DE2133250A1 - Abgasaufbereitungssystem zur behandlung radioaktiver spalt- und aktivierungsgase - Google Patents

Abgasaufbereitungssystem zur behandlung radioaktiver spalt- und aktivierungsgase

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DE2133250A1 DE19712133250 DE2133250A DE2133250A1 DE 2133250 A1 DE2133250 A1 DE 2133250A1 DE 19712133250 DE19712133250 DE 19712133250 DE 2133250 A DE2133250 A DE 2133250A DE 2133250 A1 DE2133250 A1 DE 2133250A1
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Description

LICENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
F 71/
30. Juni 1971 Witzel/schr
Abgasaufbereitungssystem zur Behandlung radioaktiver Spalt- und Aktivierungsgase
Die in Kernreaktoren freigesetzten radioaktiven Spalt- und Aktivierungsgase müssen vor ihrem Austritt in die Atmosphäre so behandelt werden, daß es nicht zu einer unzulässig hohen Kontamination der Umgebungsluft der Kernreaktoren und einer damit verbundenen Strahlenbelastung kommt·
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Bei der Behandlung solcher Abgase kommt es im wesentlichen darauf an, die Abgase so zu verzögern, daß die Radioaktivitäten Zeit finden, im ausreichenden Maße abzuklingen. Durch den Aufsatz "Reaktorabgas und Gebäudeabluftbehandlung im Kernkraftwerk mit; Siedewasserreaktor" von Horst Queiser, veröffentlicht in Atom und Strom 16 (1970) 3, 115/118 ist eine Anlage bekannt geworden, in der das Gas zunächst in einem -langen Rohrlei tungss2>"3 tem mechanisch verzögert wird, so daß kurzlebige Aktivitäten, im wesentlichen Stickstoff- und Sauerstoffisotope, abklingen können· Die" mechanische Verzögerung ist bei dem bekanntan Verfahren schon allein deshalb notwendig, weil Stickstoff und Sauerstoff in den bekannten Anlagen sich nur im geringen Maße adsorptiv verzögern lassen.
Hinter der mechanischen Verzögerungsstrecke ist ein mechanisches Filter vorgesehen, um die beim Serfall der aktiven Gase in der Verzögerungsstrecke entstandenen festen Tochterprodukte abzuscheiden. Dem Filter, hinter der mechanischen Vor— ζögerungsstrecke schließt sich eine rein adsorptive Verzögerungsstrecke an, in der die längeriebigen Radioaktivitäten an der Oberfläche des Adsorptionsmittels durch freie Oberflächenkräfte angelagert und damit verzögert werden» Es handelt sich hierbei nur noch im wesentlichen um die Edelgase Xenon und Krypton» Die in der adsorptiven Verzögerungsstrecke abgeklungenen längeriebigen -festen Spaltprodukte, die aktiv sein ♦ können, durch ein. nachgescla-ltetes mechanisches Filter abgeschieden.
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Da die adsorptive Verzögerungswirkung mit abnehmender Feuchte des zu verzögernden Gemisches zunimmt» ist "bei der beschriebenen Anlage der adsorptiven Verzögerungsstrecke eine Gastrocknung vorgeschaltet.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß zur Abgasreinigung ein großer apparativer Aufwand erforderlich ist. -Das gilt besonders für die mechanische Verzögerungsstrecke, welche durch lange Rohrleitungen gebildet wird. Da in den Kohrleitungen zwangsläufig Kondensat anfällt, wird ein kompliziertes Ent- " { wasserungssystem erforderlich. Bei Unterdruckbetrieb vergrößern sich die Schwierigkeiten der Kondensatabführung noch·
Die mechanische Verzögerungsstrecke wird auch dadurch sehr groß, daß in den Rohrleitungen eine parabolische Strömungsverteilung herrscht. Die Strömungsgeschwindigkeit ist also in der Rohrmitte höher als nahe der Rohrwandung. Damit wird für die zu. verzögernden Stoffe dio Verweilzeit unterschiedlich lang. Für die Auslegung der Verzögerungsstrecke ist aber die Strö- a mungsgeschwindigkeit in Rohrmitte zu berücksichtigen.
Die großvolumige Verzögerungsstrecke bedingt naturgemäß aufwendigen Strahlenschutz, und zwar sowohl für das Rohrleitungssystem selbst als auch für den Raum, in den das abgeführte Kondensat gesammelt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt dahalb die Aufgabe zugrunde, den apparativen Aufwand solcher Abgasaufbereitxirigc; systeme zu
2Q9883/Ö33ß
■" - ψ -
verringern, ohne daß dabei ihre Leistung nachteilig beeinflußt wird.
Insbesondere sollen Probleme der Kondensatabführung aus der mechanischen Verzögerungsstrecke vermieden werden, ihr Volumen möglichst klein und dadurch der Strahlenschutzaufwand gering -gehalten werden„
Diese Aufgabe wird bei einem Abgasaufbereitungssystem mit einer mechanischen und einer adsorptiven Verzögerungsstrecke zur Behandlung radioaktiver Spalt- und Aktiv ierungsgase dadurch gelöst, daß die adsorptive Verzögerungsstrecke durch Festlegung des Verhältnisses von Lückenvolumen zwischen den Schüttkprpern des die adsorptive Verzögerungsstrecke bildenden Adsorbens zu dem gesamten Fiillvolumen des Adsobens gleichzeitig die mechanische Verzögerungsstrecke für das Gasgemisch bildet.
.Bas erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß das Gasgemisch zunächst in einem Vor- / adsorber adsorptiv verzögert und die festen Tochterprodukte, j die beim Zerfall der aktiven Gase entstehen, dort filtriert ' werden, und daß in einem Hauptadsorber die verbliebenen längerlebigen Isotope sowohl adsorptiv als auch mechanisch verzögert und die dabei entstandenen festen Tochterprodukte wiederum filtriert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert,
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Es zeigen:
Pig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Abgasanlage nach der Erfindung,
Fig. 2 den Eauptadsorber für die erfindungsgemäße Abgasanlage,
Fig. 3 den Voradsorber für die erfindungsgemäße Abgasanlage,
Fig. 4 die Anordnung der erfindungsgemäßen Anlage in einer Unterdruckkammer.
Zur Erläuterung der erfindungegemäßen Abgasanlage sei nun zunächst auf die Fig. 1 Bezug genommen. Das zu behandelnde radioaktive Spalt- und Aktivierungsgas wird mittels einer Evakuierungspume 1 aus dem nicht dargestellten Turbinenkondensator abgesaugt und mit dem Treibdampf vermengt der Abgasanlage zugeführt. Nach leichter Überhitzung des Dampfgasgenisches in einem Erhitzer 2 gelangt dasselbe in einen Rekombinator 3, in welchem der freie Wasserstoff und Sauerstoff des Gasgemisches an der Oberfläche eines Katalysators zu Wasser verbrannt wird. j Die bei der exothermen Reaktion freiwerdende Wärme bewirkt eine starke Temperaturerhöhung, wobei Gemischtemperaturen von 400° C zugelassen werden. Das nunmehr 3tark überhitzte Dampf-Gasgemisch gelangt jetzt in einen Kondensator 4 mit Nachkühler 5» in welchem der Treibdampf und der aus dem Hadiolysegas entstandene Wasserdampf weitgehende auskondensiert und abgeleitet wird, ho daß aus dem Nachkühler 5 nur noch das inerte Gasgemisch, im wesentlichen bestehend aus Luft mit etwas anhängendem Wasserdampf, austritt.
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In dem Prinzipschaltbild Pig. 1 sind zwei paralelle Stränge mit den zuvor genannten Anlage teilen dargestellt. Es handelt sich bisher um eine konventionelle Schaltung solcher Anlageteile, wie sie beispielsweise auch in der eingangs zitierten Veröffentlichung in der Zeitschrift "Atom und Strom" beschrieben ist.
Dem Kondensator 4 und dem Nachkühler 5 schließt sich eine Gaskühl-« und Trocknungsanlage 6 an. Es folgt ein Voradsorber 7i dem erforderlichenfalls und je nach den technischen Bedürfnissen ein weiterer Voradsorper 71 beigeordnet werden kann. Dem Voradsorber 7 ist unmittelbar ein Hauptadsorber 8 nachgeschaltet· Der Hauptadsorber kann aus ein oder mehreren Adsorptinnskolonnen bestehen. Es folgen Vakuumpumpen 9 und 9', durch die das zu behandelnde Gas in. einen Abluft- und Abgaskamin 10 geleitet wird. . ,
Die wesentlichsten Bauelemente dex* Abgasanlage sind die Voradsorber 7 bzw. 71 nnd der Hauptädsorber 8. Der Voradsorber 7 bzw. 71» der meistens den kleineren Teilen der Adsorptionsanlage darstellt, dient im wesentlichsten dem Abklingen der im gasförmigen Kuklidgemisch zun weitaus größten Teil vorhandenen kurzlebigen Spaltprodukten durch Adsorption mit dementsprechend hohen Uärnie- und Tochterproduktenanfall sowie der gleichzeitigen Filtration der gebildeten featen Tochterprodukte· Der Voradsorber 7 bzw. 71 ist derart konstruiert;, daß das Adsorbens mit den darin abgelagerten und ausfiltrierben
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_ τ-. I
Tochterprodukten leicht und gefahrenlos ausgetauscht werden kann, nähere Einzelheiten hierzu werden später anhand der Figur 3 erläutert.
Der Hauptadsorber 8, der meistens dea größeren Teil der Anlage darstellt, bezweckt einmal, daß die verblie"benen, längerlebigen Isotope sowohl adsorptiv als auch mechanisch verzögert werden, zum anderen die Filtration der dabei entstandenen, festen Tochterprodukte· Die Behälter des. Hauptadsorbers 8 sind deshalb großvolumiger als diejenigen des Voradsorbers und nur ' I mit einfachen Vorrichtungen für einen unwahrscheinlichen, jedoch deiücbaren Austausch des Adsorbens vorgesehen.
Durch' die Wahl eines geeigneten Verhältnisses von Lückenvolumen zwischen den Schüttkörpern des Adsorbens zu dem gesamten Füllvolumen des Hauptadsorbers, welches auch über die Form der Schüttkörper steuerbar ist, ist es mit der BehSltereinrichtung möglich., nicht ausreic-hende Abklingzeiten schlecht adsorbierbarer GasTaestandteile durch zusätzliche mechanische Verzögerung g im Lückenvolumen des Schüttgutes auszugleichen·
Für den Hauptadsorber 8 können Behälter von zxlindrischer Form mit Auflageböden, auf welchen das Adsorbens aufliegt trod entweder von unten nach oben oder von oben nech unten durchströmt werden, verwendet werden. Eine besondere vorteilhafte Ausführung des Hauptadsorbers ist in der Fig. 2 dargestellt. In einem stehenden Behälter 11 ist "bei diesem Ausführungs"beispiel ein Zentralronr 12 angeordnet, welches den Behälter 11 in zwei
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ScMitträume 13 säsd 13' für aas Adsorbens teilt, die dann nacheinander durchströmt werden. Je nach den Erfordernissen können auch mehrere Zentralrohre 12 mit verschiedenen Durchmessern konzentrisch in dem stehenden Behälter 11 angeordnet werden, so daß eine größere Anzahl von Schütträumen entsteht. Die Anordnung von Gaseintritts- und -austrittsstutzen wie Ein-•füll- und Ablaßstutzen für das Adsorbens ist in der Figur 2 ebenfalls zu erkennen.
Für die Abscheidung evtl. aus dem Hauptadsorber ausgetragener Feststoffteilchen ist kein Nachfilger erforderlich* Diese Abscheidung erfolgt in Kombination mit dem Einsatz von Flüssigkeit sringpumpen, welche ohnehin für die Gasförderung eingesetzt werden, indem die für den Pumpenbetrieb notwendige Flüssigkeit zur Bindung der im Gas evtl. vorhandene , geringe Aktivität tragende Feststoffverunreinigung verwendet wird· Sie Abscheidung des weitgehend abgeklungenen und gereinigten Gases von der Flüssigkeit erfolgt in einem Gas-Vasser-Separator.
Die für den Voradsorber 7 bav/« ?! verwendete. Konstruktion ist in der Fig,» 3 dargestellt. Sie besteht aus einem zylindrischen Oberteil 14- und einem konischen Unterteil 15» in dem von oben sin den Gaseintritt bildendes Tauchrohr 16 zentral hineingeführt ist. Durch einen Behälterdeckel 20 wird der Voradsorber 7 bzw. 7' nach oben hin abgeschlossen. Ein geeignetes Gasver-
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teilungssystem 17, daß gleichzeitig ein Eindringen des zwischen Behältermantel und dem Tauchrohr 16 geschütteten Adsorbens ver-, hindert, ist am unteren Ende des Tauchrohres 16 vorgesehen. Aus Gründen der Aktivität und des leichten Befüllens und Entleerens wird der Voradsorber 7 bzw. 7' zwischen einer oberen Abschirmdecke 18 und einer unteren Abschirmdecke 19 angeordnet. Durch die obere Abschirmdecke 18 wird am Behälterdeckel 20 des Voradsorbers 7 bzw. 7' ein Befüllungsrohr 21 für das Schüttgut angebracht. Vom konischen Unterteil 15 des Behälters wird zun Entleeren des gesamten oder eines Teils des Behälterinhaltes f " in ein oder mehrere Transportgefäße ein Abflußrohr 22 durch die untere Abschirmdecke 19 in einen darunterliegenden Raum geführt. Die Dosierung bein Ablassen des Adsorbens erfolgt über einen Steckschieber 23 i» Ablaßrohr 22. Dadurch, daß das Tauchrohr 16 bis innerhalb des konischen Unterteils 15 geführt ist, ist es eöglich, das durch Filtration und Ablagerung von festen Tochterprodukten am stärksten belastete Adsorbens durch das Abflußrohr 22 zuerst abzulassen. Frisches Adsorbens kann dann durch das Befüllungsrohr 21 nachgefüllt werden. J
Zum Auffangen und Abführen des abgelassenen Adsorbens kann ein Transportgerät 24 mit einem Faß 25 dienen. Die Abdichtung zwischen dam Faß 25 und dem Abflußrohr 22 des Voradsorbers 7 "bzw. 7' erfolgt mittels Plastiksack nach der üblichen Verschweißmethode.
Da das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Überdruck als auch . bei Kühlung längere Verzögerungszeiten bringt, kann durch Verwendung einer Unterdruckkammer, wie sie nachfolgend anhand der
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Uigur 4 "besslipisben wird, das Abgasaufbereitungssystem weiter verbessert werden· Üblicherweise werden solche Anlagen aus sicherheitstechni sehen Gründen mit Unterdruck betrieben.
Die Unterdruckkammer besteht aus einem Betongehäuse 30 zur Strahlenabschirmung. Diese ist im Inneren mit einer Wärmeisolierung 31 verkleidet. Die Unterdruckkammer umschließt den Hauptadsorber 8, der in diesem Fall aus drei Adsorptions kammern 32, 32' und 32'' besteht. Die Unterdruckkammer ist zugänglich durch eine Doppeltüre 33» die während des nomalen Betriebs geschlossen ist. Die Belüftung der Unterdruckkammer erfolgt über eine Lufteintrittsleitung 34 sowie einer Luftaustrittsleitung 34- sowie einer Luftaustrittsleitung 35.
Die abgesaugte Luft sowie die Zuluft wird über ein Feinstfilter 36 sowie einem Aktivkohlefilter mittels eines Gebläses 38 über Regelklappen 39 und 40 zu einem Teil der Kammer wieder augeführt während der verbleibende Teil in einem Kamin 4-2 gegeben wird. Die in die Kammer geführte Luft kann zuvor nach durch eine Kühlanlage 41 gekühlt werden.
Aus der Figur 4 ist weiterhin zu erkennen, daß das im Hauptadsorber 8 zu behandelnde Gasgemisch zunächst über einen Verdichter 43 geführt wird und vor Verlassen der Unterdruckkammer sich in einem Entspannungsventil 44 wieder entspannt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindu^gsgenäßen Abgasaufbereitungssystems liegt darin, daß durch den Fortfall einer separaten., mechanischen Verzögerungsstrecke die Gesamfcanlage billiger und
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raumsparender wird» Da die mechanische Verzögerung nunmehr in einem der Kühlanlage nachgeschaltetem Aggregat erfolgt, tritt in der Verzögerungsstrecke kein Kondensatanfall auf. Durch die Füllung des Adsorbers mit Adsorbens ergibt sich eine über den Adsorberquerschnitt weitgehend konstante Strömungsgeschwindigkeit, wodurch das für die mechanische Verzögerung zur Verfügung stehende Volumen gut ausgenutzt "wird.
Durch die raumsparende Ausführung des Abgasaufbereitungssystems ergeben sich gleichzeitig Einsparungen bei der Strahlungsab- " f schirmung solcher Anlagen·
Dadurch, daß der Voradsorber zwischen zwei Abschirmdecken angeordnet ist, ist ein gefahrloses Füllen und Entleeren mit Adsorbens möglich.
Durch die Aufteilung des Hauptadsorbers in mehrere konzentrische Schütträume wird der Platzbedarf verglichen mit einem aus mehreren separaten Kolonnen aufgebauten Adsorber wesentlich λ geringer.
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Claims (1)

  1. LICE IT TIA
    Pa-fcent-Verwaltungs-GmbH 6. Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
    ϊ1 71/5*
    50. Juni 1971 Vi/schr
    P a t β η t anspräche
    1. Abgasaufbereitungssystem mit einer mechanischen und einer adsorptiven Verzögerungsstrecke zur Behandlung radioaktiver Spalt- und Aktivierungsgase, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptive Verzögerungsstrecke durch Festlegung des Verhältnisses von Lückenvolumen zwischen den Schüttkörpern des die adsorptive Veraögerungsstrecke bildenden Adsorbens zu den gesamten Ifüllvolumen des
    ti*
    Adsorbens gleichzeitig 4ar& mechanische Veraögerungsstrecke
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    für das Gasgemi&öh-bildet. {
    2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lückenvolumen durch die Form der Schüttkörper gegeben ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lückenvolumen durch die Größe der Schüttkörper gegeben ist.
    4· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorp tionsanlage (7, 8) zweistufig ausgeführt Ist und die erste Stufe (7t 71) *ur Verzögerung und tu der Filtration von anfallenden, festen Tochterprodukten aus den. kurzlebigen Gasen vorgesehen ist während die zweite Stufe (8) zur Adsorption und mechanischen Verzögerung sowie zur Filtrierung der entstehenden festen Tochterprodukte dient·
    5» Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Stufe ein Voradsorber (7» ?') mit einem zylinder!sehen Oberteil (14) und einem konischen Unterteil (15) vorgesehen ist, welches eine Abzugsöffnung für das Adsorptionsmittel hat und daß das zu behandelnde Gas vertikal durch ein zentrales Tauchrohr (ife) In den Voradsorber (7) eingeleitet ist·
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    6· Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Voradsorber (7, 71)-zwischen einer oberen und einer unteren Abschirmdecke (18, 19) angeordnet ist, durch die obere Abschirmdecke (18) ein Befüllungsrohr (20) für das Adsorptionsmittel und durch die untere Abschirmdecke (19) ein Abflußrohr (21) für das Adsorptionsmittel geführt ist.
    7· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Stufe «in Hauptadsorber (8) vorgesehen ist, bei dem in «inen stehenden Behälter (11) ein oder mehrere konzentrisch angeordnete Zentralrohr« (12) vorhanden sind, durch die der Behälter in mehrere Schütträume (13, 13') aufgeteilt ist und daß Mittel vorhanden sind,, die das Gas nacheinander durch die Schütträume leiten.
    6. Verfahren sur Behandlung radioaktiver Spalt- und Aktivieruogs- ;' gase mittels einer Adsorptionsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch zunächst in einen Voradsorber adsorptiv verzögert und die festen Tochterprodukte, die bein Zerfall der aktiven Gase entstehen dort filtriert werden, und daß in einem Hauptadsorber die verbliebenen längerlebigen Isotope sowohl adsorptiv als auch mechanisch verzögert und die dabei entstandenen festen Tochterprodukte wiederum filtriert werden.
    ?09·83λί)936
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn- z e ic hn e t, daß es "bei leichter Kühlung in einer lufttechnisch kontrollierten Unterdruckkammer mit entsprechender Schaltung der Umluft und Filteranlage abläuft.
    10. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder 9» dadurch gekennzeichn et, daß es bei Überdruck· in einer
    . lufttechnisch kontrollierten Unterdruckkammer abläuft.
    11. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, da-· f durch gekennzeichnet, daß nur der durch feste Bestandteile am stärksten beladene £eil des Adsorbens aus dem Voradsorber bei Bedarf abgeführt wird.
    £09883/0936
DE2133250A 1971-07-05 1971-07-05 Vorrichtung zu adsorptiven Verzögerung von radioaktiven Gasen in einem Abgasstrom Expired DE2133250C3 (de)

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