Введение к работе
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:
-
Изучение состава и свойств органопластиковых композиционных материалов и конструкций изделий из них (корпуса РДТТ) как объектов утилизации.
-
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.
-
Определение технических, структурных и сорбционных характеристик углеродных адсорбентов из органопластикового карбонизата.
-
Разработка технологической схемы утилизации органопластиковых корпусов РДТТ методом пиролиза и последующей парогазовой активации карбонизата, обеспечивающей экологическую безопасность процесса утилизации.
-
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, пр,которой получено положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче патента.
Объем и структура работы . Диссертация состоит из введения, шес
ти глав, выводов, списка литературы, включающего 150 наименований и
13 приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста,
включает 17 рисунков и 38 таблиц. ... .