Verfahren zur Behandlung schwach- bis mittelaktiver Ionenaustauscherharze

Abstract

 Schwach- bis mittelaktive ionenaustauscherharze werden nach dem Verbrauch in Form einer wässrigen Suspension in einen Trocknungsbehälter (5) eingefüllt und dort mit Hilfe von Wärme und einer Abfuhrleitung (10) für die Feuchtigkeit getrocknet, bevor sie in einen Lagerbehälter (21) gefördert werden. Zu diesem Zweck wird die Wärme über den Trocknungsbehälter (5) in die lonenaustauscherharze eingebracht und die Abfuhrleitung (10) für die Feuchtigkeit mit einem Unterdruck von 300 mbar oder weniger als einsinnige Saugleitung betrieben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung schwach- bis mittelaktiver Ionenaustauscherharze, die in einem Trocknungsbehälter mit Hilfe von Wärme und unter Vakuum getrocknet werden, bevor sie in einen Lagerbehälter gefördert werden, wobei die Wärme durch Wärmeleitung über den Trocknungsbehälter in die Ionenaustauscherharze eingebracht wird. Sie hat ferner eine zur Ausübung des Verfahrens besonders geeignete Einrichtung zum Gegenstand.

[0002] Aus der US-PS 4 008 171 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Ionenaustauscherharze in einem Wirbelbettbehälter in mehreren Stufen getrocknet werden. In den letzten Trocknungsstufen wird überhitzter Dampf mit Temperaturen von 260⁰C oder mehr durch die Harze geleitet. Er erfordert eine entsprechende Dampfquelle und kann möglicherweise unerwünschte Feuchtigkeit eintragen.

[0003] Deswegen hat die Erfindung die Aufgabe, den apparativen Aufwand für die Trocknung zu verringern und dennoch den Trocknungsgrad möglichst noch zu erhöhen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die noch nassen Harze als Schüttbett an sich eine relativ kompakte Masse bilden, so daß der für die Trocknung notwendige Luftkreislauf mindestens anfänglich einen hohen Strömungswiderstand aufweist. Außerdem soll die Wärmebelastung der Harze im Hinblick auf eine thermische Zersetzung klein gehalten werden.

[0004] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Wärme über metallische Wärmeübertragungsflächen so weit in das Harzvolumen geführt wird, daß ein Kern von höchstens 100 mm Dicke erreicht wird und daß die Feuchtigkeit gleichzeitig über eine Abfuhrleitung mit einem Unterdruck von insbesondere 300 mbar oder weniger einsinnig in einen Kondensator geführt wird.

[0005] Bei der Erfindung wird die Feuchtigkeit unmittelbar mit der Entstehung als Dampf ausgetragen. Die Wärme, die die Dampfbildung beim Trocknungsvorgang steigert, wird über den Trocknungsbehälter direkt in das zu trocknende Harzbett eingebracht, und zwar so weit, daß nur ein kleiner Kern ohne Kontakt mit Wärmeübertragungsflächen bleibt.

[0006] Die Höhe der Temperatur ist durch den Unterdruck der Vakuumleitung bestimmt, der höchstens gleich dem halben Normaldruck ist, aber 300 mbar auch wesentlich unterschreiten kann. Jedenfalls können die Temperaturen so niedrig gehalten werden, daß die Harze nicht zersetzt werden. Somit können sich auch keine zündfähigen Amin/Luft-Gemische bilden.

[0007] Wegen des geringeren apparativen Aufwandes kann die Vakuumanlage kompakt und gegebenenfalls mobil ausgeführt werden. Die Wärmeeinbringung durch Wärmeleitung macht die Trocknung ökonomischer und vor allem schonender. Die Wärmeerzeugung kann dabei in unterschiedlicher Weise, zum Beispiel elektrisch, durch Dampf oder Therm- öl vorgenommen werden. Besonders günstig ist ein niedertemperaturiger Wärmeträger, zum Beispiel Warmwasser.

[0008] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein die Ionenaustauscherharze enthaltender Filterbehälter als Trocknungsbehälter verwendet und dazu zeitweilig mit einer Vakuumleitung verbunden und mit einer Heizung versehen. Man erspart dann auch noch das System für den Transport der Harze in einen eigenen Trocknungsbehälter und diesen selbst und benötigt dazu lediglich einen Vakuumanschluß an dem Filterbehälter. Die Heizung läßt sich in Form eines Heizmantels leicht überstülpen oder herumklappen oder in Form von flexiblen Heizleitungen aufwickeln.

[0009] Die erfindungsgemäße Trocknung kann noch dadurch verbessert werden, daß die Feuchtigkeit in einem Kondensator bei Temperaturen unter 10°C niedergeschlagen wird. Man kann dann mit einer wesentlich kleineren Vakuumpumpe auskommen, die nur noch den Unterdruck erzeugen und unvermeidbare kleinere Leckagen absaugen muß,aber nicht mehr das wegen des geringen Druckes große Dampfvolumen vom Feuchtigkeitsaustrag.

[0010] Die getrockneten Ionenaustauscherharze können aus dem Trocknungsbehälter in einen dickwandigen Behälter eingefüllt und in diesem gasdicht verschlossen werden. Vorzugsweise werden die Ionenaustauscherharze bis zu einer Restfeuchte von 5 Gewichtsprozent oder weniger getrocknet. Man erhält dann mit dem vorgenannten Behälter, der gegebenenfalls auch einen zusätzlichen Abschirmbehälter umfassen kann, eine Zwischenlagerungsmöglichkeit, die unter Umständen auch als Variante für die Endlagerung dieser radioaktiven Harze geeignet ist. Im Falle der sogenannten Zwischenlagerung erhält man bei der Erfindung noch die folgenden Vorteile:

- Minimierung der Radiolysegasbildung durch weitgehende Wasserfreiheit

- Ausschluß mikrobieller Vorgänge bei geringem Aktivitätsinventar durch geringe Restfeuchte

- Vermeidung von Lokalkorrosion bei Harz/Werkstoffkontakt

- Einfache Umfüllung der trocknen, also rieselfähigen Harze durch Unterdruckförderung im Rahmen einer späteren zentralen Konditionierung.

[0011] Eine zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Einrichtung ist so ausgebildet, daß der Trocknungsbehälter einen Heizmantel aufweist und das Harzvolumen mit metallischen Wärmeübertragungsflächen bis auf einen Kern von höchstens 100 mm Dicke umschließt. Je kleiner der Kern ist um so günstiger ist der Wärmeübergang von dem beheizten Trocknungsbehälter auf die zu trocknenden Harze. Zu diesem Zweck kann der Trocknungsbehälter auch vorteilhaft innere Rippen aufweisen, um den Kernbereich eines größeren Behälters auf den vorgenannten Wert zu verkleinern. Auch die Rippen können Heizelemente enthalten.

[0012] Günstig ist es ferner, wenn die Abfuhrleitung für die Feuchtigkeit mit mindestens der gleichen lichten Weite wie die Dicke des Kerns zu einem Kondensator führt, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Dies hält den Strömungswiderstand und damit die Pumpenleistung in Grenzen, weil bei den geringen Drücken, die das Verfahren nach der Erfindung auszeichnet, der aus den Harzen austretende Wasserdampf ein relativ großes Volumen annimmt.

[0013] Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den Figuren vereinfacht dargestellt ist. Dabei zeigt die Fig. 1 eine Einrichtung nach der Erfindung in einem Schema, während die Fig. 2 und 3 Einzelheiten des Trocknungsbehälters in einer Seitenansicht und einer Draufsicht darstellen.

[0014] In der Fig. 1 ist die Wand 1 einer kerntechnischen Anlage 2 zu sehen, in der Ionenaustauscherharze eingesetzt werden, so daß sie schwach- bis mittelaktiv kontaminiert werden. Die verbrauchten Harze werden mit Wasser ausgespült und über eine Leitung 3 mit einer Steckkupplung 4 in einen Trocknungsbehälter 5 gefördert. Das zum Fördern verwendete Wasser kann über eine Rücklaufleitung 6 mit einer Steckkupplung 7 in die kerntechnische Anlage 2 zurückgeleitet werden.

[0015] Der Trocknungsbehälter ist für die Aufnahme von etwa 1 m³ nasser Harze ausgelegt. Er besitzt an seiner Oberseite einen Vakuumanschluß 10, der zu einem Kondensator 11 führt. Der Kondensator 11 ist ein Wärmetauscher, dessen eine Seite über Leitungen 12 mit einem Kühlaggregat 13 verbunden ist. Das Kühlaggregat kühlt das im Falle einer mobilen Anlage als Kühlmittel verwendete Glycol-Wasser-Gemisch auf -2 bis -5⁰C. Damit wird der über die Leitung 10 aus dem Trocknungsbehälter 5 austretende Wasserdampf niedergeschlagen. Der Auslaß 15 des Kondensators 11 führt in einen Kondensatbehälter 16. Bei stationären Anlagen kann die Kühlung auch mit dem ohnehin vorhandenen Kühlwassernetz,mit Brunnenwasser oder ähnlichem erfolgen.

[0016] An den Auslaß 15 ist eine Vakuumpumpe 17 angeschlossen, deren Druckleitung 18 zur Gebäudeabluft führt. Die Vakuumpumpe 17 erzeugt auf ihrer Saugseite ein Vakuum von etwa 75 bis 150 mbar.

[0017] Unter dem mit einer Abschirmung 20 versehenen Trocknungsbehälter 5 ist ein dickwandiger Behälter 21 aus Kugelgrafitguß GGG40 angeordnet. Er nimmt die aus dem Trockner über eine Falleitung 22 zugeführten Harze nach deren Trocknung auf.

[0018] Der Trocknungsbehälter 5 umschließt gut wärmeleitend einen in Fig. 3 dargestellten Einsatz 24 mit einem zylindrischen Mantel 25 und einem Siebboden 26 aus austenitischem Material mit 5 mm Wandstärke. Vom Mantel 25 erstrecken sich 3 mm dicke Rippen 27 nach innen, so daß, wie Fig. 3 zeigt, das zylindrische Volumen des Einsatzes 24, das insgesamt die zu trocknenden Harze aufnimmt, in Sektoren 28 mit einem relativ kleinen Volumen unterteilt wird. Der Kernbereich 29 in der Mitte des Einsatzes 24 hat nur einen Durchmesser von 60 mm.

[0019] Die Heizung des Trocknungsbehälters 5 mit dem Einsatz 24 wird vorzugsweise elektrisch geregelt, so daß eine Temperatur von 60⁰C auf wenige Grade genau eingehalten wird. Dazu kann eine nicht dargestellte Temperaturmeßeinrichtung, vorzugsweise mit einem im Harzbett eingebrachten Thermoelement, dienen. Niedertemperaturige Wärmeenergie kann zum Beispiel mit 80⁰C warmem Wasser zugeführt werden, so daß Überhitzungen ausgeschlossen sind. Das Wasser durchströmt einen nicht dargestellten Doppelmantel des Trocknungsbehälters 5.

[0020] Schon bei der niedrigen Temperatur von 60°C kann bei einem Unterdruck von 300 mbar oder weniger, der mit der Pumpe 17 erzeugt wird, in kurzer Zeit (ca. 20 h) ein relativ großes Harzvolumen auf eine Restfeuchte von höchstens 5 Gewichtsprozent getrocknet werden. Die Trocknungszeit ist bei gleicher Temperatur um so kürzer, je näher die Wärme an kleine Harzvolumina herangebracht wird. Zum Beispiel verkürzen die Rippen 27 die Trocknungszeit auf etwa die Hälfte.

[0021] Die Feuchtigkeit wird über die Leitung 10, die mit einem 200 cm² großen Querschnitt und wärmeisoliert ausgebildet ist, in den Kondensator 11 eingezogen, wo sie auskondensiert wird. Die bleibenden Gase werden von der Vakuumpumpe 17 in das System der Gebäudeabluft abgeführt. Diese Gasmenge ist gering im Verhältnis zu dem die Feuchtigkeit in den Kondensator abführenden Dampfvolumen.

[0022] Nach vollständiger Trocknung werden die Harze aus dem Trocknungsbehälter 5 über die Leitung 22 in den Gußbehälter 21 abgefüllt und dort dicht versiegelt, zum Beispiel mit einem aufgeschweißten Zwischendeckel. In dieser Form können sie ohne Gefahr einer unzulässigen Veränderung zwischengelagert werden. Die getrockneten Harze können aber auch zum Beispiel durch Einbetten in Bitumen auslaugungsbeständig und damit endlagerfähig gemacht werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Behandlung schwach- bis mittelaktiver Ionenaustauscherharze, die in einem Trocknungsbehälter mit Hilfe von Wärme und unter Vakuum getrocknet werden, bevor sie in einen Lagerbehälter gefördert werden, wobei die Wärme durch Wärmeleitung über den Trocknungsbehälter in die Ionenaustauscherharze eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärme über metallische Wärmeübertragungsflächen so weit in das Harzvolumen geführt wird, daß ein Kern von höchstens 100 mm Dicke erreicht wird und daß die Feuchtigkeit gleichzeitig über eine Abfuhrleitung mit einem Unterdruck von insbesondere 300 mbar oder weniger einsinnig in einen Kondensator geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ionenaustauscherharze in Form einer wässrigen Suspension in den Trocknungsbehälter eingefüllt und dort behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein die Ionenaustauscherharze enthaltender Filterbehälter als Trocknungsbehälter verwendet und dazu zeitweilig mit der Vakuumleitung verbunden und mit einer Heizung versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Feuchtigkeit in dem Kondensator bei Temperaturen unter 10°C niedergeschlagen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die getrockneten Ionenaustauscherharze aus dem Trocknungsbehälter in einen dickwandigen Behälter eingefüllt und in diesem gasdicht verschlossen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustauscherharze bis zu einer Restfeuchte von 5 Gewichtsprozent oder weniger getrocknet werden.

7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsbehälter (5) einen äußeren Heizmantel aufweist und das Harzvolumen mit metallischen Wärmeübertragungsflächen bis auf einen Kern von höchstens 100 mm Dicke umschließt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsbehälter (5) innere Rippen (27) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhrleitung (10) für die Feuchtigkeit mit etwa der gleichen lichten Weite wie die Dicke des Kerns zu einem Kondensator (11) führt, an den eine Vakuumpumpe (17) angeschlossen ist.

Zeichnung