DE2941608A1

DE2941608A1 - Extraktionskolonne fuer spalt- und/oder brutstoffe

Info

Publication number: DE2941608A1
Application number: DE19792941608
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6457 Maintal Pirk; Dipl.-Ing. Dr. Elmar 6466 Gründau Schlich; Dipl.-Chem. Dr. Horst Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-10-13
Filing date: 1979-10-13
Publication date: 1981-04-23
Also published as: SE8007135L; GB2060428A; FR2467466B1; US4367201A; DE2941608C2; BR8006480A; GB2060428B; FR2467466A1; JPS5663298A

Description

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NUKEM GmbH.
6^ Hanau 11

Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoffe.

Die Erfindung betrifft eine Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoffe, insbesondere für die Wiederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus.

Die Pulsation der Kolonne kann dabei hydraulisch und die Zugabe des Extraktionsmittels in Form einer Dispersion in gleichmässiger Verteilung über den Querschnitt der Kolonne vorgenommen werden. Die Hydraulikflüssigkeit wird dabei über 2 Sperrschichten so geführt, dass normale Pulsationspumpen kontaminationsfrei, z.B. ausserhalb einer heissen Zelle, eingesetzt werden können.

In der Nukleartechnik, besonders bei der Viederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen, wird die Reinigung von Uran und Plutonium durch Flüssig-Flüssig-Extraktion in gepulsten Kolonnen vorgenommen.

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Um den Einbau von bewegten Teilen, wie Pulsationspumpen, in heissen Zellen zu vermeiden, werden die Kolonnen normalerweise durch Luftstösse (50 bis

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I00 m /h) gepulst, die beim Austreten aktive Aerosole mitreissen. Zu deren Beseitigung sind aufwendige Abluftreinigungskolonnen erforderlich. Weiterhin gibt es Schwierigkeiten, insbesondere bei grossen Kolonnendurchmessern, die am Fussende der Kolonne einzuspeisende organische Extraktionsmittellösung, z.B. 3°^ TBP (Tributylphosphat) und 7o% Dodekan, während der Pulsierung gleichmässig über den Querschnitt aufzugeben.

Zusätzlich bedingen alle Einspeisestellen am Unterteil der Kolonnen eingeschweisste Zuführungsrohre, deren Schweissnähte durch Korrosion und Pulsation stärker beansprucht werden, als die glatten Kolonnenteile und daher Schwachstellen in der Kolonnenkonstruktion bilden.

Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extraktionskoloniie für Spalt- und /oder Brutstoffe, insbesondere für die Viederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus zu finden, bei der während der Pulsation keine aktiven Aerosole entstehen und bei der im Unterteil möglichst keine angeschweissten Zu-, Ab- und Pulsationsstutzen notwendig sind, die durch Korrosion der Schweissnähte und /oder Spannungsrissbildung durch die Pulsation eine Schwachstelle der Kolonne darstellen könnten.

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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kolonne ein zentrales, mit Extraktionsmittel gefülltes Rohr enthält, das über einen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbundenen mehrteiligen Sperrflüssigkeitsbehälter mit einer Pulsierpumpe verbunden ist.

Erfindungsgemäss wird in die Extraktionskolonne ein Ό zentrales Rohr eingeführt, durch welches von oben die Pulsation und die Einspeisung des Extraktionsmittels vorgenommen werden, wobei die Pulsation nicht mehr durch Luftstösse, sondern durch eine Pulsationspumpe erzeugt wird, die über einen Sperrflüssigkeitsbehälter '5 mit 2 Sperrphasen inaktiv ausserhalb der heissen Zelle betrieben werden kann.

Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Kolonne. In

™ der Kolonne (i), versehen mit den Zu- und Ableitungen der verschiedenen Flüssigkeiten, beispielsweise Feedlösung (zu extrahierende Lösung) und Raffinat,befindet sich ein zentrales Einleitrohr (2), durch welches die Einspeisung des Extraktionsmittels und die Pulsation mittels Pulsationspumpe (k) vorgenommen werden. Um die Herausnahme der Pulsationspumpe (k) aus der heissen Zelle hinter die Betonwand (5) zu ermöglichen, wird ein mehrteiliger Sperrflüssigkeitsbehälter (6) mit beispielsweise zwei Hydraulikzylindern zwischengeschaltet. Im kommunizierenden Teil (7) der verbundenen Hydraulikzylinder befindet sich als schwere Sperrflüssigkeit beispieleweise Wasser. In den mit der Kolonne (1) verbundenen Teil (8) wird das Extraktionsmittel, beispielsweise Dodekan mit 3o% TBP (Tributylphosphat) eingespeist, das mit Wasser nicht mischbar ist und eine Phasengrenze bildet.

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Da dieses Extraktionsmittel aus der Extraktionsmittelwäsche kommen kann und weitgehend spaltstofffrei ist, wird auch eine Rückdiffusion von Spalt- ** stoff aus der Extraktionskolonne verhindert.

Im mit der Pumpe verbundenen Teil (9) wird beispielsweise reines Dodekan bis zur Pulsationspumpe (k) verwendet, das nur als Verdünnungsmittel des Extraktionsmittels TBP dient, mit der Sperrflüssigkeit nicht '^ mischbar ist und allein keinen Spaltstoff aufnehmen kann. Vorzugsweise wird das Extraktionsmittel in die Kolonne (i) über den Behälterteil (8) und das zentrale Rohr (2) zugeführt.

'^ Im unteren Teil der Kolonne (3) wird das zentrale Einspeis/Puleationsrohr (2) vorzugsweise mit einer Erweiterung (io) versehen, so dass die Pulsationsschwankungen und die Wanderung der Phasengrenze nur in diesem erweiterten Teil (io) stattfindet. Durch Einbau gleicher Siebboden (11) wie in der Kolonne (i) in das Einspeisrohr (2) bezw. der Erweiterung (io) wird das eingespeiste Extraktionsmittel mit Aufsteigen der wässrigen Phase durch Dispersion in dieser verdünnt, was die Verteilung des Extraktionsmittels beim Ausströmen über den Überlaufrand (lh) zusätzlich verbessert .

Das Volumen der Erweiterung (io) ist vorteilhafterweise grosser als das Pulsvolumen der Kolonne (i). Der unterste Siebboden (15) in der Erweiterung (io) besitzt bis zum Überlaufrand (i*t) vorzugsweise nur den halben Abstand wie die Siebboden (ii) untereinander.

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Bei genügend dicken Kolonnen lässt sich auch der letzte Stutzen (12) am Unterteil (3) der Kolonne (3) r ersetzen, wenn durch das zentrale Rohr (2) ein Abzugsrohr (13) eingeführt wird, durch welches man die wässrige (schwerere) Phase vom Boden der Kolonne abziehen kann.

in Dieses Pulsationsprinzip ist auch anwendbar bei Kolonnen mit zentralen Neutronenabsorberstäben, gemäss Patentanmeldung P 29 23 87o.8. Solche Absorberstäbe können bei grösseren Durchmessern in der Mitte frei von Neutronengift sein, weil obmehin nur eine gewisse Schichtdicke des Neutronengiftes wirksam ist und absorbiert. Der Einbau eines zentralen Einspeis/Pulsationsrohr in den Absorberstab ist deshalb bei nicht zu kleinen Kolonnen möglich. Die erfindungsgemässe Kolonne kann auch zum Extrahieren von Spaltprodukten verwendet werden.

Folgende Beispiele sollen die erfindunsgemässe Vorrichtung näher erläutern:

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Beispiel 1:

Eine Extraktionskolonne mit erweiterten Absetzkammer™ am Kopf- und Fussende hat bei einem Anreicherungsgrad von y/o an 235 U_f bezogen auf Uranylnitrat, eine sichere Nennweite in den erweiterten Kopf- und Fußstücken von 49»2 cm und im Mittelteil von 28,4 cm. Bei Nonnaldurchsatz ist zum Pulsieren ein Pulsvolumen von 1,4 l/Hub

'0 erforderlich. Das zentrale Pulsationsrohr (2) ist hier mit NW ko anzusetzen, die Erweiterung (io) im Fußteil (3) wird auf NW I00 angesetzt mit einer Länge von 25 cm. Dieses erweiterte Pulsrohrstück (ίο) hat ein Volumen von 1,9 1| während das Pulsvolumen nur 1,4 l/

'5 Hub beträgt. In diesem NW 1oo-Erweiterungsteil (io) sind 3-** Siebboden gleicher Metallstärke und Lochgrösse mit gleichem Abstand wie im Kolonnenteil (i) angeordnet, wobei der unterste Siebboden nur den halben Siebbodenabstand vom Überlaufrand (i4) hat. Die hydraulischen Kammern ( 8 und 9) müssen mindestens je 6 Liter aufnehmen können, d.h. 2 Zylinderrohre NW I50 mit ko cm Höhe, die am Boden über ein Rohr von NW ko verbunden sind, müssen für die Ausbildung der Trennschichten vorgesehen werden. Regelbare Pulsationspumpen mit einem Arbeitspunkt von 1,4 l/Hub sind verfügbar. Für das Abführen der ausextrahierten wässrigen Lösung genügt ein Rohr (13) von NV 1o, das sich zentral im Pulsrohr (2) befindet.

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Beispiel 2:

Eine Extraktionskolonne für einen Durchsatz von 8 t/d an Uran in Form von Uranylnitrat mit einer Anreicherung von kjo 235-U ist nur mit einem Neutronenabsorberstab kritisch sicher. Sie hat etwa folgende Massei

Kolonnenmittelteil = 580 mm Durchmesser

'0 Kopf-/Fussteil = 9^5 mm Durchmesser

Zentraler Absorberstab

im Mittelteil = 195 rom Durchmesser

im Kopf-/Fussteil = 560 mm Durchmesser

Pulsvolumen /Hub = 5,6 1 /Hub

Hier ist zentral durch den Neutronenabsorberstab ein Einspeise-Pulsrohr (2) von NV 80 einzusetzen, das sich als Fussteil (3) auf NV 17ο erweitert und in dieser Veite eine Länge von 300 mm haben muss. Das Volumen der unteren Erweiterung auf NW 17o beträgt 6,8 1, das Pulsvolumen aber nur 5t6 1. Mit halbem Abstand vom unteren Rand beginnend, sind in diesem Pulsrohr 3-h Siebboden mit in gleicher Ausführung mit gleichem Abstand untereinander wie im Kolonnenteil (i) eingebaut, um das eingespeiste Extraktionsmittel beim Pulsieren in der angesaugten wässrigen Phase zu dispergieren. Die hydraulischen Kammern (8, 9) müssen je ein Volumen von 18 1 haben, beispielsweise Rundzylinder „p. von NV 22o mit einer Höhe von 5oo mm, die am Boden über ein Rohr von NV 80 verbunden sind. Pur das Abführen der ausextrahierten wässrigen Phase genügt ein Rohr (13) von NV 2o, das zentral im Pulsrohr (2) angeordnet ist.

Frankfurt/Main, 8.10.1979
Dr.Br.-F

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ORIGINAL INSPECTED

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Leerseite

Claims

79 216 KN NUKEM GmbH. Hanau 11 Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoffe. PATENTANSPRÜCHE

1. Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoff,

insbesondere für die Viederaufarbeitung von abge-„r brannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne (i) ein zentrales, mit Extraktionsmittel gefülltes Rohr (2) enthält, das über einen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbundenen mehrteiligen Sperrflüssigkeitsbehälter (6) mit einer Pulsierpumpe (k) verbunden ist.

2. Extraktionskolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass sich in dem zentralen Rohr (2) nc weitere Rohre (13) zur Abführung der schwereren Phase aus der Kolonne (1) befinden.

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3· Extraktionskolonne nach Anspruch 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, dass das zentrale Rohr (2) im Unterteil (3) der Kolonne (i) eine Erveiterung (io) ~* besitzt und Siebboden (11) enthält.

k. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet. dass das Volumen der Erweiterung (io) grosser als das Pulsvoluraen der Kolonne (1) ist und der unterste Siebboden (15) der Erweiterung (io) den halben Abstand zum Überlaufrand (i4) besitzt wie die Siebboden (11) untereinander.

5. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Sperrflüssigkeitsbehälter (6) im kommunizierenden Teil (7) eine mit dem Extraktionsraittel nicht mischbare Sperrflüssigkeit, im mit der Kolonne (i) verbundenen Teil (8) Extraktionsmittel und im mit der Pumpe (U)

verbundenen Teil (9) eine mit der Sperrflüssigkeit und den Spalt- und /oder Brutstoffen sich nicht mischbare bezw. verbindbare Flüssigkeit enthält.

Ffm., den 8.I0.1979
FB PAT/Dr.Br-F

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