Dispositivo de atrapamiento de gases inflamables producidos por radiólisis o termólisis en un recinto de confinamiento.

Dispositivo de atrapamiento de gases inflamables producidos por radiólisis y/o termólisis en un recinto de confinamiento formado en un sistema (7) de transporte y/o de almacenamiento de materiales radiactivos,

comprendiendo el dispositivo una envoltura (1) que delimita una cavidad en la que se sitúan los medios activos (3) capaces de atrapar los gases inflamables, siendo la envoltura continua excepto por al menos una abertura que está ocupada por un filtro y que comunica exclusivamente con el recinto de confinamiento, dejando pasar el filtro (2) los gases inflamables, caracterizado porque el filtro retarda o retiene otros gases y retiene el monóxido de carbono.

Dispositivo de atrapamiento de gases inflamables producidos por radiólisis o termólisis en un recinto de confinamiento 5

Campo técnico

El objeto de la invención es un dispositivo de atrapamiento de gases inflamables producidos por radiólisis o termólisis, o ambas, en un recinto de confinamiento formado en un envase u otro sistema destinado al transporte y/o almacenamiento de materiales radiactivos. Uno de dichos gases producido corrientemente por estos fenómenos es el hidrógeno.

Las instalaciones nucleares dan lugar a una cierta cantidad de "desechos tecnológicos" que pueden comprender objetos y materiales de naturalezas muy diversas tales como filtros, desechos metálicos, escombros, vidrios, etc. o también materiales orgánicos basados en celulosa como papel, madera, algodón o materiales plásticos tales como fundas de acondicionamiento de vinilo o poliuretano, botas, guantes y objetos variados del material llamado polimérico. Todos estos desechos pueden encerrar igualmente pequeñas cantidades de líquidos tales como agua y líquidos orgánicos tales como aceite o hidrocarburos. Constituyen todos materiales o bien activados durante su estancia en las instalaciones nucleares o bien contaminados por el polvo de radioelementos como uranio o plutonio en su uso en estas instalaciones, pudiendo emitir estos radioelementos partículas , ß, ...

El transporte y almacenamiento de estos desechos tecnológicos plantea una dificultad específica ligada a la naturaleza de los materiales transportados. Efectivamente, como se escribe anteriormente, estos desechos están contaminados por radioelementos como uranio o plutonio que les confieren un carácter radiactivo. Bajo el efecto de la irradiación generada por los radioelementos, los materiales constituyentes de los desechos pueden degradarse y liberar compuestos gaseosos de los que algunos son inflamables. Entre los gases producidos, se encuentran hidrógeno, monóxido y dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno así como compuestos orgánicos volátiles (COV) . Este fenómeno se denomina radiólisis. La producción de dichos gases inflamables plantea problemas cuando los desechos tecnológicos se confinan en un recinto cerrado de volumen reducido, ya que pueden alcanzar rápidamente una concentración elevada sin posibilidad de evacuación. En el caso del hidrógeno, el umbral de inflamabilidad en el aire se sitúa en aproximadamente un 4 %. Cuando la concentración sobrepasa este umbral, una fuente de calor o una chispa puede bastar para inflamar la mezcla gaseosa o producir una deflagración violenta.

Diversos estudios y observaciones han mostrado que la concentración de gases inflamables, tales como hidrógeno, producidos por radiólisis en un recinto cerrado que contiene materiales radiactivos con componentes hidrogenados puede alcanzar a veces valores de aproximadamente un 4 % al cabo de varios días, como cuando los desechos tecnológicos emiten partículas intensas y contienen numerosas moléculas orgánicas.

El estado de la técnica anterior comprende diversos dispositivos de atrapamiento de gases inflamables tales como hidrógeno, especialmente por oxidación catalítica que produce una recombinación del oxígeno y el hidrógeno en agua.

La patente FR-A-2874120 describe el uso en un recinto cerrado de un catalizador tal al que se añade un segundo catalizador provocando otra reacción de oxidación de CO a CO2, ya que el CO es un veneno de la reacción de 45 oxidación de hidrógeno. El primer catalizador se presenta ventajosamente en forma de alúmina impregnada con paladio y el segundo catalizador en forma de una mezcla que comprende CuO y MnO2.

El inconveniente de estos recombinantes por oxidación es que funcionan solamente si la fase gaseosa contiene oxígeno en cantidad suficiente, lo que no es siempre cierto, ya que la radiólisis de los materiales orgánicos (cadenas carbonadas especialmente) no produce oxígeno, y por el contrario el oxígeno presente puede consumirse por las reacciones de oxidación de los materiales orgánicos.

La patente FR-A-2925752 describe un dispositivo que permite una liberación controlada de oxígeno en un recinto cerrado para resolver esta dificultad; pero esta solución sigue siendo difícil de garantizar.

Otros atrapadores comprenden hidruros metálicos u óxidos metálicos, denominados medios activos o "absorbedores" que atrapan los gases inflamables sin usar oxígeno. Estos medios activos pueden ser reversibles (caso de los hidruros metálicos) o irreversibles (caso de los óxidos metálicos) . En el primer caso, el gas inflamable puede liberarse en condiciones de presión y temperatura específicas. Es un inconveniente de estos medios activos sin embargo que su eficacia se reduce en gran medida en presencia de gases venenosos, y especialmente de nuevo, de CO. Ahora bien, la degradación termoquímica y radiolítica de los desechos poliméricos genera en casi todos los casos concentraciones elevadas de dichos venenos.

Los documentos US-A-6262328 y WO-A-2010/066811 describen por consiguiente medios activos envueltos en 65 matrices porosas que tienen la capacidad de filtrar la mezcla reteniendo los venenos y permitiendo que el gas para atrapar alcance los medios activos. Dichas matrices pueden ser matrices vítreas, cementosas o zeolitas permeables

al hidrógeno. Debe lamentarse sin embargo una cierta falta de eficacia, ya que es difícil optimizar el reparto de medios activos en la matriz para permitir un atrapamiento eficaz: son por tanto necesarias cantidades elevadas de producto activo. Además, si el producto activo no es ya satisfactorio, especialmente si está saturado, es imposible reemplazarlo solo, debiendo hacerlo también con la matriz.

Existen también dispositivos de filtración basados en membranas microporosas u otras, pero que no se refieren a las condiciones de la invención ya que no se refieren a recintos confinados y se apoyan en el establecimiento de corrientes gaseosas o de diferencias de presión para forzar un flujo a través de las membranas. Se citará por ejemplo el documento EP-A-0383153, en que se dispone un producto catalizador a través de una abertura de la envoltura en la que se produce el hidrógeno: el catalizador está encerrado en una caja provista de una rejilla a la salida y de un filtro vertical, que es sin embargo permeable a todos los gases de la mezcla del lado de la envoltura; los gases a sobrepresión en la envoltura atraviesan por tanto el filtro y el catalizador antes de fluir al exterior, habiéndose eliminado el hidrógeno aquí también por recombinación produciendo agua.

El documento EP-A-0670575 describe otro dispositivo en que el catalizador se deposita en el interior de una caja, que está cerrada excepto por un filtro. Este dispositivo no resuelve sin embargo, el problema del envenenamiento del catalizador, de modo que debe quedar aislado del medio de producción de gases hasta que se confirme la irrupción de hidrógeno. Se expone entonces a este medio. La necesidad de una vigilancia y una manipulación de la trampa o de un mecanismo cuando la trampa deba activarse es un gran inconveniente para procedimientos de muy larga duración en que la aparición del hidrógeno puede ser imprevisible, o por el contrario lenta y regular, lo que obligaría a dejar la trampa siempre activa para evitar su acumulación. Parece que el filtro no ejerce ningún efecto selectivo sobre los gases y es un simple filtro de partículas (HEPA) . Es dudoso que pueda obtenerse una buena eficacia si la trampa está activa durante poco tiempo en lugar de estarlo permanentemente.

La idea de base de la invención consiste en introducir en el recinto de confinamiento de un envase en el que se producen la radiólisis y/o termólisis una caja en la que al menos una de las caras esté equipada con un filtro selectivo de la mezcla para dejar pasar los gases inflamables y especialmente el hidrógeno. El producto activo de atrapamiento del hidrógeno se dispone en la caja y está por tanto aislado de los gases venenosos por el filtro. El contenido de la caja está idealmente compuesto por gases inflamables puros si la filtración es perfecta. El filtro tiene la doble función de retener o frenar al menos ciertos otros gases de la mezcla, y especialmente retener el monóxido de carbono que es un veneno de la reacción catalítica, y de producir un gradiente de presión parcial entre el interior y el exterior de la caja, ya que los gases inflamables se atrapan a medida que penetran en la caja. Se obtiene por tanto un sistema en que el hidrógeno presente en el recinto de confinamiento se conduce a la caja por el gradiente de presión parcial a medida que se forma por un lado, y que se atrapa por otro lado, mientras que los gases venenosos no penetran o muy difícilmente... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de atrapamiento de gases inflamables producidos por radiólisis y/o termólisis en un recinto de confinamiento formado en un sistema (7) de transporte y/o de almacenamiento de materiales radiactivos, comprendiendo el dispositivo una envoltura (1) que delimita una cavidad en la que se sitúan los medios activos (3) capaces de atrapar los gases inflamables, siendo la envoltura continua excepto por al menos una abertura que está ocupada por un filtro y que comunica exclusivamente con el recinto de confinamiento, dejando pasar el filtro (2) los gases inflamables, caracterizado porque el filtro retarda o retiene otros gases y retiene el monóxido de carbono.

2. Dispositivo de atrapamiento de gas según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, en la envoltura y dispuesta sobre la abertura, una membrana metálica (12) que realiza una filtración que deja pasar solamente los gases inflamables y colocada entre dicho filtro y los medios activos.

3. Dispositivo de atrapamiento de gas según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, en la envoltura, 15 trampas (14) para fijar los gases de moléculas de bajas dimensiones que hayan atravesado el filtro (2) .

4. Dispositivo de atrapamiento de gas según la reivindicación 3, caracterizado porque las trampas están constituidas por carbonato.

5. Dispositivo de atrapamiento de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el filtro está constituido por una capa microporosa (13) .

6. Dispositivo de atrapamiento de gas según la reivindicación 5, caracterizado porque la capa microporosa (13) está constituida por sílice. 25

7. Dispositivo de atrapamiento de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el filtro comprende un sustrato poroso (11) .

8. Dispositivo de atrapamiento de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los 30 medios activos están constituidos por un hidruro o un óxido metálico.

9. Dispositivo de atrapamiento de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los medios activos están en estado dividido y libre en la envoltura.

10. Dispositivo de atrapamiento de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los medios activos están dispuestos como recubrimiento de superficies de placas (5) internas en la envoltura.