Brevet FR2086077A1 — publié le 19711231

L'invention est relative à un procédé pour l'épuration d' hélium qui est utilisé, par exemple, comme gaz de refroidissement d'un réacteur nucléaire et qui contient, comme impuretés noniadioactives, au moins de l'eau, de l'anhydride carbonique et de l'azote et, comme impuretés radioactives, du crypton et du xénon et duquel on élimine, par étapes adsorptives, d'abord au moins largement les impuretés non radioactives, à savoir 1' eau et l'anhydride carbonique et, ensuite, les impuretés résiduelles. On connaît un procédé au cours duquel, dans une étape d'épuration adsorptive, on élimine d'abord largement les impuretés non radioactives pour éliminer ensuite entièrement les imputés radioactives dans une autre étape d'épuration adsorptive Ce procédé est basE sur la considération que comme -impuretés non radjoacti- yes, il nty a que reau et l'anhydride carbonique. Toutefois, dans certains types de réacteurs, il se présente des quantités relativement élevées d'azote non radioactif, et ce, comme résultat de la dissociation de l'ammoniac qui sert dellubrifiaat pour les barres de rémige des réacteurs.En raison de l'aptitude du charbon activé à être chargé de crypton, de xénon et d'azote, exprimée par exemple par les isothermes d'adsorption de Ces der nieras, l'azote est généralement éliminé en même temps que le crypton et le xénon radioactifs dans une étape d'bpuration adsorptive. Le désavantage de ce procédé réside dans le fait que les adsorbeurs, plus particulièrement lors d'une production relative- ment élevée d'azote, doivent être beaucoup plus grande en raison des longues durées du cycle et nécessaires dans la technique des réacteurs, que lorsqu'il s'agit exclusivement d'adsorber le crypton et le xénon. Dans un tel cycle, l'achèvement de la phase d'adsorption est suivi, dans un tel adsorbeur, par une durée de retour à zéro additionnelle déterminée et ce n'est qu'ensuite que l'adsorbeur peut être régénéré et est accessible, par exemple pour pouvoir éventuellement effectuer des réparations. Pendant la période de chargement eta durée de retour à zéro additionnelle, même des interventions de courte durée ne sont pas possibles en raison de la radioactivité, de manière que dans certaines circonstances, toute l'installation d'épuration doive être déconnectée en raison d'une perturbation insignifiante. L'invention vise- à éliminer les désavantages cités plus haut et à éviter plus particulièrement des unités d'adsorption trop grandes et à garantir au moins qu'une grande partie de 1' installation d'épuration soit accessible à tout moment. Lorsqu'il s'agit d'un procédé pour l'épuration d'hélium qui contient, comme impuretés non radioactives, au moins de 1' eau, de l'anhydride carbonique et de l'azote et, comn npure- tés radioactives, du crypton et du xénon et au cours duquel on élimine par étapes adsorptives, d'abord, au moins largement les impuetés non radioactives à savoir l'eau et l'anhydride carbonique et ensuite les impuretés résiduelles, l'invention propore que de-ces impuretes résiduelles, on élimine d'abord le crypton et le xénon dans une étape d'épuration adsorptive, pour éliminer ensuite l'azote dans- une étape d'épuration adserptive visant suite. Il est possible qu'en mme temps que l'eau non radioactive, on adsorbe également de l'eau contenant du tritium et, de ce fait, radioactive, éventuellement présente, alors qu'en meme temps que l'anhydride carbonique on élimine une faible quantité de xénon radioactif. Cependant, il s'agit de très faibles quantités en comparaison à celles qui sont adsorbées dans étape d'épuration pour le crypton et le xénon. Par rapport au procédé connu-consistant à éliminer le cryp tons le xénon et l'azote dans une seule étape d'épuration adsorp- tive, le procédé conforme à l'invention est plus coûteux étant donné qu'il exige deux étapes d'Epuration adsorptives séparée, d'une part. pour l'élimination du erypton et du xénon et, d'untre part, pour l'élimination de l'azote, cependant ce procédé est plus avantageux dans ce sens que- l'étape d'adsorption du crypton/ xénon peut être considérablement réduite; il est vrai que dans cette étape, l'esote est également d'abord àdso-bCs, cependant il est peu à peu refoulé par le crypton et le xénen. Un vautre avantage réside dans le fait que l-ladsoretion de l'azote peut avoir lieu à des températures infériaurec à celles utilisées pour/l'adsorption du crypton et du xénon, étaat donne qu'une séparation par congélation du xénon n'est ns possible puisqu'il a été éliminé dans l'étape précédente à des tempére- tures légèrement plus élevées. De ce fait,l'aptitude au charge- ment de l'adsorbeur d'azote est légèrement accrue. Toutefois, l'avantage essentiel réside dans le fait qu'aucune matière radioactive ne pénètre dans l'étape d'épuration pour l'azote. Pour cette raison, cette partie de l'installation est accessible à tout moment pour l'élimination de faibles perturbations, par exemple à l'endroit des soupapes. Ces perturbations sont en soi fréquemment insignifiantes et peuvent être éliminées aisément, cependant elles peuvent sensiblement perturber le service de toute l'installation. En outre, il est possible d'éliminer la nécessité de devoir prévoir une période de chargement et une durée de retour à zéro prolongées. Les cycles de régénération peuvent donc être considérablement réduits, ce qui permet, à son tour de réduire la dimension des adsorbeurs. La régénération de l'adsoróeur d'azote peut être effectuée dans l'air d'évacuation, ce qui fait qu'il est possible d'utiliser des récipients considérablement plus petits pour conserver les gaz de régénération pollués par la radioactivité. De ce fait, en raison de lamiduction des dimensions des adsorbeurs et du récipient à gaz de régénération, l'invention permet que l'installation soit de dimensions considérablement plus faibles, tandis qu'une grande partie de l'installation est accessible même pendant le service. Le dessin annexé illustre, en schéma, une forme de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Le gaz venant du réacteur est conduit d'abord sur un lit d'oxydation non représenté dans le schéma et dans lequel l'hydrogène et l'oxyde de carbone, pour autant qu'ils soient présents additionnellement comme impuretés, sont oxydés en eau et en anhydride carbonique. En venant du lit d'oxydation, il'hélium à épurer qui contient l'eau, l'anhydride carbonique et l'azote comme impuretés non radioactives et le crypton et le xénon comme impuretés radioactives, circule sous une pression d'environ 40 bars à travers le conduit 1 jusqu'à 1' échangeur de chaleur 2 où il est refroidi en contre-courant avec l'hélium épuré. Ensuite, l'hélium est débarrassé de l'eau dans les adsorbeurs 3a et 3b pouvant être commutés. Ensuite, en vue de l'élimination de l'anhydride carbonique, l'hélium circule à travers le conduit 4 vers les adsorbeurs 6a et 6b pouvant être commutés, après avoir été refroidi au préalable à environ l350K dans les échangeurs de chaleur 5a et 5b en contre-courant avec l'hélium épuré. L'hélium débarrassé de l'eau et de l'anhydr5e carbonique arrive ensuite dans les échangeurs de chaleur 7a et 7b dans lesquels il est à nouveau refroidi à environ 95 K en contre-courant avec l'hélium épuré refluant vers le réacteur Sous cette température, l'hélium est débarrassé du crypton et du xénon dans les adsorbeurs 8a et 3b pouvant etre commutés. suite, par le conduit 10, l'hélium qui ne contient plus ue de 1' azote est amené à l'échangeur de coeur 11 et est refroidi dans ce dernier à environ 850K au moyen d'un circuit d'azote liquide 12, 13. De ce circuit d'azote liquide, seuls le réservoir 12 et le conduit en traits interrompus 13 sont représentés, étant donné que les détails en ce qui concerne le réglage des quantités et des températures sont connus des professionnels. L'hélium, souillé d'azote, continue à circuler par le conduit 14 vers les adsorbeurs 15a et 15b pouvant être commutés où il est débarrasse de l'azote. En tant qu'hélium pur, il circule maintenant vers le réacteur à travers les conduits 16, 18 et la et les échangeurs de chaleur 11, 7a ou 7b, Sa ou 5b et 9 seus la pression d'admission, réduite de la perte de pression. Les repères 9a ou 9b et 17 désignent les by-pass pour le réglage de la température pour les adsorbeurs 8a ou 8b et 15a ou 15b. On a négligé de donner des détails étant donné que ceux-ci sont connus des professionnels et ne sont pas essentiels en ce qui concerne l'invention. La même chose est vraie en ce qui co- cerne les dispositifs et conduits nécessaires pour la régénéra tion des adsorbeurs. Grâce au procédé conforme à l'invention, les parties ICI. à 18 de l'installation restent exemptes de radioactivité et sont donc accessibles à tout moment. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour l'épuration d'hélium, qui contient, comme impuretés non radioactives, au moins de l'eau, de l'anhydride carbonique et de l'azote et, comme impuretés radioactives, du crypton et du xénon, procédé au cours duquel on élimine par étapes adsorptives d'abord largement les impuretés non radioactives, à savoir l'eau et l'anhydride carbonique et, ensuite, les impu retés résiduelles, caractérisé en ce que des impuretés résiduelles, on élimine d'abord le crypton et le xénon dans une étape d'épuration adsorptive et, ensuite, on élimine l'azote dans une étape d'épuration adsorptive faisant suite. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ltelimination adsorptive du crypton et du xénon est effectuée sous des pressions comprises entre 1 et 60 atm. et sous des températures comprises entre 85 et 100 K, tandis que l'élimina- tion adsorptive de l'azote est effectuée sous des pressions comprises entre 1 et 60 atm. et sous des températures comprises entre 77 et 86 K. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz à épurer, pénétrant dans l'adsorbeur d'azote,est refroidi à la basse température nécessaire par un circuit d'azote liquide.