CN105810277A - 一种氚工艺尾气处理系统 - Google Patents

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    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Abstract

本发明提供了一种氚工艺尾气处理系统，所述处理系统中的真空装置通过过滤器与气体收集罐连接后与电离室Ⅰ的一端相连接，电离室Ⅰ的另一端依次与预热器、催化反应器Ⅰ、催化反应器Ⅱ、冷却盘管、冷凝器、分子筛收集器、电离室Ⅱ相连接，经电离室Ⅱ测量后未达到排放标准的气体又进入气体收集罐重复上述流程，而达到排放标准的气体则进入尾气排放管道进行排放。本发明的系统既能保证氚工艺尾气中气态氚的完全催化氧化，避免加入氢气，增加了处理过程的安全性，又延长了冷凝收集过程中分子筛的使用周期，减少了换料频次，降低了工作人员对氚的摄入剂量。

Description

一种氚工艺尾气处理系统
技术领域
本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种氚工艺尾气
处理系统。适用于核电站、氚靶生产及中子发生器等生产场所在正常和事故工况下氚工艺尾气的处理。
背景技术
国外在涉及到氚操作的设施现场，都配备有各自氚尾气处理系统。在大气气氛下的氚废气处理系统中，主要使用催化氧化法，即首先将氚气氧化为氚水，再用分子筛吸收生成的氚水。如LosAlamosNationalLaboratory的TSA（TritiumsystemsTestAssembly）上配备的ETC（EmergencyTritiumCleanup）、欧洲联合堆上配备的氚去污系统、日本原子力研究所氚操作设施上配备的氚净化系统等均采用催化氧化法。在运行压力为0～1.5MPa，工作温度为300～500℃，气体处理能力为0～10m3/h条件下，采用循环净化方式，对氚的去污因子大于103量级。美国LawrenceLivermore实验室400KeV加速器氚净化的流程为：从加速器中排出的气体与一股干燥的空气流（1L/min）混合进入净化系统（混合器中氚含量为：1.48×1010Bq/target.day，即0.4Ci/target.day）。将混合气流通过温度较高的催化床时，氚（有机氚和无机氚）被催化氧化为氚水；生成的氚水蒸汽被空气冷凝塔冷却，然后被分子筛吸收。实验表明，如果分子筛只有几升，连续通过流量小于10L/min的含水空气，其使用时间为1～2周，若分子筛足够大，则能够保证系统能有较长的运行时间，可以使处理转化系统数量尽量少，并能降低伴随氚水的放射性危害。氚净化处理的关键材料催化剂的发展方向是采用不易中毒的疏水催化剂，在常温下催化氧化氚；对于惰性气氛的氚废气，国际上多使用吸氢合金，如U床、LaNi5等。
国内，对氚操作场所中进行氚在线监测和含氚尾气净化技术的研究和相关设备的开发主要集中在中国工程物理研究院，中国辐射防护研究院也开展了部分相关技术的研究开发。中国工程物理研究七所针对生产工艺使用合金吸附法消除氚废气。中国工程物理研究院核物理与化学研究所在氘氚靶生产、ICF靶丸高压充氚、旋转靶加速器运行等工作产生的辐射防护需求牵引下，对含氚废气的监测及净化处理进行了长期深入的研究，并开发研制了含氚废气净化处理系统、在工作现场均应用良好，最新研制的系统当尾气中的含氚量在106～1010Bq/m3范围内时，在30分钟左右可将氚浓度降低一个数量级以上。
发明内容
本发明基于氚工艺尾气的催化氧化方法，全面优化流程，发明了针对氚工艺尾气的整套氚净化处理系统。
本发明的氚工艺尾气处理系统是采用在线实时测量，测量电离室置于处理回路中，既可实时观测到氚浓度变化情况，避免取样测量的延迟，又可确保处理过程的密封性，避免取样测量方法中接头、管道、取样泵的泄漏；本发明的氚工艺尾气处理系统采用高温预热、高温催化和中温催化三个环节催化氧化氚工艺尾气中的气体氚，可提高氚催化反应的效率，避免加入氢气，增加处理过程的安全性，也可在高温条件下将工艺气体中可能产生的微量含氚气态有机物进行处理；本发明的氚工艺尾气处理系统对HTO的收集分为三级降温模式，可收集催化氧化生成的绝大部分HTO，由于分子筛反应器外部浸泡液工作温度一般在冰点以下，可进一步提高分子筛的吸附能力，并延长HTO收集用分子筛的使用周期，减少换料频次和工作人员摄入剂量。整套系统的管路和反应器均选用316L不锈钢材质，内壁进行EP抛光处理，Ra低于0.1，可有效减少氚在金属内壁上的吸附，降低检修过程中的工作人员剂量。同时通过回路上的气动阀进行处理气流导向可在不同模式下进行含氚工艺气体处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述氚工艺尾气处理系统包括与工艺含氚尾气相连的真空装置和过滤器，还包括气体收集罐、电离室Ⅰ和电离室Ⅱ、预热器、Pd催化反应器和Pt催化反应器、冷却盘管、冷却器以及分子筛收集器。其连接关系是，真空装置通过气动阀Ⅰ与过滤器的一端连接，过滤器的另一端通过气体收集罐、气动阀Ⅱ、电离室Ⅰ、预热器与催化反应器Ⅰ的一端连接，催化反应器Ⅰ的另一端与催化反应器Ⅱ的一端连接，催化反应器Ⅱ的另一端通过冷却盘管、冷凝器、分子筛收集器与电离室Ⅱ的一端连接进行测量，达到排放标准后，经过电离室Ⅱ测量的气体通过气动阀Ⅳ进入尾气排放管道进行排放，若经过电离室Ⅱ测量的含氚气体未达到排放标准，则经过电离室Ⅱ测量的气体连接气动阀Ⅲ进入气体收集罐重复上述循环。
所述真空装置包括KNF系列隔膜泵、泵减震系统和散热风扇。
所述过滤器为滤膜过滤器。
所述电离室Ⅰ和电离室Ⅱ均为流气式测氚电离室。
所述催化反应器Ⅰ为119-Pd-Al2O3催化反应器，催化反应器Ⅱ为119-Pd-Al2O3催化反应器和装填Pt无机疏水催化剂的催化反应器中的任意一种。
所述冷却盘管为蛇形冷却盘管。
所述管道均采用1/4inch的EP级不锈钢管道硬连接而成。
本发明的一种氚工艺尾气处理系统，采用在线实时测量的方法进行氚工艺尾气处理，不仅能够实时观测到氚浓度变化情况，避免取样测量方法中接头、管道、取样泵中氚的泄露，而且采用高温预热、高温催化和中温催化三级处理的方式大大提高了催化反应效率，减轻了氚尾气处理人员的劳动轻度并提高了工作效率。
本发明的一种氚工艺尾气处理系统，采用三级降温模式进行氚工艺尾气中HTO的收集，不仅提高了分子筛的吸附能力，延长了分子筛的使用周期，而且减少了换料频次，降低了工作人员的摄入剂量。
本发明的一种氚工艺尾气处理系统，在工艺含氚气体样品进入系统前采用过滤器进行水分和杂质过滤，消除了水分的引入对测氚电离室灵敏度的影响，大大减少杂质的引入对系统取样准确性和长期稳定性的影响。适用于核电站、氚靶生产及中子发生器等生产场所在正常和事故工况下氚工艺尾气的处理。
附图说明
图1为本发明的氚工艺尾气处理系统的结构示意图；
图中：1.工艺含氚尾气2.真空装置3.气动阀Ⅰ4.过滤器5.气体收集罐6.气动阀Ⅱ7.电离室Ⅰ8.预热器9.催化反应器Ⅰ10.催化反应器Ⅱ11.冷却盘管12.冷凝器13.分子筛收集器14.电离室Ⅱ15.气动阀Ⅲ16.气动阀Ⅳ17.尾气排放管道。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
图1为本发明的氚工艺尾气处理系统的结构示意图。在图1中，一种氚工艺尾气处理系统包括与与工艺含氚尾气1相连的真空装置2和过滤器4，还包括气体收集罐5、电离室Ⅰ7和电离室Ⅱ14、预热器8、Pd催化反应器9和Pt催化反应器10、冷却盘管11、冷却器12以及分子筛收集器13。其连接关系是，真空装置2通过气动阀Ⅰ3与过滤器4的一端连接，过滤器4的另一端通过气体收集罐5、气动阀Ⅱ6、电离室Ⅰ7、预热器8与催化反应器Ⅰ9的一端连接，催化反应器Ⅰ9的另一端与催化反应器Ⅱ10的一端连接，催化反应器Ⅱ10的另一端通过冷却盘管11、冷凝器12、分子筛收集器13与电离室Ⅱ14的一端连接进行测量，达到排放标准后，经过电离室Ⅱ14测量的气体通过气动阀Ⅳ16进入尾气排放管道17进行排放，若经过电离室Ⅱ14测量的含氚气体未达到排放标准，则经过电离室Ⅱ14测量的气体连接气动阀Ⅲ15进入气体收集罐5重复上述循环。
所述的真空装置2包括KNF系列隔膜泵、泵减震系统和散热风扇。
所述的过滤器4为滤膜过滤器。
所述的电离室Ⅰ和电离室Ⅱ均为流气式测氚电离室。
所述的催化反应器Ⅰ9为119-Pd-Al2O3催化反应器，催化反应器Ⅱ10为119-Pd-Al2O3催化反应器和装填Pt无机疏水催化剂的催化反应器中的任意一种。
所述的冷却盘管11为蛇形冷却盘管。
所述管道均采用1/4inch的EP级不锈钢管道硬连接而成。
本发明中采用高温预热、高温催化以及中温催化的方式对氚工艺尾气中的气态氚进行催化氧化，首先经过预热器8的高温预热，提升了气态氚的温度，经高温催化反应器Ⅰ9将氚工艺尾气中的大部分气态氚催化氧化转化为HTO，之后由中温催化反应器Ⅱ10将经过催化反应器Ⅰ9后未完全转化的气态氚进一步催化氧化为HTO，大大提高了氚工艺尾气中气态氚的催化氧化效率。
本发明采用冷却盘管11初步冷凝，冷凝器12进一步冷凝以及分子筛收集器13的三级降温模式，对催化氧化后的HTO进行逐步冷凝收集，有效提高了分子筛的吸收能力，延长了分子筛的使用周期，减少了换料频次，大大降低了氚工艺现场工作人员的摄入剂量。
本发明不限于该实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (7)

1.一种氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述氚工艺尾气处理系统包括与工艺含氚尾气（1）相连的真空装置（2）和过滤器（4），还包括气体收集罐（5）、电离室Ⅰ（7）和电离室Ⅱ（14）、预热器（8）、Pd催化反应器（9）和Pt催化反应器（10）、冷却盘管（11）、冷却器（12）以及分子筛收集器（13）；
其连接关系是，真空装置（2）通过气动阀Ⅰ（3）与过滤器（4）的一端连接，过滤器（4）的另一端通过气体收集罐（5）、气动阀Ⅱ（6）、电离室Ⅰ（7）、预热器（8）与催化反应器Ⅰ（9）的一端连接，催化反应器Ⅰ（9）的另一端与催化反应器Ⅱ（10）的一端连接，催化反应器Ⅱ（10）的另一端通过冷却盘管（11）、冷凝器（12）、分子筛收集器（13）与电离室Ⅱ（14）的一端连接进行测量，达到排放标准后，经过电离室Ⅱ（14）测量的气体通过气动阀Ⅳ（16）进入尾气排放管道（17）进行排放，若经过电离室Ⅱ（14）测量的含氚气体未达到排放标准，则经过电离室Ⅱ（14）测量的气体连接气动阀Ⅲ（15）进入气体收集罐（5）重复上述循环。
2.根据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述真空装置（2）包括KNF系列隔膜泵、泵减震装置和散热风扇。
3.根据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述过滤器（4）为滤膜过滤器。
4.据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述电离室Ⅰ和电离室Ⅱ均为流气式测氚电离室。
5.根据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述催化反应器Ⅰ（9）为119-Pd-Al2O3催化反应器，催化反应器Ⅱ（10）为119-Pd-Al2O3催化反应器和装填Pt无机疏水催化剂的催化反应器中的一种。
6.根据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述冷却盘管（11）为蛇形冷却盘管。
7.根据权利要求1所述的氚工艺尾气处理系统，其特征在于：所述管道均采用1/4inch的EP级不锈钢管道硬连接而成。
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Application publication date: 20160727

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