Способ отверждения тритийсодержащего нефтяного масла
Владельцы патента RU 2589040:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Заявленное изобретение относится к способу отверждения тритийсодержащих нефтяных масел, из которых невозможно выделить радиоактивные вещества методом фильтрования. Способ заключается в соединении масла с отвердителем, в качестве которого используют парафин. Приготавливают смесь тритийсодержащего масла и твердого парафина с содержанием масла не более 30% вес., нагревают смесь до температуры 65-70°C, выдерживают до перехода парафина в жидкое состояние и растворения в нем масла, охлаждают полученную смесь. Техническим результатом является исключение необходимости хранения жидких радиоактивных отходов на местах их образования и транспортировки их к месту переработки и/или захоронения, повышение радиационной безопасности производства, возможность получения смеси, которая является твердой, гидрофобной, стойкой к температурным колебаниям, не разрушается под воздействием радиационного излучения от содержащегося в ней трития, не склона к расслоению и маслоотделению в процессе хранения, а также исключение образования тритиевой воды. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, в частности к процессам отверждения тритийсодержащих нефтяных масел, из которых невозможно выделить радиоактивные вещества методом фильтрования. Необходимость отверждения жидких радиоактивных отходов перед отправкой на захоронение установлена правилами «Радиационная безопасность при работе с тритием и его соединениями (СП РБ-РТС-04)», пункт 14.50. Способ может использоваться на атомных станциях, в исследовательских и научных лабораториях, ведущих работы с тритийсодержащими материалами, а также на предприятиях, занимающихся кондиционированием и хранением радиоактивных отходов. В настоящее время существует два основных подхода к утилизации тритийсодержащих нефтяных масел - это сжигание и отверждение с использованием связующих смесей. При сжигании загрязненного масла происходит образование тритиевой воды, уровень опасности которой на несколько порядков выше, чем у трития. Технология такого способа достаточно сложна и может быть реализована только в условиях специальных производств. При отверждении с использованием связующих смесей или материалов масло не растворяется в конечном блоке, а сорбируется пористыми компонентами, что при растрескивании блока не исключает выход масла в окружающую среду. Кроме того, процессы энергоемки, продолжительны по времени и в ряде случаев требуют наличия высокотехнологичного оборудования.
Известен способ отверждения отработанных радиоактивных масел в полимерную матрицу (патент RU №2443029, публ. 20.02.2012, МПК G21F 9/20). Согласно изобретению способ состоит в смешивании масла с поглотителем, в качестве которого используется оксид магния, высокодисперсный углерод, нанопористые угольные материалы. Затем в смесь масла с поглотителем вводится предварительно смешанные эпоксидная диановая смола и отвердитель аминного типа и производится смешивание до достижения однородной консистенции. Смесь затвердевает в течение нескольких часов. После окончания твердения компаунд дополнительно засыпают слоем поглотителя и заливают слоем полимерной композиции. Способ достаточно сложен в реализации, при долговременном хранении возможно растрескивание блоков и вытекание масла из поглотителя, с которым оно химически не связано, а находится в порах поглотителя.
Известен способ обработки жидких радиоактивных отходов (патент RU №2046410, публ. 20.10.1995, G21F 9/16), заключающийся в том, что жидкие радиоактивные отходы атомной промышленности смешивают с раствором жидкого натриевого стекла, формуют путем прессования, проводят термообработку при 90-150°C в течение 0,5-1,5 часов и капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака.
Недостатками известного способа являются:
- проведение процесса при высоких температурах, близких к температуре кипения масел, что приводит к загрязнению окружающей среды;
- несмотря на высокую прочность и водоустойчивость отвержденного компаунда, в случае его растрескивания возможно вытекание масла.
Известен способ цементирования отработанных масел (патент RU №2437178, публ. 20.12.2011, МПК G21F 9/20), заключающийся в получении цементного компаунда путем смешивания маслосодержащих отходов с цементным материалом. Отработанное масло в количестве около 20% от массы конечного компаунда предварительно связывают материалом-поглотителем. В качестве материала-поглотителя используется зола-унос ТЭС либо оксид магния. Отдельно готовят цементное тесто затворением водой или низкосолевыми жидкими радиоактивными отходами при раствороцеметном отношении от 0,3 до 0,6 см3/г сухой смеси, содержащей портландцемент, сорбционную и пластифицирующую добавки, выдерживают тесто некоторое время. Затем вводят в него смесь масла с поглотителем. Изобретение позволяет получить компаунд, удовлетворяющий нормативным требованиям по прочности, но способ требует специального оборудования и в ходе его реализации возможно образование радиотоксичной тритиевой воды.
Наиболее близким к заявляемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ цементирования жидких радиоактивных отходов, содержащих минеральные масла и/или органические жидкости (патент RU №2317605, G21F 9/16, публ. 20.02.2008.), заключающийся в смешивании масляных отходов и водных солевых растворов (из расчета 15 мас.% масла в конечном компаунде) и цементного материала (из расчета 10 мас.% от всего цементного материала), последующем интенсивном перемешивании с использованием заявленного устройства, образованием предварительной суспензии и подачей в нее остальной части цементного материала (из расчета 90 мас.% от всего цементного материала).
Недостатками данного способа являются:
- низкая степень наполнения маслом (10-15% от массы конечного компаунда);
- использование дорогостоящего высокотехнологичного оборудования;
- продолжительное время (28 суток) проведения процесса сушки полученного компаунда;
- масла препятствуют процессам гидратации минералов портландцемента, обволакивая зерна цемента гидрофобной пленкой, что приводит к замедлению процессов твердения, вызывает расслоение конечного компаунда и маслоотделение, что недопустимо при кондиционировании радиоактивных отходов;
- в процессе приготовления предварительной суспензии и сушки конечного компаунда, за счет протекания изотопного обмена, тритий из масла переходит в воду с образованием чрезвычайно токсичной тритиевой воды, которая выделяется в окружающую среду.
Задачей заявляемого изобретения является повышение безопасности проведения способа отверждения тритийсодержащего масла, сокращение времени, уменьшение затрат и упрощение технологии его реализации.
При использовании изобретения достигается следующий технический результат:
- заявленный способ позволяет исключить необходимость хранения жидких радиоактивных отходов на местах их образования и транспортировки их к месту переработки и/или захоронения, что повышает радиационную безопасность производства;
- в ходе реализации заявленного способа не используется вода как компонент отверждающего состава, следовательно, не образуется тритиевая вода, и отпадает необходимость в ее сборе и утилизации, что упрощает процесс и делает его более безопасным;
- получаемая смесь является твердой, гидрофобной, стойкой к температурным колебаниям при нормальных условиях хранения, не разрушающейся под воздействием радиационного излучения от содержащегося в ней трития, не склонной к расслоению и маслоотделению в процессе хранения;
- тритийсодержащие нефтяные масла полностью растворяются в расплавленном высокоочищенном парафине с высокой степенью наполнения маслом (до 30% от конечной массы);
- отверждение масел по заявленному способу может проводиться в любых лабораторных или производственных условиях без использования высокотехнологичного специализированного оборудования;
- при реализации заявленного способа время отверждения сокращается с нескольких суток до нескольких часов, что значительно уменьшает радиационные риски для персонала.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата предлагается способ отверждения тритийсодержащего нефтяного масла, заключающийся в соединении масла с отвердителем, в котором, согласно изобретению, качестве отвердителя используют парафин и приготавливают смесь тритийсодержащего масла и твердого парафина с содержанием масла не более 30% вес., нагревают смесь до температуры 65-70°C, выдерживают до перехода парафина в жидкое состояние и растворения в нем масла, охлаждают полученную смесь.
При реализации способа наиболее эффективным является использование высокоочищенного парафина нефтяного твердого.
В предлагаемом способе тритийсодержащее масло, взятое в заявленных пропорциях, полностью растворяется в парафине с образованием гомогенной смеси, без последующего расслоения и маслоотделения в процессе хранения. Благодаря тому, что плотности исходных компонентов близки и они хорошо растворяются друг в друге при температуре 65-70°C, дополнительное перемешивание не требуется. Предлагаемый способ отличается от известных способов высокой степенью наполнения маслом - до 30% вес. от конечной массы. Предлагаемый способ технологичен, экономичен, так как не требует специального дорогостоящего оборудования, значительных трудо- и энергозатрат. Исходные компоненты гидрофобные и не накапливают в своем составе воду, также вода не используется для приготовления отверждающего состава и, соответственно, не образуется тритиевая вода, что положительно влияет на общую радиационную безопасность. При реализации предлагаемого способа время отверждения составляет несколько часов, что сокращает продолжительность контакта персонала с радиационными материалами.
Пример практического применения.
Для определения пределов растворимости масла в расплавленном парафине были подготовлены навески вакуумного масла ВМ-1С (ТУ 38.1011187-88) массой 6 г и парафина нефтяного твердого (ГОСТ 23683-89) массой 9 г. Подготовленные навески были помещены в алюминиевую форму и подвергнуты нагреву галогенным нагревательным элементом до температуры 70°C (температура плавления парафина ~65°C) в течение 10 мин с одновременным контролем массы образца. При этом произошло полное расплавление парафина, потери массы смеси не наблюдалась. После охлаждения на поверхности полученного образца было отмечено выделение масла, которое было удалено при помощи марли, смоченной бензолом. По результатам взвешивания очищенного образца (общая масса 12,97 г), массовая доля компонентов составила 9 г парафина и 3,97 г масла, что соответствует соотношению 69,4% парафина и 30,6% масла. После этого образец был заново расплавлен в чистой алюминиевой форме и охлажден. После его отверждения выделение масла на поверхности не отмечено. Проведенные исследования показали, что при температуре 70°C вакуумное масло полностью растворяется в парафине с максимальным соотношением 70% парафина и 30% масла. Исходя из того, что данное соотношение является максимальным, то при использовании данного способа отверждения на практике можно рекомендовать соотношение 75% вес.парафина и 25% вес. масла. Для проверки температуростойкости полученный образец в течение 7 часов выдерживали при температуре 40°C. При этом внешний вид образца не изменился, маслоотделения и расслоения не отмечено, потери массы с точностью ±0,01 г не зафиксировано.
Для проверки возможности практического применения предлагаемого способа была подготовлена навеска загрязненного тритием вакуумного масла ВМ-1С (ТУ 38.1011187-88) с удельной активностью ≈2×1012 Бк/кг массой 5 г. Согласно пункту 14.9 действующих санитарных правил «Радиационная безопасность при работе с тритием и его соединениями» СП 2.6.1. 05-04 жидкие тритиевые РАО с указанной активностью являются высокоактивными. По предлагаемому способу было проведено отверждение с использованием навески парафина нефтяного твердого (ГОСТ 23683-89) массой 15 г. Полученный твердый однородный образец с удельной активностью ≈0,5×1012 Бк/кг, что согласно пункту 14.10 СП 2.6.1. 05-04 соответствует категории «низкоактивные», был помещен на фильтровальную бумагу и заключен в контейнер. За 60 дней хранения внешний вид образца не изменился, маслоотделение не наблюдалось. Низкоактивные твердые тритиевые РАО могут передаваться на долговременное хранение и/или захоронение без дополнительной обработки. По данным работы (Беловодский Л.Ф., Гаевой В.К., Гришмановский В.И. Тритий. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 180), максимальная удельная активность вакуумного масла, используемого в работе диффузионных и форвакуумных насосов, при откачке тритийсодержащих сред из вакуумных систем и боксов составляет 3,7×1012 Бк/кг.
1. Способ отверждения тритийсодержащего нефтяного масла, заключающийся в соединении масла с отвердителем, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют парафин и приготавливают смесь тритийсодержащего масла и твердого парафина с содержанием масла не более 30% вес., нагревают смесь до температуры 65-70°С, выдерживают до перехода парафина в жидкое состояние и растворения в нем масла, охлаждают полученную смесь.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют высокоочищенный парафин нефтяной твердый.
