RU2022590C1

RU2022590C1 - Method and device for rendering toxic agents harmless

Info

Publication number: RU2022590C1
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Ашихмин; И.К. Матценгер; Б.С. Новоселок; С.В. Пацера; В.А. Пинчук; Б.Т. Плаченов; В.А. Сиротко; Ю.Н. Филимонов
Original assignee: Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Д.Ф.Устинова
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: rendering toxic agents harmless technology. SUBSTANCE: toxic agents are subjected to thermal decomposition at the region of burning of liquid organic fuel at presence of oxygen at temperature 2200-3200 deg K. Then aqueous solution of calcium acetate is introduced into combustion product flux and composition of the solution. Kerosene is used as liquid organic fuel (mass relation to toxic agent is equal to 4:1); toxic agent is introduced in form of true solution in kerosene. Device has reactor provided with combustion chamber. There is a bottom at the end of the chamber, there is output critical nozzle made at the other end of the chamber. The bottom has injectors for supplying fuel and toxic agent. Combustion chamber is separated to two zones: thermal decomposition zone which adjoins bottom and neutralization zone which adjoins output critical nozzle. Injectors for supplying calcium acetate aqueous solution are disposed at the boundary of these zones. Injectors for supplying toxic agent are disposed in the central part of the bottom, injectors for supplying fuel are disposed along periphery, injectors for supplying oxygen are disposed uniformly along the whole surface of the bottom. EFFECT: improved efficiency; improve reliability. 2 cl, 3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение касается уничтожения химических отравляющих веществ (ОВ), содержащих галогены, фосфор, серу, а также нейтрализации продуктов обезвреживания. The invention relates to the destruction of chemical poisonous substances (S) containing halogens, phosphorus, sulfur, as well as the neutralization of neutralization products.

Известен способ термического уничтожения соединений галогенов (отходов, содержащих соединения галогенов) [1], который заключается в том, что термическую реакцию проводят в реакторе с кипящим слоем, содержащим в качестве материала слоя оксид кальция. A known method of thermal destruction of halogen compounds (waste containing halogen compounds) [1], which consists in the fact that the thermal reaction is carried out in a fluidized bed reactor containing calcium oxide as the layer material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разложения органических галогеносодержащих соединений [2], заключающийся в том, что разложение проводят при температуре более 700^оС более 2 с, затем в поток вводят такое количество тонкодисперсного металла и/или его оксида, гидроксида, оксида и гидроксида, которое превышает количество, необходимое для стехиометрического превращения всех галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений.The closest in technical essence and attainable result is a method of decomposing organic halogen compounds [2], which consists in that the decomposition is carried out at a temperature of over 700 ^{° C} for more than 2 seconds, then the stream is introduced an amount of finely divided metal and / or an oxide, hydroxide , oxide and hydroxide, which exceeds the amount required for stoichiometric conversion of all halides and other acidic parts of decomposable compounds.

Недостатком указанного способа являются большое время выдержки при > 700^оС, которое превышает τ > 2 с. Большое время разложения требует большой длины реакционной зоны.The disadvantage of this method are the large dwell time at> 700 ^{° C,} which is greater than τ> 2. A large decomposition time requires a long reaction zone.

Устройство для проведения процесса представляет собой реактор с камерой, на одном торце которой выполнено выходное критическое сопло для вывода продуктов сгорания и разложения, на другом торце - днище с форсунками для ввода топлива, кислорода, обезвреживаемых веществ и металлов. The device for carrying out the process is a reactor with a chamber, on one end of which an output critical nozzle is made for outputting combustion products and decomposition, on the other end is a bottom with nozzles for introducing fuel, oxygen, neutralized substances and metals.

Недостатком устройства являются неравномерность распределения реагентов в камере сгорания и как следствие - неполное термическое разложение ОВ, а также протекание реакции связывания продуктов разложения ОВ и распыленного металла в гетерофазных условиях, что приводит к увеличению потребной реакционной зоны. The disadvantage of this device is the uneven distribution of reagents in the combustion chamber and, as a result, the incomplete thermal decomposition of the OM, as well as the reaction of the binding of the decomposition products of the OM and the atomized metal under heterophase conditions, which leads to an increase in the required reaction zone.

Целью изобретения является сокращение времени процесса обезвреживания, повышение эффективности обезвреживания и уменьшение выбросов в атмосферу. The aim of the invention is to reduce the time of the neutralization process, increasing the efficiency of neutralization and reducing emissions.

Это достигается тем, что обеззараживание ОВ путем термического разложения в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом, ввода в поток продуктов сгорания и разложения соединения кальция в количестве, превышающем необходимое количество для стехиометрического превращения продуктов сгорания, и улавливание образовавшихся твердых продуктов, проводят при температуре в зоне горения 2200-3200К, а в качестве соединения кальция используют водный раствор ацетата кальция. Кроме того, в качестве жидкого органического горючего используют керосин в массовом соотношении к обезвреживаемым ОВ - 4:1, а ОВ подают в виде истинного раствора в керосине. This is achieved by the fact that the disinfection of OM by thermal decomposition in the combustion zone of liquid organic fuel with oxygen, introducing into the stream of products of combustion and decomposition of the calcium compound in an amount exceeding the required amount for stoichiometric conversion of products of combustion, and trapping of the formed solid products, is carried out at a temperature of the combustion zone is 2200-3200K, and an aqueous solution of calcium acetate is used as the calcium compound. In addition, kerosene is used as a liquid organic fuel in a mass ratio to the neutralized OM - 4: 1, and OM is supplied as a true solution in kerosene.

Для реализации способа предложено устройство, включающее реактор с камерой, на одном торце которой выполнено днище, а на другом торце - выходное критическое сопло, и форсунки для ввода горючего, кислорода, ОВ и соединения металла. Камера разделена на зону термического разложения ОВ, примыкающую к днищу, и зону нейтрализации, примыкающую к выходному критическому соплу, при этом форсунки для ввода горючего, кислорода и ОВ расположены в днище, а форсунки для ввода соединения металла на границе раздела указанных зон. To implement the method, a device is proposed that includes a reactor with a chamber, on the one end of which a bottom is made, and on the other end - an output critical nozzle, and nozzles for introducing fuel, oxygen, OM and metal compounds. The chamber is divided into a zone of thermal decomposition of OM adjacent to the bottom and a zone of neutralization adjacent to the exit critical nozzle, while nozzles for introducing fuel, oxygen and OM are located in the bottom, and nozzles for introducing a metal compound at the interface of these zones.

Кроме того, форсунки для ввода ОВ расположены в центре днища, форсунки для ввода горючего - по периферии, а форсунки для ввода окислителя - равномерно по всей площади днища. Для определения соотношения всех компонентов проведен термодинамический расчет (см. таблицу). In addition, nozzles for injecting OM are located in the center of the bottom, nozzles for injecting fuel are located on the periphery, and nozzles for injecting oxidizer are uniformly distributed over the entire area of the bottom. To determine the ratio of all components, a thermodynamic calculation was carried out (see table).

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конструктивная схема реактора. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a structural diagram of a reactor.

Устройство содержит реактор 1, к которому подключены источник 2 керосина, источник ОВ 3, источник 4 кислорода и источник 5 раствора соли кальция. Источник ОВ подключен к реактору через смеситель 6, который соединен также с источником керосина. Реактор представляет собой цилиндрическую камеру 7 сгорания, на одном торце которой расположено форсуночное днище 8, а на другом - выходное критическое сопло 9. Форсуночное днище содержит полости окислителя (кислорода) 10, горючего 11 и ОВ 12. В камере сгорания последовательно расположены в сторону выходного критического сопла зона А термического разложения ОВ с форсунками для подачи ОВ 13 и горючего 14, выполненными двухкомпонентными центробежными, внешняя камера которых связана с полостью кислорода, и зона В нейтрализации продуктов разложения ОВ с поясами форсунок 15 для подачи водного раствора соли кальция. Форсунки для подачи ОВ расположены в центре форсуночного днища, форсунки керосина - по периферии, а кислорода - примерно по всей площади днища. The device comprises a reactor 1, to which a kerosene source 2, an OB 3 source, an oxygen source 4, and a source of calcium salt solution 5 are connected. The source of OM is connected to the reactor through a mixer 6, which is also connected to a source of kerosene. The reactor is a cylindrical combustion chamber 7, on one end of which there is a nozzle bottom 8, and on the other - an output critical nozzle 9. The nozzle bottom contains cavities of an oxidizing agent (oxygen) 10, fuel 11, and OB 12. In the combustion chamber, they are sequentially located towards the outlet critical nozzle, zone A of thermal decomposition of ОВ with nozzles for supplying ОВ 13 and fuel 14, made by two-component centrifugal pumps, the outer chamber of which is connected with the oxygen cavity, and zone В to neutralize decomposition products I OV with nozzle belts 15 for supplying an aqueous solution of calcium salt. Nozzles for supplying OM are located in the center of the nozzle bottom, kerosene nozzles are located on the periphery, and oxygen is located over the entire area of the bottom.

Такая организация смесеобразования позволяет избежать неполного разложения ОВ в пристеночном слое камеры сгорания. Полость окислителя 10 связана непосредственно с источником окислителя 4, полость горючего 11 - с источником горючего 2, а полость ОВ 12 - со смесителем 6. Таким образом, ОВ подают в камеру сгорания в виде истинного раствора ОВ в части горючего. This organization of mixture formation allows one to avoid incomplete decomposition of organic matter in the parietal layer of the combustion chamber. The cavity of the oxidizing agent 10 is connected directly to the source of the oxidizing agent 4, the cavity of the fuel 11 is connected to the source of the fuel 2, and the cavity of the ОВ 12 is connected to the mixer 6. Thus, the ОВ is supplied to the combustion chamber as a true ОВ solution in the part of the fuel.

Для обезвреживания химических отравляющих веществ в реактор 1 подают из источника окислителя (жидкого кислорода) 4 окислитель в полость 10, а оттуда инжектируют его через внешние камеры двухкомпонентных форсунок 14 и 13 в камеру сгорания 7. Одновременно в полость горючего 11 реактора от источника горючего 2 подают керосин, который инжектируют в камеру сгорания через форсунки 14. В зоне А камеры сгорания происходит инициирование процесса горения. Кроме того, в зону В через пояса форсунок 15 от источника раствора 5 подают водный раствор соли ацетата кальция Са(СООСН₃)₂. После выхода реактора на предварительный режим в смеситель 6 от источника горючего 2 подают часть горючего, а от источника ОВ-3 обезвреживаемое вещество, которое смешивают с образованием истинного раствора ОВ в части горючего, который через полость ОВ-12 и форсунки 13 впрыскивают в зону А камеры сгорания. В зоне А при 3000-3200К ОВ разлагают. Продукты сгорания и разложения поступают в зону В, где происходит их охлаждение и протекает гомогенная химическая реакция связывания галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений с образованием нетоксичных солей в твердом состоянии, которые вместе с газами истекают через выходное критическое сопло 9 в устройство, в котором твердую фазу улавливают, например в циклонный фильтр.To neutralize chemical poisonous substances, an oxidizer 4 is supplied to the cavity 1 from the oxidizer source (liquid oxygen) 4 into the cavity 10, and from there it is injected through the external chambers of the two-component nozzles 14 and 13 into the combustion chamber 7. At the same time, the fuel cavity 2 is supplied from the fuel source 2 kerosene, which is injected into the combustion chamber through nozzles 14. In the combustion chamber A zone A, a combustion process is initiated. In addition, an aqueous solution of calcium acetate Ca (CaOOCH ₃ ) ₂ salt is fed into zone B through nozzle belts 15 from a solution source 5. After the reactor enters the preliminary mode, part of the fuel is fed into the mixer 6 from the fuel source 2, and the neutralized substance is fed from the ОВ-3 source, which is mixed with the formation of a true ОВ solution in the fuel part, which is injected into the zone A through the ОВ-12 cavity and nozzles 13 combustion chambers. In zone A, at 3000–3200K, decomposition agents are decomposed. The products of combustion and decomposition enter zone B, where they are cooled and a homogeneous chemical reaction takes place between the halides and other acidic parts of the decomposed compounds to form non-toxic salts in the solid state, which together with the gases flow through the critical outlet nozzle 9 into a device in which the solid the phase is captured, for example, in a cyclone filter.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают быстрое термическое разложение отравляющего вещества при высокой температуре горения керосина Т-1 с жидким кислородом, последующее охлаждение потока продуктов сгорания и разложения до температур, оптимальных для проведения гомогенных реакций связывания галогенидов и других кислых частей разлагаемых соединений кальцием, который подается в поток в виде водорастворимой соли (ацетата), испаряемой при взаимодействии с охлажденным потоком. Thus, the proposed method and device provide rapid thermal decomposition of a poisonous substance at a high combustion temperature of T-1 kerosene with liquid oxygen, subsequent cooling of the flow of combustion products and decomposition to temperatures optimal for carrying out homogeneous reactions of the binding of halides and other acidic parts of decomposed compounds with calcium, which is supplied to the stream in the form of a water-soluble salt (acetate), evaporated in the interaction with the cooled stream.

За счет указанных мер повышается экологическая чистота процесса обезвреживания химических отравляющих веществ. Due to these measures, the environmental cleanliness of the process of neutralizing chemical poisons is increased.

Claims

1. A method of neutralizing toxic substances (OM) by thermal decomposition in the combustion zone of liquid organic fuel with oxygen, introducing into the stream of products of combustion and decomposition of the calcium compound in an amount exceeding the required amount for stoichiometric conversion of combustion products, and collecting the resulting solid products, characterized in that, in order to reduce the time of the process of neutralization and reduce emissions into the atmosphere, the temperature in the combustion zone is brought to 2200 - 3200 K, and as a compound To use an aqueous solution of calcium acetate.

2. The method according to claim 1, characterized in that, as a liquid organic fuel, kerosene is used in a mass ratio to the neutralizable OM - 4: 1, and OM is supplied as a true solution in kerosene.

3. A device for the neutralization of toxic substances (OM), comprising a reactor with a chamber, at one end of which there is a bottom, and at the other end an exit critical nozzle is made, and nozzles for introducing fuel, oxygen, OM and a metal compound, characterized in that, in order to increase the efficiency of neutralization, the chamber is divided into a zone of thermal decomposition of OM adjacent to the bottom and a zone of neutralization adjacent to the outlet crystal nozzle, while nozzles for introducing fuel, oxygen and OM are located in the bottom, and the force nk for input metal compounds - at the interface of these zones.

4. The device according to claim 3, characterized in that the nozzles for injecting OM are located in the center of the bottom, the nozzles for injecting fuel are located on the periphery, and the nozzles for injecting oxidizer are uniformly distributed over the entire area of the bottom.