DE2711374C2

DE2711374C2 -

Info

Publication number: DE2711374C2
Application number: DE2711374A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 6251 Runkel De Hesky; Armin Dipl.-Ing. 6238 Hofheim De Wunderer
Original assignee: HESKY HANS DR 3000 HANNOVER DE
Current assignee: DIE UNBEKANNTEN ERBEN DES HESKY, HANS, DR., 3000 H
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1977-03-16
Publication date: 1988-03-10
Also published as: BE864971A; CA1123577A; JPS53113997A; US4277256A; DE2711374A1; FR2384329A1; GB1602648A; BR7801566A; FR2384329B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von radioaktive Substanzen enthaltenden Gasen aus der Auf bereitung von abgebrannten Kernbrennstoffen mit den Merkmalen a), b) und f), des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist durch die US-PS 37 42 720 be kannt, von der die Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht.

Abgebrannte Kernbrennstoffe von Kernreaktoren enthalten unter ande ren radioaktiven Stoffen radioaktives Jod und radioaktives Krypton. Bei der Aufarbeitung der Kernbrennstoffe werden diese zunächst zerkleinert und anschließend mit Salpetersäure aufgelöst. Beim Auflösen der Kernbrennstoffe entstehen Gase, die u. a. radioaktives Krypton und radioaktives Jod enthalten. Die Gase setzen sich im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen zusammen:

Wasserdampf, Stickstoff, Stickstoffoxid, höhere Stickoxide, Sal petersäuredampf, Xenon, Krypton, Jod und Tritium.

Die Abtrennung von radioaktiven Substanzen aus solchen Gasgemischen ist problematisch, da diese Substanzen beachtliche Mengen Wärme entwickeln, die einer Abtrennung entgegenwirken. So wird bei der destillativen Abtrennung von Krypton eine Wärmemenge von ca. 40% der Kondensationswärme erzeugt, die - ganz gleich, wie groß das Rücklaufverhältnis in einer Destillationskolonne gewählt wird - verhindert, daß sich der Rücklauf bis zu den tieferen Böden durch setzt.

Es besteht die Aufgabe, das Krypton und das Jod möglichst quanti tativ von dem bei der Auflösung der Kernbrennstoffe entstehenden Gasgemisch abzutrennen und auf ein möglichst kleines Volumen zu bringen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem durch die US-PS 37 42 720 bekannten Verfahren wird CO₂ als Trägergas verwendet, welches dadurch ge wonnen wird, daß zuvor das Graphit der Brennstäbe in aufwendiger Weise abgebrannt wird. Demgegenüber nutzt die Erfindung die Erkenntnis aus, daß Stickoxid schon in den gegebenen Gasen vorhanden ist. Was darüberhin aus an höheren Stickoxiden NO ₂ vorliegt, kann mit ein fachen Mitteln zu Stickoxid NO umgesetzt werden, so daß das Trägergas in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Das Trägergas kann von den radioaktiven Substanzen adsorptiv mittels Katalysatorträgern, z. B. mit Kieselgur, abgetrennt werden. Um eine konventionelle Abtrennung durchführen zu können, werden die radioaktiven Substanzen mit einem Trägergas verdünnt. Dabei soll das Trägergas annähernd gleiches Trennverhalten aufweisen, wie die radioaktiven Substanzen. Als Trägergas eignet sich für Krypton z. B. Stickoxid (NO) oder für Argon Kohlenmonoxid. Es kann zweckmäßig sein, das Trägergas vor der Abtrennung von den radioak tiven Substanzen chemisch, z. B. mit Sauerstoff, zu behandeln, wodurch höhere Oxide entstehen, die durch Kondensation, Destilla tion oder Waschen abgetrennt werden können. Im Falle der Stick oxide-Abtrennung kann u. a. Wasser und im Falle der CO₂-Abtrennung z. B. Natronlauge verwendet werden. Die Trägergas enthaltenden Gase können destillativ in eine die radioaktiven Substanzen und Trägergas enthaltende Fraktion und in eine von diesen freie, die restlichen Gase enthaltende Fraktion zerlegt werden. Die Zumischung des Trägergases kann durch Disproportionierung von höheren Stickoxiden - die ohnehin durch die Auflösung der Kern brennstoffe mit Salpetersäure in diesen Gasen enthalten sind - erfolgen. Das Jod kann grundsätzlich nach jedem Verfahrensschritt abgetrennt werden. Besonders vorteilhaft ist die Abtrennung des Jods verbunden mit der Disproportionierung. Hierbei wird das Jod absorbiert. Die das Jod enthaltende Absorptionsflüssigkeit wird anschließend einer Desorption unterworfen und das desorbier te Jod mittels Schleppgas, z. B. Sauerstoff, einer Filtration zu geführt. Der vom Jod befreite Sauerstoff kann zweckmäßigerweise zur Oxidation des Trägergases verwendet werden. Dadurch wird verhindert, daß Spuren von radioaktiven Verunreinigungen, die im Schleppgas noch enthalten sein können, in die Atmosphäre gelangen.

Die Erfindung wird nun anhand der Figur, die ein Fließschema darstellt, in beispielsweiser Ausführung erläutert.

Von der Auflösestation (1) werden die dort entstehenden Gase, die im wesentlichen Wasserdampf, Stickstoff, Stickoxide, Salpetersäure dampf, Xenon, Krypton und Jod enthalten, in den Kondensator (2) geleitet, wo die Dämpfe niedergeschlagen und ein Teil des NO₂ und Jods absorbiert wird. Vom Kondensator (2) werden die Gase in die Absorptionskolonne (3) geleitet und dort mit Salpetersäure ge waschen. Hierbei entstehen Stickoxide und gleichzeitig werden höhere Stickoxide und Jod absorbiert. Die die Absorptionskolonne (3 ) verlassenden Gase werden in einem Kondensator (4) von höheren Stickoxiden befreit, die über Leitung (5) in den Gaseingang (6) der Absorptionskolonne (3) zurückgeführt werden. Das den Konden sator (4 ) verlassende Gas wird gegebenenfalls über eine Adsorber kette - nicht dargestellt - in eine Trennkolonne (7) eingeführt. In der Trennkolonne (7) werden die Gase destillativ in zwei Frak tionen zerlegt. Die eine Fraktion enthält die radioaktiven Substan zen mit dem Trägergas und Xenon und wird dem Sumpf dieser Trenn kolonne entnommen. Die andere Fraktion, die die Trennkolonne (7) über Kopf verläßt, kann über einen Adsorber ( 8) geleitet werden, um eventuell darin noch vorhandene Spuren von radioaktiven Sub stanzen festzuhalten. Diese Fraktion, im Stickstoff enthaltend, wird einem Kamin (9) und/oder als Spülgas in die Lösestation (1) zurückgeführt. Das Sumpfprodukt der Trennkolonne (7) kann einer nachgeschalteten Trennkolonne (10) zugeführt werden. Bei dieser Trennkolonne (10) fällt als Kopfprodukt ein Gemisch aus radioaktiven Substanzen und Trägergas an, das über Leitung (11) am Fuß des Teiles (12) einer zweiteiligen chemischen Behandlungs stufe aufgegeben wird. Das im Sumpf der Trennkolonne (10) anfallen de Xenon wird verworfen. In der chemischen Behandlungsstufe wird das Gemisch mit Sauerstoff und/oder Salpetersäure behandelt, wobei das Stickoxid zu höhere Stickoxide oxidiert wird. Im nachgeschal teten Kondensator (16) werden die Stickoxide kondensiert. Falls die radioaktiven Substanzen noch Spuren von Stickoxiden aufweisen, können diese in dem Kondensator nachgeschalteten Adsorbern - nicht dargestellt - abgetrennt werden. Die radioaktiven Substan zen werden gasförmig oder flüssig in einen Tank (14) eingeleitet.

Die in der zweiteiligen chemischen Behandlungsstufe anfallende Salpetersäure kann in die Lösestation (1) oder an sonstiger ge eigneter Stelle in den Kernbrennstoff- bzw. Gasaufbereitungs prozeß zurückgeführt werden. Ebenso kann mit den im Kondensa tor (16) anfallenden Stickoxiden verfahren werden.

Um Ozonbildung bei der Verflüssigung der radioaktiven Substanzen zu verhindern, muß der in die chemische Behandlungsstufe einge leitete Sauerstoff quantitativ verbraucht werden. Gleichzeitig sollen die Stickoxide weitgehend zu Salpetersäure aufgearbeitet werden, damit nicht zusätzliche Hilfsstoffe, wie z. B. Wasserstoff oder Ammoniak, in das Verfahren eingeführt werden müssen, die die Menge der kontaminierten Stoffe erhöhen würden. Um diesen beiden Forderungen gleichzeitig genügen zu können, kann zwischen zwei teiliger chemischer Behandlungsstufe und Kondensator (16) eine Kolonne (15) zur Synproportionierung des NO geschaltet werden. Es kann von Vorteil sein, zwischen Teil (12) und Kolonne (15) einen Kondensator (20) zu schalten, um eine weitgehende Nitroseabtrennung zu erreichen.

Auf den Kopf der Kolonne (15) wird die im Sumpf des Teiles (13) der chemischen Behandlungsstufe anfallende Salpetersäure gegeben und dem Kopfprodukt von Teil (12) der chemischen Behandlungsstufe entgegenströmen lassen. Der Sumpf von Kolonne (15) wird am Kopf von Teil (13) aufgegeben und die stöchiometrische Menge Sauerstoff der chemischen Behandlungsstufe so zugeführt, daß im Teil (12) Unterschuß und im Teil (13) Überschuß an Sauerstoff herrscht.

Die Sumpfprodukte des Kondensators (2) und der Absorptionskolonne (3) werden Desorbern ( 17), (18) zugeführt und das desorbierte Jod mit einem Schleppgas ausgeblasen. In einer Filtration (19) wird das Schleppgas von Jod befreit.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von radioaktiven Sub stanzen enthaltenden Gasen aus der Aufbereitung von abge brannten Kernbrennstoffen,

a) bei dem die Gase radioaktive Substanzen in Form folgender Hauptbestandteile ent halten:
Wasserdampf, Stickstoff, Stickstoffoxid (NO), höhere Stickstoffoxide (NO_x), Sal petersäuredampf (HNO₃), Xenon (X), Kryp ton (Kr), Jod (J₂) und Tritium (T)
b) bei dem die Gase mit einem Trägergas ge mischt werden, das annähernd das gleiche Trennverhalten wie das radioaktive Kryp ton aufweist,
c) bei dem als Trägergas Stickoxid (NO) ver wendet wird,
d) und die Zumischung des Trägergases (NO) durch Disproportionierung von Stickstoff dioxid (NO₂) erfolgt,
e) bei dem während der Disproportionierung Jod absorbiert wird
f) und schließlich das Trägergas von den radio aktiven Substanzen abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

g) daß das Stickoxid (NO) vor Abtrennung von den radioaktiven Substanzen oxydiert wird, wodurch höhere Oxide entstehen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

h) daß die Oxydationsprodukte des Trägergases durch Kondensation, durch Auswaschen, oder destillativ von den radioaktiven Substanzen abgetrennt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

i) daß die Trägergas enthaltenden Gase des tillativ in eine die radioaktiven Sub stanzen und Trägergas enthaltende Frak tion und eine von diesem freie Fraktion zerlegt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

j) daß das absorbierte Jod desorbiert und mittels Schleppgas einer Filtration zu geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet,

k) daß als Schleppgas Sauerstoff (O₂) ver wendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet,

l) daß der die Filtration verlassende Sauer stoff (O₂) zur Oxydation des Stickoxids (NO) verwendet wird.