DE2844608C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lagern flüssi­ ger, radioaktiver Abfallstoffe, wie es durch die GB-PS 11 29 342 bekannt ist.

Flüssige Abfallstoffe aus der Aufarbeitung von Kernbrenn­ stoffen sind korrosiv, selbsterhitzend und radioaktiv. Bei ihrer Lagerung entsteht durch Radiolyse u. a. Wasser­ stoff und Sauerstoff. Es können explosions- und detona­ tionsfähige Knallgasgemische entstehen; es wird erheb­ liche Wärme frei. Darüber hinaus bilden sich Sedimente.

Zum Vermeiden explosions- und detonationsfähiger Knall­ gasgemische werden bei bekannten Verfahren die flüssi­ gen radioaktiven Abfallstoffe mit Luft oder Stickstoff begast. Ein Teil der Spülgase wird dabei zum Emulgieren der Sedimente verwendet. Die sich durch den radioaktiven Zerfall bildende Wärme wird durch indirekte Kühlung über die Behälterwand und zusätzliche Wärmetauschflä­ chen im Behälter abgeführt.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß mit dem Spülgas große Mengen radioaktiven Materials in die At­ mosphäre ausgetragen werden. Das Spülgas wird zwar ge­ filtert, da aber keine 100%ige Filterwirkung zu errei­ chen ist, ist die freigesetzte Radioaktivität eine er­ hebliche Umweltbelastung. Diese Umweltbelastung wächst mit zunehmender Spülgasmenge. Je größer die Spülgas­ menge, desto mehr Filtermaterial muß auch entsorgt werden.

Ein weiterer Nachteil ist die indirekte Kühlung an Kühl­ flächen. Die Kühlflächen, insbesondere die in die Be­ hälter hängenden Innkühler in Form von Glatt- und/oder Rippenrohren mit zahlreichen Schweißnähten sind der Kor­ rosion durch die flüssigen Abfallstoffe ausgesetzt. Um das Risiko von Ausfällen durch Korrosionsschäden zu ver­ mindern, werden die Behälter mit mehreren voneinander getrennten Kühlsystemen ausgerüstet, von dem jedes die volle Kühlleistung aufnehmen kann. Nachteilig bei sol­ chen Kühlsystemen wirkt sich auch das Sedimentieren der Sedimente auf ihre Oberfläche aus, wodurch die Kühl­ wirkung vermindert wird und es zu unerwünschten radio­ aktiven und thermischen Belastungsspitzen kommen kann.

Ein weiterer Nachteil ist die Abhängigkeit von störan­ fälligen Energiequellen, mit deren Hilfe u. a. die zur Durchführung der bekannten Verfahren erforderlichen Pumpen und Gebläse angetrieben werden müssen.

Die voranstehend geschilderten Nachteile treffen grund­ sätzlich auch für das bekannte Verfahren gemäß der GB-PS 11 29 342 zu. Im übrigen ist in dieser Patent­ schrift die Entstehung von Knallgas nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermei­ dung der beschriebenen Nachteile ein Verfahren zum Lagern flüssiger, radioaktiver Abfallstoffe zu schaf­ fen, bei welchem insbesondere auch bei Störfällen, d. h. bei Ausfall von Pumpen und Gebläsen, eine aus­ reichende Kühlung sichergestellt ist, und bei welchem die Abgasmenge nur einen Bruchteil der im System vor­ handenen Gasmenge beträgt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.

Die Siedekühlung kann durch Sieden der flüssigen Ab­ fallstoffe und/oder des Kondensats erreicht werden, und mit dem bei der Siedekühlung entstehenden Dampf kann das durch die Radiolyse entstehende Knallgasge­ misch verdünnt werden.

Das Knallgas selbst kann katalytisch zu Wasser rekom­ biniert werden. Dabei ist es zweckmäßig, das Knallgas vor der katalytischen Rekombination im Dampf-Knallgas- Gemisch durch Teilkondensation des Dampfes anzureichern. Das Dampf-Knallgas-Gemisch kann vor der Rekombination des Knallgases, vorzugsweise durch die bei der Rekom­ bination entstehende Wärme - erhitzt werden.

Ferner ist es zweckmäßig, das Knallgas in zwei Stufen katalytisch zu rekombinieren, wobei zwischen den Stu­ fen das Dampf-Knallgas-Gemisch teilweise kondensiert und mit der bei der Rekombination in der letzten Kata­ lysatorstufe entstehenden Wärme das in die erste Stufe einströmende Gasgemisch erhitzt wird.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß das den Lagerbehäl­ ter verlassende Dampfgemisch als Kondensat und gege­ benenfalls als Spülgas in den Lagerbehälter zurückgeführt wird. Das Kühlsystem funktioniert völlig unabhängig von äußerer Energie. Die geringen nicht kondensierbaren Anteile des Dampf-Gasgemisches werden als Spülgas und zur Blasenrührung des Lagerbehälters zur Vermeidung von Sedimentationen benutzt. Radiolytisch entstehende Stickoxide und Salpetersäuredämpfe können, wenn ge­ wünscht, aus dem Dampf-Gasgemisch oder vom Kondensat abgetrennt werden.

Da der Siedepunkt des Kondensats in der Regel tiefer liegt als der der flüssigen Abfallstoffe, kann es vor­ teilhaft sein, lediglich durch Sieden des Kondensats zu kühlen. Das Hochreißen radioaktiver Tröpfchen aus den flüssigen Abfallstoffen in den Dampfraum des Lager­ behälters wird vermieden. Nimmt man die Wand des Lager­ behälters als Wärmetauschfläche, an deren Außenseite das Kondensat verdampft wird, so wird im Innenraum eine Konvestitionsströmung erzeugt, die der Sedimen­ tation von Feststoffteilchen entgegengerichtet ist. Der durch die Kondensatverdampfung entstehende Dampf wird als Verdünnungsgas verwendet. Die Verdampfung des Kondensats kann auch innerhalb der flüssigen Ab­ fallstoffe in entsprechenden wärmetauschenden Einbauten vorgenommen werden. Da der Dampf in den Lagerbehältern münden kann, brauchen hier keine Anforderungen an die Dichtigkeit eines solchen Austauschsystems gestellt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abbildung in beispielsweiser Ausführung näher erläutert.

Der radioaktive, flüssige Abfallstoff befindet sich im Lagerbehälter (1), der vorzugsweise birnenförmig ge­ staltet ist. Die entstehende Zerfallswärme wird durch Siedekühlung abgeführt und das durch Radiolyse entste­ hende Knallgas mit dem beim Sieden entstehenden Dampf verdünnt. Das Dampf-Knallgas-Gemisch wird über Leitung (2), in der Detonationssperren (3) angeordnet sein kön­ nen, einem ersten Wärmetauscher (4), dem ein Kondensator (5) vorgeschaltet sein kann, zugeführt. Von dort gelangt das Dampf-Knallgas-Gemisch gegebenenfalls über einen elektrischen Erhitzer (6) in die erste Oxidations-Kata­ lysatorstufe (7). Das die erste Oxidations-Katalysator­ stufe (7) verlassende, an Knallgas verarmte Gemisch ge­ langt in einen nachgeschalteten Wärmetauscher (8) und von dort über Leitung (9) in den Katalysator (10). Das den Katalysator (10) verlassende, an Knallgas ange­ reicherte Gasgemisch gelangt über Leitung (11) in den Wärmetauscher (8) wo es erhitzt wird, um schließlich in einen zweiten Oxidations-Katalysator (12) zu gelangen. Das den zweiten Oxidations-Katalysator (12) verlassende, an Knallgas verarmte Gasgemisch wird über Wärmetauscher (4) und Leitung (13) in den Kondensator (14) geleitet. Das in den Kondensatoren (5), (10) und (14) anfallende Kondensat wird über Leitungen (15), (16) und (17) in den Lagerbehälter (1) zurückgeführt. Der nicht kondensierte Teil des Gasgemisches wird über Leitung (18) als Spülgas in den Lagerbehälter (1) zurückgeführt. In Leitung (18) können Gebläse (19) und (20) sowie ein Gasbehälter (21) angeordnet sein. Gebläse (19) senkt dann im Lagerbehäl­ ter (1) den Druck ab. Eine Druckabsenkung, die zu einer Siedepunktserniedrigung bis etwa 45°C führen kann, ver­ ringert die Korrosionsgefahr in der Anlage. Die Konden­ satoren (5), (10) und (14) sind an einen Kühlkreislauf (22), (23) - doppelt gestrichelt dargestellt - ange­ schlossen. Im Kühlkreislauf (22), (23) kann ein Wärme­ tauscher (24) angeordnet sein, der über einen Sekundär­ kreislauf (25) mit einem Kühlmittelreservoir (26), z. B. einem Teich, verbunden ist. (27) deuten Schutzmaßnahmen für Wärmetauscher (24) und Sekundärkreislauf (25) an. Die Kühlkreisläufe können bei Störfällen inhärent durch Thermosyphonwirkung arbeiten.

Claims (5)

1. Verfahren zum Lagern flüssiger, radioaktiver Abfallstoffe aus der Aufarbeitung von Kernbrennstoffen, wobei gegebenenfalls Knallgas durch Radiolyse entsteht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß man die in den flüssigen Abfallstoffen entstehen­ de Zerfallswärme durch Siedekühlung abführt, den dabei entstehenden Dampf kondensiert und das Kondensat in das Lager für die flüssigen Abfallstoffe zurückführt,
• - daß man mit dem bei der Siedekühlung entstehenden Dampf das Knallgas verdünnt,
• - daß das Knallgas katalytisch rekombiniert wird, und
• - daß die entstehende Zerfallswärme durch Siedekühlung bei vermindertem Druck abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der Rekombination des Knallgases das Knallgas im Dampf-Knallgas-Gemisch durch eine Teilkondensation angereichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Rekombination des Knall­ gases das Dampf-Knallgas-Gemisch erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dampf-Knallgas-Gemisch durch die bei der Rekombination des Knallgases entstehende Wärme erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Knallgas in zwei Stufen katalytisch rekombiniert wird, wobei zwischen den Stufen das Dampf- Knallgas-Gemisch teilweise kondensiert wird und mit der bei der Rekombination in der letzten Katalysator­ stufe entstehenden Wärme das in die erste Stufe einströ­ mende Gasgemisch erhitzt wird.