Brevet FR2655469A1 — publié le 19910607

L'invention concerne un procédé pour diminuer la teneur en iode d'une solution nitrique de matières combustibles nucléaires, se formant dans un processus de dissolution dans une installation de retraitement d'assemblages combustibles épuisés de réacteurs nucléaires et envoyée à un processus d'extraction pour séparer les substances dissoutes, l'iode étant retenue dans un système pour l'effluent gazeux Ceci est important parce que, pour maintenir le seuil d'émission de l'iode 129 actif, il faut retenir de manière sûre et contrôlable plus de 99 t de la teneur totale d'iode introduite chaque année dans le processus de retraitement par les assemblages combustibles épuisés. Dans un procédé prévu actuellement, l'iode est retenue, pendant un processus de dissolution de matières combustibles nucléaires contenues dans les assemblages combustibles et de produits fissiles dans de l'acide nitrique, par la mise en oeuvre de filtres en nitrate d'argent très efficaces dans un système pour l'effluent gazeux du dispositif de dissolution On obtient ainsi un facteur de retenue de l'iode extrait d'au moins 1000, c'est- à-dire qu'à peu près 1 pour 1000 de la teneur totale de l'iode introduite passe les filtres en nitrate d'argent A partir de la teneur restante en iode qui subsiste dans la solution de matières combustibles nucléaires et représentant 1 % environ de la teneur totale en iode introduite, on obtient, dans un système pour l'effluent gazeux de la cuve, dans la partie du processus d'extraction, un facteur de retenue de l'iode de 10 environ, de sorte qu'au total, on respecte le seuil d'émission prescrit En fait, par ce procédé, on atteint simplement le seuil, mais on ne passe pas en-dessous. L'invention vise, tout en ayant un fonctionnement conforme aux prescriptions d'une installation de retraitement de ce genre, avec un procédé économisant de l'énergie et sans gêner le processus de retraitement, à passer de manière fiable en-dessous de ce seuil, en ayant une marge de sécurité. Ce problème est résolu, suivant l'invention, par un procédé qui consiste à introduire d'abord, après le processus de dissolution et avant le processus d'extraction, des composés iodés inactifs dans la solution de matières combustibles nucléaires, en commençant pendant l'introduction des composés iodés inactifs, à porter au-delà de 500 C la solution de matières combustibles nucléaires en un laps de temps de 10 à 20 heures environ, à envoyer en même temps de l'air et/ou de l'oxygène pour l'oxydation de l'acide nitrique contenu dans la solution de matières combustibles nucléaires, à porter ensuite la solution de matières combustibles nucléaires au-delà de 1000 C et à l'évaporer partiellement, à faire passer le courant de vapeur ainsi créé dans la solution de matières combustibles nucléaires, à envoyer en même temps des oxydes d'azote pour la réduction de l'acide nitrique contenu dans la solution de matières combustibles nucléaires, à condenser la vapeur surconcentrée en iode, et à envoyer l'iode dans le système pour l'effluent gazeux. Dans le procédé suivant l'invention, on remplace, en réchauffant la solution de matières combustibles nucléaires, tout en introduisant simultanément des composés iodés inactifs après une durée de séjour suffisamment longue, l'iode actif, de préférence même dans des composés organiques inertes et peu volatils, par de l'iode inactif, ce qui établit un équilibre de transfert isotopique Il se produit une oxydation des iodures dissous dans la solution de matières combustibles nucléaires en iode gazeux en très peu de temps, de sorte que l'on peut compter sur un transfert isotopique rapide En revanche, un échange isotopique s'effectue relativement lentement dans des iodates dissous, de sorte qu'il faut une longue durée de séjour dans la solution de matières combustibles nucléaires Il est particu- lièrement avantageux de porter la solution de matières combustibles nucléaires à 900 C et d'utiliser, comme composés iodés inactifs, de l'iodure de potassium et/ou de l'iodate de potassium. Il se produit une désorption de l'iode à extraire de la solution de matières combustibles nucléaires dans les vapeurs d'eau et d'acide formées lors du chauffage de la solution de matières combustibles nucléaires, pendant que la solution de matières combustibles nucléaires est envoyée, de préférence à contre-courant, dans le courant de vapeur. Pour stabiliser l'iode dissous dans la solution de matières combustibles nucléaires sous la forme volatile susceptible d'être extraite, on envoie avantageusement du monoxyde d'azote et du dioxyde d'azote en le rapport 1:1. L'acide nitrique est ainsi réduit et on maintient une concentration d'équilibre en acide nitrique servant de partenaire essentiel à une réaction rédox. Il est avantageux d'introduire également avec les oxydes d'azote de l'azote dans la solution de matières combustibles nucléaires Ceci permet d'augmenter le pouvoir d'absorption et la vitesse du courant de vapeur et de diminuer les dépôts d'iode. Pour récupérer l'acide nitrique, il est avantageux d'envoyer de l'oxygène avant la condensation dans le courant de vapeur, parce qu'ainsi on oxyde de l'acide nitreux en excès. Grâce au procédé suivant l'invention, on obtient, en un laps de temps de 20 à 40 heures environ, dont on dispose pendant le fonctionnement suivant les prescriptions d'une installation de retraitement de ce genre, une teneur en iode résiduel, subsistant dans la solution de matières combustibles nucléaires, inférieure à 0,5 %, ce qui est inférieur de 30 % environ au seuil d'émission. On effectue avantageusement ce procédé avec une installation dans laquelle une cuve de mélange, coopérant à sa partie supérieure avec une colonne de désorption, comporte un conduit d'entrée et un conduit de sortie, dans lesquels sont montés respectivement des échangeurs de chaleur, dans laquelle, à la cuve de mélange, sont reliées les deux extrémités d'un conduit de recirculation, un troisième échangeur de chaleur étant monté dans le conduit de recirculation, dans laquelle, à la cuve de mélange, est raccordé au moins un conduit d'alimentation pour amener des substances ou des mélanges de substance, dans laquelle, dans une partie inférieure de la cuve de mélange, un conduit de vapeur d'eau d'entraînement mène à un autre conduit de sortie, qui est relié à une cuve de découplage se trouvant à un niveau plus élevé que la colonne de désorption, et dont le conduit de sortie et le conduit pour l'effluent gazeux sont raccordés à une partie supérieure de la colonne de désorption et dans laquelle la colonne de désorption comporte, à sa partie supérieure, un conduit pour l'effluent gazeux dans lequel est monté un quatrième échangeur de chaleur dont le conduit de retour est relié à une partie supérieure de la colonne de désorption. Pour évacuer la chaleur résiduelle de désintégration, la cuve de mélange comporte avantageusement un dispositif de refroidissement, qui est constitué d'un serpentin de refroidissement disposé dans la cuve de mélange et d'un certain nombre de nervures de refroidissement montées sur la surface latérale de la cuve de mélange. Un autre mode de réalisation avantageux de cette installation consiste en ce que, dans la cuve de mélange, passe une extrémité d'un conduit d'air comprimé dont l'autre extrémité communique avec une source d'air comprimé ayant des moyens de production d'air comprimé pulsé. Un exemple de réalisation est décrit à l'aide du dessin pour expliciter l'invention d'une manière plus précise Le dessin représente une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Une colonne de désorption 1, prévue pour l'extraction de l'iode, est disposée au-dessus d'une cuve de mélange 2 Elle est munie à sa partie intermédiaire, d'une manière en soi connue, de plateaux perforés ou analogues la, et elle a, par exemple, un diamètre de 500 mm pour une hauteur de 2500 mm. La cuve de mélange 2 est un récipient cylindrique à fond incurvé, d'un volume de 11 m 3 environ Elle est alimentée en solution de matières combustibles nucléaires par un conduit d'entrée 3, dans lequel est monté un échangeur de chaleur 4 La solution de matières combustibles nucléaires est portée, pendant qu'elle pénètre dans la cuve de mélange 2, à une température de 900 C environ A cet effet, on alimente l'échangeur de chaleur 4 par de l'eau chaude en 4 a, qui s'écoule du côté de la face latérale de l'échangeur de chaleur 4 et repart en 4 b En même temps, on ajoute à la solution de matières combustibles nucléaires réchauffée des composés iodés inactifs, par exemple de l'iodure de potassium et/ou de l'iodate de potassium, par un conduit d'alimentation 5 a raccordé au conduit d'entrée 3. La solution de matières combustibles nucléaires est une solution nitrique, qui est déjà sous-critique après la dissolution, et qui se forme dans une installation de retraitement d'assemblages combustibles épuisés provenant de réacteurs nucléaires, entre un processus de dissolution et le processus d'extraction proprement dit destiné à séparer les matières combustibles nucléaires contenues dans la solution de matières combustibles On peut donc choisir à volonté, à ce stade du processus, la géométrie de la cuve de mélange 2. Après une durée de séjour de 10 à 20 heures environ, pendant laquelle il s'établit un équilibre de transfert isotopique entre l'iode inactif et l'iode actif, même dans des composés iodés organiques, inertes et peu volatils, on règle la température de la solution de matières combustibles nucléaires à 1100 C environ dans la cuve de mélange 2 A cet effet, on fait recirculer la solution de matières combustibles nucléaires dans un conduit de recirculation 6, dans lequel est monté un échangeur de chaleur 7 A la solution de matières combustibles nucléaires passant dans les tubes de l'échangeur de chaleur 7 est ajoutée, par un circuit d'eau chaude entrant en 7 a et sortant en 7 b, une quantité de chaleur dont on peut se rendre maître, de manière à obtenir une vitesse d'évaporation réglée, notamment de l'eau et de l'acide. Pour empêcher toute surconcentration de la solution de matières combustibles nucléaires, on peut envoyer de l'eau et/ou de l'acide nitrique dans la cuve de mélange 2, par un conduit d'alimentation 5 b. Dans la partie inférieure de la cuve de mélange 2, passe un conduit d'évacuation 8, auquel est relié un conduit de vapeur d'entraînement 9 Le conduit d'évacuation 8 est relié à une cuve de découplage 10, qui est disposée à un niveau plus élevé que la colonne de désorption 1 La solution de matières combustibles nucléaires est refoulée, au moyen de la vapeur d'entraînement entrant par le conduit pour la vapeur d'entraînement 9, dans le conduit d'évacuation 8, hors de la cuve de mélange 2, et va dans la cuve de découplage 10 et retourne sous l'effet de la force de gravité de la cuve de découplage 10 à la cuve de mélange 2 en passant par un conduit 11 qui débouche dans le haut de la colonne de désorption 1 La vapeur séparée dans la cuve de découplage s'écoule par un conduit 12 dans la partie supérieure de la colonne de désorption 1. Dans la colonne de désorption 1, a lieu, entre la solution de matières combustibles descendante et la vapeur ascendante à contre-courant, en raison de leurs concentrations différentes, un transfert de matière de l'iode susceptible d'être extrait Le courant de vapeur ascendant s'enrichit de plus en plus en iode actif, cependant que la proportion d'iode actif dans la solution de matières combustibles nucléaires diminue de haut en bas. Pour stabiliser l'iode dissous sous la forme volatile susceptible d'être extraite, on introduit du monoxyde d'azote et du dioxyde d'azote, de préférence dans le rapport 1:1, par un conduit d'alimentation 13, dans la cuve de mélange 2 L'acide nitrique est ainsi réduit, de manière à produire et à maintenir une concentration d'équilibre d'acide nitreux, qui est un partenaire essentiel de la réaction rédox. Pour augmenter le pouvoir d'absorption et la vitesse du courant de vapeur, on envoie en plus de l'azote dans la cuve de mélange 2 par le conduit d'alimentation 13. La vapeur enrichie en oxyde d'azote, en azote et en iode est envoyée, par un conduit 14, dans un séparateur de gouttes 15, avant d'être refroidie dans un échangeur de chaleur 16 à 700 C environ, et d'être envoyée dans le conduit pour le gaz effluent 17 du dispositif de dissolution L'eau de refroidissement passe dans les tubes de l'échangeur de chaleur 16 et la vapeur autour des tubes Le produit condensé revient par un conduit 18 à la cuve de mélange 2 en passant par la colonne de désorption 1. Pour récupérer l'acide nitrique, on envoie, en amont de l'échangeur de chaleur 16, dans le conduit 14, de l'oxygène, par un conduit 19, dans le courant de vapeur. L'acide nitrique retourne à la cuve de mélange 2 en passant par le séparateur de gouttes 15, par un conduit 20 et par la colonne de désorption 1. Pour vérifier le fonctionnement de l'installation à laquelle on n'a pas accès manuellement, il est monté dans le conduit 18 une cuve pour le distillat 21, servant de disposi- tif de mesure statique du débit Par une mesure du niveau, on peut détecter la quantité de produit condensé s'écoulant de l'échangeur de chaleur 16 à la cuve de mesure du distillat 21. Dans la cuve de mélange 2, est monté un tuyau 22, qui communique par un conduit pour de l'air comprimé 23 avec une chambre d'air comprimé 24 et, en parallèle, avec un conduit pour le gaz effluent 25 de la cuve Pour déplacer la solution de matières combustibles nucléaires, on envoie de l'air comprimé pulsé dans le tuyau 22 empli en fonction du niveau 30 de la solution de matières combustibles nucléaires, de sorte que la solution de matières combustibles nucléaires soit refoulée, indépendamment de la fréquence des pulsations, du tuyau 22 dans la cuve de mélange 2 L'air effluent est envoyé par le conduit 23 dans le conduit pour l'effluent gazeux 25 de la cuve. Pour évacuer la chaleur résiduelle de désintégra- tion de la solution de matières combustibles nucléaires, il est monté, dans la cuve de mélange 2, un serpentin de refroi- dissement 21 parcouru par de l'eau de refroidissement En plus, il est prévu, du côté de la face latérale de la cuve de mélange 2, un certain nombre de nervures de refroidissement (non représentées). Après une phase de désorption de 10 à 20 heures environ, la solution de matières combustibles nucléaires, ayant une teneur résiduelle en iode représentant moins de 0,5 % de la teneur totale en iode introduite dans le processus de retraitement, est pompée de la cuve de mélange 2 par un conduit d'évacuation 27 et au moyen d'une pompe 26, qui peut être montée à distance, et est envoyée à un processus d'extraction Dans le conduit d'évacuation 27, est monté un échangeur de chaleur 28, dans lequel la solution de matières combustibles nucléaires est refroidie à la tempéra- ture nécessaire pour le processus d'extraction. Pour nettoyer l'installation préalablement vidée, on peut rincer la cuve de mélange 2 et toutes les parties de l'installation qui s'y raccordent, par de l'hydrogène envoyé par le conduit d'entrée 5 b. Grâce à l'installation décrite, on peut effectuer le procédé suivant l'invention avec une faible dépense d'appareillage Des dispositifs de commande, qui ne sont pas représentés d'une manière plus précise, permettent d'obtenir une quantité d'eau froide dans l'échangeur de chaleur 16, en fonction de la température de l'effluent gazeux, et une quantité d'eau chaude dans l'échangeur de chaleur 7, en fonction de la température de la solution de matières combustibles, ainsi qu'une pression de l'air pulsé dans le tuyau 22, en fonction du niveau dans la cuve de mélange 2 La durée du procédé suivant l'invention, ainsi que la conception des parties de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé, sont adaptées au processus de retraitement global et cette durée est de 20 à 40 heures environ. En raison de la grande charge de dose dans un bâtiment principal d'une installation de retraitement de ce genre, toutes les parties de l'installation décrite ne sont pas entretenues ou peuvent être montées à distance et sont disposées avantageusement, suivant un mode de construction compact, dans un châssis unique. 1 1 REVENDICATIONS 1 Procédé pour diminuer la teneur en iode d'une solution nitrique de matières combustibles nucléaires, se formant dans un processus de dissolution dans une installa- tion de retraitement d'assemblages combustibles épuisés de réacteurs nucléaires et envoyée à un processus d'extraction pour séparer les substances dissoutes, l'iode étant retenue dans un système pour l'effluent gazeux caractérisé en ce qu'il consiste à introduire, d'abord, après le processus de dissolution et avant le processus d'extraction, des composés iodés inactifs dans la solution de matières combustibles nucléaires, en commençant pendant l'introduction des composés iodés inactifs, à porter au-delà de 500 C la solution de matières combustibles nucléaires en un laps de temps de 10 à 20 heures environ, à envoyer en même temps de l'air et/ou de l'oxygène pour l'oxydation de l'acide nitrique contenu dans la solution de matières combustibles nucléaires, à porter ensuite la solution de matières combustibles nucléaires au-delà de 1000 C et à l'évaporer partiellement, à faire passer le courant de vapeur ainsi créé dans la solution de matières combustibles nucléaires, à envoyer en même temps des oxydes d'azote pour la réduction de l'acide nitrique contenu dans la solution de matières combustibles nucléaires, à condenser la vapeur surconcentrée en iode et à envoyer l'iode dans le système pour l'effluent gazeux. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger la solution de matières combustibles nucléaires de préférence à de l'iodure de potassium et/ou à de l'iodate de potassium. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer la solution de matières combustibles nucléaires à contre-courant dans le courant de vapeur. 4 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à porter la solution de matières combustibles nucléaires de préférence à 900 C. solution 1100 C. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à porter la de matières combustibles nucléaires de préférence à 6 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer dans la solution de matières combustibles chauffée, comme oxydes d'azote, du monoxyde d'azote et du dioxyde d'azote en le rapport de 1:1. 7 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer en même temps que les oxydes d'azote, pour augmenter l'aptitude à l'absorption et la vitesse du courant de vapeur, de l'azote en supplément dans la solution de matières combustibles nucléaires. 8 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer, pour récupérer l'acide nitrique, de l'oxygène avant la condensa- tion, dans le courant de vapeur d'eau. 9 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à retenir dans un filtre l'iode du système d'effluent gazeux. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que elle comporte une cuve de mélange ( 2) coopérant, à sa partie supérieure, avec une colonne de désorption ( 1), un conduit d'entrée ( 3) et un conduit de sortie ( 27) dans lesquels sont montés respectivement des échangeurs de chaleur ( 4 et 28), à la cuve de mélange ( 2), sont reliées les deux extrémités d'un conduit de recirculation ( 6), un troisième échangeur de chaleur ( 7) étant monté dans le conduit de recirculation ( 6), à la cuve de mélange ( 2), est raccordé au moins un conduit d'alimentation ( 5) pour amener des substances ou des mélanges de substance, dans une partie inférieure de la cuve de mélange ( 2), un conduit de vapeur d' eau d' entraînement ( 9) mène à un autre conduit de sortie ( 8), qui est relié à une cuve de découplage ( 10) se trouvant à un niveau plus élevé que la colonne de désorption ( 1), et dont le conduit de sortie ( 11) et le conduit pour l'effluent gazeux ( 12) sont raccordés à une partie supérieure de la colonne de désorption ( 1) et la colonne de désorption ( 1) comporte, à sa partie supérieure, un conduit pour l'effluent gazeux ( 14) dans lequel est monté un quatrième échangeur de chaleur ( 16), dont le conduit de retour ( 18) est relié à une partie supérieure de la colonne de désorption ( 1). 11 Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la cuve de mélange ( 2) comporte un dispositif de refroidissement qui est constitué d'un serpentin de refroidissement ( 29) disposé dans la cuve de mélange ( 2) et d'un certain nombre de nervures de refroidissement montées sur la surface latérale de la cuve de 14 2655469 mélange ( 2). 12 Installation suivant la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que, dans la cuve de mélange ( 2) passe une extrémité d'un conduit d'air comprimé ( 23), dont l'autre extrémité communique avec une source d'air comprimé ( 24) ayant des moyens de production d'air comprimé pulsé.