RU2154803C1

RU2154803C1 - Method for break-down of toxic chemical agents

Info

Publication number: RU2154803C1
Application number: RU99102158/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Петрик
Original assignee: Петрик Виктор Иванович
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: extermination of chemical weapons. SUBSTANCE: the method consists in the fact that the internal space of the shell or container is hermetically connected to the reactor space through a pipeline, a hole is remotely drilled inside the hermetic connection in the body of the shell or container containing the toxic agent, toxic agents are transferred from the internal space of the shell or container to the reactor, chemical bonds of toxic agents in the reactor are broken down with employment of carbon mixture of a high reactivity by the method of pyrolysis under the action of SHF currents. EFFECT: enhanced ecological safety due to break-down without access of oxygen, simplified method of break-down of toxic agents on the bottom of the water reservoir. 5 cl

Description

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, находящегося на дне водоемов. The invention relates to the field of destruction of chemical weapons located at the bottom of water bodies.

Известны различные способы уничтожения химического оружия. Наиболее экологически небезопасными являются захоронение и сжигание в кислородной атмосфере. Various methods are known for destroying chemical weapons. The most environmentally unsafe are landfill and burning in an oxygen atmosphere.

Известен способ деструкции боевых отравляющих веществ, включающий помещение химического боевого оружия (снаряда), внутри которого находится нейтрализуемая смесь, внутрь герметичного контейнера, высверливание отверстия в корпусе снаряда и соединение внутреннего объема снаряда с реактором посредством трубопровода с обеспечением предотвращения потерь жидкой фазы химических составов из внутреннего объема снаряда, перекачку химической смеси в реактор, в котором производится разрушение химических связей составов под действием озона (US N 5430228, кл. C 06 D 7/00, 1995 г.). Однако данный способ реализуется также с участием кислорода и поэтому не является экологически безопасным. Кроме того, требуется периодическая очистка или замена угольных фильтров. Кроме того, способ неприменим в условиях, когда снаряды с отравляющими веществами находятся на дне водоема, т.к. для реализации способа необходимо помещение снарядов в герметизированный объем. A known method of destruction of chemical warfare agents, including the placement of chemical warfare weapons (shell), inside of which there is a neutralizable mixture, inside an airtight container, drilling holes in the shell of the shell and connecting the internal volume of the projectile with the reactor by means of a pipeline to prevent the loss of liquid phase of chemical compositions from the internal the volume of the projectile, pumping the chemical mixture into a reactor in which the chemical bonds of the compounds are destroyed by ozone (US N 5430228, class C 06 D 7/00, 1995). However, this method is also implemented with the participation of oxygen and therefore is not environmentally friendly. In addition, periodic cleaning or replacement of carbon filters is required. In addition, the method is not applicable in conditions when shells with toxic substances are at the bottom of the reservoir, because to implement the method, it is necessary to place shells in a sealed volume.

Технической задачей изобретения является повышение экологической безопасности путем осуществления деструкции без доступа кислорода, упрощение способа и обеспечение возможности уничтожения отравляющих веществ, находящихся на дне водоема. An object of the invention is to increase environmental safety by carrying out destruction without access of oxygen, simplifying the method and making it possible to destroy toxic substances located at the bottom of the reservoir.

Поставленная задача решается тем, что в способе деструкции боевых отравляющих веществ, включающем высверливание отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода, перекачку отравляющих веществ из внутреннего объема снаряда или контейнера в реактор, разрушение химических связей отравляющих веществ в реакторе с использованием реакционной смеси, соединение внутреннего объема снаряда или контейнера с объемом реактора посредством трубопровода производят перед высверливанием отверстия в корпусе снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества, соединение осуществляют с обеспечением герметичности, высверливание производят дистанционно внутри герметичного соединения, а в качестве реакционной смеси используют углеродную смесь высокой реакционной способности, причем разрушение химических связей отравляющих веществ производят методом пиролиза под действием токов сверхвысоких частот (СВЧ). The problem is solved in that in the method of destruction of chemical warfare agents, including drilling a hole in the shell of a projectile or container containing poisonous substances, the connection of the internal volume of the projectile or container with the volume of the reactor through a pipeline, the transfer of toxic substances from the internal volume of the projectile or container into the reactor, the destruction of chemical bonds of toxic substances in the reactor using the reaction mixture, the connection of the internal volume of the projectile or container with the volume of actors through a pipeline before drilling holes in the shell of a projectile or container containing poisonous substances, the connection is carried out to ensure tightness, drilling is carried out remotely inside the tight connection, and a carbon mixture of high reactivity is used as the reaction mixture, and the destruction of chemical bonds of the toxic substances is carried out by the method pyrolysis under the influence of microwave currents.

Как правило, реактор размещают на судне. Typically, a reactor is placed on a ship.

При этом углеродную смесь высокой реакционной способности получают обработкой графитового порошка кислотой и дальнейшей термообработкой путем пропускания через графитовый порошок постоянного электрического тока. In this case, a carbon mixture of high reactivity is obtained by treating graphite powder with acid and further heat treatment by passing direct current through graphite powder.

Для обеспечения оптимальных условий пиролиза частота тока СВЧ 900-2500 МГц при мощности тока 50-55 кВт. To ensure optimal pyrolysis conditions, the microwave current frequency is 900-2500 MHz at a current power of 50-55 kW.

Под действием тока СВЧ происходит нагрев углеродной смеси высокой реакционной способности до температуры 2000-4000^oC, которая является достаточной для 100%-ной деструкции отравляющих веществ.Under the influence of microwave current, the carbon mixture of high reactivity is heated to a temperature of 2000-4000 ^o C, which is sufficient for 100% destruction of toxic substances.

Процесс уничтожения отравляющих веществ, находящихся в снарядах или контейнерах на дне водоема, представляет наибольшую сложность, т.к. связан с проведением подводных работ и необходимостью размещения оборудования под водой. Оборудование, используемое в известных способах деструкции отравляющих веществ, невозможно разместить под водой и даже в случае такого размещения оно не обеспечит полное предотвращение утечки отравляющих веществ в водную среду при вскрытии снарядов или контейнеров. The process of destroying toxic substances in shells or containers at the bottom of a reservoir is of the greatest difficulty, because associated with underwater work and the need to place equipment under water. The equipment used in the known methods of destruction of toxic substances cannot be placed under water and even in the case of such placement it will not completely prevent the leakage of toxic substances into the aquatic environment when opening shells or containers.

Основная часть оборудования в предложенном способе имеет надводное размещение, например, на берегу водоема или на специально оборудованном судне. Часть, размещенная под водой, представляет собой герметичное соединение трубопровода с корпусом снаряда или контейнера, содержащего отравляющие вещества и трубопровод для транспортировки отравляющих веществ в объем реактора. The main part of the equipment in the proposed method has a surface location, for example, on the shore of a reservoir or on a specially equipped vessel. The part placed under water is a tight connection between the pipeline and the shell of the projectile or container containing toxic substances and a pipeline for transporting toxic substances into the reactor volume.

После герметичного присоединения трубопровода к корпусу снаряда или контейнера и проверки герметичности производят высверливание отверстия в корпусе. Для этого внутри герметичного соединения, выполненного, например, в виде вакуумной присоски, предусмотрены дистанционно управляемые инструменты. Затем осуществляют транспортировку отравляющих веществ в объем реактора путем их вакуумного отсоса. After tightly connecting the pipeline to the shell of the projectile or container and checking for leaks, drill holes in the housing. For this, remotely controlled tools are provided inside a sealed connection made, for example, in the form of a vacuum suction cup. Then carry out the transportation of toxic substances into the reactor volume by vacuum suction.

В процессе осуществления пиролиза при контакте отравляющего вещества с реакционной смесью осуществляют нанесение отравляющего вещества на поверхность носителя, которым является углеродная смесь высокой реакционной способности. Такая смесь имеет большую удельную площадь взаимодействия с отравляющим веществом и специальную верникулированную (червякообразную) структуру. In the process of pyrolysis upon contact of the poisonous substance with the reaction mixture, the poisonous substance is applied to the surface of the carrier, which is a highly reactive carbon mixture. Such a mixture has a large specific area of interaction with a poisonous substance and a special, vericular (worm-like) structure.

Получение углеродной смеси высокой реакционной способности осуществляется посредством предварительной обработки графитового порошка кислотой при отношении массы графитового порошка к массе кислоты от 1:0,2 до 1:0,5 и последующего резистивного нагрева. Getting a carbon mixture of high reactivity is carried out by pre-processing the graphite powder with acid with a ratio of the mass of graphite powder to the mass of acid from 1: 0.2 to 1: 0.5 and subsequent resistive heating.

Оптимальный режим получения реакционной углеродной смеси обеспечивается при отношении массы графитового порошка к массе кислоты 1:0,3 и при пропускании пускового тока 90А и рабочего тока 25-35А. The optimal mode of obtaining the reaction carbon mixture is ensured when the ratio of the mass of graphite powder to the mass of acid is 1: 0.3 and when passing a starting current of 90A and an operating current of 25-35A.

Как правило, в качестве графитового порошка используют природный чешуйчатый графит. As a rule, natural flake graphite is used as graphite powder.

В результате резистивного нагрева, осуществляемого в специальном реакторе, возникает множество электрических дуг между чешуйками графита и происходит мгновенный (в течение не более 0,05 сек) разрыв ван-дер-ваальсовских и ковалентных связей и графит, имеющий двухмерную слоистую структуру, преобразуется в смесь гексагоналов и углеродных соединений типа C₃, C₄ и т.д. Реакционная способность такой смеси очень велика благодаря реакционной способности энергетически напряженных атомарных соединений углерода. При этом достигается более чем 1000-кратное расширение графита.As a result of resistive heating carried out in a special reactor, many electric arcs arise between the graphite flakes and instantaneous (within no more than 0.05 sec) breaks of the van der Waals and covalent bonds and graphite having a two-dimensional layered structure is converted into a mixture hexagons and carbon compounds such as C ₃ , C ₄ , etc. The reactivity of such a mixture is very high due to the reactivity of energetically stressed atomic carbon compounds. In this case, more than 1000-fold expansion of graphite is achieved.

Реактор, в котором происходит резистивный нагрев смеси, состоит из корпуса, в который помещается графитовый стержень. The reactor, in which the mixture is resistively heated, consists of a housing in which a graphite rod is placed.

На торцах корпуса реактора выполнены отверстия для загрузки исходной смеси и выгрузки готового продукта. Загрузка смеси графитового порошка и кислоты производится с использованием механизма подачи, выполненного, например, в виде шнека. Механизм подачи обеспечивает беспрерывную подачу смеси в реактор. Выгрузка реакционной углеродной смеси осуществляется через пластину с отверстиями, обеспечивающими верникулированную структуру углеродной смеси. At the ends of the reactor vessel, holes were made for loading the initial mixture and unloading the finished product. Download a mixture of graphite powder and acid using a feed mechanism, made, for example, in the form of a screw. The feed mechanism provides a continuous flow of the mixture into the reactor. The reaction carbon mixture is discharged through a plate with openings providing a vernicated structure of the carbon mixture.

Разрушение химических связей отравляющего вещества происходит без химической реакции, на физическом уровне. Отравляющее вещество, например иприт, распределяется по поверхности углеродной смеси высокой реакционной способности на уровне молекулярного слоя. Углеродная смесь, являясь токопроводящим материалом, под действием тока СВЧ накапливает на поверхности частиц статические заряды. При достижении зарядами критических величин происходят разряды в виде микродуг, количество которых исчисляется миллионами в секунду. Таким образом, в течение нескольких минут углеродная масса совместно с отравляющим веществом, подлежащим уничтожению, разогревается до 2000^oC.The destruction of chemical bonds of a poisonous substance occurs without a chemical reaction, on a physical level. A poisonous substance, such as mustard gas, is distributed on the surface of the carbon mixture of high reactivity at the level of the molecular layer. The carbon mixture, being a conductive material, under the influence of the microwave current accumulates static charges on the surface of the particles. When the charges reach critical values, discharges occur in the form of micro-arcs, the number of which amounts to millions per second. Thus, within a few minutes, the carbon mass, together with the poisonous substance to be destroyed, is heated to 2000 ^o C.

Этот разогрев можно производить до 4000^oC. Как показывают эксперименты, проведенные с использованием в качестве отравляющего вещества иприта (дихлордиэтилсульфита), уже при 2000^oC происходит полная деструкция молекул иприта на ее составляющие: молекулы хлора и серы. Нагрев свыше 4000^oC нецелесообразен, т. к. анализы показали, что в указанном диапазоне температур происходит 100%-ная деструкция отравляющего вещества.This heating can be carried out up to 4000 ^o C. As shown by experiments using mustard gas (dichlorodiethyl sulfite) as poisonous substance, already at 2000 ^o C there is a complete destruction of mustard molecules on its components: chlorine and sulfur molecules. Heating above 4000 ^o C is impractical, because analyzes showed that in the specified temperature range there is a 100% destruction of the toxic substance.

Продукты распада легко удаляются с поверхности углеродной смеси, после чего она вновь готова к использованию. Decomposition products are easily removed from the surface of the carbon mixture, after which it is again ready for use.

Claims

1. A method of destruction of chemical warfare agents, including drilling a hole in the shell of a projectile or container containing poisonous substances, connecting the internal volume of the projectile or container with the reactor volume by means of a pipeline, pumping toxic substances from the internal volume of the projectile or container into the reactor, breaking chemical bonds of the toxic substances in a reactor using a reaction mixture, characterized in that the connection of the internal volume of the projectile or container with the volume of the reactor m of the pipeline is made before drilling holes in the shell of the projectile or container containing poisonous substances, the connection is carried out to ensure tightness, drilling is carried out remotely inside the sealed connection, and a carbon mixture of high reactivity is used as the reaction mixture, and the destruction of chemical bonds of the toxic substances is carried out by pyrolysis under the influence of microwave currents.

2. The method of destruction of chemical warfare agents according to claim 1, characterized in that the reactor is placed on a ship.

3. The method of destruction of chemical warfare agents according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon mixture of high reactivity is obtained by treating graphite powder with acid and further heat treatment by passing direct current through graphite powder.

4. The method of destruction of chemical warfare agents according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the microwave frequency is 900 - 2500 MHz at a current power of 50 - 5 kW.

5. The method of destruction of chemical warfare agents according to any one of claims 1 to 4, characterized in that under the influence of the microwave current, the carbon mixture of high reactivity is heated to a temperature of 2000 - 4000 ^o C.