CN114832621A - 一种放射性甲基碘捕集预处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性甲基碘捕集预处理装置，采用全新的技术路线，在碱洗单元前端，放射性甲基碘气流由进气口进入到箱体内，经均流板后均匀进入各催化反应管内，在紫外灯作用下，甲基碘在光催化剂表面迅速彻底的分解成有机物和碱洗单元可以有效捕集的单质碘，较大程度提高后端碱洗单元对碘的捕集效率，降低碱洗过程中的废物产量，实现防护最优化，较大程度降低对现有负银固体吸附剂的依赖，降低后处理成本，提高后处理效率。采用本发明公开的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，具有甲基碘分解处理效率高、无二次废物产生、结构紧凑、简单易维护、可通过灵活改装满足不同浓度，不同风量放射性甲基碘气流捕集预处理要求，适用性强、安全性高的优点。

Description

一种放射性甲基碘捕集预处理装置

技术领域

本发明属于放射性燃料后处理领域，具体涉及一种放射性甲基碘捕集预处理装置。

背景技术

目前运行的乏燃料后处理中试厂通常采用PUREX流程进行乏燃料后处理，乏燃料后处理过程主要包括首端、化学分离和铀钚尾端等关键工艺过程。在后处理过程中会产生大量的放射性尾气，主要包括如¹²⁹I等气体裂变产物和放射性裂变产物的气溶胶(含有放射性裂变产物的固体微粒和微小液滴的气体)，为了最大限度的降低气体裂变产物或气溶胶裂变产物对环境以及公众健康的影响，均需对裂变产物进行净化处理后才能排放。放射性碘是动力堆乏燃料元件中主要的裂变产物之一，经过数年(5年以上)冷却的乏燃料，除¹²⁹I和¹²⁷I之外，其它碘放射性同位素已全部衰变。¹²⁹I半衰期非常长(1.52×10⁷年)，其长期累积造成的潜在辐射危害和生物毒性问题都不可忽视。因此，放射性气态碘的吸附捕集和治理控制对于保障我国核安全至关重要。

碱洗法是唯一在后处理厂得到大规模应用的除碘工艺，即用碱性溶液洗涤吸收乏燃料后处理尾气中的碘，是目前最常见且相对简单的单元操作。由于尾气中碘存在形式的不同，碱法洗涤对于碘的去污因子大约在10～100之间。研究表明，碱洗工艺可以有效净化分子碘，但对于甲基碘的去污效率则很低。因此，为了保证对甲基碘的净化效果，碱洗工艺通常需要与负银固体吸附剂配合使用，现有负银固体吸附剂普遍存在银利用率低的问题，导致综合处理成本较高，且废物产生量较大，其他在研新型固体吸附剂尚不具备工业化应用条件。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种放射性甲基碘捕集预处理装置，通过将后处理尾气中的甲基碘分解成有机物和后端碱洗单元可以有效捕集的单质碘，提高碱洗单元对碘的捕集效率；可以较大程度降低现有负银固体吸附剂的使用量，降低碱洗过程的成本，并尽可能降低碱洗过程中的废物产量。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种放射性甲基碘捕集预处理装置，包括箱体，所述箱体下方设置进气口，所述进气口上方为催化反应模块和紫外光灯管模块，所述紫外光灯管模块设置于所述催化反应模块上方，所述紫外灯管模块用于对流过所述催化反应模块的气流进行照射，所述箱体一侧设有出气口。

进一步,在所述进气口上方设有均流板，所述均流板上设置若干导流孔，所述均流板上方为所述催化反应模块和紫外光灯管模块。

进一步,所述进气口横截面呈倒梯形，从入口往上横截面积逐渐增大。

进一步,所述均流板中间区域导流孔孔径较小，四周区域导流孔孔径相对较大，中间区域与所述进气口入口处的横截面尺寸相等。

进一步,所述均流板中间区域导流孔为圆孔，四周区域导流孔为矩形孔。

进一步,所述出气口横截面呈正梯形，从气流出口往内横截面积逐渐增大。

进一步,所述催化反应模块包括抽屉式箱体和设置于其内部的催化反应管。

进一步,所述紫外光灯管模块包括镇流器、紫外光灯管和延伸至所述紫外光灯管上方插接的灯管盖板。

进一步,所述紫外光灯管与所述催化反应管平行设置，所述催化反应管设置于所述紫外光灯管下侧，并且与所述紫外光灯管间隔设置。

进一步,所述催化反应管包括管体和分布于所述管体表面的光催化剂。

本发明的效果在于：本发明所公开的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，设置于乏燃料后处理厂碱洗单元前端，可以较大程度减少或完全避免负银固体吸附剂的使用。放射性甲基碘气流由进气口进入到箱体内，经均流板后均匀进入各催化反应管内，在紫外灯作用下，甲基碘在光催化剂表面迅速彻底的分解成单质碘和有机物，较大程度降低后端碱洗单元对碘的捕集难度。

具有以下优点：放射性甲基碘分解处理效率高、处理条件温和、无二次废物产生；紫外光灯管模块可单独拆卸，催化反应模块可整体拆卸，装置结构简单易维护；可通过灵活改装满足不同浓度，不同风量放射性甲基碘气流捕集预处理要求，适用性强；采用独立电源模块供电，该独立电源模块具备过压、过流、空载、短路、超温等保护功能，安全性高；结构紧凑、占地面积小。

附图说明

图1为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置的主视图；

图2为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置的右视图；

图3为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置的俯视图；

图4为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置的A-A剖视图；

图5为图4中均流板的结构示意图；

图6为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置中紫外光灯管模块的结构示意图；

图7为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置中催化反应模块的俯视图；

图8为本发明实施例示出的一种放射性甲基碘捕集预处理装置中催化反应模块的主视图；

其中：1-箱体、2-支架、3-进气口、4-均流板、5-催化反应管、6-抽屉式箱体、7-镇流器、8-紫外光灯管、9-灯管盖板、10-观察窗、11-控制系统、12-出气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例一

如图1-3所示，本发明实施例公开一种放射性甲基碘捕集预处理装置,包括箱体1，箱体1下方设有进气口3，进气口3上方设有抽屉式催化反应模块和紫外光灯管模块，催化反应模块包括抽屉式箱体6和设置于其内部的催化反应管5，紫外光灯管模块包括镇流器7、紫外光灯管8和延伸至紫外光灯管8上方插接的灯管盖板9，箱体前壁设有观察窗10和控制系统11，箱体右侧设有出气口12。

控制系统11包括控制总开关、独立电源开关、急停按钮、电压表、电流表。

箱体1底部设有支架2，支架2与箱体1外壁固定连接。

如图4和图5所示，为了提高气流的均匀性，在一种可选实施方式中，在进气口3与抽屉式催化反应模块和紫外光灯管模块之间设置了均流板4，均流板4尺寸与箱体1横截面尺寸相同，可以理解的是，均流板4并非构成本装置的必需部件。

抽屉式箱体6外侧设有把手，所述箱体1与抽屉式箱体6之间设置密封条，抽屉式箱体6与箱体1通过手轮压紧装置进行固定；便于在需要对催化反应管5进行更换时，将包含催化反应管5的抽屉式箱体6(即催化反应模块)整体从箱体1上卸出。

紫外光灯管8可选用理论发射波长为10nm-400nm的低压、中压或者高压直管光源。

如图6所示，紫外光灯管8下端为圆头型，有利于引导气流沿催化反应管5壁面流动，同时减少压降损失。

每个所述紫外光灯管8均与独立电源模块相连；所述电源模块与控制系统电相连，所述电源模块具备过压、过流、空载、短路、超温等保护功能。

如图7和图8所示，所述催化反应管5包括管体和分布于管体表面的光催化剂，在本实施例中所述光催化剂为锐钛矿型TiO₂，但对此不做限定。

箱体1上方各紫外光灯管8插入口都设有压紧凸台，压紧凸台通过法兰与紫外光灯管盖板9接触，便于在某个紫外灯管8发生损坏的情况下，对相应的紫外光灯管模块进行更换，而不是对整个紫外灯管模块全部进行更换。

紫外光灯管8与催化反应管5平行设置，并且催化反应管5设置于所述紫外光灯管8下侧，与所述紫外光灯管8间隔设置以使催化反应管5被所述紫外灯管8均匀照射。

观察窗10设置于两排紫外光灯管8之间，便于通过观察窗10查看紫外灯管8发光状态。

在一种可选实施方式中，为了使进入进气口3的气流更加平稳，将进气口3横截面设置为倒梯形，从入口往上横截面积逐渐增大，能够对从下进入的进气口3的气流形成缓冲，使进入进气口3的气流更加平稳。但事实上对进气口3的形状不做限定，可根据实际情况对进气口3的形状进行调整。

均流板4上设置若干导流孔，均流板4中间区域导流孔孔径较小，四周区域导流孔孔径相对较大，中间区域与进气口3入口处的横截面尺寸相同。由于进气口3入口处的气流速度比较快，两侧的气流相对缓慢，将均流板4中间区域设置为孔径较小的导流孔可以降低进气口3入口处气流速度较快的气流流速，使通过均流板4的气流流速比较均匀，进而控制箱体1内部气流均匀通过，使经过均流板4的气流被紫外灯管8充分接触。

在本实施例中，均流板4中间区域导流孔为圆孔，四周区域导流孔为矩形孔，但对此不作限定。

在本实施例中，出气口12横截面呈正梯形，从气流出口往内横截面积逐渐增大，能够在气流出口形成压差，加快出气口12的气流流速，便于气流流出预处理装置。但事实上对出气口12的形状不做限定，可根据实际情况对出气口12的形状进行调整。

锐钛矿型TiO₂光催化剂，带隙约为3.2eV，由于本身含有大量的氧空位，具有n型半导体特性。表面的氧空位和伴随的五配位Ti⁺⁴是吸附碘和甲基碘的活性位点。每一个光子(能量为4.88eV)入射到TiO₂纳米颗粒上，平均产生1.5个光生电子和空穴对。由于甲基碘对电子亲和力较高，吸附在活性位点的甲基碘会从TiO₂的传导带中将光生电子移除，从而导致TiO₂和吸附物的费米能级达到平衡。当甲基碘吸收的(光子)能量超过其热平衡条件时，就会发生振动或旋转激发，形成CH₃*自由基和碘化物，最终生成分子碘和有机物。

采用本发明公开的一种放射性甲基碘捕集预处理装置进行甲基碘催化转化的操作步骤及反应过程如下：

S1、确保紫外光灯管模块和催化反应模块已正确安装至箱体1内，锁紧抽屉式箱体6和灯管盖板9。

S2、连接好220V电源线，开启控制系统11，然后通过独立电源开关分批启动紫外光灯管8，控制系统11显示电压、电流正常后，通过观察窗10查看紫外光灯管8运行状态，确认无异常后运行预处理装置1小时，使催化反应管5内表面的TiO₂光催化剂得到充分激活，甲基碘气体由进气口3进入箱体1内，通过均流板4保证气流在箱体1横截面方向均匀分布，随后进入催化反应管5内，圆头形紫外线灯管8有利于在保证低压降的同时引导甲基碘气体沿催化剂反应管5内壁流动，甲基碘吸附在TiO₂光催化剂表面，紫外线灯管8发出的光子可以在TiO₂光催化剂上产生光生电子。由于对电子亲和力更高，甲基碘可以将TiO₂产生的光生电子移除，导致TiO₂和吸附物的费米能级达到平衡。当甲基碘吸收的(光子)能量超过其热平衡条件时，就会发生振动或旋转激发，从而导致形成CH₃*自由基和碘化物，进一步反应形成单质碘和有机物后经出气口12排出箱体。

S3、紫外灯管模块更换方法：通过拆除紫外灯管8对应的箱体上方的紫外光灯管插入口处的法兰，将紫外光灯管模块包括镇流器7、紫外光灯管8和灯管盖板9单独卸出，进行整体更换。将新紫外光灯管模块包括镇流器7、紫外光灯管8和灯管盖板9从相应的紫外光灯管入口插入，通过法兰固定，连接220V电源线，开启控制系统11，通过独立电源开关启动更换后的紫外灯管8，通过观察窗10查看紫外灯管8发光状态，观察控制系统11显示电压、电流显示，若正常则紫外灯管8更换成功。

S4、催化反应模块更换方法：松开箱体上的手轮压紧装置，通过拉动抽屉式箱体6外侧把手，将抽屉式箱体6整体卸出，将催化反应管5从抽屉式箱体6中全部抽出，进行更换。将新的催化反应管5插入抽屉式箱体6中，将催化反应模块固定整体推入箱体1中，确保密封条压紧，通过手轮压紧装置将催化反应模块固定，更换成功。

通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，设置于乏燃料后处理厂碱洗单元前端，可以较大程度减少或完全替代负银固体吸附剂的使用。放射性甲基碘气流由进气口进入到箱体内，经均流板后均匀进入各催化反应管内，在紫外灯作用下，甲基碘在光催化剂表面迅速彻底的分解成有机物和后端碱洗工艺可以有效捕集的单质碘，较大程度提高后端碱洗工艺对碘的捕集效率。具有甲基碘分解处理效率高、无二次废物产生、结构紧凑、简单易维护、可通过灵活改装满足不同浓度，不同风量放射性甲基碘气流捕集预处理要求，适用性强、安全性高的优点。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：包括箱体，所述箱体下方设置进气口，所述进气口上方为催化反应模块和紫外光灯管模块，所述紫外光灯管模块设置于所述催化反应模块上方，所述紫外灯管模块用于对流过所述催化反应模块的气流进行照射，所述箱体一侧设有出气口。

2.根据权利要求1所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：在所述进气口上方设有均流板，所述均流板上设置若干导流孔，所述均流板上方为所述催化反应模块和紫外光灯管模块。

3.根据权利要求1所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述进气口横截面呈倒梯形，从入口往上横截面积逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述均流板中间区域导流孔孔径较小，四周区域导流孔孔径相对较大，中间区域与所述进气口入口处的横截面尺寸相等。

5.根据权利要求4所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述均流板中间区域导流孔为圆孔，四周区域导流孔为矩形孔。

6.根据权利要求1所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述出气口横截面呈正梯形，从气流出口往内横截面积逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述催化反应模块包括抽屉式箱体和设置于其内部的催化反应管。

8.根据权利要求7所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述紫外光灯管模块包括镇流器、紫外光灯管和延伸至所述紫外光灯管上方插接的灯管盖板。

9.根据权利要求8所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述紫外光灯管与所述催化反应管平行设置，所述催化反应管设置于所述紫外光灯管下侧，并且与所述紫外光灯管间隔设置。

10.根据权利要求8所述的一种放射性甲基碘捕集预处理装置，其特征在于：所述催化反应管包括管体和分布于所述管体表面的光催化剂。

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