ES2684540A1 - Procedimiento de gasificación "In situ" mediante pirolisis y foto-oxidación catalítica de residuos radiactivos de baja actividad (RBBA) procedente de la industria nuclear - Google Patents

Abstract

Procedimiento de gasificación "in-situ" mediante pirolisis y foto-oxidación catalítica de residuos radiactivos de baja actividad (RBBA) procedentes de la industria nuclear, que comprende: la fragmentación y trituración de los residuos radiactivos; la gasificación de los residuos triturados mediante un proceso de pirolisis con la producción de un gas de síntesis (syngas); la recuperación de los aceites presentes en el efluente gaseoso mediante el enfriado y posterior lavado del syngas y la concentración de los aceites recuperados mediante evaporación al vacío; la foto-oxidación de los compuestos orgánicos presentes en el syngas mediante un proceso de foto-oxidación: la conversión del H2 CH4 y CO presentes en el efluente gaseoso en CO2 y H2O mediante un proceso de oxidación catalítica; y la purificación de la corriente gaseosa mediante una filtración con carbón activo.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de gasificación «in-situ» mediante pirólisis y foto-oxidación catalítica de residuos radiactivos de baja actividad (RBBA) procedentes de la industria nuclear.

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Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es un procedimiento de gasificación de residuos radiactivos de baja actividad para obtener una reducción de volumen y peso. Este proceso podrá reducir estos tipos de residuos (RBBA) en más del 80% en volumen y más del 60% en peso. Este 10 proceso cumple los requisitos técnicos para poder realizarse in-situ es decir en las propias centrales nucleares, centros de manipulación de material radioactivo o fábricas de combustible nuclear. Evitando así los costos de transporte y gestión a centros de almacenamientos de residuos radioactivos.

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Campo de aplicación de la invención

Esta invención es aplicable para el tratamiento de residuos radiactivos de baja actividad, esencialmente incluye los residuos relacionados con operaciones de manipulación y mantenimiento, como por ejemplo: indumentaria de trabajo, calzado de seguridad, filtros 20 usados, productos desechables como guantes, máscaras, tejidos, trapos, paletas de madera, plásticos y embalajes, etc., es decir todo material generalmente combustible y/o de origen orgánico proveniente de la manipulación y procesos en la industria nuclear y componentes radioactivos.

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Estado de la técnica

Uno de los aspectos más delicados de la actividad nuclear es la generación de residuos radiactivos procedentes de este tipo de industria.

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En España, por ejemplo, fundamentalmente se genera residuos de baja y media actividad (aproximadamente una cantidad de 95%), estos provienen de la actividad nuclear, pero también muchos se generan en hospitales, centros de investigación o ciertas actividades industriales. Su gestión comienza en el propio centro con su acondicionamiento para el traslado a centros de almacenamientos y disposición especializados. Para el confinamiento adecuado 35 de estos residuos radiactivos, se interponen barreras naturales y de ingeniería, de forma que se aíslan completamente los materiales contaminados durante el tiempo que necesiten para que desaparezca su actividad radioactiva.

Otro proceso utilizado es el traslado de estos residuos radiactivos a plantas de incineración. La 40 Incineración es un proceso de combustión en presencia de oxígeno, en el cual se pueden generar gases tóxicos (NOx, SOx, Dioxinas, Furanos) los cuales deben ser tratados con un gran costo de mantenimiento y sin garantía de no exceder los límites de emisiones.

Para reducir la cantidad de desechos para el almacenamiento provisional y minimizar los 45 costos de evacuación, todos los países aplican o tienen previsto aplicar medidas para reducir el volumen de desechos generados, cuando sea posible. La reducción de volumen es particularmente interesante para desechos de actividad baja que son en general de gran volumen pero de baja radiactividad.

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Uno de los objetivos esenciales de este nuevo proceso es reducir al máximo posible los volúmenes de desechos que han de almacenarse o evacuarse, es decir, concentrar al máximo posible la radiactividad contenida en los desechos.

La experiencia ha demostrado que entre el 50% y el 80% de los desechos radioactivos sólidos producidos en centrales nucleares y fábricas de producción de combustible nuclear pueden clasificarse como desechos combustibles.

Esta invención presenta una mejora sustancial desde varios puntos de vista con respecto a la 5 compactación / gestión y a la incineración. Puede lograrse una reducción muy elevada de volumen hasta el 80% y hasta un 60% en masa. El producto final es una ceniza homogénea inerte que puede embalarse en contenedores para su evacuación, y una corriente gaseosa que es purificada para su posterior emisión a la atmósfera cumpliendo con las normas ambientales correspondientes. 10

El motivo de esta patente no es reivindicar los procesos de pirólisis, foto-oxidación y la oxidación catalítica que son de dominio público, sino se centra en el aprovechamiento de estas tres tecnologías juntas, optimizándolas para su aplicación a la reducción en volumen, y en peso de los residuos radiactivos de baja actividad. 15

El solicitante de la presente invención desconoce la existencia de antecedentes que permitan realizar la reducción de este tipo de residuos reactivos mediante estas tres tecnologías juntas.

El creciente costo de la evacuación de desechos radiactivos proporciona un incentivo para 20 adoptar procedimientos encaminados a minimizar las cantidades de desechos y a desarrollar nuevas tecnologías para minimizar los volúmenes en la del acondicionamiento de este tipo de residuos.

Descripción de la invención 25

El proceso se inicia, con un acondicionamiento de los residuos sólidos mezclados, previo a la gasificación, se utilizan el corte, la fragmentación y la trituración para reducir el tamaño físico de los diversos elementos de desecho. El papel, los plásticos, la ropa, el cartón, la madera, etc. se fragmentan en pequeñas piezas menores a 10 mm. 30

Estas piezas ya trituradas se introducen en un reactor optimizado de pirólisis en las que se aplica energía térmica, ya sea mediante sistemas eléctricos (resistencias eléctricas, inducción, etc.) o con combustión de gas (gas natural, butano, propano, syngas, etc.), para alcanzar la temperatura idónea y nitrógeno para inertizar el proceso. Este proceso se realizará a 35 temperaturas entre 500 - 700°C y en ausencia de O2. Los enlaces de las moléculas de los residuos presentes en la cámara pirolítica se romperán, formando átomos y compuestos de cadenas de carbono cortas.

Los productos de este proceso son un gas de síntesis (syngas) y una fracción sólida rica en 40 carbono (ceniza inerte) que contendrá también las partículas radioactivas y aquella fracción solida no gasificable (metales, inertes, etc.).

El syngas estará compuesto principalmente por los gases de hidrógeno (H2), en una proporción del 10% - 40%, en función de la composición total. En menor proporción se obtendrán también: 45 metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10), pentano (C5H12), amoníaco (NH3), oxígeno (O2), monóxido y dióxido de carbono (CO, CO2), además de aceites ligeros (mezclas de benceno (C6H6), tolueno (C7H8), xileno (C8H10) y otros).

La composición del syngas producido por la pirólisis de los residuos sólidos, dependerá de las 50 condiciones del proceso como son la temperatura de operación, la velocidad del calentamiento y principalmente de la composición de los desechos de alimentación.

La ceniza formada, es retirada del proceso para su respectivo almacenamiento y gestión.

El syngas producido es enviado a un enfriador rápido de gases o “quench” donde será enfriado a una temperatura comprendida entre 20°C y 45°C y posteriormente lavado con agua por medio de un “scrubber”, esto con el objetivo de eliminar los compuestos bituminosos presentes en la corriente gaseosa. La purga del agua de lavado scrubber se tratara mediante un evaporador al vacío, para minimizar el volumen de este residuo que podrá ser mezclado con 5 las cenizas y gestionado externamente.

Para evitar riesgos en la purificación del syngas, por su elevado contenido en hidrogeno, este es diluido con aire ambiente en una proporción de 1/100 hasta 1/400, esto con el fin de disminuir la concentración total de H2 (<1%), y es dirigido a un proceso de purificación que 10 utiliza dos tecnologías de oxidación, una en fase gas (foto-oxidación) y la otra en fase catalítica (oxidación-catalítica).

En la foto-oxidación gaseosa, los compuestos orgánicos volátiles producidos como el CH4, C2H6, C3H8, etc. son reducidos gracias a la formación de radicales libres muy oxidantes como el 15 OH- y el O-. Estos radicales son capaces de oxidar la mayoría de los compuestos orgánicos, de lo que resultan varios subproductos y otros radicales oxidantes, ocasionando así una reacción en cadena hasta la oxidación completa del contaminante. Los radicales oxidantes se formarán en la presencia de aire y humedad existentes en el flujo gaseoso y la irradiación UV proveniente de lámparas de cuarzo (185 nm. y 254 nm.) presentes en el reactor de foto-20 oxidación.

Una vez purificado el gas de compuestos orgánicos y odorizantes, es dirigido a un segundo proceso, que es el de la oxidación catalítica. A una temperatura de 300°C a 400°C y gracias a la presencia de un catalizador (PdAl2O3), el H2 el CH4 y el CO restantes de la gasificación de 25 los residuos radiactivos se convierten en CO2 y H2O. Este proceso es exotérmico, por lo tanto, una vez alcanzada la temperatura de reacción será un proceso auto-térmico, evitando así el consumo de energía externa.

La corriente gaseosa así tratada pasará por una última etapa, que consiste en una batería de 30 filtración de los radio-nucleídos volátiles gaseosos que pudiesen todavía estar presentes. Esta batería de filtros a base de carbón activado, permite retener este tipo de compuestos, permitiendo que se produzca su desintegración radiactiva.

Descripción de las figuras 35

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: 40

- La figura 1 muestra un diagrama con las diferentes fases o etapas del procedimiento de gasificación de los residuos radiactivos de baja actividad.

Realización preferida de la invención 45

En la figura 1 se han representado esquemáticamente las fases del procedimiento descrito anteriormente, incluyendo:

a) El corte, la fragmentación y la trituración de los residuos radiactivos de baja actividad 50 hasta alcanzar una mezcla de residuos radioactivos de un tamaño igual o inferior a 10 mm.

b) La gasificación de los residuos radiactivos mediante un proceso de pirolisis a una temperatura comprendida entre 500°C y 700°C, con la producción de un gas de síntesis (syngas).

c) La recuperación de los aceites presentes en el efluente gaseoso, mediante el enfriado 5 rápido a una temperatura de 20°C a 45°C y posterior lavado del syngas producido en la pirolisis con el fin de eliminar los hidrocarburos bituminosos presentes en la corriente gaseosa a la salida del enfriamiento; y la concentración de los aceites recuperados mediante evaporación al vacío.

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d) La foto-oxidación de los compuestos orgánicos y odorantes presentes en el syngas mediante un proceso de foto-oxidación en un reactor con irradiación ultravioleta gracias a la presencia de los radicales formados en dicho el reactor ultra-violeta.

e) La conversión del 100% del H2, CH4 y CO presentes en el efluente gaseoso en CO2 y 15 H2O mediante un proceso de oxidación catalítica.

f) La purificación de la comente gaseosa mediante una filtración con carbón activo, antes de ser enviada a la atmósfera, evitando cualquier emisión de compuestos radiactivos volátiles. 20

El componente principal en el proceso de gasificación de los residuos radiactivos mediante pirolisis, es un reactor pirolítico que consta de una cámara con calefacción externa, hermética y revestida con un envoltorio aislante térmicamente.

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Esta cámara gira lentamente y alcanza una temperatura comprendida entre los mencionados 500°C y 700°C; contando dicha cámara con una pequeña inclinación en el sentido de alimentación hacia la descarga.

En el proceso de oxidación catalítica se utiliza un catalizador, por ejemplo PdAI2O3, que 30 presenta una alta selectividad para la eliminación del H2.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, se hace constar a los efectos oportunos que en la misma se pueden introducir los cambios que se consideren oportunos, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la 35 invención que se reivindican a continuación.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento de gasificación «in-situ» mediante pirólisis y foto-oxidación catalítica de residuos radiactivos de baja actividad (RBBA) procedentes de la industria nuclear, caracterizado porque comprende: 5

   a) El corte, la fragmentación y la trituración de los residuos radiactivos de baja actividad hasta alcanzar una mezcla de residuos radioactivos de un tamaño igual o inferior a 10 mm.

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   b) La gasificación de los residuos radiactivos mediante un proceso de pirolisis a una temperatura comprendida entre 500°C y 700°C, con la producción de un gas de síntesis (syngas).

   c) La recuperación de los aceites presentes en el efluente gaseoso, mediante el enfriado a 15 una temperatura de 20°C a 45°C y posterior lavado del syngas producido en la pirolisis; y la concentración de los aceites recuperados mediante evaporación al vacío.

   d) La foto-oxidación de los compuestos orgánicos y odorantes presentes en el syngas mediante un proceso de foto-oxidación en un reactor con irradiación ultravioleta gracias 20 a la presencia de los radicales formados en dicho reactor ultra-violeta.

   e) La conversión del 100% del H2 CH4 y CO presentes en el efluente gaseoso en CO2 y H2O mediante un proceso de oxidación catalítica.

   25

   f) La purificación de la corriente gaseosa mediante una filtración con carbón activo, antes de ser enviada a la atmósfera, evitando cualquier emisión de compuestos radiactivos volátiles.