Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка технологии утилизации крупногабаритных корпусов ракетных двигателей, изготовленных из органических композиционных пластиков

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии утилизации крупногабаритных корпусов ракетных двигателей, изготовленных из органических композиционных пластиков"

РГ6 од

- 8 ОНТ 1996

На правах рукописи

КОРОТАЕВ Владимир Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОРПУСОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ ОРГ АНИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЛАСТИКОВ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре охраны окружающей среды Пермского государственного технического университета.

Научные руководители:

1. Доктор медицинских наук, профессор, академик РЭА Вайсман Я.И.

2. Доктор технических наук, доцент Пальчиковский В.Г. Официальные оппоненты:

1. Доктор химических наук, профессор, академик РЭА Лейкин Ю.А.

2. Кандидат химических наук Семенов В.И.

Ведущая организация: Научно-исследовательский технологический институт углеродных сорбентов (НИТИУС), г.Пермь

Защита состоится ¿К/^/^са-С^Г" 1996г. в час.

в ауд. /¿-ок-</7- ^¿сл^си на заседании диссертационного совета Д 053.34.11 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47. Миусская пл., д.9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центе РХТУ им. Д.И.Менделеева.

Автореферат разослан" 2 Т " сЛя^с^е* 1996г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

В связи с договорами о сокращении стратегических наступательных вооружений и снятием ракетно-космических изделий с боевого дежурства после окончания гарантийного срока хранения возникла необходимость ликвидации в больших масштабах широкого класса ракетных систем, в том числе ракет с двигателями на твердом топливе (РДТТ).

До конца 80-х годов проблема решалась путем подрыва или захоронения отдельных элементов ракет или их огневого уничтожения. При этом безвозвратно терялись ценные материалы, происходило интенсивное загрязнение окружающей среды.

При резком возрастании масштабов ликвидации ракетно-космической техники возникла необходимость комплексного решения этой проблемы с целью минимизации экономических затрат, наибольшего использования отдельных узлов и материалов изделий в народном хозяйстве, обеспечения безопасности населения и экологических требований.

Одним из основных элементов утилизируемых ракет с РДТТ является их корпус. Уникальные физико-химические свойства и прочностные характеристики основного конструкционного материала корпуса РДТТ - органического композиционного пластика, определяют сложность проблемы утилизации самого материала и изделия в целом.

К моменту выполнения настоящей работы отсутствовали отечественные и зарубежные технологии утилизации пластиковых корпусов РДТТ, отвечающие экологическим требованиям. Известные технологии уничтожения РДТТ были высокозатратными и экологически опасными.

Основанием для выполнения работы является постановление Совета Министров СССР от 23.08.90г. № 883-117 о создании базы ликвидации ракетных средств стратегических наступательных вооружений (СНВ) и необходимости разработки новых технологий, обеспечивающих выполнение Процедуры ликвидации элементов ракетных средств СНВ и дающих максимальный эколого-экономический эффект.

Данная работа ведется в рамках программы НИОКР Министерства обороны РФ.

Работа включена в состав комплексной целевой программы "Экология Западного Урала".

Проводимые нами в 1990-1992 гг. предварительные исследования по утилизации искусственных и природных отходных органических материалов методом низкотемпературного пиролиза с целью получения сырья для производства углеродных адсорбентов, позволили сделать предположение о возможности использования этого направления для утилизации органо-пластиковых материалов и изделий на их основе, в частности органо-пластиковых корпусов ликвидируемых РДТТ. Это позволило сформулировать основную цель работы и задачи по ее реализации.

Цель работы: Установить оптимальные условия переработки орга-нопластиковых корпусов РДТТ методом низкотемпературного пиролиза с целью снижения прочностных характеристик изделия и его разрушения, а также последующей парогазовой активации карбонизата, разработать на базе полученных данных экологически безопасную технологию утилизации органопластиковых корпусов РДТТ и внедрить ее для обеспечения Программы ограничения и сокращения стратегических наступательных вооружений в 1996-2010 гг.

Основными задачами работы в соответствии с поставленной целью явились:

1. Изучение состава и свойств органопластиковых композиционных материалов и конструкций изделий из них (корпуса РДТТ) как объектов утилизации.

2. Установление оптимальных условий утилизации органопласти-ков методом термической деструкции с определением технических характеристик карбонизата органопластика и основных технологических параметров процесса карбонизации. Определение прочностных характеристик карбонизата.

3. Определение технических, структурных и сорбционных характеристик углеродных адсорбентов из органопластикового карбонизата.

4. Разработка технологической схемы утилизации органопластиковых корпусов РДТТ методом пиролиза и последующей парогазовой активации карбонизата, обеспечивающей экологическую безопасность процесса утилизации.

5. Эколого - экономическая оценка процесса утилизации органопластиковых корпусов РДТТ путем карбонизации и последующей парогазовой активации карбонизата.

Научная новизна: Обоснован рациональный, экологически безопасный способ утилизации крупногабаритных корпусов РДТТ, изготовленных из органических композиционных пластиков. Способ заключается в снижении прочностных характеристик конструкции путем термической деструкции методом низкотемпературного пиролиза и последующей парогазовой активации карбонизата с получением углеродных сорбентов.

Выявлены и проанализированы пики газовыделения в процессе терморазложения органопластиков. Установлена взаимосвязь между характером терморазложения связующего и наполнителя с протеканием процесса термической деструкции композиции в целом.

Установлено влияние режимов термической деструкции органопластика на технические и структурные характеристики карбонизата. Определены технические, структурные и сорбционные характеристики углеродных адсорбентов из органопластикового карбонизата в зависимости от режимов карбонизации и парогазовой активации.-Установлены оптимальные условия протекания основных стадий процесса обеспечивающих мак-

симальный выход карбонизата, его максимальную суммарную пористость и наибольшую эффективность получаемых углеродных адсорбентов.

Определены прочностные характеристики карбонизованного органопластика.

Исследован качественный и количественный состав конденсирующейся и неконденсирующейся фаз продуктов пиролиза органопластиков.

Практическая значимость. Разработан и защищен положительным решением о выдаче патента способ утилизации крупногабаритных изделий из высокопрочных пластиковых органических композиционных материалов. Определены оптимальные параметры процессов пиролиза органопластика и активации карбонизата на модельных и реальных системах. Разработана технологическая схема карбонизации органопластиковых корпусов РДТТ и ее аппаратурное оформление. Разработки положены в основу кон-структорско-технологической документации установки карбонизации органопластиковых корпусов РДТТ. Результаты проведенных исследований использованы при разработке технических условий ТУ 6-00209591-457.0П-95 на уголь активный АУ-ОП. По разработанной конструкторской и проектной документации в настоящее время ведется сооружение опытно-промышленной установки пиролиза, для проведения практических работ по утилизации корпусов РДТТ на сооружаемой базе ликвидации элементов ракетных средств СНВ.

Основные положения, выносимые на защиту.

- концепция утилизации органопластиковых корпусов РДТТ путем карбонизации и последующей парогазовой активации карбонизата с целью получения углеродных адсорбентов;

- характеристики карбонизата и углеродного адсорбента, получаемого из органических композиционных пластиков;

- технологические параметры процесса карбонизации, технологическая схема установки карбонизации и транспортно-технологическая схема процесса утилизации органопластиковых корпусов РДТТ.

Апробация работы . Основные результаты работы апробированы на международных конференциях "Экология и конверсия",Пермь, 1992 г., "Безопасность окружающей среды: медицинские, экономические и правовые аспекты", Пермь, 22-24 сентября 1992 г., "Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях", Пермь, 4-6 апреля 1995г.

Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в подготовленных в соавторстве 6-ти публикациях в виде тезисов докладов, а также одной заявке на изобретение, по,которой получено положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче патента.

Объем и структура работы . Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, включающего 150 наименований и 13 приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, включает 17 рисунков и 38 таблиц. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ состояния проблемы утилизации элементов ракетно-космической техники и отходов ее производства.

В настоящее время перед ракетно - космической промышленностью возникла проблема ликвидации ракетно - космических комплексов, снимаемых с вооружения по договорам о сокращении стратегических наступательных вооружений и изделий с завершившимся гарантийным сроком эксплуатации. Необходимость ликвидации ракетно - космической техники, с соблюдением при этом ужесточившихся требований санитарно - гигиенической безопасности и обеспечением максимального экономического эффекта, требует разработки технологий и производств на их основе, отвечающих требованиям технико - экономической и эколого - экономической эффективности.

Одним из основных элементов современного ракетно - космического комплекса является ракетный двигатель на твердом топливе (РДТТ). Процесс утилизации РДТТ складывается из частных технологических процессов разборки на элементы и поэлементной утилизации. Наиболее крупногабаритным элементом РДТТ является корпус. Современные корпуса РДТТ изготавливаются из высокопрочных органопластиковых композиционных материалов (ОП). Большие габариты изделий, особенности конструкции корпусов РДТТ и уникальные свойства используемых конструкционных материалов, требуют разработки специальных технологий и устройств, позволяющих эффективно решить проблему. Возможность использования этих материалов в других отраслях народного хозяйства, делает эту проблему особенно актуальной.

Анализ методов утилизации и проведенные нами предварительные исследования показали, что наиболее перспективным является метод низкотемпературного пиролиза органопластиковых корпусов РДТТ с целью снижения прочностных характеристик конструкции корпуса РДТТ, его разрушения и дальнейшего получения углеродных адсорбентов из карбо-низата ОП.

Результаты литературного анализа позволили сформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе дана характеристика корпусов РДТТ, изготовленных из органопластикового композиционного материала и отходов их производства как объектов утилизации.

В конструкции корпуса современного РДТТ наряду с основным конструкционным материалом - композиционным органопластиком используется множество других материалов, усложняющих задачу утилизации. Наличие металлических (титановых и алюминиевых) закладных элементов, использование стеклопластйковых узлов стыка и различных покрытий ( теплозащитное покрытие (ТЗП), защитно-крепящий слой (ЗКС),

различные манжеты и т.д.) требуют их учета при разработке технологии утилизации.

Органопластики - это композиционные пластики на основе высокомодульных полимерных волокон, объединенных в органожгуты, пропитанных органическим эпоксидным связующим, взятых в соотношении 60: 40% по массе. Основа органожгута - ароматическое полиамидное волокно на основе полипарафениленбензимидазолтерефталамида с полипарафени-лентерефталамидом. Связующее представляет собой смесь эпоксидной смолы - 68% массы, бакеллитового лака, клея БФ-4 и смеси растворителей. Органопластики обладают следующими свойствами: плотность 1350 кг/ м3, предел прочности при растяжении 0,78 . 109 Па, модуль упругости при растяжении 42,17 . 109 Па, модуль прочности 57,8 . 104 Дж/кг, удельная жесткость 3124 . 104 Дж/кг, предельное относительное удлинение 2,1%.

Первая стадия утилизации РДТТ- удаление заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) методом огневых стендовых испытаний (ОСИ). При хранении корпусов РДТТ после ОСИ происходит загрязнение окружающей среды нитратами, хлоридами, фенолами, аммиаком, бензолом, толуолом и др. за счет остаточного газовыделения материалов и пыления закок-совавшегося внутреннего покрытия корпуса.

Производство ракетно-космической техники также сопровождается образованием промышленных отходов, требующих утилизации.

В настоящее время уничтожение отходов производства ОП корпусов РДТТ производится путем сжигания на открытом воздухе. При этом в атмосферу поступают выбросы(на 1 кг органопластикового материала): газообразного хлора 4540 мг/м3, окислов азота 800 мг/м3, монооксида углерода 800 мг/м3, эпихлоргидрина 1000 мг/м3,диоксида серы 200 мг/м3, ацетона 100 мг/м3, соединений фтора 5 мг/см3, фенола 175 мг/м3, бензола 50 мг/м3 и др.

В процессе ликвидации ракетно-космической техники в период с 1996 - 2010 г.г. потребуется провести утилизацию 1590 (только по одному классу изделий) корпусов РДТТ общей массой около 4000 т.

Уничтожение такого количества отходов традиционным сжиганием на открытом воздухе приведет к выбросу в атмосферу 138,9 т газообразного хлора, 24,3т оксидов азота и др., что подтверждает необходимость разработки технологии утилизации корпусов РДТТ. Эколого-экономический анализ влияния отходных корпусов РДТТ показал, что ущерб от обезвреживания традиционным методом составит 4948 млн.руб.

В третьей главе изложены результаты исследования процесса утили-: зации органопластиковых корпусов методом низкотемпературного пиролиза с получением сырья для производства углеродных адсорбентов. Определены параметры процесса карбонизации. Приведены основные характеристики полученного органопластикового карбонизата и активированного угля на его основе.

Оптимизация основных технологических параметров процесса карбонизации велась на основе анализа характера терморазложения ОП при различных темпах нагрева в среде гелия , исходя из требований максимального выхода твердого карбонизованного остатка и максимальной суммарной пористости образцов карбонизата.

Для исследования характера терморазложения и механизма формирования пористой структуры в процессе термообработки материала использовались дериватографический метод анализа, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, изучение изотерм сорбции диоксида углерода и паров бензола адсорбционным методом.

При исследовании процесса термической деструкции ОП выявлено два пика разложения - 380°С и 550°С. Изучение дериватограмм ОП (рис. 1,фиг. 1) и образцов органожгута (рис.1, фиг.2) и связующего (рис.1,фиг.З) показало, что температурные интервалы пиков разложения композиции близки к пиковым температурам разложения составляющих композиции и связаны с ними. В интервале 320°С - 420°С происходит разложение эпоксидного связующего, а при температурах 500°С - 600°С - разложение полиамидных волокон.

Образцы органопластика подвергали нагреву в инертной среде до 850°С с различными скоростями (2,5; 5; 10°С/мин) и активировали соответствующие углеродные остатки диоксидом углерода до обгара 50% массовых. При проведении оценки формирования пористой структуры ОП при карбонизации до 850°С с разными темпами нагрева, установлено, что с уменьшением темпа нагрева выход карбонизата по массе увеличивался, а выход по объему падал, что приводило к увеличению кажущейся плотности карбонизата, формированию более плотной структуры и снижению реакционной способности при парогазовой активации. Оптимизация результатов исследований структурных и технических параметров карбонизата, представленных в табл.1 и 2 соответственно, позволила установить оптимальные технологические параметры процесса карбонизации: конечная температура пиролиза 600 ± 25°С, темп нагрева 10 ± 2 °С/мин. Исследования показали, что температура самовоспламенения карбонизата на воздухе равна 350°С.

Полученные карбонизаты активировали водяным паром при температуре 900°С. Суммарная пористость = 0,6 см3/ г была достигнута при 50% обгаре путем многоступенчатой активации. Проведенные исследования показали, что по структурным параметрам, параметрам кристаллитов и сорбционным характеристикам, представленным в табл.3 в сравнении с адсорбентом КАД-йодный, адсорбент из ОП близок к промышленным маркам активных углей типа АР, АГ, КАД. Таким образом, органопластики могут быть использованы в качестве исходного сырья для получения активных углей на уровне промышленных марок. Следовательно, целесообразна разработка процесса утилизации органопластиковых корпусов

Рис. 1. Характер терморазложения ОП и материалов композиции органожгут-эпоксидное связующее в среде

гелия. Темп нагрева Ю°С/мин. Дериватограммы: 1 - образца ОП, 2 - органожгута, 3 - эпоксидного связующего.

РДТТ методом карбонизации и дальнейшей активации карбонизата с целью получения углеродных адсорбентов.

Таблица 1

Структурные параметры карбонизата ОП _при разных темпах нагрева_

Параметр Единица измерения Темп нагрева,°С/мин

10 5 2,5

Характеристика исход- г/см3 % 1,26 0,005 0,51-0,54 0,019 1,26 0,005 0,51-0,54 0,019 1,26 0,005 0.51-0,54 0,019

ного ОП:

плотность массовые доли-золы летучих веществ влаги

Характеристика карбо- г/см3 1,08 1,10 1,18

низата:

Кажущаяся плотность

Выход по массе % 0,48 0,50 0,52

Выход по объему % 0,56 0,55 0,48

Пикнометрическая плотность на единицу объема г/см3 1,95 1,95 1,96

Суммарная пористость на единицу объема см3/см3 0,45 0,44 0,40

Суммарная пористость на единицу массы см3/г 0,41 0,40 0,34

Таблица 2

Технические характеристики

Характеристика, методика определения Темп нагрева,°С/мин

4-5 8-10

Массовая доля золы в карбонизате,

%, по ГОСТ 3929-82 3,15 2,8

Массовая доля летучих веществ в

карбонизате,%, по ГОСТ 12594-67 3,0 9,85

Суммарный объем пор по воде,

см3/г, по ГОСТ 17219-71 0,32 0,37

Механическая прочность,%, по

ГОСТ 16188-70 87,0 84,5

Таблица 3

Характеристики ОП адсорбентов, полученных в лабораторной установке _

Характеристика Образец ОП КАД-йодный

Обгар 50% Обгар 60%

Вес литра, г/дм3 480 390 450

Массовая доля золы,% 4,2 5,3 16,8

Механическая прочность,% 76 70 60

Суммарная пористость,см3/г 0,62 0,82 0,65

Объем микропор,см3/г 0,22 0,29 0,27

Объем мезопор,см3/г 0,08 0,12 0,05

Активность по йоду в порошке,% 75 82 80*

Активность по йоду в зерне,% 60 65 55

Динамическая активность по бензолу, мин 41 48 -

* Активность по йоду в порошке для КАД-молотый.

В четвертой главе рассмотрена технология утилизации органопласти-ковых корпусов РДТТ методом карбонизации и последующей парогазовой активации карбонизата. Приведены результаты исследований физико-механических свойств карбонизованного органопластика. Произведен выбор размеров камеры пиролиза на основе оптимизации затрат на подготовку к парогазовой активации. Определены основные конструктивные параметры камеры пиролиза и основные технологические операции процесса утилизации корпусов РДТТ. Разработана транспортно-технологическая схема утилизации органопластиковых корпусов РДТТ.

Органопластиковый материал корпусов РДТТ относится к высокопрочным армированным слоистым пластикам. Высокие прочностные характеристики создают проблему механического разрушения изделий из этого материала. Исследования физико-механических свойств карбонизованного органопластика показали, что в процессе карбонизации значительно снижаются прочностные характеристики материала и адгезионная прочность органопластиковой оболочки с другими элементами конструкции корпуса РДТТ. Органопластиковый карбонизат имеет следующие прочностные характеристики: предел прочности при изгибе схи =9 + 10 МПа, модуль упругости при изгибе Еи = 4,3 + 5,6 ГПа; предел прочности при сжатии Стсж = 8-9 МПа, модуль упругости при сжатии вдоль волокон ЕСж1 = 0,69 ГПа, модуль упругости при сжатии поперек волокон ЕСж2= 0,11 ГПа. Сравнение прочностных характеристик исходного материала и карбонизата показало, что в результате карбонизации прочностные характеристики снижаются на два порядка. Следовательно, измельчение материала при подготовке к активации эффективнее проводить после процесса карбонизации.

Технологическая схема процесса утилизации органопластиковых корпусов РДТТ включает следующие технологические операции: подготовка корпуса к карбонизации; карбонизация органопластикового материала; отделение неорганических элементов и покрытий от органопластикового карбонизата; подготовка карбонизата к парогазовой активации; парогазовая активация карбонизата с получением конечного товарного продукта -углеродного адсорбента.

Подбор или разработка аппаратурного оформления для осуществления технологических операций утилизации корпусов велась с учетом характеристик объекта утилизации и объемов утилизации, взаимных ограничений, предъявляемых технологическими операциями к используемому оборудованию.

Определение габаритных размеров устройства карбонизации проведено на основе оптимизации затрат на осуществление подготовки к карбонизации и собственно карбонизацию с учетом капитальных и эксплуатаци-

размеров утилизируемых емкостей 1 - общие затраты, 2 - стоимость разделки, 3 - стоимость печного отделения

На основании проведенного анализа определены оптимальные размеры разделки корпусов перед карбонизацией и размеры камеры пиролиза. Наиболее оптимально сооружение печи пиролиза, рассчитанной на утилизацию цилиндрических корпусов длиной не более 4 м. Изделия, имеющие длину менее 2 м, могут карбонизоваться попарно, а при длине более 4 м режутся под нужный размер.

Камера пиролиза должна иметь следующие габариты: ддина-5 м, ширина 4 м, высота 4 м, площадь габаритного пода - 20 м2, площадь рабочего пода - 15 м2.

В качестве установки пиролиза разработана камерная печь периодического действия с выкатным подом (рис. 3). Метод нагрева - внешний обогрев жаровыми трубами. Пиролиз ведется в среде пиролизных газов.

В качестве производственной базы для производства активированного угля из органопластикового карбонизата предложено использовать цех активных углей АО "Сорбент". Описана технологическая схема производства активных углей.

В пятой главе произведена оценка воздействия процесса утилизации органопластиковых корпусов РДТТ на окружающую среду.

Наиболее детальной проработки мероприятий по защите окружающей среды требует процесс карбонизации корпусов, для этого определен состав отходящих газов при пиролизе органопластика. Пиролизные газы представляют собой смесь паров дистиллята (смолы) и неконденсирующихся пиролизных газов. Произведенные ХМС и другие исследования показали в пирогазах наличие большого количества различных производных органических соединений и продуктов разложения.

Конденсирующаяся фаза продуктов пиролиза содержала большое количество нитрилов и ароматических аминов (2-хлоранилин -58,1 мг/дм3 дистиллята и др.), фенолов - 88,1 мг/дм3, а также гетероциклические соединения - фураны. Первый пик разложения 320°С- 420°С (разложение связующего) характеризовался наличием в газовой фазе альдегидов, кетонов, ароматических, хлорпроизводных алифатических углеводородов, органических соединений серы и др. Для второго пика разложения 500°С-600°С (деструкция полиамидного волокна) характерно выделение предельных алициклических, предельных и непредельных алифатических, ароматических углеводородов и др.

Анализ состава исходного материала и парогазовой смеси позволил разработать схему обезвреживания отходящих продуктов пиролиза (рис. 3). Система газоочистки содержит циклонный реактор высокотемпературного дожига парогазовой смеси, узел каталитического доокисления, гомогенного восстановления оксидов азота, адсорбционной очистки на угольном адсорбере и абсорбционной очистки на волокнистом трехступенчатом фильтре.

Приведены результаты расчета материального баланса и термодинамического расчета узла высокотемпературного дожига.

Рис.3. Структурно-технологическая схема опытно-промышленной установки карбонизации ОП корпусов РДТТ: 1 - камера пиролиза; 2 - выкатной под; 3 - корпус РДТТ; 4,6,8 - форсунки; 5 - жаровые трубы; 7 - камера дожигания; 9 - каталитический насадок; 10 - узел гомогенного восстановления; 11 - рекуператор; 12 - вентилятор; 13 - газоохладитель; 14 - адсорбер; 15 - волокнистый фильтр; 16 - ды мосос; 17-дымовая труба; 18 - узел аварийного сброса газов.

Произведен расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе при проведении пиролиза.

Исследован состав адсорбента на содержание в нем токсичных органических соединений. Образцы водной вытяжки, взятой из органопласти-кового адсорбента по результатам хроматомасспектрометрических исследований мало отличались от образцов чистой воды.

В шестой главе отражены вопросы внедрения результатов работы и эколо-го-экономической эффективности внедрения технологии утилизации орга-но - пластиковых корпусов РДТТ методом пиролиза и последующей парогазовой активации карбонизата.

Опытная партия адсорбента была получена в условиях опытного производства испытательного центра "Сорботехн". Проведенные исследования показали, что полученный в условиях опытного производства карбо-низат имеет технические характеристики: суммарный объем пор - 0,34 см3/г; насыпную плотность - 560 г/дм3, механическую прочность - 85%, массовую долю золы - 1,4%, массовую долю летучих - 8,6%.

Активные угли опытной партии по физико-механическим и адсорбционным свойствам, представленным в табл. 4(в сравнении с промышленными углями), не уступают промышленным маркам КАД-йодный и АГ-2. При степени обгара 60% органопластиковые угли могут, заменить порошкообразные угли ОУ-А, КАД-йодный и КАД-молотый. На основе проведенных исследований разработаны технические условия ТУ 00209591-457.0П-95 на уголь активный АУ-ОП. По результатам работы в 1992-1995 г.г. разработан проект "Корпус термообезвреживания", в составе сооружаемой базы по ликвидации ракетно-космических систем. В настоящее время ведется строительство корпуса и монтаж установки.

Камера пиролиза имеет внутренние габариты 5*3,5*3,5 м, максимальная температура в камере до 750 °С, в качестве топлива используется дизельное топливо. Длительность процесса пиролиза до трех часов. Длительность одного цикла при естественном охлаждении изделия с печью 24 часа, при принудительном охлаждении 8 часов. Установка снабжена автоматизированной системой управления.

Уровень капитальных затрат на сооружение комплекса карбонизации ОП корпусов РДТТ составляет 8378 млн. руб. в ценах 1996 года.

Эффект от внедрения предложенной технологии при реализации программы утилизации ракетных средств СНВ, в сравнении с методом сжигания, составит 5206,8 млн.руб.

Таблица 4

Характеристика активных углей

Наимен вание активных углей Обгар % Вес, литра г/дм3 Сум- марн. порис тость > см3/г Меха-нич. прочность % Зола ' % Активность по йоду, % Актив, по ме-тилено-вой-голубой, мг/г Дина-мич. активность бензолами н

в зер не в порошке

1 : 2 3 4 5 6 7 8 9 10

АУ-ОП 50 492 0,65 78 2,6 58 76 - 40

АУ-ОП 60 398 0,84 72 3,1 64 83 220 -

КАД-йодн. 55 450 - 60 16-18 55 - - -

АГ-2 60 - 0,81,0 75 16-18 60 - - 40

АР-А 55 550 - 65 16-18 - - - -

ОУ-А 65 - 1,92,0 - 1,0 - 100 225 -

КАД-молоты - - - - 16-18 - 80 - -

Основные выводы:

1. Рассмотрены объекты утилизации - крупногабаритные корпуса РДТТ изготовленные из органических композиционных пластиков на основе высокомодульных полиамидных волокон и эпоксидного связующего. Произведен эколого-экономический анализ процесса ликвидации корпусов РДТТ по существующей технологии сжигания. Ущерб от сжигания корпусов на открытом воздухе составит 4948 млн. руб.

2. Обоснован экологически безопасный метод утилизации ОП корпусов РДТТ путем низкотемпературного пиролиза с целью снижения прочностных характеристик и разрушения конструкции, а также дальнейшей парогазовой активации карбонизата с получением углеродных сорбентов. Определены прочностные характеристики карбонизата ОП - аи = 9 ч- 10 МПа, Ей = 4,3 ■*■ 5,6 Гпа, ас* = 8-9 МПа, ЕСЖ| = 0,69 ГПа, ЕСЖ2= 0,11 ГПа.

3. Изучена зависимость характеристик карбонизата и углеродного адсорбента от режимов термической деструкции ОП. Изучены особенности терморазложения композиционных органических пластиков. Определены оптимальные параметры процесса карбонизации ОП. Конечная температура пиролиза 600°С, темп нагрева 10°С/мин.

4. Определены характеристики карбонизата, получаемого при низкотемпературном пиролизе органопластиков - суммарный объем пор- 0,34 см3 / грамм, насыпная плотность - 560 г / дм3, механическая прочность -85 %, массовая доля золы - 1,4 %, массовая доля летучих - 8,6 %. Карбони-зат соответствует по своим техническим характеристикам материалам, используемым для производства углеродных адсорбентов.

5. Разработана установка пиролиза органопластиковых корпусов РДТТ, включающая камеру пиролиза с узлом высокотемпературного до-жига отходящих газов и систему газоочистки. Система газоочистки состоит из узла каталитического доокисления, узла гомогенного восстановления оксидов азота аммиаком, угольного адсорбера и трехступенчатого волокнистого абсорбционного фильтра. Определены оптимальные размеры камеры пиролиза, состав отходящих пиролизных газов. Произведена оценка воздействия процесса карбонизации на окружающую среду.

6. Разработана технологическая схема и аппаратурное оформление процесса утилизации органопластиковых корпусов РДТТ, включающая подготовку изделия к карбонизации, собственно карбонизацию, отделение неорганических элементов , подготовку к активации и парогазовую активацию с получением углеродных адсорбентов.

7. Определены характеристики активированного угля, получаемого при парогазовой активации органопластикового карбонизата ( при обга-ре 60 %): вес литра - 398 г/дм3, суммарная пористость - 0,84 см3/г, механическая прочность 72%, зольность - 3,1%, активность по йоду в зерне - 64%, в порошке - 83%, активность по метиленовой - голубой - 220 мг/г, динамическая активность по бензолу ( обгар 50%) - 40 мин. Органопластиковый активный уголь по физико-механическим и адсорбционным свойствам не уступает промышленным маркам КАД - йодный, КАД - молотый, АГ - 2, ОУ - А. Разработаны технические условия ТУ 6-00209591- 457.0П-95 на уголь активный АУ-ОП, изготовляемый из органопластикового карбонизата.

8. Проведенные исследования положены в основу разработки проекта "Установка пиролиза органопластиковых емкостей". Производительность установки до 300 ОП корпусов в год. В настоящее время ведется строительство установки в составе базы ликвидации ракетных средств СНВ.

9. Выполнена технико-экономическая оценка технологии утилизации органопластиковых корпусов РДТТ. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии с учетом предотвращенных ущербов составляет 5206,8 млн.руб.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Вайсман Я.И., Карманов В.В., Коротаев В.Н. Экологические аспекты конверсии ракетно-космической техники. Безопасность населения. //Материалы международной конференции "Безопасность окружающей среды: медицинские, экономические и правовые аспекты". Пермь,1992.-с.15.

'2. Вайсман Я.И./Карманов В.В., Коротаев В.Н. Утилизация крупногабаритных элементов ракетно-космической техники из органопласти-ковых материалов. //Материалы международной конференции "Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях", Пермь, 1995 .- с. 17.

3. V. Karmanov, V. Korotaev, Y. Vaisman Technology of plastic composition elements utilization of rocket-cosmic with ecological security and product of utilization uze in people economy. // The 1995 International Co-Conference on Environmental Pollution (ISEP' 95) and Neuroimmuno Interactions and Environment (ICONE' 95).- 17-24 July 1995, St.Petersburg, Russia, p.67.

4. Карманов B.B., Коротаев В.Н. Исследование температурных режимов деструкции органопластиков с целью получения углеродных материалов. // Материалы всероссийской научно - технической конференции "Научно - технические проблемы конверсии промышленности Западного Урала", Пермь, 1995.- с. 13.

5. Карманов В.В., Коротаев В.Н. Углеродные адсорбенты из орга-нопластиковых материалов. // Материалы всероссийской научно - технической конференции "Научно - технические проблемы конверсии промышленности Западного Урала", Пермь, 1995 .- с. 14.

6. Коротаев В.Н. Термическая деструкция изделий из органопластика, как способ снижения прочности конструкции при утилизации. //Материалы всероссийской научно - технической конференции "Научно -технические проблемы конверсии промышленности Западного Урала", Пермь, 1995 .- с. 15.