- worauf das Reaktionsmedium wahlweise durch mindestens eine anorganische Säure neutralisiert
- und das Neutralisationsgut mindestens teilweise isoliert wird,
- Nachfolgend kann die vollständige Entsorgung auf thermischem oder biochemischem Wege erfolgen.
- be metered into a liquid reaction medium which, from the solution of at least one inorganic reducing agent and / or at least one strong base with the addition of 10 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight, of a polar, aliphatic, unsaponifiable Solvent , based on the amount of the aqueous solution,
- therein with thorough mixing and temperature control, which preferably keeps the reaction medium at the boil, the solvent boiling at constant temperature with reflux cooling, in exothermic decomposition into soluble compounds.
- whereupon the reaction medium is optionally neutralized by at least one inorganic acid
- and the neutralization material is at least partially isolated,
- The complete disposal can then be carried out by thermal or biochemical means.
Dabei ist das Reaktionsmedium bevorzugt wässrig und weist während der gesamten Abbaureaktion
einen pH-Wert von etwa 14 auf.
Die Komponenten Basen, Reduktionsmittel, Wasser und Lösungsmittel bilden im gerührten
Zustand bevorzugt eine reaktive Dispersion, in der der Lösungsmittelanteil bis zum Ende der
Abbaureaktionen vorteilhafterweise konstant gehalten wird.
Die Reaktions- und Temperaturführung wird durch die kontinuierlich oder diskontinuierlich
zudosierte Menge an Explosionsstoff auf die Weise ermöglicht, dass die Reaktionsenthalpie
des Explosivstoffs der Verdampfungsenthalpie des siedenden, mittels Rückflusskühlung in
den Prozess zurückgeführten Lösungsmittels, beziehungsweise seines Azeotrops, entspricht.
Dabei ist eine intensive Durchmischung, bevorzugt durch Rühren, von Vorteil.
Eine Konstante Temperaturführung ist für die Abbaureaktion besonders vorteilhaft, da die
Reaktion stark exotherm ist. Ausserdem wird die kühlende Wirkung des siedenden Lösungsmittels,
mindestend zeitweise, vorteilhaft durch äussere Kühlung des Reaktionsmediums
unterstützt.The reaction medium is preferably aqueous and has a pH of about 14 during the entire degradation reaction.
The components bases, reducing agent, water and solvent preferably form a reactive dispersion in the stirred state, in which the solvent content is advantageously kept constant until the end of the decomposition reactions.
The reaction and temperature control is made possible by the continuously or discontinuously metered amount of explosive in such a way that the reaction enthalpy of the explosive corresponds to the enthalpy of evaporation of the boiling solvent, or its azeotrope, which is returned to the process by means of reflux cooling. Intensive mixing, preferably by stirring, is advantageous.
Constant temperature control is particularly advantageous for the degradation reaction, since the reaction is highly exothermic. In addition, the cooling effect of the boiling solvent is, at least temporarily, advantageously supported by external cooling of the reaction medium.
Unter dem Begriff Lösungsmittel werden dabei organische Verbindungen verstanden, die
polar, aliphatisch und nicht verseifbar sind und die bevorzugt deutlich tiefer sieden, als der
wässrige Anteil des reaktiven Mediums, wobei im Gegensatz zur Lehre der DE 40 36 787 A1
keine lösende Wirkung auf die Explosivstoffe erforderlich ist.
Bevorzugte
Preferred
Ihre Wirkung liegt, neben dem erwähnten regelnden Einfluss auf die Temperaturführung im Reaktionsmedium, in einer starken Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit des Abbaus der Explosivstoffe, die am Beispiel Nitrocellulose auf das 4- bs 6-Fache steigen kann sowie und in der sehr vorteilhaften Dämpfung der Schaumentwicklung im bevorzugt wässrigen konzentrierten Reaktionsmedium.Their effect lies, in addition to the aforementioned regulating influence on the temperature control in the Reaction medium, in a rapid acceleration of the reaction rate of degradation of the explosives, which can increase to 4- to 6-fold using the example of nitrocellulose as well as and in the very advantageous damping of the foam development in the preferably aqueous concentrated reaction medium.
Als starke Basen werden bevorzugt die wässrigen Lösungen von NaOH und KOH eingesetzt,
wobei deren effektive Konzentration nach Wirtschaftlichkeitsüberlegungen festzusetzen
ist. Als besonders bevorzugt werden Natronlauge von mindesten 20 Gew.% und Kalilauge
von mindesten 27 Gew.% eingesetzt. Die Konzentrationsobergrenze wird durch die
Viskosität der wässrigen Lösungen und die Löslichkeitsparameter der zugesetzten Lösungsmittel
bestimmt und liegt um etwa 40 Gew.%.
Für das bereits erwähnte Beispiel Nitrocellulose hat sich für den vollständigen Abbau ein
Erfahrungswert von 0,75 kg NaOH pro kg Nitrocellulose als vorteilhaft erwiesen.The aqueous bases of NaOH and KOH are preferably used as strong bases, the effective concentration of which has to be determined according to economic considerations. Sodium hydroxide solution of at least 20% by weight and potassium hydroxide solution of at least 27% by weight are particularly preferred. The upper concentration limit is determined by the viscosity of the aqueous solutions and the solubility parameters of the added solvents and is around 40% by weight.
For the already mentioned example nitrocellulose, an empirical value of 0.75 kg NaOH per kg nitrocellulose has proven to be advantageous for the complete breakdown.
Die Konzentration der gegebenfalls mitverwendeten anorganischen Reduktionsmittel, die bevorzugt NaHS und Na2S sind, liegt je nach Basenkonzentration zwischen 5 und 30 Gew.%.The concentration of the inorganic reducing agents which are optionally used, which are preferably NaHS and Na 2 S, is between 5 and 30% by weight, depending on the base concentration.
Die Neutralisation des stark alkalischen Reaktionsmediums, das im gerührten Zustand bevorzugt als Dispersion vorliegt, die aus Wasser, Abbauprodukten, überschüssigen Basen und Reduktionsmitteln sowie Lösungsmittel besteht, wobei diese Komponenten in gelöster Form in unterschiedlichen Verhältnissen auf die Dispersionsphasen verteilt sind, wird vorteilhaft auf die Entsorgung der vollständig abgebauten Explosivstoffe abgestimmt. Für Lösungen, die auf biologischem Weg in Kläranlagen abgebaut werden sollen, ist in der Regel keine Neutralisation erforderlich.The neutralization of the strongly alkaline reaction medium, which is preferred in the stirred state is present as a dispersion consisting of water, degradation products, excess bases and reducing agents and solvents, these components being dissolved Form in different proportions on the dispersion phases is advantageous matched to the disposal of the fully dismantled explosives. For solutions, that are to be biodegraded in wastewater treatment plants is usually not Neutralization required.
Für die Verwendung als Dünger wird bevorzugt mit Phosphorsäure neutralisiert. For use as fertilizer it is preferred to neutralize with phosphoric acid.
Daneben sind Salpetersäure und Schwefelsäure bevorzugt. Selbstverständlich sind, je nach
Verwendung des sogenannten
Als weiterer Schritt im erfindungsgemässen Verfahren ist ein, ebenfall je nach Weiterverwendung,
mindestens teilweises Isolieren des
Für die biologische Entsorgung mit Weiterverwendung des
Pflanzennährstoffen das entsprechende Anforderungsprofil , das speziell für den Gehalt an
Stickstoff, Phosphor und Kalium als NPK-Wert definiert wird, zu erfüllen.For biological disposal with further use of the
Plant nutrients to meet the corresponding requirement profile, which is defined specifically for the content of nitrogen, phosphorus and potassium as NPK value.
Das erfindungsgemäse Verfahren ist somit besonders vorteilhaft und kostengünstig, da
- das Reaktionsmedium durch die Lösungswärme der Alkalihydroxyde weitgehend auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt wird,
- der Abbau der Explosivstoffe ohne Zufuhr von Fremdenergie bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels oder dessen Azeotrops, abläuft,
- die Abbaureaktion durch das am Rückfluss siedende Lösungsmittel und die dadurch konstante Reaktionstemperatur, die bevorzugt deutlich unter dem Siedepunkt des Wassers liegt, ohne weitere Sicherheitsvorkehrungen unfallsicher gestaltet werden kann,
- durch Verwendung kostengünstiger Lösungsmittel der Zeitbedarf für die Umsetzung drastisch gesenkt wird,
- durch die Verwendung der Abbauprodukte als Düngemittel Anteile der Kosten rückgeführt werden können.
- the reaction medium is largely heated to the reaction temperature by the heat of solution of the alkali metal hydroxides,
- the decomposition of the explosives takes place without the supply of external energy at the boiling point of the solvent or its azeotrope,
- the degradation reaction due to the solvent boiling at the reflux and the constant reaction temperature thereby, which is preferably clearly below the boiling point of the water, can be made accident-proof without further safety precautions,
- the time required for the implementation is drastically reduced by using inexpensive solvents,
- By using the degradation products as fertilizers, parts of the costs can be reduced.
In den folgenden beiden Beispielen werden die Vorteile der Erfindung näher erläutert: The advantages of the invention are explained in more detail in the following two examples:
Nicht erfindungsgemässes Verfahren, ohne Zusatz eines sogenannten
In einem wandbeheizten Reaktor wurden zu 15.6 kg NaOH-Lösung mit einer Konzentration von 35 %, eingestellt auf eine isotherme Temperatur von 90 ± 2°C, im Verlauf von 195 Minuten unter Rühren 7.30 kg "Nitrocellulose" portionenweise mit steigenden Dosiermengen zugeführt. Unter diesen Bedingung bewegte sich die Temperatur des Reaktorinhaltes in einem Bereich von 88 bis 108°C mit einer Standardabweichung von 5°C um einen Mittelwert von 101°C. Nach dem Abflauen der Reaktion, erkennbar am Temperaturabfall nach dem Zugabeende, wurde die Temperatur des Heizkreislaufes von 97 auf 103°C angehoben. Nach 150 Minuten waren fast alle noch verbliebenen Explosivstoffpartikel umgesetzt. Während dieser Phase sank die Temperatur des Kesselinhaltes von 100 auf 97°C.In a wall-heated reactor, 15.6 kg of NaOH solution with a concentration were added of 35%, set to an isothermal temperature of 90 ± 2 ° C, in the course of 195 minutes 7.30 kg of "nitrocellulose" with stirring in increasing amounts fed. Under this condition, the temperature of the reactor contents moved in one Range from 88 to 108 ° C with a standard deviation of 5 ° C around an average from 101 ° C. After the reaction has subsided, recognizable by the drop in temperature after the At the end of the addition, the temperature of the heating circuit was raised from 97 to 103 ° C. After Almost all remaining explosive particles had been converted within 150 minutes. While During this phase the temperature of the kettle contents dropped from 100 to 97 ° C.
Die wichtigsten Verfahrensdaten sind:
- "Nitrocellulose": Treibladungspulver für Artilleriemunition in der Form von Streifen mit den Abmessung 495x11x1 mm, auf eine Länge von 60 mm gebrochen.
- Eingesetzte spezifische Menge NaOH fest: 0.75 kg/kg "Nitrocellulose".
- Aspekt und Eigenschaften der Reaktionslösung: Niederviskos, dunkel, pH 14.
- Umsatz, ermittelt durch Dekantieren der Reaktionslösung und Isolieren der zurückgebliebenen Partikel: 99.8 %.
- Reaktionsdauer: 5.8 Stunden.
- "Nitrocellulose": propellant powder for artillery ammunition in the form of strips with the dimensions 495x11x1 mm, broken to a length of 60 mm.
- Specific amount of NaOH used: 0.75 kg / kg "nitrocellulose".
- Aspect and properties of the reaction solution: low viscosity, dark, pH 14.
- Turnover, determined by decanting the reaction solution and isolating the remaining particles: 99.8%.
- Response time: 5.8 hours.
In einem 500 cm3 Sulphierkolben mit Rückflusskühler wurden 174 g Wasser und 37.4 g Ethanol
vorgelegt. Nach der Zugabe von 74.7 g NaOH fest innerhalb von 5 Minuten unter Rühren
stieg die Temperatur der Lösung als Folge der Lösungsenthalpie auf den Höchstwert
von 71°C. Bei dieser Temperatur gegann die portionenweise Zugabe von 100 g
"Nitrocellulose". Nach 10 Minuten trat bei einer Temperatur des Reaktionsmediums von
77°C Sieden auf. Die Zugabe der gesamten "Nitrocellulose"-Menge erfolgte bei ständigem
Sieden des Reaktionsmediums innerhalb von 34 Minuten. Die Höchsttemperatur von 80°C
war nach 35 Minuten erreicht. Nach insgesamt 54 Minuten fiel die Temperatur ohne äussere
Abkühlung auf 70°C.
Dabei sind die wichtigsten Verfahrensdaten:
- "Nitrocellulose": Treibladungspulver für Artilleriemunition in der Form von Streifen mit den Abmessungen 495x11x1 mm, auf eine Länge von 20 mm gebrochen.
- Eingesetzte spezifischen Menge NaOH fest: 0.75 kg/kg "Nitrocellulose".
- Aspekt und Eigenschaften des Reaktionsmediums: Niederviskos, dunkel, pH 14.
- Umsatz, ermittelt durch Dekantieren der Reaktionslösung und Isolieren der zurückgebliebenen Partikel: > 99.9 %.
- Reaktionsdauer: 0.90 Stunden.
The most important process data are:
- "Nitrocellulose": propellant powder for artillery ammunition in the form of strips with the dimensions 495x11x1 mm, broken to a length of 20 mm.
- Specific amount of NaOH used: 0.75 kg / kg "nitrocellulose".
- Aspect and properties of the reaction medium: low viscosity, dark, pH 14.
- Turnover, determined by decanting the reaction solution and isolating the remaining particles:> 99.9%.
- Response time: 0.90 hours.
In der gleichen Versuchsanordnung wie in Beispiel 2 wurden 37,4g 1-Propanol anstelle von
Ethanol vorgelegt. Nach Zugabe von 74,7g NaOH fest innerhalb von 4 Minuten unter Rühren
stieg die Temperatur der Lösung auf den Höchstwert von 75°C. Bei dieser Temperatur begann
die portionenweise Zugabe von der
Die wichtigsten Versuchsdaten sind:
-
- Eingesetzte spezifische Menge NaOH fest: 0.75 kg/kg
- Aspekt und Eigenschaften des Reaktionsmediums: Niederviskos, dunkel, pH 14, Phasentrennung.
- Umsatz, ermittelt durch Dekantieren des Reaktionsmediums und Isolieren der zurückgebliebenen Partikel: 99,1%.
- Reaktionsdauer: 1.o Stunden.
The most important test data are:
-
- Specific amount of NaOH used: 0.75 kg / kg
- Aspect and properties of the reaction medium: low viscosity, dark, pH 14, phase separation.
- Sales, determined by decanting the reaction medium and isolating the remaining particles: 99.1%.
- Response time: 1.o hours.
In der gleichen Versuchsanordnung wie in Beispiel 2 wurden 37,4g Aceton anstelle von Ethanol
vorgelegt. Nach Zugabe von 74,7g NaOH fest innerhalb von 10 Minuten unter Rühren
stieg die Temperatur der Lösung auf den Höchstwert von 58°C bei starkem Sieden. Nach
Temperaturabfall auf 56°C begann die portionenweise Zugabe der
Nach 6 Minuten trat bei 57°C erneut Sieden auf. Die Zugabe der Gesamtmenge von 100g
Die wichtigsten Verfahrensdaten sind:
-
- Eingesetzte spezifische Menge NaOH fest: 0.75 kg/kg
- Aspekt und Eigenschaften des Reaktionsmediums: Niederviskos, dunkel, pH 14, Phasentrennung.
- Umsatz: ermittelt durch Dekantieren und Isolieren der zurückgebliebenen Partikel:
- 98,7%.
- Reaktionsdauer: 1.2 Stunden.
After 6 minutes boiling occurred again at 57 ° C. The addition of the total amount of 100g
The most important process data are:
-
- Specific amount of NaOH used: 0.75 kg / kg
- Aspect and properties of the reaction medium: low viscosity, dark, pH 14, phase separation.
- Turnover: determined by decanting and isolating the remaining particles:
- 98.7%.
- Response time: 1.2 hours.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reaktionsmedium wässrig ist und zusätzlich 10 bis 30 Gew.% eines polaren, aliphatischen, nicht verseifbaren Lösungsmittels enthält, dessen Verdampfungsenthalpie mit der Reaktionsenthalpie des Explosionsstoffs durch die Dosiergeschwindigkeit, mit der der Explosivstoff dem Reaktionsmedium zugegeben wird, im Gleichgewicht gehalten und die Abbaureaktion dadurch bei konstanter Temperatur durchgeführt wird.
characterized in that
the reaction medium is aqueous and additionally contains 10 to 30% by weight of a polar, aliphatic, non-saponifiable solvent, the enthalpy of vaporization of which is kept in equilibrium with the enthalpy of reaction of the explosive by the metering rate at which the explosive is added to the reaction medium, thereby contributing to the degradation reaction constant temperature is carried out.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abbau im siedenden Reaktionsmedium unter Rückfluss des Lösungsmittels oder dessen Azeotrops durchgeführt wird. Method according to claim 1 ,
characterized in that
the degradation is carried out in the boiling reaction medium under reflux of the solvent or its azeotrope.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reaktionsmedium während des Abbaus einen pH-Wert von etwa 14 hat.The method of claim 1 or 2 ,
characterized in that
the reaction medium has a pH of about 14 during degradation.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lösungsmittel eine tiefer als der wässrige Anteil des Reaktionsmediums siedende Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe Methanol, Ethanol, Propanol, i-Propanol, Aceton, Methylethylketon und Diethylketon.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the solvent is a compound boiling lower than the aqueous portion of the reaction medium, selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, i-propanol, acetone, methyl ethyl ketone and diethyl ketone.
dadurch gekennzeichnet, dass
die starke Base ausgewählt ist aus der Gruppe NaOH und KOH.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the strong base is selected from the group NaOH and KOH.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe Na2S und NaHS.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the reducing agent is selected from the group Na 2 S and NaHS.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Säuren ausgewählt sind aus der Gruppe Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the acids are selected from the group consisting of sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid.
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Temperaturführung das Reaktionsmedium mindestens zeitweise gekühlt wird. Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
for temperature control, the reaction medium is cooled at least temporarily.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Durchmischung des Reaktionsmediums durch Rühren erfolgt.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the reaction medium is mixed by stirring.
dadurch gekennzeichnet, dass
zum mindestens teilweisen Isolieren des Neutralisationsgutes das tiefsiedende Lösungsmittel mindestens teilweise abdestilliert wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
to at least partially isolate the neutralization material, the low-boiling solvent is at least partially distilled off.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entsorgen auf thermischem Weg durch Verbrennen oder auf biologischem Weg über Klärprozesse oder als Düngemittel erfolgt.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
Disposal takes place thermally by incineration or biologically via clarification processes or as fertilizer.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entsorgung als Düngemittel nach Zusatz von ergänzenden Pflanzennährstoffen erfolgt.A method according to claim 11 ,
characterized in that
it is disposed of as fertilizer after the addition of supplementary plant nutrients.
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