專利名稱：毒性化合物處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理毒性化合物的毒性化合物處理系統(tǒng)和方法。
近來，為響應(yīng)化學(xué)武器禁用公約(chemical weapon forbiddingtreaty)的實行，強(qiáng)烈需要建立安全處理上述化學(xué)武器的方法。這樣的化學(xué)武器處理方法大致分為預(yù)處理法，用于從化學(xué)武器中提取毒性化合物和炸藥；主處理法，用于將預(yù)處理法中提取的毒性化合物和炸藥轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)；和后處理法，用于處理主處理法中產(chǎn)生的物質(zhì)，對環(huán)境絲毫不產(chǎn)生影響。
已知的預(yù)處理法包括，例如，將冷凍的彈藥筒(shell)與其罩一起破碎，提取其中所含的毒性化合物和炸藥的方法；和機(jī)械切割彈藥筒，提取其中所含的毒性化合物和炸藥的方法(參照，例如，日本專利臨時公報2001-66100)。
另外，已知的主處理法包括，例如，包括熱處理(或燃燒)毒性化合物和炸藥的方法；和包括化學(xué)處理毒性化合物和炸藥的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在上述的主處理法中，氯化合物、砷化合物(特別是五氧化二砷)、硫化合物(特別是硫的氧化物)等是毒性化合物如芥子氣和路易斯毒氣分解的新產(chǎn)物。因此，需要在后處理法中將其固定。
但是，關(guān)于該后處理法的細(xì)節(jié)沒有提出建議。
日本專利臨時公報10-1416396/’98記載了通過使用主要由含有鋁粉和金屬氧化物粉的鋁熱劑反應(yīng)物組成的鋁熱劑型自燃燃料，燃燒毒性化合物如路易斯毒氣的技術(shù)。但是，沒有提到燃燒生成的氯和砷化合物最終應(yīng)如何處理。
本發(fā)明是為解決上述技術(shù)問題而作出的，其目的是提供一種毒性化合物處理系統(tǒng)和方法，它可以安全地處理毒性化合物分解所產(chǎn)生的毒性化合物和有毒物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的毒性化合物處理系統(tǒng)包括用于燃燒毒性化合物的燃燒單元；用于通過堿性溶液清洗從燃燒單元排出的有毒氣體的清洗單元；用于凈化從清洗單元排出的廢氣的廢氣凈化單元；和用于從由清洗單元排出的廢液中分離有毒物質(zhì)的分離單元。
在本發(fā)明的毒性化合物處理系統(tǒng)中，通過燃燒毒性化合物而使其在燃燒單元分解，并且在清洗單元中用堿性溶液清洗和中和從燃燒單元排出的酸性有毒氣體，以便有毒氣體中存在的有毒成分可以進(jìn)入堿性溶液中，從而與氣體成分分離。另外，分離單元從由清洗單元排出的廢液中分離有毒物質(zhì)，以便可以將有毒物質(zhì)固定。另一方面，從清洗單元排出的廢氣在廢氣凈化單元被凈化，以便可以除去廢氣中剩余的有毒物質(zhì)。
上述的毒性化合物可以通過破碎或切割在外罩中含有毒性化合物和炸藥的化學(xué)武器來獲得。因此，該毒性化合物處理系統(tǒng)可以用作處理廢棄化學(xué)武器的系統(tǒng)。通過這種處理，也可以將外罩和炸藥與毒性化合物一起引入燃燒單元中，從而處理炸藥和分解附著于外罩上的毒性化合物。
另外，廢氣凈化單元可以具有氮氧化物去除單元，用于從由清洗單元排出的廢氣中除去氮氧化物；和二惡英去除單元，用于從由氮氧化物去除單元排出的廢氣中除去二惡英。這樣，用堿性溶液不能除去的氮氧化物和二惡英可以從廢氣中除去。
此外，分離單元可以具有加熱單元，用于加熱從清洗單元排出的廢液；和固體物回收單元，用于回收通過加熱固化的固體物。這樣，可以從廢液中得到固體物形式的有毒物質(zhì)。
或者，分離單元可以具有沉淀單元，用于沉淀從清洗單元排出的廢液中存在的有毒物質(zhì)；和沉淀物回收單元，用于從沉淀單元回收沉淀物。這樣，即使通過加熱難以固化有毒物質(zhì)，也可以容易地將廢液中存在的有毒物質(zhì)分離和固定。在該實施方案中，通過進(jìn)一步設(shè)置用于焙燒回收的沉淀物的焙燒單元，含有有毒物質(zhì)的沉淀物可以轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪蝗苡谒奈镔|(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的毒性化合物處理方法包括燃燒毒性化合物的燃燒步驟；借助于堿性溶液，清洗由燃燒生成的氣體成分的清洗步驟；凈化清洗的氣體成分的廢氣處理步驟；和從清洗步驟使用后的堿性溶液中分離有毒物質(zhì)的溶液處理步驟。
在本發(fā)明的毒性化合物處理方法中，用堿性溶液清洗和中和燃燒生成的氣體成分，并且可以從清洗使用后的堿性溶液中分離有毒物質(zhì)，從而可以固定有毒物質(zhì)。另外，也凈化了清洗的氣體成分。
燃燒步驟前，通過進(jìn)一步設(shè)置用于從化學(xué)武器中提取毒性化合物的毒性化合物提取步驟，該毒性化合物處理方法可以用作處理廢棄化學(xué)武器的方法。
廢氣處理步驟可以包括借助含有氧化鈦的催化劑從清洗的氣體成分中除去氮氧化物的氮氧化物去除步驟，在所述的催化劑中含有氧化釩、氧化鎢和氧化鉬的至少一種。這樣，可以從廢氣中除去用堿性溶液不能除去的氮氧化物。盡管已知含有上述過渡金屬氧化物的催化劑的催化性能因砷劣化，但在廢氣處理步驟前的清洗步驟中已除去了砷(五氧化二砷)。因此，可以抑制催化性能的劣化，從而延長催化劑壽命。
另外，溶液處理步驟可以包括加熱步驟，用于加熱在清洗步驟中使用后的堿性溶液；和固體物回收步驟，用于回收通過加熱固化的固體物。這樣，可以從清洗步驟中使用的堿性溶液中分離有毒物質(zhì)，并將其以固體物的形式固定。
或者，溶液處理步驟可以包括沉淀步驟，用于沉淀在用于清洗步驟后的堿性溶液中存在的有毒物質(zhì)；和沉淀物回收步驟，用于回收所得的沉淀物。因此，即使通過加熱難以固化有毒物質(zhì)，也可以容易地分離和固定廢液中存在的有毒物質(zhì)。在該實施方案中，通過進(jìn)一步提供焙燒回收沉淀物的焙燒步驟，可以將含有有毒物質(zhì)的沉淀物轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪蝗苡谒奈镔|(zhì)。
此外，本發(fā)明的毒性化合物處理方法可處理的毒性化合物包括例如，二氯二乙硫醚((CH2ClCH2)2S)、二氯-2-氯乙烯基胂(ClCH＝CHAsCl2)、二(2-氯乙烯基)氯胂((ClCH＝CH)2AsCl)、二苯基氰基胂((C6H5)2AsCN)和二苯基氯胂((C6H5)2AsCl)。二氯二乙硫醚(芥子氣)燃燒產(chǎn)生有毒氣體(例如，二氧化硫和氯化氫)，二氯-2-氯乙烯基胂和二(2-氯乙烯基)氯胂(路易斯毒氣)燃燒產(chǎn)生有毒氣體(例如，亞砷酸氣體和氯化氫)，二苯基氰基胂燃燒產(chǎn)生有毒氣體(例如，亞砷酸氣體)，二苯基氯砷燃燒產(chǎn)生有毒氣體(例如，亞砷酸和氯化氫)。
如上所述，本發(fā)明可以安全處理毒性化合物分解產(chǎn)生的毒性化合物和有毒物質(zhì)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的化學(xué)武器處理系統(tǒng)的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的化學(xué)武器處理系統(tǒng)的流程圖。
在該系統(tǒng)中，冷凍破碎單元10包括冷凍機(jī)(未示出)，借助液氮冷凍化學(xué)武器1；和破碎機(jī)(未示出)，用于破碎冷凍的化學(xué)武器1。
另外，燃燒單元20包括旋轉(zhuǎn)窯21，用于燃燒破碎的化學(xué)武器1，所述化學(xué)武器含有彈藥筒罩2和從彈藥筒罩2除去的炸藥和毒性化合物(均未示出)；補(bǔ)燃器22，用于再次燃燒從旋轉(zhuǎn)窯21排出的氣體成分；和彈藥筒罩存放空間23，用于存放從旋轉(zhuǎn)窯21排出的彈藥筒罩2。
在補(bǔ)燃器22的下游側(cè)，安裝了分離器24，用于分離廢氣和粉塵(含有未燃燒的毒性化合物、殘留的碳等)；空氣加熱器25，用于加熱空氣，供應(yīng)給旋轉(zhuǎn)窯21；和水冷卻器26。分離器24中分離的粉塵返回旋轉(zhuǎn)窯21，在里面充分燃燒。
另外，清洗單元30包括氣體清洗塔31，在其中引入從補(bǔ)燃器22排出的氣體；溶液供應(yīng)槽32，用于向氣體清洗塔31供應(yīng)氫氧化鈉(NaOH)水溶液(濃度為30重量％)；和供水槽33，通過泵33a向氣體清洗塔31供應(yīng)水。氣體清洗塔31上安裝有攪拌器31a，用于攪拌含有前述的氫氧化鈉水溶液和水的清洗液；和噴嘴(未示出)，用于以噴霧形式注入清洗液。泵34起從氣體清洗塔31的下部提取清洗液并將其供應(yīng)給噴嘴的作用，除霧器35起除去從氣體清洗塔31的上部排出的廢氣中存在的霧。
此外，廢氣處理單元40包括濕式集塵器41，用于收集清洗的廢氣中存在的粉塵；加熱器42，用于加熱通過了濕式集塵器41的廢氣；除氮器43，用于除去廢氣中存在的氮氧化物；冷卻器44，用于冷卻通過了除氮器43的廢氣；二惡英去除裝置45，用于除去廢氣中存在的二惡英；冷卻器46，用于冷卻通過了二惡英去除裝置45的廢氣；微量物質(zhì)去除裝置47，用于除去廢氣中存在的微量物質(zhì)；風(fēng)扇48，用于引出(draw)通過了微量物質(zhì)去除裝置47的廢氣；和煙囪49，用于將廢氣排放到大氣中。
在該單元中，濕式集塵器41通過使廢氣通過水霧起到收集廢氣中存在的粉塵的作用，裝配有用于供應(yīng)含有NaOH的洗滌水的槽41a，和用于從槽41a提取水的泵41b。從濕式集塵器41排出的廢水傳送到儲槽51，儲槽51將在后面說明。
另外，除氮器43通過氨氣(NH3)和含有氧化鈦的催化劑(其中含有氧化釩)(未示出)除去廢氣中存在的氮氧化物。由于該催化劑在350℃的溫度活化，因此在除氮器43的上游側(cè)安裝加熱器42，將廢氣加熱到與此相對應(yīng)的溫度。除上述的催化劑外，可以使用的催化劑包括例如，含有氧化鈦的催化劑(其中含有氧化鎢或氧化鉬)。
此外，二惡英去除裝置45填充有二惡英分解催化劑，通過使含二惡英的廢氣通過，它可以完全分解廢氣中存在的二惡英。盡管二惡英通常在300-400℃分解，但該實施方案中通過使二惡英通過二惡英分解催化劑，使得可以在約200℃的低溫下分解二惡英。因此，安裝在二惡英去除裝置45上游側(cè)的冷卻器44起到將廢氣冷卻到與此對應(yīng)的溫度的作用。
再者，作為微量物質(zhì)去除裝置47，使用具有活性碳過濾器的裝置。
另一方面，廢水處理單元50包括用于儲存從清洗單元30的氣體清洗塔31排出的廢水、以及從前述的濕式集塵器41排出的廢水的儲槽51；用于從儲槽51提取廢水的泵52；具有圓筒體53a、用于通過蒸汽加熱干燥提取的廢水的圓筒干燥器53；用于分離和回收沉淀在圓筒干燥器53的圓筒體53a表面上的固體物的回收箱54；用于清洗和中和從圓筒干燥器53排出的蒸汽的洗滌器55；和用于除去通過了洗滌器55的廢氣中存在的微量成分的過濾器56。通過了過濾器56的廢氣經(jīng)煙囪49排放到大氣中。洗滌器55中回收的水返回清洗單元30的供水槽33。
在該化學(xué)武器處理系統(tǒng)中，考慮到意外故障的出現(xiàn)，設(shè)置兩套清洗單元30、廢氣處理單元40和廢水處理單元50。重復(fù)的一套沒有詳細(xì)顯示。
以下參照具體例子說明使用該化學(xué)武器處理系統(tǒng)的處理方法。
表1和表2列出了在

圖1所示的化學(xué)武器處理系統(tǒng)中處理在彈藥筒罩2中所含的毒性化合物(即，芥子氣、路易斯毒氣、二苯基氰基胂(DC)和二苯基氯砷(DA))和炸藥(即，苦味酸)的化學(xué)武器1時的物料平衡。表中的數(shù)字(1)-(8)、(10)、(13)、(14)和(16)-(18)與圖1的相同數(shù)字相對應(yīng)。表1和表2給出的值表示了每單位時間產(chǎn)生或消耗的物質(zhì)量(kg/h)。
表1

表2

首先，將化學(xué)武器1(參照表1(1))引入冷凍破碎單元10，在這里被冷凍和破碎。破碎的結(jié)果是化學(xué)武器1變?yōu)閺椝幫舱?、毒性化合物(即，芥子氣、路易斯毒氣、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸藥(即，苦味酸)以混合物形式存在(參照表1(2))。應(yīng)該理解冷凍破碎可以防止化學(xué)武器1中所含的炸藥爆炸。在表1(2)中，燃燒前的成分列在左側(cè)，燃燒后的成分列在右側(cè)。
然后，破碎的化學(xué)武器1在燃燒單元20燃燒。首先，將它們引入旋轉(zhuǎn)窯21并在850℃燃燒，以分解炸藥和毒性化合物。旋轉(zhuǎn)窯21內(nèi)的燃燒溫度設(shè)定在850℃的原因是，在高于850℃的溫度區(qū)，作為構(gòu)成毒性化合物的有毒物質(zhì)之一的砷的分解反應(yīng)產(chǎn)物易于轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘纳榛衔铮@些砷化合物在后處理法中難以固定。在該實施方案中，彈藥筒罩2也一起被引入旋轉(zhuǎn)窯21，以便也可以分解附著在彈藥筒罩2上的毒性化合物。
從旋轉(zhuǎn)窯21排出的氣體被引入補(bǔ)燃器22并在1500℃燃燒，而彈藥筒罩2儲存在彈藥筒罩儲存空間23(參照表1(3))。這樣，儲存在彈藥筒罩儲存空間23中的彈藥筒罩2完全不含毒性化合物。在補(bǔ)燃器22中，燃燒溫度設(shè)定在1500℃，以便使旋轉(zhuǎn)窯21中沒有燃燒的未燃燒成分和可能在旋轉(zhuǎn)窯21中生成的二惡英可被完全燃燒。表1(4)示出了向旋轉(zhuǎn)窯21的空氣供應(yīng)量，表1(5)示出了旋轉(zhuǎn)窯21和補(bǔ)燃器22中使用的煤油量。在該實施方案中，毒性化合物中含有的大量碳因燃燒可以提供高熱值，從而不使用煤油。但是，煤油可以在預(yù)熱、起動等時使用。
然后將從補(bǔ)燃器22排出的氣體(參照表1(6))引入清洗單元30，即氣體清洗塔31。從表1(6)明顯可以看出，引入氣體清洗塔31的氣體含有大量酸性有毒氣體，如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷。
在氣體清洗塔31內(nèi)設(shè)置pH傳感器(未示出)和液位傳感器(未示出)，以便通過響應(yīng)測得的pH值和液位而供應(yīng)氫氧化鈉水溶液或水，可以保持預(yù)定的pH值(堿性)。表2(10)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的氫氧化鈉水溶液量，表2(14)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的空氣量。引入氣體清洗塔31的氣體通過已調(diào)至預(yù)定pH值的氫氧化鈉水溶液霧，從而前述的酸性物質(zhì)如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷被氫氧化鈉水溶液中和，并進(jìn)入水溶液中。然后，使用除霧器35除霧后的氣體被排出。
然后，從氣體清洗塔31排出的氣體被引入廢氣處理單元40。在廢氣處理單元40中，通過濕式集塵器41除去粉塵，并通過除氮器43除去氮氧化物。表2(16)示出了為除去氮氧化物而向除氮器43供應(yīng)的氨量。然后，通過了二惡英去除裝置45和微量物質(zhì)去除裝置47的廢氣(參照表1(7))經(jīng)煙囪49排放。從表1(7)明顯可以看出，排放的廢氣完全不含有毒物質(zhì)。
在該實施方案中，含有氧化鈦的催化劑(其中含有氧化釩)用作除氮器43的催化劑。這種催化劑的缺點是其催化作用因存在的砷而劣化。但是，由于在氣體清洗塔31已除去了砷成分，因此不會產(chǎn)生這樣的問題。
另一方面，作為向氣體清洗塔31供應(yīng)的氫氧化鈉水溶液，一部分氫氧化鈉水溶液作為廢水排出并儲存在儲槽51中，并將這些廢水借助于泵52以預(yù)定的進(jìn)料速度供應(yīng)到圓筒干燥器53中。表2(8)示出了通過泵52傳送的廢水的組成。從表2(8)明顯可以看出，砷化合物(例如，砷酸鈉和亞砷酸鈉)溶解在廢水中，氣體中所含的氯氣成分以氯化鈉的形式溶解在其中。
在圓筒干燥器53中，溶于廢水中的物質(zhì)通過供應(yīng)的水蒸汽被固化(參照表2(13))。表2(17)示出了這樣得到的固體物的組成。該固體物在回收箱54中回收。由于該固體物含有水溶性物質(zhì)，因此之后將其傳送到水溶性物質(zhì)處理步驟。這樣，水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪蝗苡谒奈镔|(zhì)，并密封儲存在圓筒等中。由于砷本身是重要的工業(yè)原料，因此可以純化所得的固體物以回收金屬砷。
在圓筒干燥器53中，所得的冷凝液從底部排出，蒸發(fā)的氣體成分從頂部排出。然后將蒸發(fā)的氣體成分引入洗滌器55中以從中除去濕氣，然后通過過濾器56，并經(jīng)煙囪49排放(參照表2(18))。洗滌器55中得到的水再循環(huán)至清洗單元30的供水槽33。
在該實施方案中，化學(xué)武器1中所含的毒性化合物通過燃燒被分解，用氫氧化鈉水溶液中和這樣生成的酸性有毒氣體，并加熱含有該氫氧化鈉水溶液的廢液，以便可以以固體物形式分離有毒物質(zhì)。
在該實施方案中，通過冷凍破碎化學(xué)武器1從化學(xué)武器1提取炸藥和毒性化合物。但是，當(dāng)然本發(fā)明不限于此，并且可以切斷化學(xué)武器1以提取其中所含的炸藥和毒性化合物。第二實施方案圖2是根據(jù)第二實施方案的化學(xué)武器處理系統(tǒng)的流程圖。該化學(xué)武器處理系統(tǒng)基本上具有與結(jié)合第一實施方案說明的相同的結(jié)構(gòu)，不同之處在于廢水處理單元50的結(jié)構(gòu)不同。在該實施方案中，與第一實施方案類似的要素由相同的數(shù)字標(biāo)示，不對其進(jìn)行詳細(xì)說明。
在該實施方案中，廢水處理單元50具有儲槽51，用于儲存從清洗單元30的氣體清洗塔31排出的廢水和從前述的濕式集塵器41排出的廢水；泵52，用于從儲槽51提取廢水；反應(yīng)槽組60，用于對提取的廢水進(jìn)行化學(xué)處理；脫水器61，用于對固體物與從反應(yīng)槽組60排出的廢水的混合物脫水；和焙燒爐62，用于焙燒脫水的固體物。另外，在該實施方案中，從反應(yīng)槽組60排出的廢水被引入圓筒干燥器53。反應(yīng)槽組60具有第一反應(yīng)槽57，在該反應(yīng)槽中引入來自儲槽51的廢水和氫氧化鈣；第二反應(yīng)槽58，在該反應(yīng)槽中引入來自第一反應(yīng)槽57的廢水和氯化鐵；和第三反應(yīng)槽59，在該反應(yīng)槽中引入來自第二反應(yīng)槽58的廢水和聚合物絮凝劑。
以下，參照具體的例子說明使用該化學(xué)武器處理系統(tǒng)的處理方法。
表3和表4列出了當(dāng)在圖2所示的化學(xué)武器系統(tǒng)中處理與第一實施方案相同的化學(xué)武器1時的物料平衡。表3和表4中的數(shù)字(1)-(19)與圖2所示的相同數(shù)字對應(yīng)。表3和表4給出的值顯示了每單位時間生成或消耗的物質(zhì)量(kg/h)。
表3

表4

首先，將化學(xué)武器1(參照表3(1))引入冷凍破碎單元10，在這里將其冷凍和破碎。破碎的結(jié)果是化學(xué)武器1變?yōu)閺椝幫舱?、毒性化合物(即，芥子氣、路易斯毒氣、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸藥(即，苦味酸)以混合物形式存在(參照表3(2))。應(yīng)該理解冷凍破碎可以防止化學(xué)武器1中所含的炸藥爆炸。在表3(2)中，燃燒前的成分列在左側(cè)，燃燒后的成分列在右側(cè)。
然后，破碎的化學(xué)武器1在燃燒單元20燃燒。首先，將它們引入旋轉(zhuǎn)窯21并在850℃燃燒，以分解炸藥和毒性化合物。
從旋轉(zhuǎn)窯21排出的氣體被引入補(bǔ)燃器22并在1500℃燃燒，而彈藥筒罩2儲存在彈藥筒罩儲存空間23(參照表3(3))中。這樣，儲存在彈藥筒罩儲存空間23中的彈藥筒罩2完全不含毒性化合物。表3(4)示出了向旋轉(zhuǎn)窯21的空氣供應(yīng)量，表3(5)示出了旋轉(zhuǎn)窯21和補(bǔ)燃器22中使用的煤油量。在該實施方案中，與第一實施方案一樣不使用煤油。
然后將從補(bǔ)燃器22排出的氣體(參照表3(6))引入清洗單元30，即氣體清洗塔31。從表明顯可以看出，引入氣體清洗塔31的氣體含有大量酸性有毒氣體，如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷。
在氣體清洗塔31內(nèi)設(shè)置pH傳感器(未示出)和液位傳感器(未示出)，以便通過響應(yīng)測得的pH值和液位而供應(yīng)氫氧化鈉水溶液或水，可以保持預(yù)定的pH值。表4(10)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的氫氧化鈉水溶液量，表4(14)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的空氣量。引入氣體清洗塔31的氣體通過已調(diào)至預(yù)定pH值的氫氧化鈉水溶液霧，從而前述的酸性物質(zhì)如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷被氫氧化鈉水溶液中和，并進(jìn)入水溶液中。然后，使用除霧器35除霧后的氣體被排出。
然后，從氣體清洗塔31排出的氣體被引入廢氣處理單元40。在廢氣處理單元40中，通過濕式集塵器41除去粉塵，并通過除氮器43除去氮氧化物。表4(16)示出了為除去氮氧化物而向除氮器43供應(yīng)的氨量。然后，通過了二惡英去除裝置45和微量物質(zhì)去除裝置47的廢氣(參照表3(7))經(jīng)煙囪49排放。從表3(7)明顯可以看出，排放的廢氣完全不含有毒物質(zhì)。
另一方面，作為向氣體清洗塔31供應(yīng)的氫氧化鈉水溶液，一部分氫氧化鈉水溶液作為廢水排出并儲存在儲槽51中，并將這些廢水借助于泵52以預(yù)定的進(jìn)料速度供應(yīng)到第一反應(yīng)槽57。表3(8)示出了通過泵52傳送的廢水的組成。從表3(8)明顯可以看出，砷化合物(即，砷酸鈉和亞砷酸鈉)溶解在廢水中，氣體中所含的氯氣成分以氯化鈉的形式溶解在其中。
在第一反應(yīng)槽57中，引入氫氧化鈣(參照表4(11))使溶液中可溶的砷和硫酸根離子(SO42-)形成含有砷酸鈣(Ca3(AsO4)2)和硫酸鈣(CaSO4)的沉淀，從第一反應(yīng)槽57的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。另外，在第二反應(yīng)槽58中，通過引入氯化鐵生成氫氧化鐵(Fe(OH)2)(參照表4(12))。氫氧化鐵附著在廢水中懸浮的微粒子表面，使微粒子凝聚成大團(tuán)(heavy mass)并形成沉淀。從第二反應(yīng)槽58的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。另外，在第三反應(yīng)槽59中，引入的源自樹脂的聚合物絮凝劑(參照表4(15))附著在第二反應(yīng)槽58中沒有沉淀的微粒子表面，從而使這些微粒子凝聚成大團(tuán)并形成沉淀。從第三反應(yīng)槽59的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。
另外，固體物與從反應(yīng)槽組60排出的廢水的混合物在脫水器61中被脫水，然后在焙燒爐62中在1100℃進(jìn)行焙燒，以徹底除去水分。所得的干燥材料轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪豢扇艿牟牧希盟喙袒⒖刂谱鳛閺U料儲存。表3(9)示出了最終得到的幾乎不溶的材料的組成。
另一方面，從第三反應(yīng)槽59排出的廢水(參照表4(19))以預(yù)定的供料速度供應(yīng)到圓筒干燥器53中。從表4(19)明顯可以看出，在廢水中溶有少量的砷化合物(例如，砷酸鈉和亞砷酸鈉)。
在圓筒干燥器53中，溶于廢水中的物質(zhì)通過供應(yīng)的水蒸汽被固化(參照表4(13))。表4(17)示出了這樣得到的固體物的組成。該固體物在回收箱54中回收。由于該固體物含有水溶性物質(zhì)，因此之后將其傳送到水溶性物質(zhì)處理步驟。這樣，水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪蝗苡谒奈镔|(zhì)，并密封儲存在圓筒等中。由于砷本身是重要的工業(yè)原料，因此可以純化所得的固體物以回收金屬砷。
在圓筒干燥器53中，所得的冷凝液從底部排出，蒸發(fā)的氣體成分從頂部排出。然后將蒸發(fā)的氣體成分引入洗滌器55中以從中除去濕氣，然后通過過濾器56，并經(jīng)煙囪49排放(參照表4(18))。洗滌器55中得到的水再循環(huán)至清洗單元30的供水槽33。
在該實施方案中，對含有氫氧化鈉水溶液(其中含有溶解的砷酸和亞砷酸)的廢液進(jìn)行化學(xué)處理，以便大部分砷酸和亞砷酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的鈣化合物(幾乎不溶于水)。這樣，分離的有毒物質(zhì)可以穩(wěn)定狀態(tài)儲存。第三實施方案圖3是根據(jù)第三實施方案的化學(xué)武器處理系統(tǒng)的流程圖。該化學(xué)武器處理系統(tǒng)基本上具有與結(jié)合第二實施方案說明的相同的結(jié)構(gòu)，不同之處在于使用石灰石(碳酸鈣CaCO3)代替氫氧化鈉作為引入氣體清洗塔31的化學(xué)試劑。在該實施方案中，與第一實施方案類似的要素由相同的數(shù)字標(biāo)示，不對其詳細(xì)說明。
該實施方案與第二實施方案的不同之處還在于將圓筒干燥器53中得到的固體物引入焙燒爐62。
以下參照具體例子說明使用該化學(xué)武器處理系統(tǒng)的處理方法。
表5和表6列出了在圖3所示的化學(xué)武器處理系統(tǒng)中處理與第一和第二實施方案相同的化學(xué)武器1時的物料平衡。表5和表6的數(shù)字(1)-(19)與圖3的相同數(shù)字對應(yīng)。表5和表6給出的值示出了每單位時間生成或消耗的物質(zhì)量(kg/h)。
表5

表6

首先，將化學(xué)武器1(參照表5(1))引入冷凍破碎單元10，在這里將其冷凍和破碎。破碎的結(jié)果是化學(xué)武器1變?yōu)閺椝幫舱?、毒性化合物(即，芥子氣、路易斯毒氣、二苯基氰基胂和二苯基氯胂)和炸藥(即，苦味酸)以混合物形式存在(參照表5(2))。應(yīng)該理解冷凍破碎可以防止化學(xué)武器1中所含的炸藥爆炸。在表5(2)中，燃燒前的成分列在左側(cè)，燃燒后的成分列在右側(cè)。
然后，破碎的化學(xué)武器1在燃燒單元20燃燒。首先，將它們引入旋轉(zhuǎn)窯21并在850℃燃燒，以分解炸藥和毒性化合物。
從旋轉(zhuǎn)窯21排出的氣體被引入補(bǔ)燃器22并在1500℃燃燒，而彈藥筒罩2儲存在彈藥筒罩儲存空間23(參照表5(3))。這樣，儲存在彈藥筒罩儲存空間23中的彈藥筒罩2完全不含毒性化合物。表5(4)示出了向旋轉(zhuǎn)窯21的空氣供應(yīng)量，表5(5)示出了旋轉(zhuǎn)窯21和補(bǔ)燃器22中使用的煤油量。在該實施方案中，與第一實施方案一樣不使用煤油。
然后將從補(bǔ)燃器22排出的氣體(參照表5(6))引入清洗單元30，即氣體清洗塔31。從表明顯可以看出，引入氣體清洗塔31的氣體含有大量有毒氣體，如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷。
在氣體清洗塔31內(nèi)設(shè)置pH傳感器(未示出)和液位傳感器(未示出)，以便通過響應(yīng)測得的pH值和液位而供應(yīng)石灰或水，可以保持預(yù)定的pH值(堿性)。表6(10)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的石灰石量，表6(14)示出了向氣體清洗塔31供應(yīng)的空氣量。引入氣體清洗塔31的氣體通過已調(diào)至預(yù)定pH值的石灰水(即，碳酸鈣水溶液)霧，從而前述的酸性物質(zhì)如氯化氫、二氧化硫和三氧化二砷被石灰水中和，并進(jìn)入水溶液中。然后，使用除霧器35除霧后的氣體被排出。
然后，從氣體清洗塔31排出的氣體被引入廢氣處理單元40。在廢氣處理單元40中，通過濕式集塵器41除去粉塵，并通過除氮器43除去氮氧化物。表6(16)示出了為除去氮氧化物而向除氮器43供應(yīng)的氨量。然后，通過了二惡英去除裝置45和微量物質(zhì)去除裝置47的廢氣(參照表5(7))經(jīng)煙囪49排放。從表5(7)可以看出，排放的廢氣完全不含有毒物質(zhì)。
另一方面，作為向氣體清洗塔31供應(yīng)的石灰水，一部分石灰水作為廢水排出并儲存在儲槽51中，并將這些廢水借助于泵52以預(yù)定的進(jìn)料速度供應(yīng)到第一反應(yīng)槽57。表5(8)示出了通過泵52傳送的廢水的組成。從表5(8)明顯可以看出，砷化合物(例如，砷酸鈉和亞砷酸鈉)溶解在廢水中，氣體中所含的氯氣成分以氯化鈣的形式溶解在其中。
在第一反應(yīng)槽57中，引入氫氧化鈣(參照表6(11))使溶液中的砷酸根離子(AsO2-)和硫酸根離子(SO42-)形成含有砷酸鈣(Ca3(AsO4)2)和硫酸鈣(CaSO4)的沉淀，從第一反應(yīng)槽57的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。另外，在第二反應(yīng)槽58中，通過引入氯化鐵生成氫氧化鐵(Fe(OH)2)(參照表6(12))。氫氧化鐵附著在廢水中懸浮的微粒子表面，使微粒子凝聚成大團(tuán)并形成沉淀。從第二反應(yīng)槽58的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。另外，在第三反應(yīng)槽59中，引入的源自樹脂的聚合物絮凝劑(參照表6(15))附著在第二反應(yīng)槽58中沒有沉淀的微粒子表面，從而使這些微粒子凝聚成大團(tuán)并形成沉淀。從第三反應(yīng)槽59的底部取出這些沉淀并傳送到脫水器61。
另外，固體物與從反應(yīng)槽組60排出的廢水的混合物在脫水器61中被脫水，然后在焙燒爐62中在1100℃進(jìn)行焙燒，以徹底除去水分。由于所得的干燥材料轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀醪豢扇艿牟牧?，因此用水泥固化并控制作為廢料儲存。表5(9)示出了最終得到的幾乎不溶的材料的組成。
另一方面，從第三反應(yīng)槽59排出的廢水(參照表6(19))以預(yù)定的供料速度供應(yīng)到圓筒干燥器53。在圓筒干燥器53中，溶于廢水中的物質(zhì)通過供應(yīng)的水蒸汽被固化(參照表6(13))。從表6(17)明顯可以看出，廢水中不含有毒物質(zhì)。但是，作為預(yù)防措施，將圓筒干燥器53中得到的固體物引入焙燒爐62，并與脫水器61中得到的混合物一起焙燒。
在圓筒干燥器53中，所得的冷凝液從底部排出，蒸發(fā)的氣體成分從頂部排出。然后將蒸發(fā)的氣體成分引入洗滌器55中以從中除去濕氣，然后通過過濾器56，并經(jīng)煙囪49排放(參照表6(18))。洗滌器55中得到的水再循環(huán)至清洗單元30的供水槽33。
在該實施方案中，使用石灰水代替氫氧化鈉水溶液，從而將砷酸和亞砷酸首先轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的鈣化合物(幾乎不溶于水)。
權(quán)利要求
1.一種毒性化合物處理系統(tǒng)，具有燃燒單元，用于燃燒毒性化合物；清洗單元，用于通過堿性溶液清洗從所述的燃燒單元排出的有毒氣體；廢氣凈化單元，用于凈化從所述的清洗單元排出的廢氣；和分離單元，用于從由所述的清洗單元排出的廢液中分離有毒物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其中毒性化合物通過破碎或切斷外罩中含有毒性化合物和炸藥的化學(xué)武器而獲得。
3.如權(quán)利要求2所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其中外罩和炸藥與毒性化合物一起被引入所述的燃燒單元。
4.如權(quán)利要求1所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其中所述的廢氣凈化單元具有氮氧化物去除單元，用于從由所述的清洗單元排出的廢氣中除去氮氧化物；和二惡英去除單元，用于從由所述的氮氧化物去除單元排出的廢氣中除去二惡英。
5.如權(quán)利要求1所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其中所述的分離單元具有加熱單元，用于加熱從所述的清洗單元排出的廢液；和固體物回收單元，用于回收通過加熱固化的固體物。
6.如權(quán)利要求1所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其中所述的分離單元具有沉淀單元，用于沉淀從所述的清洗單元排出的廢液中存在的有毒物質(zhì)；和沉淀物回收單元，用于從所述的沉淀單元回收沉淀物。
7.如權(quán)利要求6所述的毒性化合物處理系統(tǒng)，其進(jìn)一步具有焙燒單元，用于焙燒回收的沉淀物。
8.一種毒性化合物處理方法，包括燃燒步驟，用于燃燒毒性化合物；清洗步驟，用于通過堿性溶液清洗燃燒產(chǎn)生的氣體成分；廢氣處理步驟，用于凈化清洗的氣體成分；和溶液處理步驟，用于從在所述的清洗步驟中使用后的堿性溶液中分離有毒物質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的毒性化合物處理方法，其中在所述的燃燒步驟之前，其進(jìn)一步包括毒性化合物提取步驟，用于從化學(xué)武器中提取毒性化合物。
10.如權(quán)利要求8所述的毒性化合物處理方法，其中所述的廢氣處理步驟包括氮氧化物去除步驟，用于借助于催化劑從清洗的氣體成分中除去氮氧化物，所述的催化劑含有氧化鈦，其中含有氧化釩、氧化鎢和氧化鉬的至少一種。
11.如權(quán)利要求8所述的毒性化合物處理方法，其中所述的溶液處理步驟包括加熱步驟，用于加熱在所述的清洗步驟中使用后的堿性溶液；和固體物回收步驟，用于回收含有通過加熱固化的有毒物質(zhì)的固體物。
12.如權(quán)利要求8所述的毒性化合物處理方法，其中所述的溶液處理步驟包括沉淀分離步驟，用于沉淀在所述的清洗步驟中使用后的堿性溶液中存在的有毒物質(zhì)；和沉淀物回收步驟，用于回收所得的沉淀物。
13.如權(quán)利要求12所述的毒性化合物處理方法，其進(jìn)一步包括焙燒步驟，用于焙燒回收的沉淀物。
14.如權(quán)利要求8所述的毒性化合物處理方法，其中所述的毒性化合物選自二氯二乙硫醚((CH2ClCH2)2S)、二氯-2-氯乙烯基胂(ClCH＝CHAsCl2)、二(2-氯乙烯基)氯胂((ClCH＝CH)2AsCl)、二苯基氰基胂((C6H5)2AsCN)和二苯基氯胂((C6H5)2AsCl)。
全文摘要
分解毒性化合物生成的毒性化合物和有毒物質(zhì)被安全處理。具體地，化學(xué)武器(1)被冷凍破碎，并通過將所得的毒性化合物和炸藥在旋轉(zhuǎn)窯(21)和補(bǔ)燃器(22)中燃燒將其分解。燃燒產(chǎn)生的有毒氣體被引入氣體清洗塔(31)，在這里用氫氧化鈉水溶液將其中和。從氣體清洗塔(31)排出的廢氣在經(jīng)除氮器(43)和二惡英去除裝置(45)凈化后排放，而從氣體清洗塔(31)排出的廢液被引入圓筒干燥器(53)，在這里固化并分離有毒物質(zhì)。
文檔編號C02F1/04GK1453078SQ0311066
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者洼田康夫, 荒木一郎, 竹內(nèi)善幸, 大石剛司, 多谷淳, 長野肇 申請人:三菱重工業(yè)株式會社