DE2800120C2

DE2800120C2 - Verfahren zum Reinigen der Abgase einer Wiederaufarbeitungsanlage für bestrahlte Kernbrennstoffe

Info

Publication number: DE2800120C2
Application number: DE19782800120
Authority: DE
Inventors: Edmund Dipl.-Chem. Dr. 7521 Dettenheim Henrich; Detlef Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Leuchtmann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1978-01-03
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2015486B; FR2413760A1; DE2800120A1; GB2015486A; ES475453A1; BE872333A; BR7900005A; FR2413760B1

Description

a) überazeotrope Salpetersäure verwendet wird,

b) bei der Gleichstromwäsche in einer Gleichstromkolonne (1) über deren Länge ein Temperaturgefälle in Richtung der Strömung derart eingestellt wird, daß die Temperatur am Ende der Gleichstromkolonne (1) noch oberhalb des Schmelzpunkte» der Waschflüssigkeit liegt, und

c) bei der Gegenstromwäsche die Temperatur noch oberhalb des Schmelzpunktes der Waschflüssigkeit gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den gereinigten Abgasen enthaltenen Salpetersäuredämpfe durch verdünnte Salpetersäure bei einer Temperatur von —20⁰C bis —40⁰C ausgewaschen werden.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit der wachsenden Zahl von Kernkraftwerken steigt die Bedeutung von Wiederaufarbeitungsanlagen als notwendige Voraussetzung für deren Betrieb. Dabei entstehen radioaktive Abfälle, deren unkontrolliertes Freisetzen auf jeden Fall verhindert und deren Volumen wegen der Kosten beim Konditionieren und Endlagern so weit als möglich reduziert werden muß. Das relativ kleine Volumen der festen und flüssigen Abfälle wird nach Konditionierung in einem Endlager von der Biosphäre isoliert, das große Volumen der gasförmigen Abfälle nach gründlicher Dekontamination in die *5 Atmosphäre geleitet, wenn am Aufpunkt des Abluftkamins die Strahlenexposition unterhalb der festgesetzten Grenzwerte bleibt.

Das Auflöser- und Scherenabgas einer Wiederaufarbeitungsanlage besteht im wesentlichen aus einem so inerten Transportgas, das mit wenigen Volumenpromille verschiedenartiger Spalt- und Aktivierungsprodukte beladen ist.

Bei der Grobreinigung des Abgases durch eine Stickoxidwäsche wird der überwiegende Teil der Stickoxide und Aerosole entfernt. Darüber hinaus kann durch eine bestimmte Auslegung der Waschkolonne auch der größte Teil des Jods und des Ruthentetroxids zurückgehalten werden, so daß das Abgas im wesentlichen nur .noch Reste dieser Schadstoffe enthält, die durch einen besonderen Feinreinigungsprozeß zu eliminieren sind.

Es ist bekannt, eine weitere Reduzierung der Restkonzentration der Schadstoffe dadurch zu erreichen, daß für jeden einzelnen dieser Schadstoffe ein spezifisches Reinigungsverfahren eingesetzt wird. Eine Feinreinigung vor der Abtrennung der Spaltedelgase ist je nach dem dafür angewandten Verfahren in mehr oder minder großem Umfang notwendig.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der älteren, mit der DE-OS 27 59185 offengelegten Anmeldung beschrieben, bei dem als Waschflüssigkeit unterazeotrope Salpetersäure einer Konzentration von 0 bis ca. 8 mol/1 verwendet und bei vorzugsweise oberhalb von 0⁰C liegenden Betriebstemperaturen gearbeitet wird.

Mit diesem Verfahren ist es nicht möglich die Feinreinigung eines Abgases durchzuführen, weil insbesondere die Gasphasenoxidation des NO zu NO₂ bei geringen NO-Konzentrationen sehr langsam abläuft Es ist auch ein Verfahren zum Extrahieren, Auffangen und Lagern von in bestrahlten Kernbrennstoffen enthaltenem radioaktivem Jod bekannt (DE-OS 25 29 362), das die Entfernung und Weiterbehandlung des in der rekombinienen Salpetersäure zurückgehaltenen Jods betrifft und bei dem die Waschsäure einen absteigenden Kondensator und anschließend einen Stickoxidwäscher durchläuft Diese Verfahrensführung hat eine unzureichende Dekontamination des Abgases von Stickoxiden, Jod und RuO₄ zur Folge und kann zum Auskristallisieren des Jods führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stickoxide, Jod und Jodverbindungen sowie tritiierten Wasserdampf auch aus kleinen Abgasmengen weitgehend abzutrennen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Verfahren gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zur Wäsche verwendete überazeotrope Salpetersäure ohne zusätzliche Behandlung zum Aufkonzentrieren der als Auflöser des abgebrannten Kernbrennstoffes verwendeten Säure eiingesetzt werden kann, so daß das Volumen des tritiierten Abfallwassers aus der Eingangsstufe einer Purexanlage reduziert werden kann. Darüber hinaus wird wegen der höheren Konzentration der überazeotropen Salpetersäure das Aufkonzentrieren der zurückgewonnenen Säure auf Lösesäurekonzentration vereinfacht, weil dabei die Konzentration der rückgewonnenen Säure gering gehalten werden kann und dadurch Korrosion und Ruthenverflüchtigung während des Rückgewinnungsprozesses eingeschränkt werden.

Diese Vorteile bei der Prozeßführung in der Anlage rechtfertigen allein schon den Einsatz der überazeotropen Salpetersäure, so daß deren Verwendung bei der Reinigung von Abgasen eine weitere Vereinfachung und Verbesserung bewirkt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von beispielhaften Einrichtungen für dessen Durchführung beschrieben. Diese Einrichtungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schnittbild einer Bodenkolonne,

F i g. 2 ein schematisches Schnittbild einer Bodenkolonne mit zum Kolonnenkopf zunehmendem Bodenabstand in der Gegenstromkolonne,

F i g. 3 ein schematisches Schnittbild einer Bodenkolonne mit zum Kolonnenkopf zunehmendem Bodendurchmesser in der Gegenstromkolonne, F i g. 4 das Temperaturprofil in der Kolonne. Eine Bodenkolonne ist in F i g. 1 als schematisches Schnittbild dargestellt und besteht aus einer unteren Gleichstromkolonne 1, deren Kopf 2 in einem

vorbestimmten Abstand an den Fuß 3 einer oberen Gegenstromkolonne 4 angeschlossen ist Die Gleich-.«.'j-omkolonne 1 und die Gegenstromkolonne 4 haben eine gemeinsame vertikale Achse 5. Der Kopf 6 der Gegenstromkolonne 4 weist einen Gasaus'Titt 7 auf. Über eine Dosiereinrichtung 10 und eine Kühleinrichtung 11 wird der Gegenstromkolonne A überazeotrope Salpetersäure zugeführt Zwischen den Flüssigkeitsausgang 16 des untersten Bodens der Gegenstromkolonne 4 und den Flüssigkeitseingang 17 am Kopf 2 der Gleichstromkunonne 1 ist ein Ausgleichsbehälter 18 geschaltet Am Fuß 19 der Gleichstromkolonne 1 ist ein Kolonnensumpf 20 angeschlossen, aus dein über eine Leitung 21 Salpetersäure abgeführt wird. Am Kopf 2 der Gleichstromkolonne 1 ist eine erste Rohrleitung 22 zum Einleiten des Abgases und unterhalb des untersten Gleichstrombodens am Fuß 19 der Gleichstromkolonne ι eine zweite Rohrleitung 23 zum Abführen des Abgases angeschlossen, die mit dem Gaseintritt 24 am Fuß 3 der Gegenstromkolonne 4 verbunden ist Jeder iioden der Gleichstromkolonne 1 ist mit einer Kühleinrichtung 25 ausgerüstet

Bei einer in F i g. 2 dargestellten Weiterbildung der Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist der Durchmesser c/und die Bauhöhe h aller Böden 30 gleich groß; der vertikale Abstand ν zwischen den Böden der Gegenstromkolonne 4 nimmt in Richtung zum Kopf 6 der Gegenstromkolonne 4 zu.

Eine andere Ausführungsform der Einrichtung zeigt Fig. 3. Diese ist mit Absorptionsböden 40, 41 ausgerüstet, deren Durchmesser d in Richtung zum Kopf 6 der Gegenstromkolonne 4 größer wird und deren Bauhöhe Λ und vertikaler Abstand ν gleich bleibt. Diese Anordnung ermöglicht das Herausziehen der Böden in eine Interventionszone am Kolonnenkopf zur Inspektion, zur Reparatur oder zum Austausch.

Unter Verwendung der angegebenen Einrichtungen läuft das Verfahren z. B. wie folgt ab:

Das in einer Einrichtung zum Grobreinigen vorbehandelte Abgas einer Wiederaufarbeitungsanlage für «o bestrahlte Kernbrennstoffe wird über die erste Rohrleitung 22 am Kopf 2 in die zweite Kolonne 1 eingeleitet. Die Temperatur des eingeleiteten Abgases wird schrittweise von ca. 20 bis 50⁰C heruntergekühlt bis auf ca. —65 und vorzugsweise bis ca. —40°C am *5 Gasausgang 23 der Gleichstromkolonne 1. Dieser Temperaturverlauf ist in Fig.4, Kurve 50 dargestellt, die für eine Absorptionskolonne entsprechend F i g. 1 mit Böden gleicher Durchmesser und mit in der Gegenstromkolonne 4 zu deren Kopf 6 zunehmenden Abstand vzwischen den Böden gilt In der Gleichstromkolonne 1 wird der überwiegende Teil der Stichoxide oxidiert und absorbiert

Die eigentliche Absorption des Jods und damit die Joddekontamination des Abgase; erfolgt in der Gegenstromkolonne 4. Zu diesem Zweck wird das die Gleichstromkolonne 1 verlassende Gas dem Gaseintritt 24 am Fuß 3 der Gegenstromkolonne 4 zugeführt

Während der Gegenstromwäsche wird das Volumenverhältnis von Abgas zu Waschflüssigkeit kleiner als der Jodverteilungskoeffizient der molaren Konzentration von Waschflüssigkeit zu Abgas eingestellt Das heißt daß das Jod in der Waschflüssigkeit abgeführt wird.

Um das Auskondensieren von Jod in der Gegenstromkolonne 4 zu verhindern, wird die Temperatur des Abgases in der Gegenstromkolonne 4 und insbesondere im Bereich des Gaseintritts 24 immer bis um einige Grad oberhalb der durch die noch vorhandene Jodkonzentration gegebene Kondensationstemperatur am Austritt 23 des Abgases aus der Gleichstromkolonne 1 gehalten. Diesen Temperaturverlauf zeigt beispielhaft die Kurve 51 der F ig. 4.

Die Waschflüssigkeit durchläuft infolge der Schwerkraft zuerst die Gegenstromkolonne 4 und danach die Gleichstromkolonne 1. Überazeotrope Salpetersäure wird nur am Kopf 6 der Gegenstromkolonne 4 über die Dosiereinrichtung 10 und die Kühleinrichtung 11 eingespeist, um das Volumenverhältnis von Abgas zu Waschflüssigkeit in der oben erläuterten Weise einzustellen.

Die für die Jodrückhaltung günstige niedrige Betriebstemperatur verbessert gleichzeitig die Stickoxiddekontamination des Abgases, weil in diesem Temperaturbereich, sowohl die NO-Oxidation wegen des negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktion schneller verläuft als auch die Stickoxidabsorption verbessert wird.

Bei einem der F i g. 1 entsprechenden Versuchsablauf wurde Abgas von + 25° C am Eingang 22 auf - 20° C am Gasaustritt 7 abgekühlt. Das Abgas enthielt am Eingang 22 1 Volumenprozent Stickoxid und am Gasaustritt 7 weniger als 0,05 Volumenprozent Stickoxid.

Die Jodkonzentration konnte von 10 mg/m³ am Eingang 22 auf einen unter der Nachweisgrenze liegenden Wert kleiner 0,1 mg/m³ am Gasaustritt 7 herabgesetzt werden.

Der Wasserdampfgehalt am Gasaustritt 7 entsprach dem Wasserdampfdruck über überazeotroper Salpetersäure bei -20⁰C.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen der Abgase einer Wiederaufarbeitungsanlage für bestrahlte Kernbrennstoffe von Stickoxiden, Jod und Jodverbindun- S gen sowie von tritiiertem Wasserdampf, wobei das Abgas mit Salpetersäure als Waschflüssigkeit zuerst im Gleichstrom und danach im Gegenstrom gewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ίο