Brevet FR2766954A1 — publié le 19990205

Equipement de traitement de milieux ou d'une matière de déchet avant un faible niveau de radioactivité La présente invention concerne le traitement d'une matière de déchet combustible, qui est classée comme étant un milieu ou une matière de déchet à faible niveau de radioactivité, dans une installation nucléaire de génération électrique et, en particulier, un équipement conçu pour traiter un milieu ou une matière de déchet à faible niveau de radioactivité, dans lequel la matière de déchet combustible est vitrifiée par une pyrolyse conduite à basse température et une épuration de carbone est effectuée, les gaz d'échappement générés au cours de la fusion de la matière de déchet combustible sont purifiés de manière que le matériau radioactif y étant contenu ne puisse être émis dans l'atmosphère tandis que la quantité des gaz d'échappement eux-mêmes est maintenue à une valeur minimale et les gaz organiques étant récupérés sous la forme d'une huile et étant réutilisés. Le milieu ou la matière de déchets à faible niveau de radioactivité s'entend ici comprendre un équipement, des gants, des revêtement de chaussures, du papier de déchet, des chiffons à poussière, des habits protecteurs, des feuilles en PVC, un papier d'enlèvement de la contamination, des déchets de résine (des résines échangeuses d'ions), de la boue ou analogue, qui sont utilisés lors du fonctionnement, de l'entretien, ou analogue, des réacteurs nucléaires. Ces produits de déchets radioactifs sont traités de manière que la radioactivité ne puisse s'échapper à l'extérieur et sont ensuite stockés dans un dispositif de stockage de déchets nucléaires. Dans les récentes années, il a été reporté que la quantité de milieux ou de matière de déchet à faible niveau de radioactivité rencontré dans neuf installations nucléaires donne environ 600 tonneaux ou barils ayant une capacité de 200 litres annuellement (se référer à Science and Technology Section, Chungang libo, 14 janvier, 1996). Parmi cette matière de déchets radioactifs, la matière de déchets combustibles est brûlée et, ensuite, la cendre produite est vitrifiée en utilisant un procédé d'incinération ou un procédé de pyrolyse à température ultra-élevée, faisant appel à un procédé au plasma, dans le but de réduire le volume et de réduire la formation de mottes. C'est-à-dire que la matière de déchet radioactive à haut niveau de radiaoactivité, qui apparaît sous forme liquide pendant les étapes de séparation et de récupération des composants actifs dans le retraitement du combustible nucléaire, est convertie en une poudre sèche, se présentant sous une forme d'oxyde, suite à une évaporation et une calcination, puis est mélangée à du verre avant d'être soumis à une fusion, faisant que le processus de vitrification est rendu aisé. D'autre part, la matière de déchet combustible, qui est classée comme étant le milieu ou la matière de déchet à faible niveau de radioactivité, génère une grande quantité de gaz d'échappement, suite à la grande quantité d'air de combustion qui a été consommée au cours de l'incinération pour devenir de la cendre, étant donné que la matière de déchets est constituée de produits ayant différentes compositions chimiques. Cependant, on a rencontré des difficultés pour empêcher que les substances radioactives volatiles et les espèces nucléaires, se présentant sous la forme de fines particules contenues dans les gaz d'échappement, ne s'échappent à l'atmosphère. En d'autres termes, du fait que les substances radioactives vont exister principalement sous la forme de fins grains et vont pouvoir se diffuser de façon extensive selon la présence d'un courant d'air environnant et, dans ce cas, donner des émissions dans l'atmosphère, pouvant infliger un dommage de nature mortelle à des êtres humains, un dispositif de filtration très strict et très compliqué est nécessaire pour minimiser l'émission secondaire de déchets. Du point de vue des gaz d'échappement à ce sujet, des filtres céramiques prévus pour une température ultra-élevée (1300"C environ) doivent être utilisés pour éliminer le carbone qui est incompatible avec le verre, lorsque la matière de déchet combustible est traitée dans l'incinérateur, et le nombre des filtres devrait également être grand pour pouvoir filtrer la grande quantité de gaz d'échappement, ce qui entraîne une complication de l'équipement de traitement prévu pour traiter la matière déchets avec des coûts d'entretien concurrents élevés. L'objet de la présente invention est de résoudre les problèmes décrits ci-dessus rencontrés dans l'art classique et de proposer un dispositif pour traiter un milieu ou une matière de déchet à faible niveau de radioactivité, dans lequel l'équipement de traitement prévu pour traiter la matière de déchet radioactive est simplifié en minimisant les étapes de filtration, la minimisation étant rendue possible par la réduction de la quantité des gaz d'échappement, suite au fait d'effectuer une pyrolyse à faible température (décomposition thermique) d'une matière de déchet radioactif, et ceci élevant l'efficacité du traitement de la matière de déchet, en permettant une récupération des gaz organiques pour les amener sous la forme d'une huile liquide réformée, et en assurant un stockage sûr tout en empêchant que les espèces nucléaires n'exsudent au moment du processus de vitrification, par une épuration complète du carbone des résidus pyrolyses. L'objet décrit ci-dessus de l'invention est atteint par un équipement de traitement d'un milieu ou d'une matière de déchet à faible niveau de radioactivité comprenant: un fondoir destiné à fondre la matière de déchet combustible à basse température, ladite matière de déchet combustible ayant été broyée dans un broyeur; un four de pyrolyse, conçu pour soumettre la matière de déchet ayant été fondue dans ledit fondoir à une réaction réductrice sous une faible température et pour séparer les substances liquéfiables, se présentant sous la forme d'une huile, par l'intermédiaire d'un processus faisant appel à une évaporation et à une condensation; un épurateur de carbone, destiné à éliminer la matière carbonée issue du résidu quittant ledit four de pyrolyse de manière à achever le processus de pré-traitement pour permettre une vitrification; une tour de neutralisation conçue pour neutraliser les gaz acides toxiques ayant été générés dans ledit fondoir et ledit four de pyrolyse; une tour de catalyse destinée à convertir le gaz de décomposition et le gaz d'échappement de combustion généré dans ledit four de pyrolyse en huile légère se présentant sous la forme d'une substance organique liquide, sous l'action d'un catalyseur; et un condenseur conçu pour condenser les composants gazeux selon leurs températures (d'ébullition), lesdits composants gazeux n'ayant pas été condensés dans ladite tour de catalyse. La présente invention va être expliquée ci-après eu égard à un mode de réalisation préféré de celle-ci en liaison avec le dessin annexé. Le dessin annexé représente la vue générale de l'équipement pour traiter un milieu ou une matière de déchet à faible niveau de radioactivité selon un mode de réalisation préféré de l'invention. En se référant au dessin annexé, le numéro de référence 10 désigne des trémies destinés à contenir une matière de déchet combustible 100. La matière de déchet combustible 100 se trouvant dans les trémies 10 comprend par exemple des dispositifs, des gants, des revêtements de chaussure, du papier de déchet, des chiffons à poussière, des habits protecteurs, des feuilles de PVC, du papier pour enlèvement de la contamination, des résines de déchet (par exemple des résines échangeuses d'ions), de la boue et analogue qui sont utilisés pendant le fonctionnement, l'entretien ou analogue, tels que décrits ci-dessus. Comme on le voit dans le dessin, la matière de déchet combustible 100 est d'abord broyée par un broyeur 12, de manière à être adaptée pour la fusion. Ensuite, la matière de déchet 100 broyée est fournie dans un fondoir à faible température 18 par un transporteur 14 et un transporteur à vis 16 et y est fondue. Les gaz acides toxiques tels que du HC1 etc. qui sont générés lorsque le déchet combustible 100 est fondu sont fournis à une tour de neutralisation 20 dans laquelle une solution caustique aqueuse venant d'un réservoir de recirculation 21 est pulvérisée afin de neutraliser les gaz toxiques avant qu'ils soient déchargés. Du fait que les gaz toxiques générés au moment de la fusion sont d'une quantité notablement augmentée lorsque la température régnant à l'intérieur du fondoir prévu pour fondre la matière de déchet combustible 100 est excessivement élevée, la température est ajustée à une température réduite à 150 à 300 C, de manière à permettre de fondre la matière de déchet combustible 100 et, néanmoins, de réaliser une réduction simultanée accentuée de la génération des gaz. La matière de déchet ayant été fondue à basse température dans le fondoir 18 tel que décrit ci-dessus est ensuite transférée à un four de pyrolyse 22. La matière de déchet est soumise à une réaction de réduction dans un état de basse température, comprise entre 300 et 450"C, conservée à l'intérieur du four de pyrolyse 22 pour provoquer simultanément une fonte et une pyrolyse, puis une séparation ou une récupération de la substance liquéfiable, sous une forme d'huile, par des processus d'évaporation et de condensation. Les gaz acides toxiques (par exemple les gaz d'acide chlorhydrique ou de chlorure d'hydrogène etc.) générés à partir de cela, sont neutralisé par passage dans une tour de neutralisation 20 et traités avant d'être évacués. La chose importante est que les substances des espèces nucléaires, incluses dans la matière de déchet combustible100 qui tend à se sublimer facilement à une température supérieure à 400"C, sont maintenues en une quantité minimale de volatilisation grâce aux conditions adoptées pour la pyrolyse et pour la fusion, à basse température, inférieure à 400"C et, en outre, la substance huileuse est récupérée de la matière de déchet combustible 100, à comparer avec ce que l'on a fait avec un processus classique, dans lequel on décharge un grand volume de gaz d'échappement en procédant à une simple incinération. Le résidu suivant la pyrolyse que l'on a dans le four de pyrolyse 22 est ensuite transféré à un épurateur à carbone 24 dans lequel un processus de pré traitement est achevé en vue de permettre d'obtenir une vitrification parfaite et de qualité. Le processus d'épuration du carbone qui est conduit dans l'épurateur à carbone24, processus par lequel le résidu à couleur noire venant du four de pyrolyse 22 est transformé en une poudre blanche, est destiné à supprimer le risque d'exsudation des espèces nucléaires radioactives, du fait que le verre structurellement est à sa stabilité maximale lorsqu'il se présente sous la forme d'oxyde de métal et d'oxyde inorganique et le carbone va être présent en une phase séparée suite à son absence de compatibilité avec le verre, dans le cas où le composant qu'est le carbone est incorporé au verre. Par conséquent, dans la vitrification, seule l'élimination complète du carbone peut donner une solidification stable du verre. La cendre qui a été purifiée en donnant une poudre blanche dans l'épurateur à carbone 24 comme décrit ci-dessus, est normalement mélangée à de la poudre de verre venant d'un réservoir de stockage de verre 26, passé dans un mélangeur 28 et envoyée à un fondoir de vitrification 32 via un transporteur à vis 30. Le mélange est fondu dans le fondoir de vitrification 32, placé dans des récipients pour être solidifié et fermé de façon étanche. Enfin, les récipients scellés ou fermés de façon étanche sont stockés dans un magasin de stockage 34 après avoir été soumis à une étape de décontamination destinée à éliminer la contamination radioactive et à une étape d'inspection. Ce procédé, dans lequel la cendre ayant été bien purifiée et se présentant à l'état d'espèces nucléaires concentrées est mélangée à de la poudre de verre fondue et solidifiée, offre l'avantage de la sécurité apportée à un stockage permanent suite au fait d'empêcher l'exsudation dans des conditions naturelles et offre un autre avantage qui est l'amélioration remarquable de la capacité de stockage imputable à la réduction énorme du volume, de 1/100. D'autre part, le gaz de pyrolyse 35 et le gaz d'échappement de combustion 37 qui ont été générés dans le four de pyrolyse 22 décrit ci-dessus, sont fournis à une tour de catalyse 36 pour produire, sous l'action du catalyseur, la masse d'huile légère se présentant sous la forme d'une matière organique liquide. La vapeur d'effluent venant de la tour de catalyse 36 est fournie à un condenseur 38 dans lequel les composants gazeux n'ayant pas été condensés dans la tour de catalyse sont condensés en fonction des températures et les fractions d'huile ayant été condensée sont collectées dans le réservoir de récupération 40. Les gaz non condensés 42 quittant le condenseur 38 et la tour de neutralisation 20 sont recyclés à titre de gaz d'alimentation, au four de pyrolyse 22. La fraction d'huile légère stockée dans le réservoir de récupération 44 est également utilisée comme produit d'alimentation pour le four de pyrolyse 22 ainsi que pour le fondoir 18. Dans le dessin, le numéro 44 désigne les gaz d'échappement qui sont émis dans l'atmosphère après traitement dans un dispositif de traitement de gaz traitant les gaz d'échappement 46. Comme dispositif de traitement des gaz d'échappement mentionné ci-dessus, la simple utilisation d'un filtre de type HEPA (non représenté) peut satisfaire au but de purifier les gaz, du fait de la quantité extrêmement faible de gaz générés, si bien que l'on bénéficie de l'avantage de la simplification du dispositif de décharge des gaz. On désigne par 48 un réservoir à eau chaude qui sert à fournir et récupérer l'eau destinée au, et venant du, condenseur 38. Le symbole "P" illustre un dispositif de pompage destiné à des tuyauteries. Comme décrit ci-dessus, la présente invention présente l'avantage de simplifier l'équipement de traitement en réduisant de façon accentuée la quantité de gaz d'échappement de par la pyrolyse à basse température et l'élimination du carbone de la matière de déchet radioactif combustible et présente l'autre avantage d'augmenter la sécurité du stockage par le biais de l'empêchement du processus d'exsudation des espèces nucléaires à l'étape de vitrification du fait de l'élimination du carbone du résidu pyrolysé et présente l'avantage supplémentaire d'améliorer l'efficacité du traitement en récupérant le composant formé par les gaz organiques, à titre d'huile liquide réformée et en le réutilisant pour traiter la matière de déchet. REVENDICATIONS 1. Equipement de traitement d'un milieu ou d'une matière de déchet à faible niveau de radioactivité comprenant: un fondoir (18) destiné à fondre la matière de déchet combustible (100) à basse température, ladite matière de déchet combustible ayant été broyée dans un broyeur (12); un four de pyrolyse (22), conçu pour soumettre la matière de déchet ayant été fondue dans ledit fondoir (18) à une réaction réductrice sous une faible température et pour séparer les substances liquéfiables sous la forme d'une huile, par l'intermédiaire d'un processus faisant appel à une évaporation et à une condensation; un épurateur de carbone (24), destiné à éliminer la matière carbonée issue du résidu quittant ledit four de pyrolyse (22) de manière à achever le processus de pré-traitement pour permettre une vitrification; une tour de neutralisation (20) conçue pour neutraliser les gaz acides toxiques ayant été générés dans ledit fondoir (18) et ledit four de pyrolyse (22); une tour de catalyse (36) destinée à convertir le gaz de décomposition et le gaz d'échappement de combustion généré dans ledit four de pyrolyse (22) en huile légère se présentant sous la forme d'une substance organique liquide, sous l'action d'un catalyseur; et un condenseur (38) conçu pour condenser les composants gazeux selon leurs températures (d'ébullition), lesdits composants gazeux n'ayant pas été condensés dans ladite tour de catalyse (36). 2. Equipement selon la revendicationl, dans lequel la température régnant à l'intérieur dudit fondoir est située dans la plage allant de 150 à 300"C. 3. Equipement selon la revendication 1, dans lequel la température régnant à l'intérieur dudit four de pyrolyse (18) est située dans la plage allant de 300 à 450"C.