DE2641264A1

DE2641264A1 - Verfahren zur beseitigung radioaktiver organischer abfaelle

Info

Publication number: DE2641264A1
Application number: DE19762641264
Authority: DE
Inventors: Paul Boerner; Hans-Guenther Dipl Knackstedt; Horst Dipl Chem Dr Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1976-09-14
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1978-03-16
Also published as: JPS5348200A; ES462205A1; DE2641264C2; FR2364530B1; BR7706060A; IT1090865B; BE858590A; FR2364530A1; GB1558135A

Description

NÜKEM GmbH
6*50 Hanau 11

Verfahren zur Beseitigung radioaktiver organischer Abfälle.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung radioaktiver organischer Abfälle durch Veraschung bei Anwesenheit von Wasserdampf.

In der Nukleartechnik gibt es eine Reihe von-kontaminierten organischen Abfällen (Papier, Stofflappen, Kunststoffe, Handschuhe usw.), die voluminös sind, relativ wenig radioaktive Substanz enthalten, aber dennoch nicht auf konventionellem Weg beseitigt werden können. Besonders zu erwähnen sind Abfälle, die das sehr toxische Plutonium oder künstliche Radionuclide enthalten. Ziel aller Verfahren zur Beseitigung solcher Abfälle ist eine Reduktion des Volumens durch Veraschung und Beseitigung der Veraschungsrückstände bzw. des Plutoniums ohne Erzeugung kontaminierter Abgase oder aktivem Abwasser.

In den letzten Jahren wurde versucht, eine Reihe von bekannten Verbrennungsverfahren in die Nukleartechnik zu übertragen. Vie die Systemstudie AT T 1214a/SRA-lV3 vom Februar 1976 im Auftrage des Bundesministeriums für Forschung und Technologie festgestellt, hat keines dieser Verfahren befriedigen können und Produktionsreife erlangt. Grosse Schwierigkeiten bereitet vor allem die Dekontaminierung der Abluft.

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Zur Beseitigung radioaktiver organischer Abfälle wird weiterhin an Nassveraschungsverfahren gearbeitet, die aber wegen der notwendigen Verwendung von Schwefelsäure starke Korrosionsprobleme aufwerfen und daher ebenfalls noch keine Produktionsreife erlangt haben.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beseitigung radioaktiv kontaminierter organischer Abfälle mittels Veraschung zu finden, bei dem keine kontaminierten Abgase und aktives Abwasser entstehen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei 600 - HOO⁰C eine Vergasung der organischen Bestandteile mit überschüssigem Wasserdampf im Gegenstrom in einem geschlossenen Ofensystem vorgenommen wird, wobei das Abgas zur Nachreaktion nochmals eine Temperaturzone von 800 - HOO⁰C durchläuft.

Besonders vorteilhaft ist es, die Vergasung bei Temperaturen von 600 - 800⁰C vorzunehmen, wobei allgemein die Reaktionstemperatur auch von der Zusammensetzung der organischen Anteile abhängig ist, und die Nachreaktion bei 1000 C durchzuführen.

Der Wasserdampfüberschuss sollte die zwei- bis zehnfache der theoretisch zur völligen Umsetzung der organischen Bestandteile benötigten Menge betragen.

Das erfindungsgemässe Verfahren einer pyrohydrolytischen Veraschung radioaktiver organischer Abfälle vermeidet die Nachteile der bisherigen Verfahren in der Kerntechnik. Die organischen Abfälle, wie Papier, Stofflappen oder Kunststoffteile, werden zerkleinert und in einem geschlossenen Ofen (Durchstossofen, Drehrohrofen oder Wirbelschichtofen) mit Wasserdampf bei Tem-

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.ο,

peraturen von 6θΟ - 1100 C behandelt. Mit der Carbonisierung durch die Hitze setzt gleichzeitig die endotherme Pyrohydrolyse ein, die sowohl den Kohlenstoff zu Kohlenoxid vergast, wie auch Destillationsprodukte hydrolysiert und crackt. Arbeitet man mit überschüssigem Wasserdampf im Gegenstrom und schickt man dieses "Abgas" durch eine weitere Heizzone von 800 - 1100 C, so werden die restlichen organischen Destillate ebenfalls pyrohydrolysiert. Hat man neben Papier und Baumwollstoffen nennenswerte Anteile an Kunststoffen umzusetzen, so empfiehlt es sich, die Kondensation des überschüssigen Wasserdampfes anschliessend über eine Strippkolonne vorzunehmen, damit leichtere Hydrolyseprodukte, wie niedere Alkohole und Olefine, abdesti liieren können und nur das Wasser kondensiert. Nach der Filtration dieses Kondensates wird es dem Dampferzeuger wieder zugesetzt. Dadurch entsteht neben den abdestillierten Olefinen und Alkoholen kein radioaktives Abwasser. Die verbleibende Abgasmenge ist relativ klein und ist durch die Kondensation des Wasserdampfes von Schwebstoffen, die als Kondensationskeine wirken, weitgehend befreit. Die Restaktivität kann durch ein geeignetes Filter leicht zurückgehalten werden.

Bei Umsetzung von chlorierten (PVC) oder fluorierten Kunststoffen muss die Verbrennungsanlage säurebeständig ausgelegt werden. Nach der zweiten Heizzone zur Nachreaktion lässt man die heissen Abgase eine Säule mit gebranntem Kalk passieren, die auf etwa 150 C erhitzt werden muss, um eine Kondensation zu vermeiden. Dabei werden Salzsäure und Flußsäure an Calcium gebunden und das so gereinigte Abgas kann gefahrlos der Strippkolonne zugeführt werden.

Gegentiber den bekannten Prozessen zur Beseitigung radioaktiver Abfälle hat das erfindungsgemässe Verfahren viele Vorteile.

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Die Pyrohydrolyse ist ein endothermer Prozess, der gut beherrschbar ist. Dies ist in der Kernindustrie wichtig, weil eine Kontamination durch Kapselung vermieden werden muss. Die Abgaserzeugung ist minimal, da nicht wie bei der normalen Verbrennung mit Luft das Abgas mit dem etwa fünffachen Stickstoffanteil verdünnt ist.

Weiterhin tritt keine Erzeugung von Stickoxiden und Schwefeloxiden auf, wie bei der Nassveraschung. Auch erfolgt keine Erzeugung von Ruß, der sich nur schwer abscheiden lässt und die Standzeit der Feinfilter stark herabsetzt. Diese Rußerzeugung ist einer der Hauptnachteile bei den bekannten Verbrennungsanlagen.

Von besonderen Vorteil ist die gute Staubabscheidung bei der Kondensation des überschüssigen Wasserdampfes. Gerade der Feinststaub ( <0,9 /um), der für die Feinfilter sehr schädlich ist, stellt den idealen Keim für die Wasserdampfkondensation dar. Dies bringt eine grosse Erleichterung gegenüber den bekannten Verbrennungsanlagen bei der Feinstaubabscheidung mit sich.

Die Crack- und Pyrolyseprozosse, gekoppelt mit der Hydrolyse, beschleunigen bei dem erfindungsgemässen Verfahren den Abbau der Polymerisate (Kunststoffe) und vermindern hochmolekulare Kondensate, die bei der Pyrolyse normalerweise abdesti liieren und störend wirken.

In der Abbildung wird schematisch eine Pyrohydrolyseanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt.

Die Vorrichtung besteht beispielsweise aus einem Durchstossofen (l), durch dessen beheizten Innenraum Schalen (2) hindurchtransportiert

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werden, die das Veraschungsprodukt enthalten. Der Wasserdampf wird über ein geschlossenes Rohrsystem (5) im Kreislauf geführt und über den Anschluss (6) dem Ofen (l) zugeleitet. Mit dem Dampfüberhitzer(7) wird der Dampf auf die benötigte Temperatur gebracht. Die Schalen (2) werden dem Ofen (l) über eine Schleuse (9) zugegeben und über eine Schleuse (lO) entnommen. Die Verbrennungsgase werden mit dem Dampf aus dem Ofenraum entfernt, in einem weiteren Ofen (3) auf höhere Temperaturen als in Ofen (l) gebracht, wodurch die Pyrohydrolyse vervollständigt wird, und über einen Kondensator (h) vom Wasserdampf befreit, wobei sie noch einen Feinfilter (8) passieren müssen, bovor sie über die Leitung (ll) dem Abluftkamin zugeführt werden.

Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutern:

Beispiel 1

Auf jede Schale eines Durchstossofens wurden 200 g trockene Papierhandtucher aufgebracht, die vorher mit 600 g Uranylnitratlösung (10 g U/l) durchtränkt wurden und somit 6 g Uran enthielten. Alle 30 Minuten wurde eine Schale durch die Vergasungszone, die eine Temperatur von 800 C aufwies, gestossen, wobei im Gegenstrom 2 m ⁵/^{n auf} 600°C überhitzter Wasserdampf durchgeleitet wurden. Die Abgase wurden anschliessend bei 800⁰C nachbehandelt. Die Verweilzeit der Schalen im Ofen betrug dabei 5 Stunden.

Man erhält hierbei in den Schalen einen kohlenstofffreien weissen Rückstand. Bei der Pyrohydrolyse trat keine Ruß- oder Rauchentwicklung auf. Die Aktivität des Kondensats betrug 30 pCi/ml (zulässig im Abwasser sind 200 pCi/ml), die der Abluft vor dem Feinfilter 20 pCi/m² (zulässig sind 50 pCi ohne Filter).

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Beispiel 2

Zu 140 g Papierhandtuch era wurden 6o g Polyäthylen stücke hinzugemischt und vor Aufbringen auf eine Schale in Thoriuranitratlösung mit 10 g Th/l getaucht.

Die Ofendaten waren die gleichen wie in Beispiel 1, nur wurde die Nachreaktion bei 1000⁰C vorgenommen. Man erhält auch hier einen weissen, hohlensto ff freien Schalenrückstand. Die Aktivität im Kondensat beträgt 50 pCi/ml, die der Abluft vor dem Feinfilter zeigte keine Erhöhungdes Blindwertes.

Beispiel 3

Kontaminierte Arbeitskittel aus Baumwolle wurden in einem unbe heizten Rohr verascht, das ohne Sauerstoffzutritt von Wasserdampf durchströmt wurde, der auf 600 - 65O°C überhitzt war. Die Verweilzeit im Rohr betrug 5 Stunden.

Man erhält auch hier einen kohlenstofffreien Rückstand. Die Aktivität in Abluft und Kondensat zeigte keine Erhöhung der Blindwerte.

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Claims

PATENTANSPRtiCnE

1." Verfahren zur Beseitigung radioaktiv kontaminierter organischer Abfälle mittels Veraschung, dadurch gekennzeichnet, dass bei 600 - 1100 C eine Vergasung der organischen Bestandteile mit überschüssigem Wasserdampf im Gegenstrom in einem geschlossenen Ofensystem vorgenommen wird, wobei das Abgas zur Nachreaktion nochmals eine Temperaturzone von 800 - HOO⁰C durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vergasung bei 600 - 800⁰C und die Nachreaktion bei 1000⁰C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kondensation des überschüssigen Wasserdampf es vorgenommen wird, wodurch mitgerissene feine Staubpartikeln aus dem Abgas mit dem Kondensat entfernt werden.

h. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Filtration und Abdestillation von niedrigsiedenden Alkoholen und Olefinen das Kondensat wieder dem Verdampfer zugeführt wird.

Frankfurt/Main, 9.9.1976
Dr.Br.-Bi

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