установка для получения из облученного ядерного топлива диоксида плутония, пригодного для приготовления мох-топлива
Классы МПК: | G21C1/00 Реакторы |
Автор(ы): | Балакин Игорь Михайлович (RU), Марков Борис Владимирович (RU), Глаголенко Юрий Васильевич (RU), Горн Валерий Фридрихович (RU), Андросенко Василий Андреевич (RU), Скобцов Александр Сергеевич (RU), Бобылев Анатолий Иванович (RU), Манаков Игорь Вячеславович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения" (ОАО "СвердНИИхиммаш") (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (ФГУП "ПО "Маяк") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-03-15 публикация патента:
10.10.2006 |
Изобретение относится к области обращения с отработавшим ядерным топливом. Сущность изобретения: установка для получения из облученного ядерного топлива диоксида плутония, пригодного для приготовления МОХ-топлива, содержит аппарат для осаждения оксалата плутония, патронный фильтр и печь для сушки и прокалки осадка. Патронный фильтр снабжен устройством для разделения осадка на слои, расположенным между фильтрующим патроном и переносным корпусом фильтра с зазором к последнему. Печь для сушки и прокалки выполнена в виде печи косвенного нагрева, оснащена устройством для подачи кислорода в корпус патронного фильтра, устанавливаемого в центральную полость печи после фильтрации. Преимущество изобретения заключается в повышении качества получаемого диоксида плутония. 2 з.п. ф-лы., 3 ил.
Формула изобретения
1. Установка для получения из облученного ядерного топлива диоксида плутония, пригодного для приготовления МОХ-топлива, содержащая аппарат для осаждения оксалата плутония, патронный фильтр и печь для сушки и прокалки осадка, отличающаяся тем, что патронный фильтр снабжен устройством для разделения осадка на слои, расположенным между фильтрующим патроном и переносным корпусом фильтра с зазором к последнему, а печь для сушки и прокалки, выполненная в виде печи косвенного нагрева, оснащена устройством для подачи кислорода в корпус патронного фильтра, устанавливаемого в центральную полость печи после фильтрации.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для разделения осадка на слои выполнено в виде закрепленной в корпусе фильтра этажерки, каждый ярус которой образован установленными один в другом усеченными конусами, при этом внутренний прямой усеченный конус большим основанием соединен с меньшим основанием внешнего обратного усеченного конуса.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для подачи кислорода размещено по оси корпуса фильтра, установленного в центральной полости печи.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано на предприятиях, перерабатывающих отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) для извлечения из него плутония.
В разработанной Министерством Российской федерации по атомной энергии (Минатом РФ) Программе по утилизации плутония предполагается использовать энергетический и высвобождающийся оружейный плутоний в качестве компонента при изготовлении смешанного оксидного уран-плутониевого ядерного топлива (МОХ-топлива) для энергетических реакторов. Более того, выполненные специалистами научно-исследовательских институтов Минатом РФ исследования подтверждают, что технически возможно и экономически целесообразно использовать плутоний не только в быстрых реакторах типа БН-600 и БН-800, но и в реакторах типа ВВЭР-1000.
Известна установка для получения двуокиси плутония (см. кн. Переработка ядерного горючего. Москва: Атомиздат, 1964, с.620-621, рис.9.7., статьи «Оксалат плутония» и «Непрерывное осаждение»; с.624 «Двуокись плутония», с.626 «Оборудование непрерывного процесса»). Установка содержит следующие конструктивные элементы. Сосуд, содержащий перемешиваемую пульпу оксалата плутония, барабанный фильтр с фильтрующей тканью Дайнель Д-2000. Печь для сушки и прокаливания осадка, представляющую собой лоток, нагреваемый снизу электропечами, над которыми расположен медленно вращающийся шнек. Он захватывает влажный оксалат в начале лотка и выгружает в другом конце готовую двуокись.
Использование в составе установки лотка и шнека для сушки и прокалки отрицательно сказывается на соблюдении мер безопасности при работе с радиотоксичным плутонием, исключении потерь плутония и эксплуатации установки для получения диоксида плутония. При опорожнении лодочек порошок просыпается. При захватывании оксалата плутония шнеком и при дальнейшей выгрузке со шнека в лоток необходимо постоянно собирать просыпавшийся порошок во избежание накопления плутония в защитном боксе или камере. Приходится осуществлять непроизводительную очистку от прилипших к поверхности барабанного фильтра частиц перерабатываемого продукта. При этом происходят потери продукта. Перечисленные обстоятельства усложняют эксплуатацию, увеличивая тем самым затраты как материальных, так и финансовых средств. Кроме того, в известной установке отсутствуют узлы, способствующие удалению из перерабатываемого материала углерода.
Наиболее близкой к заявленной установке для получения диоксида плутония является установка, описанная в статье БАЛАКИНА И.М. и др. «Оборудование аффинажного отделения завода РТ-1», Вопросы радиационной безопасности, 1997, №2, с.27-30.
Известная установка содержит пульсационный реактор для химического осаждения оксалата плутония, патронный фильтр «Капелла» для разделения полученной суспензии и печь для сушки и прокалки осадка. Известное устройство имеет следующие недостатки. Использование патронного фильтра на стадии фильтрации приводит к увеличению объема получаемого осадка оксалата плутония, что затрудняет процесс высушивания и прокалки осадка. Необходимо затратить много времени и электроэнергии, чтобы высушить и прокалить весьма толстый слой, равный высоте патрона фильтра, оксалата плутония для получения качественного диоксида плутония.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании установки для получения из облученного ядерного топлива диоксида плутония, пригодного для приготовления МОХ-топлива.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение диоксида плутония, содержащего минимальное количество углерода и пригодного для приготовления МОХ-топлива.
Технический результат обеспечивается за счет того, что установка для получения из облученного ядерного топлива диоксида плутония, пригодного для приготовления МОХ-топлива, содержит аппарат для осаждения оксалата плутония, патронный фильтр и печь для сушки и прокалки осадка. При этом патронный фильтр снабжен устройством для разделения осадка на слои, расположенным между фильтрующим патроном и переносным корпусом фильтра с зазором к последнему. Печь для сушки и прокалки выполнена в виде печи косвенного нагрева, оснащена устройством для подачи кислорода в корпус патронного фильтра, устанавливаемого в центральную полость печи после фильтрации.
Устройство для разделения осадка на слои может быть выполнено в виде закрепленной в корпусе фильтра этажерки, каждый ярус которой образован установленными один в другом усеченными конусами, при этом внутренний прямой усеченный конус большим основанием соединен с меньшим основанием внешнего обратного усеченного конуса.
Устройство для подачи кислорода может быть размещено по оси корпуса фильтра, установленного в центральной полости печи.
Представленные чертежи иллюстрируют установку в целом и ее отдельные технологические части.
Фиг.1 - общий вид установки;
фиг.2 - разрез А-А в увеличенном масштабе;
фиг.3 - разрез Б-Б печи в состоянии осуществления технологического процесса сушки и прокалки осадка оксалата плутония до диоксида плутония.
Установка содержит аппарат 1 для осаждения оксалата плутония, патронный фильтр 2 и печь 3 для сушки и прокалки плутония, которая представляет собой печь косвенного нагрева.
Для обеспечения безопасности условий работы обслуживающего персонала оборудование установки размещено в герметичных помещениях (на фиг.1 они условно обозначены штрихпунктирной линией).
Аппарат 1 представляет собой кольцевой пульсационный реактор для химического осаждения оксалата плутония.
Аппарат 1 снабжен штуцерами: 4 - подачи азотнокислого раствора плутония, 5 - подачи осадителя - щавелевой кислоты, 6 - выдачи полученной суспензии оксалата плутония, 7 - для соединения аппарата 1 с источником пульсаций (на чертеже не показанным).
Основными конструктивными элементами патронного фильтра 2 (см. фиг.2) являются корпус 8, головка 9, на которой закреплен патрон 10 с керамической фильтрующей перегородкой, круговой нож 11 для срезания осадка с патрона 10, при этом нож 11 соединен спицами 12 с корпусом 8. Головка 9 снабжена штуцерами 13 и 14 для подвода суспензии и отвода фильтрата. Корпус 8 устанавливают на подъемном столике 15, перемещаемом приводом (на чертеже не показанным). На время фильтрации корпус 8 поджимают подъемным столиком 15 к головке 9. Патронный фильтр 2 снабжен устройством 16 для разделения осадка на слои, расположенным между фильтрующим патроном 10 и переносным корпусом 8 фильтра 2 с зазором к корпусу 8. Одним из вариантов выполнения устройства 16 для разделения осадка на слои является этажерка 16, каждый ярус которой образован установленными один в другом усеченными конусами, соответственно, 17 и 18, при этом внутренний прямой усеченный конус 17 большим основанием соединен (например, сваркой) с меньшим основанием внешнего обратного усеченного конуса 18. Соединенные между собой усеченные конусы 17 и 18 образуют кольцевой кювет для размещения срезанного ножом 11 с фильтрующего патрона 10 осадка оксалата плутония. Этажерка 16 закреплена в верхней части корпуса 8 посредством соединенных со спицами 12 ножа 11 стоек 19, на которых кольцевые кюветы дистанционированы по высоте корпуса 8.
Печь 3 для сушки и прокалки осадка оксалата плутония до его диоксида, являющаяся печью периодического действия, представляет собой печь косвенного нагрева, например муфельную печь (см. фиг.3). В ее состав входят: теплоизолированный корпус 20, муфель 21, охватывающий его нагреватель 22, размещенное по оси устройство 23 для подачи кислорода и штуцер 24 для отвода парогазовой смеси.
Штуцер 6 аппарата 1 соединен трубопроводом 25 со штуцером 13 патронного фильтра 2. Для переноса корпуса 8 патронного фильтра 2 к печи 3 для проведения сушки и прокалки осадка в установке предусмотрены тележка 26 или манипулятор. Под печью 3 установлено подъемное устройство 27 со столешницей 28.
Заявляемая установка для получения диоксида плутония, пригодного для приготовления МОХ-топлива, работает следующим образом. Полученный на предшествующих получению диоксида плутония стадиях переработки (растворения, экстракции и проч.) облученного ядерного топлива азотнокислый реэкстракт плутония подают в кольцевую реакторную полость аппарата 1. Включают пульсатор для подачи сжатого воздуха импульсами в штуцер 7, в результате чего идет перемешивание раствора. В этот раствор через штуцер 5 подают малыми дозами щавелевую кислоту для осаждения оксалата плутония. По окончании процесса осаждения полученная суспензия по штуцеру 6 выдается в трубопровод 25, по которому ее транспортируют к патронному фильтру 2. По штуцеру 13 суспензия поступает в полость фильтра 2, и на фильтровальной керамической перегородке патрона 10 происходит разделение суспензии на жидкую (фильтрат) и твердую (осадок оксалата плутония) фазы. Фильтрат из внутренней полости патрона 10 через штуцер 14 отводят из фильтра 2 на дальнейшую обработку. Сформированный на патроне 10 осадок необходимо удалить и направить его на сушку и прокалку в печь 3. Для этого корпус 8 опускают с помощью столика 15, при этом нож 11, двигаясь с корпусом 8, срезает с патрона 10 осадок, который по мере продвижения ножа 11 сверху вниз ссыпается в кольцевые кюветы этажерки 16, чем и достигается разделение осадка на слои. Когда весь осадок срезан с фильтровальной перегородки патрона 10 и размещен на ярусах этажерки 16, а корпус 8 опущен столиком 15 ниже патрона 10, его необходимо перенести в печь 3 для сушки и прокалки с помощью транспортной тележки 26 либо манипулятором. Корпус 8 помещают на столешницу 28 подъемного устройства 27 и вводят корпус 8 с находящимися на ярусах этажерки слоями осадка в центральную полость муфеля 21. Прижимом подъемного устройства 27 к печи 3 снизу герметизируют ее полость.
Сначала осадок сушат при температуре 270°С, после чего переходят на температурный режим 600°С, при котором происходит переход оксалата плутония в диоксид плутония. Разделенный на слои оксалат плутония высушивается полностью, равномерно и намного быстрее, чем толстый неразделенный слой продукта в прототипе. В процессе сушки и прокалки через устройство 23 по оси и корпус 8 и муфель 21 печи 3 подают кислород (или воздух) для сжигания углерода, выделяющегося при сушке влажного оксалата плутония и прокалке при рекомбинации оксалата в диоксид плутония.
По окончании прокалки корпус 8 с помощью подъемного устройства 27 извлекается из печи 3 и порошок диоксида плутония пересыпают в транспортный стакан.
Использование заявленной установки обеспечит получение диоксида плутония с требуемыми параметрами качества. Это позволит использовать его для приготовления МОХ-топлива, которое можно использовать в реакторах на быстрых нейтронах и в реакторах ВВЭР-1000.