Transcript ClC 2 H 2

Название слайда
Технологии детоксикации и утилизации высокотоксичных соединений
ННГУ
2000 г. Объект по уничтожению химического оружия в п. Горный
Саратовской области
Высокотемпературное аммиачное восстановление люизита до элементного
мышьяка. Опытная установка 80 т/год
2007 г. ОАО Капролактам-Дзержинск 20000 тонн отходов
Способ химической иммобилизации мышьяка непосредственно в отходах
строительных материалов и цементном камне (бетоне)
Промышленная установка 10000 т/год
2010 г. космодром Байконур
Установки нейтрализации манометров от компонентов ракетного топлива
(гептил и амил) «НЕГА»
Метод критической взрывной десорбции вещества из капилляров
2012 г. Объект по уничтожению химического оружия «Леонидовка»
Пензенской области
Переработка водного раствора фторида калия, образовавшегося при
выделении неорганических веществ из реакционной массы от уничтожения
ВР-55 рецептурой РД-4М методом капсулирования с использованием гипса и
2
цемента
Опытная установка 700 кг/час
Научные основы процессов детоксикации и утилизации
высокотоксичных соединений
-
Необходимые условия
- оригинальный подход к решению задачи
- степень детоксикации не менее 99,99 %
-обеспечение экологической безопасности: от супертоксиканта
до малоопасных продуктов - lV класс опасности
Алгоритм решения задачи
- исследования термохимических и физико-химических свойств
исходных, промежуточных и конечных продуктов, анализ
моделирование технологических процессов – лабораторные – пилотные и опытные установки
- опытные образцы
- Государственная техническая и экологическая экспертиза проекта
3
Реакции восстановление люизита и ТХМ до элементного мышьяка
f H0,
Хлорвиниларсинимид
(8)
ClC2H2AsNH + NH3  As + C2H2 + NH4Cl + 1/2N2
кДж/моль
-50,17
бис-хлорвиниларсинамид
(9)
(ClC2H2)2AsNH2 + 2NH3  As + 2C2H2 + 2NH4Cl + 1/2N2
-69,52
брутто-реакция -люизита
(10)
ClC2H2AsCl2 + 4NH3  As +C2H2 + 3NH4Cl + 1/2N2
-355,97
Хлорарсинимид
ClAsNH + NH3  As + NH4Cl + 1/2N2
брутто-реакция ТХМ
AsCl3 + 4NH3  As + 3NH4Cl + 1/2N2


CN
-241,36
(12)
-454,0
+
+
N
бензамин 5 %
C2H2 + 2NH3  CH4 + 1/2C2H4 + N2 + H2
2C2H2 +2H2  CH4 + C2H4 + C
хинолин 25 %
+ 0,25C2H4 + 0,5C2H2 + 5H2
Состав газов (объ.%)
+
CN
CN
NH 2
ClC2H2AsCl2 + 5NH3 
As + 3NH4Cl + N2 + 0,5CH4 +
N
CN
бензонитрил 50% 1,2-бензоди пиридин
карбонитрил 10%
+
ClC2H2AsCl2 
ClC2H2AsClNH2 
ClC2H2AsNH 
As + 3NH4Cl
(11)
термораспад -люизита
(13)
ClC2H2AsCl2  AsCl3 + 3/2C + 1/2CH4
-136,88
Реакции аммонолиза ацетилена и хлорвинила
4C2H2 + n NH3
ClC2H2 + nNH3
Реальная реакция
аммонолиза - люизита
карбонитрил 10%
+ CH4 + NH4Cl
азот - 43,8;
метан - 18,5;
ацетилен - 26,4;
этилен - 10,6;
водород - 0,7;
ароматические
углеводороды - 5
4
1
4
7
2
5
3
6
8
Испытательный стенд аммонолиза люизита ННГУ в 33 ЦНИИИ МО РФ.
1 – дозатор ОВ, 2 – форсуночная головка, 3 – реактор в сборе,
4 - адсорбер, 5 - холодильник абгазов, 6 – насадочный орошаемый скруббер,
7 – рабочая часть реактора из силицированного графита, 8 - камера конденсации реактора.
5
Люизит
Люизит
Аммиак
400
500
600 оС
Аммиак
I
Хлористый
аммоний,
мышьяк,
углеводороды
II
Рис. а)
III
Рис. б)
Продукты
аммонолиза
Рис. в)
Раствор
хлористого
аммония
Схема процесса
аммонолиза люизита
в проточном
реакторе.
I – зона жидкофазного
аммонолиза и термораспада
люизита;
II – зона диффузионноконвективного аммонолиза;
III – зона охлаждения и
конденсации продуктов
аммонолиза.
а) - модель процессов
жидкофазного аммонолиза
капли люизита.
б) схема материальных
потоков в реакторе.
в) температурный
профиль продуктов
аммонолиза по длине
реактора.
6
4. Решение экологических проблем
4.1. Детоксикация бывших цехов производства люизита
7
7
Расположение корпусов производства люизита
на территории ОАО «Капролактам»
Назначение корпусов:
№ 251 - приемка и проверка
корпусов боеприпасов;
№252 - проверка состояния
снаряженных боеприпасов
№ 310 - приготовление
смеси иприта с люизитом,
наполнения боеприпасов
№ 305 - приготовление и
хранение смеси иприта с
люизитом
№ 315 - хранение люизита
№ 316 - синтез
треххлористого мышьяка
№ 317 - производство
люизита
316
317
251
305в
305
315
310
8
Загрязнение территории ОАО «Капролакта» мышьяком.
10 – 10000 ПДК
1- 10 ПДК
Меньше ПДК – 2 мг/кг
Территория не обследована
9
к. 317. Синтез люизита.
Содержание мышьяка в грунте на глубине 0,5м, в ПДК
80
10м
55
150
400
12м
550
900
150
11965
505
200
Содержание мышьяка в ПДК
317 Синтез
люизита
34
90
75
150
- - - - бетонный забор - граница с
территорией «Сибур-Нефтехим»
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
5
метры
Содержание мышьяка в грунте по глубине,к.
317, южная сторона
1750
200
14000
Глубина
грунта, м
Содержание
мышьяка, в
ПДК
6
0
0,5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
1180
11965
4760
620
3940
1215
930
10
Природа соединений мышьяка в отходах строительных материалов и грунте
Строительные отходы
...  Ca  OH
O  Ca  ...
1) Взаимодействие оксида
 Cl  CH  CH  As  O  H 2O  Cl  CH  CH  As
люизита с алюмосиликатами
...  Ca  OH
O  Ca  ...
кальция (кирпич)
CaAl2.Si2O8.4H2O
O  Ca  ...
O  Ca  ..
2) Гидролиз
хлорвиниларсенита 2Ca(OH ) 2  Cl  CH  CH  As  Ca (OH )Cl  CH  CH  OH  Ca  О  As
O  Ca  ...
O  Ca  ..
кальция цементным раствором
и получение арсенитоалюмосиликата кальция
Саx(AsO3)y(Al2O3)z (CaO.SiO2).4Н2О
Грунт. Образование арсоновых кислот ClC2H2AsCl2 + 2H2O  ClC2H2AsO(OH)2 + 2HCl
Объект
Отходы
строительных
материалов
Грунт
Люизит и его соединения
Cl  CH  CH
 As  CH  CH  Cl
Cl  CH  CH
g-люизит
Cl  CH  CH
 As  CH  CH  Cl
Cl  CH  CH
g-люизит
Неорганический мышьяк
...Ca  O
 As  CH  CH  Cl
...Ca  O
...Ca  O
 As  O  Ca...
...Ca  O
Хлорвинилсодержащие соединения
мышьяка связанные со структурой
строительных материалов
OH
|
OH As CHCHCl
||
O
(Cl  CH  CH ) As
2
|
(Cl  CH  CH ) As
2
Соли
хлорвиниларсоновой кислоты
Тетрахлорвинилдиарсин
Арсениты кальция, связанные со
структурой строительных
материалов
...M  O
 As  O  M ...
...M  O
M  металл
Неорганические соединения
мышьяка
11
Стадии детоксикации отходов строительных материалов
цементным раствором
1. Дробление строительных
отходов на установке ДРО-703
в щебень с размером не
более 40 мм.
2. Детоксикация
строительных отходов
цементным раствором
в миксере АБС-7 в течение 2
часов.
3. Выгрузка бетонной смеси в
карты хранения
(переоборудованные
подвальные помещения
корпусов № 315 и 305).
4. Определение класса
опасности бетона для
окружающей природной
среды по результатам
экспериментальных водномиграционных показателей и
интегральной токсичности
методом биотестирования по
двум тест-объектам.
Формирование паспорта
хранилища
12
Переработка водного раствора фторида калия,
образовавшегося при выделении неорганических веществ
из реакционной массы от уничтожения ВР-55 (вязкий зоман)
рецептурой РД-4М (изобутилат калия)
методом капсулирования с использованием гипса и цемента
Гипс
Цемент
Осаждение
фторида
кальция
Раствор
фторида
калия
Капсулирование
фторида кальция
СаSO4 + 2KF → CaF2↓ + K2SO4 - 86,2 кДж/моль
Бетон
Содержание фторида калия в растворе от времени
взаимодействия с гипсом
Степень обезвреживания
раствора от соединений фтора,
40
Содержание, % мас.
35
30
мг/л
25
20
Исходный раствор – 460000
15
Очищенный раствор - 8
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время, мин
13
Характеристика бетонных блоков
Свойств
о
Показатель
1
Внешни
й вид
Твердое
вещество
серого
цвета
2
Плотнос
ть
1,7-1,9 т/м3
5
3
Раствор
имость
в воде
Массовая
доля, % не
более
0,1 с
поверхност
и
6
Прочнос
ть на
сжатие
8,0-12,0 МПа
(80-120
кг/см2)
7
№
4
№ Свойство
Показатель
Водопоглощение
Массовая
доля,
% не более
0,16
Состав:
Массовая
доля, %
9-11
24-26
63-67
- фторид кальция
- сульфат калия
кристаллогидраты
силикатов и
алюмоферросиликатов
кальция
*Токсичность:
- для окружающей
природной среды
- для человека
IV малоопасные
отходы
3малоопасные
отходы
14
Бункер компонента
1
гипс
Бункер-дозатор
компонентов
Бункер компонента
2
цемент
Поз. 7
Поз. 5
Поз. 6
Поз. 1
Поз. 3
Поз. 4
Поз. 2
15
16
Установка нейтрализации
манометров от компонентов
ракетного топлива «НЕГА»
Метод критической взрывной
десорбции вещества из капилляров
17
Космический аппарат «СОЮЗ»
18