Реактор для окислення рідких радіоактивних відходів

Реферат: Винахід належить до галузі ядерної енергетики і може бути використаним при переробці кубових залишків (КЗ) випарних апаратів установок переробки трапних вод атомних електростанцій (АЕС). Реактор для окислення рідких радіоактивних відходів виконаний у вигляді циліндра, в якому встановлена ультрафіолетова порожниста лампа, оточена порожниною для відходів. При цьому внутрішня порожнина УФ-лампи сполучена за потоком з верхньою частиною ємності через осушувач за допомогою газового насоса, і з нижньою частиною ємності через насадку. Порожнина для відходів сполучена за потоком з нижньою частиною ємності за допомогою рідинного насоса і з верхньою частиною ємності через розпилювач, встановлений над поверхнею рідких відходів. При цьому пристрій для інжектування повітря може бути встановлено на лінії сполучення нижньої частини ємності і порожнини для відходів. Технічним результатом винаходу є створення реактора для окислення рідких радіоактивних відходів, що характеризується підвищеною продуктивністю за рахунок більш ефективного використання одночасної дії на кубовий залишок перекису водню і UA 114204 C2 (12) UA 114204 C2 ультрафіолетового випромінювання сумісно з озоном, що виробляється ультрафіолетовою ксеноновою лампою. UA 114204 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до галузі ядерної енергетики, стосується, зокрема, питань поводження з рідкими радіоактивними відходами (РРВ) і може бути використаним при переробці кубових залишків (КЗ) випарних апаратів установок переробки трапних вод атомних електростанцій (АЕС). 60 Відомий спосіб руйнування органічних комплексів Со, що реалізує установку, в якій проводиться озонування кубового залишку (патент РФ № 2268513, G21F 9/06, G21F 9/20, опубл. 20.01.2006). Недоліками озонування є: невисока ефективність виділення в шлам активованих продуктів корозії, обумовлена нездатністю озону зруйнувати оксалати перехідних металів і поліфосфатні комплекси; небезпека використання озону, оскільки він відноситься до сильнодіючих речовин і 3 його концентрація в повітрі не повинна перевищувати 0,1 мг/м , а також висока собівартість, 3 обумовлена високою витратою реагенту (10 кг озону на 1 м кубового залишку) і електроенергії. Відомий спосіб, в якому в реакторі окислення замість озону пропонується використовувати інші кисневмісні окислювачі: наприклад, пероксид водню, перманганат калію, персульфат натрію або амонію у вигляді розчинів, а також кисень. У даному патенті спочатку проводять очищення від цезію перед розкладанням органічних комплексів кобальту. Вказують, що процес окислення КЗ повинен проводитися при підвищених температурах і тиску вище тиску насиченої пари рідини для цієї температури. Наводиться приклад очищення кубового залишку з використанням 30% перекису водню в якості окислювача. Сутність описаного способу полягає в тому, що кубовий залишок рідких радіоактивних відходів окислюють, а потім видаляють активовані продукти корозії фільтрацією. При температурі процесу 200°С і тиску 6 МПа 60 радіоактивність за Со була знижена до 160 Бк/л (WO/2007/123436). Системи, що реалізують цей спосіб, є складними і недостатньо ефективними, оскільки необхідно підтримувати високу температуру і підвищений тиск. При таких жорстких умовах проведення процесу значна частина активованих продуктів корозії відкладається на стінках обладнання, а не на шламах, які можна було б відокремити фільтруванням. При відкладенні радіонуклідів на стінках обладнання вивести їх можна тільки промиванням дезактивуючими розчинами з переведенням знову в розчинений стан, тобто повернути у вихідне положення, що істотно знижує ефективність процесу. Найбільш близьким до пропонованого рішення є спосіб очищення кубових залишків рідких радіоактивних відходів від радіоактивного кобальту і цезію шляхом окислення кубового залишку і виділення активованих продуктів корозії фільтрацією, в якому в кубовий залишок дозують перекис водню і пропускають його багато разів в режимі циркуляції через трубчастий реактор, діючи на кубовий залишок жорстким ультрафіолетовим випромінюванням, процес ведуть при значенні рН розчину 7-10 і температурі 45-98°С, після відділення мікрофільтрацією шламу, що містить радіоактивний кобальт, залізо, марганець, в фільтрат одночасно вводять розчини діетилдитіокарбаматів лужних металів і солей перехідних металів при тих самих значеннях рН і температури, з наступним виділенням мікрофільтрацією утвореного осаду діетилдитіокарбамату перехідних металів з радіоактивним кобальтом, а радіоактивний цезій виводять на іоноселектівних сорбентах східчасто протитечійним методом з видаленням відпрацьованих сорбентів мікрофільтрацією спільно з діетилдитіокарбаматом кобальту. У розробленій технології на першій стадії кубовий залишок піддають окисленню в установці, що працює в режимі циркуляції по замкнутому контуру: ємність насос УФ-реактор ємність, при температурі 45-98°С, дії ультрафіолетовим випромінюванням ксенонових ламп. Крім того, проводять дозоване введення перекису водню, інжектування стисненого повітря і збагаченого киснем повітря з ємності. Недоліком даних систем є неповне використання потенційних можливостей процесу окислення за допомогою перекису водню і ультрафіолетового випромінювання. В основу винаходу покладено завдання створення реактору для окислення рідких радіоактивних відходів, що характеризується підвищеною продуктивністю за рахунок більш ефективного використання одночасної дії на кубовий залишок перекису водню і ультрафіолетового випромінювання спільно з озоном, що виробляється ультрафіолетовою ксеноновою лампою. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в реакторі для окислення рідких радіоактивних відходів, що включає ємність, насос, ультрафіолетовий реактор, пристрої дозованого введення перекису водню і інжектування стисненого повітря, ультрафіолетовий реактор виконаний у вигляді циліндру, в якому встановлена ультрафіолетова порожниста лампа, оточена порожниною для відходів, при цьому внутрішня порожнина УФ лампи сполучена за потоком з верхньою частиною ємності через осушувач за допомогою газового насосу, і з нижньою частиною ємності через насадку, а порожнина для відходів сполучена за потоком з 1 UA 114204 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 нижньою частиною ємності за допомогою рідинного насосу і з верхньою частиною ємності через розпилювач, встановлений над поверхнею рідких відходів. При цьому пристрій для інжектування повітря може бути встановлено на лінії сполучення нижньої частини ємності та порожнини для відходів. У пропонованому рішенні наявність УФ реактору з порожнистою УФ лампою забезпечує можливість організувати 2 системи циркуляції з двома протилежно спрямованими потоками газовим (з киснем, озоном) і потоком рідких радіоактивних відходів, що призводить до посилення реакцій, що проходять, і збільшення продуктивності (швидкості) процесу окислення. Вплив УФ на потік відходів забезпечується за рахунок наявності порожнини навколо УФ лампи, що також підвищує продуктивність (швидкість) окислення відходів. Використання надлишкового кисню, отриманого в ємності в результаті реакції розкладання перекису водню, і спрямування його через осушувач в центральну порожнину УФ лампи дає можливість отримати додатковий озон і спрямувати отриману суміш озону з повітрям і киснем назад в ємність з рідкими відходами, що також призводить до збільшення швидкості окислення. Розпилювач забезпечує збільшення швидкості окислення за рахунок збільшення площі поверхні взаємодії зустрічних потоків відходів і озону. Швидкість реакції окислення при цих умовах зростає більш ніж удвічі. Винахід пояснюється фіг.1, на якій наведена схема реактору окислення. Реактор для окислення рідких радіоактивних відходів містить ємність 1, ультрафіолетовий реактор 2, пристрої дозованого введення перекису водню 3 та інжектування стисненого повітря 4. Ультрафіолетовий реактор 2 виконаний у вигляді циліндру, в якому встановлена ультрафіолетова порожниста лампа 5, споряджена внутрішньою центральною порожниною 6 та оточена порожниною для відходів 7. Внутрішня порожнина УФ лампи 5 з'єднана трубками 8 з верхньою частиною ємності 1 через осушувач 9 за допомогою газового насосу 11, і з нижньою частиною ємності 1 - через насадку 10. Порожнина для відходів 7 з'єднана трубкою 12 з нижньою частиною ємності 1 за допомогою рідинного насосу 13 і з верхньою частиною ємності 1 за допомогою трубки 15 - через розпилювач 16, встановлений над поверхнею рідких відходів. Пристрій працює наступним чином. У ємність 1 подаються рідкі радіоактивні відходи і перекис водню з пристрою дозованого введення 3. У верхній частині ємності 1 з'являються і накопичуються газоподібні продукти реакцій, що відбуваються в ємності 2Н2О2  2Н2О + О2 Ме(СОО)2 + Н2О2  Ме(ОН)2 + 2СО2 , в тому числі кисень і вуглекислий газ. При проходженні через осушувач 9 залишається повітряний потік збагачений киснем, який надходить у центральну порожнину 6 УФ лампи 5, де кисень перетворюється на озон. Насос 11 подає цю повітряну збагачену суміш через насадку 10 в нижню частину ємності 1, де озон починає взаємодіяти з рідкими радіоактивними відходами. У свою чергу рідкі радіоактивні відходи подаються з нижньої частини ємності 1 за допомогою рідинного насосу 13 сумісно зі стисненим повітрям, що подається через пристрій інжектування 4, в зовнішню порожнину УФ реактора 2, де також піддаються дії ультрафіолету. Далі вони по трубці 15 подаються в розпилювач, встановлений у верхній частині ємності 1 над поверхнею рідких радіоактивних відходів, де додатково окислюються зустрічним потоком озону і кисню повітря. Таким чином, пропонований пристрій має наступні переваги в порівнянні з аналогами: a) дозволяє уникнути використання озонаторної станції і зробити процес більш безпечним; 60 b) дозволяє домогтися більш ефективного очищення від Со; c) споживає менше електроенергії; d) є більш продуктивним. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Реактор для окислення рідких радіоактивних відходів, що містить ємність, насос, ультрафіолетовий реактор, пристрої дозованого введення перекису водню і інжектування стисненого повітря, який відрізняється тим, що ультрафіолетовий реактор виконаний у вигляді циліндра, в якому встановлена ультрафіолетова порожниста лампа, оточена порожниною для відходів, при цьому внутрішня порожнина ультрафіолетової лампи сполучена за потоком з верхньою частиною ємності через осушувач, і з нижньою частиною ємності через насадку за допомогою газового насоса, а порожнина для відходів сполучена за потоком з нижньою частиною ємності за допомогою рідинного насоса і з верхньою частиною ємності через розпилювач, встановлений над поверхнею рідких відходів. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій для інжектування повітря встановлено 2 UA 114204 C2 на лінії сполучення нижньої частині ємності та порожнини для відходів. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3