ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗ
ПОДБИРАЕТСЯ К РАДИОАКТИВНЫМ ЗАВАЛАМ
Л.Юдина.
|
|
Старший куратор проекта Хироши Нагаи, куратор А.Светлова и
руководитель проекта профессор З.Исмагилов
|
В начале февраля в Институте катализа СО РАН прошло рабочее
совещание исполнителей финансируемого Международным
научно-техническим центром (МНТЦ) проекта, основная цель которого
-- обезвреживание смешанных радиоактивных отходов, содержащих
обогащенный уран и плутоний. (МНТЦ -- организация, созданная для
того, чтобы помочь ученым и специалистам СНГ, работавшим на
"оборонку", переориентироваться и служить мирным целям.) В нем
приняли участие руководители и ведущие специалисты организаций,
выполняющих научно-исследовательские и опытно-конструкторские
работы из Новосибирска, Томска, Перми. Прибыл в Новосибирск и
главный куратор проекта МНТЦ доктор Хироши Нагаи.
Немного из истории вопроса
Проблемой номер один называют сегодня безопасную переработку и
захоронение радиоактивных отходов, которых накоплено на земле
великое множество. Особенно вредны так называемые смешанные
отходы, в состав которых входят разнообразные органические
вещества -- индустриальные и вакуумные масла, органические
растворители, отработанные экстрагенты и комплексообразователи,
загрязненные изотопами урана, плутония и радиоактивными
продуктами их деления. Пламенное уничтожение таких отходов
запрещено во всех странах, и в последние годы ведется интенсивный
поиск надежного экологически чистого способа их обезвреживания.
В 1994 году Институт катализа СО РАН с рядом сибирских
предприятий Минатома при финансировании МНТЦ начал совместный
проект (N 110) по разработке безопасной технологии обезвреживания
смешанных органических отходов, содержащих радионуклиды, в
псевдоожиженном (кипящем) слое катализатора. Руководитель проекта
-- доктор химических наук З.Исмагилов, руководитель отдела
каталитических методов защиты окружающей среды. В результате
предстояло создать опытно-демонстрационную установку переработки
органических отходов, содержащих уран, с системой очистки
отходящих газов, полностью исключающих вредные выбросы.
Весь проект базировался на результатах фундаментальных
исследований, процессах и новых катализаторах, которые в течение
ряда лет разрабатывались в отделе, и направленных на экологически
чистое каталитическое сжигание топлив, очистку газовых выбросов
на блочных катализаторах, обезвреживание органических отходов и
сточных вод. Одним из главных направлений было исследование
сжигания органических топлив в псевдоожиженном слое сферических
частиц катализатора. Уникальность метода -- в возможности полного
сжигания органических соединений с минимальным избытком воздуха
при низких температурах без образования токсичных оксидов азота и
других вторичных загрязнителей.
Когда в конце 1999 года Новосибирск посетили члены совета
управляющих МНТЦ во главе с его председателем, директором Центра
по исследованию проблем мировой безопасности Ливерморской
Национальной Лаборатории США доктором Рональдом Ф.Леманом, то
одним из двух объектов, который особенно привлекал их внимание,
была демонстрационная установка на АО "Новосибирский завод
химконцентратов", выполненная по проекту МНТЦ N 110. Работа
получила высокую оценку специалистов.
А несколькими месяцами раньше, на семинаре в г. Снежинске,
проводимом МНТЦ в качестве отчетной сессии, руководитель проекта
З.Исмагилов докладывал о выполненном проекте. И главный
администратор Генерального директората европейской комиссии по
науке, научно-исследовательским и опытно-конструкторским
разработкам (DG-XII) господин Дидье Гамбье позволил себе
заметить, что проект 110 -- один из лучших примеров использования
денег европейских налогоплательщиков по прямому назначению.
Как говорится, работа сделана -- работа продолжается. Технология
отработана на пилотной установке на АО "Новосибирский завод
химконцентратов" на реальных отходах и показала свои
замечательные возможности. В ближайшее время, как только будет
решен ряд внутренних проблем, демонстрационная
опытно-промышленная установка (ДОПУ) начнет действовать в рабочем
режиме.
Исследования, проведенные в рамках предыдущего проекта МНТЦ, это
тот багаж, который используется теперь в работе над новым
проектом, цель которого -- создание установки для переработки
смешанных органических отходов, главным образом накопленных при
производстве плутония.
Новый проект, под N 896, объединил по существу все основные
организации -- исполнители предыдущего. МНТЦ проявляет к нему
повышенное внимание и считает очень перспективным.
Мы побеседовали с участниками совещания -- об интересах, которые
связывают их с Институтом катализа, о направлении работ, о
стоящих перед ними задачах.
Профессор Ю.Чекрышкин, зам. директора Института технической
химии, г. Пермь.
-- С Институтом катализа СО РАН, в частности, с отделом Зинфера
Ришатовича, наш институт давно связан деловыми отношениями. Еще в
1987 году мы вместе работали над созданием сотовых носителей и
катализаторов блочного типа. Он несомненно является основателем
этого научного направления, а вместе мы разработали технологию,
новые конструкции фильер, спроектировали и построили первое в
нашей стране производство блочных катализаторов. Основы первых
успехов Института катализа по внедрению блочных катализаторов в
азотной промышленности, конечно, были заложены еще тогда.
По данному проекту мы, опять же совместно, занимаемся
расплавленными катализаторами, состоящими из расплава ионных
неорганических солей и добавок оксидов металлов, для
каталитического сжигания органических веществ. Системы
расплавленных катализаторов особенно эффективны в тех случаях,
когда надо окислить сложные неоднородные смеси. Отходы ядерных
производств чаще всего и являются такими смесями.
Мы взяли на себя достаточно сложную задачу -- разработать метод
каталитического окисления хлорсодержащих веществ. На совещании я
выступил с докладом "Окисление хлорсодержащих органических
соединений на расплавленных катализаторах". При уничтожение смеси
галогенсодержащих органических веществ создается подвижная
равновесная система, содержащая множество компонентов -- в
зависимости от того, какие вещества мы окисляем. Состав отходов,
как мы уже говорили, весьма неоднороден. Исследователи должны
выдать технологам рекомендации, каким образом концентрировать и
смешивать отходы, в какой форме вводить активный компонент, чтобы
более стабильно работал каталитический реактор. Нам удалось
показать, что определенные добавки оксидов переходных металлов в
каталитическую систему позволяют стабилизировать процесс
окисления на расплавах.
И.Аброськин, начальник центральной научно-исследовательской
лаборатории АО "Новосибирский завод химконцентратов":
-- Собственно, в проекте N 896 наша доля небольшая. Мы были
основополагающим предприятием, когда реализовывался предыдущий
проект. Здесь уже говорилось, что виды отходов многообразны.
Радиоактивные отходы содержат и фтор, и хлор, и фосфор, и натрий
в разных соотношениях. А потому каталитические методы и состав
катализаторов для каждого конкретного вида отходов должны
подбираться индивидуально.
Пилотная установка на АО "Новосибирский заод химконцентратов"
Предыдущим проектом мы "закрыли" все собственные проблемы. На
нашем заводе при получении ядерного топлива для атомных
электростанций каждый год образуется несколько тонн органических
отходов, содержащих радионуклиды, отходов, которые лишь частично
регенерируются и возвращаются в производство. Часть их ранее
подвергалась открытому сжиганию или сливу в специальные бассейны.
Такие методы утилизации приводят к загрязнению окружающей среды
радионуклидами. Теперь все отходы предприятия полностью
утилизируются, обезвреживаются на каталитической установке, хотя
она еще не вышла на полную мощность.
Чем наш коллектив полезен в реализации нового проекта? Если в
институтах все каталитические реакции проверяются на чистых
модельных установках, не содержащих уран или плутоний, то мы
работаем с реальными объектами и можем моделировать процесс прямо
на месте, непосредственно с радиоактивными отходами.
В.Матюха, заместитель директора по научной работе
научно-исследовательского и конструкторского института (НИКИ)
Сибирского химического комбината, профессор:
-- Прежде я хотел бы сказать несколько слов о Сибирском
химическом комбинате, недавно отметившем свое пятидесятилетие. (О
Томске-7, теперь -- Северске, где находится предприятие ядерного
цикла, не так уж и много известно). Это уникальный комплекс,
равного которому нет в мире -- как по объему производства, так и
по набору заводов, которые в него входят. Замечу, что именно с
пуском Сибирского химического комбината страна достигла ядерного
паритета.
Сегодня у предприятия нет оборонного заказа, и коллектив
выпускает мирную продукцию. Благодаря тому, что мы быстро
сориентировались и провели конверсию должным образом, сумели
избежать кризиса. Из каких посылок исходили мы? Если резко
изменить курс, может не хватить сил и ресурсов, чтобы выйти на
полную мощность. Значит, надо было исходить из тех задач, какие
мы решали ранее, но с поправкой на время. А именно --
перерабатывать облученные ядерные материалы, изготавливать
топливо для ядерных предприятий, оказывать услуги иностранным
фирмам по переработке разного рода облученных материалов.
Чтобы успешно решать конверсионные задачи, на комбинате
объединили усилия исследователей и конструкторов, создав в 1990
году собственный научно-исследовательский и конструкторский
институт численностью в 700 человек. Все задачи сейчас решаются
комплексно, проходя стадию от идеи до внедрения. При институте
есть свой большой опытно-промышленный цех, где проверяются все
научные разработки. И небольшие объемы конверсионной продукции
тоже производятся в институте. Одно из направлений деятельности
-- ионогенные соли для литиевых источников тока. Мы даже посылали
продукцию в Японию. Другой вид конверсионной продукции--
стабильные изотопы ряда элементов.
В общем, я хочу подчеркнуть, Северск сегодня -- это и крупный
научный центр, там промышленность приобрела свою науку. И это
вполне естественно. Мы всегда находились в самой тесной связи с
наукой страны, и в первую очередь, с Сибирским отделением РАН.
Существует программа научно-технического сотрудничества
Сибирского отделения РАН и Сибирского химического комбината на
1997--2000 годы, на рассмотрении в Минатоме находится
долгосрочная программа на 2000--2005 годы, в которой
предусматривается сотрудничество Сибирского химического комбината
и Сибирского отделения РАН.
В проекте, ради которого мы сегодня собрались в Новосибирске, наш
комбинат играет весьма значительную роль. Как уже отмечали мои
коллеги, нам всем вместе предстоит создать технологию переработки
смешанных радиоактивных отходов (они включают многообразный
спектр продуктов деления). Всех в первую очередь интересует
наличие в отходах плутония, и без комбината постичь истину просто
невозможно. Совместными усилиями пилотная установка создана,
будем испытывать ее на реальных промышленных радиоактивных
отходах у нас в Северске.
Сотрудник отдела экологического катализа М.Керженцев выступил на
совещании с докладом "Результаты исследования окисления
органических компонентов смешанных отходов в расплавах солей". В
рамках проекта в Институте катализа созданы две исследовательские
установки. Проведен комплекс исследований, позволивший установить
основные закономерности процесса в зависимости от природы
окисляемых соединений, условий проведения процесса и состава
расплава. Важно отметить обнаруженное значительное подавление
образования токсичных оксидов азота, неизбежно образующихся при
пламенном обезвреживании отходов. В плане работ участников от
института -- дальнейшее исследование механизма процессов
окисления в расплавах.
Участники совещания плотно работали целый день, заслушали и
обсудили накопленную информацию.
Итоги встречи подводит руководитель проекта профессор
З.Исмагилов:
-- Сперва, я хотел бы прояснить один очень важный вопрос -- в чем
заключается роль катализа в обезвреживании радиоактивных отходов,
радиоактивность ведь остается? Как мы уже говорили, смешанные
отходы состоят более чем на 99 процентов из смеси органических
соединений и менее процента, а иногда сотых или тысячных долей
процента -- радиоактивных элементов. Во многих местах такие
отходы хранятся в специальных емкостях в ожидании утилизации.
Путем беспламенного каталитического окисления в псевдоожиженном
слое катализатора или в каталитических расплавах мы всю органику
переводим в безвредные углекислый газ и воду, при этом соединения
галогенов, фосфора и других гетероатомов эффективно улавливаются
в расплаве или в системе газоочистки, а вышеупомянутые небольшие
по объему количества соединений радиоактивных элементов в твердом
виде компактируются и передаются на переработку по традиционным
технологиям.
Конкретно в этом проекте мы работаем с расплавами. Катализ на
расплавах не так популярен в промышленности, поскольку не очень
экономичен. Но расплавы чрезвычайно полезны при обезвреживании
жидких и твердых отходов, содержащих каталитические яды --
обычные технологии в этом случае менее эффективны, ибо в ходе
процесса возможно отравление катализатора. Использование
расплавов позволяет постоянно осаждать вредные вещества в виде
нетоксичных соединений в шламе, удалять их и не создавать
вторичных загрязнений.
Исполнители проекта регулярно собираются на двухсторонние встречи
и на рабочие совещания, чтобы обсудить возникающие вопросы и
нерешенные проблемы. Согласно программе, в НИКИ мы спроектировали
и изготовили установку, на которой будет проходить каталитическое
окисление отходов, содержащих примеси обогащенного урана и
плутония.
* * *
Главный куратор проекта по линии МНТЦ доктор Хироши Нагаи,
ознакомившись с ходом работ, выразил удовлетворение. А еще он
заметил, что это лучший из полусотни проектов, осуществляемых в
рамках Международного научно-технического центра под его
кураторством, "проект N 1".
стр.
|
