RU2123214C1 - Method for recovery of solid radioactive wastes - Google Patents
Method for recovery of solid radioactive wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123214C1 RU2123214C1 RU97120063A RU97120063A RU2123214C1 RU 2123214 C1 RU2123214 C1 RU 2123214C1 RU 97120063 A RU97120063 A RU 97120063A RU 97120063 A RU97120063 A RU 97120063A RU 2123214 C1 RU2123214 C1 RU 2123214C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- drying
- exhaust gases
- stage
- final
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Description
Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки твердых радиоактивных отходов (ТРО). Наиболее эффективно заявляемый способ может быть использован при сжигании ТРО с последующим переводом продуктов сжигания в твердое монолитное состояние, пригодное для долгосрочного хранения в специализированных могильниках. Заявляемый способ предназначен для переработки ТРО, имеющих с своем составе целлюлозосодержащие компоненты (бумага, дерево, х/б ткань), стекло, грунт, полимеры, а также ионообменные смолы (ИОС). The inventive method relates to the field of environmental protection, and more specifically to the field of processing of solid radioactive waste (SRW). The most effectively claimed method can be used in the incineration of solid waste with the subsequent transfer of the combustion products into a solid monolithic state, suitable for long-term storage in specialized repositories. The inventive method is intended for the processing of solid radioactive waste containing cellulose-containing components (paper, wood, cotton fabric), glass, soil, polymers, as well as ion-exchange resins (IOS).
Известен способ, описанный в "Способе и устройстве для сжигания и компактирования радиоактивных отходов" (1), включающий нагрев флюса, образующего эвтектику с золой радиоактивных отходов (РАО), до расплавленного состояния, подачу небольшими порциями на расплавленный флюс радиоактивных отходов и в область над верхним уровнем расплава флюса - кислородсодержащего газа. Образующаяся при сгорании РАО зола расплавляется во флюсе, после чего смесь охлаждают до образования твердого монолитного состояния и направляют на долгосрочное хранение. The known method described in the "Method and device for burning and compacting radioactive waste" (1), including heating the flux forming an eutectic with ash of radioactive waste (RAW), to the molten state, supplying in small portions to the molten flux of radioactive waste and in the area above the upper level of the melt flux - oxygen-containing gas. The ash formed during RAO combustion is melted in a flux, after which the mixture is cooled to a solid monolithic state and sent for long-term storage.
Недостатками известного способа являются:
- повышенная опасность его реализации из-за интенсивной улетучиваемости радионуклидов, связанной с тем, что сгорание РАО происходит на поверхности расплава флюса при непосредственном контакте с газовой фазой;
- пониженная степень сокращения объема РАО из-за использования в качестве отверждающей среды нерадиоактивного флюса;
Известен "Способ уменьшения объема радиоактивных отвальных продуктов" (2), включающий нагрев в индукционном поле РАО (отработанное топливо ядерных реакторов), содержащих стекло, металл, целлюлозосодержащие материалы в присутствии окисляющего газа, подаваемого снизу вверх через слой РАО. В процессе нагрева металл переходит в состояние расплава, обеспечивая тем самым сгорание горючей части РАО и последующее плавление продуктов сгорания. При сливе осуществляют разделение металлической и шлаковой фаз, их охлаждение до монолитного состояния и направление на долгосрочное хранение.The disadvantages of this method are:
- increased danger of its implementation due to the intense volatility of radionuclides associated with the fact that the combustion of radioactive waste occurs on the surface of the flux melt in direct contact with the gas phase;
- a reduced degree of reduction in the volume of radioactive waste due to the use of non-radioactive flux as a curing medium;
The known "Method of reducing the volume of radioactive waste products" (2), including heating in the induction field of radioactive waste (spent fuel from nuclear reactors) containing glass, metal, cellulose-containing materials in the presence of oxidizing gas supplied from the bottom up through the layer of radioactive waste. In the process of heating, the metal goes into a state of melt, thereby providing combustion of the combustible part of the radioactive waste and subsequent melting of the combustion products. When draining, the metal and slag phases are separated, cooled to a monolithic state and sent to long-term storage.
Недостатками известного способа являются:
- повышенная опасность его реализации из-за интенсивной улетучиваемости радионуклидов, связанной с тем, что сгорание РАО происходит на поверхности расплава металла при непосредственном контакте с газовой фазой;
- ограниченная применимость способа из-за возможности его реализации только для металлосодержащих отходов.The disadvantages of this method are:
- increased danger of its implementation due to the intense volatility of radionuclides, due to the fact that the combustion of radioactive waste occurs on the surface of the molten metal in direct contact with the gas phase;
- limited applicability of the method due to the possibility of its implementation only for metal-containing waste.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ переработки ТРО, состоящих из горючих целлюлозосодержащих (бумага, древесина, х/б ткань) и негорючих (стекло, грунты) компонентов, описанный в "Плазменной шахтной печи для переработки радиоактивных отходов" (3), включающий брикетирование ТРО, транспортировку брикетов через зону сушки с начальной температурой 100oC и конечной 200oC и последовательную транспортировку полученного после зоны сушки продукта через зону пиролиза с начальной температурой 200oC и конечной 800oC, зону сжигания с начальной температурой 800oC и конечной 1400oC, зону плавления с начальной температурой 1400oC и конечной 1600oC (средняя температура в зоне плавления составляет 1500oC) и выгрузку шлакового расплава, причем в зону пиролиза дополнительно подают жидкие негорючие радиоактивные отходы (ЖНРО), а в зону сжигания - газообразный кислородсодежащий окислитель. Нагрев зоны плавления осуществляют плазменной струей топливо-плазменного реактора с тангенциальным вводом топлива. Движение отходящих газов из каждой последующей зоны нагрева ТРО осуществляют через предыдущие в направлении, обратном направлению транспортировки ТРО, что является предварительной фильтрационной очисткой отходящих газов, где в качестве фильтрующего материала используют твердые продукты зон нагрева ТРО, затем отходящие газы из зоны сушки направляют на стадию дожигания и газоочистку, включающую минимально необходимые стадии охлаждения, грубой фильтрации, предварительного нагрева и тонкой фильтрации, после чего отходящие газы проходят обязательную стадию заключительного нагрева и сбрасываются в атмосферу, причем отфильтровываемый радиоактивный твердый продукт на стадии грубой фильтрации подлежит дальнейшей переработке.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed method is a method for processing solid radioactive waste consisting of combustible cellulose-containing (paper, wood, cotton fabric) and non-combustible (glass, soil) components described in the "Plasma shaft furnace for processing radioactive waste" (3), comprising a TPO briquetting, transporting pellets through the drying zone with an initial temperature of 100 o C and 200 o C finite and consistent transport of the product obtained after drying zone through a pyrolysis zone with an initial rate ture of 200 o C and a final 800 o C, the combustion zone with an initial 800 o C temperature and a final 1400 o C, a melting zone with an initial temperature of 1400 o C and a final 1600 o C (the average temperature in the melting zone is 1500 o C) and unloading slag melt, moreover, liquid non-combustible radioactive waste (LNW) is additionally supplied to the pyrolysis zone, and a gaseous oxygen-containing oxidizing agent to the combustion zone. The melting zone is heated by a plasma jet of a fuel-plasma reactor with tangential fuel injection. The movement of waste gases from each subsequent heating zone of the SRW is carried out through the previous ones in the direction opposite to the direction of transportation of the SRW, which is preliminary filtering of the exhaust gas, where solid products of the heating zones of the SRW are used as filter material, then the exhaust gases from the drying zone are sent to the afterburning stage and gas purification, including the minimum necessary stages of cooling, coarse filtration, preheating and fine filtration, after which the exhaust gases passing t is the mandatory stage of final heating and discharged into the atmosphere, and the filtered solid radioactive product at the stage of coarse filtration is subject to further processing.
В зоне сушки происходит удаление свободной влаги, а в зоне пиролиза - образование смеси негорючих компонентов ТРО и коксообразного материала, образующегося из горючей части ТРО в условиях недостатка доступа кислорода, который обеспечивается за счет предварительного брикетирования ТРО. ЖНРО в зоне пиролиза ТРО подвергаются кальцинации и образуют флюсующие компоненты, способствующие последующему после зоны сжигания плавлению зольного остатка. В зоне сжигания в условиях подачи кислородсодержащего газообразного окислителя происходит сгорание коксообразного материала до золы, а в зоне плавления - образование расплава шлака, который разливают в контейнеры, охлаждают и направляют на хранение. In the drying zone, free moisture is removed, and in the pyrolysis zone, a mixture of non-combustible components of the SRW and coke-like material formed from the combustible part of the SRW is formed under conditions of lack of oxygen access, which is ensured by preliminary briquetting of the SRW. LNRF in the pyrolysis zone of SRW undergoes calcination and form fluxing components that contribute to the subsequent melting of the ash residue after the combustion zone. In the combustion zone under the conditions of supplying an oxygen-containing gaseous oxidizing agent, coke-like material is burned to ash, and in the melting zone, the formation of slag melt, which is poured into containers, is cooled and sent for storage.
Недостатками известного способа являются:
- ограниченность применимости способа для переработки различных по составу ТРО из-за невозможности переработки ТРО, содержащих полимеры и ИОС, вследствие образование ими в зоне пиролиза высоковязких газонепроницаемых продуктов, а также невозможности переработки отработанных ИОС, содержащих радионуклиды никеля, марганца и кобальта из-за интенсивного перехода последних в газовую фазу в форме летучих соединений;
- пониженная производительность способа по перерабатываемым ТРО, связанная с низкой скоростью протекания из-за повышенной длительности сушки и пиролиза;
- повышенная опасность реализации способа, связанная с интенсивным переходом в газовую фазу летучих и аэрозольных форм радионуклидов цезия и стронция в зонах сжигания и плавления.The disadvantages of this method are:
- the limited applicability of the method for processing SRWs of different composition due to the impossibility of processing SRW containing polymers and IOS, due to their formation in the pyrolysis zone of highly viscous gas-tight products, as well as the inability to process spent IOS containing radionuclides of nickel, manganese and cobalt due to intense the transition of the latter into the gas phase in the form of volatile compounds;
- reduced productivity of the method for processed SRW, associated with a low flow rate due to the increased duration of drying and pyrolysis;
- increased risk of the implementation of the method associated with the intensive transition into the gas phase of the volatile and aerosol forms of radionuclides of cesium and strontium in the combustion and melting zones.
- пониженное качество твердого продукта, получаемого на стадии грубой фильтрации, связанное с тем, что указанный продукт представляет собой немонолитный радиоактивный сыпучий материал, не пригодный для долгосрочного хранения. - reduced quality of the solid product obtained at the stage of coarse filtration, due to the fact that the specified product is a non-monolithic radioactive bulk material, not suitable for long-term storage.
Преимуществами заявляемого способа являются расширение применимости способа для переработки различных по составу ТРО, повышение производительности способа по перерабатываемым ТРО, повышение безопасности реализации способа и повышение качества твердого продукта, получаемого на стадии грубой фильтрации. The advantages of the proposed method are the expansion of the applicability of the method for processing SRWs of different composition, increasing the productivity of the method for processed SRW, improving the safety of the method and improving the quality of the solid product obtained at the stage of rough filtration.
Указанные преимущества достигаются за счет того, что в ТРО содержащие целлюлозосодержащие компоненты (бумагу, дерево, х/б ткани), негорючие компоненты (стекло, грунт), а также полимеры и ИОС вводят металлические добавки на основе железа и его сплавов, а также алюмосиликаты и флюс, дающий эвтектику со шлаком, образующимся из золы ТРО, затем смесь подвергают брикетированию, полученные брикеты транспортируют через зону сушки и пиролиза с начальной температурой 350oC и конечной температурой 900oC, после чего полученный продукт транспортируют сначала через зону газификации с начальной температурой 900oC и конечной температурой 1200oC с одновременной подачей в эту зону нагрева водяного пара, а затем через зону сжигания с начальной температурой 1200oC и конечной температурой 1400oC и зону плавления с начальной температурой 1400oC и конечной температурой 1600oC с одновременной подачей в эти зоны газообразного кислородсодержащего окислителя. Обрабатываемый продукт подвергают выдержке в зоне плавления, причем нагрев зоны осуществляют путем прямого контакта обрабатываемого продукта с переходным участком (4) плазменной струи топливо- плазменного реактора с тангенциально-радиальным вводом топлива, а полученный на выходе из зоны плавления расплав, состоящий из шлаковой и металлической фаз, транспортируют в зону перегрева с начальной температурой 1600oC и конечной температурой 1650oC, после чего двухфазный расплав выгружают. Движение отходящих газов из каждой последующей зоны нагрева ТРО осуществляют через предыдущие в направлении, обратном направлению транспортировки ТРО, что является начальной стадией фильтрационной очистки отходящих газов, где в качестве фильтрующего материала используют продукты зон нагрева ТРО, после чего в отходящие газы из зоны сушки и пиролиза добавляют порошкообразные алюмосиликаты, а полученную смесь направляют на стадию дожигания при температуре 1100-1300oC в плазменную струю топливно-плазменного реактора. После стадии дожигания продукты дожига направляют на газоочистку, включающую стадию промывки и охлаждения, где в них распыляют водную суспензию окислов кальция и магния для нейтрализации кислых компонентов и охлаждения до температуры 200-400oC, стадию грубой фильтрации, стадии абсорбции, предварительного нагрева и тонкой фильтрации, после чего отходящие газы проходят стадии заключительного нагрева и сброса в атмосферу. Твердую фазу, выделяющуюся на стадиях дожигания и грубой фильтрации, направляют в зону плавления, а твердую фазу со стадии промывки и охлаждения и отработанную промывную жидкость со стадии абсорбции - на цементирование, причем образующиеся цементные камни заливают шлаковым расплавом, отделяемым от металлического в процессе выгрузки двухфазного расплава из зоны перегрева. После охлаждения получаемые радиоактивные цементно-шлаковые блоки и металлические слитки направляют на долгосрочное хранение в специализированные хранилища.These advantages are achieved due to the fact that in SRW containing cellulose-containing components (paper, wood, cotton fabrics), non-combustible components (glass, soil), as well as polymers and IOS, metal additives based on iron and its alloys, as well as aluminum silicates are introduced and flux, giving a eutectic with the slag formed from TPO ash, then the mixture is subjected to briquetting, the briquettes produced are transported through a drying and pyrolysis zone with an initial temperature of 350 o C and a final temperature of 900 o C, whereupon the obtained product is transported sleep ala through gasification zone with an initial temperature of 900 o C and a final temperature of 1200 o C with simultaneous supply into the heating zone of water vapor and then through the combustion zone from an initial temperature of 1200 o C and a final temperature of 1400 o C and a melting zone with an initial temperature of 1400 o C and a final temperature of 1600 o C with the simultaneous supply to these zones of a gaseous oxygen-containing oxidizing agent. The processed product is subjected to exposure in the melting zone, and the zone is heated by direct contact of the processed product with the transition section (4) of the plasma jet of the fuel-plasma reactor with a tangential radial fuel injection, and the melt obtained at the outlet of the melting zone, consisting of slag and metal phases, transported to the overheating zone with an initial temperature of 1600 o C and a final temperature of 1650 o C, after which the two-phase melt is discharged. The movement of exhaust gases from each subsequent heating zone of SRW is carried out through the previous ones in the direction opposite to the direction of transportation of SRW, which is the initial stage of filtration treatment of exhaust gases, where the products of the zones of heating of SRW are used as filter material, and then to the exhaust gases from the drying and pyrolysis zone powdered aluminosilicates are added, and the resulting mixture is sent to the afterburning stage at a temperature of 1100-1300 o C in the plasma jet of the fuel-plasma reactor. After the afterburning stage, the afterburning products are sent to a gas treatment, including a washing and cooling stage, where an aqueous suspension of calcium and magnesium oxides is sprayed into them to neutralize acidic components and cool to a temperature of 200-400 o C, a stage of coarse filtration, stage of absorption, preliminary heating and fine filtration, after which the exhaust gases go through the stages of final heating and discharge into the atmosphere. The solid phase released during the afterburning and coarse filtration stages is sent to the melting zone, and the solid phase from the washing and cooling stages and the spent washing liquid from the absorption stage are sent to cementing, and the cement stones formed are poured with slag melt, which is separated from the metal during two-phase discharge. melt from the overheating zone. After cooling, the resulting radioactive cement-slag blocks and metal ingots are sent for long-term storage to specialized storage facilities.
Введение в состав ТРО металлических добавок на основе железа и его сплавов, а также алюмосиликатов обеспечивает повышение безопасности реализации способа за счет того, что радионуклиды никеля и кобальта переходят в образующийся расплав металлических добавок, а алюмосиликаты, связывающие радиоактивный цезий (5) и радионуклиды марганца - шлаковый расплав, что снижает тем самым переход вышеуказанных радионуклидов в форме их летучих соединений в газовую фазу. The introduction of metallic additives based on iron and its alloys, as well as aluminosilicates, into the SRW composition improves the safety of the method due to the fact that nickel and cobalt radionuclides are transferred to the molten metal additives formed, and aluminosilicates binding radioactive cesium (5) and manganese radionuclides - slag melt, which thereby reduces the transition of the above radionuclides in the form of their volatile compounds into the gas phase.
Брикетирование за счет создания условий недостатка кислорода обеспечивает получение коксообразного материала из горючей части смеси ТРО. Briquetting by creating conditions of oxygen deficiency provides the production of coke-like material from the combustible part of the SRW mixture.
Транспортировка брикетов через зону сушки и пиролиза обеспечивает, во-первых, ускорение коксования горючей части ТРО и ИОС за счет разрыва брикета под давлением парогазовой смеси, образующейся в его объеме, на более мелкие спрессованные части, а во-вторых, придание газопроницаемости расплаву полимеров, которая достигается в результате его смешения с коксообразным продуктом, получаемым из кусков брикета. Transportation of briquettes through the drying and pyrolysis zone provides, firstly, acceleration of coking of the combustible part of SRW and IOS due to the briquette breaking under pressure of the vapor-gas mixture formed in its volume into smaller pressed parts, and secondly, imparting gas permeability to the polymer melt, which is achieved by mixing it with a coke-like product obtained from pieces of briquette.
При температуре менее 350oC не происходит коксования горючей части ТРО и плавления полимеров, а при температуре более 900oC происходит интенсивная газификация кокса.At a temperature of less than 350 o C there is no coking of the combustible part of the SRW and polymer melting, and at a temperature of more than 900 o C there is an intensive gasification of coke.
Объединение зоны сушки и зоны пиролиза в одну с указанным температурным режимом позволяет повысить суммарную скорость сушки и пиролиза по сравнению с прототипом в 2,5-3,5 раза, а эффективность фильтрации аэрозолей отходящих газов - в 1,4-2,8 раза. The combination of the drying zone and the pyrolysis zone in one with the specified temperature regime allows to increase the total drying and pyrolysis rate by 2.5-3.5 times compared with the prototype, and the efficiency of the exhaust gas aerosol filtration by 1.4-2.8 times.
В зоне газификации в присутствии водяного пара происходит образование окиси углерода и водорода за счет взаимодействия водяного пара с коксообразным материалом, а также окиси углерода за счет взаимодействия коксообразного материала с двуокисью углерода, поступающей в указанную зону нагрева с отходящими газами. Окись углерода, водород, а также коксообразный материал восстанавливают летучие окислы цезия до металла, который связывается алюмосиликатами, что обеспечивает поступление радионуклидов цезия в зоне сжигания в термически устойчивом состоянии. Кроме того, в зоне газификации происходит переход различных радиоактивных солей марганца, кобальта, никеля и стронция в их окислы. In the gasification zone in the presence of water vapor, carbon monoxide and hydrogen are formed due to the interaction of water vapor with coke-like material, as well as carbon monoxide due to the interaction of coke-like material with carbon dioxide entering the specified heating zone with exhaust gases. Carbon monoxide, hydrogen, and also coke-like material reduce volatile cesium oxides to a metal that binds with aluminosilicates, which ensures the supply of cesium radionuclides in the combustion zone in a thermally stable state. In addition, in the gasification zone, various radioactive salts of manganese, cobalt, nickel and strontium are converted to their oxides.
При температуре менее 900oC не будет происходить образования окиси углерода и водорода, а при температуре более 1200oC начинается плавление флюса и алюмосиликатов, следствием чего будет нарушение режима газопроницаемости.At a temperature of less than 900 o C, the formation of carbon monoxide and hydrogen will not occur, and at a temperature of more than 1200 o C the melting of flux and aluminosilicates begins, resulting in a violation of the gas permeability regime.
Наличие зоны газификации с указанным температурным режимом позволяет снизить содержание радионуклидов цезия в отходящих газах из зоны сжигания в 1,8-3 раза. The presence of a gasification zone with the indicated temperature regime allows to reduce the content of cesium radionuclides in the exhaust gases from the combustion zone by 1.8-3 times.
В зоне сжигания при подаче газообразного кислородсодержащего окислителя происходит окончательное сгорание горючей части ТРО, а также дожиг отходящих газов из зоны плавления. In the combustion zone, when a gaseous oxygen-containing oxidizing agent is supplied, the final combustion of the combustible part of the SRW occurs, as well as the afterburning of the exhaust gases from the melting zone.
В зоне плавления происходит плавление шлака и металлов с разделением фаз и гомогенизация их расплавов. Нагрев зоны плавления осуществляют плазменной струей топливно-плазменного реактора с тангенциально-радиальным вводом топлива при прямом контакте переходного участка плазменной струи с расплавляемым материалом, а также за счет подачи в зону плавления газообразного кислородсодержащего окислителя. Кроме того, в зоне плавления происходит восстановление окислов радионуклидов кобальта и никеля до металлов и их переход в металлический расплав, а окислов радионуклидов марганца, стронция и радиоактивных алюмосиликатов цезия - в расплав шлака. In the melting zone, slag and metals are melted with phase separation and their melts are homogenized. The melting zone is heated by a plasma jet of a fuel-plasma reactor with a tangential radial fuel injection with direct contact of the transition section of the plasma jet with the molten material, and also by supplying a gaseous oxygen-containing oxidant to the melting zone. In addition, in the melting zone, cobalt and nickel radionuclide oxides are reduced to metals and their transition to a metal melt, and manganese, strontium and cesium radioactive aluminosilicate oxides are reduced to a slag melt.
При температуре менее 1400oC не происходит полного расплавления шлака, а также железосодержащих металлов, а при температуре свыше 1600oC в условиях выдержки происходит переход в газовую фазу продуктов разложения алюмосиликатов цезия. При тангенциально-радиальном вводе топлива (жидкие или газообразные углеводороды) в топливно-плазменный реактор происходит конверсия топлива с образованием сажи, окиси углерода и водорода. Наличие сажи в плазменной струе топливно-плазменного реактора, чья максимальная концентрация имеет место в переходном участке плазменной струи, обеспечивает дополнительный нагрев расплавляемых материалов за счет теплоизлучения частиц сажи. Кроме того, дополнительный нагрев расплавляемых материалов достигается также и за счет сгорания окиси углерода и водорода при подаче в зону плавления газообразного кислородсодержащего окислителя.At a temperature of less than 1400 o C there is no complete melting of the slag, as well as iron-containing metals, and at a temperature of more than 1600 o C under the conditions of exposure, the decomposition products of cesium aluminosilicates decompose into the gas phase. When the fuel is tangentially radially introduced (liquid or gaseous hydrocarbons) into the fuel-plasma reactor, fuel is converted to produce soot, carbon monoxide and hydrogen. The presence of soot in the plasma jet of a fuel-plasma reactor, whose maximum concentration occurs in the transition section of the plasma jet, provides additional heating of the molten materials due to the heat radiation of the soot particles. In addition, additional heating of the molten materials is also achieved due to the combustion of carbon monoxide and hydrogen when a gaseous oxygen-containing oxidizing agent is introduced into the melting zone.
В зоне перегрева достигается снижение вязкости шлакового расплава, обеспечивающее его хорошую растекаемость, необходимую для формирования шлакового блока, заполненного цементными камнями при их заливке расплавом. In the overheating zone, a decrease in the viscosity of the slag melt is achieved, which ensures its good flowability, which is necessary for the formation of the slag block filled with cement stones during their pouring with the melt.
Введение порошкообразных алюмосиликатов в отходящие газы из зоны сушки и пиролиза необходимо для их очистки от летучих форм радионуклидов цезия, проскочивших через зоны сжигания, газификации, сушки и пиролиза, причем фиксация цезия на алюмосиликатах происходит на стадии дожигания при температуре 1100-1300oC (5). Подача отходящих газов в плазменную струю топливно-плазменного реактора на стадии дожигания обеспечивает также полную деструкцию присутствующих в них токсичных органических компонентов и подавляет образование токсичных окислов азота.The introduction of powdered aluminosilicates into the exhaust gases from the drying and pyrolysis zone is necessary for their purification from the volatile forms of cesium radionuclides that have passed through the combustion, gasification, drying and pyrolysis zones, and cesium is fixed on aluminosilicates at the stage of afterburning at a temperature of 1100-1300 o C (5 ) The supply of exhaust gases to the plasma jet of the fuel-plasma reactor at the stage of afterburning also ensures the complete destruction of the toxic organic components present in them and inhibits the formation of toxic nitrogen oxides.
На стадии промывки и охлаждения до температуры 200 - 400oC происходит конденсация летучих неорганических составляющих отходящих газов и их предварительная очистка от кислых компонентов, которая достигается путем взаимодействия кислых компонентов с окислами кальция и магния. Охлаждение отходящих газов обеспечивается испарением водной фазы при вводе водной суспензии окислов кальция и магния.At the stage of washing and cooling to a temperature of 200 - 400 o C, the volatile inorganic constituents of the exhaust gases condense and pre-clean from acidic components, which is achieved by the interaction of acidic components with calcium and magnesium oxides. The cooling of the exhaust gases is provided by the evaporation of the aqueous phase upon introduction of an aqueous suspension of calcium and magnesium oxides.
При температуре менее 200oC на стадии грубой фильтрации будет происходить конденсация летучих органических производных коксования ИОС и деструкции полимеров, что может привести к остановке грубой фильтрации, а при температуре более 400oC грубая фильтрация становится неэффективной из-за резкого возрастания проскока отфильтровываемого материала.At a temperature of less than 200 o C at the stage of coarse filtration, condensation of volatile organic derivatives of coking of IOS and destruction of polymers will occur, which can lead to a halt of coarse filtration, and at a temperature of more than 400 o C coarse filtration becomes ineffective due to a sharp increase in the breakthrough of the filtered material.
На стадии грубой фильтрации происходит грубая очистка отходящих газов, на стадии абсорбции - их доочистка от кислых компонентов и летучих органических производных коксования ИОС и деструкции полимеров, проскочивших стадию промывки и охлаждения, на стадии тонкой фильтрации - тонкая очистка отходящих газов, а предварительный и заключительный нагрев перед стадией тонкой фильтрации и стадией сброса в атмосферу исключает процесс конденсатообразования. At the stage of coarse filtration, coarse purification of the exhaust gases takes place, at the stage of absorption - their purification from acidic components and volatile organic derivatives of the coking of IOS and destruction of polymers that have passed through the washing and cooling stage, at the stage of fine filtration - fine purification of the exhaust gases, and preliminary and final heating before the stage of fine filtration and the stage of discharge into the atmosphere eliminates the process of condensation.
Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.
100 кг ТРО, содержащих радионуклиды цезия, стронция, марганца, никеля, кобальта с удельной активностью 5•104 Бк/кг и состоящих по своему качественному составу: 35% бумаги, дерева и х/б ткани, 5% стеклобоя, 10% суглинка (грунта), 20% полиэтилена и полипропилена, а также 30% ионообменной смолы КУ-2, смешивают с 3 кг металлических добавок (сталь 3, нержавеющая сталь), 1,5 кг алюмосиликатов (каолинита) и 10 кг флюса (доломитовая мука). Полученную смесь подвергают прессованию под давлением 0,1 - 0,2 МПа с получением брикетов объемом 3 - 5 дм3, после чего брикеты подвергают переработке согласно описанному способу. Количество пара, который вводят в зону газификации, составляет 20 кг, кислородсодержащего окислителя (воздуха), который вводят в зону сжигания - 250 кг, в зону плавления - 30 кг, количество вводимого топлива (керосин) в топливно-плазменный реактор зоны плавления - 4 кг, количество вводимого алюмосиликата (каолинита) перед стадией дожигания - 1 кг, а количество вводимых окислов кальция и магния (при соотношении 1:1) на стадию промывки и охлаждения - 5 кг.100 kg of SRW containing radionuclides of cesium, strontium, manganese, nickel, cobalt with a specific activity of 5 • 10 4 Bq / kg and consisting in their quality composition: 35% paper, wood and cotton fabric, 5% cullet, 10% loam (soil), 20% polyethylene and polypropylene, as well as 30% KU-2 ion exchange resin, are mixed with 3 kg of metal additives (steel 3, stainless steel), 1.5 kg of aluminosilicates (kaolinite) and 10 kg of flux (dolomite flour) . The resulting mixture is subjected to pressing under a pressure of 0.1 - 0.2 MPa to obtain briquettes with a volume of 3 - 5 dm 3 , after which the briquettes are processed according to the described method. The amount of steam that is introduced into the gasification zone is 20 kg, the amount of oxygen-containing oxidizing agent (air) that is introduced into the combustion zone is 250 kg, into the melting zone is 30 kg, and the amount of fuel (kerosene) introduced into the fuel-plasma reactor of the melting zone is 4 kg, the amount of introduced aluminosilicate (kaolinite) before the afterburning stage is 1 kg, and the amount of introduced calcium and magnesium oxides (with a ratio of 1: 1) at the washing and cooling stage is 5 kg.
В результате проведенных испытаний было установлено, что:
- заявляемый способ применим для переработки более широкого класса ТРО, чем способ согласно прототипу, т.к. даже в случае наличия в составе ТРО полимерных материалов не наблюдалось нарушения газопроницаемости их продуктов термической обработки, а в случае наличия ИОС, содержащих радионуклиды марганца, никеля и кобальта их концентрация в газовой фазе, направляемой на дожигание, не превышала предельно допустимых норм;
- производительность заявляемого способа по перерабатываемым ТРО возросла по сравнению с прототипом в 1,2 - 1,7 раза за счет сокращения времени проведения сушки и пиролиза в 2,5-3,5 раза;
- заявляемый способ более безопасен, чем способ согласно прототипу, т.к. при его реализации степень перехода в газовую фазу летучих и аэрозольных форм радионуклидов цезия и стронция снижается в 2,5 - 8,4 раза за счет использования алюмосиликатов, введения стадии газификации и повышения эффективности фильтрации аэрозолей отходящих газов за счет объединения зон сушки и пиролиза;
- заявляемый способ обеспечивает повышение качеств твердого продукта, получаемого на стадии грубой фильтрации за счет его омоноличивания цементированием и формирования шлако-цементного блока.As a result of the tests, it was found that:
- the claimed method is applicable for processing a wider class of SRW than the method according to the prototype, because even in the case of the presence of polymeric materials in the SRW, there was no violation of the gas permeability of their heat treatment products, and in the case of the presence of IOS containing radionuclides of manganese, nickel and cobalt, their concentration in the gas phase sent for afterburning did not exceed the maximum permissible norms;
- the productivity of the proposed method for processed SRW increased compared to the prototype in 1.2 - 1.7 times due to the reduction of the time of drying and pyrolysis in 2.5-3.5 times;
- the claimed method is safer than the method according to the prototype, because when it is implemented, the degree of transition of the volatile and aerosol forms of radionuclides of cesium and strontium into the gas phase is reduced by 2.5 - 8.4 times due to the use of aluminosilicates, the introduction of a gasification stage and increased efficiency of filtering aerosols of exhaust gases by combining drying and pyrolysis zones;
- the inventive method provides an increase in the quality of the solid product obtained at the stage of coarse filtration due to its monolithic cementing and the formation of slag-cement block.
Литература
1. Заявки Японии N 4-58598 B4, МКИ5: G 21 F 9/32, 9/30, оп. 1985.Literature
1. Applications of Japan N 4-58598 B 4 , MKI 5 : G 21 F 9/32, 9/30, op. 1985.
2. Патент США N 5202100. МКИ5: C 22 B 60/00, НКИ: 423/5, оп. 1993.2. US patent N 5202100. MKI 5 : C 22 B 60/00, NCI: 423/5, op. 1993.
3. Патент РФ N 1552893, МКИ5: G 21 F 9/16, БИ N 1, 1994.3. RF patent N 1552893, MKI 5 : G 21 F 9/16, BI N 1, 1994.
4. Ю. В. Цветков, С.А. Панфилов, "Низкотемпературная плазма в процессах восстановления", М., "Наука", 1980, стр. 102. 4. Yu. V. Tsvetkov, S.A. Panfilov, "Low-temperature plasma in the recovery processes", M., "Science", 1980, p. 102.
5. А.С. Никифоров, В.В. Куличенко, М.И. Жихарев, "Обезвреживание жидких радиоактивных отходов", М., Энергоатомиздат, 1985, стр. 77. 5. A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev, "Disposal of liquid radioactive waste", M., Energoatomizdat, 1985, p. 77.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120063A RU2123214C1 (en) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Method for recovery of solid radioactive wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120063A RU2123214C1 (en) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Method for recovery of solid radioactive wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2123214C1 true RU2123214C1 (en) | 1998-12-10 |
| RU97120063A RU97120063A (en) | 1999-03-10 |
Family
ID=20199619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97120063A RU2123214C1 (en) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Method for recovery of solid radioactive wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2123214C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479877C2 (en) * | 2011-08-01 | 2013-04-20 | Учреждение Российской Академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Method to condition solid organic radioactive wastes |
| WO2013095197A1 (en) | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Method for processing solid radioactive waste |
| RU2534023C1 (en) * | 2013-05-06 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" | Method of cleaning irradiated beryllium from radioactive impurities |
| RU2621111C2 (en) * | 2012-10-31 | 2017-05-31 | Текнологиан Туткимускескус Втт Ой | Method and device for waste processing, and gaseous product |
-
1997
- 1997-12-03 RU RU97120063A patent/RU2123214C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479877C2 (en) * | 2011-08-01 | 2013-04-20 | Учреждение Российской Академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Method to condition solid organic radioactive wastes |
| WO2013095197A1 (en) | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Method for processing solid radioactive waste |
| RU2621111C2 (en) * | 2012-10-31 | 2017-05-31 | Текнологиан Туткимускескус Втт Ой | Method and device for waste processing, and gaseous product |
| RU2534023C1 (en) * | 2013-05-06 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" | Method of cleaning irradiated beryllium from radioactive impurities |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6333015B1 (en) | Synthesis gas production and power generation with zero emissions | |
| US5865875A (en) | Process for treating metal oxide fines | |
| AU635451B1 (en) | Process for rendering usable disposal products | |
| JPS59132400A (en) | Waste heat exchanging method | |
| NL8600881A (en) | WASTE DESTRUCTION. | |
| EP1918031A1 (en) | Method of detoxification and utilization of fly ash | |
| US5245113A (en) | Decontamination of PCB contaminated solids | |
| US4636336A (en) | Process for drying a chelating agent | |
| AU3728701A (en) | 2-stage cooling process for synthesis gas | |
| RU2123214C1 (en) | Method for recovery of solid radioactive wastes | |
| AU777391B2 (en) | Method for starting and operating a device for disposal and utilisation of waste materials | |
| AU725292B2 (en) | Method for treating waste material containing hydrocarbons | |
| US6270551B1 (en) | Process for treating metal oxide fines | |
| CA2041307A1 (en) | Method for disposing of run-down batteries and other waste products made toxic by the presence of heavy metals therein | |
| EP0495814B1 (en) | Waste disposal process | |
| EP1203060B1 (en) | Method and apparatus for utilizing gas from a sedimentation basin | |
| JP2000247616A (en) | Facilities and method for recovering phosphorus from waste | |
| RU2140109C1 (en) | Method and device for recovering solid radioactive wastes | |
| CA1270405A (en) | Waste destruction | |
| KR19990026212A (en) | High temperature melt processing systems and methods for flammable and non-combustible radioactive waste | |
| RU1791672C (en) | Method for processing wastes with organics | |
| JP2001235595A (en) | Treatment method and system of radioactive solid organic matter | |
| RU2126028C1 (en) | Method of discharge and utilization of wastes and device for its embodiment | |
| RU2087559C1 (en) | Method and apparatus for processing wastes containing organic substances, heavy metals and their oxides | |
| RU2031163C1 (en) | Method of slime utilization of galvanic manufacture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |