Сжечь и обезвредить

Новая технология переработки РАО для Курской АЭС-1

Обеспечение безопасности, в том числе радиационной, на всех этапах жизненного цикла АЭС — безусловный приоритет атомной отрасли. Стратегия развития атомной энергетики в России предполагает значительное увеличение доли атомной генерации в энергобалансе, а значит, требует также оптимизации подходов к переработке и хранению радиоактивных отходов, образующихся в процессе эксплуатации АЭС. В настоящее время Инжиниринговый дивизион Росатома находится на финальной стадии выполнения значимого проекта — сооружения комплекса по переработке радиоактивных отходов (КП РАО) Курской АЭС-1, где будет применяться метод низкотемпературного пиролиза ионообменных смол (ИОС). Рассказываем, в чем заключаются особенности предложенной технологии переработки и в чем ее важность для атомной отрасли.

Задача со звездочкой

Одной из важных задач при переработке РАО, образующихся при эксплуатации АЭС, является переработка отработанных ионообменных смол (ОИОС).

Ионообменные смолы на АЭС с реакторами РБМК и ВВЭР применяются для очистки теплоносителей и других водных сред. При эксплуатации каждого энергоблока АЭС ежегодно образуется определенный объем ОИОС, которые необходимо утилизировать как радиоактивные отходы.

Сложность переработки ОИОС связана с содержанием в них влаги и органических веществ (из-за этих особенностей захоронение радиоактивных ОИОС невозможно без их предварительной обработки).

Сложности и возможности

«Переработка ионообменных смол является наиболее сложной и дорогостоящей операцией по сравнению с другими видами переработки РАО. На сегодняшний день не существует готовых к тиражированию установок для переработки данного вида РАО. До настоящего времени в качестве основных методов переработки ОИОС использовались отверждение смол посредством включения их в связующий материал (цементирование) и сушка ОИОС с последующим хранением в контейнерах типа НЗК в хранилище РАО», — объясняет технический директор одного из предприятий Инжинирингового дивизиона госкорпорации «Росатом» Денис Федоров.

Цементирование обладает рядом преимуществ перед другими методами отверждения РАО: цементный компаунд является инертной матрицей, а технология проста и имеет низкую себестоимость. Однако при отверждении ОИОС степень включения смол в матрицу составляет всего 5–10%. Применение данной технологии переработки ОИОС приводит к значительному увеличению объема РАО. Существуют и другие методы кондиционирования.

Возможно включение ОИОС в полимерную матрицу. Полимеризация проходит без нагревания. Полимерные матрицы обладают химической стойкостью, а также стойкостью к влиянию механических, термических и радиационных нагрузок. При этом технология включения ОИОС в полимеры достаточна проста в исполнении. Однако кондиционирование ОИОС с использованием данных технологий является очень дорогостоящим и не ведет к существенному снижению объемов РАО.

Метод сверхкритичного водного окисления для переработки ОИОС обеспечивает полное одностадийное превращение органических веществ в безвредные СО₂ и N₂ с образованием оксидов и гидроксидов металлов, разделение твердой и жидкой фаз фильтрацией и последующую дезактивацию жидкой фазы. Этот метод находится на стадии лабораторных исследований и крайне сложен для промышленного освоения, а также является дорогостоящим технологическим решением.

Метод пиролиза широко используется, в том числе при утилизации бытовых отходов. Такой способ позволяет значительно снизить объемы РАО и получить инертный конечный продукт, не содержащий органических компонентов. Процесс пиролиза отходов, как правило, проводится при температурах от 800 до 1200 °С. Однако, как показывают исследования, при термическом разложении РАО в диапазоне указанных температур происходит значительный унос радиоизотопов с отходящими пиролизными газами, что снижает эффективность переработки отходов методом пиролиза.

В Инжиниринговом дивизионе Росатома разработана технология низкотемпературного процесса пиролиза для переработки ОИОС. Технология предусматривает предварительное отделение от ОИОС транспортной воды и ее термическую обработку в вертикальном пиролитическом реакторе при температуре 450 °С в среде инертного газа, отходящие пиролизные газы очищаются в системе газоочистки. Разработанная технология пиролиза впервые реализована на КП ТРО Курской АЭС-1.

В рамках сооружения КП ТРО было изготовлено и смонтировано оборудование системы пиролиза, включающее:

— оборудование участка подачи смол;

— оборудование участка приема смол и передачи на переработку;

— оборудование участка пиролиза;

— оборудование участка дожигания пиролизного газа;

— оборудование участка газоочистки.

Как это работает

Проведенные испытания разработанной технологии пиролиза на реальных ОИОС позволили эффективно переработать смолы с сокращением их объема в шесть-восемь раз. Производительность пиролизного реактора составляет до 25 кг/ч (в реактор поступает водонасыщенная смола при соотношении воды и ИОС 1 : 1).

Отходящие пиролизные газы дожигаются в камере дожигания при температуре до 1100 °С. Дымовой газ доочищается в системе газоочистки, состоящей из форсуночного скруббера и скруббера Вентури. При необходимости отходящие газы подвергаются дополнительной очистке на фильтрах тонкой очистки.

Система газоочистки позволяет довести содержание веществ в газовой среде, направляемой в окружающую среду, до состояния, не превышающего установленные нормативные показатели.

Получаемый конечный продукт (коксовый остаток) для дальнейшего кондиционирования размещается в 100-литровой бочке, которая установлена в 200-литровой бочке в случае повышенной удельной активности. Свободное пространство в 200-литровой бочке заполняется цементным раствором.