DE10140525A1 - Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall und System zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es soll ein Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall (A), der insbesondere in Form von kontaminierten Ionenaustauscherharz vorliegt, angegeben werden, mit dem eine zuverlässige Zwischen- oder Endlagerung des Abfalls (A) bei besonders geringem Volumenbedarf ermöglicht ist. Dazu wird der Abfall (A) erfindungsgemäß mit Transportwasser vermischt und das Gemisch einem Oxidationsreaktor (2) zugeführt, in dem unter für Wasser (H¶2¶O) überkritischen Bedingungen eine Naßoxidation organischer Bestandteile des Abfalls (A) vorgenommen wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall. Sie betrifft weiter ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall aus einer kerntechnischen Anlage.
• In einer kerntechnischen Anlage, insbesondere in einer Kernkraftwerksanlage, kann organische Bestandteile enthaltender flüssiger Abfall anfallen. Beispielsweise werden in kerntechnischen Anlagen üblicherweise Ionenaustauscherharze eingesetzt, um radioaktive Isotope aus einem Wasser- oder Flüssigkeitsstrom zu entfernen. Auf diese Weise werden insbesondere Kondensat-, Kreislauf- oder Abwasserströme behandelt. Das dabei zur Reinigung eingesetzte Ionenaustauscherharz kann in Bettform (beispielsweise als Mischbettfilter) oder in Form von Anschwemmschichten eingesetzt werden. Je nach aus dem Wasser- oder Flüssigkeitsstrom zu entfernender Ionenart können kationische und/oder anionische Ionenaustauscherharze eingesetzt werden. Das jeweilige Ionenaustauscherharz kann dabei in Pulverform als Pulverharz vorliegen. Alternativ kann aber auch Ionenaustauscherharz in Form von kleinen Kügelchen - auch als Kugelharz bezeichnet - verwendet werden.
• Derartig eingesetztes Ionenaustauscherharz kann nach einer gewissen Betriebszeitspanne keine weiteren Ionen mehr aufnehmen und muß somit gereinigt (regeneriert) oder verworfen und entsorgt werden. Das Ionenaustauscherharz enthält dabei radioaktive Stoffe und bildet somit organische Bestandteile enthaltenden radioaktiven Abfall, so daß eine diesbezüglichen Sicherheitsstandards entsprechende Entsorgung, Konditionierung oder Endlagerung sichergestellt werden muß.
• Allerdings beanspruchen derartige, beispielsweise durch Zementierung konditionierte Ionenaustauscherharze ein vergleichsweise großes Zwischen- oder Endlagervolumen. Für eine endlagergerechte Entsorgung ist daher üblicherweise zunächst eine Volumenreduktion derartiger Abfälle wünschenswert, wobei andererseits aber auch besondere Sicherheitsstandards hinsichtlich einer zuverlässigen Endlagerfähigkeit zu beachten sind. Bei der Entsorgung derartiger Abfälle ist üblicherweise eine Zementierung und eine anschließende Verpackung in Zwischen- oder Endlagercontainer vorgesehen. Allerdings führt eine derartige Konditionierung durch Zementierung oder Bituminierung entgegen der eigentlich angestrebten Volumenreduzierung sogar zu einer Volumenvermehrung des zu entsorgenden Abfalls.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall, der insbesondere in Form von kontaminiertem Ionenaustauscherharz vorliegt, anzugeben, mit dem eine besonders zuverlässige Zwischen- oder Endlagerung des Abfalls bei nur geringem Volumenbedarf ermöglicht wird. Weiterhin soll ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall aus einer kerntechnischen Anlage angegeben werden.
• Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem der zu behandelnde Abfall einem Oxidationsreaktor zugeführt wird, in dem unter für Wasser überkritischen Bedingungen eine Naßoxidation organischer Bestandteile des Abfalls vorgenommen wird.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine zuverlässige Zwischen- oder Endlagerung für den Abfall bei nur geringem Raumbedarf ermöglicht ist, indem der Abfall auf seine eigentlich kontaminierten Bestandteile oder deren Salzfracht konzentriert wird. Dazu sollten die beispielsweise durch die Ionenaustauscherharze oder deren Trägermaterial gebildeten organischen Bestandteile weitestgehend aus dem Abfall herausgelöst und einer separaten, an diese angepaßten Entsorgung zugeführt werden. Dazu sollte eine in kerntechnischen Anlagen zumeist ohnehin vorhandene Entsorgungsanlage verwendbar sein. Diese ist üblicherweise zur Behandlung gasförmiger Abfälle ausgelegt. Daher sollten die organischen Bestandteile gezielt in auf einfache Weise weiterbehandelbare Komponenten umgewandelt und in dieser Form aus dem Abfall abgezogen werden.
• Wie sich überraschend herausgestellt hat, ist gerade eine sogenannte Naßoxidation der organischen Bestandteile in überkritischem Wasser für eine derartige Umwandlung besonders geeignet. Unter überkritischem Wasser ist dabei Wasser mit einem Druck oberhalb des kritischen Drucks von 221 bar und einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur von 374°C zu verstehen. Unter Parametern oberhalb dieser Grenzwerte sind die Wasserstoffbrückenbindungen nahezu vollständig aufgehoben, so daß organische oder sonstige unpolare Stoffe nahezu völlige Mischbarkeit mit derartig überkritischem Wasser erreichen. Diese nahezu völlige Mischbarkeit mit überkritischem Wasser gilt auch für Gase wie beispielsweise Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) oder Kohlendioxid (CO₂) und für niedere Kohlenwasserstoffe (Methan, Ethan oder ähnliche). Derartige Bestandteile des Abfalls, also insbesondere dessen organische Bestandteile, bilden somit mit dem überkritischen Wasser und einem diesem gegebenenfalls zugegebenen Oxidationsmittel wie beispielsweise Luft oder Sauerstoff eine einzige Phase, so daß in diesem Zustand die Umsetzung der organischen Bestandteile durch Reaktion mit dem Oxidationsmittel nicht durch Phasengrenzen gehindert ist. Zudem weist das überkritische Wasser in diesem Zustand einen vergleichsweise hohen Diffusionskoeffizienten bei relativ geringer Viskosität auf, so daß Transportvorgänge mit besonders hoher Geschwindigkeit ablaufen.
• Aus diesen Gründen ist unter überkritischen Bedingungen eine nahezu vollständige Umsetzung der organischen Bestandteile des Abfalls in Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) in vergleichsweise kurzer Reaktionszeit von typischerweise nur einigen Minuten ermöglicht. Organisch gebundene Atome (beispielsweise Cl, P, S) bilden dabei Mineralsäuren, und Stickstoffverbindungen werden in molekularen Stickstoff (N₂) umgesetzt. Im Ergebnis ist durch eine derartige Behandlung des radioaktiven Abfalls ein nahezu vollständiger Abbau von dessen organischen Bestandteilen, also insbesondere der Ionenaustauscherharze als solche, bei vergleichsweise schneller Reaktionszeit und hoher Abbaurate ermöglicht, wobei Dioxin- oder NO_x-Bildung sicher vermieden ist.
• Eine vergleichsweise gute Handhabbarkeit auch unter Einhaltung hoher Sicherheitsanforderungen ist dabei erreichbar, indem vorteilhafterweise der Abfall zunächst mit Transportwasser vermischt und anschließend dieses Gemisch dem Oxidationsreaktor zugeführt wird. Einerseits ist nämlich ohnehin die Zuführung von Wasser in den Oxidationsreaktor zur Durchführung der Naßoxidation dort erforderlich. Dieses ohnehin benötigte Wasser kann andererseits auch als Transportwasser für den Abfall herangezogen werden, in dem dieser verdünnt und in pumpfähiger Suspension gehalten wird. Dadurch ist der Abfall besonders einfach behandelbar. Durch geeignete Wahl der Mischungsverhältnisse oder der Dosierung ist zudem auch die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Naßoxidation beeinflußbar, wodurch insbesondere eine Überlastung des Oxidationsreaktors und/oder eine Rußbildung zuverlässig vermieden werden kann.
• Grundsätzlich kann eine derartige Umsetzung organischer Bestandteile durch Naßoxidation in der Art einer selbsterhaltenden Reaktion durchgeführt werden, wenn die Temperatur im Oxidationsreaktor auf einen Wert von mehr als etwa 480°C eingestellt wird. Für eine besonders hohe Flexibilität bei der Durchführung der Reaktion und insbesondere zur bedarfsweisen Beeinflussung von Reaktionsraten oder Abbauraten wird dem Oxidationsreaktor jedoch vorteilhafterweise ein Hilfsbrennstoff zugeführt. Durch die Verbrennung des Hilfsbrennstoffs im Oxidationsreaktor kann dabei die Reaktion gezielt beeinflußt und mit besonders hoher Zuverlässigkeit aufrecht erhalten werden. Gerade bei der Behandlung radioaktiven Abfalls aus einer kerntechnischen Anlage, beispielsweise von Ionenaustauscherharzen, wird als Hilfsbrennstoff zweckmäßigerweise Ethanol verwendet.
• Als besonders günstig für die Behandlung kontaminierten Abfalls aus kerntechnischen Anlagen hat sich erwiesen, daß im Oxidationsreaktor vorteilhafterweise eine Systemtemperatur von etwa 700°C und/oder ein Systemdruck von etwa 250 bis 300 bar eingestellt wird.
• Um einen zuverlässigen Abbau der organischen Bestandteile des Abfalls und deren Umsetzung in leicht weiterverarbeitbare Produkte wie Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) zu gewährleisten, wird dem Oxidationsreaktor vorteilhafterweise als Oxidationsmittel Luft und/oder Sauerstoff (O₂) zugeführt. Um dabei bereits bei der Einspeisung des Oxidationsmittels in den Oxidationsreaktor eine Anpassung an die dort einzustellenden Betriebsbedingungen zu erleichtern, wird das Oxidationsmittel in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vor seiner Einspeisung in den Oxidationsreaktor vorgewärmt.
• Bezüglich des Systems zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall aus einer kerntechnischen Anlage wird die genannte Aufgabe gelöst, indem der Abfall einem Oxidationsreaktor zuführbar ist, dessen Druckgehäuse Mittel zur Einstellung eines Drucks von mehr als dem kritischen Druck von Wasser und Mittel zur Einstellung einer Temperatur von mehr als der kritischen Temperatur zugeordnet sind.
• Demzufolge ist das System zur Aufbereitung des Abfalls derart ausgestaltet, daß sein Oxidationsreaktor zur Bereitstellung vergleichsweise hoher Drücke und vergleichsweise hoher Temperaturen in seinem Innenraum geeignet ist. Um dies zu gewährleisten, weist der Oxidationsreaktor zweckmäßigerweise ein Druckgehäuse auf, das zur Beaufschlagung mit einem Innendruck von mehr als 221 bar ohne nennenswerte Beeinträchtigung seiner mechanischen Stabilität ausgelegt ist. Ebenso ist das Druckgehäuse zweckmäßigerweise insbesondere hinsichtlich seiner Wandung oder seiner Aufhängung für eine Beaufschlagung mit einer Temperatur von mehr als 374°C ausgelegt.
• Die Einstellung der Temperatur im Inneren des Oxidationsreaktors kann durch eine geeignete Wahl einer Einspeiserate des zu behandelnden Abfalls und des Oxidationsmittels beeinflußt werden. Desweiteren kann die Systemtemperatur im Innenraum des Oxidationsreaktors auch durch die Wahl einer geeigneten Einspeiserate eines Hilfsbrennstoffs beeinflußt sein. Um darüber hinaus aber eine besonders hohe Flexibilität bei der Einstellung der Betriebsparameter zu ermöglichen, ist der Oxidationsreaktor vorteilhafterweise über eine Anzahl von an der Außenwand seines Druckgehäuses angeordneten Heizelementen beheizbar. Bei einer derartigen Anordnung ist somit die Temperatur von außen und unabhängig von der Einspeisung von Stoffen in den Innenraum des Oxidationsreaktors einstellbar. Durch die Heizelemente kann zudem die Zündung des Hilfsbrennstoffs geeignet unterstützt werden, so daß insbesondere der Anfahrvorgang bei der Behandlung des Abfalls geeignet beeinflußbar ist.
• Zur Einstellung des Drucks im Innenraum des Druckgehäuses umfaßt das Aufbereitungssystem vorteilhafterweise eine in eine an den Oxidationsreaktor angeschlossene Zuführleitung für den Abfall geschaltete Hochdruckpumpe. Über diese ist bereits im Zuführstrang für den Abfall ein an die eigentlichen Reaktionsbedingungen angepaßter Einspeisedruck einstellbar.
• Um eine besonders effektive und wirksame Umsetzung der organischen Bestandteile zu ermöglichen, ist dem Oxidationsreaktor vorteilhafterweise ein Mischer zur Vermischung des zu behandelnden Abfalls mit einem Hilfsbrennstoff und/oder einem Oxidationsmittel vorgeschaltet. Bei einer derartigen Anordnung ist somit eine annähernde Homogenisierung und besonders gleichmäßige Verteilung der einzelnen Bestandteile des Gemisches bereits vor dessen Eintritt in den eigentlichen Oxidationsreaktor herstellbar.
• Für eine besonders hohe betriebliche Zuverlässigkeit ist der Oxidationsreaktor vorteilhafterweise als sogenannter Schwitzwandreaktor ausgebildet, bei dem die eigentliche Reaktionszone für die Durchführung der Naßoxidation über ein Innenrohr räumlich vom umgebenden Druckgehäuse entkoppelt ist. Das Innenrohr ist dabei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung porös, zweckmäßigerweise aus Keramikmaterial, ausgeführt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Naßoxidation organischer Bestandteile des zu behandelnden Abfalls unter überkritischen Bedingungen eine erhebliche Volumenreduktion gerade bei Ionenaustauscherharzen aus kerntechnischen Anlagen erreichbar ist. Dabei sind in vergleichsweise kurzer Reaktionszeit nahezu vollständige Abbauraten der organischen Bestandteile erreichbar, wobei diese in leicht weiter behandelbare Komponenten, nämlich insbesondere Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O), umgesetzt werden. Die zurückbleibenden Reststoffe entsprechen im wesentlichen den eigentlichen, in den Ionenaustauscherharzen gebundenen radioaktiven Materialien, die somit einer gezielten Zwischen- oder Endlagerung ohne nennenswerten Raumbedarf zugeführt werden können. Durch einen nachgeschalteten Verdampfungsschritt können die Reststoffe zudem in eine besonders konzentrierte Form gebracht werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch ein System zur Aufbereitung von Abfall aus einer kerntechnischen Anlage.
• Das System 1 ist zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall A aus einer nicht näher dargestellten kerntechnischen Anlage vorgesehen. Beim Abfall A kann es sich insbesondere um verbrauchte und somit kontaminierte Ionenaustauscherharze handeln. Das System 1 ist für eine Behandlung des Abfalls A mit dem Ziel von dessen Volumenreduktion ausgelegt. Eine Überführung in einen zwischen- oder endlagerfähigen Zustand kann dabei insbesondere in Verbindung mit einem nachfolgenden Verdampfungsschritt erfolgen.
• Zu diesem Zweck ist das System 1 auf eine Naßoxidation der organischen Bestandteile des zu behandelnden Abfalls A unter für Wasser überkritischen Bedingungen ausgelegt. Dazu umfaßt das System 1 einen Oxidationsreaktor 2, dem der in einem Vorlagebehälter 4 vorgehaltene, mit Transportwasser vermischte Abfall A über eine Zuführleitung 6 zuführbar ist. Die mit einem Ventil 8 absperrbare Zuführleitung 6, in die eine Hochdruckpumpe 10 sowie ein Vorwärmer 12 geschaltet sind, mündet dabei ausgangsseitig in einen dem Oxidationsreaktor 2 unmittelbar vorgeschalteten Mischer 14.
• An den Mischer 14 sind zudem eingangsseitig über eine Brennstoffleitung 16 ein Vorlagebehälter 18 für einen Hilfsbrennstoff B sowie über eine Gasleitung 20 ein Vorlagebehälter 22 für ein Oxidationsmittel O angeschlossen. In die Brennstoffleitung 16 sind ebenfalls eine Hochdruckpumpe 24 und ein Vorwärmer 26 geschaltet. In die Gasleitung 20 ist ein weiterer Vorwärmer 28 geschaltet.
• Ausgangsseitig ist der Oxidationsreaktor 2 über eine Abwasserleitung 32, in die ein Kühler 34 geschaltet ist, mit einem Phasenseparator 36 verbunden. An den Phasenseparator 36 ist ausgangsseitig ein Regelventil 38 angeschlossen, über das der Druck im Oxidationsreaktor 2 einstellbar ist. Das Regelventil 38 reduziert weiterhin den Druck des Abgases auf etwa 1 bar, mit dem dieses über eine nachgeschaltete Abgasleitung 40 einem Abgassystem, beispielsweise einer Abluftanlage, zuführbar ist. Weiterhin ist der Phasenseparator 36 ausgangsseitig über eine mit einem Regelventil 42 versehene Abwasserleitung 44 mit einem nicht näher dargestellten Abwassersystem verbunden. Über das Regelventil 42 ist der Füllstand im Phasenseparator 36 einstellbar und kann insbesondere konstant gehalten werden.
• An den Oxidationsreaktor 2, an die Abwasserleitung 32, an die Abgasleitung 40 und an die Abwasserleitung 44 ist jeweils ein Probensystem 46 angeschlossen, über das kontinuierlich und insbesondere als Grundlage für die Prozeßführung eine Überwachung des in der jeweiligen Komponente geführten Mediums erfolgen kann.
• Der Oxidationsreaktor 2 ist als sogenannter Schwitzwandreaktor ausgestaltet und umfaßt in der Art eines äußeren Mantels ein Druckgehäuse 50. Innerhalb des rohrförmig ausgebildeten Druckgehäuses 50 ist ein Innenrohr 52 angeordnet. Das Innenrohr 52 ist dabei porös oder perforiert ausgebildet, so daß ein medienseitiges Überströmen vom das Innenrohr 52 ringförmig umgebenden Zwischenraum zwischen Druckgehäuse 50 und Innenrohr 52 in den Innenbereich des Innenrohrs 52 grundsätzlich möglich ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Innenrohr 52 dabei als Keramikrohr aus einem keramischen Material mit geeigneter Porösität ausgebildet.
• Im Außenbereich des Druckgehäuses 50 ist eine in der Figur lediglich schematisch dargestellte Heizeinrichtung 54 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel über eine nicht näher dargestellte Versorgungseinheit elektrisch betreibbar ist. Die Heizeinrichtung 54 umfaßt dabei eine Anzahl von im Kontakt mit dem Druckgehäuse 50 angeordneten Heizelementen. Wie durch die Pfeile 56 angedeutet, ist zudem der von dem Druckgehäuse 50 und dem Innenrohr 52 gebildete ringförmige Zwischenraum mit Schwitzwasser SW beaufschlagbar. Durch die Zuführung von Schwitzwasser SW kann dabei eine gerichtete Strömung in den Innenraum des Oxidationsreaktors 2 aufrechterhalten werden. Damit wird ein medienseitiges Überströmen vom Innenbereich des Innenrohrs 52 in den dieses umgebenden Zwischenraum zwischen Druckgehäuse 50 und Innenrohr 52 verhindert. Insbesondere kann dadurch die Zufuhr von Medium aus diesem Innenraum an die Innenwand des Druckgehäuses 50 unterbunden werden, so daß die Korrosion des Druckgehäuses 50 besonders gering ist. Das Schwitzwasser SW kann dabei insbesondere im unteren Bereich des Oxidationsreaktors 2 in gekühlter Form als sogenanntes Quenchwasser QW zugeführt werden. Dieses dient als Kühlmittel, um die im Oxidationsreaktor 2 anfallende Reaktionswärme abzuführen, wobei aus dem Oxidationsreaktor 2 austretendes Abwasser A' auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 250°C gekühlt werden kann.
• Das System 1 ist zur Naßoxidation organischer Bestandteile des Abfalls A ausgebildet. Dazu wird der mit Transportwasser versetzte Abfall A über die Zuführleitung 6 in den Mischer 14 eingebracht und dort mit Oxidationsmittel O, im Ausführungsbeispiel mit Luft oder Sauerstoff O₂, vermischt. Bedarfsweise wird dabei auch noch ein Hilfsbrennstoff B, im Ausführungsbeispiel Ethanol, hinzugemischt. Das solchermaßen gebildete Gemisch wird vom Mischer 14 aus in den Innenraum des Innenrohrs 52 des Oxidationsreaktors 2 gefördert. Dort werden für Wasser überkritische Bedingungen, also ein Betriebsdruck von etwa 300 bar und somit von mehr als 221 bar und einer Betriebstemperatur von zwischen etwa 600°C und etwa 800°C und somit mehr als 374°C, eingestellt. Die Einstellung des Betriebsdrucks erfolgt dabei bedarfsweise über die Hochdruckpumpen 10, 24 und/oder über einen dem Vorlagebehälter 22 zugeordneten Kompressor 58. Die Einstellung der Betriebstemperatur erfolgt hingegen durch selbständige Beiträge bei der eigentlichen Naßoxidation, durch bedarfsweise Verbrennung des Hilfsbrennstoffs B und/oder durch zusätzliche Beheizung über die Heizeinrichtung 54.
• Infolge der solchermaßen eingestellten Betriebsparameter innerhalb des Oxidationsreaktors 2 wird das darin befindliche Wasser in überkritischen Zustand versetzt. In diesem Zustand weist das Wasser aufgrund der dann nahezu verschwindenden Wasserstoffbrückenbindungen eine besonders gute Löslichkeit für vergleichsweise unpolare Stoffe auf. Dementsprechend werden die organischen Bestandteile des Abfalls A mit besonders hoher Wirksamkeit in dem solchermaßen gebildeten überkritischen Wasser gelöst, ebenso wie das Oxidationsmittel O und/oder Hilfsbrennstoff B. Da im überkritischen Wasser zudem keinerlei Phasengrenzen mehr vorliegen, wird eine Oxidationsreaktion der organischen Bestandteile des Abfalls A mit dem Oxidationsmittel O besonders begünstigt. Dadurch werden die organischen Bestandteile des Abfalls A mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit und weitgehend vollständig mit dem Oxidationsmittel O zu Kohlendioxid CO₂ und Wasser H₂O umgesetzt. Dabei verbleiben lediglich die ursprünglich in den als Abfall A zu behandelnden Ionenaustauscherharzen eingebundenen radioaktiven Bestandteile im Restwasser, wobei stickstoffhaltige Verbindungen im wesentlichen in molekularen Stickstoff N₂ umgesetzt werden. Der verbliebene Abfall A' wird anschließend über die Abwasserleitung 32 im Abwasser in den Phasenseparator 36 überführt. Dort werden die gasförmigen Bestandteile, insbesondere die bei der Naßoxidation der organischen Bestandteile des Abfalls A entstandenen gasförmigen Oxidationsprodukte, abgetrennt und über die Abgasleitung 40 dem Abluftsystem zugeführt. Der verbliebene Abfallstrom wird über die Abwasserleitung 44 einer weiteren Abwasseraufbereitung, beispielsweise einer Verdampfung zugeführt.
• Aufgrund der im Oxidationsreaktor 2 vorgesehenen Betriebsbedingungen sind dessen Komponenten erhöhter Korrosion ausgesetzt. Um dabei das Druckgehäuse 50, das infolge des einzustellenden Systemdrucks von mehr als 221 bar unter erheblicher mechanischer Belastung steht, vor Beschädigungen oder Beeinträchtigungen infolge von Korrosion zu schützen, ist der Oxidationsreaktor 2 in der genannten Weise aufgebaut. Das Innenrohr 52 dient dabei zur Ummantelung der eigentlichen Reaktionszone, ohne daß das Innenrohr 52 dabei selbst infolge der Druckverhältnisse den erheblichen mechanischen Belastungen des eigentlichen Druckgehäuses 50 ausgesetzt wäre. Der Korrosionsschutz über das Innenrohr 52 ist somit von dem eigentlich mechanisch belasteten Bauteil, nämlich dem Druckgefäß 50, entkoppelt. Die Beaufschlagung des ringförmigen Zwischenraums zwischen dem Druckgehäuse 50 und dem Innenrohr 52 mit Schwitzwasser SW erfolgt dabei mit der Maßgabe, eine Durchströmung des Innenrohrs 52 von außen nach innen aufrechtzuerhalten und somit korrosiven Materialeintrag in diesen Zwischenraum sicher zu unterbinden. Durch das Durchströmen des Innenrohrs 52 werden zudem Materialablagerungen an dessen Innenwand und somit Verstopfungen zuverlässig vermieden.
• Das Schwitzwasser SW wird im unteren Bereich des Oxidationsreaktors 2 in gekühlter Form als Quenchwasser QW zugeführt. Dadurch wird dort das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von etwa 200°C bis 300°C abgekühlt, so daß u. a. ausfallende anorganische Bestandteile zumindest teilweise wieder gelöst werden und damit Verstopfungen in der Abwasserleitung sicher unterdrückt sind.
• Die Vorwärmer 12, 26, 28 dienen dazu, die Temperaturen beim Eintritt von Abfall A, Oxidationsmittel O und Hilfsbrennstoff B in den Oxidationsreaktor 2 vergleichsweise hoch zu halten, um die Aufheizzeit im eigentlichen Oxidationsreaktor 2 zu minimieren. Dadurch steht im Oxidationsreaktor 2 vergleichsweise mehr Verweilzeit zur Oxidation zur Verfügung. Zudem ist dadurch eine Rußbildung weitgehend vermieden. Die Vorwärmer 12, 26, 28 sind dabei derart ausgelegt, daß das sie jeweils durchströmende Medium an ihrem Ausgang jeweils ein Temperatur von etwa 400°C aufweist. Somit ist die Erhöhung der Betriebstemperatur dieser Medien auf die im Oxidationsreaktor 2 vorgesehene Betriebstemperatur von etwa 600°C bis etwa 800°C mit nur begrenztem Aufwand erreichbar.
• Abströmseitig des Oxidationsreaktors 2 stellt der Kühler 34 sicher, daß das Abwasser A' mit für den Phasenseparator 36 verwertbaren Betriebsparametern, insbesondere mit ausreichend abgekühlter Betriebstemparatur, vorliegt. Somit ist auch die weitere Abwasserbehandlung des aus dem Oxidationsreaktor 2 abströmenden Abwassers A' ermöglicht.
• Durch die Naßoxidation organischer Bestandteile des Abfalls A im Oxidationsreaktor 2 des Systems 1 ist eine erhebliche Volumenreduktion des zu entsorgenden Abfalls A ermöglicht. Dabei werden die organischen Bestandteile des Abfalls A, die den weitaus größten Anteil von dessen Volumen ausmachen können, zuverlässig entfernt und in vergleichsweise leicht handhabbare Stoffe, nämlich insbesondere Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O), umgesetzt. Für diese Stoffe ist mit den üblicherweise in der kerntechnischen Anlage ohnehin vorhandenen Abluft- bzw. Abwassersystemen eine problemlose Weiterbehandlung möglich. Die verbliebenen Restabfälle können hingegen, insbesondere nach einer weiteren Behandlung durch Verdampfung, bei nur sehr geringem Raumbedarf einer zuverlässigen Zwischen- oder Endlagerung zugeführt werden. Darüber hinaus bleibt bei einer derartigen Abfallbehandlung durch die Oxidation in der flüssigen Phase eventuell vorhandenes Cäsium, das ansonsten als leicht flüchtiges Element in die Gasphase übergehen könnte, gelöst und trägt somit nicht zu behandlungsbedürftigen gasförmigen Abfällen bei. Insbesondere im Vergleich zu einer thermischen Verbrennung von organischen radioaktiven Abfällen kann somit vorliegend eine vergleichsweise aufwendige Abgasreinigung entfallen. Bezugszeichenliste 1 System
  2 Oxidationsreaktor
  4 Vorlagebehälter
  6 Zuführleitung
  10 Hochdruckpumpe
  12 Vorwärmer
  14 Mischer
  16 Brennstoffleitung
  18 Vorlagebehälter
  20 Gasleitung
  22 Vorlagebehälter
  24 Hochdruckpumpe
  26, 28 Vorwärmer
  32 Abwasserleitung
  34 Kühler
  36 Phasenseparator
  38 Regelventil
  40 Abgasleitung
  42 Regelventil
  44 Abwasserleitung
  46 Probensystem
  50 Druckgehäuse
  52 Innenrohr
  54 Heizeinrichtung
  56 Pfeile
  58 Kompressor
  A Abfall
  A' verbliebene Abfall/Abwasser
  B Hilfsbrennstoff
  CO₂ Kohlendioxid
  H₂O Wasser
  N₂ Stickstoff
  O₂ Sauerstoff
  O Oxidationsmittel
  QW Quenchwasser
  SW Schwitzwasser
  

Claims (14)

1. Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall (A), bei dem der Abfall (A) einem Oxidationsreaktor (2) zugeführt wird, in dem unter für Wasser (H₂O) überkritischen Bedingungen eine Naßoxidation organischer Bestandteile des Abfalls (A) vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abfall (A) zunächst mit Transportwasser vermischt und das Gemisch dem Oxidationsreaktor (2) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Oxidationsreaktor (2) ein Hilfsbrennstoff (B) zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Hilfsbrennstoff (B) Ethanol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Oxidationsreaktor (2) eine Systemtemperatur von etwa 700°C eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei im Oxidationsreaktor (2) ein Systemdruck von etwa 300 bar eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem dem Oxidationsreaktor (2) als Oxidationsmittel (O) Luft und/oder Sauerstoff (O₂) zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Oxidationsmittel (O) vor seiner Einspeisung in den Oxidationsreaktor (2) vorgewärmt wird.

9. System (1) zur Aufbereitung von organische Bestandteile enthaltendem Abfall (A) aus einer kerntechnischen Anlage, bei dem der Abfall (A) einem Oxidationsreaktor (2) zuführbar ist, dessen Druckgehäuse (50) Mittel zur Einstellung eines Drucks von mehr als dem kritischen Druck von Wasser (H₂O) und Mittel zur Einstellung einer Temperatur von mehr als der kritischen Temperatur von Wasser (H₂O) zugeordnet sind.

10. System (1) nach Anspruch 9, dessen Oxidationsreaktor (2) über eine an der Außenwand seines Druckgehäuses (50) angeordnete Heizeinrichtung (54) beheizbar ist.

11. System (1) nach Anspruch 9 oder 10, dessen Mittel zur Einstellung des Drucks eine in eine an den Oxidationsreaktor (2) angeschlossene Zuführleitung (6) für den Abfall (A) geschaltete Hochdruckpumpe (24) umfassen.

12. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dessen Oxidationsreaktor (2) ein Mischer (14) zur Vermischung des zu behandelnden Abfalls (A) mit einem Brennstoff und/oder einem Oxidationsmittel (O) vorgeschaltet ist.

13. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dessen Oxidationsreaktor (2) als Schwitzwandreaktor ausgestaltet ist.

14. System (1) nach Anspruch 13, dessen Oxidationsreaktor (2) ein poröses Innenrohr (52) aufweist.