CN110201495B - 一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于辐照生产裂变Mo‑99工艺系统的尾气净化系统，包括依次串联的液体净化柱组件、固体净化柱组件和低温吸收净化柱组件；所述液体净化柱组件的输入连接至尾气源，低温吸收净化柱组件连接至尾气储气罐。本发明的有益效果如下：采用本发明提供的尾气处理系统通过液体、固体和低温吸收净化柱组件对放射性尾气进行净化处理，保证了尾气的排放达到环保标准，具有系统安全性好、放射性污染少、操作人员的辐射伤害小的特点。

Description

一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统
技术领域
本发明涉及核化工领域，具体涉及一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统。
背景技术
99mTc药物是现代核医学中应用最广泛的放射性诊断药物，该核素一般是由人工放射性核素99Mo衰变得到，99Mo半衰期为66h。目前全球99Mo的主要来源，是通过反应堆辐照铀-235裂变反应生成99Mo，铀靶(235U)入堆后在热中子的作用下发生裂变反应，235U反应截面为586b。生成99Mo裂变反应方程式为：
235U(nf)236U→99Mo+134Sn+3n
目前大规模生产裂变99Mo，是将235U制成纯铀箔、与其它金属结合制成弥散体或合金等形式，入反应堆进行辐照，使235U发生裂变反应产生99Mo等的裂变产物，再通过溶解、分离提取等复杂的工艺从裂变产物中进行提取、纯化99Mo，以获得高纯度医用99Mo。
235U在热中子的作用下发生裂变反应，产生的99Mo的量仅占裂变产物的6.1％(质量百分比)，还会产生上百种的其它放射性裂变产物，其中包括产生大量的放射性气体产物。放射性气体产物主要有极易挥发的放射性惰性气体氙(131mXe、133mXe、133Xe、135mXe、135Xe)、氪(85Kr)和极易升华挥发的放射性碘(129I、131I、132I、133I、135I)等，主要核反应有：
235U(nf)236U→133Xe+101Sr+2n
235U(nf)236U→135Xe+99Sr+2n
235U(nf)236U→85Kr+148Ba+3n
235U(nf)236U→131I+101Y+4n
235U(nf)236U→133I+100Y+3n
铀每裂变4个原子就会形成1个惰性气体原子(氙、氪)和极易升华挥发的固体放射性碘。产生的惰性气体氙和氪的气化热能较低，分别为：12.63KJ/mol、9.029KJ/mol，极易挥发。但氙和氪原子直径(分别为
Figure BDA0002118020190000021
和
Figure BDA0002118020190000022
)，比铀原子直径
Figure BDA0002118020190000023
大的多，在铀的晶格移动比较困难，会以固溶的形式存在于靶件235U中，当对辐照后的靶件进行溶解时，就会立刻释放出来，对环境造成极大的危害，尤其氙和氪为惰性气体很难进行吸附收集。因此，在对辐照后的靶件进行溶解的同时，需要及时对产生的放射性尾气进行收集、净化处理，使排放得气体达到环保标准。现有的净化系统对于此类放射性尾气的处理效果不够理想。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，该系统能够提高放射性尾气的处理效果。
本发明的技术方案如下：
一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，包括依次串联的液体净化柱组件、固体净化柱组件和低温吸收净化柱组件；所述液体净化柱组件的输入连接至尾气源，低温吸收净化柱组件连接至尾气储气罐。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述液体净化柱组件包括三级串联的液体吸收净化柱。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述液体吸收净化柱的入口管和出口管均焊接在柱顶部，入口管伸延至柱底部；前一液体吸收净化柱的出口管与后一液体吸收净化柱的入口管连接。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述液体吸收净化柱的底部设置有将尾气气泡打碎的筛板。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述固体吸收净化柱组件包括三级串联的固体吸收净化柱，柱内装填固体吸收净化剂，其入口与液体吸收净化柱组件的出口连接，出口与低温吸收净化柱组件的入口连接。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述低温吸收净化柱组件采用回旋形管件，以增加气体在注中的滞留时间。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述尾气源与所述液体吸收净化柱组件之间安装有阻气器。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述液体吸收净化柱组件和所述固体吸收净化柱组件分别安装于相应的支架上。
进一步地，上述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，所述液体吸收净化柱组件的排液管路上和所述低温吸收净化组件上均设置有电磁阀。
本发明的有益效果如下：
1、采用本发明提供的尾气处理系统通过液体、固体和低温吸收净化柱组件对放射性尾气进行净化处理，保证了尾气的排放达到环保标准，具有系统安全性好、放射性污染少、操作人员的辐射伤害小的特点。
2、尾气在液体吸收净化柱内是底部进气，通过筛板将大气泡打散，进一步增加尾气与吸收液的接触面积，增加吸收效果。
3、液体吸收净化柱经过三级串联，下游再增加三级串联的固体吸收净化柱，能够保证全部吸收尾气中残余的裂变碘，低温吸收净化柱组件能够对于裂变中产生的放射性氙和氪等惰性气体。
4、低温净化吸收柱采用回旋形，增加气体在柱中的滞留时间，保证吸收充分。
附图说明
图1为本发明的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统机构示意图。
图2为本发明中液体吸收净化柱的结构示意图。
图3为本发明中固体吸收净化柱的结构示意图。
图4为本发明中低温吸收净化柱的回旋形管的结构示意图。
图5为本发明的液体吸收净化柱的剖面结构图。
图6为本发明的筛板的结构示意图。
上述附图中，1、溶解器；2、阻气器；3、电磁阀；4、电磁阀；5、液体吸收净化柱；6、电磁阀；7、液体吸收净化柱；8、电磁阀；9、液体吸收净化柱；10、电磁阀；11、固体吸收净化柱；12、固体吸收净化柱；13、固体吸收净化柱；14、电磁阀；15、低温吸收净化柱；16、电磁阀；17、冷阱；18、电磁阀；19、真空压力表；20、储气罐；21、电磁阀；22、真空泵；23、控制器；24、执行器；25、提取纯化部件；26、支架；27、支架；28、筛板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
裂变99Mo的生产，首先是将由235U制成的靶件入反应堆进行一定时间辐照后，取出转运到屏蔽热室内，放置到全金属密闭的溶解系统中进行溶解，然后从235U靶件溶解后的裂变产物中提取、纯化99Mo，在靶件溶解的同时，对溶解过程中产生的尾气及时进行处理和净化。
如图1所示，本发明提供了一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，包括依次串联的液体净化柱组件、固体净化柱组件和低温吸收净化柱组件；所述液体净化柱组件的输入连接至尾气源，低温吸收净化柱组件连接至尾气储气罐。所述尾气源(本实施例中为溶解器1)与所述液体吸收净化柱组件之间安装有阻气器2。所述液体吸收净化柱组件的排液管路上和所述低温吸收净化组件上均设置有电磁阀。
如图2所示，所述液体净化柱组件包括三级串联的液体吸收净化柱(5，7，9)。所述液体吸收净化柱的入口管和出口管均焊接在柱顶部，入口管伸延至柱底部；前一液体吸收净化柱的出口管与后一液体吸收净化柱的入口管连接。如图5所示，所述液体吸收净化柱的底部设置有将尾气气泡打碎的筛板28(参见图6)。
溶解时释放出的裂变气体和产生的其它的气体经阻气器2减缓后，气体进入液体吸收净化柱5，由液体吸收净化柱5顶部入口管导入至液体吸收净化柱5的底部释放出，气体流经液体吸收净化柱5内的液体，从液体吸收净化柱5顶部出口管流出，碘和溶解时产生的其它的气体大部分吸收在液体吸收净化柱5的溶液内。未被吸收的气体从液体吸收净化柱5顶部出口管流出后进入液体吸收净化柱7顶部入口管。与液体吸收净化柱5同样的吸收原理，未被吸收的气体依次流入液体吸收净化柱(7、9)，由液体吸收净化柱(7、9)的液体进行吸收。
液体吸收净化柱气体的吸收是动态吸收，需要根据气体的流量和流速确定加载吸收液体的量。气体流过吸收液体时，是呈以较大的气泡形状以一定的流速流过吸收液体，使气泡中心的气体不能及时吸收。因此，在液体吸收净化柱(5、7、9)底部加装筛板，将较大的气泡打碎成细小的气泡，以使碘和溶解时产生的其它的气体更好的吸收。
液体吸收净化柱的液体吸收饱和后，由热室机械手操作从柱底部的管排出，再更换加入新的吸收净化液。
如图3所示，所述固体吸收净化柱组件包括三级串联的固体吸收净化柱(11、12、13)，柱内装填固体吸收净化剂，其入口与液体吸收净化柱组件的出口连接(本实施例中为固体吸收净化柱11的入口与液体吸收净化柱9的出口连接)，出口与低温吸收净化柱组件的入口连接。
固定吸收净化柱吸收净化由液体吸收净化柱逸出未能吸收的碘和溶解时产生的其它的气体，可保证对残余的裂变碘全部吸收。当固体吸收净化剂饱和失效后，由热室机械手拆下，更换装上新的固体吸收净化柱。
上述的液体吸收净化柱组件和所述固体吸收净化柱组件分别安装于相应的支架(26、27)上。
铀裂变产生的放射性氙、氪等惰性气体，不为液体吸收净化柱吸收，固体吸收净化柱也只有少量吸收，采用低温吸收净化系统，将放射性氙、氪等惰性气体吸收在低温吸收净化柱15中。所述低温吸收净化柱15安装于冷阱17中，以保证其工作温度。同时，根据气体流速和流量，为保证对放射性氙、氪等惰性气体的全部吸收，本实施例中，所述低温吸收净化柱组件采用回旋形管件(参见图4)，以增加气体在注中的滞留时间。
本实施例中，提取纯化部件25也接入系统，对其产生的尾气进行收集和净化处理。净化系统由电磁阀(3、4、6、8、10、14、16、18、21)控制，电磁阀由控制器23、执行器24、实行自动化控制。其中，电磁阀3用于控制提取纯化部件25，电磁阀4控制净化系统的尾气输入，电磁阀(6，8，10)分别控制液体吸收净化柱内吸收液的排放，电磁阀(14，16，18)控制低温吸收净化柱15的工作状态以保证尾气废物充分吸收，电磁阀21则是用于控制尾气储气罐20的净化后气体排放。
溶解过程中释放出的气体经前三级净化后，最终逸出的尾气储存在尾气储气罐20中。监测检验合格后再抽空排放。尾气储气罐20上设置有真空压力表19，由真空泵22提供排放动力。
本发明的有益效果如下：采用本发明提供的尾气处理系统通过液体、固体和低温吸收净化柱组件对放射性尾气进行净化处理，保证了尾气的排放达到环保标准，具有系统安全性好、放射性污染少、操作人员的辐射伤害小的特点。尾气在液体吸收净化柱内是底部进气，通过筛板将大气泡打散，进一步增加尾气与吸收液的接触面积，增加吸收效果。液体吸收净化柱经过三级串联，下游再增加三级串联的固体吸收净化柱，能够保证全部吸收尾气中残余的裂变碘，低温吸收净化柱组件能够对于裂变中产生的放射性氙和氪等惰性气体。低温净化吸收柱采用回旋形，增加气体在柱中的滞留时间，保证吸收充分。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：包括依次串联的液体净化柱组件、固体净化柱组件和低温吸收净化柱组件；所述液体净化柱组件的输入端连接至尾气源，低温吸收净化柱组件连接至尾气储气罐；液体吸收净化柱的底部设置有将尾气气泡打碎的筛板。
2.如权利要求1所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述液体净化柱组件包括三级串联的液体吸收净化柱。
3.如权利要求2所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述液体吸收净化柱的入口管和出口管均焊接在柱顶部，入口管伸延至柱底部；前一液体吸收净化柱的出口管与后一液体吸收净化柱的入口管连接。
4.如权利要求1所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述固体净化柱组件包括三级串联的固体吸收净化柱，柱内装填固体吸收净化剂，其入口与液体净化柱组件的出口连接，出口与低温吸收净化柱组件的入口连接。
5.如权利要求1所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述低温吸收净化柱组件采用回旋形管件，以增加气体在注中的滞留时间。
6.如权利要求1-5任一所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述尾气源与所述液体净化柱组件之间安装有阻气器。
7.如权利要求1-5任一所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述液体净化柱组件和所述固体净化柱组件分别安装于相应的支架上。
8.如权利要求1-5任一所述的用于辐照生产裂变Mo-99工艺系统的尾气净化系统，其特征在于：所述液体净化柱组件的排液管路上和所述低温吸收净化组件上均设置有电磁阀。
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