CN1694755A - 气流处理方法以及气体处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理气流(G)的方法，其中将气流引导经催化吸附组件(6)以氧化所伴随的杂质，该方法的目的是使用相对较简单的设备而可靠地净化气流(G)。为此，在第一净化步骤中将气流(G)输送经过第一催化吸附组件(6)以氧化所携带的杂质并在气流(G)中加入氧的分子或原子，同时在第二净化步骤中将混合加入的氧的气流(G)输送经过一个氧化催化器(8)，并且在第三净化步骤中将从氧化催化器(8)中流出的气流(G)导经第二催化吸附组件(6)，以还原过量的氧。

Description

气流处理方法以及气体处理系统

本发明涉及一种处理气流的方法，其中传输所述气流经过一个催化吸附组件，用于氧化夹带的杂质。本发明还涉及一种适合用于实施所述方法的气体处理系统。

核工业设备，特别是核电厂设备在工作时，人们的基本目的通常就是要尽可能地避免在各设备主要区域内的重要元件，如石墨插件、燃料电池或反应压力容器的各元件发生腐蚀损伤。一旦避免了这些元件上发生的腐蚀损伤，就可以延长使用寿命或工作寿命，并且尽可能地使由于核工业设备的主要区域内发生腐蚀损伤而引起的护理和维修费用得到降低。出于这些理由，在核工业设备中、特别是在高温反应器的主要区域内需要使用氦作为工作介质或冷却介质。氦是具有化学惰性的，因此，例如在使用氦作为上述元件的冷却气时，不必担心因冷却气在这些元件上所产生腐蚀现象。

但是，在核工业设备、特别是高温反应器工作时，在作为主要冷却剂或冷却气中所使用的氦气中会夹杂有一些杂质，如一氧化碳(CO)、氢分子(H₂)、甲烷(CH₄)、氧分子(O₂)、氚、水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)和/或粉尘颗粒。这些杂质也可能会导致在上述这些元件上产生不希望有的腐蚀现象。为了使这些效应维持在很低程度，特别是使其低于预定的仍可接受的限度，可通过使用一种气体净化设备或一种气体处理系统来限制冷气流中的这些杂质的浓度。

在这种气体净化系统工作时，通常要从氦冷却循环中取出部分约50kg/h至300kg/h的支流，并首先输送经过粉尘过滤器。接着将待净化的气流加热到约250℃并将其输送到所谓的催化吸附组件中。该催化吸附组件一方面是用作预设的转化过程的催化载体，另一方面又以缓冲器的形式用于在该过程中的中间储存所需的氧。在催化吸附组件中通常作为催化活性的吸附成分的是含有Cu-CuO-混合物，在所述合适的所选的操作温度下，在待净化的气流中所携带的作为杂质的氢和一氧化碳被氧化成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。为此所需的氧由具有催化的活性的吸附材料的CuO部分所提取，反应结果，Cu部分会连续富集在CuO部分上。接着将此时已脱去氢分子和一氧化碳的净化的气流进行常规的冷却，同时在分子筛中去除所携带的水成分和二氧化碳成分。然后进行常规的所谓低温吸附过程，该过程主要是通过吸附从待净化的气流中去除甲烷、氧分子和裂解产品。将杂质去除后，将这时已经净化的气流重新输入氦冷却循环中。

但是，考虑到所需元件的数量以及安装成本，这种气体处理系统是较为昂贵的。此外，由于使用了上述种类的催化吸附组件，使得在“消耗了”催化吸附组件中的CuO部分之后，即在CuO部分几乎完全转化为Cu之后需要通过充入氧气使其再生，从而使得目前所用的各个组件无法用于净化气流。因此，在这种气体处理系统中通常平行连接两个或更多个相同种类的分路，而这会更加增大设备的费用。

因此，本发明的任务在于提供一种用于处理上述的气流的方法，并且使用该方法能实现以成本相对较低的设备来对气流进行可靠有效的净化。另外还要提供一种实施该方法特别适合的气体处理系统。

对于方法，根据本发明可以如下所述来解决该任务，即在第一净化步骤中将气流输送经过第一催化吸附组件以氧化气流中伴随的杂质并在气流中混入氧分子或氧原子，同时将混入氧的气流在第二净化步骤中输送经过一个氧化催化器，并且在第三净化步骤中将从氧化催化器中流出的气流输送经过第二催化吸附组件，以还原过量的氧。

本发明是基于如下考虑，即在使用有催化吸附组件保持少的情况下，而且特别是使全部所需的元件数保持少时，就可以实现气流有效净化而操作成本低。因此，气体处理的主旨应在于进一步避免使所用的元件产生冗余。为了能相应地将平行连接且作用相同的分路数保持在极低水平，或者使气体处理系统关于气流管道可以设置成单管形式的，气流处理的要旨就应该使各催化吸附组件进行连续的操作。这一点可通过使用两个在气流侧依次连接的催化吸附组件来实现，并且其中一个以传统方式对气流进行处理时用于氧化所携带的杂质并因此还原，而同时另一个催化吸附组件则用于还原氧并因而被氧化。

在这种结构中，如果其中一个吸附组件被完全“消耗掉”了，也就是每个成分都完全被氧化或还原了，则通过简单地使催化吸附组件反向连接在气流侧，就能使气体处理系统重新恢复工作。为了组合使用催化吸附组件一方面氧化而另一方面还原，使催化吸附组件之间的气流在氧化反应催化器中经受必要的其它净化步骤的处理。在氧化催化器之前要在合适的位置处使为此所需的额外的氧混入到气流中，其中，在气流侧的过量氧在其后的两个催化吸附组件中进行氧化反应并由此实现再生。

比较理想地，在第一和第二催化吸附组件中均使用Cu-CuO混合物作为催化吸附剂材料。在气流侧安置用于氧化气流中所携带的杂质的第一催化吸附组件，吸附剂材料的CuO成分转变为Cu成分，同时放出氧化所需的氧。与此相反，在气流侧安置其中通过吸附而将这时存在的过量氧除去的第二催化吸附组件中，Cu成分转化为催化吸附材料的CuO成分。因此，随着气流处理的操作持续时间的增加，在气流侧安置的第一催化吸附组件中Cu成分的富集量也就越来越多，并且预先持有的催化吸附材料中的CuO成分的富集量也会逐渐增加。如果确定催化吸附组件已被“消耗”，即完全转化为持有的催化吸附材料的Cu或CuO，则开始将催化吸附组件转接到气流管道进行转化，从而这时可将富集了CuO的催化吸附组件用作氧化气流中所携带的杂质的第一催化吸附组件，而将富集了Cu的催化吸附组件用作还原过量氧的第二催化吸附组件。

可以按如下的比较适当的方法来混入氧，以使在气流侧安置的两个催化吸附组件中随时使用充足过量的氧来氧化持有的催化吸附材料进行处理。为此，就要优选在将气流输入到第一催化吸附组件中之前先计算出气流中伴随的杂质量的特征值，然后根据该特征值来调整将氧混入到气流中的混入速率。为了保证能在该过程中有目的地使用不仅第一催化吸附组件并且也使用第二催化吸附组件，就要调节氧的混入速率，有利的是，基于在气流中伴随的全部杂质调节补充氧的不足量，并由此在第一催化吸附组件中进行至少部分的杂质氧化过程，同时使基于在氧化催化器中所设置的其它杂质转化而言氧是过量的，从而使得在第二催化吸附组件中有过量的氧能用于再生那些先持有的的催化吸附材料以进行处理。

优选将氧化催化器用于处理如甲烷或氚一类的杂质。为保证在该过程中得到极高的转化率并因此而能对含这类杂质的气流进行极细致的净化，对气流而言在其输入氧化催化器中时优选将温度调节到约400℃至450℃，从而使得在氧的提供量充足的情况下可以最大程度地将所述的杂质转化为水和二氧化碳。如果以极为有利的方式在气流输入到氧化催化器中去之前，通过与从氧化催化器中流出的气流进行换热式热交换而对气流进行预热，则就能实现一种特别节约资源且极为经济的工作方式。该过程中，要利用从氧化催化器中流出的气流中仍然携带的热量来至少部分地预热进入到氧化催化器中去的气流，由此为了调节得到最终较为理想的输入温度，如有必要在气流中进行辅助加热，如电子辅助加热。

特别是，在使用Cu-CuO混合物作为第一催化吸附组件中的催化活性吸附材料，则优选氧化在气流中伴随的氢和一氧化碳。为了在氧化成水和二氧化碳的过程中有针对性地充分利用Cu的催化特性，而保证得到特别有利的反应速率和反应程度，对于气流而言在其进入第一催化吸附组件中时优选将温度调节到约250℃。如果以更为有利的方式在气流输入到第一催化吸附组件中之前，通过与从第二催化吸附组件中流出的气流进行换热式热交换而对气流进行预热，则就能实现一种特别节约资源且极为经济的工作方式。因此，在该有利的实施方式中，是使用从第二催化吸附组件、并因此也就是从气体净化系统中仍然伴有热焓的总流出气流以部分预热流入到气体净化系统中的气流。

特别有利的另一方案是可在核电厂设备工作时使用该方法来处理氦冷却气流的部分气流。氦冷却气流的部分气流优选净化所伴随的杂质，如一氧化碳、氢分子、甲烷、氧分子、氚、水和/或二氧化碳。优选在第一催化吸附元件中将氢分子和一氧化碳转化为水或二氧化碳。及时混入足量的氧而在氧化催化器中将甲烷和/或氚同样转化成二氧化碳和/或水。然后使用仍然残留在气流中的过量的氧富集第二催化吸附组件，并从气流中再次除去。接着，以传统方法分离掉仍然留在气流中的水和二氧化碳成分，并且必要时还可补充进行除去粉尘颗粒或稀有气体活性的步骤。然后再将如此净化的氦气部分回输到初始的氦冷却循环中。

在该应用场合下，可以极其有利地利用本发明的方法并可以相对较少的元件对气流进行连续地处理。由于在气流处理过程中，沿着气流流动方向配置的第一催化吸附组件进行还原，而沿着气流流动方向配置的第二催化吸附组件进行氧化，所以在第一催化吸附组件中连续地使CuO转化为Cu，而在第二催化吸附组件中则连续地进行Cu转化为CuO。

一旦确认催化吸附组件之一已经被完全“消耗”，也就是Cu或CuO成分已各自完全转变为别的混合成分，则可以将气流流动路径上的催化吸附组件的连接顺序进行换向或转向。因此在进行换向后，就能将一直用以从气流中除去氧的第二催化吸附组件进一步用作新连接的第一催化吸附组件，并且埋入在这吸附组件中的氧重新在处理气流中的相应杂质的过程中被释放。而在完成换向后，一直用以氧化气流中的氢或一氧化碳的第一催化吸附组件则可被用作新连接的第二催化吸附组件，该过程中，通过从气流中吸附过量的氧，使催化活性的吸附材料中的CuO成分能重新获得再生。

为了及时，特别是根据需要引入换向操作，优选要计算出从第二催化吸附组件中流出的气流中的可能伴随的氧量这一特征值。对特征值超过了预设的极限值后，就能推论在第二催化吸附组件中的Cu成分已完全转化，从而将气流流动路径上的第一和第二催化吸附元件的位置对调。

关于气体处理系统，所述任务可通过至少两个根据气流而依次相连的催化吸附组件并在其间连有氧化催化器而来解决。

为了特别有利于在氧化催化器中进行预设的各杂质的转化过程，优选在气流侧配置一个用于供给氧分子或原子的供给单元(prüfen，s.o.)。在一特别有利的改进方案中，设计使得将氧供入或混入到气流中去要符合计算要求并取决于气流中所伴随的杂质。为实现该目标，优选将配备调节值发送器的供给单元在进口侧与一个在气流侧中配置的预连传感器的第一催化吸附组件相连，且该传感器用于感知气流中所携带的杂质量。

气体处理系统比较理想地可配备用于处理来自核电厂设备的氦主冷却循环的支流。催化性质一方面从氦气流中去除一般的杂质，如氢分子或一氧化碳，另一方面Cu-CuO混合物适于储氧是特别有利的。因此，优选气体处理系统的催化吸附组件中各包含Cu-CuO混合物作为催化吸附材料。

为了能调节特别适宜的且符合要求的操作参数，如在氧化催化器中合适的操作温度，优选在气流侧连接一个中间加热系统。这是特别节约资源并因而非常经济，其中由氧化催化器中流出的气流中回收热量。为此，中间加热系统就要优选包含一个换热式热交换器，且该热交换器在其主要侧连入一个配备有气流输出管的氧化催化器，而其在第二侧则连入一个配备着气流输入管的氧化催化器。

为了可灵活操作方式来符合要求地调节气流输入到氧化催化器中去的理想输入温度，在另一优选方案中就要在换热式热交换器之外再补充配备加热元件，比较理想的是电子加热器。在类似方法中气体处理系统也装入一个用以调节特别适宜于气流中配置的第一催化吸附组件内的操作温度值。为此优选预连接一个加热系统。该加热系统也可以以特别节约能源且可经济地操作，其中优点是能从气体处理系统流出的气流中回收热量。为此，在另一有利方案中，加热系统中包含换热式热交换器，且该热交换器在一侧连结一个配有气流输出管的第二催化吸附组件，而其第二侧则连结一个配有气流输入管第一催化吸附组件。

在特别优选的改进方案中，为进行连续操作对气体处理系统进行如下布置，使其中在气流侧的第一催化吸附组件进行还原时，从气流侧的第二催化吸附组件进行氧化。为了实现连续操作在这反应过程中在各活性材料完全转化后，考虑到气体处理系统是连接在气流的流动路径上，因此优选要使气体处理系统能符合要求地将催化吸附组件换向。为此，较为理想的方法是在催化吸附组件上适宜地配置一个公共的用于引导气流流动的换向系统。

可以将气体处理系统设计成特别紧凑的结构形式，其中特别有利的改进方案中将它的各个元件，特别是催化吸附组件和氧化催化器，以及可能有的加热系统与其热交换器和/或供氧的供给单元以集成的方式安装入一个共有的压力容器中。其中，可以使所有上述的元件被包含在一个共同的持压外壳中，且该外壳能保证整个系统压力恒定。

由于各元件从结构上与恒定压力脱开，所以设置在该高压外壳中的各个元件可以是薄壁结构的，并且考虑到机械载荷而可将其尺寸设计得较小。这样，一方面可以节约材料并因此使结构较为经济，另一方面由于相对很小保持热进汽物料，从而使各个元件上实现较快的加热和冷却过程，以及使得各个所需的反应温度能快速而灵活地适应待净化的气流。特别的，有效元件的薄壁结构能在各个反应区内快速而可靠地调节出较高的温度来，从而也可实现在短时间内在各个反应中都得到较高的转化度。

此外，恰好将换热式热交换器集成进入共同的压力外壳中，则能使流出的气流在进入其后的清洁元件中之前，如进入分子筛前获得完全有效的冷却，同时也能保证流入的气流获得完全有效的加热。同样，在连接换热式热交换器的氧化催化器之前也能将从氧化催化器中流出的气流完全有效地冷却，从而避免其后相连的第二催化吸附组件产生过热现象。

优选将气体处理系统连接在核工业设备的氦冷凝气循环系统中。

本发明的优点特别在于，通过将氧化催化器系列地连接在第一和第二催化吸附组件之间，就能实现在各气流中有目的地处理各种不同的杂质，其中在处理气流时虽然能将气流侧配置的第一催化吸附组件用于氧化目的并因此使其上的载氧成分消耗得越来越多，但同时也能将气流侧配置的第二催化吸附组件以相反的操作方式用于从气流中去除过量的氧，由此使载氧成分获得再生。

因此可以同时进行常规的催化吸附组件的操作和催化吸附组件的再生，也因此可以在一个操作工序中实施。如果在气流侧配置的第一催化吸附组件中的载氧成分出现“消耗”殆尽的情况，则通过在气流传输途径中简单地变换催化吸附组件的位置，可将业已再生的吸附组件用作此时气流侧而配置的第一催化吸附组件用于氧化气流中的杂质，同时此时被“消耗”的催化吸附组件进行再生，如此处理后无需显著的操作停顿就能重新利用该气体处理系统。由于实现了气体处理系统的连续工作，并且不再需要操作停顿就能使各吸附组件进行再生，所以就能避免和至少减少该系统的冗余和多管路的结构。通过将有效元件集成到一个共有的持压外壳中就能实现一种特别紧凑而节省平面的结构，并且在该结构中由于恒定的压力与受热结构元件相分离，因此就能实现一种特别简便而快速的操作方式。

以下将根据附图以本发明的一个实施例来更详尽地进行阐述。其中附图为：

图1气体处理系统的连接平面示意图，

图2图1的气体处理系统的纵剖图，

图3如图1和2的气体处理系统的横截面图。

所有的图中相同的部件以相同的标记标注。

气体处理系统1其连接平面如图1所示，是用于处理气流G，即来自未在此详细示出的核工业设备中的氦主冷却循环的部分气流。为此，气体处理系统1通过一根气体输入管2和一根气体排出管4而与未在此详细示出的核工业设备中的氦主冷却循环相连。

气体处理系统1被设计用于有目的地去除在氦气流G中可能伴随的杂质，如氢、一氧化碳、甲烷或氚。其中是通过氧化成水和二氧化碳而将氢和一氧化碳去除，并且各在一个连接在气体排出管4的且未详细示出的分子筛中分离并回收。

为了能将氢和一氧化碳转变为水或二氧化碳，气体处理系统就要包含一定数量的催化吸附组件6。在每个催化吸附组件6中均持有作为催化吸附材料的Cu-CuO混合物。在使用这种催化吸附材料时一方面利用其作为催化剂的性质，从而能理想地将氢转化为水或是将一氧化碳转化为二氧化碳，另一方面也能以这种催化吸附材料使用其中间存氧的能力，而这些氧能按需地，即在理想的转化反应进行时用于氧化气流中的氢或一氧化碳。因此，在该工作组件中，也用于进行氧化氢或一氧化碳的催化吸附组件6接着在催化吸附材料中的CuO成分会发生分解同时其Cu成分不断富集。

为了有目的地将甲烷或氚转化成二氧化碳和/或水，气体处理系统1中还要具有一个氧化催化器8。氧化催化器8含有作为具有催化活性成分的是一个合适且优选选自铂和/或钯的贵金属蜂窝体，并且通过流入管10将气流G供入到其入口侧。在氧化催化器8的出口侧连接着气流G的流出管12。为了在氧化催化器8中能理想地实现转化反应以去除杂质甲烷或氚，就要在流入管10的气流侧预接一个用于供氧的供给单元13。在实施例中配制一个是供氧分子的储器；但也可以配置其他合适选择的氧的载体。

对气体处理系统是要能避免多种冗余并将所需的用于可连续操作的元件总数保持在少的水平上。其中要设计这种可连续操作性使其能用于以下预定情况，即在进行氧化气流G中的所述杂质所用的催化吸附组件6中的CuO部分是完全或几乎完全涂敷。为了在上述这种情况下也能实现气体处理系统1的连续工作而无需中途费时以使催化吸附组件6再生的时间，气体处理系统1中就要包含多个——在实施例中是两个——同样结构的催化吸附组件6。其中，催化吸附组件6是通过流入管10和流出管12而顺次连接在气流侧的，同时氧化催化器8连接在催化吸附组件6之间的气流侧。为了将催化吸附组件6和氧化催化器8相互地连接在气流侧，就要在催化吸附组件6上配制一个公共的换向系统14，并且该系统包含一个设置在催化吸附组件6的一端部上的第一换向单元16，和一个设置在催化吸附组件6的另一端部上的第二换向单元18。如双箭头20所示，换向单元16，18在其中起到连通作用，从而通过催化吸附组件6能适于同步地将气流途径进行换向。

换向系统14要进行如下配置，使在串连第一催化吸附组件6、氧化催化器8和第二催化吸附组件6时，顾及气流侧的位置或顺序，两个催化吸附组件6的位置可互换。如图1所示的第一个连通位置，在图1中作为下面示出的组件催化吸附组件6在其输入侧与气体输入管2相连，而在其输出侧通过流入管10与氧化催化器8相连。与此相反，在该连通位置时，在图中作为上面示出的催化吸附组件6在其输入侧通过流出管12与氧化催化器8相连，而在其输出侧则与气体排出管4相连。因此在图1所示的连通位置，是在气流侧依次相互连接了作为第一催化吸附组件6的下面催化吸附组件6、氧化催化器8和作为第二催化吸附组件6的上面催化吸附组件6。

但在通过换向系统14而变换该连接顺序后，还可以采取另一替代的连接位置，该位置的情况在图1中是以虚线表示的换向单元16，18中的连接元件。在该第二连接位置处，作为从气流方向配置的第一催化吸附组件6的上面示出的催化吸附组件6通过流入管10前接于氧化催化器8，相反地，在该第二连接位置处，作为第二催化吸附组件6的下面示出的催化吸附组件6通过流出管12后接于氧化催化器8。

在每个连接位置作为第一催化吸附组件6是在气流侧预连接于氧化催化器8，都用于氧化在气流G中携带的氢或一氧化碳。因而，各催化吸附组件6的CuO部分都向气流G中释放氧用以进行氧化。为了以较少的操作成本和节约能源的方式同时能在气流G中得到特别有利于这种反应的反应温度，就要在输入管2中连接一个其主侧或加热侧连入排出管4中的换热式热交换器22。由此，通过换热式热交换器22就能实现热量由气体处理系统1中流出的气流G中热转移到气体处理系统1中的气流G中，从而保障了流入气流G的特别节能的预热过程。为了调节特别有利的操作参数，特别是特别适于理想转化反应的约250℃的操作温度，就要除了换热式热交换器22外再补充设置一个电加热器24，该加热器与换热式热交换器共同构成一个用于气体处理系统1的加热系统26。其中，对于可电加热的加热器24，通过一个中心控制单元28来控制其加热功率，该控制单元可根据在气流G中的大量合适位置上所计算得到的工作参数——如箭头30所示——而对电加热器24预设出合适的调节值。

在气流侧配置的第一催化吸附组件6中将气流G中的氢或一氧化碳的化合物分解掉后，气流G就进一步导入氧化催化器8中。本实施例中是在氧化催化器中将所携带的甲烷或氚分解掉。为了实现该过程，就要通过供给单元13将合适的选择量的氧混入到气流G中。氧的供给速率可通过中心控制单元28并根据由传感器32计算得到的在气流G中所带的杂质量来进行调节。

为了保证能在氧化催化器8中可靠地从气流G中去除所述这些杂质，就要设法在氧化催化器8的气流G的入口处调节到特别适合于此目的的温度水平。因此可在氧化催化器8的气流侧接一个中间加热系统34。该系统包含一个其主要侧接入到流出管12中而第二侧接入到流入管10中的换热式热交换器36。因此，通过换热式热交换器36可以较为节能地以热量回收的方式将热量由从氧化催化器8中流出的气流G传递到流入氧化催化器8中的气流G中。为了最终调节出特别适于氧化催化器8中反应的约为400℃至450℃的气流G的输入温度，则除了换热式热交换器38外还要辅之以电加热器38，且其加热功率同样可通过中心控制单元28来进行控制。

为了进一步促进所述杂质在氧化催化器8中进行氧化反应，在进入氧化催化器8中之前将通过供给单元13供入的氧与气流G强烈混合。为此，在氧化催化器8之前接入一个合适的混合器40，如静态混合器。

在氧化催化器8中通过与所供入的氧进行反应而将所述杂质氧化之后，从氧化催化器8中流出的气流G仍然携带有残余的过量的氧。为除去这些过量的氧，在其流出之前将气流G通过从气流侧配置的第二催化吸附组件6。该过程中将气流中所携带的过量氧储入其中持有的催化吸附材料中。特别地，通过存入氧而提高在气流侧配置的第二催化吸附组件6中持有的催化吸附材料中的CuO含量，同时降低该吸附材料中的Cu含量。因此通过储入过量的氧，在气体处理系统1进行符合规定的操作时，该催化吸附组件6的CuO部分已获得再生，从而使得该催化吸附组件6在经历足够的工作时间后能重新用作气流侧配置的第一催化吸附组件6。

为了实现一种特别紧凑且因此而节省平面和材料的结构，将气体处理系统1的主要元件集合到一个结构单元42中，如图2的纵剖图和图3中的横截面图所示。结构单元42特别是具有一个用于上述元件所共有的耐压的且实际上为圆柱形的外壳44。其中外壳44能吸附全部的压力负载，从而使设置在其中的元件可以成薄壁形式并且无需特殊的机械负荷。在外壳44的中心区域设置氧化催化器8，并且在其上方位置直接固定混合器40。再在混合器40上设置用于供入氧的供给单元13的环形喷射单元。

在实施例中，换热式热交换器36位于氧化催化器8的下方，并辅之以电加热器38。换热式热交换器36优选设计成管束式热交换器。加热器38的加热功率是可调节的。这些元件的精确配置使配置的加热棒很明显是可以变化的并且可根据需要进行选择。结构单元42中心区域内的换热式热交换器36与氧化催化器8的排列决定了热量损失较小，从而也就使得在只有很小的加热功率的条件下也能得到有利的转化度。

在实施例中，将两个催化吸附元件6被设置在外部区域但是在外壳44区域内。有鉴于其中设置的Cu/CuO反应床的尺寸是将反应床的高比反应床的长的比例维持在约L/d＝4.8。为了补偿热膨胀，还要设置一些在此没有详细示出的补偿器。为进行合适的操作，在催化吸附元件6中设置温度传感器46以及合适的定位取样元件48，它们可以分析出在气流G中携带的杂质。为分析杂质就要形成合适的用以进行分析设置的传感器。其中特别指的是气相色谱仪、质谱仪和/或根据热溶或热传导方法而进行工作的传感器。

通过将气体处理系统1作为集成单元42的形式，就能使得受热负载的元件与受压力负载的外壳44在结构上隔离。通过这种隔离，一方面就能使用具有很小材料损失的可商购的材料来设计外壳并保证有着极高的持久度，另一方面也能使可将受热负载的元件设计成较薄壁的形式。

气体处理系统1的工作目的在于，通过合适地供入过量的氧而使根据转向系统14的各连接位置而使气流侧设置的第二催化吸附元件6获得再生，以供其后使用。与此相应地，对在供源单元13中的氧供入进行调节，使得在气流G穿过氧化催化器8之后仍然有足够过量的氧能储入到各连接其后的催化吸附组件6中。

特别要以如后所述的方式供入氧，即根据气流G中确定的甲烷杂质量控制在氧化催化器8中的氧的过量，由此仍然有过量的氧能被进一步导入到其后相连的催化吸附组件6上。但另一方面也要对氧的供给速率进行调节，根据气流G中确定的总杂质量，控制氧量的不足。由此可保证，在气流侧配置的第一催化吸附组件6中进行的氢或一氧化碳的氧化过程中，从该催化吸附材料中释放出来的氧量要大于其后的气流方向配置的第二催化吸附组件6中重新储入的氧量。因此，在气流侧配置的第一催化吸附组件6的Cu-CuO混合物中的还原反应，进行得要比气流侧配置的第二催化吸附组件6的Cu-CuO混合物中的氧化反应快。由此，如果在气流侧配置的第一催化吸附组件6中判断氧已“消耗”——如根据是否有氢或一氧化碳穿透而判断——则对供给单元13中的氧的供给速率可根据所确定的总杂质量而调节氧过量，并由此可靠地保证了仍然残留在氧化催化器8中的杂质的分解。一旦确定了在气流侧配置的第二催化吸附组件6中的氧的存入量已达足够高，则可以对上述的依次将催化吸附组件6和氧化催化器8的顺序进行转换。

附图标记

1        气体处理系统

2        气体输入系统

4        气体排出管

6        催化吸附组件

8        氧化催化器

10       流入管

12       流出管

13       供给单元

14       换向系统

16，18   换向单元

20       双箭头

22       换热式热交换器

24       电子加热器

26       加热系统

28       中心控制单元

30       箭头

32       传感器

34       中间加热系统

36       热交换器

38       电子加热器

40       混合器

42       结构单元

44       外壳

46       温度传感器

48       取样元件

G        气流

Claims (20)

1.一种用于处理气流(G)的方法，在第一净化步骤中将气流(G)与杂质一起输送经过第一催化吸附组件(6)进行氧化并使气流(G)中混入氧的分子或原子，同时在第二净化步骤中将混入氧之后的气流(G)输送经过一个氧化催化器(8)，并且在第三净化步骤中将从氧化催化器(8)中流出的气流(G)输送经过第二催化吸附组件(6)，以还原多余的氧。

2如权利要求1所述的方法，其中在第一和第二催化吸附组件(6)中都使用Cu/CuO混合物作为催化吸附材料。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在气流(G)进入第一催化吸附组件(6)中之前先计算出在气流(G)中伴随的杂质量的特征值，然后根据该特征值来调整在气流(G)中氧的混入速率。

4.如权利要求1至3中之一的所述的方法，其中对于气流(G)，在其进入到氧化催化器(8)中时，将温度调节到约400℃至450℃。

5如权利要求1至4中之一的所述的方法，其中在气流(G)进入到氧化催化器(8)中之前，通过换热式热交换用从氧化催化器(8)中流出来的气流(G)预热气流(G)。

6.如权利要求1至5中之一的所述方法，其中对于气流(G)，在其进入到第一催化吸附组件(6)时将温度调节到约250℃。

7.如权利要求1至6中之一的所述的方法，其中，在气流(G)进入第一催化吸附组件(6)中之前通过进行换热式热交换用从第二催化吸附组件(6)中流出的气流(G)预热气流(G)。

8.操作核电厂设备的方法，其中，根据权利要求1至7中之一所述的方法来处理氦冷凝气流的部分液流。

9.如权利要求8所述的方法，其中，要计算出从第二催化吸附组件(6)中所流出的气流(G)中的可能伴随氧量这一特征值，其中在超过了该特征值的预设的极限值后，就将气流(G)流动路径中的第一和第二催化吸附元件(6)的位置对调。

10.一种气体处理系统(1)，其具有至少两个根据气流(G)而依次相连的催化吸附组件(6)且其间还在气流侧连有氧化催化器(8)。

11.如权利要求10所述的气体处理系统(1)，其氧化催化器(8)在气流侧预连接一个用于氧的分子或原子的供给单元(13)。

12.如权利要求11所述的气体处理系统(1)，其中，将配有调节值发送器的供给单元(13)在进口侧与一个预连结传感器(32)的气流侧配置的第一催化吸附组件(6)相连，该传感器(32)用于感知气流(G)中所伴随的杂质量。

13.如权利要求10至12中之一的所述的气体处理系统(1)，其催化吸附组件(6)各具有Cu/CuO混合物作为催化吸附材料。

14.如权利要求10至13中之一的所述的气体处理系统(1)，其氧化催化器(8)在气流侧上预连接有中间加热系统(34)。

15.如权利要求14所述的气体处理系统，其中间加热系统(34)含有换热式热交换器(36)，且该热交换器在其主要侧上连接一个配备有气流(G)排出管(12)的氧化催化器(8)，而其在第二侧则连接一个配备有气流(G)输入管(10)的氧化催化器(8)。

16.如权利要求11至15中之一的所述的气体处理系统(1)，其在气流侧配置的第一催化吸附组件(6)预连接加热系统(26)。

17.如权利要求16所述的气体处理系统(1)，其加热系统(26)包含换热式热交换器(22)，且该热交换器在其主要侧连接一个配备有气流排出管(4)的第二催化吸附组件(6)，而其在第二侧则连接一个配备有气流输入管(2)的第一催化吸附组件(6)。

18.如权利要求10至17中之一的所述的气体处理系统(1)，其中，在催化吸附组件(6)上配备一个共同的转向系统(14)用于转换气流(G)的流向。

19.如权利要求10至18中之一的所述气体处理系统(1)，其中，在共同的外壳(44)内设置催化吸附组件(6)和氧化催化器(8)。

20.如权利要求10至19中之一的所述气体处理系统(1)，其连接在核工业设备的氦冷凝气循环系统上。

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