Как уничтожить химическое оружие
Недавние новости о том, что президент Сирии Башар аль-Асад готов присоединиться к международной конвенции по химическому оружию (КХО), подняли вопрос: как на самом деле можно заняться ликвидацией химического оружия в Сирии?
КХО вступила в силу в 1997 году. Семь стран-участниц КХО объявили о существующих запасах химического оружия — Албания, Индия, Ирак, Ливия, Россия, Южная Корея и США. Три из них — Албания, Индия и Южная Корея — завершили уничтожение запасов за последние несколько лет. Еще три страны — Ливия, Россия и США — рассчитывают завершить свои программы уничтожения в течение следующего десятилетия. И Ирак, присоединившийся к конвенции в 2009 г., планирует уничтожить свое оборудование для химического оружия и агенты, оставшиеся после войны в Персидском заливе 1991 года.
Существует три основных категории подходов к уничтожению, все они успешно используются в вышеуказанных программах. Эти подходы можно смешивать и сочетать в зависимости от типа, размера, количества и состояния агентов, боеприпасов и контейнеров.
Сжигание. Первоначальная технология уничтожения, используемая Соединенными Штатами, которые начали эксплуатировать свой первый прототип объекта на атолле Джонстон в Тихом океане в 1990 — предполагает сжигание отравляющих веществ и боеприпасов в высокотемпературных печах. Отдельные боеприпасы, такие как ракеты и артиллерийские снаряды, которые, вероятно, аналогичны тем, что использовались в Сирии, демонтируются и сливаются с жидкими агентами на роботизированной линии разборки. Жидкий агент улавливается в накопительных резервуарах, а затем перемещается в жидкостную печь. Если боеприпасы включают взрывчатые вещества или метательное топливо, они отделяются и сжигаются в печи для взрывчатых веществ, защищенной от взрыва. Печь с металлическими деталями используется для сжигания всех оставшихся остатков отравляющих веществ, оставшихся в металлических контейнерах и оружейных гильзах. Четвертая печь для «подкладок» была разработана для сжигания всех других материалов — деревянных поддонов, пластика, ящиков из стекловолокна, — но на практике это потенциально загрязненные материалы.
материалы также подаются через печь металлических деталей.
Тонны газообразных отходов этого процесса очищаются несколькими мокрыми и сухими фильтрами и выбрасываются в атмосферу через высокую дымовую трубу; сигнализация уведомляет рабочих, если какое-либо вещество случайно выбрасывается из дымовой трубы.
Нейтрализация. В России и четырех американских штатах предпочтительным процессом является мокрая химия, обычно называемая нейтрализацией или гидролизом. Для этого необходимо опорожнить контейнер с химическим оружием или оружие; его жидкий агент помещают в смесительный бак с горячей водой или едким реагентом, таким как гидроксид натрия, или с тем и другим. Россия вводит свой реагент непосредственно в свои большие авиабомбы, что позволяет химическому процессу действовать непосредственно в бомбе в течение месяца или более. Химическая реакция уничтожает токсичность агента, и жидкие стоки затем могут быть дополнительно обработаны на втором этапе с использованием либо промышленной установки для сжигания жидкостей, либо процесса биоремедиации, аналогичного очистке сточных вод.
Металлические части оружия обрабатываются в печи металлических деталей.
Системы уничтожения взрывчатых веществ. В третьем варианте страны, стремящиеся уничтожить химическое оружие, взорвут или нейтрализуют каждое оружие в закрытом «взрывном ящике», тяжелом реакторе, предназначенном для взрыва или химической обработки каждого отдельного оружия изолированным и безопасным способом, улавливая и очищая весь газ. , жидкие и твердые токсичные стоки. Этот процесс сейчас используется японцами для уничтожения сотен тысяч заброшенных японских химических боеприпасов, раскопанных в нескольких местах по всему Китаю; он также используется для обработки неразорвавшихся боеприпасов, как химических, так и обычных, обнаруженных в Европе после мировых войн. Он также будет использоваться в качестве дополнительного процесса обработки в Соединенных Штатах для некоторых видов оружия.
Существует множество других возможных способов уничтожения химического оружия, включая паровые реакторы, плазменные реакторы и реакторы окисления сверхкритической воды.
Основной подход к уничтожению химического оружия обычно зависит от безопасности, общественного здравоохранения, местных предпочтений, стоимости и графика. Фактически, КХО предписывает, чтобы такие программы демилитаризации основывались в первую очередь на защите здоровья населения, окружающей среды и рабочих. Сброс в океан, захоронение и открытое сжигание запрещены, хотя десятилетия назад это было обычной практикой.
Будет сложно предсказать лучшие варианты уничтожения для Сирии, пока не станут известны более конкретные детали ее программы: сколько объектов, сколько оружия, какие типы агентов, количество химикатов-прекурсоров и состояние запасов. Хорошая новость заключается в том, что государственный и частный секторы США, России, Германии, Японии и других стран обладают многолетним опытом, который может помочь в реализации проекта. Плохие новости? Это будет длительная и дорогая операция.
Производство водорода: риформинг природного газа
Отдел технологий производства водорода и топливных элементов
Конверсия природного газа — это передовой и зрелый производственный процесс, основанный на существующей инфраструктуре трубопроводов для доставки природного газа.
Сегодня 95% водорода, производимого в США, производится путем риформинга природного газа на крупных центральных заводах. Это важный технологический путь для производства водорода в ближайшей перспективе.
Как это работает?
Природный газ содержит метан (CH 4 ), который можно использовать для производства водорода с помощью термических процессов, таких как конверсия метана с паром и парциальное окисление.
Хотя сегодня большая часть водорода производится из природного газа, Управление технологий водорода и топливных элементов изучает различные способы производства водорода из возобновляемых ресурсов.
Паро-метановый риформинг
Большая часть водорода, производимого в настоящее время в Соединенных Штатах, производится путем конверсии метана с водяным паром, зрелого производственного процесса, в котором высокотемпературный пар (700°C–1000°C) используется для производства водорода из источника метана, такого как природный газ.
При паровой конверсии метана метан реагирует с паром под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунта на кв. дюйм) в присутствии катализатора с образованием водорода, монооксида углерода и относительно небольшого количества диоксида углерода. Паровой риформинг является эндотермическим, то есть для протекания реакции в процесс необходимо подавать тепло.
Затем, в так называемой «реакции конверсии водяного газа», монооксид углерода и водяной пар реагируют с использованием катализатора с образованием диоксида углерода и большего количества водорода. На заключительном этапе процесса, называемом «адсорбцией при переменном давлении», из газового потока удаляют диоксид углерода и другие примеси, оставляя практически чистый водород. Паровой риформинг также можно использовать для производства водорода из других видов топлива, таких как этанол, пропан или даже бензин.
Реакция паровой конверсии метана
CH 4 + H 2 O ( + Heat) → CO + 3H 2
Реакция сдвига в газе
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 8 O → CO 2 + H 2 888.
(+ небольшое количество тепла)
Частичное окисление
При частичном окислении метан и другие углеводороды в природном газе реагируют с ограниченным количеством кислорода (обычно из воздуха), которого недостаточно для полного окисления углеводородов до двуокиси углерода и воды. При доступном количестве кислорода меньше стехиометрического продукты реакции содержат в основном водород и монооксид углерода (и азот, если реакция проводится с воздухом, а не с чистым кислородом), а также относительно небольшое количество диоксида углерода и других соединений. Впоследствии, в реакции конверсии водяного газа, монооксид углерода реагирует с водой с образованием диоксида углерода и большего количества водорода.
Частичное окисление — это экзотермический процесс, при котором выделяется тепло. Процесс, как правило, намного быстрее, чем паровой риформинг, и требует реактора меньшего размера. Как видно из химических реакций парциального окисления, в этом процессе на единицу вводимого топлива первоначально выделяется меньше водорода, чем получается при паровой конверсии того же топлива.
Реакция парциального окисления метана
CH 4 + ½O 2 → CO + 2H 2 (+ тепло)
Реакция конверсии водяного газа
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ небольшое количество тепла)
Почему рассматривается этот путь?
Преобразование дешевого природного газа сегодня может обеспечить водород для электромобилей на топливных элементах (FCEV), а также для других целей. В долгосрочной перспективе Министерство энергетики ожидает, что производство водорода из природного газа будет дополнено производством из возобновляемых источников, атомной энергии, угля (с улавливанием и хранением углерода) и других низкоуглеродных внутренних энергетических ресурсов.
Использование бензина и выбросы ниже, чем у автомобилей с бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Единственным продуктом выхлопной трубы FCEV является водяной пар, но даже с учетом предшествующего процесса производства водорода из природного газа, а также доставки и хранения его для использования в FCEV общие выбросы парниковых газов сокращаются вдвое, а количество нефти снижается более чем на 90%.