DE2941608C2

DE2941608C2 - Extraktionskolonne für Spalt- und/oder Brutstoffe

Info

Publication number: DE2941608C2
Application number: DE2941608A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6457 Maintal Pirk; Elmar Dipl.-Ing. Dr. 6466 Gründau Schlich; Horst Dipl.-Chem. Dr. Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-10-13
Filing date: 1979-10-13
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2467466A1; BR8006480A; DE2941608A1; FR2467466B1; US4367201A; JPS5663298A; SE8007135L; GB2060428A; GB2060428B

Description

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 weren können.

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

Um den Einbau von bewegten Teilen, wie Pulsationspumpen, in heißen Zellen zu vermeiden, werden die Kolonnen normalerweise durch Luftstöße (50 bis nvVh) 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. 30% TBP (Tributylphosphat) und 70% 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 Schwachststellen in der Kolonnenkon struktion bilden.

Aus der DE-OS 2135 818 ist eine pulsierende Kolonne für eine flüssig-flüssig-Extraktion bekannt, bei der die Pulsation mit Pulsationskolben erzeugt wird,

ίο also ebenfalls mit bewegten Teilen. Solche Kolonnen sind daher zum Einbau in heiße Zellen nicht geeignet.

Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extraktionskolonne für Spalt- und/oder Brutstoffe, insbesondere für die Wiederaufarbeitung von abge brannten 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.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolonne ein zentrales, mit Extraktions mittel gefülltes Rohr enthält, das über einen nach dem

Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander

verbundenen mehrteiligen Sperrflüssigkeitsbehälter mit einer Pulsierpumpe verbunden ist

ErfindungsgemäÜ wird in die Extraktionskolonne ein

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 mit 2 Sperrphasen inaktiv außerhalb der heißen Zelle betrieben werden kann.

Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne. In der Kolonne (1), versehen mit den Zu- und Ableitungen der verschiedenen Rüssigkeiten, beispielsweise Feedlösung (zu extrahierende Lösung) uiid Raffinat, befindet sich ein zentrales Einleitrohr (2), durch welches die Einspeisung des Extraktionsmittels und die Pulsation mittels Pulsationspumpe (4) vorgenommen werden. Um die Herausnahme der Pulsationspumpe (4) 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 verbunde-

so nen Hydraulikzylinder befindet sich als schwere Sperrflüssigkeit beispielsweise Wasser. In den mit der Kolonne (1) verbundenen Teil (8) wird das Extraktionsmittel, beispielsweise Dodekan mit 30% TBP (Tributylphosphat) eingespeist, das mit Wasser nicht mischbar ist und eine Phasengrenze bildet

Da dieses Extraktionsmittel aus der Extraktionsmittelwäsche kommen kann und weitgehend spaltstofffrei ist, wird auch eine Rückdiffusion von Spaltstoff aus der Extraktionskolonne verhindert Im mit der Pumpe verbundenen Teil (9) wird beispielsweise reines Dodekan bis zur Pulsationspumpe (4) verwendet das nur als Verdünnungsmittel des Extraktionsmittels TBP dient, mit der Sperrflüssigkeit nicht mischbar ist und allein keinen Spaltstoff aufnehmen kann. Vorzugsweise

β* wird das Extraktionsmittel in die Kolonne (1) über den Behälterteil (8) und das zentrale Rohr (2) zugeführt

Im unteren Teil der Kolonne (3) wird das zentrale Einspeis/Pulsationsrohr (2) vorzugsweise mit einer

Erweiterung (10) versehen, so daß die PulsationsseHwankungen und die Wanderung der Phasengrenze nur in diesem erweiterten Teil (10) stattfindet. Durch Einbau gleicher Siebboden (11) wie in der Kolonne (1) in das Einspeisrohr (2) bezw. der Erweiterung (10) wird das eingespeiste Extraktionsmittel mit Aufsteigen der wäßrigen Phase durch Dispersion in dieser verdünnt, was die Verteilung des Extraktionsmittels beim Ausströmen über den Oberlaufrand (14) zusätzlich verbessert.

Das Volumen der Erweiterung (10) ist vorteilhafterweise größer als das Pulsvolumen der Kolonne (1). Der unterste Siebboden (15) in der Erweiterung (10) besitzt bis zum Überlaufrand (14) vorzugsweise nur den halben Abstand wie die Siebboden (11) untereinander.

Bei genügend dicken Kolonnen läßt sich auch der letzte Stutzen (12) am Unterteil (3) der Kolonne (3) 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.

Dieses Pulsationsprinzip ist auch anwendbar bei Kolonnen mit zentralen Neuironenabsorberstäben, gemäß Patentanmeldung P 29 23 870.8. Solc!;e Absorberstäbe können bei größeren Durchmessern in der Mitte frei von Neutronengift sein, weil ohnehin 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 erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutern:

Beispiel 1

Eine Extraktionskolonne mit erweiterten Absetzkammern am Kopf- und Fußende hai; bei einem Anreicherungsgrad von 3% an 235 U, bezogen auf Uranylnilrat, eine sichere Nennweite in den erweiterten Kopf- und Fußstücken von 49,2 cm und im Mittelteil von 28,4 cm. Bei Normalcjrchsatz ist zum Pulsieren ein Pulsvolumen von 1,4 l/Hub erforderlich. Das zentrale Pulsationsrohr (2) ist hier mit NW 40 anzusetzen, die Erweiterung (10) im Fußteil (3) wird auf NW IOC» angesetzt mit einer Länge von 25 cm. Dieses erweiterte Pulsrohrstück (10) hat ein Volumen von 1,9 I, während das Pulsvolumen nur 1,4 l/Hub beträgt. In diesem NW 100-ErweiterungsteiI (10) sind 3—4 Siebböden gleicher Metallstärke und Lochgröße mit gleichem Abstand wie im Kolonnenieil (1) angeordnet, wobei der unterste Siebboden nur den

halben Siebbodenabstand vom Überlaufrand (14) hat. Die hydraulischen Kammern (8 und 9) müssen mindestens je 6 Liter aufnehmen können, d. h. 2 Zylinderrohre NW 150 mit 40 cm Höhe, die am Boden über ein Rohr von NW 40 verbunden sind, müssen für die

ίο 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 NW 10, das sich zentral im Pulsrohr (2) befip.det.

Beispiel 2

Eine Extraktionskolonne für einen Durchsatz von

8 t/d an Uran in Form von Uranylnitrat mit einer " Anreicherung von 4% 235-U ist nur mit einem Neutronenabsorberstab kritisch sicher. Sie hat etwa folgende Masse:

KolonnenmitteUeil

Kopf-/Fußteii

Zentraler Absorberstab

580 ρ- -ι Durchmesser
945 rrun Durchmesser

im Mittelteil

im Kopf-/Fußteil
Pulsvolumen/Hub

195 mm Durchmesser
560 mm Durchmesser
5,6 l/Hub

Hier ist zentral durch den Neutronenabsorberstab ein Einspeise-Pulsrohr (2) von NW 80 einzusetzen, das sich als Fußteil (3) auf NW 170 erweitert unH. in dieser Weite eine Länge von 300 mm haben muß. Das Volumen der unteren Erweiterung auf NW 170 beträgt 6,81, das Pulsvolumen aber nur 5,6 I. Mit halbem Abstand vom unteren Rand beginnend, sind in diesem Pulsrohr 3—4 Siebboden mit in gleicher Ausführung mit gleichem Abstand untereinander wie im Kolonnenteil (1) eingebaut, um das eingespeiste Extraktionsmittel beim Pulsieren in der angesaugten wäßrigen Phase zu dispergieren. Die hydraulischen Kammern (8,9) müssen je ein Volumen von 181 haben, beispielsweise Rundzylinder von NW 220 mit einer Höhe von 500 mm, die :.m Boden über ein Rohr von N W 80 verbunden sind. Für das Abführen der ausextrahierlen wäßrigen Phase genügt ein Rohr (13) von NW 20. das zentral im Pulsrohr (2) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Extraktionskolonne für Spalt- und/oder Brutstoff, insbesondere für die Wiederaufbereitung von abgebrannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne (1) 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 (4) verbunden ist.

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

3. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß daß das zentrale Rohr (2) im Unterteil (3) der Kolonne (1) eine Erweiterung (10) besitzt und dort Siebboden (11) enthält

4. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Erweiterung (10) größer als das Pulsvoiumen der Kolonne (1) ist und der unterste Siebboden (15) der Erweiterung (10) den halben Abstand zum Überlaufrand (14) besitzt wie die Siebböden (11) untereinander.

5. Extraktionskolonne n.ich Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrteilige Sperrflüssigkeitsbehälter (6) im kommunizierenden Teil (7) eine mit dem Extraktionsmittel nicht mischbare Sperrflüssigkeit, im mit der Kolonne (1) verbundenen Teil (8) Extraktionsmittel und im mit der Pumpe (4) verbundenen Teii (9) ein-; Flüssigkeit enthält, die sich nicht mit der Sperrflüssigkeit mischt und die Spalt- und/oder Brutstoffe nici t aufnehmen kann.