DE3904149A1 - Vorrichtung an behaeltern mit radioaktiven abfaellen zur reduktion des innendrucks durch wasserstoffbildung - Google Patents
Vorrichtung an behaeltern mit radioaktiven abfaellen zur reduktion des innendrucks durch wasserstoffbildungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Behäl
tern mit radioaktiven Abfällen zur Reduktion des Innendruckes
durch in den Abfällen entstehenden Wasserstoff und zur Reduk
tion der Wasserstofffreisetzung aus dem Behälter.
Bei einer großen Anzahl schwach- und mittelradioaktiver Ab
fallgebinde ist prinzipiell die Bildung von Gasen - insbeson
dere Wasserstoff - einerseits aufgrund der Reaktionen metalli
scher Komponenten mit Wasser, als auch durch die Bildung von
Radiolysegasen aus Zement/Bitumenmatrixmaterialien möglich.
Der erste Bildungsmechanismus ist insbesondere bei hochdruck
kompaktierten Mischabfällen wichtig. Für die Zwischen- und
Endlagerung sind die Bildungs-/Freisetzungsraten pro Behälter
und Zeit limitiert um ein Gebinde als endlagerfähig deklarie
ren zu können.
Bisher bekannte Problemlösungen sind die Begrenzung der spe
zifischen Aktivität, bzw. bei den kompaktierten Mischabfällen
wird eine sorgfältige Sortierung der Rohabfälle, bzw. sogar
eine langandauernde, und damit sehr kostenaufwendige Vakuum
trocknung vorgeschlagen.
Eine perfekte Sortierung der in die Behälter einzubringenden
Abfälle, die zu einer vollständigen Vermeidung von Wasser füh
ren soll, ist technisch nicht machbar, d.h. ein Feuchtigkeits
ausschluß ist grundsätzlich nicht gewährleistet. Daher ist die
Reaktion von vielen relevanten Metallen, wie z.B. Eisenbasis
legierungen mit Wasser unter allen hier vorkommenden Tempera
tur- und Druckbedingungen thermodynamisch möglich: Z.B.
- die sogen. Schikorr-Reaktion
3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2
Eine Trocknung des Behälterinhaltes z.B. eine Vakuumtrocknung
wäre für hohe Durchsätze wegen der langen Trocknungszeiten von
mehreren Tagen sehr kostspielig, da dafür sehr teure Anlagen
Kapazität benötigt würde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, zum einen den
durch Wasserstoff entstehenden Überdruck in den Behältern bzw.
Gebinden zu reduzieren bzw. auf Null zurückzuführen und dabei
aber jedoch die Wasserstofffreisetzungsrate gleichzeitig dra
stisch zu reduzieren. Randbedingung für diese Aufgabenstellung
ist jedoch den Stand der Konditionierungs- und Behältertechnik
möglichst wenig zu verändern, d.h. von den technischen Bege
benheiten der Endlagerung möglichst weitgehendst Gebrauch zu
machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorligende Erfindung
an einer Vorrichtung der eingangsbeschriebenen Art vor, daß in
eine Durchlaßöffnung der Wandung des Behälters oder seines
Deckels ein Katalysator zur Oxidation von Wasserstoff mit Sau
erstoff aus der Luft zu Wasser bei Lagertemperatur mit einer
vorbestimmten Durchsatzrate vom Behälterinnenraum nach außen
eingebracht ist. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung dieser
Katalysatoranordnung ist aus den Merkmalen zu entnehmen, die
in den Merkmalen der Patentansprüche 2 und 3 angegeben sind.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol
genden anhand der Figur näher erläutert:
Gemäß der Figur besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus
einem napfförmigen Topf bzw. Behälter 1, der in eine Öffnung 2
der Behälterwandung, dem Deckel 3 eines Endlagerfasses für ra
dioaktive Abfälle eingesetzt ist. Zweckmäßigerweise ist dazu
an die Öffnung 2 von innen her ein Gewindering 4 angeschweißt,
in den der Topf 1 von außen her mittels seines Außengewindes 5
eingeschraubt ist. Die Abdichtung der Fläche zwischen Topf 1
und Deckel 3 erfolgt durch die dazwischenliegende Dichtung 6.
Der Innenraum des Topfes 1, in den der Katalysator bzw. eine
Katalysatorpackung 7 eingesetzt ist, weist eine Verbindungs
öffnung 8 zum Faßinnenraum 9 auf, in welche eine gasdurchläs
sige Sintermetallkerze 10 eingesetzt ist. Zu dem Außenraum 12
hin ist der Katalysator 7 durch ein Drahtnetz, eine wasser
dampfdurchlässige Platte 11 oder einen Sintermetalldeckel ge
deckt.
Diese Konstruktion ermöglicht nun das Entweichen von Gasen aus
dem Behälter bzw. aus dem dargestellten Abfallfaß. Der im Be
hälter gebildete Wasserstoff wird nun durch die Öffnung 8 und
die Sintermetallkerze 10 über den Katalysator 7 geleitet, an
welchem der Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Außenluft bei
Umgebungstemperatur zu Wasser oxidiert wird. Verwendung als
Katalysator finden Systeme wie Edelmetalle auf inertem Träger,
z.B. Palladium auf Aluminiumoxyd Verwendung. Bei Versuchen hat
sich dabei ein Palladiumkatalysator mit 0,5 Gewichtsprozent
Palladium auf einer Al2O3-Trägermatrix (Katalysator E 221 P/D-
0,5% PD) als geeignet erwiesen.
Durch die Oxidation außerhalb des Behälters wird nun das Oxi
dationsprodukt des Wasserstoffs d.h Wasser, von einer erneu
ten Reaktion ausgeschlossen. Der Katalysator in Verbindung mit
dem ohnehin vorhandenen Sauerstoff in der Luft vermeidet die
Zugabe von teuren Oxidationsmitteln, die sich im übrigen
leicht durch Reaktion mit anderen Komponenten verbrauchen kön
nen und damit nicht mehr für die H2-Oxidation verfügbar wären.
Die neue Vorrichtung kann leicht in bestehende bzw. vorhandene
Container- und Faßsysteme integriert werden, was insbesondere
durch ihre kompakte Bauweise begünstigt wird.
Bezugszeichenliste
1 Topf
2 Öffnung
3 Faßdeckel
4 Gewindering
5 Außengewinde
6 Dichtung
7 Katalysatorpackung
8 Verbindungsöffnung
9 Faßinnenraum
10 Sintermetallkerze
11 durchlässige Platte
12 Außenraum
2 Öffnung
3 Faßdeckel
4 Gewindering
5 Außengewinde
6 Dichtung
7 Katalysatorpackung
8 Verbindungsöffnung
9 Faßinnenraum
10 Sintermetallkerze
11 durchlässige Platte
12 Außenraum
Claims (3)
1. Vorrichtung an Behältern mit radioaktiven Abfällen zur Re
duktion des Innendrucks durch in den Abfällen enstehenden
Wasserstoff und zur Reduktion der Wasserstofffreisetzung
aus dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß in einer
Durchlaßöffnung der Wandung des Behälters oder seines
Deckels ein Katalysator zur Oxidation von Wasserstoff mit
Sauerstoff zu Wasser bei Lagertemperatur mit einer vorbe
stimmten Durchsatzrate vom Behälterinnenraum nach außen
eingebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die fol
genden Merkmale:
- a) Der Katalysatorpack (7) sitzt in einem, von außen abge dichteten Öffnung 2 des Behälterdeckels ein- oder ange schraubten napfförmigen Topf (1),
- b) der dem Behälterinnenraum (9) zugewendete Boden des Topfes (1) weist eine Durchlaßöffnung (8) auf,
- c) in die Durchlaßöffnung (8) ist eine gasdurchlässige Sin termetallkerze (10) eingesetzt,
- d) der Katalysatorpack (7) ist an der, der Sintermetall kerze (10) gegenüberliegenden Seite in dem Topf (1) mit tels eines Drahtnetzes oder einer wasserdampfdurchlässi gen Sintermetallplatte (11) abgedeckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
Palladium-Katalysator mit 0,5 Gewichtsprozent PD auf einer
Al2O3-Trägermatrix.
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