FR2859042A1 - Procede et installation de traitement de metaux alcalins charges en tritium ou de composants souilles par des metaux alcalins charges en tritium - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium ou de composants souillés par des métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium selon lequel on fait réagir le métal alcalin avec de l'eau liquide ou de la vapeur d'eau, de manière à obtenir de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié, caractérisé en ce qu'on soumet dans un recombineur (2) ledit hydrogène et ledit hydrogène tritié à un traitement de recombinaison catalytique par ajout d'oxygène de manière à obtenir de l'eau et de l'eau tritiée, et en ce qu'on traite ladite eau et ladite eau tritiée de manière à ne pas les rejeter dans l'environnement.L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Description

L'invention concerne le domaine du piégeage du tritium contenu dans des

effluents gazeux, issus par exemple du traitement de composants de centrales nucléaires ayant été au contact d'un métal alcalin actif tel que du sodium.

Lors du démantèlement de composants de réacteurs nucléaires ayant été au contact de sodium, notamment de composants de réacteurs à neutrons rapides (RNR), les composants tels que notamment les pompes, les échangeurs thermiques, les pièges froids, les circuits et les tuyauteries, sont préalablement vidangés du sodium qu'ils renferment. Mais il reste toujours à leur contact du sodium résiduel sous forme de films ou de rétentions. Comme le sodium est chimiquement très actif, il est indispensable d'en débarrasser totalement les composants par une opération de lavage.

Ce lavage est généralement effectué à l'eau, selon la réaction: Na + H2O + NaOH +'/2 H2 T + chaleur (140 kJ/mole de Na) De la même façon, lors du démantèlement d'un réacteur à neutrons rapides, on récupère des masses de sodium qu'il faut détruire au moyen de cette même réaction chimique. On utilise à cet effet de l'eau liquide placée dans un réacteur, au sein de laquelle on injecte le sodium en petites quantités.

Cette réaction est violente et dégage de l'hydrogène, d'où un risque d'inflammation, voire d'explosion. Il faut donc la réaliser de façon contrôlée. Pour le traitement de matériaux souillés par du sodium, cela est effectué en balayant le composant par un gaz neutre, tel que de l'azote, humidifié au préalable (chargé en vapeur d'eau). De cette façon, on minimise la quantité d'eau arrivant à un moment donné sur le sodium, d'où un faible dégagement d'hydrogène. De plus, ce faible dégagement d'hydrogène se dilue dans une atmosphère neutre, ce qui permet de maîtriser les risques liés à ce gaz. Pour la destruction du sodium en masse, on injecte un faible débit de sodium dans un important volume d'eau. Ici c'est donc l'eau qui se trouve en excès par rapport au sodium, alors que c'est l'inverse dans le cas du traitement par la vapeur d'eau de composants souillés par du sodium.

Le sodium contient du tritium, que l'on retrouve en large part dans les effluents gazeux issus de l'opération de lavage. Ces effluents gazeux se composent: - dans le cas du traitement de composants, du gaz neutre (azote généralement), d'hydrogène, d'hydrogène tritié et de la vapeur d'eau qui n'a pas réagi avec le sodium; - dans le cas de la destruction du sodium, d'hydrogène et d'hydrogène tritié.

Parfois, dans le composant, il ne reste pas que du sodium, mais également de l'hydrure de sodium NaH. Cet hydrure est également détruit par l'eau selon NaH + H2O --> NaOH + H2 NaH est un produit très tritié : l'atome H est souvent remplacé par T. Le même problème se pose pour la destruction d'autres métaux alcalins, tels que le potassium, de leurs alliages (par exemple l'alliage Na-K) et de leurs hydrures et oxydes.

Le tritium étant un composé radioactif, il est important de le récupérer d'une façon aussi complète que possible à l'issue de la destruction du métal alcalin.

Le but de l'invention est de proposer un procédé de destruction de métaux alcalins chargés en tritium et de traitement de composants souillés par des métaux alcalins chargés en tritium conduisant à minimiser autant que possible les rejets de tritium hors de l'installation de traitement.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium ou de composants souillés par des métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium selon lequel on fait réagir le métal alcalin avec de l'eau liquide ou de la vapeur d'eau, de manière à obtenir de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié, caractérisé en ce qu'on soumet dans un recombineur ledit hydrogène et ledit hydrogène tritié à un traitement de recombinaison catalytique par ajout d'oxygène de manière à obtenir de l'eau et de l'eau tritiée, et en ce qu'on traite ladite eau et ladite eau tritiée de manière à ne pas les rejeter dans l'environnement.

Selon une première variante de l'invention, on fait réagir les métaux alcalins avec de la vapeur d'eau mélangée à un gaz neutre.

Selon une seconde variante de l'invention, on fait réagir les métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et du CO2 mélangés à un gaz neutre et la réaction des métaux alcalins avec la vapeur d'eau et le 002 produit du carbonate desdits métaux et/ou du bicarbonate partiellement tritié desdits métaux.

Après la recombinaison catalytique, l'eau et l'eau tritiée d'une part, et le restant de l'effluent gazeux d'autre part peuvent être séparés dans des moyens de séparation.

Ladite séparation peut avoir lieu dans un condenseur où l'eau et l'eau tritiée sont condensées.

L'eau et l'eau tritiée recueillies en sortie des moyens de séparation peuvent être recyclées pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de l'eau liquide ou de la vapeur d'eau et éventuellement avec du CO2.

Le restant de l'effluent gazeux peut être également recyclé pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et éventuellement avec du 002.

On peut ajouter également de l'hydrogène lors de la recombinaison catalytique.

Après la recombinaison catalytique, l'eau, l'eau tritiée, le gaz neutre et le 002 en excès éventuel peuvent être recyclés pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et éventuellement du 002, sans séparation de l'eau et de l'eau tritiée du gaz neutre et du 002 en excès éventuel.

Le restant de l'effluent gazeux séparé pour l'essentiel de l'eau et de l'eau tritiée peut passer par un dessiccateur à desséchant régénérable, et le gaz de régénération chaud ayant traversé ledit dessiccateur peut être recyclé en amont desdits moyens de séparation.

Au moins une partie des gaz desséchés sortant du dessiccateur à desséchant régénérable peut être utilisée, après réchauffage éventuel, comme 30 gaz de régénération chaud dudit dessiccateur.

Le restant de l'effluent gazeux séparé pour l'essentiel de l'eau et de l'eau tritiée peut passer par un ensemble de dessiccateurs à desséchant régénérable et de moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée, tels que des condenseurs, disposés en cascade, le gaz chaud de régénération sortant de chaque dessiccateur étant envoyé dans lesdits moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée.

On peut ajouter de l'eau non tritiée aux gaz issus du recombineur, en amont desdits moyens de séparation et/ou dans lesdits moyens de séparation.

On peut traiter les effluents tritiés liquides dans une installation de cimentation.

L'invention a également pour objet une installation pour le traitement des métaux alcalins tels que du sodium ou de composants souillés par des métaux alcalins, lesdits métaux alcalins contenant du tritium, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un réacteur, pour exécuter ledit traitement par destruction desdits métaux alcalins au moyen d'eau liquide ou de vapeur d'eau mélangée à un gaz neutre; - des moyens pour extraire dudit réacteur les produits gazeux contenant de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié qui y sont présents; - un recombineur catalytique et des moyens pour y introduire lesdits produits gazeux extraits du réacteur et de l'oxygène pour former de l'eau et de l'eau tritiée à partir de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié contenu dans lesdits produits gazeux.

L'installation peut comporter également des moyens d'introduction de CO2 dans ledit réacteur.

Elle peut comporter également en aval du recombineur des moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée des autres composés extraits du recombineur, de sorte que lesdits autres composés ne contiennent plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée.

Lesdits moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée peuvent être constitués par un condenseur.

Elle peut comporter également des moyens pour recycler en amont du réacteur les composés extraits du recombineur.

Elle peut comporter également des moyens pour recycler en amont du réacteur l'eau et l'eau tritiée issues desdits moyens de séparation.

Elle peut comporter également des moyens pour recycler en amont du réacteur les composés issus desdits moyens de séparation autres que l'eau et l'eau tritiée séparées.

Elle peut comporter également des moyens pour introduire de l'hydrogène dans le reçombineur.

Elle peut comporter également un dessiccateur à desséchant régénérable, des moyens pour y introduire les composés autres que l'eau et l'eau tritiée extraits des moyens de séparation et ne contenant plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée, et des moyens pour recycler en amont desdits moyens de séparation les gaz de régénération chargés en eau et en eau tritiée sortant du dessiccateur.

Elle peut comporter également des moyens pour recycler en tant que gaz de régénération du dessiccateur tout ou partie des gaz ayant traversé le dessiccateur.

Elle peut comporter également, pour traiter les composés autres que l'eau et l'eau tritiée issus des moyens de séparation et ne contenant plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée, un ensemble de dessiccateurs à desséchant régénérable et de moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée disposés en cascade, les gaz de régénération sortant des dessiccateurs étant introduits dans les moyens de séparation.

Elle peut comporter également des moyens d'introduction d'eau non tritiée en amont des moyens de séparation ou dans lesdits moyens de séparation.

Elle peut comporter des moyens pour extraire dudit réacteur les produits liquides issus de la réaction des métaux alcalins avec l'eau ou la vapeur d'eau et le CO2 éventuel.

Elle peut comporter également une installation de cimentation traitant les effluents liquides tritiés issus dudit réacteur et/ou desdits moyens de séparation.

Ledit réacteur peut être constitué par lesdits composants souillés par des métaux alcalins eux-mêmes.

Comme on l'aura compris, le principal aspect de l'invention consiste à appliquer aux effluents gazeux, issus de l'opération de destruction du sodium (ou d'un autre métal alcalin) et de ses composés (hydrure, oxyde, alliage Na-K) par de l'eau, un traitement de recombinaison catalytique.

De cette façon, on recueille un effluent gazeux contenant de la vapeur d'eau et de la vapeur d'eau tritiée. Celles-ci sont ensuite extraites de l'effluent gazeux qui peut ainsi être rejeté sans danger pour l'environnement. L'eau et l'eau tritiée sont stockées ou elles-mêmes traitées, notamment par dilution puis rejet ou par électrolyse.

Selon un des aspects de l'invention, l'eau et l'eau tritiée obtenues peuvent avantageusement être recyclées, à l'état gazeux ou liquide, pour participer elles-mêmes à la destruction du sodium. Dans ce cas, on peut éventuellement se passer d'une séparation de la vapeur d'eau du restant de l'effluent gazeux en recyclant l'ensemble des effluents.

Selon un autre aspect de l'invention, l'extraction de la vapeur d'eau et de la vapeur d'eau tritiée de l'effluent gazeux peut être réalisée à l'aide d'un condenseur et d'un dessiccateur à déssécheur régénérable.

Selon un autre aspect de l'invention, on peut réaliser un apport additionnel de vapeur d'eau en amont de l'opération d'extraction ou lors de cette extraction, de manière à diluer le tritium dans de l'eau non tritiée. En procédant ainsi, on exploite de façon optimisée la capacité de l'installation d'extraction de la vapeur d'eau, ce qui lui permet de récupérer davantage de tritium.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes: - la figure 1 qui schématise les différentes étapes du procédé selon l'invention, appliqué à la destruction du sodium par de l'azote humide; - la figure 2 qui schématise les différentes étapes du procédé selon l'invention, appliqué à la destruction du sodium par carbonatation; - la figure 3 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle l'eau et l'eau tritiée recueillies sont recyclées pour participer à la destruction du sodium en masse par immersion dans de l'eau liquide; - la figure 4 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle l'eau, l'eau tritiée et les gaz recueillis en sortie du condenseur sont recyclés pour participer à la destruction du sodium par carbonatation; - la figure 5 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle l'eau, l'eau tritiée et les gaz recueillis en sortie du recombineur sont recyclés pour participer à la destruction du sodium par carbonatation, sans passer par un condenseur; - la figure 6 qui rappelle le principe de fonctionnement d'un dessiccateur à desséchant régénérable du type à roue de sorption; - la figure 7 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle le condenseur est couplé à un dessiccateur à desséchant régénérable, - la figure 8 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle on utilise un ensemble de condenseurs et de dessiccateurs à desséchant régénérable disposés en cascade; - la figure 9 qui schématise une variante du procédé selon l'invention dans laquelle on réalise une addition d'eau non tritiée en amont du condenseur.

II doit être entendu que dans la suite de la description, le terme sodium désigne non seulement le sodium pur, mais aussi ses composés (hydrure, Na-K...) et les autres métaux alcalins auxquels l'invention peut s'appliquer.

Le procédé selon l'invention, dont une variante de la succession d'opérations est schématisée sur la figure 1, débute par une opération de traitement du sodium réalisée dans un réacteur 1.

II doit être compris que ce réacteur 1 peut être un récipient spécialement dédié à l'exécution de la réaction. Mais dans le cas du traitement de composants constitués par des corps creux dans lesquels du sodium a circulé et subsiste de manière résiduelle (par exemple une tuyauterie, ou un piège froid), le réacteur 1 peut être constitué par ces corps creux eux-mêmes, dans lesquels on fait passer les réactifs.

Dans ce réacteur 1, on introduit d'une part les composants souillés par le sodium que l'on désire nettoyer, et d'autre part un gaz humide, par exemple un mélange azote-vapeur d'eau contenant quelques % en volume de vapeur d'eau. On réalise ainsi la réaction Na+H2O-+NaOH +Y2 H2 dans laquelle certains atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de tritium qui se trouvaient dans le sodium, de sorte que l'on se retrouve en sortie de réacteur avec un gaz contenant non seulement de l'hydrogène H2, mais aussi du HT, voire du T2, en plus de l'azote et de la vapeur d'eau qui n'ont pas régi, alors que la soude, qui elle aussi est tritiée, est éventuellement évacuée du réacteur sous forme d'eau sodée pouvant être utilisée par la suite dans le processus de cimentation dont il sera question plus loin.

Les gaz et vapeurs sortant du réacteur 1 pénètrent ensuite dans un recombineur catalytique 2 où ils sont mélangés à de l'oxygène ou à de l'air pour exécuter la réaction H2 + '/202 > H2O ou HT + '/2 02 -* HTO ou T2 +O2 -* T2O Le recombineur catalytique 2 contient un catalyseur qui permet de réaliser ces réactions alors même que les conditions de leur déclenchement spontané ne sont pas réunies, par exemple lorsque la concentration volumique en hydrogène est inférieure à 4%. Le gaz à traiter passe à travers ce catalyseur, qui est généralement du palladium déposé sur des feuilles, des plaques ou des pastilles d'alumine qui sont léchées par le gaz.

Le recombineur 2 proprement dit doit être précédé très préférentiellement par une chambre de mélange où a lieu l'injection d'oxygène ou d'air dans le gaz à traiter, de manière à obtenir un mélange homogène.

Eventuellement, un préchauffeur assure un préchauffage du mélange avant son entrée dans le recombineur 2 proprement dit. Celui-ci peut aussi être équipé d'un dispositif de préchauffage permettant de le porter à plus de 100 C par exemple, pour rendre le catalyseur actif si nécessaire. Enfin, un dévésiculeur peut assurer une séparation des particules liquides du courant gazeux avant l'entrée dans le recombineur 2. D'autres prétraitements de ce courant gazeux avant son entrée dans le recombineur 2 peuvent être à prévoir.

A l'intérieur du recombineur 2, la circulation des gaz peut se faire par convection forcée, à laquelle peut s'ajouter une part de convection naturelle lorsque la circulation s'effectue du bas vers le haut, du fait de l'échauffement du gaz consécutif à la réaction catalysée. La circulation peut aussi s'effectuer purement par convection naturelle, de bas en haut.

Des dispositifs de protection contre les surpressions permettent d'éviter une explosion du recombineur 2 lorsqu'une quantité d'hydrogène et d'oxygène plus importante que prévu est recombinée d'une manière incontrôlée, entraînant une montée en température et en pression dans le recombineur 2. La température du gaz est avantageusement contrôlée tout au long de leur cheminement dans le recombineur 2.

L'installation peut être équipée d'un seul recombineur 2 ou de plusieurs tels recombineurs 2 disposés en série et séparés par des refroidisseurs ramenant les gaz issus d'un recombineur 2 à une température adaptée à une bonne exécution de la recombinaison dans l'ensemble mélangeur-recombineur 2 suivant.

A la sortie du recombineur 2, l'effluent gazeux composé d'azote, d'eau et d'eau tritiée pénètre dans un condenseur 3, où l'azote d'une part et l'eau et l'eau tritiée d'autre part sont séparés. L'azote sec peut être rejeté à l'atmosphère, car il ne renferme plus que des résidus de vapeur d'eau tritiée. Le condensat d'eau et d'eau tritiée peut être stocké ou traité. Il peut être traité dans une installation de cimentation 4 pour participer à la formation d'un béton dont l'activité en tritium sera acceptable.

En variante, l'eau et l'eau tritiée peuvent être séparées de l'azote dans un appareil qui serait différent d'un condenseur, par exemple un tamis moléculaire.

Une variante du procédé, représentée sur la fig.2, consiste à ajouter du 002 à l'azote et à la vapeur d'eau injectés dans le réacteur 1. Typiquement, la teneur en vapeur d'eau est de quelques % en volume (2% par exemple), la teneur en CO2 de quelques dizaines de % en volume (20% par exemple), l'azote représentant le solde du mélange gazeux. De cette façon, le sodium se retrouve sous forme de carbonate et/ou de bicarbonate, une partie de ce dernier étant sous sa forme tritiée NaTCO3. Ces composés peuvent ensuite être lavés à l'eau, l'eau de lavage pouvant être ensuite dirigée sur l'installation de cimentation 4. Notons que dans cette variante, l'eau tritiée recueillie en sortie du condenseur 3 ne peut être toujours elle-même utilisée dans l'installation de cimentation 4, car cela pourrait conduire à une teneur en tritium du béton trop élevée.

Les proportions respectives du carbonate et de bicarbonate dépendent des conditions de température et de la composition des gaz de carbonatation, notamment.

Selon une variante de l'invention, il est proposé de recycler tout ou partie des effluents obtenus à la suite de l'opération de séparation de la vapeur d'eau dans le condenseur 3 (ou tout appareil de fonction équivalente), de manière à les faire participer à l'opération d'hydroxydation ou de carbonatation du sodium dans le réacteur 1.

En effet, dans le cas où on réalise la destruction du sodium par production en final de soude (hydroxydation) dans le réacteur 1, cette réaction 20 s'écrit: Na + H2O -> NaOH + 1/2 H2T Puis, dans le recombineur 2, se produit la réaction 1/2 H2+Y402-1/2H2O On voit qu'à lui seul le recombineur 2 est en mesure de fournir, à partir de l'hydrogène produit dans le réacteur 1, la moitié de l'eau (liquide ou vapeur) qui, en régime permanent, serait nécessaire à la destruction du sodium (en dehors de la quantité d'eau nécessaire pour initier le fonctionnement de l'installation).

Utiliser cette eau pour obtenir la réaction globale Na +1/2 H20 + 1/4 02 -> NaOH permet d'économiser de l'eau et de conserver le tritium dans l'installation sans le rejeter à l'extérieur de manière continue. La figure 3 montre un schéma d'une 2859042 11 installation adaptée à la destruction du sodium par injection dans un réacteur 5 renfermant de l'eau (les éléments communs avec ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références). L'eau issue du condenseur 3 et la solution aqueuse de soude issue du réacteur 5 sont toutes deux renvoyées en amont du réacteur 5 pour participer à son alimentation en eau. Une conséquence en est que l'eau sodée résultant de la destruction du sodium renferme du tritium, en fait la majeure partie de cet élément. En parallèle, une petite partie de cette eau sodée est, en continu, dirigée vers l'installation de cimentation 4. On peut jouer sur la petite quantité d'eau non tritiée introduite dans le réacteur 5 pour maintenir en permanence une concentration de soude adéquate dans l'eau sodée envoyée à l'installation de cimentation 4.

Dans le cas où on réalise la destruction du sodium par carbonatation dans le réacteur 1, la formation de carbonate de sodium s'écrit: 2Na + CO2 + H2O -* Nat CO3 + H21' Puis dans le recombineur 2 se produit la réaction H2 + 1A 02 -> H2O A lui seul, le recombineur est en mesure de fournir la totalité de l'eau qui, en régime permanent, est utile à la formation du carbonate de sodium.

De même, la formation du bicarbonate de sodium dans le réacteur 1 s'écrit: Na + H2O + CO2 -> NaHCO3 +'/2 H21' Et dans le recombineur 2: /2 H2 + 1/4 02 -> '/2 H2O Le recombineur peut donc fournir, en régime permanent, la moitié de l'eau nécessaire à la production de bicarbonate de sodium.

Dans ce cas également, il est avantageux de recycler l'eau produite dans le condenseur 3 en amont du réacteur 1.

La figure 4 montre un schéma de l'installation de la figure 2 modifiée à cet effet (les éléments communs sont désignés par les mêmes références). On voit qu'avant de pénétrer dans le réacteur 1 de carbonatation du sodium, l'azote, le CO2 et l'eau apportés à l'installation passent par une armoire de carbonatation 6 servant à élaborer le mélange gazeux assurant la destruction du sodium où ils sont mélangés d'une part aux gaz sortant du condenseur 3 (N2, CO2 et résidus d'eau et d'eau tritiée), et d'autre part à l'eau et à l'eau tritiée liquides sortant du condenseur 3.

Dans cet exemple de mise en oeuvre de l'invention, on supprime tous les rejets autres que les carbonate et bicarbonate de sodium, la majeure partie du tritium se retrouvant dans le bicarbonate. Ceux-ci peuvent être éliminés des composants par lavage de ceux-ci à l'eau, l'eau de lavage pouvant ensuite être utilisée dans l'installation de cimentation 4. En variante, on pourrait ne recycler que l'eau et l'eau tritiée sortant du condenseur 3, et laisser s'échapper à l'atmosphère les effluents gazeux s'il s'avère notamment que les traces de tritium qu'ils contiennent sont négligeables.

En variante, on peut utiliser une installation du type de celle de la figure 5. Par rapport à la précédente, elle se distingue par la suppression du condenseur 3: les effluents gazeux (N2, CO2, vapeur d'eau et d'eau tritiée) sortant du recombineur 2 sont directement transmis à l'armoire de carbonatation 6. Une autre différence avec les installations précédentes (mais qui peut leur être transposée) est que dans le recombineur, on injecte non seulement de l'oxygène mais aussi de l'hydrogène de façon à y former la quantité d'eau nécessaire à l'exécution de la carbonatation du sodium. On peut se passer ainsi d'un apport d'eau extérieur au niveau de l'armoire de carbonation 6. En particulier, l'eau nécessaire à l'initiation de la réaction de carbonatation peut être produite dans le recombineur 2.

II doit être entendu qu'aussi bien le fait de recycler les effluents sortant du recombineur 2 que le fait d'ajouter de l'hydrogène dans le recombineur 2 peuvent également être utilisés dans les procédés où le sodium est détruit par réaction avec de la vapeur d'eau seulement ou avec de l'eau liquide.

La variante de la figure 4, utilisant un condenseur et un apport d'eau extérieur, est plus aisée à piloter que l'installation de la figure 5, et utilise une armoire de carbonatation 6 de conception très classique dans laquelle on injecte d'une part un gaz à humidifier chargé en CO2 et d'autre part de l'eau liquide. Mais la variante de la figure 5, en supprimant le condenseur 3, permet de limiter les investissements en matériel.

Dans les installations qui viennent d'être décrites (à l'exception de celle de la figure 5), une pièce essentielle est constituée par le condenseur 3 qui permet de récupérer les vapeurs d'eau et d'eau tritiée sortant du recombineur catalytique 2, puisque ces vapeurs contiennent la quasi-totalité (cas de la destruction du sodium en masse à l'eau liquide) ou une partie importante (cas du lavage de composants par azote humide ou carbonatation) du tritium à récupérer. Il est donc important d'optimiser les performances de ce condenseur 3, d'autant plus lorsque la teneur en vapeur d'eau des gaz qui y entrent est faible, ce qui est un cas fréquent. En effet, le gaz de traitement jusqu'à l'entrée dans le recombineur 2 présente souvent à dessein une teneur en hydrogène faible, dans le but de limiter le risque hydrogène.

A cet effet, il est avantageux d'associer un condenseur 3 de type classique à un dessiccateur à desséchant régénérable, d'un type connu en lui-même, pour constituer les moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée des autres composés extraits du recombineur 2.

On rappelle qu'un dessiccateur à desséchant régénérable fonctionne selon le principe suivant. Le gaz humide à sécher passe à travers une couche de desséchant (du silicagel, par exemple). Lorsque cette couche a absorbé une certaine quantité d'humidité, elle est écartée du parcours du gaz à sécher de manière à ce qu'elle soit traversée par un gaz chaud de régénération à débit inférieur, qui ressort du desséchant en étant chargé en humidité après avoir restauré le desséchant dans son état initial. Parallèlement à cela, le gaz à sécher traverse une autre couche de desséchant préalablement régénérée pour assurer la continuité du procédé.

Un tel desséchant régénérable peut comprendre deux lits de desséchant totalement séparés utilisés en alternance, l'un étant alimenté en gaz à sécher pendant que l'autre est alimenté en gaz de régénération. II peut aussi être du type dit à roue de sorption schématisé sur la figure 6. Le silicagel ou tout autre desséchant est renfermé dans une roue de sorption 7 mise en rotation, par exemple au moyen d'un moteur 8 et d'une courroie 9. Le gaz humide à sécher 10 est amené sur une face de la roue 7 et traverse la roue 7 sous l'effet de moyens de pompage 11, et le courant de gaz 12 sortant de la roue 7 est donc sec. Simultanément, un courant de gaz de régénération GR 13 est amené sur l'autre face de la roue 7 après avoir traversé un réchauffeur 14. Cette amenée de gaz chaud (à 120-140 C, par exemple) n'est effectuée que sur un secteur limité de la roue 7, défini par des cloisons fixes 15, 16 disposées de part et d'autre de la roue 7. Sous l'effet de moyens de pompage 17, le gaz chaud traverse laroue 7 dans ledit secteur et le courant 18 qui en ressort est du gaz de régénération chargé de l'humidité extraite du desséchant qu'il a traversé, desséchant qui se trouve donc régénéré. La rotation de la roue 7 imprimée par le moteur 8 et la courroie 9 fait que chaque portion de desséchant est successivement traversée par du gaz à sécher puis par du gaz de régénération chaud pour la régénération du desséchant.

De tels dessiccateurs peuvent permettre d'obtenir des courants de gaz très bien séchés, avec des points de rosée pouvant aller jusqu'à - 40 C.

Différentes façons d'utiliser de tels dessiccateurs à desséchant 15 régénérable dans le cadre de l'invention peuvent être proposées.

Dans la variante représentée sur la figure 7, le condenseur 3 reçoit, comme exposé précédemment, un courant gazeux composé d'azote (sauf dans le cas de la destruction du sodium en masse par l'eau liquide, à moins que l'on n'ait injecté de l'air dans le recombineur 2), de CO2 résiduel (si on a procédé à une carbonatation du sodium), de vapeur d'eau et de vapeur d'eau tritiée. L'eau et l'eau tritiée sont condensées et extraites du condenseur 3, de sorte que le courant gazeux qui s'échappe du condenseur 3 ne comporte plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée. Pour éliminer encore davantage ces résidus, on envoie ce courant gazeux dans un dessiccateur à desséchant régénérable 19, et il en ressort un courant gazeux très bien séché. Simultanément, le dessiccateur 19 reçoit un courant de gaz de régénération GR chaud, qui ressort du dessiccateur 19 en ayant capté une part de l'eau et de l'eau tritiée piégées par le dessiccateur 19. Le gaz de régénération, ainsi que l'eau et l'eau tritiée qu'il renferme, sont injectés en amont du condenseur 3. En procédant ainsi, on réduit donc encore la quantité d'eau, donc d'eau tritiée, s'échappant de l'installation, du fait de la présence du dessiccateur 19.

II est également avantageux que, comme représenté par la flèche en pointillés 20, les gaz secs s'échappant du dessiccateur 20 soient, au moins en partie, utilisés après réchauffage éventuel comme gaz de régénération GR du dessiccateur 20.

Il est également possible, comme représenté sur la figure 8, d'utiliser plusieurs ensembles condenseur-dessiccateur à desséchant régénérables mis en cascade. Un premier condenseur 21 reçoit les gaz humides issus du recombineur catalytique 2. L'eau et l'eau tritiée condensées en sont extraites pour être stockées ou traitées de l'une des manières qui ont été précédemment indiquées, et les gaz ne contenant plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée sont extraits du premier condenseur 21 et envoyés dans un premier dessiccateur 22 où leur déshumidification poussée est effectuée. Les gaz déshumidifiés sont évacués à l'extérieur de l'installation. En parallèle, on injecte dans le premier dessiccateur 22 un gaz de régénération du desséchant GR. Il ressort du premier dessiccateur 22 chargé de l'eau et de l'eau tritiée piégées par le desséchant, et est injecté dans un deuxième condenseur 23. L'eau et l'eau tritiée condensées dans ce deuxième condenseur 23 en sont extraites pour être traitées, et les gaz sortant du deuxième condenseur 23 sont envoyés dans un deuxième dessiccateur 24, dans lequel ils perdent leur humidité résiduelle avant d'être évacués de l'installation. En parallèle, un gaz de régénération du desséchant GR est injecté dans le deuxième dessiccateur 24 et en ressort chargé de l'eau et de l'eau tritiée piégées par le desséchant, pour être injecté dans un troisième condenseur 25. L'eau et l'eau tritiée qui s'y condensent en sont extraites pour être traitées, et les gaz qui en sortent (essentiellement les gaz de régénération du deuxième dessiccateur 24) sont évacués de l'installation. II va de soi que l'on pourrait utiliser un ensemble comportant un nombre n de condenseurs différent de 3 et un nombre n-1 de dessiccateurs différent de 2. II serait également possible, ici aussi, d'utiliser comme gaz de régénération GR des dessiccateurs 22, 24 au moins une partie des gaz déshumidifiés issus de ces mêmes dessiccateurs 22, 24, préalablement éventuellement réchauffés. Enfin, les condenseurs 3, 21, 23, 25 pourraient être remplacés par tout autre type de moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée des autres composants de l'effluent à traiter.

Selon une autre variante de l'invention, on réalise une humidification complémentaire, par de l'eau non tritiée, des gaz issus du recombineur 2 avant et/ou pendant leur traitement par le système de séparation de la vapeur d'eau. Cette variante est schématisée sur la figure 9 au moyen de flèches 26, 27, dans le cas où cette humidification complémentaire est réalisée avant et/ou dans le condenseur 3, et est appliquée sur une installation qui est, par ailleurs, conforme à celle de la figure 1. Mais il doit être entendu qu'elle est aussi applicable aux autres exemples d'installations selon l'invention qui ont été décrits, à l'exception de la variante de la figure 5 où on n'utilise pas de condenseur. En particulier, elle est applicable au cas de la figure 8 où l'eau peut, par exemple, être ajoutée aux effluents gazeux entrants ou présents dans tous les condenseurs 21, 23, 25 ou seulement dans certains d'entre eux. Elle est également applicable si on utilise un appareil de séparation de l'eau et de l'eau tritiée des autres composants gazeux différents d'un condenseur.

Dans le cas où on utilise un ou des condenseurs 3, 21, 23 couplés à des dessiccateurs à desséchant régénérable 19, 22, 24, l'injection d'eau peut être effectuée entre le condenseur 3 et le dessiccateur 19, entre le condenseur 21 et le dessiccateur 22, entre le dessiccateur 22 et le condenseur 23, entre le condenseur 23 et le dessiccateur 24 et entre le dessiccateur 24 et le condenseur 25.

Cette méthode est en particulier applicable dans le cas où la teneur en humidité des gaz sortant du recombineur 2 est faible, de l'ordre de quelques % en volume, par exemple 1%. Cette faible teneur provient du fait que, pour bien maîtriser les risques représentés par l'hydrogène, il est souhaitable de maintenir la teneur en hydrogène présente dans l'installation en dessous de la limite inférieure d'inflammabilité dans l'air de l'hydrogène, avec une marge de sécurité. Cette limite est d'environ 4% en volume. La teneur en vapeur d'eau et en vapeur d'eau tritiée en sortie du recombineur 2 est donc faible elle aussi: elle est égale à la teneur en hydrogène du gaz entrant dans le recombineur 2, si ce gaz n'est pas déjà humide, si la recombinaison est totale et si le comburant est de l'oxygène pur.

Si on appelle Qm le débit massique d'eau dans l'effluent gazeux avant le condenseur 3, Qmf le débit massique d'eau résiduelle dans l'effluent gazeux sortant du condenseur 3 et A le débit d'activité du tritium (sous forme d'eau tritiée) de l'effluent gazeux: - le débit massique d'eau récupérée en sortie du condenseur 3 est égal àQm - Qmf; - le débit d'activité du tritium récupéré en sortie du condenseur 3 est Qm-Qmf A= (1-Qmf)A Qm Qm Si on appelle Qh le débit massique d'humidification complémentaire, le débit d'eau récupérée en sortie du condenseur 3 devient (Qm + Qh) - Qmf Le débit d'activité du tritium récupéré devient: Qm +(4)Qmf A = (1 - Qmf)A (Qm +Qh) (Qm +Qh) II est donc supérieur à ce qu'il est lorsqu'aucune humidification complémentaire n'est réalisée: on a donc une récupération du tritium dans le condensat supérieure à ce qu'elle est dans le cas où on ne pratique pas cette humidification supplémentaire.

Ce calcul suppose que le débit résiduel d'eau dans l'effluent gazeux sortant du condenseur n'est pas affecté par l'humidification supplémentaire, autrement dit que le condenseur 3 procure une hygrométrie sensiblement constante à l'effluent gazeux de sortie, quelle que soit la charge en humidité à l'entrée du condenseur 3. Cette supposition est valable lorsque les débits volumiques de gaz humides et leur teneur en eau se situent suffisamment en-dessous de la capacité de traitement nominale du condenseur 3, et que multiplier par 2 à 4 (par exemple) la quantité d'humidité présente dans les gaz entrants ou présents dans le condenseur 3 ne modifie pas radicalement le fonctionnement du condenseur.

Cette méthode présente l'inconvénient d'augmenter sensiblement la quantité d'eau liquide partiellement tritiée recueillie en aval du condenseur 3. Toutefois, si, comme c'est le cas lorsqu'on traite des composants issus du démantèlement de réacteurs à neutrons rapides tels que les pièges froids actifs des circuits sodium, les quantités d'eau mises en jeu sont petites et ont une activité tritium élevée, cette augmentation ne conduit pas à modifier radicalement le dimensionnement de l'installation. Le traitement d'un piège froid de grande capacité dégage environ une dizaine de kg d'hydrogène, donc une centaine de litres d'eau et d'eau tritiée. Multiplier cette quantité relativement faible par 2 à 4 ou même davantage ne pose pas de problèmes techniques ou économiques particuliers.

Il doit être entendu que l'invention a été le plus souvent décrite en détail dans le cas où on l'applique au traitement de matériaux souillés par du sodium (ou tout autre métal alcalin et ses dérivés), sur lesquels on fait passer un courant de vapeur d'eau et de gaz neutre. Mais l'invention dans ses différentes variantes est aussi applicable au cas de la destruction du sodium par injection dans un réacteur 5 renfermant de l'eau comme on l'a illustré sur la figure 3. Dans ce cas, une différence avec les exemples décrits est que les courants gazeux sortant du réacteur 5 ne comportent pas de gaz neutre tel que de l'azote.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement de métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium ou de composants souillés par des métaux alcalins tels que du sodium chargés en tritium selon lequel on fait réagir le métal alcalin avec de l'eau liquide ou de la vapeur d'eau, de manière à obtenir de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié, caractérisé en ce qu'on soumet dans un recombineur (2) ledit hydrogène et ledit hydrogène tritié à un traitement de recombinaison catalytique par ajout d'oxygène de manière à obtenir de l'eau et de l'eau tritiée, et en ce qu'on traite ladite eau et ladite eau tritiée de manière à ne pas les rejeter dans l'environnement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait réagir les métaux alcalins avec de la vapeur d'eau mélangée à un gaz neutre.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait réagir les métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et du CO2 mélangés à un gaz neutre et en ce que la réaction des métaux alcalins avec la vapeur d'eau et le CO2 produit du carbonate desdits métaux et/ou du bicarbonate partiellement tritié desdits métaux.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après la recombinaison catalytique, l'eau et l'eau tritiée d'une part, et le restant de l'effluent gazeux d'autre part sont séparés dans des moyens de séparation.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite séparation a lieu dans un condenseur (3, 21, 23, 25) où l'eau et l'eau tritiée sont 25 condensées.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'eau et l'eau tritiée recueillies en sortie des moyens de séparation sont recyclées pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de l'eau liquide ou de la vapeur d'eau et éventuellement avec du CO2.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le restant de l'effluent gazeux est également recyclé pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et éventuellement avec du CO2.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on ajoute également de l'hydrogène lors de la recombinaison catalytique.

9. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'après la recombinaison catalytique, l'eau, l'eau tritiée, le gaz neutre et le CO2 en excès éventuel sont recyclés pour participer à la réaction des métaux alcalins avec de la vapeur d'eau et éventuellement du CO2, sans séparation de l'eau et de l'eau tritiée du gaz neutre et du CO2 en excès éventuel.

10. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le restant de l'effluent gazeux séparé pour l'essentiel de l'eau et de l'eau tritiée passe par un dessiccateur à desséchant régénérable (19), et en ce que le gaz de régénération chaud ayant traversé ledit dessiccateur (19) est recyclé en amont desdits moyens de séparation (3).

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins une partie des gaz desséchés sortant du dessiccateur à desséchant régénérable (19) est utilisée, après réchauffage éventuel, comme gaz de régénération chaud dudit dessiccateur (19).

12. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le restant de l'effluent gazeux séparé pour l'essentiel de l'eau et de l'eau tritiée passe par un ensemble de dessiccateurs à desséchant régénérable (22, 24) et de moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée, tels que des condenseurs (23, 25), disposés en cascade, le gaz chaud de régénération sortant de chaque dessiccateur (22, 24) étant envoyé dans lesdits moyens de séparation de l'eau et de l'eau tritiée.

13. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8 et 10 à 12; caractérisé en ce qu'on ajoute de l'eau non tritiée aux gaz issus du recombineur (2), en amont desdits moyens de séparation et/ou dans lesdits moyens de séparation.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on traite les effluents tritiés liquides dans une installation de cimentation (4).

15. Installation pour le traitement des métaux alcalins tels que du sodium ou de composants souillés par des métaux alcalins, lesdits métaux alcalins contenant du tritium, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un réacteur (1, 5), pour exécuter ledit traitement par destruction desdits métaux alcalins au moyen d'eau liquide ou de vapeur d'eau mélangée à un gaz neutre; - des moyens pour extraire dudit réacteur (1, 5) les produits gazeux contenant de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié qui y sont présents; - un recombineur catalytique (2) et des moyens pour y introduire lesdits produits gazeux extraits du réacteur (1, 5) et de l'oxygène pour former de l'eau et de l'eau tritiée à partir de l'hydrogène et de l'hydrogène tritié contenu dans lesdits produits gazeux.

16. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens d'introduction de CO2 dans ledit réacteur (1).

17. Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce qu'elle comporte également en aval du recombineur (2) des moyens (3, 21, 23, 25) de séparation de l'eau et de l'eau tritiée des autres composés extraits du recombineur (2), de sorte que lesdits autres composés ne contiennent plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée.

18. Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce que lesdits moyens (3, 21, 23, 25) de séparation de l'eau et de l'eau tritiée sont constitués par un condenseur.

19. Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens pour recycler en amont du réacteur (1, 5) les composés extraits du recombineur (2).

20. Installation selon la revendication 17 ou 18, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens pour recycler en amont du réacteur (1, 5) l'eau et l'eau tritiée issues desdits moyens (3) de séparation.

21. Installation selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens pour recycler en amont du réacteur (1, 5) les composés issus desdits moyens (3, 21, 23, 25) de séparation autres que l'eau et l'eau tritiée séparées.

22. Installation selon l'une des revendications 15 à 21, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens pour introduire de l'hydrogène dans le recombineur (2).

23. Installation selon la revendication 17 ou 18, caractérisée en ce qu'elle comporte également un dessiccateur à desséchant régénérable (19), des moyens pour y introduire les composés autres que l'eau et l'eau tritiée extraits des moyens de séparation (3) et ne contenant plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée, et des moyens pour recycler en amont desdits moyens de séparation (3) les gaz de régénération chargés en eau et en eau tritiée sortant du dessiccateur (19).

24. Installation selon la revendication 23, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens (20) pour recycler en tant que gaz de régénération du dessiccateur (19) tout ou partie des gaz ayant traversé le dessiccateur (19).

25. Installation selon la revendication 17 ou 18, caractérisée en ce qu'elle comporte également, pour traiter les composés autres que l'eau et l'eau tritiée issus des moyens (3) de séparation et ne contenant plus que des résidus d'eau et d'eau tritiée, un ensemble de dessiccateurs à desséchant régénérable (22, 24) et de moyens (23, 25) de séparation de l'eau et de l'eau tritiée disposés en cascade, les gaz de régénération sortant des dessiccateurs (22, 24) étant introduits dans les moyens de séparation (23, 25).

26. Installation selon l'une quelconque des revendications 17, 18, 23 à 25, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens (26, 27) d'introduction d'eau non tritiée en amont des moyens (3, 21, 23, 25) de séparation ou dans lesdits moyens de séparation (3, 21, 23, 25).

27. Installation selon l'une des revendications 15 à 26, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour extraire dudit réacteur (1, 5) les produits liquides issus de la réaction des métaux alcalins avec l'eau ou la vapeur d'eau et le CO2 éventuel.

28. Installation selon l'une des revendications 15 à 27, caractérisée en ce qu'elle comporte également une installation de cimentation (4) traitant les effluents liquides tritiés issus dudit réacteur (1, 5) et/ou desdits moyens de séparation (3, 21, 23, 25).

29. Installation selon l'une des revendications 15 à 28, caractérisée en ce que ledit réacteur (1) est constitué par les composants souillés par des métaux alcalins eux-mêmes.