Sn

1
Experimentální technologická linka pro výzkum,
vývoj a testování solidifikace kapalných
radioaktivních odpadu s cílem minimalizace
objemu Ing. Jana Dymácková dym_at_cvrez.cz Centru
m výzkumu Rež s.r.o
2
Obsah
Radioaktivní odpady a solidifikacní technologie
Projekt SUSEN
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
3
Radioaktivní odpady
Produkce radioaktivních odpadu
Jaderné elektrárny Prumyslová výroba Zdravotnictví
Výzkum
Nakládání s radioaktivními odpady se rídí zákonem
c. 18/1997 Sb
Celkový konecný objem pevných radioaktivních
odpadu (zpevnených kapalných, pevných slisovaných
nebo nestlacitelných) by nemel být vetší než 50
m3 na 1 000 MWe za rok normálního provozu
elektrárny
4
Radioaktivní odpady
EDU
4x VVER 440 s tlakovodními reaktory typu V V213
výkon 510MWe
ETE
2x VVER-1000 s tlakovodními reaktory typu V320
výkon 1055 MWe
Zdroje radioaktivních odpadu
- Štepné a aktivacní radionuklidy primárný
okruh - Kontaminované plynné a kapalné média a
pevné materiály - Potenciálne radioaktivní vody -
Kaly ze sedimentacních nádrží a presycené ionexy
5
Solidifikacní technologie
Bitumenace
imobilizace kapalných radioaktivních
koncentrátu dobrá vyluhovatelnost (pri obsahu 30
40 solnosti koncentrátu) nízká pevnost
v tlaku a riziko samovolného vznícení v prípade,
že jsou v odpadu prítomny oxidacní látky,
matrice vylucují emise obsahující heterocyklické
a polycyklické aromatické uhlovodíky, což jsou
karcinogenní prvky
Vitrifikace
imobilizace zbytku z prepracování vyhorelého
paliva imobilizace nízko a stredne aktivních
radioaktivních odpadu nízká hodnota
vyluhovatelnosti a výrazná redukce objemu
výsledných produktu jsou vysoké náklady pro
optimalizaci procesu, energetická nárocnost, a
vznik toxických ci radioaktivních plynu, které
musí postoupit další cištení
6
Solidifikacní technologie
Cementace
vhodná pro fixaci pevných odpadu a práškových
materiálu napr. popílku ze spalování
kontaminovaných pevných materiálu a drobných
pevných nespalitelných materiálu nenárocnou na
technologické vybavení a vlastní provoz,
nejpoužívanejší fixacní metoda kompatibilita
s odpadem zvyšuje objem výsledného produktu, pri
vysokém naplnení produktu solemi (45 ) je
získaný produkt nekvalitní a nestálý (nízká
pevnost a odolnost), prítomnost boritanových
iontu retardujících proces tuhnutí cementového
produktu mohou pri vysoké koncentraci vést až k
trvalé plasticite cementového produktu ,
limitující je také obsah organických látek
obsažených v cementové smesi, loužitelnost
kontaminantu je závislá na obsahu naplnení,
pomeru vody k cementu a dalších faktorech, voda
muže do cementu pronikat a kontaminanty, které
jsou cementem pouze obklopeny pri kontaktu
s vodou mužou difundovat do okolního prostredí
výzkum a vývoj se zameruje na zlepšování
vlastností matric na bázi cementu prídavkem napr.
alkalicky aktivovaných smesí (alkalických
popílku), strusky, kaolinických látek a fosfátu.
7
Solidifikacní technologie
Fixace do geoplymeru
imobilizace kapalných a semikapalních
radioaktivních koncentrátu, technologie
zpracování stejná jako cementace vysoká
mechanická pevnost, vysoká hydrolytická odolnost,
odolnost proti vlivum geologického prostredí,
tepelná stabilita až do 1400C, vysoká záchytná
schopnost pro kationy težkých kovu a
radionuklidu, solidifikace kalu pomocí
geopolymerní matrice byly vykázány vnikající
výsledky (60 obj. odpadu ve fixované matrici,
nízká vyluhovatelnost a hodnota pevnosti v tlaku
výsledné matrice až 18 MPa ) solidifikace ionexu
ukázala výrazné problémy týkající se výsledné
stability materiálu ve vode pri testech
vyluhovatelnosti,
Fixace do syntetických organických polymeru
nízká hodnota vyluhovatelnosti, solidifikace
muže probíhat pri okolní teplote, vhodnost pro
imobilizaci vysušených odpadu (70 obj odpadu ve
fixované matrici) dosud není vhodný a overený
zpusob fixace odpadu s vyšší vlhkostí (max. 5) a
kapalných koncentrátu
8
Struktura projektu SUSEN a JPC program

• Výzkum a vývoj nových materiálu a principu pro
  efektivnejší a bezpecnejší ukládání RAO
• Vývoj pokrocilých technologií a technologických
  postupu pro zneškodnování RAO a minimalizaci
  jejich objemu
• Vývoj nových technologií palivového cyklu
  jaderných reaktoru nových generací založených na
  fluoridových technologiích

Vytvorení vedecko-technické základny pro podporu
výstavby hlubinného úložište v CR Vývoj nových
metod detekce velmi nízkých aktivit dlouhodobých
radionuklidu ve velmi malých objemech
vzorku Získání souboru poznatku o chování Coria
pro úcely zvýšení bezpecnosti jaderných reaktoru
v post-havarijních stavech
9
Laborator pro nakládání s odpady

• Vývoj pokrocilých technologií a technologických
  postupu pro zneškodnování RAO a minimalizaci
  jejich objemu

Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Technologie MSO
Technologie Studený Kelímek
Prubeh projektu SUSEN
12/2013 -12/2020 VV výstupy a prokázání
udržitelnosti
12/2011 schválení
09/2015 ukoncení výstavby
09/2015 ukoncení výstavby
10
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Technologická linka bude sloužit pro výzkum,
vývoj a testování v oblasti solidifikace
kapalných a semi- kapalných radioaktivních odpadu
s cílem minimalizace výsledných objemu odpadu.
Vzhledem k výborným výsledkum z hlediska
minimalizace výsledných objemu budou primárne
studovány geopolymerní a polysiloxanové matrice.
Studium se zamerí na samotné metody fixace a
zároven na formy odpadu vstupujících do procesu
solidifikace (zejména formy koncentrátu
z odparek) a procesy probíhající v jednotlivých
zarízeních, s cílem overení možnosti zámeny
fixacních médií v komercne využívaných
zarízeních. Výzkum bude soustreden na kapalné a
semi- kapalné odpady s dominantní složkou
kyseliny borité, což jsou odpady z jaderných
elektráren v CR a SR. Uvažuje se však také o
využití této linky, nebo nekterých cástí linky i
pro solidifikaci jiných odpadu napr. z reaktoru
GEN IV.
11
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
výstupy v SUSEN
Výstupy pro SUSEN
Vývoj pokrocilých technologií a technologických
postupu pro zneškodnování RAO a minimalizaci
jejich objemu. Realizace demonstracního zarízení
pro minimalizaci objemu kapalných RAO na petinu
stávající produkce. Termín 06/2015. Projektové
podklady pro nakládání s RAO na nových blocích JE
s plánovanou produkcí RAO v konecné forme pro
ukládání max. 50 m3/1000MWe/rok. Termín
12/2017. Certifikované analytické metody
stanovení velmi nízkých koncentrací (aktivit)
dlouhodobých radionuklidu v minimálne 3 ruzných
matricích radioaktivních a prírodních materiálu.
Termín12/2018.
Navazující projekty

• Genuin (H2020) -vVývoj zpusobu fixace
  radioaktivních koncentrátu do geopolymerní
  matrice testování v aktivních podmínkách
• MSO (TaCR) - Vývoj zpusobu fixace nasycených
  ionexu do boritanových solí
• Eurofusion - Výzkum a vývoj v oblasti separace a
  záchytu Tritia

12
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Technologická linka se bude skládat z techto
zarízení

• Odparovací zarízení
• Extruder
• Fixacní zarízení

Technologická linka bude provozována v nekolika
solidifikacných vetvích
13
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Odparovací zarízení
Odparovací zarízení se bude skládat ze dvou
odparek (standardní odparka krystalizacní
odparka pracující ve vakuu), které budou moc
být provozovány jako jedno dvoustupnové zarízení,
tak i samostatne.
1. stupen - odparovací cást
Nádrže a zásobníky pro výstupní a výstupní média
vcetne dopravních systému, potrebných armatur a
cerpadel, Teleso odparky opatreno míchadlem,
otopný systém - elektr. ohrev, odlucovac kapek
(cyklon), kondenzátor, kondenzacní nádrž
(kondenzacní nádrž bude spolecná), výveva pro
vytvorení vakua a vakuový systém pro
krystalizacní cást zarízení Propojovací potrubí
(potrubní trasy) vcetne armatur, cerpadel a
ohrevu Tepelné a protihlukové izolace
2. stupen krystalizacní cást
Nádrže a zásobníky pro výstupní a výstupní média
vcetne dopravních systému, potrebných armatur a
cerpadel, Teleso odparky opatreno míchadlem,
otopný systém - elektr. ohrev, odlucovac kapek
(cyklon), kondenzátor chladic (v prípade
potreby na dochlazení kondenzátu) , výveva pro
vytvorení vakua Propojovací potrubí (potrubní
trasy) vcetne armatur, cerpadel a ohrevu Tepelné
a protihlukové izolace
6
14
Experimentální technologická linka RAO (ETL) -
Odparovací zarízení
Vstupní parametry
Výstupní parametry
Solnost na vstupu Objem koncentrátu na vstupu
10 g/l 3200 l
160 g/l 200 l
Navazující fixace v médiu Bitumen Polysiloxan, geopolymer
Solnost na výstupu ze zarízení 300 g/l 1200 g/l
Objem na výstupu ze zarízení 5 10 l 15 20 l
Výslední forma Koncentrát Granulát / matecný louh
Procento vody obsažené v roztoku 40 - 60 0,5 5
Frakce (velikost cástic) ---- Max. 3 mm
Teplota na vstupu 15 30 C
Hustota (pri 15-30C) 1000 1200 kg/m3
pH 6 11,5
Vodivost 0 -110 mS/cm
Aktivita gama zárení 0,1 10 kBq/l
Prubeh experimentu
Neaktivní experimenty Experimenty se simulovanou
aktivitou Aktivní experimenty
6
15
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Fixacní zarízení
V zarízení bude probíhat homogenizace smesi a
následný monitoring prubehu tuhnutí pri ruzných
podmínkách (teplotní profil)
Parametre zarízení
Teplota 20 120C
Tlak 5Pa 1kPa
Objem sudu 50 l
Popis provedení
Fixace bude probíhat prímo v sudu (objem sudu
50l). Sud bude hermeticky uzavren do segmentu se
zabudovaným elektrickým ohrevem. Jednotlivé cásti
budou spojeny mezi sebou tesným prírubovým
spojem. Tyto spoje budou navržený takým zpusobem,
aby umožnily bezpecnou a snadnou manipulaci se
zarízením. Víko bude opatreno míchadlem,
umožnujícím pohyb/ míchání vertikálne i
horizontálne.
16
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Fixacní zarízení
Dávkovací pomery Pomer dávkování granulátu a
polysiloxanu budou predmetem výzkumu (napr. 71
až 15) Pomer dávkování granulátu (ionexu al.
Mat. louhu), geopolymeru a aktivátoru
geopolymerové smesi budou predmetem výzkumu
(napr. 70,50,5 až 12,52,5)
Fixacní média
Parametre polysiloxanu
Parametre geopolymeru
Tepelná odolnost -50 180 C
Lineární smrštení max. 0,5
Tažnost 120 130
Pevnost v tahu 4 5 MPa
Tvrdost 20 -25 ShA
Hustota 980 kg/m3
Viskozita 2000 2500 mPa.S
Prídavek katalizátoru 2 4 hmot.
Relativní vlhkost (pri 25C) 50
Doba tuhnutí po vulkanizaci 60 - 120 Min.
Tepelná odolnost 200 1400 C
Lineární smrštení max. 10
Pevnost v tlaku 4 80 MPa
Tvrdost 20 -25 ShA
Hustota 1483-16000 kg/m3
17
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Fixacní zarízení

• Fixacní zarízení
• Segmentové zarízení se zabudovaným míchadlem a
  elektrickým ohrevem, vcetne dávkovacího systému
  granulátu, dávkovacího systému ionexu,
  dávkovacího systému matecných louhu z procesu
  krystalizace, dávkovacího systému smesi
  polysiloxanu, dávkovacího systému smesi
  geopolymeru, dávkovacího systému aktivátoru
  geopolymeru) dávkovací systémy mužou být
  zamenitelné pro napojení na jednotlivé vstupy
• Kondenzátor
• Propojovací potrubí (potrubní trasy) vcetne
  armatur, výveva pro vytvorení podtlaku
• Tepelné a protihlukové izolace
• Stínící prvky

18
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Extruder

• Zarízení slouží pro fixace
• Granulátu v polysiloxanové smesi
• Zahušteného koncentrátu v bitumenové smesi

Parametre zarízení
Teplota 25 - 180C
Objem sudu výsledného produktu 50 l

• V extruderu budou probíhat minimálne tyto
  procesy
• Homogenizace smesi
• Odparování volné vody
• Odparování chemicky vázané vody
• Zhutnování smesi

Zónování, délka (resp. L/D), tvar a pocet šneku,
stupnování atd. bude navrhnuto takým zpusobem,
aby extruder byl schopen obsáhnout minimálne
všechny výše uvedené procesy.
19
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Extruder

• Extruder
• Systém pro dopravu bitumenu (zásobní nádrže
  vcetne dopravního systému bitumenu, armatur,
  cerpadel a ohrevu) a systém dávkování
  koncentrátu, systém dávkování polysiloxanu a
  systém dávkování granulátu - dávkovací systémy
  mužou být zamenitelné pro napojení na jednotlivé
  vstupy
• Extruder
• Kondenzátor
• Propojovací potrubí (potrubní trasy) vcetne
  armatur, cerpadel a ohrevu
• Tepelné a protihlukové izolace
• Stínící prvky

20
Experimentální technologická linka RAO (ETL)
Dispozice
21
Dekuji za pozornost