Компания «Экотерминал» – гарант высокотехнологичной утилизации отходов

Проблемы утилизации МБР

Международное сотрудничество в области вооружений привело к подписанию договоров об ограничении и сокращении стратегических наступательных вооружений между Советским Союзом и Соединенными Штатами Америки, возникла необходимость ликвидации в больших масштабах широкого класса ракетных систем, в том числе ракет с двигателями на твердом топливе.

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.

Гарантированный срок хранения МБР составляет около 20 лет, следовательно, ракетно-космические системы, поставленные на боевое дежурство или хранящиеся в арсеналах с 70-х годов, в конце 90-х будут направлены на утилизацию, даже если они не попадают под условия договора ОСНВ. Таким образом, поступление ракетно-космических комплексов, отслуживших свой срок, еще один из источников отходных стеклопластиков, этот источник не подвергается учету. Таким же источником поступления являются ракетные системы меньшей дальности, стоящие на боевом дежурстве. Поступление на ликвидацию от этих источников будет происходить постоянно, а их количество зависеть от международной обстановки.

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.

Процедура утилизации РДТТ - одного из основных элементов МБР, включает в себя следующие технологические переделы:

  • разборка РДТТ, подготовка к огневым стендовым испытаниям (ОСИ);
  • огневые стендовые испытания РДТТ (удаление заряда ТРТ);
  • разборка РДТТ - отстыковка соплового блока (СБ);
  • утилизация корпуса РДТТ;
  • утилизация СБ.

В результате проведения ОСИ корпус сохраняет геометрические и прочностные характеристики, если не произошло аварийной разгерметизации изделия (прогар корпуса или его разрушение). Внутреннее теплозащитное покрытие (ТЗП) в результате ОСИ частично выгорает и закоксовывается. Закоксовавшееся ТЗП при транспортировке, перегрузке, под атмосферным воздействием может выноситься и вымываться из корпуса на площадки хранения. Если площадка хранения не оборудована навесом, то возможно попадание пыли и коксовых кусков на поверхность и смыв ливневыми водами в канализацию. Если ливневые стоки не подвергаются очистке, то возможно попадание загрязнений в поверхностные водоемы. Если площадка хранения имеет грунтовые покрытия без организованного отвода поверхностного стока, то возможно загрязнение почвы, и поверхностных вод.

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

Как показали проведенные нами исследования, наиболее эффективным в экологическом и экономическом отношении является пиролиз стеклопластиковых корпусов с глубокой очисткой отходящих газов и использованием пиролизата в стекловаренной промышленности для производства пеностекла и стеклоблоков. На основании проведенного анализа определены оптимальные размеры разделки корпусов 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 быть подвергнуты пиролизу попарно, а при длине более 4 м режутся под нужный размер.

Камера пиролиза должна иметь следующие габариты: длина-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. Метод нагрева - внешний обогрев жаровыми трубами. Пиролиз ведется в среде пиролизных газов. Отработка технологии пиролиза элементов конструкции межконтинентальных баллистических ракет проводилась на опытно-промышленной установке, состоящей из камеры пиролиза, выкатного пода, корпуса РДТТ, камеры дожига, каталитических насадок, узла гомогенного восстановления, рекуператора, газоохладителя, адсорбера, волокнистого фильтра и узла аварийного сброса, что позволило очистить отходящие газы до нормативного уровня.

Установлено, что полученные твердые отходы представляют из себя вещество, характеризующееся по данным рентгеноструктурного анализа ближним порядком. Изучение ближнего порядка проводилось с привлечением дифракционных методов и путем построения функции радиального распределения атомной и электронной плотности. Показано, что использование метода Финбака-Уоррена благодаря интерпретации параметров ближнего порядка в структуре материалов сложного химического состава, позволяет более надежно установить структурные параметры исследуемого вещества, а применение мелкокристаллической модели для некоторых аморфных тел дает хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных.

Оптимизация основных технологических параметров процесса карбонизации велась на основе анализа характера терморазложения стеклопластиков при различных темпах нагрева в среде гелия, исходя из требований максимального выхода твердого карбонизованного остатка и максимальной суммарной пористости образцов карбонизата. Имеется в виду композиция – стеклопластик и органический наполнитель, способный к карбонизации в условиях пиролиза или к полному выгоранию в присутствии воздуха. Однако в присутствии воздуха происходит выгорание органического связующего, а остаток в виде стекловолокон характеризуется различной степенью охрупчивания или наличием кристаллизации в структуре волокна, как функции времени выдержки волокна в процессе обжига.

Наиболее детальной проработки мероприятий по защите окружающей среды требует процесс утилизации корпусов РДТТ, для этого определен состав отходящих газов при пиролизе стеклопластика. Пиролизные газы представляют собой смесь паров дистиллята (смолы) и неконденсирующихся пиролизных газов. Произведенные ХМС и другие исследования показали в пиролизных газах 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 320оС- 420оС (разложение связующего) характеризовался наличием в газовой фазе альдегидов, кетонов, ароматических, хлорпроизводных алифатических углеводородов, органических соединений серы и др. Для второго пика разложения 500оС-600оС (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. 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. 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.

Образцы стеклопластика (СП) подвергали нагреву в инертной среде до 850оС с различными скоростями (2,5; 5; 10оС/мин) и активировали соответствующие углеродные остатки диоксидом углерода до обгара 50% массовых. При проведении оценки формирования пористой структуры СП при карбонизации до 850оС 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 позволила установить оптимальные технологические параметры процесса карбонизации: конечная температура пиролиза 600 ± 25оС, темп нагрева 10 ± 2 оС/мин. Исследования показали, что температура самовоспламенения карбонизата на воздухе равна 350оС.

Эколого-экономический анализ влияния отходных ОП корпусов РДТТ на окружающую среду произведен на основе оценки экологического ущерба от сжигания корпусов РДТТ на открытом стенде. При расчете учитывались затраты на сжигание корпусов и ущерб от выброса загрязнений в атмосферу и размещения недожога в могильниках. Затраты на сжигание складываются из затрат на погрузочно-разгрузочные, транспортные, слесарные работы и стоимости вспомогательных материалов (солярового масла). Экологический ущерб оценен на основе нормативов платы за внесение загрязнений в окружающую среду с учетом коэффициентов экологической ситуации.

Таким образом, при отжиге стеклопластиков происходит образование газовой составляющей, которую требуется очищать от вредных примесей, в некоторой степени происходит образование твердого закоксованного вещества, на практике не имеющего особого применения, и образование стекловолокна, представляющего собой основной продукт имеющий прикладное значение в процессах стекловарения и в некоторых специфических областях.

В работе показано, что разработана технология применения стеклопластиковых отходов, образующихся при утилизации элементов конструкции межконтинентальных баллистических ракет, в качестве добавки при стекловаренных процессах при получении стекло блоков, пеностекла и стекловаты.