Химической регенерации

В химической промышленности, на нефтеперерабатывающих предприятиях, при крашении тканей и в других отраслях промышленности кислотность или щелочность растворов в сильной степени влияет на ход технологического процесса и на качество получаемой продукции. Свойства этих растворов определяются концентрацией в них водородных ионов. Для удобства измерения концентрации водородных ионов ее характеризуют условным числом и обозначают символом рН. Величина рН для чистой воды и нейтральных растворов равна 7. Если рН больше 7, то это указывает на щелочность раствора; кислые растворы характеризуются числом рН, меньшим 7.

По своему функциональному назначению электрические сети энергосистем подразделяются на распределительные сети потребителей, распределительные сети энергосистем, системообразующие сети и межсистемные связи. Для городских, сельских и промышленных распределительных сетей применяются напряжения 6 —10 кВ. Более экономичным является напряжение 10 кВ. На промышленных предприятиях с мощной электродвигательной нагрузкой (например, на предприятиях целлюлозно-бумажной и химической промышленности) используется напряжение 6 кВ.

Генераторы постоянного тока применяют для питания обмоток возбуждения синхронных машин, в системах генератор—двигатель и в некоторых специальных производствах, как, например, в химической промышленности для целей электролиза и т.п.

Практика эксплуатации электрических машин позволила наиболее полно исследовать статистическими методами надежность асинхронных двигателей. Систематическое наблюдение двигателей от начала эксплуатации до капитального ремонта показало, что капитальному ремонту подвергаются 20% двигателей. При относительной простоте конструкции надежность асинхронных двигателей все еще остается низкой: средний срок службы составляет 20 тыс. ч (5 лет) и колеблется в зависимости от области применения — от 60 тыс. ч (в химической промышленности) до 6 тыс. ч (в горнодобывающей промышленности).

Для получения постоянного тока из переменного используются кремниевые выпрямительные агрегаты. Они применяются для питания электролизных установок цветной металлургии и химической промышленности и состоят из трансформатора, выпрямительных блоков и другого комплектного оборудования. Трансформаторы преобразовательных агрегатов питаются t>T сети переменного тока напряжением 6, 10 или 35 кВ.

В химической промышленности значительное снижение удельных расходов электроэнергии связано с применением менее электроемких технологических процессов при производстве метанола, синтетических смол, слабой азотной кислоты и т. д. За период 1975—1983 гг. удельный расход электроэнергии на производство метанола снижен с 1652 до 956 кВт-ч/т. Выработка метанола переводится на природный газ и синтез-газ, внедряются новые бесконверсионные схемы с агрегатами единичной производительностью 750 тыс. т продукта в год. Это позволит уменьшить удельный расход энергии в 2,6 раза по сравнению с традиционной технологией.

Нефть и газ нужны не столько как энергетическое сырье, сколько как сырье для химической промышленности. В настоящее время известно более 5000 синтетических полезных продуктов, получаемых из нефти и га-

В нашей стране больше '/2 всего добываемого топлива расходуется на тепловые нужды предприятий. Ориентировочное представление о потреблении теплоты в промышленности можно получить, рассмотрев потребности в нем какого-либо конкретного предприятия. Например, на автомобилестроительном заводе приблизительно 3/4 всей потребляемой теплоты идет на отопление, вентиляцию и бытовые нужды и только '/4 расходуется на производственные цели. Противоположная ситуация на азотнотуковом комбинате — предприятии химической промышленности. Здесь примерно 3Д всей потребляемой теплоты расходуется на производственные цели. Удовлетворение потребностей в теплоте сооружением небольших индивидуальных котельных, как правило, не экономично, так как такие установки работают с небольшими КПД и технически менее совершенны, чем крупные установки современных мощных ТЭС.

Практически все геотермальные источники содержат примеси в виде различных химических элементов. Химическая активность подземных теплоносителей, в составе которых могут быть ртуть, мышьяк, вызывает отрицательные экологические эффекты, а также усиливает коррозию конструкционных материалов энергетического оборудования. Извлечение химических элементов до отбора теплоты от теплоносителя позволяет снизить экологическое влияние, уменьшить химическую коррозию и получить ценное сырье для химической промышленности. Так, в некоторых скважинах Южно-Каспийского бассейна в 1 л воды содержится, мг: свинца — 77, цинка — 5, кадмия — 2, меди — 15.

Компрессоры применяются во многих отраслях промышленности для получения сжатого воздуха избыточным давлением до 6—8 ат и сжатия и охлаждения газов в химической промышленности при давлениях до 1 000 ат и выше. Для -небольших по производительности установок всех давлений применяются поршневые компрессоры с приводом от тихоходных (94—187 об/мин) синхронных двигателей с диапазоном мощностей от 50 до 7 500 кет. Для установок большой производительности при давлениях до 6—8 ат применяются центробежные турбокомпрессоры мощностью от 700 кет до 12—18 Мет с приводом от быстроходных синхронных двигателей.

В химической промышленности суммарные установленные мощности компрессоров превышают 100 Мет.

имя топлива *. Следовательно, чтобы сжечь какое-то количество урана в реакторе, необходимо загрузить его топливом, имеющим существенно большую массу, чем критическая. При этом после достижения заданной глубины выгорания, когда запас реактивности будет исчерпан, необходимо заменить отработавшее** топливо свежим. Однако в выгруженном из активной зоны отработавшем топливе будет содержаться значительное количество делящихся и воспроизводящих нуклидов, и оно представляет значительную ценность. Это топливо после химической очистки от продуктов деления может быть снова возвращено в топливный цикл для повторного использования. Количество делящихся нуклидов в отработавшем топливе, которое остается не использованным при одноразовом его пребывании в реакторе, зависит от типа реактора и от вида топлива и может составлять до 50 % первоначально загруженных. Например, в 1 т выгруженного из реактора ВВЭР-440 отработавшего расчетную кампанию топлива содержится примерно 950 кг 238U, до 12 кг 235U и около 6,5 кг делящихся изотопов плутония (239Ри и 241Ри). Естественно, такие ценные «отходы» необходимо использовать. С этой целью создаются специальные технические средства и сооружения для хранения, транспортирования и химической регенерации отработавшего топлива.

вергшихся делению ядер 238U (~2кг)] составит ~33,8%. Кроме I того, в выгруженном топливе будут содержаться Риэ,41=7,4 кг/т и неделящиеся изотопы плутония (~2,7 кг/т 240Pu+242Pu). Видно, что вклад плутония в энерговыработку реактора ВВЭР-1000, как и других реакторов на тепловых нейтронах, работающих на слабообогащенном уране, весьма значителен. Вместе с тем в отработавшем топливе остается много делящихся нуклидов. В топливном цикле их можно использовать после химической регенерации отработавшего топлива (с некоторыми небольшими потерями этих ценных веществ). Как видно из рассмотренного выше ориентировочного расчета, в отработавшем топливе реактора ВВЭР-1000 будет содержаться суммарно делящихся нуклидов ~20 кг/т, т. е. почти в 3 раза больше, чем в природном уране. После химической регенерации столь ценное топливо должно возвращаться в топливный цикл ядерной энергетики.

На 5.6 показано возможное снижение ежегодной потребности в природном уране для обеспечения перегрузки свежим .слабообогащенным топливом реакторов на тепловых нейтронах PWR и BWR электрической мощностью 1000 МВт при различных циклах использования ядерного топлива: одноразовом (без химической регенерации), при возврате в топливный цикл только регенерированного урана, при возврате в цикл (рецикле) невы-торевшего урана и накопленного вторичного топлива — плутония.

ТВС, в транспортировании и хранении отработавшего топлива его химической регенерации. Все это в целом позволяет получать от АЭС с современными реакторами на тепловых нейтронах боль шой мощности значительный экономический эффект.

В настоящее время еще трудно установить оптимальные (экономически) значения необходимых коэффициентов очистки, так как еще не накоплен опыт по дистанционным методам изготовления и обращения с высокоактивным (по суммарной радиоактивности) плутониевым топливом. Нет возможности оценить влияние уровня очистки от радиоактивных продуктов деления на потери и стоимость регенерируемого делящегося продукта, который будет многократно подвергаться химической регенерации. Большое значение будет иметь полнота извлечения плутония из отработавшего топлива, т. е. минимальные потери в топливном цикле, особенно при химической переработке топлива активных зон реакторов-размножителей. Ставится задача снизить эти потери по изотопам плутония суммарно до 0,2 % и менее, а по урану — до 0,25%.

В ряде стран ведутся исследования и разработки так называе мых сухих (безводных) методов химической регенерации: фторид ных (основанных на превращении U в PUB газообразную фазугек сафторидов), пирометаллургических, растворения в расплавах со лей и др. Их цель — обеспечить наиболее эффективную в техни ческом и экономическом отношении промышленную технологии регенерации с одновременным решением проблемы переработки консервации и удаления радиоактивных отходов в наиболее ком пактном и безопасном для хранения виде. Предполагается, чтс сухие методы позволят осуществить регенерацию топлива актив ных зон реакторов-размножителей на быстрых нейтронах с корот кой выдержкой этого топлива и с меньшими потерями его пс Сравнению с жидкостной экстракцией. Эти методы привлекатель ны также тем, что удельные объемы получаемых радиоактивны? отходов малы (преимущественно твердая компактная форма, при годная для консервации в процессе регенерации]'.

имя топлива *. Следовательно, чтобы сжечь какое-то количество урана в реакторе, необходимо загрузить его топливом, имеющим существенно большую массу, чем критическая. При этом после достижения заданной глубины выгорания, когда запас реактивности будет исчерпан, необходимо заменить отработавшее** топливо свежим. Однако в выгруженном из активной зоны отработавшем топливе будет содержаться значительное количество делящихся и воспроизводящих нуклидов, и оно представляет значительную ценность. Это топливо после химической очистки от продуктов деления может быть снова возвращено в топливный цикл для повторного использования. Количество делящихся нуклидов в отработавшем топливе, которое остается не использованным при одноразовом его пребывании в реакторе, зависит от типа реактора и от вида топлива и может составлять до 50 % первоначально загруженных. Например, в 1 т выгруженного из реактора ВВЭР-440 отработавшего расчетную кампанию топлива содержится примерно 950 кг 238U, до 12 кг 235U и около 6,5 кг делящихся изотопов плутония (239Ри и 241Ри). Естественно, такие ценные «отходы» необходимо использовать. С этой целью создаются специальные технические средства и сооружения для хранения, транспортирования и химической регенерации отработавшего топлива.

вергшихся делению ядер 238U (~2кг)] составит ~33,8%. Кроме того, в выгруженном топливе будут содержаться Pu9,4i=7,4 кг/т и неделящиеся изотопы плутония (~2,7 кг/т 240Pu+242Pu). Видно, что вклад плутония в энерговыработку реактора ВВЭР-1000, как и других реакторов на тепловых нейтронах, работающих на слабообогащенном уране, весьма значителен. Вместе с тем в отработавшем топливе остается много делящихся нуклидов. В топливном цикле их можно использовать после химической регенерации отработавшего топлива (с некоторыми небольшими потерями этих ценных веществ). Как видно из рассмотренного выше ориентировочного расчета, в отработавшем топливе реактора ВВЭР-1000 будет содержаться суммарно делящихся нуклидов ~20 кг/т, т. е. почти в 3 раза больше, чем в природном уране. После химической регенерации столь ценное топливо должно возвращаться в топливный цикл ядерной энергетики.

На 5.6 показано возможное снижение ежегодной потребности в природном уране для обеспечения перегрузки свежим .слабообогащенным топливом реакторов на тепловых нейтронах PWR и BWR электрической мощностью 1000 МВт при различных циклах использования ядерного топлива: одноразовом (без химической регенерации), при возврате в топливный цикл только регенерированного урана, при возврате в цикл (рецикле) невы-торевшего урана и накопленного вторичного топлива — плутония.

ТВС, в транспортировании и хранении отработавшего топлива его химической регенерации. Все это в целом позволяет получать от АЭС с современными реакторами на тепловых нейтронах боль шой мощности значительный экономический эффект.

В настоящее время еще трудно установить оптимальные (экономически) значения необходимых коэффициентов очистки, так как еще не накоплен опыт по дистанционным методам изготовления и обращения с высокоактивным (по суммарной радиоактивности) плутониевым топливом. Нет возможности оценить влияние уровня очистки от радиоактивных продуктов деления на потери и стоимость регенерируемого делящегося продукта, который будет многократно подвергаться химической регенерации. Большое значение будет иметь полнота извлечения плутония из отработавшего топлива, т. е. минимальные потери в топливном цикле, особенно при химической переработке топлива активных зон реакторов-размножителей. Ставится задача снизить эти потери по изотопам плутония суммарно до 0,2 % и менее, а по урану — до 0,25%.

В ряде стран ведутся исследования и разработки так называемых сухих (безводных) методов химической регенерации: фторид-ных (основанных на превращении U в PUB газообразную фазугек-сафторидов), пирометаллургических, растворения в расплавах солей и др. Их цель — обеспечить наиболее эффективную в техническом и экономическом отношении промышленную технологию регенерации с одновременным решением проблемы переработки, консервации и удаления радиоактивных отходов в наиболее компактном и безопасном для хранения виде. Предполагается, что сухие методы позволят осуществить регенерацию топлива активных зон реакторов-размножителей на быстрых нейтронах с короткой выдержкой этого топлива и с меньшими потерями его по Сравнению с жидкостной экстракцией. Эти методы привлекательны также тем, что удельные объемы получаемых радиоактивных отходов малы (преимущественно твердая компактная форма, пригодная для консервации в процессе регенерации]'.