Детритизация воды методом химического изотопного обмена водорода с водой в контактных устройствах мембранного типа
Диссертация
Одним из наиболее перспективных способов решения задач глубокой очистки тритийсодежащих потоков и концентрирования трития с целью сокращения объема отходов, подлежащих захоронению или дальнейшей переработке, является химический изотопный обмен (ХИО) между водой и молекулярным водородом в комбинации с электрохимическим разложением воды на богатом по тяжелому изотопу конце разделительной установки… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Основные методы разделения изотопов водорода
- 1. 2. Система вода-водород
- 1. 2. 1. Изотопный обмен в системе вода-водород
- 1. 2. 2. Катализаторы, используемые в процессе изотопного обмена водорода с водой
- 1. 2. 3. Типы контактных устройств для осуществления изотопного обмена в системе вода-водород
- 1. 3. Контактные устройства мембранного типа
- 1. 3. 1. Структура и основные характеристики мембраны Naflon
- 1. 3. 2. Эффективность массообмена в КУМТ
- 1. 3. 3. Метод расчета эффективности массообмена в контактном устройстве мембранного типа
- 1. 4. Выводы из литературного обзора
- Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА В КОЛОННЕ С НЕЗАВИСИМЫМИ ПОТОКАМИ
- 2. 1. Методика проведения экспериментов
- 2. 1. 1. Описание экспериментальной установки
- 2. 1. 2. Методика проведения экспериментов по исследованию эффективности ХИО в колонне с независимыми потоками
- 2. 1. 3. Методика проведения изотопного анализа по дейтерию
- 2. 2. Методика обработки экспериментальных данных
- 2. 3. Результаты экспериментов и их обсуждение
- 2. 1. Методика проведения экспериментов
- Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА В КОЛОННЕ С НИЖНИМ УЗЛОМ ОБРАЩЕНИЯ ПОТОКОВ
- 3. 1. Схема установки и методика проведения экспериментов
- 3. 2. Методика проведения изотопного анализа по тритию
- 3. 3. Методика обработки экспериментальных данных
- 3. 4. Результаты экспериментов и их обсуждение
- 3. 4. 1. Предварительные эксперименты
- 3. 4. 2. Исследование массообменных характеристик в колонне с КУМТ
- 4. 1. Влияние состояния мембраны на проницаемость по воде
- 4. 1. 1. Методика определения проницаемости мембраны
- 4. 1. 2. Методика подготовки к работе мембраны МФ-4СК
- 4. 1. 3. Методика проведения изотопного анализа
- 4. 1. 4. Методика обработки экспериментальных данных
- 4. 1. 5. Результаты экспериментов по исследованию скорости переноса воды через мембрану в Н±форме
- 4. 1. 6. Результаты экспериментов по исследованию скорости переноса воды через мембрану, модифицированную ионами металлов
- 4. 2. Влияние состояния мембраны на эффективность ФИО в КУМТ
- 4. 2. 1. Исследование фазового обмена в КУМТ
- 5. 1. Методика проведения экспериментов по детритизации на колонне с контактными мембранными устройствами
- 5. 1. 1. Принципиальная схема разделительной установки детритизации воды
- 5. 2. Результаты экспериментов по исследованию детритизации воды
Список литературы
- Андреев Б.М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. М.: ИздАТ, 2000. 344 с.
- Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009 (СанПин 2.6.1.2523−09). Гигиенические нормативы. М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 2009. 116 с.
- Семенихина М.Е. Некоторые аспекты радиоэкологического мониторинга объектов окружающей природной среды в районе размещения К АЭС. // Вестник МГТУ, Т.9. Вып. № 5. 2006. С. 843−846.
- Парамонова Т.И., Каширин И. А., Никоноров А. Г., Мурафа В. Г. Тритий на спецкомбинатах радон. Содержание в окружающей среде. // Медицина труда и промышленная экология, 2006. № 10. С. 42−46.
- Bruggeman А.Е., Meynendonckx L., Parmentier С., Goossens W.R., Baetsle L.H. Development of ELEX Process for Tritium Separation at Reprocessing Plants. // Radioactive Waste and the Nuclear Fuel Cycle, 1985. Vol. 6. iss. 3−4. P. 237.
- Андреев Б.М. Химический изотопный обмен современный способ производства тяжелой воды. // Хим.пром., 1999. № 4. С. 219 — 224.
- Hammerly М., Stevens W.H., Butler J.P. Combined Electrolysis Catalytic Exchange (CECE) Process for Hydrogen Isotope Separation.//ACS Symposium Series, 1978. Vol. 68. P. 110.
- Spagnolo D.A., Miller A.I. The CECE Alternative for Upgrading. Detritisation in Heavy Water Nuclear Reactors and for Tritium Recovery in Fusion Reactors. // Fusion Technol., 1995. Vol. 28. P. 748 -754.
- Ellis R.E., Lentz J.E., Rogers M.L., Sienkiewicz С J. Development of combined electrolysis catalytic exchange. // Final Report. MLM-2952, 1982.
- Эванс Э. Тритий и его соединения. / пер. с англ. Бравермана И. Б. М.: Атомиздат, 1970. 312 с.
- Слинько М.Г., Сахаровский Ю. А., Андреев Б. М. Производство тяжелой воды в СССР и России. // 7-я Всероссийская (Международная) науч. конф. Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул. Звенигород. Сб. докл.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2002. С. 7−11.
- Сахаровский Ю.А., Слинько М. Г. Каталитические методы разделения изотопов водорода. //Хим.пром., 1999. № 4. С. 224−228.
- Фатеев В.Н., Порембский В. И., Самойлов Д. И. Электрохимический метод получения тяжелой воды и изотопов водорода.// В кн. Изотопы: свойства, получение, применение. / Под ред. Баранова В. Ю. М.: ИздАТ, 2000. С. 147−157.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Розенкевич М. Б., Райтман А. А., Сахаровский Ю. А., Хорошилов А. В. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных системах. М.: ИздАТ, 2003. 376 с.
- Розен A.M. Производство тяжелой воды методом ректификации аммиака с тепловым насосом. Опыт пуска промышленной установки. // Хим. пром., 1995. № 4. С. 207−216.
- Розен A.M. Первый в мире завод для производства тяжелой воды методом двухтемпературного изотопного обмена вода-водород. // Атомная энергия, 1995. Т.78. Вып. 3. С. 217 220.
- Зельвенский Я.Д. Разделение изотопов низкотемпературной ректификацией. / Учебное пособие для вузов. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1998. 208 с.
- Pautrot R.H., Damiani М. Operating Experience with the Tritium and Hydrogen Extraction Plant and the Laue-Langevin Institute. //ACS. Symp. Series, 1977. P. 68.
- Davidson R.B., von Halten P., Schaub M., Ulrich D. Comissioning and First Operating Experience at Darlington Tritium Removal Facility. // Fusion Technol., 1988. Vol. 14. P. 472 479.
- Sherman R.H., Bartlit J.R., Kirk D. Experimental Results from Hydrogen/Deuterium Distillations at the Tritium Systems Test Assembly. // Fusion Technol., 1984. Vol. 6. P. 625 628.
- Murdoch D.K., Day Ch., Gitrszewski P. et al. Tritium Inventory Issues for Future Reactors: Choices, Parameters, Limits. // Fusion Engeneering and Design, 1999. Vol.46. P. 255−271.
- Андреев Б.М., Сахаровский Ю. А. Физико-химические методы. // В кн. Изотопы: свойства, получение, применение. / Под ред. В. Ю. Баранова. М.: ИздАТ, 2000. С. 167 -218.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Пак Ю.С., Розенкевич М. Б., Сахаровский Ю. А. Разделение изотопов водорода методом изотопного обмена в системе «газ жидкость» и «газ — твердое тело». Состояние и перспективы на рубеже
- XXI века. // 5-я Всерос. (Междунар.) науч. конфер. Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул. Сб. докл.: ЩЖИАТОМИНФОРМ, 2000. С. 138 144.
- Розен A.M. Аналогия между изотопным обменом и абсорбцией. // Докл. АН СССР, 1956. Т. 108. № 1. С. 122.
- Розен A.M. // В кн.: Труды всесоюзной конференции по применению изотопов М.: Изд. АН СССР, 1958. С. 86.
- Бир К. В кн. Производство тяжелой воды. / Под ред. Дж. Мэрфи, Г. Юри и др. Пер. с англ./под ред. Я. Д. Зельвенского, М.: Изд. иностр. лит., 1961. 518 с.
- Андреев Б.М., Уборский В. В., ТОХТ, 1981, т.15, № 5, с. 664.
- Розен A.M. Теория разделения изотопов в колоннах. М.: Атомиздат, 1960. 436 с.
- Розен A.M. Первый в мире завод для производства тяжелой воды методом двухтемпературного изотопного обмена вода-сероводород. //Атомная энергия, 1995. Т. 78. Вып. 3. С. 217.
- Heavy Water Reactors: Status and Projectal Development. Forthcoming. // Technical reports series № 407. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2002.702 p.
- Allan C.J., Bennett A.R., Fahey C.A. et al. New Heavy Water Processing Technologies. // Preprint of 12-th Pacific Basin Nuclear Conf., Seoul, Korea, 2000. 12 p.
- Miller A.I., Heavy Water: A Manufacturers' Guide for the Hydrogen Century. // Published in the Canadian Nuclear Society Bulletin. Vol. 22. №.1. 2001.
- Андреев Б.М., Раков Н. А., Розенкевич М. Б., Сахаровский Ю. А. Использование методов разделения изотопов для улавливания и концентрирования трития в ядерном топливном цикле. // Радиохимия, 1997. № 39. С. 97−111. •
- Сахаровский Ю.А., Розенкевич М. Б., Андреев Б. М. и др. Очистка водных потоков от трития методом химического изотопного обмена водорода с водой. //Атомная энергия, 1998. Т. 85. Вып. 1. С. 35 40.
- Алексеев И.А., Баранов К. А., Коноплев К. А. и др. Оценка возможности использования различных методов разделения изотопов для создания установок изотопной очистки тяжеловодных контуров реакторов. Л.: 1983. С. 55. (Препр. № 887/АН СССР, ЛИЯФ).
- Rozenkevich М., Andreev В., Magomedbekov Е. et al. Development and Improvement of devices for hydrogen generation and oxidation in water detritiation facility based on CECE technology. // Fusion Technol., 2005. Vol. 48. № 1. P. 124.
- Сахаровский Ю.А., Розенкевич М. Б., Алексеев И. А. и др. Способ извлечения трития и протия из дейтерийсодержащей воды. // Патент РФ на изобретение 2 060 801 опубл. 27.05.1996. Бюл. № 15. МПК B01D59/28 Per. номер заявки 94 009 122/26 от 17.03.1994.
- Miller A.I., Spagnolo D.A. Geographically Distributed Tritium Extraction Plant and Process for Producting Detritiated Heavy Water Using Combined Electrolysis and Catalytic Exchange Process, U.S. Patent No. 5,468,462, 1995.
- Wong K.Y., Khan T.A., Guglielmi F. Canadian Tritium Experience. // Canadian Fusion Fuels Technology Project, Ontario Hydro, Toronto, 1984.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Розенкевич М. Б., Сахаровский Ю. А. Гетерогенные реакции изотопного обмена трития. М.: Эдиториал УРСС, 1999. 208 с.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Пак Ю.С. и др. Перспективы использования химичекского изотопного обмена для разделения изотопов водорода. //Атомная энергия, 1999. Т.86. С. 198 203.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Пак Ю.С. и др. Некоторые особенности технологии разделения изотопов водорода методом химического изотопного обмена водорода с водой. // Атомная энергия, 1988. Т. 85. Вып. 1. С. 40−45.
- Андреев Б.М., Магомедбеков Э. П., Пак Ю.С. и др. Детритизация водных потоков и концентрирование трития изотопным обменом в системах с молекулярным водородом (Н2- Н20, Н2- Pd). // Радиохимия, 1999. Т.41. № 2. С.131 135.
- Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. Равделя А. А. и Пономаревой А. М. изд. 8-е перераб. Л.: Химия, 1983. 232 с.
- Shimizu М., Kitamoto A., Takashima Y. New Proposition on Performance Evaluation of Hydrophobic Pt Catalyst Packed in Trincle-Bed. // J.Nucl.Sci.Technol, 1983. Vol.20. № 1. P.36 47.
- Butler J.P. Hydrogen Isotope Separation by Catalyzed Exchange between Hydrogen and Liquid Water. // Separ. Sci. and Technol., 1980. Vol.15. № 3. P. 371−396.
- Bruggeman A.E., Leysen R.F.R., Vermeiren P., Monsecour M. Catalyst for an Isotopic Exchange Column. Belgian Patent No. 893 715, 1982.
- Bruggeman A.E., Leysen R.F.R., Vermeiren P., Monsecour M. Catalyst for an Isotopic Exchange Column. U.S. Patent No. 4 376 066, 1983.57. lonita G., Peculea M. Preparation of Hydrophobic Platinum Catalyst. Romanian Patent No. 107 842, 1991.
- Ionita G., Stefanescu I. The Separation of Deuterium and Tritium on Pt/SDB/PS and Pt/C/PTFE Hydrophobe Catalysts. // Fusion Technol., 1995. Vol. 28. P. 641 646.
- Ionita Gh., Stefanescu I. Tritiated Deuterium Setaration on Pt/SDB/PS and Pt/C/RTFE Hydrophobic Catalysts. // Proc. Conf. 25 Years of Activity of Cryogenic and Isotope Separation in Romaia, 1995. P. 16 18.
- Gupta N.M., Belapurkar A.D., Iyer R.M. Development of Hydrophobic Catalysts for Deuterium Exchange between Hydrogen and Water. // Proc. Second Nat. Symp. on Heavy Water Technol, Bombay, 1989. Preprint volume 9 700 548. P. 7.
- Kitamoto A., Takashima Y., Shimizu M. Evaluation of the Isotope Separation Rate of Deuterium Exchange Reaction between H2 and H20 with Platinum Catalyst. //J. Chem. Engineering of Japan, 1983. Vol. 16. № 6. P. 495−502.
- Wei Y.Z., Takeshita K., Shimizu M. et al. Deactivation of Hydrophobic Pt/SDBC-Catalyst for H2-HTO-Exchange Reaction Destined for Tritium Removal in Reprocessing Plant. // Fusion Technol., 1995. Vol. 28. P. 1585 1590.
- Andreev B.M., Magomedbekov E.P., Park Yu.S. er al. Test of Hydrophobic Catalysts in Liquid Phase Catalytic Exchange Column. // Technical Report. Contract № QS 5 399, Moscow, 2001. 23 p.
- Wei Y.Z., Shimizu M., Takeshita K. et al. Kinetics of iodine poisoning of Hydrophobic Pt/SDBC Catalysts for Hydrogen Tsotopic Exchange Reaction. // Canad. J. Chem. Eng., 1997. Vol. 75. № 3. P. 502 508.
- Gupta N.M., Solapurkar A.L., Ramarao K.F.S., Iyer R.V. PFTE Dispersed Hydrophobic Catalysts for Hydrogen-Water Isotopic Exchange. II. Water pooning. //Fppl. Catal., 1988. Vol.73. № l.P. 15−31.
- Isomura S., Suzuki K., Shibuya M. Separation and Recovery of Tritium by Hydrogen-Water Isotopic Exchange Reaction. // Fusion Technol., 1988. Vol.14. P. 518 -523.
- Stevens W.H. Process and Catalyst for Enriching a Fluid with Hydrogen Isotopes. // Canadian Patent No. 907.262, IC12C01B5/02, August 15, 1972.
- Leysen R.F.R., Bruggeman A.E., Vermeiren P., Monsecour M. Separation of Tritium from Aqueous Effluents, Belgian Patent No. 884 563, 1980.
- Sato Т., Ohkoshi S., Takahashi Т., Shimizu M. Proc. 6-th Int. Symp. «Fresh Water from the Sea», 1978. Vol. 1. P. 47.
- Izawa H., Isomura S., Nakane R. Gaseous Exchange Reaction of Deuterium between Hydrogen and Water on Hydrophobic Catalyst Supporting Platinum. //J. Nucl. Sci. Technol., 1979. Vol. 16. P. 741−749.
- Andreev B.M., Sakharovsky Yu.A., Rozenkevich M.B. et al. Installations for Separation of Hydrogen Isotopes by the Method of Chemical Isotopic Exchange in the «Water-Hydrogen» System. // Fusion Technol., 1995. Vol. 28. P. 515−518.
- Popescu I., Ionita Gh., Stefanescu I., Kitamoto A. A New Hydrophobic Catalyst for Tritium Separation from Nuclear Effluents. // Fusion Technol., 2005. Vol. 48. № 1 P. 108.
- Trenin V., Alekseev I., Bondarenko S. et al. Experimental Industrial Plant for Studies and Development of the Reprocessing Technology of Tritium Water Wastes. // Fusion Technol., 1998. Vol. 34. P. 963 966.
- Shimizu M., Kiyota S., Ninomiya R. Hidrogen Isotope Enrichment by Hydrophobic Pt-Catalyst in Japan and Western Countries. // Bulletin of the Research Labor. Nucl. React, Japan, 1992. Special Issue 1, P. 56−73.
- Андреев Б.М. Разделение бинарных смесей по двухтемпературной схеме. // Хим.пром., 1992. № 8. С. 581 592.
- Takeshita К., Wei Y., Kimagai М. et al. Application of H2/H2o Isotopic Exchange Method to Recover of Tritium Waste Water Generated in Spent Nuclear Fuel Reprocessing Plant. // Fusion Technol., 1995. Vol. 28. P.1572 1578.
- Ред.: Андерсон Д. Структура металлических катализаторов / пер. с англ. Рачковского Э.Э.- под ред. Борескова Г. К. М.: Мир, 1978. 482 с.
- Курман П.В., Мардилович И. О., Трохимец A.M. Поведение сорбированного водорода в системе Pd-уАЬОз. //Журн. физич. химии, 1990. Т. 64. С. 711.
- Stevens W.H. U.S. Patent № 3 888 974, June 10, 1975.
- Алексеев И.А., Васянина Т. В., Тренин В. А. Исследование процесса изотопного обмена между водородом и водой на гидрофобном палладиевом катализаторе. // Препринт ПИЯФ им. Константинова, Гатчина, 1994.
- Krishnan M.S., Malhotra S.K., Sadhukhan H.K. Material Balance of Tritium in the Electrolysis of Heavy Water, in BARC Studies in Cold Fusion. // Atomic Energy Commission: Bombay, 1989. P. 10.
- Сахаровский Ю.А. Гомогенная активация молекулярного водорода: к вопросу создания эффективных катализаторов изотопного обмена. // Изотопы в катализе. Труды МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1987. Вып. 147. С. 79 84.
- Bruggeman A., Ley sen R., Meynendonckx L. et al. Separation of Tritium from Aqueous Effluents. Final Report. // Nucl. Sci. Technol., 1984. EUR 9107EN, 82 p.