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Verfahren und Einrichtung zum Entfernen radioaktiver und nicht radioaktiver
Verunreinigungen aus Gasen oder Gasgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Einrichtung zum Entfernen radioaktiver und nicht radioaktiver Verunreinigungen
aus solche enthaltenden Gasen oder Gasgemischen.
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Es ist an sich bekannt, derartige Verunreinigungen durch Adsorber
oder durch Waschprozesse abzuscheiden und entweder als ganzes unschädlich zu machen
oder nach der Abscheidung noch weiter aufzuarbeiten. Es ist auch bereits vorgeschlagen
worden, einen solehen Reinigungsprozess in mehreren Stufen durchzuSühren.
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Es ist weiterhin bekannt, daß bei radioaktiven Verunreinigungen von
in radioaktiv verseuchten Räumen befindlichen Gasen und Gasgemischen das besondere
Problem auftritt, daß die Reinigungssubstanzen, seien es nun Was chsubs tanzen,
Adsorptions-oder Absorptionsmittel oder auch rein mechanische oder elektrische Filter
nach der Aufnahme der radioaktiven Substanzen selbst
radioaktiv
verseucht sind und deshalb ihrerseits in irgendeiner Weise unschädlich fUr die Umgebung
gemacht werden müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu entwickeln, das es ermöglicht, die Entfernung von Verunreinigungen aus radioaktiv
verseuchten Gasen und die Abtrennung der radioaktiven Bestandteile dieser Verunreinigungen
in einem einzigen Arbeitsgang zusammenzufassen und damit sowohl die radioaktiv verseuchten
Substanzen als auch die notwendigen Reinigungsmittel möglichst einfach und gründlich
unschädlich zu machen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gase zunächst
in einer adsorptiven Reinigungsstufe lediglich weitgehend von den nicht radioaktiven
Verunreinigungen befreit werden worauf die radioaktiven Verunreinigungen anschließend
in einer weiteren adsorptiven Reinigungsstufe vollständig aus den Gasen entfernt
werden.
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Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die radioaktiven Verunreinigungen
auf einem möglichst kleinen Raum zusammengedrängt werden, weil insbesondere ein
Adsorber nur verhältnismässig klein ausgelegt zu werden braucht, wenn er nur die
radioaktiven, nicht aber auch die nicht radioaktiven störenden Bestandteile auf
zunehmen braucht. Derart kleine Baueinheiten lassen sich leichter als größere Baueinheiten
unschädlich machen. Beispielsweise ist bereits vorgeschlagen worden, einen mit radfoaktiven
Substanzen beladenen Adsorber in dem ohnehin nach aussen abgeschützten Bereich eines
Atomreaktors so lange stehenzulassen,
bis die radioaktiven'3ubstanzen
in unschädliche oder weniger vchädliche -Zerfallprodukte zerfallen sind, um ihn
dann entweder zu regenerieren oder seine Füllmasse Cortzuschaffen. Im übrigen ist
mit einem kleinen, radioaktivfrerseuchten Bauteil leichter umzugehen als mit einer
grösseren Einheit; z.B. würde bei grösseren Baueinheiten der Transport aus dem Gebrauchs
feld heraus wegen der grösseren Ausmaße wesentlich erschwert Zweckmässigerweise
wird das Verfahren nach der Erfindung in der Weise durchgeführt, daß vor Beginn
des eigentlichen Abscheideprozesses die im Ausgangsgas enthaltenenj im Laufe der
nachfolgenden Behandlung schwer abscheidbaren Stoffe zu leichter abscheidbaren Stoffen
umgewandelt werden.
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Gemäß einer besonderen Ausbildung des ErfindungsgeAgnkens besteht
die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung darin, daß die
letzte Reinigungsstufe aus einem auf unter - 700 c gekühlten Kohleadsorber besteht,
welchem mindestens ein auf Temperaturen zwischen Oo C und - 700 C vorgekühlter Vortrockner,
z. B. Geladsorber, vorgeschaltet ist.
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Zweckmäßigerweise ist dem Vortrockner noch eine oberhalb 0° C, z.
B. bei Zimmertemperatur, arbeitende Stufe zur Abscheidung höher kondensierbarer,
insbesondere organischer Bestandteile vorgeschaltet. Dieser Stufe kann weiterhin
eine Hochtemperaturstufe vorgeschaltet sein, in der schwer abtrennbare Stoffe, wie
z. B. die genannten Stoffe Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, in Wasser und Kohlendioxyd
umgewandelt werden, beispielsweise durch Anwendung
eines Katalysators
oder durch einen anderen chemischen -Vorgang.
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Es liegt Jedoch im Rahmen der Erfindung, daß auch noch andere Umwandlungen
folgen und Uberhaupt andere Stufen und Reinigungsarten gewählt werden, Jedesmal
mit dem Ziel, die radioaktiven Substanzen möglichst vollständig und möglichst allein
in ein und derselben Stufe und in demselben Reinigungsmittel zur Abscheidung zu
bringen. Grundsätzlich könnte dies sogar in einer ersten Stufe vor sich gehen. Hierdurch
wUrde der Vorteil erzielt, daß die radioaktiven Substanzen überhaupt durch keine
weiteren Reinigungsstufen hindurchzugehen brauchen, welche sie doch in irgendeiner
Weise infizieren können. Nach den bisherigen Untersuchungen scheint es Jedoch zweckmäßiger
zu sein, für die Entfernung der radioaktiven Substanzen die letzte Stufe vorzusehen,
weil mindestens die in Atomreaktoren insbesondere mit nicht ummantelten Brennelementen
anfallenden radioaktiven Substanzen häufig weniger leicht als die nicht radioaktiven
Substanzen zu entfernen sind und infolgedessen nur durch ihre Entfernung in der
letzten Stufe mindestens bis zu einem gewissen Grad gewährleistet ist, daß nicht
auch noch andere, nicht radioaktive Substanzen gleichzeitig mit entfernt werden,
was - wie bereits erwähnt - eine Vergröserung der notwendigen Adsorptionsmasse oder
dgl. zur Folge einen würde.
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Bei . Küßlgasen für Atomreaktoren kann es sich em Helium-Nech-Gemische
@ odeln, in denen unter Umständen @@@@
noch geringfügige Bestandteile
an schwereren Edelgasen radioaktiver Art vorhanden sein können.
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In der Zeichnung ist eine schematische Skizze der Reinigungsanlage
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Bei A strömt das im wesentlichen aus Helium und Neon bestehende und
die Verunreinigungen enthaltende Kühlgasgemisch in die Reinigungsanlage nach der
Erfindung ein, nachdem es beim Verlassen des Reaktorinnenraumes von dem diesen durchflutenden
Kühigasstrom abgezweigt worden ist. Der durch die Reinigungsanlage geschickte Teil
des gesamten Kühlgasstromes des Reaktorinnenraumes beträgt ungefähr 0,5 % bis 5
% dieses Kühlgasstromes. Bei 3 verlässt das von den Verunreinigungen befreite Kühlgasgemisch,
insbesondere Helium-Neon-Gemisch, die Reinigungsanlage, um wieder in den Kühlgaskreis
zurückgeführt zu werden. Das zu reinigende Gasgemisch ist als ausgezogener Linienzug
dargestelt; das gereinigte Gemisch ist als gestrichelter Linienzug dargestellt,
während ein für den Reinigungsprozess benötigter Kaltluftstrom als strichpunktierter
Linienzug dargestellt ist. oder letztgenannte tritt bei C in Form von flüssiger
Luft in die Anlage ein, um bei D in Form von gasförmiger Luft im allgemeinen oberhalb
0° C aus der Reinigungsanlage nach der Erfindung wieder auszutreten.
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1 bedeutet eine Katalysatoranordnung, zu in welcher im zu reinigenden
Gasgemisch etwa enthaltener Wasserstoff zu H20 und etwa enthaltenes Kohlenmonoxyd
zu C02 oxydiert werden. 2 bedeutet eine Heizleitung zur Erwärmung des Katalysators
1 auf eine hinZ reichend hohe Temperatur. In Wärmeaustauschern 3, 4, 5 und 6
wird
das zu reinigende Gas im Gegenstrom zum gereinigten Gas durch dieses wieder abgekühlt,
um in den Wärmeaustauschern 5 und 6 zusätzlich auch noch durch kalte Luft weiterhin
abgekühlt su werden. Zwischen die Wärmeaustauscher 5 und 6 ist ein Absoheider 7
für leicht kondensierbare Stoffe, insbesondere Wasser, eingeschaltet.
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8, 8t und 811 bedeuten drei nacheinander in Benutzung zu nehmende
Geltrockner zum Abtrennen vornehmlich von Wasserdampf und Kohlensäure. Die hierzu
erforderliche Temperatur von ungefähr - 600 C wird mittels eines Kältemittels erzeugt,
das durch Leitungen 9, 9' und 9'', welche punktiert dargestellt sind, zugefUhrt
wird.
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Die weitere Abkühlung erfolgt in Wärmeaustauschern 10 und 11,. Die
hierzu benötigte Kälte entstammt einem Verdampfer 12, in welchem die bei C eintretende
flüssige Luft gespeichert und gleichzeitig eine Abkühlung des rückströmenden, gereinigten
Gasgemisches vorgenommen wird.
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13, 13' und 1311 bedeuten mit Aktivkohle gefüllte Adsorber, welche
den eigentlichen Reinigungsprozess des Helium-Neon-Gemisches bezüglich der - aktiven
Bestandteile durchführen; und zwar werden die Adsorber 13, 13t und 13'' ebenso wie
die Trockner 8, 8' und 8" einer nach dem andern in Benutzung genommen, so lange,
bis sie mit Verunreinigungen angefüllt sind. Die Adsorber sind je auf ungeftilir
5. ovo Betriebsstunden ausgelegt.
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Ist die Betriebszeit wegen Beladung eines Adsorbers abgelaufen,
so
wird bei tiefer Temperatur der wesentliche Anteil des Helium -Neon-Gemisches aus
ihm abgepumpt, so daß der Adsorber angewärmt werden und bei beliebiger Temperatur
in dem Vorratsraum des Reaktors verbleiben kann. Zweckmässigerweise sind die Laufzeiten
sowohl der Adsorber 13, 13' und 13'' als auch der Geltrockner M-, 8' und 8'' und
der zur Speisung der flüssigen Luft erforderlichen Flüssigluftanlage derart aufeinander
abgestellt, daß das Auswechseln von Trocknern und Adsorbern und das Abtauen der
FlüssigluStanlage Jeweils gleichzeitig vonstatten gehen kann.
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Die Ubertragung der Kälte erfolgt in indirektem Wärme- -austausch,
derart, daß beim Wärmeaustausch zwischen gereinigtem und noch zu reinigendem Gas
das gereinigte Gas gleichzeitig als Schutzgas für das noch ungereinigte Gas wirkt.
Auch für die Ventile und Durchführungen wird das gereinigte Gas Jeweils als Schutzgas
in einer Ummantelung für das zu reinigende Gas geführt.
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Bei der dargestellten Reinigungsanordnung wird erreicht, daß die
Feinreinigung von Wasser nach den Wechselgegenströmern 6 bzw. 6t in den Geltrocknern
8, 8' bzw. 8'' vor sich geht, so daß die nachgeschalteten Adsorber 13, 13' bzw.
13'' nicht mehr mit Wasser beaufschlagt werden. Umgekehrt bleiben die ru beseitigenden,
radioaktiven Edelgase praktisch ausschließlich in den Kohleadsorbern 13, 13'bzw.
13'' haften. Zwar gelangt auch noch in dem - dem Ausführungsbei spiel zugrunde gelegten
@ Fall CO2 n die Kohl@ @ber, jedoch ist die für das CO2 zur @rfügung
zu
stellende Kohlemenge gering gegenüber der allerdings auch nicht übermäßig großen
für die Aufnahme der radioaktiven Edel gase benötigten Kohlemenge.