РЕАКТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2015 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, вопросов обращения с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) и может быть использовано при переработке кубовых остатков (КО) выпарных аппаратов установок переработки трапных вод атомных электростанций (АЭС).

Известен способ разрушения органических комплексов ⁶⁰Co, реализующий установку, в которой проводится озонирование кубового остатка (патент РФ №2268513, G21F 9/06, G21F 9/20, опубл. 20.01.2006).

Недостатком озонирования являются: невысокая эффективность выделения в шлам активированных продуктов коррозии, обусловленная неспособностью озона разрушить оксалаты переходных металлов и полифосфатные комплексы; опасность использования озона, поскольку он относится к сильнодействующим веществам и его концентрация в воздухе не должна превышать 0,1 мг/м³, а также высокая себестоимость, обусловленная высоким расходом реагента (10 кг озона на 1 м³ кубового остатка) и электроэнергии.

Известен способ, в котором в реакторе окисления вместо озона предлагается использовать другие кислородсодержащие окислители: например пероксид водорода, перманганат калия, персульфат натрия или аммония в виде растворов, а также кислород. В данном патенте первоначально проводят очистку от цезия перед разложением органических комплексов кобальта. Указывают, что процесс окисления КО должен проводиться при повышенных температурах и давлении выше давления насыщенного пара жидкости для этой температуры. Приводится пример очистки кубового остатка с использованием 30% перекиси водорода в качестве окислителя. Сущность описанного способа заключается в том, что кубовый остаток жидких радиоактивных отходов окисляют, а затем удаляют активированные продукты коррозии фильтрацией. При температуре процесса 200°C и давлении 6 МПа радиоактивность по ⁶⁰Co была снижена до 160 Бк/л (WO/2007/123436).

Системы, реализующие этот способ, являются сложными и недостаточно эффективными, так как необходимо поддерживать высокую температуру и повышенное давление. При таких жестких условиях проведения процесса значительная часть активированных продуктов коррозии отлагается на стенках оборудования, а не на шламах, которые можно было бы отделить фильтрованием. При отложении радионуклидов на стенках оборудования вывести их можно только промывкой дезактивирующими растворами с переводом вновь в растворенное состояние, т.е. вернуть в исходное положение, что существенно снижает эффективность процесса.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ очистки кубовых остатков жидких радиоактивных отходов от радиоактивного кобальта и цезия путем окисления кубового остатка и выделения активированных продуктов коррозии фильтрацией, в котором в кубовый остаток дозируют перекись водорода и пропускают его многократно в режиме циркуляции через трубчатый реактор, воздействуя на кубовый остаток жестким ультрафиолетовым излучением, процесс ведут при значении pH раствора 7-10 и температуре 45-98°C, после отделения микрофильтрацией шлама, содержащего радиоактивный кобальт, железо, марганец, в фильтрат одновременно вводят растворы диэтилдитиокарбаматов щелочных металлов и солей переходных металлов при тех же значениях pH и температуры, с последующим выделением микрофильтрацией образовавшегося осадка диэтилдитиокарбаматов переходных металлов с радиоактивным кобальтом, а радиоактивный цезий выводят на ионоселективных сорбентах ступенчато противоточным методом с удалением отработавших сорбентов микрофильтрацией совместно с диэтилдитиокарбаматом кобальта. В разработанной технологии на первой стадии кубовый остаток подвергают окислению в установке, работающей в режиме циркуляции по замкнутому контуру: емкость^→насос^→УФ-реактор^→емкость, при температуре 45-98°C, воздействию ультрафиолетовым излучением ксеноновых ламп. Кроме того, проводят дозированное введение перекиси водорода, инжектирование сжатого воздуха и обогащенного кислородом воздуха из емкости.

Недостатком данных систем является неполное использование потенциальных возможностей процесса окисления при помощи перекиси водорода и ультрафиолетового излучения.

В основу изобретения положена задача создания реактора для окисления жидких радиоактивных отходов, характеризуемого повышенной производительностью за счет более эффективного использования одновременного воздействия на кубовый остаток перекиси водорода и ультрафиолетового излучения совместно с озоном, вырабатываемым ультрафиолетовой ксеноновой лампой.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в реакторе для окисления жидких радиоактивных отходов, включающем емкость, насос, ультрафиолетовый реактор, устройства дозированного введения перекиси водорода и инжектирования сжатого воздуха, ультрафиолетовый реактор выполнен в виде цилиндра, в котором установлена ультрафиолетовая полая лампа, окруженная полостью для отходов, при этом внутренняя полость УФ лампы сообщена по потоку с верхней частью емкости через осушитель с помощью газового насоса и с нижней частью емкости через насадку, а полость для отходов сообщена по потоку с нижней частью емкости с помощью жидкостного насоса и с верхней частью емкости через распылитель, установленный над поверхностью жидких отходов. При этом устройство для инжектирования воздуха может быть установлено на линии сообщения нижней части емкости и полости для отходов.

В предлагаемом решении наличие УФ реактора с полой УФ лампой обеспечивает возможность организовать 2 системы циркуляции с двумя противоположно направленными потоками - газовым (с кислородом, озоном) и потоком жидких радиоактивных отходов, что приводит к усилению проходящих реакций и увеличению производительности (скорости) процесса окисления. Воздействие УФ на поток отходов обеспечивается за счет наличия полости вокруг УФ лампы, что также повышает производительность (скорость) окисления отходов. Использование избыточного кислорода, полученного в емкости в результате реакции разложения перекиси водорода, и направление его через осушитель в центральную полость УФ лампы дает возможность получить дополнительный озон и направить полученную смесь озона с воздухом и кислородом обратно в емкость с жидкими отходами, что также приводит к увеличению скорости окисления. Распылитель обеспечивает увеличение скорости окисления за счет увеличения площади поверхности взаимодействия встречных потоков отходов и озона. Скорость реакции окисления при этих условиях возрастает более чем вдвое.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой приведена схема реактора окисления.

Реактор для окисления жидких радиоактивных отходов содержит емкость 1, ультрафиолетовый реактор 2, устройства дозированного введение перекиси водорода 3 и инжектирования сжатого воздуха 4. Ультрафиолетовый реактор 2 выполнен в виде цилиндра, в котором установлена ультрафиолетовая полая лампа 5, снабженная внутренней центральной полостью 6 и окруженная полостью для отходов 7. Внутренняя полость УФ лампы 5 соединена трубками 8 с верхней частью емкости 1 через осушитель 9 с помощью газового насоса 11 и с нижней частью емкости 1 - через насадку 10. Полость для отходов 7 соединена трубкой 12 с нижней частью емкости 1 с помощью жидкостного насоса 13 и с верхней частью емкости 1 с помощью трубки 15 - через распылитель 16, установленный над поверхностью жидких отходов.

Устройство работает следующим образом.

В емкость 1 подаются жидкие радиоактивные отходы и перекись водорода из устройства дозированного введения 3. В верхней части емкости 1 появляются и накапливаются газообразные продукты реакций, происходящих в емкости

2H₂O₂→2H₂O+O₂↑

Me(COO)₂+H₂O₂→Me(OH)₂+2CO₂↑,

в том числе кислород и углекислый газ.

При прохождении через осушитель 9 остается воздушный поток, обогащенный кислородом, который поступает в центральную полость 6 УФ лампы 5, где кислород преобразуется в озон. Насос 11 подает эту воздушную обогащенную смесь через насадку 10 в нижнюю часть емкости 1, где озон начинает взаимодействовать с жидкими радиоактивными отходами. В свою очередь жидкие радиоактивные отходы подаются из нижней части емкости 1 с помощью жидкостного насоса 13 совместно с подаваемым через устройство инжектирования сжатым воздухом 4 во внешнюю полость УФ реактора 2, где также подвергаются воздействию ультрафиолета. Далее они по трубке 15 подаются в распылитель, установленный в верхней части емкости 1 над поверхностью жидких радиоактивных отходов, где дополнительно окисляются встречным потоком озона и кислорода воздуха.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет следующие преимущества по сравнению с аналогами:

a) позволяет избежать использования озонаторной станции и сделать процесс более безопасным;

b) позволяет добиться более эффективной очистки от ⁶⁰Co;

c) потребляет меньше электроэнергии;

d) Является более производительным.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к обращению с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО), и может быть использовано при переработке кубовых остатков (КО) выпарных аппаратов установок переработки трапных вод атомных электростанций (АЭС). Ультрафиолетовый реактор выполнен в виде цилиндра, в котором установлена ультрафиолетовая полая лампа, окруженная полостью для отходов. Внутренняя полость УФ лампы сообщена по потоку с верхней частью емкости через осушитель с помощью газового насоса и с нижней частью емкости через насадку. Полость для отходов сообщена по потоку с нижней частью емкости с помощью жидкостного насоса и с верхней частью емкости через распылитель, установленный над поверхностью жидких отходов. При этом устройство для инжектирования воздуха установлено на линии сообщения нижней части емкости и полости для отходов. Технический результат - повышение производительности реактора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реактор для окисления жидких радиоактивных отходов, включающий емкость, насос, ультрафиолетовый реактор, устройства дозированного введение перекиси водорода и инжектирования сжатого воздуха, отличающийся тем, что ультрафиолетовый реактор выполнен в виде цилиндра, в котором установлена ультрафиолетовая полая лампа, окруженная полостью для отходов, при этом внутренняя полость УФ лампы сообщена по потоку с верхней частью емкости через осушитель с помощью газового насоса и с нижней частью емкости через насадку, а полость для отходов сообщена по потоку с нижней частью емкости с помощью жидкостного насоса и с верхней частью емкости через распылитель, установленный над поверхностью жидких отходов.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для инжектирования воздуха установлено на линии сообщения нижней части емкости и полости для отходов.