CN115274172A - 持续获得极低放射性本底空气的吸附方法及装置 - Google Patents
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Abstract
持续获得极低放射性本底空气的吸附方法及装置，涉及放射性气体吸附技术领域，其中的吸附方法包括将椰壳活性炭在高温下用氢气处理，保持一定时间后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；利用空气压缩机压缩含氡空气；利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却；使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得干燥含氡空气；通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却；使得到的干燥含氡空气通入活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。本发明可克服现有技术中液氮消耗量巨大且空气吸附净化量小的处理缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及放射性气体吸附技术领域，尤其指一种持续获得极低放射性本底空气的吸附方法及装置。
背景技术
现有高能物理实验技术中，为了避免空气中的放射性气体氡及其子体产生的射线对探测器的信号接收产生影响，通常采用液氮冷却空气同时利用椰壳活性炭吸附放射性气体，以获得高放射性气体吸附系数并最终获得极低放射性本底空气，但这种方法存在液氮消耗量大，空气吸附处理量小，且无法持续获得极低放射性本底的空气等问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，以克服现有技术中液氮消耗量巨大且空气吸附净化量小的处理缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，包括以下步骤：
（一）吸附装置准备：将椰壳活性炭在高温下用氢气处理，保持一定时间后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；
（二）压缩：利用空气压缩机压缩含氡空气；
（三）过滤：利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却；
（四）干燥：使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得干燥含氡空气；
（五）制冷：通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却；
（六）吸附：使步骤（五）得到的干燥含氡空气通入步骤（一）准备的活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。
优选地，在步骤（一）中，将椰壳活性炭在900-950℃的高温下用氢气处理，保持4小时后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封。
更优选地，在步骤（二）中，利用空气压缩机将含氡空气压缩至3-6个大气压，所述空气压缩机为无油空气压缩机。
更优选地，在步骤（三）中，将含氡空气冷却至7-9℃。
更优选地，在步骤（四）中，所述极性干燥剂包括氧化铝、硅胶和分子筛，通过干燥获得9bar压力且露点低于-70℃的干燥含氡空气。
更优选地，在步骤（五）中，通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却至-62℃。
更优选地，在步骤（六）中，准备的活性炭容器数量为两个，当其中一个活性炭容器内发生饱和吸附时，切换到另一个活性炭容器进行吸附。
更优选地，所述活性炭容器包括罐体，所述罐体内腔的底部安装有中心管，所述中心管的顶端沿轴向往上延伸至靠近罐体的顶部，所述中心管内部、中心管与管体之间的间隙均用于填充椰壳活性炭，所述中心管的底部连接有进气管，所述罐体底部的侧壁连接有出气管，所述罐体的顶部设有活性炭装料口、下部设有活性炭卸料口。
其中，所述活性炭装料口的数量为两个，且分别设置在中心管的正上方和罐体顶部边缘；所述活性炭卸料口的数量为两个，且分别设置在中心管的底端和罐体的侧壁。
另外，本发明还提供一种持续获得极低放射性本底空气的吸附装置，其包括沿含氡空气流动方向依次连通的用于压缩含氡空气的无油空气压缩机、用于过滤含氡空气的冷冻式干燥机、用于干燥含氡空气的吸附干燥机、用于冷却含氡空气的空气冷却器、用于吸附含氡空气中的氡的活性炭容器、用于对含氡空气的含氡量进行检测的氡检测仪以及用于对含氡空气进行缓冲的缓冲罐，所述活性炭容器即为上述的活性炭容器，所述空气冷却器与活性炭容器之间通过电磁阀连接，所述电磁阀还通过单向阀连接有真空泵，所述无油空气压缩机设置有供含氡空气进入的进气口，所述缓冲罐设置有供吸附处理后的含氡空气排出的排气口。
进一步地，所述无油空气压缩机和空气冷却器均通过热交换装置连接缓冲罐以对缓冲罐提供热能。
通过对椰壳活性炭的处理减少其对氧气的吸附量从而可提高对氡的吸附能力和吸附容量，通过对含氡空气进行压缩、过滤、干燥和制冷能够避免高压体温下的二氧化碳和水蒸气对氡气产生竞争吸附，提高椰壳活性炭对氡的动态吸附系数，最终在吸附过程能够获得更高的氡吸附系数，氡能够在活性炭容器内滞留和衰变完全最终变成不具有放射性的稳定固态子体，使用的椰壳活性炭质量较同类型装置少且不需要消耗巨大的氮消耗量就可以连续获得极低放射性本底空气。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例中活性炭容器的结构示意图。
图中：
1——罐体 2——中心管 3——进气管
4——出气管 5——活性炭装料口 6——活性炭卸料口。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
实施例1
如图1所示，持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其包括以下步骤：
（一）吸附装置准备：将椰壳活性炭在900℃的高温下用氢气处理，保持4小时后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；
（二）压缩：利用无油空气压缩机将含氡空气压缩至3个大气压；
（三）过滤：利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却至7℃；
（四）干燥：使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得9bar压力且露点低于-70℃的干燥含氡空气，其中，极性干燥剂包括氧化铝、硅胶和分子筛。
（五）制冷：通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却至-62℃；
（六）吸附：使步骤（五）得到的干燥含氡空气通入步骤（一）准备的活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。并且，准备的活性炭容器数量为两个，当其中一个活性炭容器内因温度升高等特殊情况发生饱和吸附时，切换到另一个活性炭容器进行吸附。
上述的活性炭容器如图2所示，其包括罐体1，罐体1内腔的底部安装有中心管2，中心管2的顶端沿轴向往上延伸至靠近罐体1的顶部，中心管2内部、中心管2与管体1之间的间隙均用于填充椰壳活性炭，中心管2的底部连接有进气管3，罐体1底部的侧壁连接有出气管4，罐体1的顶部设有活性炭装料口5、下部设有活性炭卸料口6。
进一步，活性炭装料口的数量为两个，且分别设置在中心管2的正上方和罐体1顶部边缘；活性炭卸料口的数量为两个，且分别设置在中心管2的底端和罐体1的侧壁。
实施例2
如图1所示，持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其包括以下步骤：
（一）吸附装置准备：将椰壳活性炭在925℃的高温下用氢气处理，保持4小时后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；
（二）压缩：利用无油空气压缩机将含氡空气压缩至4个大气压；
（三）过滤：利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却至8℃；
（四）干燥：使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得9bar压力且露点低于-70℃的干燥含氡空气，其中，极性干燥剂包括氧化铝、硅胶和分子筛。
（五）制冷：通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却至-62℃；
（六）吸附：使步骤（五）得到的干燥含氡空气通入步骤（一）准备的活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。并且，准备的活性炭容器数量为两个，当其中一个活性炭容器内因温度升高等特殊情况发生饱和吸附时，切换到另一个活性炭容器进行吸附。
本实施例中的活性炭容器的结构与实施例1一致。
实施例3
如图1所示，持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其包括以下步骤：
（一）吸附装置准备：将椰壳活性炭在950℃的高温下用氢气处理，保持4小时后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；
（二）压缩：利用无油空气压缩机将含氡空气压缩至6个大气压；
（三）过滤：利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却至9℃；
（四）干燥：使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得9bar压力且露点低于-70℃的干燥含氡空气，其中，极性干燥剂包括氧化铝、硅胶和分子筛。
（五）制冷：通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却至-62℃；
（六）吸附：使步骤（五）得到的干燥含氡空气通入步骤（一）准备的活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。并且，准备的活性炭容器数量为两个，当其中一个活性炭容器内因温度升高等特殊情况发生饱和吸附时，切换到另一个活性炭容器进行吸附。
本实施例中的活性炭容器的结构与实施例1一致。
在上述各实施方式提供的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，由于经过步骤（一）处理过的椰壳活性炭在3-6个大气压，-62℃下对氡的吸附系数能达到700以上L/g，是常温常压下活性炭对氡的吸附系数的70倍左右，考虑到氡的半衰期约为3.82天，三个半衰期即11.46天就可以几乎衰变完全，因此当椰壳活性炭吸附系数足够大时，再利用计算机软件结合需要处理的空间大小等参数，计算出椰壳活性炭的用量，就可以实现氡的持续吸附滞留并在活性炭容器内衰变完全，最终获得极低放射性本底的空气。
另外，本实施例还提供一种持续获得极低放射性本底空气的吸附装置，其包括沿含氡空气流动方向依次连通的用于压缩含氡空气的无油空气压缩机、用于过滤含氡空气的冷冻式干燥机、用于干燥含氡空气的吸附干燥机、用于冷却含氡空气的空气冷却器、用于吸附含氡空气中的氡的活性炭容器、用于对含氡空气的含氡量进行检测的氡检测仪以及用于对含氡空气进行缓冲的缓冲罐，活性炭容器为上述实施方式中提供的活性炭容器，空气冷却器与活性炭容器之间通过电磁阀连接，电磁阀还通过单向阀连接有真空泵，无油空气压缩机设置有供含氡空气进入的进气口，缓冲罐设置有供吸附处理后的含氡空气排出的排气口。
进一步，无油空气压缩机和空气冷却器均通过热交换装置连接缓冲罐以对缓冲罐提供热能，其作用有两点，一方面，可通过将活性炭低温吸附排放后的低温空气来对无油空气压缩机和空气冷却器进行散热，另一方面，可将低温吸附后的空气加热至室温后再排放，充分循环利用了整个吸附方法过程中的能源。
在上述基础上，排放出来的干净空气一部分加热排放至室内环境中，一小部分则通过节流阀输送至饱和吸附的活性炭容器底部进行吹扫，并同时加上真空泵对活性炭进行抽真空以再生活性炭。
本申请提供的吸附方法所能体现的优势具体来说还包括以下几点：
1、椰壳活性炭在900℃-950℃高温下用氢气处理，保持约4个小时后降温密封，并装配到特殊回路设计的密封活性炭容器中，这样做能够尽可能消除椰壳活性炭表面的含氧官能团，减少椰壳活性炭对氧气的吸附量进而避免活性炭氧浓度升高，以及避免氧气受放射性射线辐照后变成臭氧发生自燃和爆炸，同时还能减少氧气对氡在椰壳活性炭中的竞争吸附，并能增强其憎水性和非极性，提高椰壳活性炭对氡的吸附能力和吸附容量。
2、利用无油压缩机和大流量连续压缩气体制冷机，可增加椰壳活性炭的吸附空气压力并降低吸附温度，以获得高放射性气体的吸附系数而不需要消耗大量液氮。
3、吸附干燥机中的分子筛吸附处理压缩空气中的二氧化碳和水蒸气，可避免高压低温下的二氧化碳和水蒸气对氡气产生竞争吸附，进而能提高活性炭对氡的动态吸附系数。
4、通过使用氧化铝、硅胶和分子筛极性干燥剂填充的吸附干燥机将压缩空气干燥到9bar压力下露点-70℃，可保证压缩气体制冷机不会因为水蒸气低温凝结而堵塞并停止运行。
5、通过活性炭容器的结构设置，可增大含氡空气在罐体1内部的滞留之间，进而增大氡气的滞留衰变鲜果。
6、活性炭容器中的椰壳活性炭的氡吸附系数达700L/g以上，使得氡能够在活性炭容器内滞留和衰变完全最终变成不具有放射性的稳定固态子体，使用的椰壳活性炭质量较同类型装置少且不需要对椰壳活性炭进行放射性气体脱附再生就可以连续获得极低放射性本底空气。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）吸附装置准备：将椰壳活性炭在高温下用氢气处理，保持一定时间后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封；
（二）压缩：利用空气压缩机压缩含氡空气；
（三）过滤：利用冷冻式干燥机将压缩步骤后出现的液态水去除，并将含氡空气预冷却；
（四）干燥：使过滤后的含氡空气通过填充有极性干燥剂的吸附干燥机，吸附含氡空气中的水蒸气和二氧化碳，以持续获得干燥含氡空气；
（五）制冷：通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却；
（六）吸附：使步骤（五）得到的干燥含氡空气通入步骤（一）准备的活性炭容器中，利用其中的椰壳活性炭对氡气进行吸附。
2.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：在步骤（一）中，将椰壳活性炭在900-950℃的高温下用氢气处理，保持4小时后降温，再装配到活性炭容器中并抽真空和密封。
3.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：在步骤（二）中，利用空气压缩机将含氡空气压缩至3-6个大气压，所述空气压缩机为无油空气压缩机。
4.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：在步骤（三）中，将含氡空气冷却至7-9℃。
5.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：在步骤（四）中，所述极性干燥剂包括氧化铝、硅胶和分子筛，通过干燥获得9bar压力且露点低于-70℃的干燥含氡空气；在步骤（五）中，通过空气冷却器对干燥含氡空气进一步降温冷却至-62℃。
6.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：在步骤（六）中，准备的活性炭容器数量为两个，当其中一个活性炭容器内发生饱和吸附时，切换到另一个活性炭容器进行吸附。
7.根据权利要求1所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：所述活性炭容器包括罐体（1），所述罐体（1）内腔的底部安装有中心管（2），所述中心管（2）的顶端沿轴向往上延伸至靠近罐体（1）的顶部，所述中心管（2）内部、中心管（2）与管体（1）之间的间隙均用于填充椰壳活性炭，所述中心管（2）的底部连接有进气管（3），所述罐体（1）底部的侧壁连接有出气管（4），所述罐体（1）的顶部设有活性炭装料口（5）、下部设有活性炭卸料口（6）。
8.根据权利要求7所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附方法，其特征在于：所述活性炭装料口的数量为两个，且分别设置在中心管（2）的正上方和罐体（1）顶部边缘；所述活性炭卸料口的数量为两个，且分别设置在中心管（2）的底端和罐体（1）的侧壁。
9.一种持续获得极低放射性本底空气的吸附装置，其特征在于：包括沿含氡空气流动方向依次连通的用于压缩含氡空气的无油空气压缩机、用于过滤含氡空气的冷冻式干燥机、用于干燥含氡空气的吸附干燥机、用于冷却含氡空气的空气冷却器、用于吸附含氡空气中的氡的活性炭容器、用于对含氡空气的含氡量进行检测的氡检测仪以及用于对含氡空气进行缓冲的缓冲罐，所述活性炭容器为权利要求8所述的活性炭容器，所述空气冷却器与活性炭容器之间通过电磁阀连接，所述电磁阀还通过单向阀连接有真空泵，所述无油空气压缩机设置有供含氡空气进入的进气口，所述缓冲罐设置有供吸附处理后的含氡空气排出的排气口。
10.根据权利要求9所述的持续获得极低放射性本底空气的吸附装置，其特征在于：所述无油空气压缩机和空气冷却器均通过热交换装置连接缓冲罐以对缓冲罐提供热能。
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