DE3904149C2 - Vorrichtung an Behältern mit radioaktiven Abfällen zur Verringerung des Innendrucks durch Wasserstoffbildung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Behäl­ tern mit radioaktiven Abfällen zur Verringerung des Innendruckes durch in den Abfällen entstehenden Wasserstoff und zur Reduktion der Wasserstofffreisetzung aus dem Behälter.

Bei einer großen Anzahl schwach- und mittelradioaktiver Ab­ fallgebinde ist prinzipiell die Bildung von Gasen - insbeson­ dere Wasserstoff - einerseits aufgrund der Reaktionen metalli­ scher Komponenten mit Wasser, als auch durch die Bildung von Radiolysegasen aus Zement/Bitumenmatrixmaterialien möglich. Der erste Bildungsmechanismus ist insbesondere bei hochdruck­ kompaktierten Mischabfällen wichtig. Für die Zwischen- und Endlagerung sind die Bildungs-/Freisetzungsraten pro Behälter und Zeit limitiert um ein Gebinde als endlagerfähig deklarie­ ren zu können.

Bisher bekannte Problemlösungen sind die Begrenzung der spe­ zifischen Aktivität, bzw. bei den kompaktierten Mischabfällen wird eine sorgfältige Sortierung der Rohabfälle, bzw. sogar eine langandauernde, und damit sehr kostenaufwendige Vakuum­ trocknung vorgeschlagen.

Eine perfekte Sortierung der in die Behälter einzubringenden Abfälle, die zu einer vollständigen Vermeidung von Wasser füh­ ren soll, ist technisch nicht machbar, d.h. ein Feuchtigkeits­ ausschluß ist grundsätzlich nicht gewährleistet. Daher ist die Reaktion von vielen relevanten Metallen, wie z.B. Eisenbasis­ legierungen mit Wasser unter allen hier vorkommenden Tempera­ tur- 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.

Aus der DE-OS 37 30 743 ist ein Verfahren zur Reduzierung des Innendruckaufbaus in einem Lagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe vorgeschlagen, bei welchem in den Behälter chemische Substanzen eingebracht werden, die Wasserstoff unter den thermodynamischen Zustandsgrößen, die in dem Lagerbehälter herrschen, chemisch binden oder zu Wasser oxidieren. Weiterhin ist aus der EP 0 246 075 eine Druckreguliereinrichtung an Transportbehältern für gefährliche Stoffe bekannt, bei welcher ein poröses Keramikelement im Deckel des Behälters den Innendruck auf einem bestimmten Wert konstant hält.

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 dra­ stisch zu reduzieren. Randbedingung für diese Aufgabenstellung ist jedoch den Stand der Konditionierungs- und Behältertechnik möglichst wenig zu verändern, d.h. von den technischen Bege­ benheiten der Endlagerung möglichst weitgehendst Gebrauch zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung an einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vor, daß in einer Öffnung des Behälters oder seines Deckels ein Katalysator zur Oxidation des Wasserstoffs mit Sauerstoff der Außenluft zu Wasser bei Umgebungstemperatur eingebracht ist, wobei der Wasserstoff mit einer vorbestimmten Durchsatzrate vom Behälterinnenraum nach außen gelangen kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung dieser Katalysatoranordnung ist aus den Merkmalen zu entnehmen, die in den Merkmalen der Patentansprüche 2 und 3 angegeben sind.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden 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 ra­ dioaktive 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.

Der Innenraum des Topfes 1, in den der Katalysator bzw. eine Katalysatorpackung 7 eingesetzt ist, weist eine Verbindungs­ öffnung 8 zum Faßinnenraum 9 auf, in welche eine gasdurchläs­ sige Sintermetallkerze 10 eingesetzt ist. Zu dem Außenraum 12 hin ist der Katalysator 7 durch ein Drahtnetz, eine wasser­ dampfdurchlässige Platte 11 oder einen Sintermetalldeckel ge­ deckt.

Diese Konstruktion ermöglicht nun das Entweichen von Gasen aus dem Behälter bzw. aus dem dargestellten Abfallfaß. Der im Be­ hälter 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 inertem 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.

Durch die Oxidation außerhalb des Behälters wird nun das Oxi­ dationsprodukt des Wasserstoffs d.h Wasser, von einer erneu­ ten 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 kön­ nen und damit nicht mehr für die H₂-Oxidation verfügbar wären.

Die neue Vorrichtung kann leicht in bestehende bzw. vorhandene Container- und Faßsysteme integriert werden, was insbesondere durch ihre kompakte Bauweise begünstigt wird.

Bezugszeichenliste

 1 Topf
 2 Öffnung
 3 Faßdeckel
 4 Gewindering
 5 Außengewinde
 6 Dichtung
 7 Katalysatorpackung
 8 Verbindungsöffnung
 9 Faßinnenraum
10 Sintermetallkerze
11 durchlässige Platte
12 Außenraum

Claims (3)

1. Vorrichtung an Behältern mit radioaktiven Abfällen zur Verringerung des Innendrucks durch in den Abfällen entstehenden Wasserstoff und zur Reduktion der Wasserstofffreisetzung aus dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Öffnung des Behälters oder seines Deckels ein Katalysator zur Oxidation des Wasserstoffs mit Sauerstoff der Außenluft zu Wasser bei Umgebungstemperatur eingebracht ist, wobei der Wasserstoff mit einer vorbestimmten Durchsatzraten vom Behälterinnenraum nach außen gelangen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die fol­ genden Merkmale:

• a) Der Katalysatorpack (7) sitzt in einem napfförmigen Topf (1), der in einer von außen abgedichteten Öffnung (2) des Behälterdeckels ein- oder angeschraubt ist,
• 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.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Palladium-Katalysator mit 0,5 Gewichtsprozent Pd auf einer Al₂O₃-Trägermatrix.