Procedimiento de eliminación de gases inflamables producidos por radiolisis en un recinto cerrado que es un recipiente,

un depósito o un contenedor, destinado al transporte y/o al almacenaje de materias radiactivas, conteniendo el citado recinto cerrado materias radiactivas que comprenden compuestos orgánicos y eventualmente agua, o materias radiactivas que se encuentran en presencia de compuestos orgánicos y eventualmente de agua, en el que se coloca en el interior del recinto:

a) un primer catalizador de al menos una reacción de oxidación de los gases inflamables por parte del oxígeno contenido en la atmósfera del recinto, soportado por un soporte inerte sólido,

b) un segundo catalizador de al menos la reacción de oxidación de CO en CO2;

y los gases inflamables reaccionan con el oxígeno contenido en la atmósfera del recinto, estando esta reacción de oxidación de gases inflamables catalizada por el primer catalizador

Procedimiento y dispositivo de eliminación de gases inflamables en un recinto cerrado y recinto equipado con tal dispositivo.

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo destinados a eliminar gases inflamables, tales como hidrógeno, en un recinto cerrado que contiene materias radiactivas, en presencia de compuestos orgánicos sólidos o líquidos y eventualmente de agua, susceptibles de producir tales gases, por radiolisis, o cuando las materias radiactivas comprenden compuestos de este tipo y eventualmente agua.

La invención trata igualmente de un recinto cerrado tal como un recipiente, depósito o contenedor destinado al transporte o al almacenaje de materias radiactivas en presencia de compuestos orgánicos y eventualmente de agua, o que comprenden componentes de ese tipo, estando el citado recinto equipado con un dispositivo de eliminación de gases inflamables de ese tipo.

La invención puede ser utilizada en cualquier recinto cerrado en el que se encuentren encerradas materias radiactivas que contengan compuestos orgánicos y eventualmente agua. A título de ejemplo sin carácter limitativo alguno, estas materias radiactivas pueden ser desechos tecnológicos provenientes de un taller de fabricación o de tratamiento de elementos combustibles destinados a un reactor nuclear, o procedentes de tal reactor.

Estado de la técnica

Las instalaciones nucleares, tales como los talleres de fabricación de elementos combustibles destinados a los reactores nucleares, generan una cierta cantidad de desperdicios, llamados "desechos tecnológicos". Estos desechos tecnológicos pueden comprender objetos y materiales de naturalezas muy diversas tales como piezas de motores, filtros, desechos metálicos, escombros, vidrios, etc. Igualmente se pueden encontrar materias orgánicas a base de celulosa como papel, madera, algodón, o en forma de materias plásticas tales como fundas de acondicionamiento de vinilo o de poliuretano, botas, guantes, y diversos objetos de materiales polímeros. Todos estos desechos pueden encerrar igualmente pequeñas cantidades de líquidos tales como agua y líquidos orgánicos (aceites, hidrocarburos, etc.). Todos esos desechos constituyen en sí mismos materias radiactivas, puesto que son piezas de metal activadas durante su estancia en las instalaciones, o materias orgánicas u otras contaminadas por el polvo de uranio o de plutonio radiactivo durante su utilización en esas mismas instalaciones.

Los desechos tecnológicos son evacuados periódicamente hacia centros de tratamiento y de almacenaje. Su encaminamiento hacia esos sitios necesita entonces tantas precauciones como el transporte de cualquier otra materia radiactiva. En particular, los desechos deben ser acondicionados y transportados en contenedores que respondan a las prescripciones de los reglamentos para el transporte de materias radiactivas por la vía pública.

En la práctica, los transportes se efectúan generalmente acondicionando los desechos tecnológicos en recipientes tales como bidones, cubos o estuches, y disponiendo a continuación esos recipientes en contenedores.

El transporte de los desechos tecnológicos plantea una dificultad específica asociada a la naturaleza de las materias transportadas. En efecto, según se ha visto anteriormente, estos desechos contienen con frecuencia materias orgánicas sólidas o en forma de líquidos residuales, o incluso una cierta cantidad de agua, contaminados con uranio o plutonio, lo que confiere a estas materias un carácter radiactivo. Sin embargo, el uranio y el plutonio son emisores de partículas a que tienen en particular la propiedad de disociar las moléculas orgánicas para liberar compuestos gaseosos tales como monóxido de carbono, gas carbónico, oxígeno y nitrógeno, así como gases inflamables. Este fenómeno, denominado "radiolisis", se traduce en una disociación de las moléculas de los compuestos orgánicos carbonados e hidrogenados tales como los que están contenidos en las materias plásticas y los hidrocarburos, o en una disociación de las moléculas de agua, con producción de hidrógeno.

La producción de gases inflamables, y en particular de hidrógeno por radiolisis, plantea especialmente problemas cuando los desechos tecnológicos están confinados en un recinto cerrado de volumen relativamente limitado. En efecto, los gases de radiolisis son liberados entonces en un volumen restringido, de tal modo que se puede alcanzar rápidamente una concentración elevada de gases inflamables si la naturaleza de los desechos y la intensidad de las radiaciones conducen a una producción importante de tales gases.

Este problema es particularmente crítico durante el transporte, debido a que se coloca también por lo general un número importante de recipientes de desechos en un mismo contenedor, con el fin de optimizar la capacidad de transporte. En efecto, esto tiene como consecuencia reducir el espacio libre disponible en el contenedor para los gases inflamables que escapan de los desechos y de los recipientes.

Se puede observar igualmente que los recipientes de acondicionamiento de desechos presentan con frecuencia en sí mismos una cierta estanquidad, debido a que están cerrados por medio de tapas rebordeadas que pueden estar dotadas de juntas de estanquidad. En este caso, los gases inflamables se acumulan preferentemente en el espacio libre residual existente en el interior de cada uno de los recipientes. Debido a que estos volúmenes son asimismo muy reducidos, esto puede conducir a concentraciones importantes de gases inflamables en el recipiente de acondicionamiento de los mismos.

De forma general, los gases inflamables producidos por radiolisis constituyen una mezcla detonante cuando se disponen en presencia de otros gases tales como el aire, cuando su concentración supera un valor límite conocido como "umbral de inflamabilidad". El umbral de inflamabilidad es variable según la naturaleza del gas inflamable y según las condiciones de temperatura y de presión. En el caso del hidrógeno, el umbral de inflamabilidad en el aire se sitúa en torno al 4%. Esto significa que, cuando la concentración de hidrógeno en el aire sobrepasa ese umbral, una fuente de calor o una chispa pueden ser suficientes para inflamar la mezcla o producir una deflagración violenta en un recinto restringido.

Diversos estudios y observaciones han demostrado que la concentración de gases inflamables tales como el hidrógeno, producidos por radiolisis en un recinto cerrado que contenga materias radiactivas que incorporen componentes hidrogenados, puede alcanzar a veces valores de alrededor del 4% al cabo de algunos días. Esta situación corresponde principalmente al caso de que los desechos tecnológicos emiten partículas a intensas y contienen numerosas moléculas orgánicas.

Ahora bien, resulta habitual que un contenedor permanezca cerrado durante períodos bastante más largos antes de ser abierto. Existe entonces riesgo de accidente, debido a que puede producir durante el transporte una chispa ocasionada por choques o roces en el recinto del contenedor o en un recipiente lleno de desechos. Ante tal hipótesis, la inflamación o la explosión corre el riesgo de extenderse al conjunto de la carga del contenedor, lo que se traduce en un riesgo de accidente grave en la vía pública. Existe un riesgo comparable cuando el contenedor se ve involucrado en una situación accidental de incendio durante su transporte. Además, el riesgo de accidente subsiste durante las operaciones finales de apertura del contenedor y de descarga de los recipientes, y durante su apertura eventual. En efecto, estas operaciones necesitan numerosas manipulaciones, por lo que son potencialmente peligrosas. Es por lo tanto particularmente importante tener en cuenta el riesgo de acumulación de gases inflamables en cualquier recinto cerrado destinado a contener materias radiactivas que incluyan compuestos hidrogenados.

Una técnica para eliminar los gases inflamables, tales como el hidrógeno, que se encuentran en el interior de un recinto cerrado tal como un contenedor de transporte de desechos radiactivos, está basada esencialmente en la introducción en el recito de un catalizador de recombinación del oxígeno y del hidrógeno para dar agua (o recombinador catalítico de hidrógeno), en contacto con el cual se combina el hidrógeno con el oxígeno presente en el aire de la cavidad para formar agua según el mecanismo de oxidación catalítica del hidrógeno.

Dispositivos que hacen uso de esta técnica se encuentran descritos, por ejemplo, en los documentos EP-A-0383153 y EP-A-0660335.

El...

1. Procedimiento de eliminación de gases inflamables producidos por radiolisis en un recinto cerrado que es un recipiente, un depósito o un contenedor, destinado al transporte y/o al almacenaje de materias radiactivas, conteniendo el citado recinto cerrado materias radiactivas que comprenden compuestos orgánicos y eventualmente agua, o materias radiactivas que se encuentran en presencia de compuestos orgánicos y eventualmente de agua, en el que se coloca en el interior del recinto:

a) un primer catalizador de al menos una reacción de oxidación de los gases inflamables por parte del oxígeno contenido en la atmósfera del recinto, soportado por un soporte inerte sólido,

b) un segundo catalizador de al menos la reacción de oxidación de CO en CO₂;

y los gases inflamables reaccionan con el oxígeno contenido en la atmósfera del recinto, estando esta reacción de oxidación de gases inflamables catalizada por el primer catalizador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el catalizador a) es un catalizador de al menos la reacción de oxidación del hidrógeno para formar agua.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador a) es un metal precioso elegido en el grupo constituido por el platino, el paladio y el rodio.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el soporte inerte sólido del catalizador a) soporta menos de un 0,1% en peso de metal precioso.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el catalizador a) es una tierra rara, elegida en el grupo de los lantánidos.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el soporte inerte sólido del catalizador a) es un soporte sólido inerte microporoso.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el soporte sólido inerte microporoso se elige entre los tamices moleculares eventualmente activados.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el tamiz molecular es un material elegido entre las alúminas y las alúminas activadas.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el soporte sólido, inerte, microporoso, tiene una superficie específica de al menos 200 m²/g, con preferencia de al menos 300 m²/g.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador b) es un catalizador específico de la reacción de oxidación de CO en CO₂.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador b) comprende una mezcla de dióxido de manganeso MnO₂ y de óxido de cobre CuO.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación másica del catalizador b) al catalizador a) es de 1/1 a 1/10, con preferencia de 1/2 a 1/4.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se dispone, además, en el interior del recinto:

c) una fuente de oxígeno.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la fuente de oxígeno está en forma sólida o en forma gaseosa.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que la fuente de oxígeno c) es una fuente sólida elegida entre los peróxidos sólidos.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que los citados peróxidos sólidos se eligen entre los peróxidos de metales alcalinos y alcalino-térreos y sus mezclas, tales como los peróxidos de calcio, de bario, de sodio, de potasio, de magnesio y sus mezclas.

17. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que la fuente de hidrógeno es una fuente gaseosa que se la formado reemplazando total o parcialmente la atmósfera del recinto por oxígeno puro.

18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se dispone además, en el interior del recinto, un soporte microporoso higroscópico d).

19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el soporte microporoso higroscópico se elige entre los tamices moleculares.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que el tamiz molecular es un material elegido entre los materiales de tipo silico-aluminato (por ejemplo, de fórmula Na₁₂ [(AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂] X H₂O, pudiendo X alcanzar 27, es decir, el 28,5% en peso del producto anhidro.

21. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, en el que el soporte microporoso higroscópico a) tiene una superficie específica de al menos 200 m²/g, con preferencia de al menos 300 m²/g.

22. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 21, en el que el soporte inerte sólido microporoso que soporta el catalizador a), el catalizador b), y el soporte microporoso higroscópico d) eventual, están fraccionados en elementos discretos, tales como cristales, bolas o gránulos.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, en el que los citados elementos discretos tienen un diámetro de envoltura comprendido entre alrededor de 2 mm y alrededor de 20 mm.

24. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 22 y 23, en el que al menos uno de entre los productos activos a) y b), y eventualmente c) y d), se dispone mezclado o por separado, en al menos un recipiente, al menos parcialmente permeable, tal como una envoltura textil, una alcachofa, una rejilla metálica o un recipiente perforado con orificios.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, en el que los productos activos a) y b) están mezclados, y los productos activos c) y d) están separados.

26. Dispositivo de eliminación de gases inflamables producidos por radiolisis en un recinto cerrado que es un recipiente, un depósito o un contenedor, destinado al transporte y/o almacenaje de materias radiactivas, conteniendo el citado recinto cerrado materias radiactivas que comprenden compuestos orgánicos y eventualmente agua, o materias radiactivas que se encuentran en presencia de compuestos orgánicos y eventualmente de agua, y comprendiendo el citado dispositivo:

- a) un catalizador de al menos una reacción de oxidación de los gases inflamables por parte del oxígeno contenido en la atmósfera del recinto, soportado por un soporte inerte sólido,

- b) un catalizador de al menos la reacción de oxidación de CO en CO₂,

- c) eventualmente una fuente de oxígeno,

- d) eventualmente un soporte sólido inerte microporoso higroscópico,

en el que los catalizadores a) y b) son tales como los que se han definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, la fuente de oxígeno c) es tal como la que se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 25, y el soporte sólido inerte microporoso higroscópico d) es tal como el que se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 25.

27. Recinto cerrado, el cual consiste en un recipiente, un depósito o un contenedor, destinado al transporte y/o almacenaje de materias radiactivas, siendo el citado recinto cerrado apto para contener materias radiactivas que comprenden compuestos orgánicos y eventualmente agua, o materias radiactivas que se encuentran en presencia de compuestos orgánicos y eventualmente de agua, susceptibles de producir gases inflamables, por radiolisis, conteniendo además el citado recinto al menos un dispositivo de eliminación de los gases inflamables tal como el que se ha definido en la reivindicación 26.