Способ переработки жидких радиоактивных отходов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО (ИХ

РЕСПУЬЛИН (19) (!1) (51)4 G 21 F 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОВРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц " у Ц, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ймад@ - -...

- (У ;я (21) 3596868/18.-.25 (22) 23.02.83 (46) 23 ° 06 ° 88. Бюл. В 23 (72) М.И.Жихарев, Г.Ф.Суржиков, В.И.Кольба и А.И.Ермаков (53) 621.039.7 (088.8) (56) Патент ФРГ И 2648263, кл. G 21 F 9/ 16, опублик. 1976.

Патент СССР Ф 479306, кл. С 21 F 9/16, опублик. 1972.

Обоснование выбора меТодов переработки и отверждения отходов низкого и среднего уровней активности раз-: личного тина АЭС. Материалы V симпозиума СЭВ. Исследования в области переработки облученного топлива и обезвреживания радиоактивных отходов., т. II, с. 88. 95, Прага, 1981. (54)(57) 1 ° СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ

РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий упаривание отходов, смешение их с термопластичным органическим связующим и отверждение образующегося компаунда, отличающийся тем, что с целью упрощения и удешевления процесса, жидкие радиоактивные отходы подают при постоянном давлении в обогревеемый трубчатый элемент и при их кипении в процессе упаривания входят термопластичное органическое связующее в расплавленном состоянии, а скорость образующегося вторичного пара на, выходе из трубчатого элемента поддерживают в заданном интервале.

2. Способ переработки жидких радио- активных отходов по п.1,, о т л и ч а ю шийся тем, что скорость вторичного пара поддерживают в интервале 30-150 м/с.

1127456

Изобретение относится к области атомной пРоьъппленности, преимущественно к атомной энергетике и может быть использовано в переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО),, а

5 также в отраслях промьппленности, где в результате технологических процессов образуются вредные для человека и окружающей среды отходы.

Широкое развитие атомной энергетики предъявляет повышенные требованияк безопасности АЭС и в том числе к вопросам надежности обращения и хранения радиоактивных отходов. При этом15 одной из главных задач является значительное уменьшение объемов (концентрирование) радиоактивных отходов; а также перевод их в форму (или вид), удобную для надежного длительного хранения (500-1000 лет). Для этого их концентрируют путем упаривания, сушки и включают в различные связующие (цемент, термопластичные органические связующие, стекло). Радио- 25 активные отходы в твердом виде занимают меньший объем и их значительно йроще, дешевле и безопаснее хранить.

Переработка ЖРО путем включения в стекло, как правило, осуществляется только для высокоактивных отходов,,так как это очень дорогостоящий про:цесс.

Известен способ переработки ЖРО, 35 заключающийся в концентрировании отходов и отверждении с помощью цеI мента. При этом способе переработки

RP0 объем концентратов за счет цемента увеличивается в 1,5-2 раза и, 4 кроме того, цементные блоки необходимо хранить в специальных могильниках, не допускающих контакта с водой. Скорость выщелачивания радионуклидов из цементных блоков равна

10 г/см -сут.

2 1

Перспективным способом переработки ЖРО на АЭС является способ включения их в термопластичное органическое связующее, например битум. Битумные

« монолитные блоки надежно фиксируют

50 в себе радионуклиды и могут длитель ное время храниться в любых хранилищах твердых отходов. Скорость выщелачивания радионуклидов из битумных блоков равна, 10 г/см . сут.

-4 2 55

Для осуществления процесса включения концентратов XPO„ например, в .битум применяется дорогостоящее, сложное в изготовлении и эксплуатации, металлоемкое оборудование.

Кроме того, перед подачей в битуматор отходы предварительно концентрируют в выпарных аппаратах и в доупаривателе.

Наиболее близким к предлагаемому способу переработки жидких радиоактивных отходов по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки ЖРО, заключающийся в предварительном концентрировании отходов в выпарных аппаратах до концентрации солей 50-100 г/л, доупаривании до концентрации 200-300 г/л и смешении с термопластичным связующим с последующим отверждением образующе- гося компаунда, Для переработки ЖРО по этому способу проводят предварительное концентрирование их в .:.выпарных аппаратах, и перед подачей в роторный пленочный аппарат, где смешивают с органическим связующим, отходы дополнительно концентрируют в в доупаривателе. В битуматоре происходит испарение оставшейся воды. Перемешивание пленки раствора и битума производится скребками.

Таким образом, необходимая степень гомогенизации отходов битумом достигается механическим путем. Данный способ позволяет получить при 50Х-ном наполнении солями битумно-солевой массы твердый, влагостойкий блок.

Известный способ требует для осуществления большое количество сложного оборудования на всех стадиях процесса, больших капитальных и эксплуатационных затрат, Используемое оборудование металлоемкое, сложное по конструкционному выполнению и поэтому повьппается вероятность возникновения аварийной ситуации.

Цель настоящего изобретения - уп рощение и удешевление процесса переработки ЖРО.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки жидких радиоактивных отходов, включающем упаривание отходов, смешение их с термопластичным органическим связующим и последукщим отверждением образующегося компаунда, жидкие радиоактивные отходы подают при постоянном давлении в обогреваемый трубчатый и при их кипении в процессе упаривания вводят термопластическое opraHH-, ческое связующее в расплавленном сосг

U = — м/с

S где U — скорость поршневого потока, м/с;

V — расход конденсата вторичного пара, м /c

S — - площадь внутреннего сечения трубчатого элемента, м г

Образующийся при кипении ЖРО в трубчатом элементе вторичный пар движется по нему из зоны повышенного давления 0,8 ати до сепаратора (атмосферное давление ). В этот образовавшийся поток шестеренным насосом через штуцер н трубчатый элемент вводят связующее (битум ). Ось штуцера ввода связующего н трубчатый элемент расположена на 0,6 длины трубчатого элемента от точки ввода ЖРО, При вводе связующего в трубчатый элемент давление на входе в трубчатый элемент возрастает до 1,2 ати и остается неизменным в течение всего времени проведения процесса. Образующийся высокоскоростной поток вторичного пара в трубчатом элементе обладает большой движущей силой, направленной . в зону с меньшим давлением (атмосферное давление в сепараторе ). Турбулизация потока обеспечивает необходимув интенсивность и степень перемешивания связующего с солевыми твер; дыми компонентами отходов.

В сепараторе б происходит отделение вторичного пара от компаунда.

Компаунд затаривается в емкость 71 охлаждается, отверждается и направляется на захоронение, а вторичный пар конденсируется в теплообменнике 8.

Проводился процесс перереботки растворов, имитирующих по своему составу

ЖРО, получающиеся при эксплуатации

АЭС с реакторами ВВЭР (раствор У 1):

110 г/л

14 г/л

56 г/л

12 г/л

15 г/л

НаНО

Ба, С,04

Иа В40ч

-Ма гСО з

Na0H

Органические продукты

20 г/л

112745 тоянии. Скорость образующегося вторичного пара на выходе из трубчатого элемента поддерживают в заданном интервале. Скорость вторичного пара

5 поддерживает в интервале 30-150 м/с.

Проведение одновременного упаривания

ЖРО .и смешения с термпопластичным связующим в поршневом потоке, образующимся при кипении отходов в трубчатом элемента, позволяет существенно упростить и удешевить процесс переработки жидких радиоактивных отходов.

На чертеже изображена технологическая схема переработки ЖРО по пред- 1r„ лагаемому способу, где представлены трубчатый элемент 1, емкость .2, погружной насос 3, шестеренчатый насос

4 подачи связующего, емкость 5 для расплавления органического связующего, сепаратор 6, емкость для компаунда 7, теплообменник 8, Способ осуществляется следующим образом. В трубчатый элемент 1 подавался раствор ЖРО из емкости 2 погружным насосом 3 и 2б расплавленное органическое связующее из обогреваемой емкости 5 шестеренным насосом 4 по обогреваемому трубопроводу.

В трубчатом элементе 1 начинается Зп кипение раствора ЖРО. По мере перехода влаги в паровув фазу скорость движения парожидкостной смеси по трубчатому элементу возрастает. При достижении значительных скоростей пара происходит, инверсия фаз: пар становится сплошной фазой, а жидкость диспергиру ет н нем. Образувщийся высокоскоростной поток обладает большой движущей силой, направленной в зону мень-4 шего давления (атмосферное давление в сепараторе 6). Так как этот поток выполняет в трубчатом элементе роль толкавщего поршня однократного действия, он был назван поршневым потоком. Дальнейшее испарение влаги приводит к появлении в дисперсной фазе поршневого потока твердых соленых частиц. При введении в высокоскоростной поршневой поток снязувщего реализуется пленочно-эмульсионный режим движения потока, при этом связующее покрывает стенки трубчатого элемента и препятствует отложенив солей на

его поверхности.

Расход устанавливают таким, чтобы скорость образующегося вторичного пара на выходе из трубчатого элемента

l .была в интервале 30-150 м/с. Так, нап6

4 ример, при расходе вторичного пара

100 л/ч (пример 3 в таблице ) скорость пара равна 5О м/с.

Скорость вторичного пара на выходе из трубчатого элемента определяется расходом конденсата вторичного пара

Примеры осунествлення способа лереработкн IKP0

Солесодераанне в обравпах компаунда, Трубчатый элемент

Термооластнчное орг.свяк1чхяее

t. Размягченна скорость вторичного пара на выходе, мlс давлерасход кондендлнна, и снедь

1 2 среднее ечення, мт вьиопе, атн вторнчного пара ° л/ч

3,14 10 Е 20

3,14 10 30

3,14 10 50

3,14 1О 75

1 76 10 ЧО

1,76 .1О I3I3

Р 1 Битум, 40 С

Р 1 Бнтум, 58 l:

48 36 49 44

4с 5! 49 48

О,8

40

l4 ч8

60

i,а

Э 1 Битум, 40 С 14

44 44 43 43

100

Ф 2 Бнтум, 40 С к Бнтум, 58 С

I ° 2 Бнтум, 58 С

S2 52 51 51

48 46 47 47

46 . 47 47 46

150

2,2

21

1,8

44

2,6

112

5 1 127

Общее солесодержание - ?00 г/л, и растворов, имитирующих йо своему составу ЖРО, получающиеся при эксплуатации АЭС с реакторами РБМК-1000 (раетВОр 1ч1 2}:.

NaN0э 61,4 г/л

Na,СтО 19,7 г/л

Na zP04 8,1 г/л

Na0H 4,4 г/л

МпО < 1,4 г/л

Мыло 3,5 г/л

NBC1 1,5 г/л

Общее солесодержание 100 г/л

Как видно из таблицы, при скоростях вторичного пара менее 30 м/с не достигается оптимальной гомогенности получающегося- компаунда, Для примера 1 (скорость 20 м/с) солесодержание в образцах различное, что указывает на отсутствие гомогенности получаемого продукта. В интервале от

ЗО до Г50 м/с и выше получается компаунд, отвечающий всем предъявляе- 213 мым требованиям. Скорости вторичного пара на выходе из трубчатого элемента вьппе 150 м/с требуют больших капитальных и энергетических затрат на осуществление способа. 30

Поддерживая определенную скорость вторичного пара на выходе из трубчатого элемента, тем самым обеспечивают движение солебитумной смеси по трубчатому элементу и одновременность проведения упаривания и включения упаренных солей в связующее. Тем самым упрощается процесс переработки

ЖРО по сравнению с прототипом, где

456 6 требуется отдельно проводить операцию доупаривания в выпарном аппарате и операцию смешения со связующим в битуматоре. Так как в предлагаемом способе эти сложные в изготовлении, дорогие и металлоемкие аппараты исключаются, то это одновременно и удешевляет прс7цесс переработки ЯРО.

При осуществлении процесса в различных режимах (таблица) на выходе из сепаратора б получали солебитумную смесь (компаунд ), которая после отверждения становилась твердым продуктом. Полученный продукт — однородный по составу и обладает свойствами, обеспечивающими его надежное хранение в течение длительного периода времени. В качестве связующего также могут использоваться такие вещества, как каменноугольный пек и

ДМТик (диметилтелефталат — отход лавсанового производства), обладающие сходными с битумом вязкостными и гидроизолирующими свойствами, Использование предлагаемого способа позволяет существенно упростить процесс включения ЖРО в связующее и удешевить переработку ЖРО, Кроме того, процесс смешения ЖРО со связующим протекает без применения движу-, щихся частей и механизмов, что исключает возможность возникновения аварийной ситуации. Для осуществления процесса по предлагаемому способу требуется минимум капитальныХ и эксплуатационных затрат. Способ легко может быть осуществлен в автоматическом режиме проведения процесса.

1 127456

Tg

00 ащУеюсот

Техред M.Èîðãåíòçë Корректор А.Тяско

Редактор Н.Снльнягнна

Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3402

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул.. Проектная, 4