СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОБЛУЧЕННОГО ТОПЛИВА РЕАКТОРОВ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ ОТ КРИПТОНА И КСЕНОНА Советский патент 1994 года по МПК G21F9/02 

Изобретение относится к радиохимической технологии, а именно к очистке газовых выбросов при переработке облученного топлива реакторов на быстрых нейтронах.

Облученное топливо ядерных реакторов наряду с другими газообразными продуктами деления содержит в значительных количествах благородные газы (БГ): криптон и ксенон. Так, в тонне отработавшего ядерного топлива реакторов на быстрых нейтронах содержится около 20000 Ки Kr-85. Соображения экологического характера, а также возможность использования БГ в промышленности вызывает необходимость введения системы улавливания и концентрирования криптона и ксенона. Наиболее проработанными в техническом отношении методами выделения и концентрирования БГ являются низкотемпературные адсорбция, абсорбция и дистилляция.

В качестве прототипа выбран способ, в котором сочетаются низкотемпературная адсорбция и ректификация. По этому способу из газа каталитичеcки удаляют кислород и окислы азота, затем газ сушат, удаляют с помощью адсорбции углекислый газ и ксенон и двухступенчатой ректификацией получают концентрат криптона.

Недостатком метода является следующее: при очистке сдувок в процессах рубки и растворения топлива объемы перерабатываемого газа могут составлять несколько десятков кубометров, причем содержание в них криптона и ксенона невелико (10-100 млн^-1), камера рубки связана с аппаратом растворения и при рубке в кислоту в газовоздушных выбросах могут появиться окислы азота. Наличие в сдувке пожаровзрывоопасных примесей требует введения дополнительных операций и соответствующей аппаратуры по их удалению. Все это приводит к значительному увеличению размеров установки и усложняет управление процессом. Кроме того, наличие стадии низкотемпературной ректификации требует предварительного захолаживания оборудования, что увеличивает энергозатраты.

Целью изобретения является упрощение и удешевление способа, увеличение безопасности процесса, снижение энергозатрат.

Цель достигается тем, что на стадии подготовки топлива к растворению вводятвся дополнительные операции вскрытия и локального отбора газа из газовых полостей твэлов. Вызвано это тем, что в случае переработки топлива реакторов на быстрых нейтронах подавляющая часть БГ находится в газовых полостях твэлов и выделяется на стадии рубки. Отбираемый из газовых полостей газ не содержит пожаровзрывоопасных примесей. После очистки от аэрозолей его направляют в адсорбционную установку. Неподвижный слой адсорбента в установке имеет комнатную температуру. Охлаждение слоя абсорбента до рабочей температуры адсорбции ведут в потоке очищаемого газа с использованием внешнего источника холода. Причем объем адсорбента определяют из соотношения
V_сорб≥ 2· , (1) где V_сорб - объем сорбента, м³;
τ_уд - время удерживания, ч;
V - расход очищаемого газа, м³/ч;
Г_Кr - коэффициент Генри по криптону, м³ ˙ м.

Дальнейшее разделение криптона и ксенона проводят хроматографически.

П р и м е р 1. В таблице показана доля выделения криптона и ксенона на различных стадиях переработки отработавшего топлива: вскрытия газовых полостей, рубки, растворения.

Данные таблицы показывают, что около 95% криптона и ксенона выделяются на стадии вскрытия газовых полостей.

Таким образом, на этой стадии переработки можно извлечь до 95% БГ от их суммарного содержания в твэлах с коэффициентом очистки от Kr - 85, равным 20. Отсутствие окислов азота на этой стадии переработки и значительно меньшая продолжительность операции с процессом растворения позволяют существенно упрочтить систему газоочистки.

П р и м е р 2. Отбор газа проводится при рубке топлива без предварительного вскрытия газовых полостей твэлов. Объем перерабатываемого газа (τ_уд V) составляет 60 м³. Объем сорбента, необходимого для очистки газа, определяют по формуле (1). Температура процесса 153К, сорбент - активированный уголь, коэффициент Генри по криптону 1700 м³/м³.

V_сорб≥ 2· ≥ 0,071 м³ .

П р и м е р 3. Отбор газа проводится при вскрытии газовых полостей твэлов. Объем перерабатываемого газа (τ_уд V) составляет 3 м³. Объем сорбента, необходимого для очистки газа, определяют по формуле (1). Охлаждение сорбента проводят в потоке очищаемого газа до уровня температуры, указанного в предыдущем примере, сорбент - активированный уголь, коэффициент Генри по криптону 850 м³/м³.

V_сорб≥ 2· 0,0071 м³ .

Как видно из приведенных примеров, при переработке газа, отобранного при вскрытии газовых полостей твэлов, уменьшается потребный объем сорбента.

Использование предлагаемого способа очистки газа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: значительное снижение габаритов оборудования и, следовательно, биологической защиты (объем адсорбента по предлагаемому методу на порядок меньше), повышение пожаровзрывобезопасности процесса вследствие исключения возможности попадания в низкотемпературную часть установки окислов азота, снижение в 15-20 раз энергетических затрат, вызванное только уменьшением объемов перерабатываемого газа.

Использование: в мероприятиях по обеспечению безопасной переработки облученного топлива реакторов на быстрых нейтронах. Сущность изобретения: возникающую при переработке тепловыделяющих элементов - топлива - газовую смесь отбирают локально при вскрытии газовых полостей тепловыделяющих элементов. После очистки от аэрозолей газ подается на слой абсорбента, охлаждение которого до рабочей температуры ведут в потоке очищаемого газа с использованием внешнего источника холода. Процесс осуществляют при отсутствии окислов азота. 1 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОБЛУЧЕННОГО ТОПЛИВА РЕАКТОРОВ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ ОТ КРИПТОНА И КСЕНОНА, включающий очистку газов от аэрозолей, низкотемпературную адсорбцию криптона и ксенона и дальнейшее их разделение, отличающийся тем, что, с целью его упрощения и удешевления, увеличения безопасности процесса, снижения энергетических затрат, газовую смесь локально отбирают при вскрытии газовых полостей твэлов, после чего очищенный от аэрозолей газ подают на слой адсорбента, охлаждение которого до рабочей температуры ведут в потоке очищаемого газа, причем объем сорбента определяют из соотношения
V_сорб≥ 2· ,
где V_сорб - объем сорбента, м³;
τ_уд - время удерживания, ч;
V - расход очищаемого газа, м³/ч;
Г_кr - коэффициент Генри по криптону, м³/м³.