RU2627237C2 - Установка для обработки радиоактивных углеродных отходов, в частности, графита - Google Patents
Установка для обработки радиоактивных углеродных отходов, в частности, графита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627237C2 RU2627237C2 RU2015133212A RU2015133212A RU2627237C2 RU 2627237 C2 RU2627237 C2 RU 2627237C2 RU 2015133212 A RU2015133212 A RU 2015133212A RU 2015133212 A RU2015133212 A RU 2015133212A RU 2627237 C2 RU2627237 C2 RU 2627237C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- carbon
- chlorine
- water
- tritium
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims description 36
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims description 36
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- VEXZGXHMUGYJMC-OUBTZVSYSA-N chlorane Chemical compound [36ClH] VEXZGXHMUGYJMC-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-NJFSPNSNSA-N Carbon-14 Chemical compound [14C] OKTJSMMVPCPJKN-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 10
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005372 isotope separation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 on the one hand Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
- G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
- G21F9/302—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
- B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/08—Processing by evaporation; by distillation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к обработке радиоактивных углеродных отходов. Способ обработки радиоактивных углеродных отходов включает в себя доставку отходов до одного или нескольких участков разделения радиоактивных изотопов, по меньшей мере, углерода 14, хлора 36 и трития. Доставку отходов к каждому из участков осуществляют во влажном состоянии, причем обработке углерода 14 предшествует отделение хлора 36 и трития, для чего отходы смешивают с водой в виде суспензии, затем подвергают механической фильтрации и сушке, при этом полученная после сушки вода содержит весь или часть хлора 36, который присутствовал в отходах до сушки, и после отделения хлора 36 отходы прокаливают путем обжига, затем промывают, с получением после промывки воды, которая содержит весь или часть трития, который присутствовал в отходах до обжига. Имеется также установка для обработки радиоактивных углеродных отходов. Группа изобретений позволяет доставлять отходы к каждому из участков во влажном состоянии, при этом вода является общей средой-носителем отходов для доставки к каждому из участков разделения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к обработке радиоактивных отходов, остающихся при эксплуатации атомных электростанций.
В частности, оно относится к обработке углеродных отходов, в частности графита, используемого в качестве материала, поглощающего нейтроны в кожухах вокруг реактора.
Графит можно обрабатывать посредством сжигания и/или паровой конверсии (эту обработку называют также «паровым риформингом» или "steam reforming" на английском языке). В целом предложено производить обработку, начиная с извлечения графита, облученного в реакторе, вплоть до обработки выделяющихся газов (при сжигании или паровой конверсии графита), предусматривая при этом обработки, необходимые для захоронения вторичных отходов после общей обработки.
Выбор среды для транспортировки графита в реакторы обработки графита является важным моментом на этой стадии, так как среда-носитель определяет параметры, которые необходимо выбрать для последующей обработки собранных эффлюентов (как правило, концентрированные хлор 36 (Cl36), углерод 14 (C14) и тритий (H3)) с целью их минерализации или их дальнейшего улавливания, чтобы ограничить, насколько это возможно, их выбросы в окружающую среду.
В возможном варианте выполнения сама по себе обработка графита соответствует способу, описанному в документе FR-2943167, и дополнительно включает в себя сбор эффлюентов и их обработку.
Однако при этом необходимо определить наилучшее средство для транспортировки графита.
Настоящее изобретение призвано улучшить ситуацию.
Для этого предложен способ обработки радиоактивных углеродных отходов, включающий в себя доставку отходов до одного или нескольких участков разделения радиоактивных изотопов по меньшей мере среди углерода 14, хлора 36 и трития.
Согласно одному воплощению, доставку к каждому из участков осуществляют во влажном состоянии.
В результате исследований и испытаний заявитель установил, что вода представляет собой наилучшее средство в качестве носителя для доставки отходов от установки обработки отходов до участков разделения радиоактивных изотопов и даже до мест их захоронения (например, захоронения C14) согласно вариантам выполнения, представленным ниже в подробном описании.
В одном осуществлении предусмотрены специальные участки разделения для каждого из элементов углерода 14, хлора 36 и трития и доставка во влажном состоянии к каждому из этих участков.
Таким образом, в этом варианте осуществления предложено четкое разделение для извлечения хлора 36, с одной стороны, и трития, с другой стороны, причем благодаря доставке во влажном состоянии.
В практическом варианте выполнения отходы измельчают и доставляют, смешивая их с водой в виде суспензии, перед первым разделением изотопов, например, перед отделением хлора 36.
В частности, отходы смешивают с водой в виде суспензии, затем подвергают механической фильтрации и сушке. Предпочтительно сушку осуществляют посредством постепенного повышения температуры (например, ниже 1000°C), чтобы избежать высвобождения радионуклидов, отличных от хлора 36 (другие радионуклиды высвобождаются на последующих стадиях). Получаемая после этой сушки вода содержит весь или часть хлора 36, который присутствовал в отходах до сушки.
В одном варианте осуществления отделение трития происходит после отделения хлора 36. Отходы прокаливают путем обжига, затем промывают. При этом вода, собираемая после промывки, содержит весь или часть трития, который первоначально присутствовал в отходах до обжига.
В одном варианте осуществления отделение хлора 36 и трития предшествует обработке углерода 14, причем хлор 36 и тритий отделяют от остальной части углеродных отходов предпочтительно посредством выщелачивания.
В одном варианте осуществления, в котором по меньшей мере часть отходов прокаливают путем обжига, отходы, остающиеся после обжига, подвергают окислению до диоксида углерода для растворения в транспортировочной воде.
В одном варианте осуществления углерод 14, доведенный до диоксида углерода, можно затем обработать при помощи реакции превращения в карбонат для отверждения и хранения в твердом виде.
Углеродные отходы могут первоначально содержать графит. Вместе с тем, настоящее изобретение можно применять и для других видов углеродных отходов, например, таких как смолы.
Объектом настоящего изобретения является также установка для обработки радиоактивных углеродных отходов (пример которой представлен на фиг. 1 и будет описан ниже), при этом установка содержит один или несколько участков разделения радиоактивных изотопов по меньшей мере углерода 14, хлора 36 и трития, а также средства доставки отходов до указанных участков.
Согласно отличительному признаку изобретения, средства доставки получают питание водой для доставки отходов во влажном состоянии.
Так, например, установка содержит средства питания для пополнения воды (обозначение E на фиг. 1, или средство питания водой для преобразования в суспензию B, что будет описано ниже).
Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - представляет пример участков установки обработки радиоактивных углеродных отходов в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - показывает стадии обработки отходов, осуществляемые на установке;
фиг. 3A и 3B - показывает сравнение растворимости в воде соответственно моноксида и диоксида углерода.
В соответствии с проведенными испытаниями в качестве средства сбора углеродных отходов можно предусмотреть три возможности:
- перенос в воде,
- перенос в газовой среде в разбавленной фазе,
- перенос в газовой среде и в плотной фазе.
В нижеследующей таблице представлены преимущества и недостатки каждой технологии.
В последней строке таблицы под «положительным давлением» следует понимать давление, превышающее атмосферное давление, и под «условиями вакуума» следует понимать давление ниже атмосферного давления. Таким образом, в некоторых условиях изоляция может потребовать мер предосторожности конструктивного характера (или дополнительного изолирующего барьера). Действительно, как в плотной пневматической фазе, так и в воде предпочтительно перекачивать графит с целью его доставки.
Из этого исследования вытекает, что выбор в качестве среды «воды» оказывается необходимым для переноса углеродных отходов, таких как облученный графит. Эта среда обеспечивает наилучшие условия с точки зрения изоляции и радиозащиты.
Кроме того, она обеспечивает более легкое управление переходами между реакторами обработки графита.
Согласно другому результату исследования, оптимальное количество графита в воде, используемой в качестве среды-носителя, составляет примерно 30 мас. % (возможен также более широкий диапазон от 20 до 40%).
Схема общей обработки в рамках изобретения представлена на фиг. 1.
Как показано на фиг. 1, суспензию B в виде смеси графита и воды (около 30% графита), получаемую в результате измельчения графита в воде, доставляют к участку 1 механического разделения, например, посредством фильтрации с центрифугированием. На выходе участка 1 90% влажного графита GH доставляют затем в сушилку 3, тогда как грязная вода ES, выходящая с участка 1 механического разделения, поступает в изотопный фильтр 2, например, в ионообменник. Получаемую после фильтрации чистую воду EP можно, например, возвратить в контур питания водой установки обработки отходов, показанной на фиг. 1.
На выходе сушилки 3 полученный в результате сушки пар в основном содержит хлор 36 (радиоактивный изотоп), который первоначально присутствовал в обрабатываемом графите. Водяной пар Cl, содержащий этот изотоп Cl36, сначала поступает в конденсатор 4, где он превращается в жидкость в виде воды ECl, содержащей хлор 36, для хранения в резервуаре A (участок 5) в ожидании специальной обработки хлора 36.
Кроме того, сухой графит GS, выходящий из сушилки 3, доставляют на участок 6 термической обработки посредством обжига. Обработка обжигом может соответствовать способу, раскрытому в документе FR 1260282. Для этого предусмотрено нагнетание газов, таких как водород, монооксид и диоксид углерода, а также водяного пара. Так, можно применять первую термическую обработку при высокой температуре (1000-1500°C) с нагнетанием водяного пара, после которой следует вторая, более умеренная термическая обработка (800-1200°C) в соответствии с реакцией Будуара с контролируемым нагнетанием CO и/или CO2. Такая термическая обработка приводит последовательно сначала к высвобождению изотопа C14, затем изотопа C12 в виде оксидов.
Таким образом, первые отходящие газы BC, получаемые после прокаливания на участке 6, в основном содержат углерод 14 (радиоактивный изотоп), который подлежит обработке в качестве вторичного отхода. В примере осуществления окисление CO, который может присутствовать на выходе с участка 6, производят на участке 7, предпочтительно для получения CO2, который лучше растворяется в воде, чем CO, как будет показано ниже. На выходе из охладителя 8 фильтр 9 задерживает мельчайшие твердые частицы (называемые «мелкими фракциями») с целью их повторного направления на участок 6 термической обработки. Остаток после фильтрации смачивают и промывают чистой водой E на участке 10 для получения трития (изотоп 3H водорода). Кроме того, можно предусмотреть влагоудалитель 11 и конденсатор 12 для сбора воды, содержащей тритий, в накопительном резервуаре B (участок 13) ожидающей специальной обработки трития H3.
Выходящий из конденсатора 12 остаточный газ в основном содержит только монооксид или диоксид углерода COx. После этого его можно направить на участок с абсорбционными колоннами 14 и дегазационными колоннами 15. Получаемые в результате отходящие газы BT проходят обработку, и остаток после этой обработки в основном содержит чистый CO2, содержащий основную часть C14, полученного из графита. Последний проходит обработку на участке 16, например, посредством отверждения при помощи реакции превращения в карбонат (в виде CaCO3).
На фиг. 2 представлены основные стадии обработки.
На стадии S1 графитовая суспензия, полученная в результате измельчения графита в воде, направляют по трубопроводу в установку, содержащую, в частности, емкость термической обработки для фазы обжига. Для облегчения транспортировки эта суспензия содержит около 30% графита, а остальное составляет вода.
Затем на стадии S2 производят первое отделение (путем фильтрации и/или центрифугирования) графита из воды, содержащейся в суспензии. На выходе со стадии S2 с графитом остается от 5 до 10 мас. % воды.
На стадии S3 полученную воду фильтруют. Для этого ее механически направляют в реакторное помещение для обработки, например, при помощи средств фильтрации воды (обычно используемых при разборке корпусов реакторов UNGG). Другим средством (позиция 2 на фиг. 1) для осуществления этой фильтрации может быть автономная установка с фильтрами и ионообменными смолами.
На стадии S4 влажный графит сушат в сушилке при высокой температуре (составляющей от 400°C до 600°C) для удаления остаточной воды. Предпочтительно графит должен быть сухим, чтобы можно было идеально контролировать условия окисления во время фазы термической обработки графита. Температуру сушки определяют таким образом, чтобы производить сушку графита без чрезмерного высвобождения радионуклидов в ходе этой фазы. Однако при температуре от 400 до 600°C часть хлора 36 неизбежно высвобождается вместе с генерируемым паром. Его собирают в резервуар «A», показанный на фиг. 1. Количество высвобожденного Cl36 может достигать в данном случае 90%, и количество H3 может достигать во время этой фазы 5%. Обработку воды, содержащейся в резервуаре «A», можно осуществлять с использованием ионообменных смол, чтобы улавливать Cl36 на стадии S5. Можно дополнительно использовать систему фильтрации, уже присутствующую на месте разборки внутренних элементов реактора, или применять специальную систему очистки при помощи смол. Тритий можно складировать для выжидания спада его радиоактивности на месте в специальных резервуарах (или «чанах») или захватывать на металлических гидридах, или рециркулировать для других промышленных нужд. Предпочтительно, смолы, содержащие хлор 36, предназначены для длительного хранения.
На стадии S6 сухой графит загружают в установку для прокаливания. Эта установка прокаливания и используемые в ней газы описаны в документе FR-1260282. Например, речь идет о термической обработке обжигом, которая предпочтительно дает следующие преимущества:
- удаление хлора 36, который не был удален во время сушки (оставшиеся 10%),
- высвобождение 95% трития (остаток) и углерода 14,
- соответствующая потеря массы составляет всего 5%.
Следует отметить, что в данном случае можно предусмотреть использование катализаторов (например, на основе специальных металлов, таких благородные металлы типа платины, палладия и т.д.), смешиваемых с графитом в виде порошка, чтобы улучшить окисление и в целом ускорить его на участках термической обработки (в частности, в обжиговой печи).
Стадия S7 относится к обработке получаемых отходящих газов. Сначала их направляют в устройство каталитического окисления для преобразования моноксида углерода CO в диоксид углерода CO2. После этого поток отходящих газов охлаждают и подвергают фильтрации. Возможные твердые элементы, присутствующие в газах, отфильтровываются из потока и возвращаются в установку для прокаливания.
Стадия S8 относится к сбору эффлюентов. Охлажденные отходящие газы увлажняют и промывают противотоком. При этом попавший в установку пар конденсируется. Здесь происходит удаление трития и хлора 36 (стадия S9). Собираемую воду направляют в резервуар «B». Этот резервуар содержит основную часть трития и остаток хлора 36 (оставшиеся 10% после сушки графита). Он содержит также небольшое количество C14 в результате абсорбции CO2 в воде. В данном случае предпочтительно осуществляют каталитическое окисление CO, так как CO2 обладает лучшей растворимостью в воде. Обработка Cl36 и H3, содержащихся в этом резервуаре «B», аналогична обработке, предусмотренной для Cl36 и H3, содержащихся в резервуаре «A» (см. стадию S4 выше).
Например, CO2 с 9,25.10-3 TBQ можно растворить в 430 м3 воды, тогда как только 1,85.10-4 в случае CO можно растворить в таком же количестве воды (см. кривые растворимости на фиг. 3A и 3B).
Температура этих жидкостей (в основном воды, а также смеси с небольшим количеством щелочи NaOH для улучшения удаления CO2, которое будет описано ниже) близка к 40°C.
Удаление CO2, содержащего основную часть C14, производят на стадии S10 из отходящих газов, которые получают после сбора эффлюентов на стадии S8. Отходящие газы проходят в систему удаления CO2, которая основана, например, на технологии химической абсорбции, как правило, с использованием амина для захвата CO2. Абсорбционная емкость содержит средства введения в контакт газа и химического растворителя, как правило, органического амина, который абсорбирует большую часть CO2 и реагирует с образованием связанного соединения. После этого растворитель с высоким содержанием CO2 направляют в другую емкость (дегазационная колонна 15 на фиг. 1), где его нагревают вместе с паром для десорбции CO2. CO2, высвобождаемый в дегазационной колонне, можно собрать и подвергнуть сжатию для хранения или для получения твердого остатка в результате реакций минерализации на стадии S11 (например, для получения твердого карбоната CaCO3). Современные технологии позволяют добиваться степени извлечения CO2 выше 95%.
В случае необходимости для улучшения этого показателя можно применять более совершенные растворы абсорбентов.
В нижеследующей таблице предусмотрен коэффициент извлечения 95%, то есть определенная часть (2,25 TBq C14 в год) выходит из системы с отходящими газами, как было указано выше.
Потеря массы, связанная с общей обработкой, не превышает 5%.
В следующей таблице приведены основные потоки и содержащиеся в каждом потоке радионуклиды, которые необходимо подвергнуть отверждению или обработке с целью удаления.
На фиг. 3A и 3B представлено сравнение растворимости в воде CO и растворимости в воде CO2, в частности, здесь видно, что диоксид углерода гораздо лучше растворяется в воде, чем монооксид углерода, что делает воду приоритетным носителем для обработки углеродных отходов и, в частности, графита в окисленном виде CO2.
Растворимость CO и CO2 в воде можно использовать для приблизительного определения количества C14O2, в конечном итоге абсорбированного в воде в конце обработки.
После этого сжатый CO2 можно минерализовать при помощи классических технологий, например, в виде карбонатов (как правило, CaCO3) или в виде карбидов (например, карбида кремния SiC), или можно рециркулировать с целью использования для промышленных или санитарных нужд (например, для исследований в больницах в качестве проявителя в системе получения изображений).
В примере, представленном на фиг. 1, речь идет об обработке углерода 14 в виде диоксида углерода CO2. В первом варианте осуществления это решение может быть предпочтительным, так как с CO могут возникнуть проблемы безопасности, что влечет за собой дополнительные расходы и увеличение сложности. Преобразуя CO в CO2 сразу на выходе из обжиговой печи, устраняют главную проблему, связанную с потенциальным риском безопасности, взрыва, отравления и радиационной токсичности газообразного CO. Присутствие CO в виде газа требует большого количества операций контроля, что приводит к повышению стоимости обработки. Таким образом, газ на выходе обработки, показанной на фиг. 1, содержит более 90% чистого CO2, который может реагировать с образованием карбоната или другого вещества в ходе простой химический реакции, не требующей больших затрат.
С другой стороны, можно сохранить монооксид углерода CO, если выбирают захоронение в твердом виде SiC (карбид кремния) или углеродной сажи, например, поскольку SiC занимает меньше места при складировании, чем CaCO3.
Таким образом, понятно, что выбор обработки CO или CO2 в конце обезвреживания может зависеть от оптимального выбора между:
- безопасностью обработки CO2 в сравнении с обработкой CO,
- легкостью получения стабильного соединения, приемлемого для хранения, из CO или из CO2,
- объемом конечного продукта (карбида кремния, с одной стороны, и карбонатов, с другой стороны).
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается описанными и представленными выше в качестве примеров вариантами осуществления и охватывает другие варианты.
Например, выше была описана обработка углеродных отходов, содержащих графит. Однако изобретение можно в целом точно так же применять для обработки других углеродных отходов, в частности, смол.
Кроме того, выше были указаны накопительные контейнеры 5, 13, 16, в основном содержащие соответственно радиоактивные элементы Cl36, H3 и C14. Однако, разумеется, в резервуаре A может присутствовать в небольшом количестве H3 (позиция 5 на фиг. 1), или, наоборот, некоторое количество Cl36 может присутствовать в резервуаре B (позиция 13). Присутствующие количества зависят, в частности, от температурных условий сушки (участок 3) и обжига (участок 6). В примере выполнения эти количества соответствуют сведениям, представленным в документах FR-2943167 или FR-1260282. Вместе с тем, можно предусмотреть варианты температурных условий этих обработок, которые не оказывают особого влияния на изобретение.
Claims (8)
1. Способ обработки радиоактивных углеродных отходов, включающий в себя доставку отходов до одного или нескольких участков разделения радиоактивных изотопов, по меньшей мере, углерода 14, хлора 36 и трития, отличающийся тем, что доставку отходов к каждому из участков осуществляют во влажном состоянии, причем обработке углерода 14 предшествует отделение хлора 36 и трития, для чего отходы смешивают с водой в виде суспензии, затем подвергают механической фильтрации и сушке, при этом полученная после сушки вода содержит весь или часть хлора 36, который присутствовал в отходах до сушки, и после отделения хлора 36 отходы прокаливают путем обжига, затем промывают, с получением после промывки воды, которая содержит весь или часть трития, который присутствовал в отходах до обжига.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделение углерода 14, хлора 36 и трития осуществляют на специальных участках и доставку к каждому из участков осуществляют во влажном состоянии.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отходы измельчают и доставляют их смешанными с водой в виде суспензии перед первым разделением изотопов.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлор 36 и тритий отделяют от остальной части углеродных отходов предпочтительно посредством выщелачивания.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть отходов прокаливают путем обжига, и отходы, остающиеся после обжига, подвергают окислению до диоксида углерода для растворения в транспортировочной воде.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углерод 14 переводят в диоксид углерода путем превращения в карбонат для отверждения и хранения в твердом виде.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеродные отходы первоначально содержат графит.
8. Установка для обработки радиоактивных углеродных отходов, содержащая один или несколько участков разделения радиоактивных изотопов по меньшей мере углерода 14, хлора 36 и трития, а также средства доставки отходов до указанных участков, отличающаяся тем, что средства доставки снабжены водой для доставки отходов во влажном состоянии, причем участки расположены таким образом, что обработке углерода 14 предшествует отделение хлора 36 и трития, для чего отходы смешивают с водой в виде суспензии, затем подвергают механической фильтрации и сушке, при этом полученная после сушки вода содержит весь или часть хлора 36, который присутствовал в отходах до сушки, и после отделения хлора 36 отходы прокаливают путем обжига, затем промывают, c получением после промывки воды, которая содержит весь или часть трития, который присутствовал в отходах до обжига.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1350165 | 2013-01-09 | ||
| FR1350165A FR3000831A1 (fr) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Installation de traitement de dechets radioactifs carbones, notamment de graphite |
| PCT/FR2013/053119 WO2014108614A1 (fr) | 2013-01-09 | 2013-12-17 | Installation de traitement de dechets radioactifs carbones, notamment de graphite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015133212A RU2015133212A (ru) | 2017-02-14 |
| RU2627237C2 true RU2627237C2 (ru) | 2017-08-04 |
Family
ID=48407660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015133212A RU2627237C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-12-17 | Установка для обработки радиоактивных углеродных отходов, в частности, графита |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8921638B2 (ru) |
| EP (1) | EP2943960B1 (ru) |
| JP (1) | JP6129342B2 (ru) |
| KR (1) | KR20150108381A (ru) |
| CN (1) | CN105051827B (ru) |
| FR (1) | FR3000831A1 (ru) |
| RU (1) | RU2627237C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014108614A1 (ru) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106024088B (zh) * | 2016-05-23 | 2017-11-14 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种放射性污染碳材料的液相氧化消解方法 |
| CN110097989B (zh) * | 2018-01-31 | 2022-11-18 | 中国辐射防护研究院 | 一种用于球床高温气冷堆的去石墨粉尘污染方法 |
| CN109859877B (zh) * | 2018-11-16 | 2020-11-24 | 清华大学 | 一种常温固化放射性石墨粉末的实验方法 |
| KR102306749B1 (ko) | 2019-12-06 | 2021-09-30 | 한국원자력연구원 | 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 광물의 고형화 방법 |
| KR102457702B1 (ko) | 2020-10-28 | 2022-10-24 | 한국원자력연구원 | 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체 |
| CN112489847B (zh) * | 2020-12-01 | 2023-05-05 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种活化石墨减容处理方法 |
| US20240371536A1 (en) * | 2022-01-24 | 2024-11-07 | Ccnuclear Inc. | Methods and systems for extracting, solidification and degassing of radioactive isotopes from spent ion exchange resins |
| CN116031006A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-04-28 | 西安热工研究院有限公司 | 一种高温化学去污系统及方法 |
| WO2024258167A1 (ko) * | 2023-06-16 | 2024-12-19 | 기초과학연구원 | 탄소 동위원소 분리 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001027935A2 (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-19 | David Bradbury | Process for the treatment of radioactive graphite |
| EP1927997A1 (en) * | 2006-12-01 | 2008-06-04 | Studsvik, Inc. | Steam reforming process system for graphite destruction and capture of radionuclides |
| FR2943167A1 (fr) * | 2009-03-11 | 2010-09-17 | Electricite De France | Traitement de dechets radioactifs carbones. |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB940509A (en) | 1959-07-07 | 1963-10-30 | Cuttler Hammer Inc | Aircraft radio landing system |
| JPH0715518B2 (ja) * | 1989-06-20 | 1995-02-22 | 動力炉・核燃料開発事業団 | 放射性廃油等を含む機器の解体・撤去方法 |
| JP3043185B2 (ja) * | 1992-09-14 | 2000-05-22 | 日本碍子株式会社 | 放射性グラファイト廃棄物の処理方法 |
| JPH07218695A (ja) * | 1994-02-02 | 1995-08-18 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 塩廃棄物の処理方法 |
| US5909654A (en) * | 1995-03-17 | 1999-06-01 | Hesboel; Rolf | Method for the volume reduction and processing of nuclear waste |
| US6608319B2 (en) * | 2001-06-08 | 2003-08-19 | Adrian Joseph | Flexible amorphous composition for high level radiation and environmental protection |
| US20110319699A1 (en) * | 2009-03-11 | 2011-12-29 | Electricite De France | Carbonaceous radioactive waste treatment |
-
2013
- 2013-01-09 FR FR1350165A patent/FR3000831A1/fr not_active Withdrawn
- 2013-01-24 US US13/749,145 patent/US8921638B2/en active Active
- 2013-12-17 KR KR1020157021466A patent/KR20150108381A/ko not_active Ceased
- 2013-12-17 CN CN201380069932.5A patent/CN105051827B/zh active Active
- 2013-12-17 JP JP2015552121A patent/JP6129342B2/ja active Active
- 2013-12-17 RU RU2015133212A patent/RU2627237C2/ru active
- 2013-12-17 EP EP13818328.0A patent/EP2943960B1/fr active Active
- 2013-12-17 WO PCT/FR2013/053119 patent/WO2014108614A1/fr not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001027935A2 (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-19 | David Bradbury | Process for the treatment of radioactive graphite |
| RU2239899C2 (ru) * | 1999-10-14 | 2004-11-10 | Стадсвик, Инк. | Способ обработки радиоактивного графита |
| EP1927997A1 (en) * | 2006-12-01 | 2008-06-04 | Studsvik, Inc. | Steam reforming process system for graphite destruction and capture of radionuclides |
| FR2943167A1 (fr) * | 2009-03-11 | 2010-09-17 | Electricite De France | Traitement de dechets radioactifs carbones. |
| RU2011141112A (ru) * | 2009-03-11 | 2013-04-20 | Электрисите Де Франс | Обработка углеродосодержащих радиоактивных отходов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105051827B (zh) | 2017-09-19 |
| CN105051827A (zh) | 2015-11-11 |
| FR3000831A1 (fr) | 2014-07-11 |
| JP6129342B2 (ja) | 2017-05-17 |
| EP2943960A1 (fr) | 2015-11-18 |
| US8921638B2 (en) | 2014-12-30 |
| US20140194666A1 (en) | 2014-07-10 |
| EP2943960B1 (fr) | 2017-03-01 |
| WO2014108614A1 (fr) | 2014-07-17 |
| RU2015133212A (ru) | 2017-02-14 |
| JP2016508228A (ja) | 2016-03-17 |
| KR20150108381A (ko) | 2015-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2627237C2 (ru) | Установка для обработки радиоактивных углеродных отходов, в частности, графита | |
| RU2239899C2 (ru) | Способ обработки радиоактивного графита | |
| CN105810276B (zh) | 一种放射性有机废物处理装置 | |
| KR900004292B1 (ko) | 방사성폐수지의 처리방법 | |
| JP5038160B2 (ja) | 使用済核燃料の湿式再処理におけるナトリウム塩リサイクルシステム | |
| CN109637684B (zh) | 具有低中放废物处置系统的地下核电站及其处置方法 | |
| KR20140101735A (ko) | 환원 기체에 의한 흑연 열적 정화 | |
| CN205564313U (zh) | 一种放射性有机废物处理装置 | |
| JP6431888B2 (ja) | 放射性核種を含む廃イオン交換樹脂の処理方法及び装置 | |
| CN108346478A (zh) | 废物处理的方法和设备 | |
| Mason et al. | Pyrolysis and its potential use in nuclear graphite disposal | |
| JPS62255894A (ja) | 核融合炉の燃料サイクルの廃ガスを汚染除去する方法および装置 | |
| JP3945757B2 (ja) | 黒鉛構造材料に吸着した放射性核種炭素１４を分離・回収する方法 | |
| JP5853858B2 (ja) | 放射性汚染土壌の浄化方法 | |
| JPH073472B2 (ja) | 使用済溶媒の処理法 | |
| Ustinov et al. | Local gas purification system in spent nitride fuel oxidation | |
| KR101580271B1 (ko) | 방사성 폐활성탄의 처리방법 | |
| KR102877947B1 (ko) | 방사성 폐활성탄 내 c-14 및 h-3 처리 및 처분을 위한 후처리 공정 제어방법 | |
| KR101514598B1 (ko) | 용매담지법을 이용하는 방사성 다공성 폐건조제의 방사성물질 추출방법 및 추출시스템 | |
| RU2574435C2 (ru) | Термическая дезактивация графита восстанавливающими газами | |
| JP2000206290A (ja) | 金属元素吸着剤の処理装置 | |
| Voskresenskaya et al. | Ruthenium Capture from the Gas Phase during Reprocessing of Spent Uranium-Plutonium Nitride Fuel from Fast Reactors | |
| KR100655586B1 (ko) | 휘발성 레늄 또는 테크네튬 화합물 포집제 및 이를 이용한포집방법 | |
| JP6638071B2 (ja) | ジルコニウムの分離方法及び使用済燃料の処理方法 | |
| JP2023138060A (ja) | 高レベル放射性物質処理システム及び高レベル放射性物質処理方法 |