СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G21F9/06 G21C19/46 

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно для утилизации радиоактивных жидких органических и неорганических веществ. Кроме того, изобретение может быть использовано в химической промышленности в экстракционных схемах по извлечению различных элементов или неорганических веществ.

Известные традиционные способы переработки радиоактивных отходов путем открытого сжигания при температурах выше 1000^oС в случае переработки органических отходов экстракционной технологии неприемлемы, т.к. требуют сложной системы газоочистки и дальнейшей переработки образующихся жидких отходов. Кроме того, в процессе сжигания хлорсодержащих органических отходов образуются чрезвычайно опасные летучие токсиканты, такие как хлорированные дибензодиоксин и дибензофуран, предельно допустимая концентрация которых в воздухе составляет 0,1 нг/м³ (см. Егоров Г.Ф. "Радиационная химия экстракционных систем". - М.: Энергоатомиздат, 1986 г.)
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ переработки жидких органических отходов, содержащих 30% трибутилфосфата в н- парафиновых углеводородах, путем сжигания и переведения в твердые фосфаты, включающий отделение разбавителя от экстрагента с последующим термическим разложением экстрагента (см. Патент США 4039468, кл. 252-30.1, опублик. 1977 г.), которое заявителем и принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе жидкие органические отходы переводятся в жидкие неорганические отходы, которые в дальнейшем снова должны быть подвергнуты обработке, что ведет к дополнительным затратам, так как расходуется значительное количество дорогостоящей фосфорной кислоты.

Цель изобретения - упрощение процесса и полнота перевода радиоактивных отходов в стабильную форму, пригодную для длительного хранения с последующим захоронением.

Технический результат - получение сыпучей порошкообразной массы, подготовленной к длительному хранению уже в результате процесса термического разложения экстрагента.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих 30% трибутилфосфата в разбавителе, включающем отделение разбавителя от экстрагента с последующим термическим разложением экстрагента, особенностью является то, что отделение экстрагента от разбавителя проводят путем отгонки с острым паром, а термическое разложение осуществляют путем смешивания экстрагента с пористым материалом в присутствии катализатора при следующем объемном соотношении компонентов:
Экстрагент - 1,0
Пористый материал - 0,4-1,0
Катализатор - 1,5-2,0
и процесс термического разложения ведут при температуре 80-140^oС.

Учитывая особые условия использования, способ отличается тем, что в качестве пористого материала используют активированный уголь, а в качестве катализатора применяют щавелевую кислоту.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся их использования при реализации способа переработки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по имеющимся патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, заявителем не обнаружен. Определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения условию "новизна".

Результаты дополнительного поиска известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного устройства, показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из определенного заявителем уровня техники не выявлено влияние преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения, на достижение технического результата. Поэтому заявитель предполагает соответствие данного изобретения критерию "изобретательский уровень"
Процесс каталитического обезвреживания органических отходов может быть представлен в следующем виде. Компоненты органических отходов при температуре 80-140^oС вступают во взаимодействие с катализатором (смесь органических кислот). При этом органическая составляющая трибутилфосфата и катализатор переходят в газообразные продукты, а минеральная часть трибутилфосфата (фосфаты) и радионуклиды адсорбируются поверхностью дисперсного материала. При температуре ниже 80^oС взаимодействия трибутилфосфата и катализатора не происходит, а при температуре выше 140^oС образуются высокотоксичные и взрывоопасные газы. При объемном соотношении дисперсного материала и жидких органических отходов (трибутилфосфата) более чем 1,0:1,0 происходит неполное заполнение пористого материала фосфатами, при объемном соотношении менее чем 1,0:0,4 минеральная часть отходов адсорбируется не полностью и не происходит образования сыпучей порошкообразной массы. При объемном соотношении трибутилфосфата и катализатора более чем 1,0:2,0 происходит неполное разложение катализатора. При объемном соотношении менее чем 1,0:1,5 взаимодействие катализатора и трибутилфосфата не происходит.

ПРИМЕР
В стеклянный аппарат объемом 200 см³ с газоотводной трубкой загружали предварительно взвешенные определенные объемы активированного угля фракции 0,5-1,0 мм, катализатора (кристаллическая Н₂С₂O₄) и раствор трибутилфосфата после отгонки разбавителя (гексахлорбутадиена). Газоотводную трубку аппарата соединяли с газосборником, аппарат нагревали до температуры исследуемого диапазона, выдерживали при этой температуре до образования сыпучей порошкообразной массы. По окончании каждого эксперимента определяли объем и состав конечного продукта, а также объем и состав газовой фазы. В тех же условиях проводили опыт по прототипу. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как показывают результаты опытов, представленные в таблице, процесс разложения трибутилфосфата после отгонки гексахлорбутадиена из отработанной экстракционной смеси в присутствии активированного угля и катализатора до минеральной основы при температуре 80-140^oС происходит в среднем за 2 часа. В результате образуется сыпучая порошкообразная масса, подготовленная к длительному хранению и пригодная для дальнейшего перевода в стеклоподобную матрицу, включения в органические связующие (битум) или создания на ее основе углеграфитового композита. Разложение трибутилфосфата в присутствии фосфорной кислоты при температуре 180^oС (по прототипу) проходит за 6 часов до жидкого минерального остатка и смеси горючих газов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- заявленный способ при его осуществлении предназначен для использования в промышленности, а именно в атомной энергетике и в технологии переработки радиоактивных отходов;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения с помощью описанных в заявке средств и методов;
- способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно для утилизации радиоактивных жидких органических и неорганических веществ. Способ включает отделение разбавителя от экстрагента с последующим термическим разложением экстрагента. Отделение экстрагента от разбавителя проводят путем отгонки с острым паром, а термическое разложение осуществляют при температуре 80-140^oС путем смешивания экстрагента с пористым материалом в присутствии катализатора при следующем объемном соотношении компонентов: экстрагента 1,0, пористый материал 0,4-1,0, катализатор 1,5-2,0. Технический результат: получение сыпучей порошкообразной массы, подготовленной к длительному хранению уже в результате процесса термического разложения экстрагента. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих 30% трибутилфосфата в разбавителе, включающий отделение разбавителя от экстрагента с последующим термическим разложением экстрагента, отличающийся тем, что отделение экстрагента от разбавителя проводят путем отгонки с острым паром, термическое разложение ведут при 80-140°С, смешивая экстрагент с пористым материалом в присутствии катализатора при следующем объемном соотношении компонентов:

Экстрагента 1,0

Пористый материал 0,4-1,0

Катализатор 1,5-2,0