Способ переработки жидких радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), а именно к способам концентрирования ЖРО методом упаривания. Сущность изобретения заключается в концентрировании отходов упариванием, при этом процесс осуществляют путем подачи ЖРО в глицерин при их соотношении в зоне упаривания 1:9 - 1:1 при 105-150°С. Технический результат - повышение степени упаривания ЖРО, предотвращение инкрустации греющих поверхностей солеотложениями, исключение возможности развития местной коррозии нержавеющей стали, упрощение операций последующего обращения с кубовым остатком, предотвращение вспенивания упариваемых растворов при наличии в ЖРО детергентов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), а именно к способам концентрирования ЖРО методом упаривания.

В технике известны различные способы переработки ЖРО.

С точки зрения возможности максимального концентрирования ЖРО в процессе их кондиционирования наиболее рациональным способом обращения с ЖРО считается метод термической дистилляции (упаривания) и его варианты. Несмотря на относительно высокие энергозатраты, данный способ нашел широкое применение благодаря своим технологическим преимуществам /1/.

Известен способ переработки ЖРО упариванием кипящих рассолов под атмосферным давлением при передаче тепла через стенку аппарата /2/. Данный способ выбран авторами в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сути и достигаемым результатам. Недостатками данного метода являются: - инкрустация (осаждение солей) греющих поверхностей, что приводит к снижению производительности процесса и требует проведения периодических химических промывок выпарного аппарата; - относительно низкая степень концентрирования солей (не более чем до 200-400 г/л); - при глубоком упаривании ЖРО, до солесодержания 400 г/л и более возникают трудности последующего обращения с гетерогенным кубовым остатком, который практически нетекуч, его нельзя хранить во временных емкостях-хранилищах из-за выпадения осадков; - вспенивание растворов при наличии в них детергентов (поверхностно-активных веществ), существенно затрудняющих процесс выпаривания; - опасность развития процессов местной коррозии материала оборудования из нержавеющих сталей.

Задача, решаемая данным изобретением: - повышение степени упаривания ЖРО; - предотвращение инкрустации греющих поверхностей солеотложениями; - исключение возможности развития местной коррозии нержавеющей стали; - упрощение операций последующего обращения с кубовым остатком;
- предотвращение вспенивания упариваемых растворов при наличии в ЖРО детергентов.

Для решения поставленной задачи в выпарной аппарат помещают глицерин, подают в него ЖРО и нагревают смесь до кипения при атмосферном давлении. Скорость подачи ЖРО и количество подводимого извне тепла выбирают таким образом, чтобы обеспечить в зоне упаривания поддержание соотношения ЖРО: глицерин 1:9 - 1:1 и температуры 105 - 150^oC при заданной производительности по выпару. Точку отбора пара по высоте аппарата для последующей конденсации выбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимое разделение паров воды и глицерина и возврат последнего в зону кипения.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию "Новизна".

При поиске аналогов и прототипа не выявлены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, а обнаруженные авторами эффекты ингибирования процессов местной коррозии нержавеющей стали и инкрустации греющих поверхностей солеотложениями, а также отсутствие вспенивания растворов не следуют явным образом из уровня техники, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию "Изобретательский уровень".

На чертеже приведена зависимость температуры кипения глицериновых растворов от концентрации глицерина.

В табл. 1 приведен химический и радионуклидный состав ЖРО, образующихся при эксплуатации и утилизации судов с АЭУ /3/.

В табл. 2 приведены сравнительные характеристики параметров процесса упаривания растворов по прототипу и по заявляемому способам.

В табл. 3 приведены данные по коррозии сталей в насыщенных растворах хлорида натрия при 150^oC.

Возможность осуществления способа поясняется на следующих примерах.

Пример 1. Раствор, соответствующий по химическому составу ЖРО типа 3 в соответствии с табл. 1, упаривают по прототипу и по заявляемому способу в одинаковых условиях (геометрия дистиллятора, количество подводимого тепла в единицу времени). В обоих случаях в слое растворов в зоне упаривания помещают образцы стали 12Х18Н10Т. Контролируют коэффициент упаривания исходных растворов (отношение объема раствора, поданного в дистиллятор, к объему кубового остатка), коэффициент очистки конденсата и поверхностную загрязненность образцов солеотложениями. Видно, что осуществление процесса упаривания по заявляемому способу позволяет повысить коэффициент очистки конденсата и предотвратить образование плотносцепленных с поверхностью металла отложений (табл. 2). Установлено, что в отличие от прототипа кристаллизация солей в процессе упаривания по заявляемому способу происходит не на теплопередающей поверхности, а преимущественно в объеме раствора, с образованием подвижной квазигомогенной системы "насыщенный раствор - кристаллы солей".

Пример 2. Образцы стали 12Х18Н10Т и стали 3 выдерживают при 150^oC в растворах, состав которых приведен в табл. 3, предварительно насыщенных хлоридом натрия. Контролируют скорость общей и наличие местных видов коррозии.

Видно, что такой показатель, как скорость общей коррозии стали 12Х18Н10Т и стали 3 при контакте с упариваемыми растворами, находится в допустимых пределах как для случая использования заявляемого, так и для способа-прототипа. Отличие заявляемого заключается в отсутствии локальных видов коррозии (питтинговой коррозии) на поверхности нержавеющей стали, о чем свидетельствуют данные визуального наблюдения (табл. 3).

Пример 3. Раствор, соответствующий по химическому составу ЖРО типа 3 (табл. 1), упаривают по заявляемому способу до образования кубового остатка с содержанием солей 1000 г/л (максимально достижимое значение - 1500 г/л). Полученный кубовый остаток вытесняют из дистиллятора путем создания избыточного давления, что практически неосуществимо при использовании известного способа, для последующей переработки (например, отверждением).

Оптимальный диапазон соотношения ЖРО: глицерин следует из данных, представленных в табл. 3 и на чертеже. При увеличении соотношения выше 1:1 возможно коррозионное повреждение стали (табл. 3). Снижение соотношения ЖРО: глицерин меньше 1: 9 нецелесообразно, как с точки зрения контроля за ходом процесса, поскольку в данной области происходит резкое возрастание температура кипения смеси с ростом доли глицерина, так и с точки зрения термической устойчивости глицерина /4/. Данному соотношению ЖРО:глицерин соответствует диапазон температуры 105 - 150^oC (см. чертеж).

Список источников
1. А. А. Хоникевич. Очистка радиоактивно-загрязненных сточных вод. М.: Атомиздат, 1994.

2. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Атомиздат, 19/5. С. 15-20.

3. Патент РФ N 2112289, G 21 F 9/04, В 01 J 20/02, C 02 F 9/00, 1998, бюл. N 15.

4. Чечеткин А.М. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971.

Формула изобретения

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов, заключающийся в концентрировании отходов упариванием, отличающийся тем, что процесс осуществляют путем подачи жидких радиоактивных отходов в глицерин при их соотношении в зоне упаривания 1 : 9 - 1 : 1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при 105-150°С.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4