• ОТКРЫТЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ЖУРНАЛ

    «Химическое разоружение в Российской Федерации»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ В РФ

16 Августа 2005

к.х.н. Уткин А.Ю., д.х.н. Петрунин В.А., Капашин В.П.
ФГУП ГосНИИОХТ





1. Технологии уничтожения химического оружия


В соответствии с Федеральным законом об уничтожении химического оружия [№76-ФЗ от 2 мая 1997 года] выбор технологий должен осуществляться на конкурсной основе. Как известно, в 1995 году был проведен конкурс по оценке альтернативных технологий уничтожения химического оружия на основе фосфорорганических ОВ. Особенностью этого конкурса была уникальная методика оценки технологий и методов уничтожения, аналогов которой не существовало и не существует во всем мире. Методика позволяла проводить оценку технологий по более чем 30 различным показателям, включая такие параметры как:


— степень полноты детоксикации;


— токсичность реагентов и продуктов детоксификации;


— возможность образования диоксиноподобных соединений;


— показатели взрывоопасности и пожароопасности;


— возможность аварийной остановки процесса;


— критерий опасности образующихся отходов;


— критерий по температуре основного процесса детоксикации;


— критерий безотходности технологии;


— необратимость процесса детоксикации;


— показатель степени автоматизации технологического процесса


— другие.


В группу экспертов, осуществлявших конкурсную оценку технологий, входили специалисты химических производств и проектных организаций, специалисты по боеприпасам, виднейшие ученые, профессора и академики, представители Минздрава, пожарной охраны, экологических служб. Но самое главное, что в работе экспертов приняли участие представители регионов, в которых находятся объекты по хранению химического оружия в фосфорорганическом снаряжении. Среди них были ведущие руководители, ученые и экологи Кургана, Кирова, Ижевска, Пензы, Удмуртии, Брянска.


В результате конкурсной оценки были выбраны три технологии:


— двухстадийная технология;


— термический метод (иногда называемый «мартен»);


— одностадийная технология уничтожения ФОВ в корпусах боеприпасов (также известная как «технология каталитического разложения») в качестве резервного варианта.


Таким образом, в России только эти три технологии являются легитимными, то есть имеющими право быть реализованными на территории Российской Федерации для уничтожения химического оружия в снаряжении ФОВ в соответствии с Федеральным законом «Об уничтожении химического оружия».


В то же время часто можно услышать, что та или иная технология прошла или не прошла экологическую экспертизу. Экологическая экспертиза не имеет ничего общего с конкурсом технологий. Под экологической экспертизой понимается экспертиза проектной документации на строительство объекта по уничтожению химического оружия перед тем, как утвердить такую документацию, и тем самым разрешить строительство такого объекта.


Еще одно заблуждение касается самого термина «технология». Многие считают, что технология уничтожения — это завод. Есть завод — есть технология, нет завода — нет технологии. На самом деле технология уничтожения химического оружия — это совокупность методов воздействия на химический боеприпас, вещества его снаряжения (взрывчатые вещества, отравляющие вещества), на образующиеся отходы и газовые выбросы, осуществляемые в производственном процессе уничтожения химического оружия.


Часто предлагаются методы детоксификации отравляющего вещества и при этом их называют «технологиями уничтожения химического оружия». На самом деле методов детоксикации ОВ существует много, поскольку изменить молекулу ОВ не так сложно (сжигание, термическое разложение в плазме, реакции в жидкой и газовой фазе и т.д.). Однако сам узел детоксификации ОВ занимает приблизительно 1 процент всего объекта по уничтожению химического оружия. Остальное — это системы переработки отходов, улавливания выбросов, системы безопасности, инфраструктурное обеспечение и т.д. Проблема создания технологии — это разработка вот этих самых остальных 99 процентов, так как они будут разными для каждого метода детоксикации.


В целом, для того, чтобы создать и законно применить технологию уничтожения химического оружия, она должна пройти следующие стадии:


— разработка метода детоксикации отравляющего вещества;


— разработка технологии уничтожения химического оружия (с учетом всехобразующихся отходов, выбросов, дополнительных процессов, энергетики, безопасности и т.д.) и ее опытное испытание на реальном химическом оружии;


— отбор технологии на конкурсе с участием экспертов национального уровня и представителей регионов;


— разработка технико-экономического обоснования (ТЭО) объекта;


— проведение экологической экспертизы ТЭО;


— разработка рабочей проектной документации на создание объекта и его строительство;


— проведение рабочих испытаний функционирования объекта (на реальном химическом оружии);


— проведение государственных испытаний объекта и сдача его в эксплуатацию;


— эксплуатация объекта и уничтожение химического оружия;


— на всех этапах реализации технологии должно осуществляться ее совершенствование с учетом опыта, требований времени, а также современных достижений науки и техники.


На сегодняшний день двухстадийная технология прошла этап экологической экспертизы (в виде экспертизы ТЭО объектов) для всех объектов с фосфорорганическими ОВ — Щучье, Марадыковский, Леондиовка, Почеп, — кроме Кизнера, для которого ТЭО разрабатывается. В Щучьем уже ведется строительство объекта по этой технологии.


Технология термического метода не получила дальнейшего развития, хотя и продолжает представлять интерес с точки зрения уничтожения некоторых типов боеприпасов.


Особое место занимает технология уничтожения ФОВ в корпусах боеприпасов. Уникальность ее состоит в том, что при ее реализации не происходит извлечения отравляющего вещества из корпуса боеприпаса, то есть отсутствует стадия расснаряжения и передачи OB по технологическим линиям, что представляет собой наибольшую опасность при уничтожении химического оружия. Отсутствие реактора детоксификации приводит к резкому снижению абгазов, содержащих отравляющее вещество. Все это характеризует технологию каталитического разложения как существенно более безопасную, чем все другие технологии, в которых ОВ извлекается из корпусов боеприпасов.


С 1995 года, после того, как она была принята на конкурсе технологий в качестве «резервной», технология каталитического разложения постоянно совершенствовалась, и в настоящее время рассматриваются планы по ее применению для уничтожения химического оружия в Российской Федерации.





2. Технология уничтожения химического оружия


в корпусах боеприпасов или технология каталитического разложения





2.1. Научно-технические основы технологии каталитического разложения


Суть технологии каталитического разложения заключается в том, что вместо того, чтобы извлекать ОВ из корпуса боеприпаса и затем смешивать его в реакторе с дегазирующим веществом, последнее смешивается с ОВ непосредственно в корпусе боеприпаса. Таким образом, корпус боеприпаса является реактором детоксикации.


Одним из важнейших ограничений реактора-боеприпаса является ограниченный свободный объем, в который можно поместить дегазирующее вещество, всего 10 %. Для обеспечения безопасного хранения количество добавляемого дегазатора не должно превышать 7% от всего объема боеприпаса, то есть после добавки реагента в боеприпасе должно остаться около 3 % свободного пространства. В качестве других требований к процессу были предъявлены следующие:


— отсутствие значительного теплового эффекта;


— достаточно высокая реакционная способность;


— отсутствие в качестве продуктов высокотоксичных веществ;


— отсутствие газов в качестве продуктов реакции;


— хорошая транспортабельность реакционной массы


— и ряд других инженерных требований.


Анализ различных химических процессов детоксификации различных ОВ показал, что лучше всего для этой цели подходит реакция гидролиза VX. Причем не щелочного гидролиза, в процессе которого происходит частичное замещение алкоксильной группы вместо тиохолинового фрагмента с образованием токсичного аналога VX (I), а гидролиза в отсутствие щелочных катализаторов.






В отсутствие щелочных катализаторов, а также при стехиометрическом соотношении VX—вода, данный побочный процесс отсутствует, и реакция протекает с образованием только изобутилового эфира метилфосфоновой кислоты. Причем механизм реакции существенно отличается от щелочного гидролиза, и процесс протекает по схеме (2):






Скорость такого процесса невелика, более 99% VX гидролизуется за 60 суток.


Однако, в сочетании с невысоким тепловым эффектом реакции, это дает то преимущество, что изменения температуры в процессе реакции не происходит. На протяжении всей реакции гидролиза VX не удавалось зафиксировать существенного изменения температуры реакционной массы.


Через 90 суток остаточное содержание VX составляет менее 1-2?10-2 мг/мл, что означает конверсию более 99,999%.


В процессе гидролиза VX формируется реакционная масса с остаточным содержанием ОВ менее 2?10-2 мг/мл и LD50 (внутрижелудочно) в пределах от 155 до 250 мг/кг.


В то же время принципиально важным было проверить, насколько прочен корпус боеприпаса, чтобы быть использованным для детоксификации ОВ. Для этих целей были проведены расчеты, которые показали, что максимальное давление которое может развиваться при повышении температуры до 50 °С, не превышает 7 атмосфер (таблица 1):


Таблица 1


Давление, развиваемое в корпусе боеприпаса


при различных температурах и коэффициентах наполнения боеприпаса


смесью VX и воды, атм

Температура, °С


Коэффициент наполнения боеприпаса смесью VX и воды


0,972


0,962


0,950


0,940


20


1,00


1,00


1,00


1,00


25


1,18


1,13


1,10


1,08


30


1,43


1,30


1,22


1,18


35


1,80


1,51


1,36


1,29


40


2,41


1,80


1,53


1,42


45


3,56


2,20


1,75


1,58


50


6,65


2,81


2,03


1,78

еличина предельно допустимого давления, соответствующая пределу текучести материала бомбы, составляет для БАС-500С — 8,75 атм, а для ПАС-500С — 15,71 атм.


Таким образом, предельно допустимое давление в корпусе боеприпаса не достигается даже при повышении температуры до 50 °С.


После проведения всех научно-исследовательских работ, проведенных в 90-х годах, а также в период 2000—2003 годов, можно утверждать, что процессы, протекающие при реализации технология каталитического разложения, хорошо изучены и позволяют надежно и эффективно их осуществлять.





2.2. Технология каталитического разложения


Технология каталитического разложения в основном эффективна для авиационных боеприпасов в снаряжении VX.


Процесс каталитического разложения состоит из следующих основных технологических операций:


— боеприпас поступает в агрегат заливки реагента;


— вывинчивается пробка наливной горловины;


— заливается водный реагент с необходимыми добавками;


— завинчивается новая пробка в наливную горловину;


— боеприпас проверяется на герметичность;


— боеприпас отправляется в хранилище на вылежку в течение около 3-х месяцев.


После вылежки, в течение которой происходит детоксикация ОВ в корпусе боеприпаса, осуществляется процесс эвакуации реакционной массы и завершение уничтожения химического оружия:


— боеприпас поступает в агрегат расснаряжения;


— вывинчивается пробка наливной горловины;


— эвакуируется реакционная масса;


— реакционная масса поступает на переработку;


— корпус боеприпаса поступает на обжиг.


Основными преимуществами технологии каталитического разложения является следующее:


— ОВ не извлекается из боеприпаса, только после окончания процесса осуществляется эвакуация неопасной реакционной массы из боеприпаса;


— ОВ не передается по коммуникациям, в связи с чем отсутствует риск протечки ОВ в случае разгерметизации линий;


— ОВ не подвергается воздействию высоких температур или энергичному взаимодействию с химическими реагентами;


— из-за отсутствия вакуумного транспорта резко снижается количество паров ОВ, которое поступает на очистку с абгазами;


— технология требует более простого и, следовательно, более надежного оборудования.


Эффективность и надежность технологии каталитического разложения была наглядно продемонстрирована в 2002—2003 годах, когда на объекте Марадыковский были выявлены 16 аварийных боеприпасов, которые, в соответствии с требованиями по безопасному хранению химического оружия должны быть немедленно уничтожены. В тот момент штатная установка КУАСИ находилась в процессе модернизации и согласования с местными надзорными органами, и ее использование не представлялось возможным. Поэтому, в соответствии с требованиями по безопасному хранению химического оружия и руководствуясь Статьей 12 Главы 4 Федерального закона об уничтожении химического оружия 16 аварийных боеприпасов были обезврежены, и для их обезвреживания была применена технология каталитического разложения.


Обезвреживание боеприпасов осуществлялось в присутствии инспекторов ОЗХО, которые согласовали начало работ только после того, как убедились в том, что обезвреживание будет проводиться безопасно, надежно и с соблюдением общих требований к работе с химическим оружием.


Аварийными являлись 15 боеприпасов ПАС-500С и 1 боеприпас БАСА-150С.


В сентябре 2002 в каждый из 16 боеприпасов был добавлен водный реагент, и боеприпасы были направлены на хранение. В целях безопасности каждый из боеприпасов был помещен в герметичный контейнер. Работа по каталитическому разложению проводилась при постоянном контроле, как автоматическими непрерывными приборами, так и периодическим отбором проб воздуха, а также смывами с рабочих поверхностей. Инспектора ОЗХО в свою очередь контролировали воздух вокруг объекта и ими было подтверждено отсутствие ОВ в воздухе.


В июне 2003 года из всех 16 боеприпасов были отобраны пробы реакционной массы, и в присутствии инспекторов был осуществлен их анализ, который показал, что содержание ОВ в реакционных массах меньше 2?10-2 мг/мл. При проведении работ также был подтвержден безопасный характер осуществления всех операций.


2.3. Первый пусковой комплекс объекта по уничтожению ХО в п. Марадыковский


Ранее упоминалось, что технология каталитического разложения наиболее эффективна для авиационных боеприпасов с VX. Это связано с тем, что высокая молекулярная масса VX требует для своего уничтожения меньшее количество водного реагента, нежели зарин или зоман. В то же время в авиационных боеприпасах содержится сравнительно большое количество ОВ, что позволяет уменьшить количество операций и работ в расчете на единицу ОВ.


В России три объекта имеют на хранении авиационные бомбы в снаряжении VX — Марадыковский, Почеп и Леонидовка. В соответствии с планами уничтожения химического оружия первым должен пускаться объект по уничтожению химического оружия в п. Марадыковский.


Наиболее подходящими боеприпасами для уничтожения с помощью технологии каталитического разложения подходят боеприпасы БАС-500С и ПАС-500С.


Поскольку заливка реагента в боеприпас является уникальной операцией и не предполагает извлечения ОВ из корпуса боеприпаса, то она может быть проведена отдельно от уничтожения остальных боеприпасов, уничтожаемых в соответствии с двустадийной технологией. В связи с этим было принято решение о выделении процесса уничтожения боеприпасы БАС-500С и ПАС-500С в снаряжении VX в первую очередь объекта УХО Марадыковский. Первая очередь объекта включает в себя:


1) Комплекс зданий, обеспечивающий:


— превращение VX в реакционную массу;


— извлечение реакционной массы из боеприпасов;


— переработку реакционной массы;


— обжиг корпусов боеприпасов;


2) Сооружения, обеспечивающие мероприятия безопасности:


— лаборатории мониторинга окружающей среды;


— лаборатории производственного контроля безопасности и контроля производства;


— контролирующие лаборатории Минздрава России;


— контролирующие лаборатории МПР России;


— очистные сооружения дождевых стоков;


— пожарный пост;


— газоспасательная служба и др.;


3) Комплекс зданий, обеспечивающий инфраструктуру объекта:


— электроснабжение;


— теплоснабжение;


— снабжение водой;


— водопровод и канализацию;


— котельную;


— охранные системы;


— ремонтно-механические мастерские;


— транспортные и другие коммуникации;


4) другие вспомогательные сооружения, требуемые для безопасной и надежной эксплуатации объекта, включая склады, площадки погрузки-разгрузки, гараж и т.д.


Если оценить долю первой очереди, то можно сказать, что для объекта Марадыковский она представляет собой более 90 % всего предполагаемого объекта УХО и включает в себя все необходимые технологические, природоохранные, инфраструктурные и контрольные сооружения и мощности.


Вторая очередь представляет собой в основном сооружения, которые требуются для уничтожения других типов боеприпасов и отравляющих веществ. Наиболее значимые сооружения второй очереди представляют собой установку производства дегазирующей рецептуры, установку упарки сточных вод и установку получения щелочных рецептур, в значительной степени необходимые для уничтожения вязкого зомана, зарина и VX в мелких боеприпасах, а также технологический корпус уничтожения двойных смесей и боеприпасов сложной конструкции.


Создание объекта с выделением первой очереди позволяет раньше начать уничтожение химического оружия на объекте Марадыковский, провести уничтожение более безопасно и сократить сроки эксплуатации объекта:


— применение более безопасной технологии;


— отсутствие необходимости ждать завершения строительства всего объекта и пуск первой очереди;


— строительство сооружений, необходимых только для второй очереди объекта, во время эксплуатации первой очереди.


Таким образом, использование технологии каталитического разложения VX в корпусах боеприпасов и строительство объекта в две очереди решает две основные задачи — повышение безопасности процесса уничтожения химического оружия и сокращение срока его уничтожения.


Источник: Информационно-аналитический сборник » Федеральные и региональные проблеммы уничтожения химического оружия», Выпуск 6.


Статьи и материалы Сборника включают данные 2004г
.

Возврат к списку