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(11) | EP 0 383 153 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Vorrichtung an Behältern mit radioaktiven Abfällen zur Reduktion des Innendrucks durch Wasserstoffbildung Device for containers with radioactive waste for the reduction of internal pressure caused by the formation of hydrogen Dispositif de réduction de la pression interne dûe au dégagement d'hydrogène pour containers de déchets radio-actifs |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Behältern mit radioaktiven Abfällen zur Reduktion des Innendruckes durch in den Abfällen entstehenden Wasserstoff und zur Reduktion der Wasserstofffreisetzung aus dem Behälter.
[0002] Bei einer großen Anzahl schwach- und mittelradioaktiver Abfallgebinde ist prinzipiell die Bildung von Gasen - insbesondere Wasserstoff - einerseits aufgrund der Reaktionen metallischer Komponenten mit Wasser, als auch durch die Bildung von Radiolysegasen aus Zement/Bitumenmatrixmaterialien möglich. Der erste Bildungsmechanismus ist insbesondere bei hochdruckkompaktierten Mischabfällen wichtig. Für die Zwischen- und Endlagerung sind die Bildungs-/Freisetzungsraten pro Behälter und Zeit limitiert um ein Gebinde als endlagerfähig deklarieren zu können.
[0003] Bisher bekannte Problemlösungen sind die Bregrenzung der spezifischen Aktivität, bzw. bei den kompaktierten Mischabfällen wird eine sorgfältige Sortierung der Rohabfälle, bzw. sogar eine langandauernde, und damit sehr kostenaufwendige Vakuumtrocknung vorgeschlagen.
[0004] Aus DD-A-34 878 ist ein Transportbehälter für radioaktive Flüssigkeiten bekannt, der eine Katalysatoranordnung zur Rekombination der Zersetzungsprodukte besitzt. Die Katalysatoranordnung ist dabei im Innenraum des Behälters unterhalb des Deckels angeordnet.
[0005] Eine perfekte Sortierung der in die Behälter einzubringenden Abfälle, die zu einer vollständigen Vermeidung von Wasser führen soll, ist technisch nicht machbar, d.h. ein Feuchtigkeitsausschluß ist grundsätzlich nicht gewährleistet. Daher ist die Reaktion von vielen relevanten Metallen, wie z.B. Eisenbasislegierungen mit Wasser unter allen hier vorkommenden Temperatur- 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.
[0006] 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 drastisch zu reduzieren. Randbedingung für diese Aufgabenstellung ist jedoch den Stand der Konditionierungs- und Behältertechnik möglichst wenig zu verändern, d.h. von den technischen Begebenheiten der Endlagerung möglichst weitgehenst Gebrauch zu machen.
[0007] 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 Sauerstoff 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.
[0008] Weitere Einzelheiten der vorligenden Erfindung werden im folgenden 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 radioaktive 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.
[0009] Der Innenraum des Topfes 1, in den der Katalysator bzw. eine Katalysatorpackung 7 eingesetzt ist, weist eine Verbindungsöffnung 8 zum Faßinnenraum 9 auf, in welche eine gasdurchlässige Sintermetallkerze 10 eingesetzt ist. Zu dem Außenraum 12 hin ist der Katalysator 7 durch ein Drahtnetz, eine wasserdampfdurchlässige Platte 11 oder einen Sintermetalldeckel gedeckt.
[0010] Diese Konstruktion ermöglicht nun das Entweichen von Gasen aus dem Behälter bzw. aus dem dargestellten Abfallfaß. Der im Behälter 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 inentem 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.
[0011] Durch die Oxidation außerhalb des Behälters wird nun das Oxidationsprodukt des Wasserstoffs d.h Wasser, von einer erneuten 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 können und damit nicht mehr für die H₂-Oxidation verfügbar wären.
[0012] Die neue Vorrichtung kann leicht in bestehende bzw. vorhandene Container- und Faßsysteme integriert werden, was insbesondere durch ihre kompakte Bauweise begünstigt wird.
Bezugszeichenliste:
a) Der Katalysatorpack (7) sitzt in einem, von außen abgedichteten Öffnung (2) des Behälterdeckels ein- oder angeschraubten 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 Sintermetallkerze (10) eingesetzt,
d) der Katalysatorpack (7) ist an der, der Sintermetallkerze (10) gegenüberliegenden Seite in dem Topf (1) mittels eines Drahtnetzes oder einer wasserdampfdurchlässigen Sintermetallplatte (11) abgedeckt.
a) the catalyst pack (7) sits in a cup-shaped vessel (1), which is screw-connected in, or screw-mounted on, an externally sealed opening (2) in the container cover;
b) the base of the vessel (1) facing the container interior (9) has a through-aperture (8);
c) a gas-permeable sintered metal candle (10) is inserted in the through-aperture (8);
d) at the end situated opposite the sintered metal candle (10), the catalyst pack (7) in the vessel (1) is covered by means of wire netting or a sintered metal plate (11), which is permeable to water vapour.
a) le paquet contenant le catalyseur (7) est situé dans un pot (1) en forme de cuvette vissé ou serré à vis dans une ouverture (2) du couvercle du container rendue étanche de l'extérieur,
b) le fond du pot (1) tourné vers l'intérieur du container (9) comporte une ouverture de passage (8),
c) dans l'ouverture de passage (8) est insérée une bougie en métal fritté (10) perméable aux gaz,
d) le paquet contenant le catalyseur (7) est recouvert dans le pot (1) sur le côté opposé à la bougie (10) en métal fritté au moye d'un réseau de fils ou d'une plaque de métal fritté (11) perméable à la vapeur d'eau.