Способ улавливания и локализации летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов



Способ улавливания и локализации летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов
Способ улавливания и локализации летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов

 


Владельцы патента RU 2530546:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к атомной энергетике и экологии и может быть использовано при авариях на АЭУ, сопровождающихся нарушением целостности защитной оболочки и самого реактора, когда в окружающее воздушное пространство происходит выброс радионуклидов, продуктов деления ядерного топлива, когда особую опасность представляет йод-129 с периодом полураспада 1,5-107 лет. В заявленном способе радиоактивный йод улавливают на сорбенте - техническом углероде, который образуется путем сжигания органических материалов (шин, гудрона, мазута и т.д.) и появления в очаге аварии коптящего пламени. Затем технический углерод, сорбировавший радиоактивный йод из газообразных выбросов, орошают мелко распыленной водой. Технический углерод осаждается на территории, прилегающей к очагу аварии. Техническим результатом является повышение эффективности локализации летучих форм радиоактивного иода из газообразных выбросов. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к атомной энергетике и экологии. Оно направлено на предупреждение возможных загрязнений окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами.

При авариях на ядерно-энергетических установках (ЯЭУ), сопровождающихся нарушением целостности защитной оболочки и самого реактора, в окружающее воздушное пространство происходит выброс газообразной фазы, содержащей воздух, пары воды, водорода и летучих продуктов деления.

Основными летучими продуктами деления ядерного горючего являются благородные газы, йод, цезий и йод в виде соединения CsI. Особую опасность представляет долгоживущий йод-129 с периодом полураспада 1,5·107 лет. Такие выбросы создают экологические катастрофы глобального масштаба (аварии на АЭС в гг. Чернобыль, Фукусима). Общая площадь радиационного загрязнения на Украине в результате катастрофы составляет 50 тысяч квадратных километров в 12 областях.

Известен способ улавливания летучих форм радиоактивного йода и сорбционный материал для улавливания радиоактивного иода (патент RU №2174722, от 05.07.1999). Способ осуществляется путем пропускания газового потока через сорбционный материал на углеродной или неорганической основе, пропитанный комплексным соединением йодидциклоамина двухвалентного металла.

К недостаткам данного способа относится необходимость локализации радиоактивного потока и пропускание его через фильтрующие устройства, что при аварийных ситуациях крайне затруднительно, учитывая быстротечность аварии и большие объемы выбросов.

Известен способ кондиционирования радиоактивного йода, в частности йода-129, с использованием апатита в качестве удерживающей матрицы (патент RU №2160993 от 06.11.1995). Способ осуществляется путем пропускания газового потока, содержащего йод-129, через композиционные твердые материалы, изготовленные на основе апатита и гидроксиапатита с целью улавливания йода-129.

Недостатками данного способа является то, что газовый поток необходимо уловить и пропускать через фильтры из данного сорбента, сложность приготовления многокомпозиционного сорбента, высокая стоимость, стационарность конструкции.

Известен способ улавливания радионуклидов из газовой фазы (патент RU №2084027 от 16.09.1993).

Способ заключается в том, что в газовую фазу вводят смесь аммиака, галогеноводорода и сернистого газа в мольном отношении 1,1:1,0:0,05, при этом объемное отношение смеси этих газов к газовой фазе составляет 1:120 - 1:80. В загрязненной газовой фазе образуется осадок галогенида аммония и сульфита аммония, который захватывает радионуклиды из газовой фазы, преимущественно цезий и йод.

Недостатком данного процесса являются многостадийность, длительность и необходимость улавливания загрязненного сорбента в фильтрующих устройствах.

Известен способ осаждения вредных аэрозолей - патент RU №2231146, который принят за прототип.

Способ осуществляется следующим образом. Образуют аэрозольное облако реагента, включая генерацию аэрозоля реагента и электрическую зарядку аэрозоля реагента, формируют несущий поток заряженного аэрозоля реагента и направляют его с возможностью образования облака заряженного реагента, накрывающего перемещающийся объем вредных аэрозолей, с электростатическим осаждением вредных аэрозолей.

Недостатки способа:

- нет вещественного состава аэрозольного облака;

- способ технически сложно осуществим;

- требуется сложное аппаратурное обеспечение (СВЧ-генераторы и др.) и большой объем оборудования;

- стационарность конструкции;

- высокая стоимость работ.

Задача предлагаемого способа - защита окружающей среды от возможных радиоактивных выбросов путем улавливания и локализации их летучих форм.

Поставленная задача достигается тем, что улавливание и локализация летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов производится ультрадисперсным сорбентом, поглощающим йод. Ультрадисперсный сорбент представляет собой частицы технического углерода, образующиеся непосредственно в очаге газового выброса путем сжигания органических материалов, дающих коптящее пламя. Полученный радиоактивный сорбент осаждается и локализуется на прилегающей к очагу аварии территории путем орошения газового выброса мелко распыленной водой.

На фиг.1 показана схема установки для нанесения технического углерода на подложку - путанку из измельченной алюминиевой фольги.

На фиг.2 показана схема установки для сорбции фиолетовых паров йода техническим углеродом, нанесенным на измельченную фольгу из алюминия.

В Таблице отражены результаты опытов определения количества йода, сорбированного техническим углеродом.

Установка для нанесения технического углерода на подложку из измельченной алюминиевой фольги (Фиг.1) содержит стакан 1, выполненный из термостойкого стекла, подложку 2 из измельченной фольги алюминия, укрепленной в стакане проволочной подвеской 3, и кусочков из подожженной резины 4.

Последовательность проведения операций по нанесению технического углерода на подложку из алюминиевой фольги

1. Куски резины из автомобильной камеры весом 20 г поджигаются и опускаются на дно стакана 1.

2. Подложку из алюминиевой фольги весом 2-3 г на проволочной подвеске 3 опускают в стакан, наполненный клубами черного дыма - частицами технического (ТУ) углерода.

Через 1-2 минуты подложку из алюминиевой фольги, покрытую слоем ТУ, извлекают из стакана 1, охлаждают и взвешивают. По разности весов подложки после нанесения ТУ и до нанесения определяют вес ТУ, находящегося на подложке.

Установка для определения количества йода, сорбированного техническим углеродом (Фиг.2), содержит сосуд 5, выполненный из термостойкого стекла, подложку 6 из измельченной алюминиевой фольги с нанесенным слоем технического углерода, расположенную на проволочной подвеске 7, и навески йода 8, расположенной на дне сосуда 5.

Последовательность проведения операций по определению количества йода, сорбированного ТУ

1. Навеску кристаллического йода 2-3 г помещают в стакан 5.

2. Стакан помещают на нагреватель 9.

3. Навеску йода нагревают до температуры интенсивной сублимации - температуру йода контролируют термопарой 10.

4. После заполнения стакана 5 фиолетовыми парами йода в стакан на проволочной подвеске 7 опускают подложку 6 из измельченной алюминиевой фольги с нанесенным слоем технического углерода.

5. После одной минуты выдержки подложку 6 вынимают из стакана, охлаждают и взвешивают. По разности весов подложки после сорбции йода на технический углерод и до сорбции определяется количество йода, сорбированное техническим углеродом. Результаты опытов сведены в Таблицу.

Технический углерод (ТУ) - сажа - высокодисперсный продукт термического или термоокислительного разложения углеводородов содержится в природе и промышленных газах, нефтяных и каменноугольных маслах. Плотность 1,76-1,95 г/см3. Состоит главным образом из углерода (не менее 90%), содержит до 5% хемосорбированного O2, до 0,8% - H2, до 1,1% - S и до 0,45% - минеральных примесей. За исключением кислорода примеси равномерно распределены в объеме частиц ТУ. Кислород находится преимущественно на поверхности частиц, входя в состав функциональных групп (COOH, C=O и т.д.), связанных с углеродным скелетом сажи.

Дисперсные единицы ТУ первичные агрегаты - гроздевые образования сферических частиц представляют собой единую «параграфитовую структуру», включающую углеродные полимерные соли различной степени упорядоченности (от двухмерных полицикличных образований до относительно крупных графитоподобных кристаллитов).

Основные характеристики ТУ, определяемые качеством сырья и способом получения: средний диаметр частиц 40-50 нм; удельная адсорбционная поверхность до 1000 м2/г, число частиц до 108 частиц/см3.

Твердые частицы ТУ за счет своей ультрадисперсности обладают колоссальной сорбирующей способностью (Химическая энциклопедия, т. 4, М. 1995, с.1114-1115).

Реализация изобретения

В нижнюю отметку очага аварии с помощью летательных аппаратов, кранов, роботов и др. средств дистанционно вводят источники ТУ - горящие отработанные резино-технические изделия, например шины, емкости с горящим мазутом, гудроном и др. Образующийся черный дым - частицы ТУ - входят в контакт с газовым шлейфом выброса, при этом частицы ТУ, обладая высокой удельной сорбирующей способностью, сорбируют радионуклиды, в частности йод, и сами становятся радиоактивными.

Для осаждения частиц радиоактивного ТУ шлейф выброса орошается мелко распыленной водой, желательно холодной.

За счет воды температура и объем газов шлейфа снижаются, частицы ТУ, смоченные водой, утяжеляются и осаждаются на территории, прилегающей к очагу аварии. Происходит процесс, подобный грязевым дождям в природе.

Преимущества предлагаемого способа - сорбент - мелкодисперсные частицы ТУ вводятся непосредственно в объем газового выброса простым способом, не требующим сложного оборудования. Для проведения улавливания и локализации радионуклидов не требуются фильтры, а используемые материалы доступны, с низкой себестоимостью.

В Таблице отражены результаты опытов по сорбции йода на ТУ.

Принятые обозначения:

G1=вес подложки до нанесения ТУ, г;

G2=вес подложки с нанесенным ТУ, г;

G3=(G2-G1) - вес нанесенного на подложку ТУ, г;

G4=вес подложки с ТУ и сорбированным йодом, г.;

G5=(G4-G2) - вес поглощенного йода ТУ, г;

G6=G5/G3 - удельная емкость ТУ по йоду, г/г.

Таблица
№ опыта G1 G2 G3 G4 G5 G6
1 2,8252 2,8299 0,0047 2,8864 0,0565 12,0
2 1,6400 1,6425 0,0025 1,6716 0,0291 11,6
3 3,4422 3,4480 0,0058 3,5215 0,0735 12,7

Среднее значение сорбционной емкости ТУ по йоду 12,1 г/г.

Полученные результаты указывают на то, что сорбция йода на ТУ проходит успешно.

Способ улавливания и локализации летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов, в котором частицы технического углерода - твердый ультрадисперсный сорбент, получаемый сжиганием органических материалов, дающих коптящее пламя в очаге выброса, сорбируют радиоактивный йод, осаждаются и локализуются на прилегающей к очагу аварии территории путем орошения газообразных выбросов мелко распыленной водой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к атомной технике, а именно к устройству для очистки радиоактивной парогазовой смеси при аварийном выбросе водо-водяного ядерного реактора и может быть использовано при проектировании водо-водяных реакторов нового поколения, а также для модернизации существующих АЭС.
Изобретение относится к области переработки газообразных радиоактивных отходов, а именно к высокотемпературной хемосорбции алюмосиликатным фильтром паров радиоактивных изотопов цезия, образующихся при термической обработке цезийсодержащих радиоактивных материалов.
Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано для утилизации промышленных отходов, содержащих хлороводород. Для этого улавливают радиоактивный хлороводород, барботируя газы или пары, содержащие хлороводород, через раствор реагента, образующего с хлорид-ионами малорастворимое соединение.
Изобретение относится к области волокнистых сорбционно-фильтрующих материалов, используемых для очистки от аэрозолей и радиоактивных форм йода. .

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для концентрирования и утилизации инертных радиоактивных газов (ИРГ), выбрасываемых в окружающую среду при осуществлении режимов постоянной вентиляции (ПВ) и вентиляции при проведении плановых предупредительных ремонтов (ППР) атомных электростанций (АЭС).
Изобретение относится к производству сорбентов для улавливания летучих форм радиоактивного йода и может быть использовано при изготовлении сорбентов для предотвращения радиоактивного выброса в окружающую среду при эксплуатационных режимах работы и при авариях на атомных электростанциях (АЭС), а также для очистки паровоздушных потоков от летучих соединений радиоактивного йода в технологических схемах по переработке отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к композициям, необратимо аккумулирующим газообразный водород, и может быть использована, например, для улавливания водорода, освобождаемого при радиолизе в блоках радиоактивных отходов.
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для удаления радионуклидов йода и/или его органических соединений при очистке и контроле газообразных радиоактивных отходов.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к очистке отходящих газов от радиоактивного йода. .

Изобретение относится к области ликвидации последствий аварий и может быть использовано, в частности, для оперативной ликвидации последствий аварий на объектах ядерно-топливного комплекса или на опасных химических производствах.

Изобретение относится к области радиохимической технологии, в частности к способам переработки облученного ядерного топлива с целью выделения и локализации газообразных изотопов криптона на головных операциях переработки облученного ядерного топлива, и может быть использовано в атомной промышленности при переработке облученного ядерного топлива ядерных реакторов. Способ включает растворение топлива, экстракцию нитратов урана и актинидов и реэкстракцию, при этом в процессе растворения облученного ядерного топлива проводят отбор газообразных продуктов деления, содержащих изотопы криптона, которые направляют на поглощение с помощью активированного угля или цеолита, а затем проводят десорбцию газообразных изотопов криптона из активированного угля или цеолита и компримирование изотопов криптона. Изобретение обеспечивает повышение удержания криптона и снижение выброса газообразных радионуклидов в окружающую среду. 8 з.п. ф - лы, 1 ил., 1 табл.

Заявленное изобретение относится к способу удаления трития из загрязненных тритием материалов с использованием реактора детритирования. Указанные материалы очищают за счет реакции, обеспечивающей удаление трития из отходов с использованием потока влажного инертного газа с очень низким процентом влажности. При нагревании отходов получают поток насыщенных тритием газов, удаляемый из реактора посредством влажного газа, который переносит его в мембранный реактор для осуществления очистки. Мембранный реактор выполнен с возможностью избирательного удаления трития, присутствующего в газовой смеси. Техническим результатом является повышение эффективности очистки газовой смеси при восстановлении содержащегося в ней трития. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки отходящих газов, в частности на атомных станциях, а также в средствах индивидуальной защиты органов дыхания. Способ включает пропитку активированного нетканого материала раствором, содержащим азотнокислое серебро и триэтилендиамин, термообработку и охлаждение. Пропитку ведут до содержания каталитических добавок в сорбенте в количестве (мас.%) серебро - 1-1,5, триэтилендиамин - 1-1,4. Полученный импрегнированный эластичный сорбент имеет защитные характеристики по радионуклидам йода-131 и йодистого-131 метила в 1,6-1,9 раза выше, чем у известных импрегнированных эластичных сорбентов. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.
Предлагаемое изобретение относится к области обращения с радиоактивными отходами и облученным ядерным топливом и предназначено для улавливания радиоактивного йода и его соединений из газовой фазы в системах вентиляции и в системах йодной очистки атомных электростанций. Керамический высокопористый блочно-ячеистый сорбент представляет собой пористую основу из корундового блочного высокопористого ячеистого материала с размером ячейки 0,5-1,2 мм, с открытой пористостью от 85 до 90% и с активной подложкой из γ-оксида алюминия, нанесенного в количестве до 6,5 мас.%, пропитанную сорбционно-активным компонентом - азотнокислым серебром - до суммарного содержания AgNO3, равного 8-18 мас.%. Технический результат изобретения - повышение механической прочности в процессах эксплуатации и регенерации сорбента, его химической и коррозионной стойкости в агрессивных средах, увеличение пористости и объемной поверхности. Полученные керамические сорбенты обеспечивают в исследованном интервале температур (170-210оС) и расходов воздушного потока (12-600 л/час) эффективность очистки от CH3 131I с концентрацией в воздухе 3,6-290 мг/м3 в интервале 99,92-99,97%, что соответствует требованиям, предъявляемым к йодным сорбентам по коэффициенту очистки от радиойода, - не менее 103. Приведенные характеристики керамических высокопористых блочно-ячеистых сорбентов позволяют повысить производительность и уменьшить в несколько раз размеры аппаратов газоочистки, продлить срок эксплуатации сорбентов, повысить эффективность использования дорогостоящего серебра. 4 пр.
Наверх