| Страна и завод | Дата пуска | Производительность, (проектная) т/год | Характеристики топлива | Затраты | Готовые продукты | |||
| проектная | реальная | реактор | состав | выгорание | ||||
| Россия | ||||||||
| РТ-1 | 1976 I очередь 1988 III очередь II и III очередь | 60-70 400, в том числе, 200 по ОЯТ ВВЭР-440 | ВВЭР-440, РБН, исслед., транспортные | UO2, MOX и другое | большой диапазон величин выгорания | PuO2, UO2(NO3)2.6H2O, NpO2 MOX для БН | ||
| РТ-2 | не определена | ВВЭР-1000 | UO2 | разнообразный ассортимент продуктов | ||||
| Франция | ||||||||
| UP 3 | PWR, BWR | UO2 | от 33 ГВт.сут/т | ~8,2 млрд. долл | PuO2, UO2(NO3)2 | |||
| UP 2 800 | PWR | UO2, MOX | до 50 ГВт.сут/т | |||||
| Великобритания | ||||||||
| Thorp | 700(1200) | AGR, PWR | UO2 | ~3-4 млрд. долл | PuO2, UO3 | |||
| Япония | ||||||||
| TRP | 90(210) 0,7 т/сут | ATR, LWR | UO2, MOX | |||||
| RRP | 1997-2000 | (800) 4,8 т/сут | LWR | UO2, | 45 ГВт.сут/т среднее | 1,88.109 иен 4,5-5,2 млрд. долл | (Pu,U)O2, UO3 | |
| Индия* | ||||||||
| Тарапур | PHWR | UO2 | до 7 ГВт.сут/т | |||||
| Калпаккам | PHWR, FBTR | UC, UO2 | ||||||
| Новый | не определена | 300-350 | PHWR |
* Опытный завод в Тромбее перерабатывает с 1964 г. ОЯТ исследовательских реакторов.
Таблица 2.7.5
Общая характеристика технологии переработки ОЯТ
| Завод | Вместимость хранилища ОЯТ, т | Подготовительные операции | PUREX-процесс | Аффинажные операции | |||||
| резка | растворение | осветление | число циклов | экстрагент | восстановитель | U-ветка | Pu-ветка | ||
| РТ-1 | 3 линии для разного ОЯТ | периодическое | фильтрация с флокулянтом и фильтрующим материалом | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином и комплексоном при низкой кислотности | 1 цикл | 1 цикл | ||
| РТ-2 | 6000 (бассейн) | в горизонтальном положении ТВС | периодическое | фильтрация с флокулянтом и фильтрующим материалом | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином и комплексоном при низкой кислотности | 1 цикл | 1 цикл | |
| UP 3 UP 2 800 | 14400 (бассейны) | ТВС PWR и BWR в горизонтальном положении | непрерывное во вращающемся кольцеобразным аппарате | центрифугирование | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином при повышенной кислотности | 1 цикл с очисткой от Np | 1 цикл, восстановитель гидроксиламин | |
| Thorp | 10000 (бассейны) | 3 блока резки с суммарной мощностью 5 т/сут | периодическое | центрифугирование | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином при повышенной кислотности | 1 цикл с 20% ТБФ | 1 цикл с 30% ТБФ | |
| TRP | 140 (бассейн) | периодическое | фильтрация | 4 (два совместных) | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином при повышенной кислотности | 1 цикл, силикагелевая очистка | 1 цикл | |
| RRP | 3000 бассейны (3´1000) | агрегат резки с двумя магазинами | непрерывное | центрифугирование | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином при повышенной кислотности | 1 цикл | 1 цикл | |
| Тарапур | периодическое | 4 (два совместных) | 30% ТБФ в легком углеводородном разбавителе | U4+ с гидразином при повышенной кислотности | 1 цикл | 1 цикл +доочистка на анионите |
Хвостовики и выщелоченные оболочки из аппарата-растворителя после промывок затаривают в контейнеры и цементируют. Прогрессивным является решение фирмы COGEMA ввести в 2000 г. установку прессования этих отходов, что позволило сократить их объем в 4 раза. Следующим шагом по пути сокращения металлических отходов будет переплавка скрапа из циркония и нержавеющей стали с высокой очисткой металлов от продуктов деления.
Растворение отрезков ОЯТ производят либо непрерывно (UP 2 800, UP 3, RRP), либо периодически (Thorp, PT-1, РТ-2, Тарапур). Для непрерывного растворения применяют кольцевой вращающийся секционированный на 12 отсеков аппарат, частично погруженный в плоский циркониевый бак с ядерно-безопасной геометрией. Ядерная безопасность узла растворения обеспечивается двумя приемами – геометрией аппаратов (PT-1, UP 2 800, UP 3, RRP) или введением в раствор азотной кислоты гадолиния (Thorp). В Японии проводились испытания шнекового вибрационного непрерывнодействующего аппарата для растворения МОХ-топлива. Три модели непрерывнодействующего аппарата-растворителя разработаны совместно специалистами BNFL и России.
Осветление раствора топлива на заводах постройки 70-х годов проводят фильтрованием на пульсационных фильтрах (PT-1, TRP) (табл. 2.7.5, 2.7.7).
Таблица 2.7.6
Некоторые проектные параметры зарубежных заводов
по переработке оксидного топлива
| Параметр | Завод | |||
| Thorp | UP 3, UP 2 800 | RRP | индийские | |
| Рабочие дни в году | 250-300 | 200-300 | ? | |
| Суточная производительность, т/сут | 3´1,7 | 2´4 | 0,5 | |
| Режим работы | круглосуточно для всех заводов | |||
| Вместимость хранилищ: – ОЯТ, т; – уранилнитрата, м3 (концентрация, г/л); – нитрата плутония, м3 (концентрация, г/л); – концентрата ВАО, м3; – концентрата САО, м3 | 100 (300) 2 (300) хранят в форме PuO2 | 200 (450) хранят в форме PuO2 ~ 1600 5000-9600 | 100 (450) 2 (250) ~ 10000 | хранят в виде оксида хранят в виде оксида |
| Удельные объемы твердых отходов, м3/т – оболочки, – ионообменная смола, – фильтры, системы газоочистки. | 11,5 500 | 0,6 – | 0,5 1,5 500 | 0,6-0,8 100 |
Зарубежные заводы, сданные в эксплуатацию в 90-х гг., используют на этой операции подвесные центрифуги маятникового типа (2000 g) (UP 2 800, UP 3, Thorp).
Для предотвращения размазывания иода по технологическим потокам предусматривается его отдувка из раствора окислами азота (UP 3, UP 2 800, RRP).
Наиболее сложной и многоаппаратной из систем газоочистки является газоочистка узла растворения, которая включает ряд обязательных для каждого завода операций:
улавливание пыли,
конденсацию азотной кислоты с ее возвратом в процесс,
поглощение водой или слабой HNO3 окислов азота,
поглощение 129I и 14C в содо-щелочном скруббере,
фильтрацию газового потока через высокоэффективные фильтры аэрозолей (табл. 2.7.8).
На большинстве заводов установлены также твердые серебросодержащие фильтры для улавливания органических соединений иода. Извлечение Kr и Хе предполагается только на РТ-2 и RRP (табл. 2.7.8), хотя многие страны изучают процессы улавливания Kr и Хе и их иммобилизации в стабильные матрицы.
Все современные заводы используют трехцикличный PUREX-процесс для извлечения и очистки урана и плутония, за исключением заводов TRP и индийских, где проводится 4 цикла: два совместных с разделением урана и плутония во втором цикле и по одному аффинажному циклу в урановой и плутониевой ветках (табл. 2.7.5). На заводе TRP аффинажный урановый цикл дополнен операцией доочистки на силикагеле, а на заводе в Тарапуре аффинажный плутониевый цикл дополнен доочисткой на анионите. Оборудование, установленное на первом и аффинажных экстракционных циклах, представлено в табл. 2.7.7.
Принятию трехцикличного процесса предшествовал большой объем исследований, проведенных специалистами разных стран. Были изучены:
механизмы экстракции и соэкстракции примесных элементов со сложным химическим поведением (Ru, Zr, Np, Tc и др.) и влияние их на операции экстракции/реэкстракции урана и плутония,
оптимизация режимов проведения экстракционных циклов по кислотности, температуре, соотношению потоков фаз, выбору восстановителей и непрерывной фазы,
созданы математические модели процессов экстракции-промывки-реэкстракции и др.
Таблица 2.7.7
Оборудование, установленное в основных отделениях заводов
| Завод | Операции | ||||||
| I цикл | аффинажные экстракционные циклы | ||||||
| растворение | осветление | экстракция | промывка | реэкстракция Pu | реэкстракция U | Pu | U |
| РТ-1 | аппарат периодического действия ядерно-безопасной геометрии | металлокерамические фильтры с перлитом | смесители-отстойники во всех циклах | ||||
| РТ-2 | кольцевой аппарат периодического действия | фильтры | вибрационные колонны | смесители-отстойники | |||
| UP 3, UP 2 800 | непрерывно вращающийся аппарат в форме колеса с 12 корзинами, погруженными в циркониевый бак ядерно-безопасной геометрии | подвесные маятниковые центрифуги марки ДРС 900 | 6 пульсационных кольцевых и цилиндрических колонн и 4 смесителя-отстойника | смесители-отстойники | цилиндрические колонны | смесители-отстойники | |
| Thorp | три аппарата периодического действия с корзиной на 1,7 т ОЯТ | две центрифуги подвесного типа периодического действия | 6 пульсационных колонн, колонны: | смесители-отстойники | пульсационные колонны | смесители-отстойники | |
| одна | две | три, включая промывку реэкстракта Pu | |||||
| TRP | аппарат периодического действия | две параллельные системы фильтрования | смесители-отстойники во всех циклах | ||||
| RRP | непрерывно действующий вращающийся аппарат | центрифуги | пульсационные колонны, кольцевые и цилиндрические | смесители-отстойники | |||
| Заводы Индии | аппарат периодического действия | пульсационные колонны во всех циклах |
Таблица 2.7.8
Система газоочистки аппарата-растворителя
| Завод | Очистка от: | Дополнительные аппараты | ||||
| окислов азота | иода | аэрозолей | углерода-14 | криптона-85 | ||
| РТ-1 | колонны, орошаемые водой | сорбционные колонны с силикагелем, пропитанным AgNO3 | мультициклоны, фильтры грубой и тонкой очистки | дефлегматоры | ||
| РТ-2 | колонны, орошаемые водой | колонны, орошаемые щелочным раствором | фильтры грубой и тонкой очистки | колонны, орошаемые щелочным раствором | сорбция на активированном угле или фреонами с криогенной дистилляцией | дефлегматоры |
| UP 3, UP 2 800 | рекомбинационные колонны | скруббер с содощелочным раствором, циалитовыми Ag-фильтры | фильтры | скруббер с содощелочным раствором | не предусмотрена | конденсатор для HNO3 |
| RRP TRP | абсорбционная колонна | твердые серебросодержащие сорбенты | фильтры | поглотители 14СО2 | не предусмотрена | конденсатор HNO3, каплеотбойник |
| Thorp | абсорбционные колонны | скруббер с содощелочным раствором | фильтры | скруббер с содощелочным раствором с осаждением Ba14CO3 | не предусмотрена | конденсатор HNO3 |
Таблица 2.7.9