Установка для очистки тритиевого конденсата от трития
Полезная модель относится к технике разделения изотопов водорода, а именно детритизации водных отходов. В установке для очистки тритиевого конденсата от трития, содержащей емкость 1 с тритиевым конденсатом, сообщающуюся с первым входом ректификационной колонны 2, снабженной конденсатором, первый выход которой сообщен через магистраль с вакуумным насосом 3 с атмосферой, а второй ее выход соединен с емкостью 4 для воды, очищенной от трития до допустимого для сброса уровня, третий выход ректификационной колонны 2 соединен с емкостью 5 для сбора тритиевого концентрата, соединенной через магистраль с насосом 6 с первым входом колонны 7 холодного изотопного химического обмена, первый выход которой через емкость 8 для обогащенного тритиевого концентрата и магистраль с насосом 9 соединен с первым входом колонны 10 горячего изотопного химического обмена, первый выход которой соединен со вторым входом колонны 7 холодного химического обмена, при этом установка снабжена источником 11 газообразного водорода, новым является то, что второй вход колонны 10 горячего изотопного химического обмена через магистраль с компрессором 12 соединен с источником 11 газообразного водорода и со вторым выходом колонны 7 холодного изотопного химического обмена, второй выход колонны 10 горячего изотопного химического обмена соединен с емкостью 1 с тритиевым конденсатом, причем установка снабжена дополнительной колонной 13 холодного изотопного химического обмена и электролизером 14, первый вход дополнительной колонны 13 холодного изотопного обмена соединен с выходом насоса 9, выход дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена соединен со входом электролизера 14, кислородный выход которого сообщен с атмосферой, а водородный выход соединен со вторым входом дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена и контейнером 15 для фиксации трития. Повышается степень очистки тритиевого конденсата от трития и уменьшается объем получаемого в результате очистки тритиевого концентрата.
Полезная модель относится к технике разделения изотопов водорода, а именно детритизации водных отходов. Тритий образуется на предприятиях атомной промышленности, причем основными источниками поступления его в окружающую среду являются ядерные реакторы и заводы по переработке ядерного топлива [Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. «Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике», М.: ИздАТ, 2000, 344 с.]. При этом содержание трития в потоках, подлежащих обработке, в сотни и тысячи раз может превышать установленный в России допустимый уровень содержания трития в сбросных промышленных водах.
Известна установка для очистки тритиевого конденсата от трития, содержащая емкость с тритиевым конденсатом, колонну холодного изотопного химического обмена и колонну горячего изотопного химического обмена; также имеется колонна каталитического реформинга природного газа для получения замещающего тритий газа, US 6858190.
Установка реализует гибридный процесс, в результате которого получается товарный водород, а также происходит очистка тритиевого конденсата от трития.
Недостатком установки является то, что она не обеспечивает достаточную степень очистки.
Известна также установка для очистки тритиевого конденсата от трития, содержащая емкость с тритиевым конденсатом и ректификационную колонну с конденсатором. Также установка включает колонну холодного изотопного химического обмена и колонну горячего изотопного химического обмена, US 7470350. На схеме установки конденсатор изображен вне ректификационной колонны для упрощения понимания принципа действия установки, хотя конденсатор всегда встраивается на практике в верхнюю часть ректификационной колонны и является ее неотъемлемым элементом.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
В отличие от приведенного выше аналога, установка по US 7470350 включает ректификацию как стадию очистки. Для перевода трития из жидкой фазы (вода) в газовую (водород) используется процесс химической каталитической конверсии, однако это также не обеспечивает достаточную степень очистки (концентрирования) тритиевого конденсата.
Задачей настоящей полезной модели является повышение степени очистки тритиевого конденсата от трития и уменьшение объема получаемого в результате очистки тритиевого концентрата.
Согласно полезной модели в установке для очистки тритиевого конденсата от трития, содержащей емкость с тритиевым конденсатом, сообщающуюся с первым входом ректификационной колонны, снабженной конденсатором, первый выход которой сообщен через магистраль с вакуумным насосом с атмосферой, а второй ее выход соединен с емкостью для воды, очищенной от трития до допустимого для сброса уровня, третий выход ректификационной колонны соединен с емкостью для сбора тритиевого концентрата, соединенной через магистраль с насосом с первым входом колонны холодного изотопного химического обмена, первый выход которой через емкость для обогащенного тритиевого концентрата и магистраль с насосом соединен с первым входом колонны горячего изотопного химического обмена, первый выход которой соединен со вторым входом колонны холодного химического обмена, при этом установка снабжена источником газообразного водорода, новым является то, что второй вход колонны горячего изотопного химического обмена через магистраль с компрессором соединен с источником газообразного водорода и со вторым выходом колонн холодного изотопного химического обмена, второй выход колонны горячего изотопного химического обмена соединен с емкостью с тритиевым конденсатом, причем установка снабжена дополнительной колонной холодного изотопного химического обмена и электролизером, первый вход дополнительной колонны холодного изотопного обмена соединен с выходом насоса, выход дополнительной колонны холодного изотопного химического обмена соединен со входом электролизера, кислородный выход которого сообщен с атмосферой, а водородный выход соединен со вторым входом дополнительной колонны холодного изотопного химического обмена и контейнером для фиксации трития.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема установки.
Установка для очистки тритиевого конденсата от трития в конкретном примере реализации содержит емкость 1 с тритиевым конденсатом, выполненную из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, объем емкости 1 м3. Емкость 1 сообщается с первым входом ректификационной колонны 2 насадочного типа, снабженной конденсатором, размещенным в верхней ее части и греющей камерой в нижней части. Первый выход ректификационной колонны 2 сообщен через магистраль с вакуумным насосом 3 марки 2НВР-5ДМ с атмосферой, а второй ее выход соединен с емкостью 4 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т объемом 2 м3 для воды, очищенной от трития до допустимого для сброса уровня; третий выход ректификационной колонны 2 соединен с выполненной из стали 12Х18Н10Т емкостью 5 объемом 1 м3 для сбора тритиевого концентрата, соединенной через магистраль с насосом-дозатором 6 плунжерного типа марки ProMinentGALa 0708 с первым входом колонны 7 насадочного типа холодного изотопного обмена. На насадочный слой колонны 7 нанесен катализатор марки ЗФ2М на платиновой основе, ТУ 2172-001-470301001-2009. Первый выход колонны 7 через емкость 8 для обогащения тритиевого концентрата, выполненную из стали марки 12Х18Н10Т, и магистраль с центробежным насосом 9 марки ProMinentSlBaH 0484 соединен с первым входом колонны 10 насадочного типа горячего изотопного химического обмена. Колонна 10 снабжена внутри тем же катализатором, что и колонна 7 и имеет наружный обогрев. Первый выход колонны 10 соединен со вторым входом колонны 7 холодного химического обмена. Установка снабжена источником 11 газообразного водорода в конкретном примере одним или несколькими баллонами с водородом объемом 40 л и давлением 15 МПа. Второй выход колонны 10 горячего изотопного химического обмена через магистраль с компрессором 12 марки BlacKmer HD163C соединен с источником 11 газообразного водорода и со вторым выходом колонны 7 холодного изотопного химического обмена; второй выход колонны 10 горячего изотопного химического обмена соединен с емкостью 1 с тритиевым конденсатом. Установка снабжена дополнительной колонной 13 холодного изотопного химического обмена, устроенной так же, как колонна 7. Установка также дополнительно содержит электролизер 14 марки ГВ-500 «Луч». Первый вход дополнительной колонны 13 холодного изотопного обмена соединен с выходом насоса 9, выход дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена соединен со входом электролизера 14, кислородный выход которого сообщен с атмосферой, а водородный выход соединен со вторым входом дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена и контейнером 15 для фиксации трития. Контейнер 15 представляет собой герметичный защитный пенал, выполненный из стали марки 12Х18Н10Т с толщиной стенок 8-10 мм. Внутри контейнера 15 находится активированный губчатый титан марки ТГ-Тв, ГОСТ 17745-96, являющийся абсорбентом для трития. Колонны 2, 7, 10, 13 выполнены из стали марки 12Х18Н10Т.
Установка работает следующим образом.
Исходный тритиевый конденсат, подлежащий очистке от трития, поступает в емкость 1, откуда направляется в ректификационную колонну 2, работающую под разрежением - до 0,02 МПа (абс.). Разрежение в колонне 2 создается вакуумным насосом 3. Из верхней части колонны 2 в емкость 4 осуществляют сброс очищенной воды с концентрацией трития 7600 Бк/л (уровень вмешательства трития в воде, предусмотренный действующим нормативом радиационной безопасности НРБ 99/2009). Из нижней части колонны 2 осуществляют слив в емкость 5 концентрата трития с удельной активностью в 10 раз большей, чем исходный тритиевый конденсат. Из емкости 5 насосом 6 концентрат трития с заданным малым расходом подается в колонну 7 холодного изотопного химического обмена, и, пройдя насадочный слой с катализатором на платиновой основе, сливается в емкость 8 в десять раз более концентрированным по тритию, чем на входе в колонну 7. Из емкости 8 тритиевый концентрат насосом 9 подается:
- в колонну 10 горячего изотопного химического обмена,
- в дополнительную колонну 13 холодного изотопного химического обмена.
Поступивший в колонну 10 тритийсодержащий конденсат по насадочному слою с катализатором на платиновой основе сливается вниз менее концентрированным по тритию, чем концентрат на входе в колонну 10, и возвращается в емкость 1.
Перенос трития по колоннам 7 и 10 осуществляется водородом, который подается из источника 11 газообразного водорода в колонну 10 и далее из колонны 10 в колонну 7. Циркуляция водорода осуществляется компрессором 12. Колонны 7 и 10 работают при различных температурах и давлении:
- колонна 7 - при температуре 50°С и атмосферном давлении;
- колонна 10 - при температуре до 135°С и давлении до 0,9 МПа.
С учетом протекающих в колоннах 7 и 10 каталитических и массообменных процессов колонна 7 является абсобером для получения тритиевого концентрата, а колонна 10 - десобером для получения отвальной (обедненной по тритию) воды.
Из емкости 8 с помощью насоса 9 тритиевый концентрат подается в дополнительную колонну 13 холодного изотопного обмена, работающую при атмосферном давлении и температуре до 60°С. Пройдя по насадочному слою с катализатором на платиновой основе, тритиевый концентрат направляется в электролизер 14, где он разлагается на обогащенный тритием водород и кислород. Из электролизера 14 тритированный водород направляется в колонну 13, где контактирует с тритиевым концентратом. В результате каталитических и массообменных процессов тритиевый концентрат обогащается тритием, а поднимающийся тритированный водород обедняется тритием. Образовавшийся в колонне 13 тритиевый концентрат по содержанию трития ~ в 200 раз больше, чем на входе в колонну 13.
Кислород, образовавшийся при разложении воды в электролизере 14, сбрасывается в атмосферу.
Тритированный водород периодически направляется на фиксирование в контейнер 15, где поглощается активированным губчатым титаном, и переходит в твердую форму гидрида-тритида титана. По окончании этого процесса контейнер 15 отключается от линии отбора и к ней подключается следующий контейнер с активированным губчатым титаном. Отработанные контейнеры отправляются на захоронение.
Суммарные коэффициенты концентрирования установки:
- по тритиевому концентрату (по отношению тритиевого концентрата, образующегося в колонне 13, к исходному тритиевому конденсату в емкости 1) - 20000;
- по конечному продукту (по отношению гидрида-тритида титана, образующемуся в контейнере 15, к исходному тритиевому конденсату в емкости 1) - 36000.
Указанные технические характеристики установки свидетельствуют о весьма высокой степени очистки тритиевого конденсата от трития, для ее реализации использованы известные материалы и комплектующие изделия; по мнению заявителя, полезная модель соответствует условию «Промышленная применимость».
Установка для очистки тритиевого конденсата от трития, содержащая емкость 1 с тритиевым конденсатом, сообщающуюся с первым входом ректификационной колонны 2, снабженной конденсатором, первый выход которой сообщен через магистраль с вакуумным насосом 3 с атмосферой, а второй ее выход соединен с емкостью 4 для воды, очищенной от трития до допустимого для сброса уровня, третий выход ректификационной колонны 2 соединен с емкостью 5 для сбора тритиевого концентрата, соединенной через магистраль с насосом 6 с первым входом колонны 7 холодного изотопного химического обмена, первый выход которой через емкость 8 для обогащенного тритиевого концентрата и магистраль с насосом 9 соединен с первым входом колонны 10 горячего изотопного химического обмена, первый выход которой соединен со вторым входом колонны 7 холодного химического обмена, при этом установка снабжена источником 11 газообразного водорода, отличающаяся тем, что второй вход колонны 10 горячего изотопного химического обмена через магистраль с компрессором 12 соединен с источником 11 газообразного водорода и со вторым выходом колонны 7 холодного изотопного химического обмена, второй выход колонны 10 горячего изотопного химического обмена соединен с емкостью 1 с тритиевым конденсатом, причем установка снабжена дополнительной колонной 13 холодного изотопного химического обмена и электролизером 14, первый вход дополнительной колонны 13 холодного изотопного обмена соединен с выходом насоса 9, выход дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена соединен со входом электролизера 14, кислородный выход которого сообщен с атмосферой, а водородный выход соединен со вторым входом дополнительной колонны 13 холодного изотопного химического обмена и контейнером 15 для фиксации трития.
