Плазмохимический способ уничтожения и утилизации отравляющих веществ и боеприпасов

Весьма перспективным способом обезвреживания токсичных органических соединений, и в первую оче­редь отравляющих веществ, является плазмохимичес-кий. Плазмохимические технологии включают в себя совокупность методов получения специфических, в том числе и сверхчистых,веществ с помощью химичес­ких реакций в низкотемпературной плазме. Источни­ком потока служит плазмотрон с температурами на выходе от 2 до 7 тысяч градусов Кельвина и скоростя­ми струи от 10 м/с до 1 км/с, причём реакции проходят в квазиравновесных условиях. Конечные результы та­ких реакций определяются кинетическими и термоди­намическими закономерностями с учётом диффузион­ного турбулентного переноса и макроскопического пе­ремешивания реагентов. В этих условиях с большими скоростями протекают гетерогенные реакции,реаген­ты и продукты находятся в возбуждённых состояниях, существенными становятся столкновения молекул с заряжёнными частицами. Механизмы таких реакций зависят от длин свободного пробега реагирующих час­тиц, давления среды, удельной мощности, вложенной в плазменный объём, состава плазмы, а также от рас­пределения молекул по уровням энергий — электрон­ной, колебательной и вращательной.

Несмотря на то, что плазма во многих отноше­ниях ведёт себя как обычнычный газ и подчиняется законам газовой динамики, в ней создаются предпо­сылки для возникновения химических соединений, не существующих при обычных условиях. В частно­сти, при температуре выше 2,5 тыс. град. К при дав­лениях близких к атмосферному наблюдается замет­ное количество кислорода в атомарном состоянии, имеющего высокую окислительную способность.

Установлено, что деструкция органических со­единений в потоках низкотмпературной плазмы про­исходит посредством химических реакций окисле­ния органических молекул главным образом с учас­тием свободных радикалов — частиц с неспаренны-ми электронами на внешних атомных или молеку­лярных орбиталях [92]. Они образуются из молекул под действием интенсивных энергетических воздей­ствий и обладают повышенной реакционной способ­ностью. Участие «активных» частиц низкотемпера­турной плазмы в реакциях окисления продукта в значительной степени зависит от интенсивности мас-сопереноса в газовой фазе из объёма плазмы на меж­фазную поверхность контакта газа с жидкостью. Уменьшение времени пробега активных частиц до­стигается за счёт увеличения скорости массоперено-са, турбулизации потока и уменьшения объёма реак­тора. Такие требования для низкотемпературной плазмы могут быть реализованы при высоких скоро­стях потока с дополнительным дроблением жидкого продукта в непосредственной окрестности сопла.

Развитие плазмохимии и плазмохимической тех­нологии способствовало созданию в 70 годах 20-го века первых опытных, а затем и опытно-промышленных ус­тановок для обезвреживания и регенерации промыш­ленных отходов [3, 22, 83, 91]. При этом способе осуще­ствлялось воздействие на токсический продукт струей низкотемпературной плазмы электрического разряда с целью его окисления активными окислителями — ато­мами и радикалами, которые присутствуют в плазме в высоких концентрациях. Наиболее перспективным ра­бочим телом плазмотрона для этих целей очевидно яв­ляется кислород. Потенциальным достоинством ис­пользования низкотемпературной плазменной струи для детоксикации отравляющих веществ является ис­ключительно высокая окислительная способность ато­марного и возбуждённого кислорода по отношению к любым органическим соединениям.

Теоретические проработки и лабораторные ис­следования показали [104], что плазмохимический процесс обезвреживания токсикантов возможен в по­токах кислородосодержащей плазмы с температура­ми ~ (4-5) тысяч градусов и скоростями ~ 10 3 м/с, ис­текающими в объём с отравляющим веществом. При этом необходимо предусмотреть невозможность по­падания паров продукта в окружающую среду и не­прерывность процесса. Предполагается, что реакции окисления будут происходить в результате переноса атомарного или возбуждённого молекулярного кис­лорода на границу раздела газ-жидкость.

Плазмохимический метод разработан и испы­тан [53] на имитаторах нервно-паралитических отрав­ляющих веществ в научно-исследовательской лаборато­рии фирмы «Локхид». Испытания показали высокую надёжность и эффективность деструкции продукта.

Использование плазмотронов в технологии детоксикации отравляющихвеществ привлекает внимание возможностью получения высокотем пера-турных газовых потоков с высоким окислительным потенциалом, позволяющим в компактных устрой­ствах добиваться полной деструкции продукта в одну стадию, минуя этап работ с реакционными массами.

Отметим, что несмотря на сравнительно боль­шой объём исследований, выполненных к настояще­му времени в области плазмохимии,не существует технологии осуществления подобных процессов в стационарных плазменных потоках.

Высокий расход электроэнергии и сложность проблем, связанных с плазменной технологией, пре­допределили нерентабельность данного метода для обезвреживания и регенерации промышленных от­ходов. Однако такое положение может существенно измениться, если обезвреживание касается химичес­кого оружия. Здесь вопросы гарантированной на­дёжности и безопасности являются первостепенны­ми. В настоящее время метод плазмохимической очистки токсикантов проходит этап лабораторных исследований.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 48 | 0,189 сек. | 12.51 МБ