ES2886579T3 - Material de filtración para ventilación filtrada, uso del mismo y dispositivo de ventilación filtrada que lo contiene - Google Patents

Material de filtración para ventilación filtrada, uso del mismo y dispositivo de ventilación filtrada que lo contiene Download PDF

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Abstract

Un material de filtración (1) para ventilación filtrada que comprende zeolita granulada L para adsorber yodo radiactivo en presencia de hidrógeno, caracterizado porque al menos una parte de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L están sustituidos por plata, y de los sitios de intercambio iónico, una relación de constitución (a/b) de sitios de intercambio iónico (a) sustituidos por plata a sitios de intercambio iónico (b) no sustituidos por plata es 25/75-55/45; y el material de filtración (1) tiene una pérdida por desgaste del 10% o menos, medida según el método de ensayo estándar ASTM D-4058.

Description

DESCRIPCIÓN
Material de filtración para ventilación filtrada, uso del mismo y dispositivo de ventilación filtrada que lo contiene Campo técnico
La presente invención se refiere a un material de filtración granulado para ventilación filtrada que contiene zeolita L, al uso del mismo para ventilación filtrada y a un dispositivo de ventilación filtrada para tratar el yodo radiactivo que contiene dicho material de filtración.
Técnica anterior
Las instalaciones de energía nuclear, como las centrales nucleares y similares, están equipadas convencionalmente con un filtro para eliminar el yodo radiactivo. Un flujo de vapor que contiene yodo radiactivo generado en una instalación de energía nuclear pasa a través del filtro para que el yodo radiactivo sea adsorbido y eliminado antes de ser descargado de la instalación de energía nuclear. Este proceso es muy importante, y, por lo tanto, se han realizado y se siguen realizando esfuerzos de investigación y desarrollo para mejorar el efecto de adsorción de yodo radiactivo del filtro. Entre estos filtros que se han desarrollado se encuentran algunos adsorbentes de yodo radiactivo hechos de zeolita. Un ejemplo de estos adsorbentes de yodo radiactivo es uno en el que se soporta plata sobre una zeolita que tiene una relación molar de sílice a alúmina de 15 o más (véase, por ejemplo, el Documento de Patente 1). El Documento de Patente 1 describe un adsorbente de yodo radiactivo de este tipo que contiene una cantidad reducida de plata soportada sobre zeolita y puede eliminar yodo radiactivo con una eficiencia mejorada. El documento de patente 2 también describe un material adsorbente de yodo radiactivo que comprende un granulado de una zeolita hidrófoba cargada con un metal adsorbente de yodo como plata.
Lista de citas
Documentos de patente
Documento de Patente 1: Publicación de la Solicitud de Patente Japonesa no examinada número S60-225638 Documento de Patente 2: DE202012012866U
Resumen de la invención
Problema técnico
En el adsorbente descrito en el Documento de Patente 1, la estructura cristalina de la zeolita, que tiene un tamaño de poro tal que proporciona un efecto de tamiz molecular, se utiliza para adsorber selectivamente yodo radiactivo. Se considera que el adsorbente descrito en el documento tiene un cierto éxito en la adsorción de yodo radiactivo. Sin embargo, todavía hay una demanda de adsorbentes de yodo radiactivo de mayor rendimiento para prevenir de forma fiable la fuga de yodo radiactivo al exterior.
Cuando se produce una situación extraordinaria (accidente grave), como un accidente de reactor nuclear o similar, en una instalación de energía nuclear, se libera una gran cantidad de materiales radiactivos, incluido el yodo radiactivo, en una zona amplia. Por lo tanto, hay que evitar que se produzcan accidentes en reactores nucleares. Cuando se produce un accidente en un reactor nuclear, deben tomarse rápidamente medidas de respuesta. Para ello, se está llevando a cabo un plan para dotar al edificio de un reactor nuclear de un dispositivo de ventilación filtrada para reducir la presión en un reactor nuclear cuando se produce una situación extraordinaria en el reactor nuclear. Sin embargo, el adsorbente de yodo radiactivo descrito en el Documento de Patente 1 no está destinado a abordar situaciones extraordinarias en las que se requiera una ventilación filtrada o similar. El hidrógeno generado en un reactor nuclear se considera un factor en los accidentes de los reactores nucleares. La reducción de dicho hidrógeno no se describe en absoluto en el Documento de Patente 1. Se requieren más esfuerzos de investigación y desarrollo para proporcionar un adsorbente de yodo radiactivo que pueda utilizarse incluso cuando se produzca una situación extraordinaria.
La presente invención se ha realizado teniendo en cuenta los problemas anteriores. Un objeto de la presente invención es proporcionar un material de filtración para ventilación filtrada y un dispositivo de ventilación filtrada que sean más eficaces en la adsorción de yodo radiactivo que en la técnica convencional y que sean útiles para hacer frente a accidentes graves.
Solución del problema
Para lograr el objeto anterior, se proporciona un material de filtración (1) para ventilación filtrada según la presente invención que comprende zeolita L granulada, donde
al menos una parte de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L están sustituidos por plata. La presente invención es como se expone en las reivindicaciones 1 a 4 adjuntas. Según la presente invención, el material de filtración (1) para ventilación filtrada comprende zeolita L granulada para adsorber yodo radiactivo en presencia de hidrógeno y se caracteriza porque al menos una parte de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L están sustituidos por plata, y de los sitios de intercambio iónico, una relación de constitución (a/b) de los sitios de intercambio iónico (a) sustituidos por plata a los sitios de intercambio iónico (b) no sustituidos por plata es de 25/75-55/45; y el material de filtración (1) tiene una pérdida por desgaste del 10% o menos medida según el método de prueba estándar ASTM D4058. Además, la presente invención también proporciona el uso de dicho material de filtración (1) para ventilación filtrada para llevar a cabo la ventilación filtrada a una temperatura de 99°C o más. Además, la presente invención proporciona un dispositivo de ventilación filtrada (50) para el tratamiento continuo de yodo radiactivo, caracterizado porque un material de filtración conteniendo plata (8) que contiene zeolita X, estando sustancialmente todos los sitios de intercambio iónico de la zeolita X sustituidos por plata, se proporciona hacia arriba de dicho material de filtración (1) para ventilación filtrada.
Hay una variedad de zeolitas, que tienen diferentes estructuras cristalinas. Las zeolitas tienen el rasgo característico de que cada estructura cristalina tiene poros de tamaño considerablemente uniforme. Tales tamaños de poro característicos permiten que las zeolitas se utilicen para tamices moleculares, adsorción selectiva de moléculas y similares. En la técnica anterior, la zeolita X y la zeolita Y se han utilizado principalmente como base para materiales de filtración para ventilación filtrada. La zeolita X y la zeolita Y tienen la misma estructura cristalina, y diferentes números de iones de metal alcalino que sirven como sitios de intercambio iónico. El número de iones de metal alcalino es menor en la zeolita Y que en la zeolita X, y, por lo tanto, la cantidad de plata con la que se pueden sustituir los iones de metal alcalino es menor en la zeolita Y que en la zeolita X. Por lo tanto, la zeolita Y tiene menos adsortividad de yodo radiactivo que la zeolita X. Los autores de la presente invención han estudiado zeolitas que no son del tipo X o Y y que tienen una excelente adsortividad de yodo radiactivo, y se han centrado en la zeolita L. La zeolita L tiene aproximadamente el mismo número de iones de metales alcalinos que la zeolita Y, y tiene una estructura cristalina diferente de la de la zeolita Y. Los autores de la presente invención han descubierto que la zeolita L, que tiene una estructura tan característica, también es eficaz para adsorber yodo radiactivo. Sobre la base de este hallazgo, los autores de la presente invención han desarrollado un novedoso material de filtración para ventilación filtrada.
Dicho material de filtración para ventilación filtrada comprende zeolita L en la que una parte de los sitios de intercambio iónico (sitios de potasio) se sustituyen por plata (dicha zeolita se denomina aquí “zeolita AgL”). La zeolita AgL puede adsorber yodo radiactivo como yoduro de plata. Por lo tanto, incluso cuando se produce una situación extraordinaria, como un accidente en un reactor nuclear, se puede evitar que el yodo radiactivo se libere del reactor nuclear mediante el uso de zeolita AgL.
En el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, de los sitios de intercambio iónico, una relación de constitución (a/b) de sitios de intercambio iónico (a) sustituidos por plata a sitios de intercambio iónico (b) no sustituidos por plata es 25/75-55/45.
Los autores de la presente invención han estudiado ampliamente la zeolita AgL que tiene la característica anterior descubriendo que la zeolita AgL en la que la relación de constitución de sitios de intercambio iónico sustituidos por plata a sitios de intercambio iónico no sustituidos por plata se ajusta al valor anterior puede realizar eficazmente la adsorción de yodo radiactivo. En este caso, la relación de constitución corresponde a la relación (relación atómica) del número de átomos de plata contenidos en la zeolita AgL al número de átomos de metal distintos de la plata contenidos en la zeolita AgL. Cuando se produce una situación extraordinaria (accidente grave), como un accidente en un reactor nuclear, es importante tomar rápidamente contramedidas inmediatamente después de que se produzca el accidente para evitar que el yodo radiactivo se libere a las zonas circundantes. Si se utiliza un material de filtración para ventilación filtrada que incluya zeolita AgL que tenga una relación de constitución (relación atómica) ajustada dentro del rango anterior, el material de filtración puede adsorber de forma fiable el yodo radiactivo y, por lo tanto, se puede evitar que el yodo radiactivo se libere de una instalación de reactor nuclear.
En el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, la zeolita L tiene preferentemente un contenido de plata de 7-12% en paso en base al peso en seco.
En el material de filtración para ventilación filtrada que tiene la característica anterior, el contenido de plata se ajusta dentro del rango anterior. Por lo tanto, el material de filtración para ventilación filtrada tiene un excelente efecto de adsorción de yodo radiactivo.
En el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, el material de filtración para ventilación filtrada tiene preferentemente un grosor de dos pulgadas o más.
El material de filtración para ventilación filtrada que tiene la característica anterior tiene un grosor de dos pulgadas o más. Por lo tanto, por ejemplo, incluso cuando la temperatura del vapor que contiene yodo radiactivo es inferior a 100°C y la reactividad se reduce en cierta medida, el material de filtración para ventilación filtrada puede adsorber y eliminar de forma fiable el yodo radiactivo a un nivel práctico.
La presente invención también proporciona el uso del material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, donde dicho material de filtración se utiliza a una temperatura de 99°C o más.
El material de filtración para ventilación filtrada que tiene la característica anterior se utiliza a una temperatura de 99°C o más. Por lo tanto, incluso cuando el material de filtración para ventilación filtrada tiene un grosor de menos de dos pulgadas, es decir, es relativamente delgado, el material de filtración para ventilación filtrada puede adsorber y eliminar de forma fiable el yodo radiactivo a un nivel práctico.
Para lograr el objeto anterior, se proporciona un dispositivo de ventilación filtrada según la presente invención para el tratamiento continuo del yodo radiactivo, donde
un material de filtración conteniendo plata que contiene zeolita X, estando sustancialmente todos los sitios de intercambio iónico de la zeolita X sustituidos por plata, se proporciona hacia arriba del material de filtración para la ventilación filtrada de la presente invención.
Un dispositivo de ventilación filtrada se coloca fuera de un reactor nuclear, y, por lo tanto, la zeolita AgL en el dispositivo de ventilación filtrada está normalmente a temperatura ambiente. En esta situación, cuando se produce un accidente grave, y el vapor a alta temperatura que contiene yodo radiactivo e hidrógeno fluye al dispositivo de ventilación filtrada, el vapor se enfría y se condensa en agua líquida en la superficie de la zeolita AgL. Como resultado, en el dispositivo de ventilación filtrada, la concentración de hidrógeno y la concentración de oxígeno aumentan relativamente, dando lugar a un mayor riesgo de explosión de hidrógeno.
Para solucionar esto, el dispositivo de ventilación filtrada de la presente invención está configurado de manera que un material de filtración conteniendo plata que contiene zeolita X, cuyos sitios de intercambio iónico están sustancialmente sustituidos por plata (el material de filtración que contiene plata se denomina en el presente documento “zeolita AgX”) se proporciona hacia arriba del material de filtración para ventilación filtrada que incluye la zeolita AgL de la presente invención. Si la zeolita AgX y la zeolita AgL están dispuestas en serie o en tándem (estructura de dos niveles), la mayor parte del vapor que contiene hidrógeno a alta temperatura que entra en el dispositivo de ventilación filtrada se condensa en agua líquida en la zeolita AgX (primera etapa), es decir, la mayor parte del agua se elimina del vapor, dando lugar a una condensación sustancialmente nula del vapor en agua líquida en la zeolita AgL (segunda etapa), de modo que puede evitarse un aumento relativo de la concentración de hidrógeno y de la concentración de oxígeno. Además, la zeolita AgX (primera etapa) puede adsorber satisfactoriamente hidrógeno además de yodo radiactivo, de modo que se inhibe un aumento relativo de la concentración de hidrógeno. Por lo tanto, se reduce el riesgo de una explosión de hidrógeno. El gas que pasa por la zeolita AgL (segunda etapa) tiene una concentración de hidrógeno ya reducida. Por lo tanto, el dispositivo de ventilación filtrada que tiene esta característica es eficaz para reducir el hidrógeno y el yodo radiactivo desde un período temprano de un accidente grave. Además, incluso cuando el rendimiento del tratamiento de la zeolita AgX (primera etapa) se reduce después de que haya transcurrido un período de tiempo predeterminado, la zeolita AgL (segunda etapa) puede adsorber yodo radiactivo incluso en presencia de hidrógeno de forma sustancialmente tan eficaz o eficiente como lo hace la zeolita AgX, y, por lo tanto, puede hacer frente a un accidente grave durante un largo período de tiempo. Por lo tanto, si en el dispositivo de ventilación filtrada, la zeolita AgX y la zeolita AgL están dispuestas en serie o en tándem (estructura de dos niveles), se puede inhibir un aumento de la concentración de hidrógeno en el dispositivo de ventilación filtrada, y se puede evitar de forma fiable que el yodo radiactivo se libere a las zonas circundantes, dando lugar a una mejora adicional de la seguridad.
Breve descripción de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un reactor de agua en ebullición que comprende un dispositivo de ventilación filtrada según una primera realización de la presente invención.
[Figura 2] La figura 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un reactor de agua en ebullición que comprende un dispositivo de ventilación filtrada según una segunda realización de la presente invención.
[Figura 3] La figura 3 es un gráfico que muestra los cambios de temperatura medidos cuando un gas que contiene hidrógeno pasó a través de la zeolita AgL como material de filtración para ventilación filtrada del Ejemplo 1.
[Figura 4] La figura 4 es un gráfico que muestra los cambios de temperatura medidos cuando un gas que contiene hidrógeno pasó a través de la zeolita AgX.
Descripción de realizaciones
Realizaciones de un material de filtración para ventilación filtrada y un dispositivo de ventilación filtrada según la presente invención se describirán ahora con referencia a las figuras 1-4. Nótese que no se pretende limitar la presente invención a las configuraciones descritas a continuación.
Como se ha descrito anteriormente, cuando se produce un accidente grave en una instalación de reactor nuclear, existe un alto riesgo de que se libere yodo radiactivo a las zonas circundantes y se produzca una explosión de hidrógeno. Por lo tanto, para preparar los accidentes severos, se está llevando a cabo un plan para proporcionar, a los edificios de los reactores nucleares, un dispositivo de ventilación filtrada para reducir la presión en el reactor nuclear. Los autores de la presente invención han pensado que la liberación de yodo radiactivo y las explosiones de hidrógeno pueden prevenirse de forma fiable utilizando un dispositivo de ventilación filtrada que esté provisto de zeolita L que tiene sitios de intercambio iónico sustituidos por sólo plata, o plata y un metal distinto de la plata (uno seleccionado del grupo que consta de plomo, níquel y cobre), como material de filtración para ventilación filtrada.
<Zeolita AgL>
En primer lugar, se describirá la zeolita L, que es una base para el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención. Las zeolitas, que son un tipo de silicato, tienen (SO4)4" y (AO4)5", que tienen una estructura tetraédrica, como unidades de repetición, que están unidas tridimensionalmente una tras otra para formar una estructura cristalina. Las unidades de repetición están enlazadas de diferentes maneras para formar diferentes estructuras cristalinas. Cada estructura cristalina formada tiene un tamaño de poro uniforme específico. El tamaño de poro uniforme permite que las zeolitas tengan propiedades como tamiz molecular, adsorción y capacidad de intercambio iónico. El material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención emplea zeolita L, que es un tipo de zeolita. La zeolita L se utiliza, por ejemplo, como tamiz molecular para separar las parafinas normales (C1-C7). El material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención se formula sustituyendo al menos una parte de los sitios de potasio de la zeolita L, que son un sitio de intercambio iónico, por plata. Dicho material de filtración para ventilación filtrada se denomina en lo sucesivo “zeolita AgL”.
La zeolita AgL tiene una excelente adsorción de yodo radiactivo similar a la de la zeolita AgX convencional. El material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención utiliza dicha capacidad para evitar que se libere yodo radiactivo de una instalación de reactor nuclear. La cantidad de plata con la que se pueden sustituir los sitios de intercambio iónico es pequeña en la zeolita AgL, en comparación con la zeolita AgX convencional y la zeolita Y, como se describe con más detalle a continuación. Dado que la plata es un metal de alto coste, el uso de zeolita AgL en el material de filtración para ventilación filtrada puede reducir la cantidad de plata, lo que es ventajoso en términos de coste.
Como se ha descrito anteriormente, la zeolita AgL se formula por sustitución por plata. En la zeolita AgL de la presente invención, los sitios de intercambio iónico pueden ser sustituidos no sólo por plata solamente, sino también por plata y un metal distinto de la plata. Específicamente, la zeolita AgL puede formularse sustituyendo una parte de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L por plata, y el equilibrio por al menos uno seleccionado del grupo que consta de plomo, níquel y cobre. Estos metales son más baratos que la plata. Si la zeolita AgL se formula como se ha descrito anteriormente y se utiliza como material de filtración para ventilación filtrada, la cantidad de plata puede reducirse, lo cual es ventajoso en términos de coste.
La zeolita AgL de la presente invención se formula de tal manera que la relación de constitución (a/b) de sitios de intercambio iónico (a) sustituidos por plata a sitios de intercambio iónico (b) no sustituidos por plata, de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L se ajusta dentro del rango de 25/75-55/45, preferiblemente el rango de 25/75-45/55. En el sentido en que se utiliza en este documento, un sitio de intercambio iónico no sustituido por plata significa un sitio de potasio o un sitio que está sustituido por un metal distinto de la plata. La relación de constitución corresponde a la relación (relación atómica) del número de átomos de plata contenidos en la zeolita AgL a la suma del número de átomos de potasio y el número de átomos de metales distintos de la plata contenidos en la zeolita AgL. Si la relación de constitución (a/b) es inferior a 25/75, el número de sitios de intercambio iónico sustituidos por plata es insuficiente, el efecto de adsorción de yodo radiactivo es insuficiente. Mientras tanto, es difícil ajustar la relación de constitución (a/b) a más de 55/45, porque después de que una cierta proporción de los sitios de intercambio iónico ha sido sustituida por plata, el intercambio iónico por plata es menos probable que se produzca en el resto de los sitios de intercambio iónico. Por lo tanto, es difícil producir zeolita AgL con un contenido de plata muy alto utilizando la técnica actual. Además, la plata es un material de alto coste, como se ha descrito anteriormente, y, por lo tanto, un contenido de plata muy alto es desventajoso en términos de coste. Por lo tanto, si al menos una porción de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L se sustituye por sólo plata o por plata y un metal distinto de la plata (uno seleccionado del grupo que consta de plomo, níquel y cobre) de tal manera que se logre el rango antes mencionado, se puede producir un material de filtración para ventilación filtrada que puede adsorber de manera estable el yodo radiactivo.
El material de filtración para ventilación filtrada (zeolita AgL) así formulado tiene un contenido de plata de 7-12% en peso en base al peso en seco. Si el contenido de plata se encuentra dentro de dicho rango, la plata y el metal distinto de la plata (uno seleccionado del grupo que consta de plomo, níquel y cobre) contenidos en el material de filtración para ventilación filtrada ejercen efectivamente sus funciones en los sitios de intercambio iónico de una manera bien equilibrada, y por lo tanto evitan de manera fiable la liberación de yodo radiactivo mientras mantienen la seguridad incluso cuando ocurre un accidente grave. Por cierto, la zeolita AgX tiene un contenido de plata de aproximadamente 39% en peso en base al peso en seco, y la zeolita Y tiene un contenido de plata de aproximadamente 30% en peso en base al peso en seco. El contenido de plata de 7-12% en peso, es decir, aproximadamente 10% en peso, en la zeolita AgL es aproximadamente 1/4 del de la zeolita AgX y aproximadamente 1/3 del de la zeolita Y en base al peso en seco. Así, la cantidad de plata requerida para la zeolita AgL es menor que la de la zeolita AgX y la zeolita Y. Por lo tanto, la cantidad de plata puede reducirse significativamente, lo que es ventajoso en términos de coste.
El material de filtración para ventilación filtrada se obtiene preferentemente conformando la zeolita AgL en una forma adecuada, como granos o pellets. En el caso de granos, el tamaño del grano se ajusta a 4 x 100 mallas (JIS K 1474­ 4-6), preferiblemente 10 x 20 mallas (JIS K 1474-4-6). En el sentido en que se usa en este documento, el término “malla” expresa un tamaño de grano. Por ejemplo, el término “10 x 20 mallas” significa que los granos que tienen ese tamaño pueden pasar a través de un tamiz de 10 mallas, pero no a través de un tamiz de 20 mallas, es decir, que el tamaño del grano es de 10 a 20 mallas. Además, el contenido de agua del grano se ajusta de tal manera que el grano tenga un contenido de agua del 15% en peso o menos, preferiblemente del 12% en peso o menos, cuando se seca a 150°C durante 3 horas y, por lo tanto, se reduce su peso.
En el caso de pellets, la longitud del pellet se ajusta a 6 mm o menos, preferiblemente 4 mm o menos. El diámetro del pellet se ajusta a 2 mm o menos, preferiblemente 1,5 mm o menos. El contenido de agua del pellet puede ajustarse dentro de un rango similar al del grano. El material de filtración para ventilación filtrada así ajustado puede ejercer más eficazmente la excelente adsorción de yodo radiactivo antes mencionada.
Por cierto, los materiales de filtración para ventilación filtrada están expuestos a un entorno severo (alta temperatura, alta presión, alta humedad), y, por lo tanto, se requiere que tengan una cierta alta resistencia (propiedades de retención de la forma). Teniendo esto en cuenta, el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención está adaptado para tener una pérdida por desgaste del 10% o menos, medida según el método de prueba estándar ASTM D-4058, preferiblemente del 5% o menos según ASTM D-4058, y más preferiblemente del 3% o menos según ASTM D-4058. Como resultado, incluso cuando el material de filtración para ventilación filtrada se coloca bajo condiciones severas como la ventilación filtrada o similares, el material de filtración para ventilación filtrada puede conservar su forma, y, por lo tanto, continuar ejerciendo una alta adsortividad de yodo radiactivo. <Zeolita AgX>
En el dispositivo de ventilación filtrada de la presente invención, la zeolita AgX que se obtiene mediante el intercambio iónico de sustancialmente todos los sitios de sodio de la zeolita X por plata se dispone hacia arriba de la mencionada zeolita AgL, como se describe en las realizaciones siguientes. La zeolita X que sirve de base para la zeolita AgX es preferentemente la zeolita 13X. La zeolita 13X intercambiada iónicamente por plata tiene un tamaño de poro menor que el de la zeolita 13X original. Específicamente, el tamaño de poro (aproximadamente 0,4 nm) de la zeolita 13X que tiene sitios de sodio antes de experimentar intercambio iónico por plata es demasiado grande para capturar una molécula de hidrógeno (tamaño molecular: aproximadamente 0,29 nm). Mientras tanto, la zeolita 13X, cuyos sitios de sodio han experimentado intercambio iónico por plata, tiene un tamaño de poro óptimo (aproximadamente 0,29 nm) de tal manera que una molécula de hidrógeno cabe en el poro. Así, la zeolita 13X intercambiada iónicamente por plata puede adsorber de forma eficiente y eficaz no sólo el yodo radiactivo sino también las moléculas de hidrógeno.
<Dispositivo de ventilación filtrada>
(Primera realización)
Se describirá un dispositivo de ventilación filtrada según la presente invención que emplea zeolita AgL y zeolita AgX formuladas como se ha descrito anteriormente. La figura 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un reactor de agua en ebullición 100 que comprende un dispositivo de ventilación filtrada 50 según una primera realización de la presente invención. Como se muestra en la figura 1, el reactor de agua en ebullición 100 incluye el dispositivo de ventilación filtrada 50, un edificio de reactor nuclear 3, un edificio de contención de reactor nuclear 4, y una vasija de presión de reactor nuclear 5. El dispositivo de ventilación filtrada 50 comprende un material de filtración 1 para ventilación filtrada, y una unidad de ventilación filtrada 2. La unidad de ventilación filtrada 2 de esta realización emplea un sistema de ventilación húmeda de tipo depurador. El dispositivo de ventilación filtrada 50 se dispone fuera del edificio del reactor nuclear 3, en caso de que ocurra un accidente en el reactor nuclear, de modo que el edificio de contención del reactor nuclear 4 resulte dañado. Cuando el edificio de contención del reactor nuclear 4 tiene una presión interna incrementada, el vapor se transfiere desde el edificio de contención del reactor nuclear 4 al dispositivo de ventilación filtrada 50 a través de una tubería 6, como se indica con una flecha de línea sólida en la figura 1. En el dispositivo de ventilación filtrada 50, el yodo radiactivo presente en el vapor es capturado por la unidad de ventilación filtrada 2, y el vapor pasa entonces a través del material de filtración 1 para ventilación filtrada antes de ser descargado al exterior a través de una tubería de salida.
Como se muestra en la figura 1, el material de filtración 1 para ventilación filtrada se aloja en un contenedor 7, que está acoplado al lado situado hacia abajo de la unidad de ventilación filtrada 2. El contenedor 7 está hecho preferentemente de un material resistente al calor y a la corrosión, porque el vapor de agua o el gas generado en el edificio de contención del reactor nuclear 4 fluye a su través. Ejemplos de dicho material para el contenedor 7 incluyen acero inoxidable, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, y similares. El contenedor 7 está provisto de una pluralidad de poros diminutos para que el vapor o el gas puedan fluir a su través. El material de filtración 1 para ventilación filtrada se aloja así en el contenedor 7, y, por lo tanto, puede ser manejado fácilmente. Aquí, es deseable que los trabajadores trabajen tan fácil y rápidamente como sea posible en una instalación de reactor nuclear para la seguridad de los trabajadores, a la que se debe prestar un nivel máximo de atención. A este respecto, esta realización tiene una configuración sencilla en la que el contenedor 7 se llena con el material de filtración 1 para ventilación filtrada. Por lo tanto, cuando el material de filtración 1 para ventilación filtrada tiene que ser reemplazado, el material de filtración 1 para ventilación filtrada se retira del contenedor 7 y se reemplaza por uno nuevo, es decir, sólo se requiere un trabajo simple. Esto puede reducir la carga de los trabajadores y garantizar su seguridad.
Por cierto, cuando se produce un accidente grave, se genera una gran cantidad de hidrógeno además de yodo radiactivo en una instalación de reactor nuclear, y estas sustancias están contenidas en el vapor descargado del edificio de contención del reactor nuclear 4. Si el hidrógeno permanece en la instalación del reactor nuclear, existe el riesgo de que se produzca una explosión de hidrógeno. Por lo tanto, es necesario tratar de forma fiable el hidrógeno además del tratamiento del yodo radiactivo. La zeolita AgL puede adsorber yodo radiactivo incluso en presencia de hidrógeno. Por lo tanto, podría interpretarse que si el contenedor 7 lleno del material de filtración 1 para ventilación filtrada que comprende la zeolita AgL se dispone hacia abajo de la unidad de ventilación filtrada 2 en el dispositivo de ventilación filtrada 50, los átomos de yodo radiactivo son adsorbidos por la zeolita AgL y eliminados del vapor uno tras otro. Sin embargo, la unidad de ventilación filtrada 2 está situada fuera del edificio del reactor nuclear 3, y, por lo tanto, la zeolita AgL (el material de filtración 1 para ventilación filtrada) en el contenedor 7 dispuesto hacia abajo de la unidad de ventilación filtrada 2 está normalmente a temperatura ambiente. En esta situación, si el vapor a alta temperatura que contiene hidrógeno fluye al dispositivo de ventilación filtrada 50, el vapor que entra en el contenedor 7 se enfría y se condensa en agua líquida en la superficie del material de filtración 1 para ventilación filtrada. Como resultado, en el dispositivo de ventilación filtrada 50, la concentración de hidrógeno y la concentración de oxígeno aumentan relativamente, dando lugar a un mayor riesgo de explosión de hidrógeno. Por lo tanto, cuando el material de filtración 1 para ventilación filtrada se aplica solo al dispositivo de ventilación filtrada 50, la seguridad disminuye en algunas situaciones, particularmente durante un período temprano de un accidente grave.
Teniendo en cuenta lo anterior, los autores de la presente invención han ideado un dispositivo de ventilación filtrada que tiene una configuración óptima para eliminar de forma fiable el hidrógeno, que es altamente explosivo, además del yodo radiactivo. Como ejemplo de tal configuración, en esta realización, como se muestra en la figura 1, un material de filtración que contiene plata 8 que comprende zeolita AgX que se formula sustituyendo sustancialmente todos los sitios de intercambio iónico de la zeolita 13X por plata se dispone hacia arriba del material de filtración 1 para ventilación filtrada que comprende zeolita AgL según la presente invención. Así, en el contenedor 7, el material de filtración 8 que contiene plata (zeolita AgX) y el material de filtración 1 para ventilación filtrada (zeolita AgL) están dispuestos en serie o en tándem (estructura de dos niveles). Por lo tanto, la mayor parte del vapor que contiene hidrógeno a alta temperatura que entra en el dispositivo de ventilación filtrada 50 se condensa en agua líquida en el material de filtración que contiene plata 8 (primera etapa), es decir, la mayor parte del agua se elimina del vapor, lo que da lugar a una condensación prácticamente nula del vapor en agua líquida en el material de filtración 1 para ventilación filtrada (segunda etapa), de modo que se puede evitar un aumento relativo de la concentración de hidrógeno y de la concentración de oxígeno. Además, el material de filtración que contiene plata 8 (primera etapa) puede adsorber satisfactoriamente el hidrógeno además del yodo radiactivo, de modo que se inhibe un aumento relativo de la concentración de hidrógeno. Por lo tanto, se reduce el riesgo de una explosión de hidrógeno. El gas que pasa a través del material de filtración 1 para ventilación filtrada (segunda etapa) tiene una concentración de hidrógeno ya reducida. Por lo tanto, el dispositivo de ventilación filtrada 50 de esta realización es eficaz para reducir el hidrógeno y el yodo radiactivo desde un período temprano de un accidente grave. Además, incluso cuando el rendimiento del tratamiento del material de filtración que contiene plata 8 (primera etapa) se reduce después de que haya transcurrido un período de tiempo predeterminado, el material de filtración 1 para ventilación filtrada (segunda etapa) puede adsorber yodo radiactivo incluso en presencia de hidrógeno de forma sustancialmente tan eficaz o eficiente como lo hace la zeolita AgX, y, por lo tanto, puede abordar un accidente grave durante un largo período de tiempo. Así, en el dispositivo de ventilación filtrada 50, la unidad de ventilación filtrada 2, el material de filtración que contiene plata 8 y el material de filtración 1 para ventilación filtrada están dispuestos en serie y comparten sus funciones, por lo que el hidrógeno y el yodo radiactivo pueden ser adsorbidos con gran eficiencia y eficacia. Como resultado, se puede inhibir el aumento de la concentración de hidrógeno en el dispositivo de ventilación filtrada 50, y se puede evitar de forma fiable que el yodo radiactivo se libere a las zonas circundantes, dando lugar a una mejora adicional de la seguridad.
(Segunda realización)
La figura 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un reactor de agua en ebullición 100 que comprende un dispositivo de ventilación filtrada 50 según una segunda realización de la presente invención. En el dispositivo de ventilación filtrada 50 de la primera realización descrita anteriormente, el contenedor 7 que aloja el material de filtración 1 para ventilación filtrada y el material de filtración que contiene plata 8 está situado en una posición que no es inmediatamente adyacente al edificio de contención del reactor nuclear 4, es decir, está situado hacia abajo de la unidad de ventilación filtrada 2. En contraposición a esto, como se muestra en la figura 2, en el dispositivo de ventilación filtrada 50 de la segunda realización, el contenedor 7 que alberga el material de filtración que contiene plata 8 y el material de filtración 1 para ventilación filtrada se encuentra en una posición que es adyacente al edificio de contención del reactor nuclear 4. En este caso, el vapor descargado desde el edificio de contención del reactor nuclear 4, que contiene hidrógeno además de yodo radiactivo, se transfiere al dispositivo de ventilación filtrada 50 a través de una tubería 6 como se indica con una flecha de línea sólida en la figura 2. En la segunda realización, el vapor pasa a través del material de filtración que contiene plata 8 y luego el material de filtración 1 para ventilación filtrada en el contenedor 7 antes de ser tratado por la unidad de ventilación filtrada 2. Cuando el dispositivo de ventilación filtrada 50 está configurado de esta manera, el yodo radiactivo es adsorbido y el hidrógeno es tratado antes de que el vapor sea transferido a la unidad de ventilación filtrada 2, y, por lo tanto, el gas emitido desde el contenedor 7 que alberga el material de filtración que contiene plata 8 y el material de filtración 1 para ventilación filtrada tiene una carga reducida, y, por lo tanto, puede ser tratado sin problemas por la unidad de ventilación filtrada 2.
(Otras realizaciones)
Las realizaciones primera y segunda se dirigen a un reactor de agua en ebullición. Alternativamente, el material de filtración 1 para ventilación filtrada de la presente invención es aplicable a un reactor de agua a presión. Al igual que en el caso de un reactor de agua en ebullición, para tomar contramedidas cuando un reactor nuclear resulta dañado por un accidente grave, puede proporcionarse para un reactor de agua a presión un dispositivo de ventilación filtrada 50 en el que un contenedor 7 que aloja el material de filtración 1 para ventilación filtrada y el material de filtración que contiene plata 8 está acoplado al lado situado hacia abajo de una unidad de ventilación filtrada 2. Alternativamente, en el dispositivo de ventilación filtrada 50, el contenedor 7 que aloja el material de filtración que contiene plata 8 y el material de filtración 1 para ventilación filtrada puede disponerse en una posición adyacente a un edificio de contención del reactor nuclear 4 para un reactor de agua a presión (no mostrado). Además, el material de filtración 1 para ventilación filtrada de la presente invención es aplicable no sólo a un sistema de ventilación húmeda en el que la unidad de ventilación filtrada 2 descrita en cada realización es del tipo depurador, sino también a un sistema de ventilación seco combinado, por ejemplo, con un filtro de fibra metálica o un filtro de arena.
Ejemplos
Para verificar las propiedades del material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, se prepararon varios materiales de filtración para ventilación filtrada (zeolita AgL) con diferentes contenidos de plata (Ejemplos 1-5), y un cambio en la temperatura de cada material de filtración se midió cuando un gas que contenía hidrógeno pasó a través del material de filtración. Como Ejemplo de referencia, se preparó zeolita AgX en la que sustancialmente todos los sitios de intercambio iónico de la zeolita 13X están sustituidos por plata (Ejemplo de referencia 1), y se midió un cambio en la temperatura del material de filtración cuando se pasó un gas que contenía hidrógeno a través del material de filtración de manera similar a la de los Ejemplos.
<Formulación del material de filtración para ventilación filtrada>
(Ejemplo 1)
Se añadió una cantidad apropiada de zeolita L a una solución acuosa de nitrato ajustada a una concentración de plata apropiada, y se agitó durante aproximadamente un día a temperatura ambiente, para un tratamiento de intercambio iónico. Tras el tratamiento de intercambio iónico, la zeolita L resultante se separó por filtración, se lavó con agua pura y se secó obteniendo zeolita AgL. La zeolita AgL se disolvió por calentamiento en una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. A continuación, se analizó el contenido de plata de la zeolita AgL mediante un espectrómetro de emisión ICP (espectrómetro de emisión ICP iCAP-6200 Duo, fabricado por Thermo Fisher Scientific Inc.). El análisis mostró que el contenido de plata de la zeolita AgL era del 11,46% en peso en base al peso en seco. La cantidad de potasio restante en la zeolita AgL era del 5,73% en peso en base al peso en seco. La relación (relación atómica) de plata a potasio en los sitios de intercambio iónico de la zeolita AgL era de 42/58. (Ejemplo 2)
Se añadió una cantidad apropiada de zeolita L a una solución acuosa de nitrato ajustada a una concentración apropiada de plata, y se agitó durante aproximadamente un día a temperatura ambiente, para un tratamiento de intercambio iónico. Tras el tratamiento de intercambio iónico, la zeolita L resultante se separó por filtración, se lavó con agua pura y se secó obteniendo zeolita AgL. La zeolita AgL se disolvió por calentamiento en una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. A continuación, se analizó el contenido de plata de la zeolita AgL mediante un espectrómetro de emisión ICP (espectrómetro de emisión ICP iCAP-6200 Duo, fabricado por Thermo Fisher Scientific Inc.). El análisis mostró que el contenido de plata de la zeolita AgL era del 8,06% en peso en base al peso en seco. La cantidad de potasio que quedaba en la zeolita AgL era del 7,45% en peso en base al peso en seco. La relación (relación atómica) de plata a potasio en los sitios de intercambio iónico de la zeolita AgL era de 28/72.
(Ejemplo 3)
Se añadió una cantidad apropiada de zeolita L a una solución acuosa de nitrato ajustada a una concentración apropiada de plata, y se agitó durante aproximadamente un día a temperatura ambiente, para un tratamiento de intercambio iónico. Tras el tratamiento de intercambio iónico, la zeolita L resultante se separó por filtración, se lavó con agua pura y se secó obteniendo zeolita AgL. La zeolita AgL se disolvió por calentamiento en una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. A continuación, se analizó el contenido de plata de la zeolita AgL mediante un espectrómetro de emisión ICP (espectrómetro de emisión ICP iCAP-6200 Duo, fabricado por Thermo Fisher Scientific Inc.). El análisis mostró que el contenido de plata de la zeolita AgL era del 10,69% en peso en base al peso en seco. La cantidad de potasio restante en la zeolita AgL era del 6,05% en peso en base al peso en seco. La relación (relación atómica) de plata a potasio en los sitios de intercambio iónico de la zeolita AgL era de 39/61. (Ejemplo 4)
Se añadió una cantidad apropiada de zeolita L a una solución acuosa de nitrato ajustada a una concentración apropiada de plata, y se agitó durante aproximadamente un día a temperatura ambiente, para un tratamiento de intercambio iónico. Tras el tratamiento de intercambio iónico, la zeolita L resultante se separó por filtración, se lavó con agua pura y se secó obteniendo zeolita AgL. La zeolita AgL se disolvió por calentamiento en una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. A continuación, se analizó el contenido de plata de la zeolita AgL mediante un espectrómetro de emisión ICP (espectrómetro de emisión ICP iCAP-6200 Duo, fabricado por Thermo Fisher Scientific Inc.). El análisis mostró que el contenido de plata de la zeolita AgL era del 11,02% en peso en base al peso en seco. La cantidad de potasio que quedaba en la zeolita AgL era del 5,83% en peso en base al peso en seco. La relación (relación atómica) de plata a potasio en los sitios de intercambio iónico de la zeolita AgL era de 41/59. (Ejemplo 5)
Se añadió una cantidad apropiada de zeolita L a una solución acuosa de nitrato ajustada a una concentración apropiada de plata, y se agitó durante aproximadamente un día a temperatura ambiente, para un tratamiento de intercambio iónico. Tras el tratamiento de intercambio iónico, la zeolita L resultante se separó por filtración, se lavó con agua pura y se secó obteniendo zeolita AgL. La zeolita AgL se disolvió por calentamiento en una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. A continuación, se analizó el contenido de plata de la zeolita AgL utilizando un espectrómetro de emisión ICP (espectrómetro de emisión ICP iCAP 6200 Duo, fabricado por Thermo Fisher Scientific Inc.). El análisis mostró que el contenido de plata de la zeolita AgL era del 8,06% en peso en base al peso en seco. La cantidad de potasio que quedaba en la zeolita AgL era del 6,10% en peso en base al peso en seco. La relación (relación atómica) de plata a potasio en los sitios de intercambio iónico de la zeolita AgL era de 32/68. (Ejemplo de referencia 1)
Noventa y siete por ciento de los sitios de sodio de la zeolita 13X se sometieron a intercambio iónico por plata, seguido de una granulación tal que el componente de plata representó el 36% en peso, el tamaño del grano era de 10 x 20 mallas (JIS K 1474-4-6), y el contenido de agua del grano era del 12% en peso cuando se secó a 150°C durante 3 horas. Así, se obtuvo zeolita AgX.
<Prueba de medición de cambios de temperatura>
A continuación, se midieron los cambios de temperatura cuando se pasó un gas que contenía hidrógeno a través de la zeolita AgL formulada en los Ejemplos 1-5 y la zeolita AgX formulada en el Ejemplo de referencia 1. La prueba se realizó en las condiciones siguientes.
(Ejemplos 1-5)
(A) Sólo se pasó aire seco a través de la zeolita AgL de cada uno de los Ejemplos 1-5 calentada a aproximadamente 150°C, durante 10 minutos desde el inicio de la prueba, (B) se pasó una mezcla de gas de aire seco, vapor de agua e hidrógeno a través de la zeolita AgL entre 10 minutos y 40 minutos después del inicio de la prueba, y (C) sólo se pasó aire seco a través de la zeolita AgL entre 40 minutos y 50 minutos después del inicio de la prueba. La figura 3 es un gráfico que muestra los cambios de temperatura medidos cuando se hace pasar un gas que contiene hidrógeno a través de la zeolita AgL del Ejemplo 1 como representativo de los Ejemplos 1-5.
(Ejemplo de referencia 1)
(A) Sólo se pasó aire seco a través de la zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1 calentada a aproximadamente 150°C, durante 10 minutos desde el inicio de la prueba, (B) se pasó una mezcla de gas de aire seco, vapor de agua e hidrógeno a través de la zeolita AgX entre 10 minutos y 100 minutos después del inicio de la prueba, y (C) sólo se pasó aire seco a través de la zeolita AgX a partir de 100 minutos después del inicio de la prueba. La figura 4 es un gráfico que muestra los cambios de temperatura medidos cuando se pasó un gas que contenía hidrógeno a través de la zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1.
La zeolita AgL del Ejemplo 1 como material de filtración para ventilación filtrada se mantuvo a aproximadamente 150°C durante el período de tiempo (A) para el cual sólo se pasó aire seco a través de la misma como se muestra en la figura 3. Durante el período de tiempo (B), se pasó a través de la zeolita AgL una mezcla de gases que contenía 85,5% en volumen de aire seco, 12,0% en volumen de vapor de agua y 2,5% en volumen de hidrógeno. Durante este período de tiempo, el tiempo de contacto de la mezcla de gases con la zeolita AgL se ajustó a 0,28 segundos. Como resultado, la temperatura aumentó gradualmente entre aproximadamente 10 minutos y aproximadamente 15 minutos después del inicio de la prueba, y se mantuvo a aproximadamente 170°C. Puede deducirse que el aumento de temperatura se debe al calor de adsorción que se produce cuando las porciones de zeolita de plata de la zeolita AgL adsorben hidrógeno, y al calor de alguna reacción entre el hidrógeno y el oxígeno. Se produjeron pequeños cambios en la temperatura, pero no hubo un cambio brusco de temperatura, entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente 35 minutos después del inicio de la prueba, y a partir de entonces, la temperatura disminuyó gradualmente. Durante el período de tiempo (C), la temperatura disminuyó hasta aproximadamente 150°C, que es la misma que la temperatura al comienzo de la prueba.
La zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1 como material de filtración para ventilación filtrada se mantuvo a aproximadamente 150°C durante el período de tiempo (A) durante el cual sólo se pasó aire seco a través de ella, como se muestra en la figura 4. Durante el período de tiempo (B), se pasó a través de la zeolita AgX una mezcla de gases que contenía 85,5% en volumen de aire seco, 11,0% en volumen de vapor de agua y 2,5% en volumen de hidrógeno. Durante este periodo, el tiempo de contacto de la mezcla de gas con la zeolita AgX se ajustó a 0,28 segundos. Como resultado, la temperatura comenzó a aumentar a los 10 minutos del inicio de la prueba, y alcanzó los 250°C a los 30 minutos del inicio de la prueba. Puede deducirse que este cambio de temperatura se ve afectado por el calor de adsorción que se produce continuamente a medida que las porciones de zeolita de plata de la zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1 adsorben hidrógeno una tras otra, y el calor de reacción entre el hidrógeno y el oxígeno, y similares. A partir de entonces, la temperatura disminuyó gradualmente. Durante el periodo de tiempo (C), la temperatura disminuyó hasta aproximadamente 180°C, que es superior a los 150°C al inicio de la prueba.
Como se ha descrito anteriormente, cuando se pasó un gas que contenía hidrógeno a través de la zeolita AgL del Ejemplo 1 de la presente invención, no se observó un cambio significativo en la temperatura de la zeolita AgL. Esto sugiere que, en la zeolita AgL del Ejemplo 1, el calor de adsorción de hidrógeno y el calor de reacción entre hidrógeno y oxígeno son bajos, es decir, la adsortividad de hidrógeno es baja. Este resultado es cierto para la zeolita AgL de los Ejemplos 2-5.
En contraposición con esto, la temperatura de la zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1 aumentó considerablemente cuando se pasaron a su través hidrógeno y similares, y disminuyó gradualmente después de terminar de pasar hidrógeno. Esto sugiere que, en la zeolita AgX del Ejemplo de referencia 1, el calor de adsorción del hidrógeno es alto, es decir, la adsortividad del hidrógeno es alta.
Los resultados de las pruebas anteriores sugieren que la zeolita AgL de la presente invención tiene sólo pequeños cambios de temperatura cuando un gas que contiene hidrógeno pasa a su través, y, por lo tanto, no hay riesgo de que la zeolita AgL se sobrecaliente, dando lugar a una seguridad reducida.
<Prueba de adsorción>
A continuación, se llevó a cabo una prueba de adsorción de yoduro de metilo o yodo para verificar el rendimiento del material de filtración (zeolita AgL) para ventilación filtrada de la presente invención.
(Ejemplos 6-9)
Se realizó una prueba de adsorción de yoduro de metilo para los materiales de zeolita AgL (Ejemplos 6-9) que tienen diferentes contenidos de plata que se encuentran dentro del rango especificado en la presente invención. El yoduro de metilo es un sustituto del yodo radiactivo que se genera cuando se produce un accidente grave en una instalación de reactor nuclear. La capacidad de la zeolita AgL para adsorber yodo radiactivo puede predecirse sobre la base de la prueba de adsorción de yoduro de metilo. Se llenó un contenedor metálico permeable al aire (equivalente al contenedor 7 mostrado en la figura 1) con pellets de zeolita AgL, cada uno de los cuales tenía un diámetro de aproximadamente 1 mm y una longitud de aproximadamente 1-4 mm. A continuación, se pasó por el contenedor metálico un gas (composición: 100% en volumen de vapor de agua) que contenía yoduro de metilo y tenía una temperatura de hasta 105°C o 115°C. La velocidad a la que la zeolita AgL adsorbe yoduro de metilo se calculó a partir de las concentraciones de yoduro de metilo contenidas en el gas, medidas antes y después de que el gas pasara por el contenedor metálico. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 105°C utilizado en estos ejemplos y el punto de rocío es de 5 K (Kelvin, lo mismo cabe decir en la descripción que sigue), y la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 115°C utilizado en estos ejemplos y el punto de rocío es de 15 K. Los resultados de la prueba de adsorción de yoduro de metilo se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1
Figure imgf000011_0001
Los materiales de zeolita AgL de los Ejemplos 6-9, donde el gas de alta temperatura tenía una temperatura de 105°C y 115°C, tenían una tasa de adsorción de yoduro de metilo se hasta 99% o más, aunque el tiempo de contacto era tan solo de aproximadamente 0,2 segundos o 0,2 segundos o menos. Esta tasa de adsorción es comparable a la de la zeolita AgX, que se sabe que tiene una alta adsortividad de yodo radiactivo. También se halló que la adsortividad de yoduro de metilo de la zeolita AgL no depende significativamente del contenido de plata, y es suficiente que el contenido de plata caiga dentro del rango de la presente invención.
A continuación, con el fin de respaldar la viabilidad y objetividad del material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención, se llevó a cabo una prueba de adsorción de yoduro de metilo o yodo por parte de un tercero, en la que se pasó vapor de agua que contenía yodo radiactivo a través de la zeolita AgL. Los resultados de la prueba se muestran en los Ejemplos 10-15.
(Ejemplo 10)
En el Ejemplo 10 mostrado en la Tabla 2, se cargó zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 11,02% en peso y un contenido de potasio de 5,83% en peso en contenedores de metal de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 2-6 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 104°C o 109°C que contenía yoduro de metilo (CH3131I) como yodo radiactivo (composición: 95% en volumen de vapor de agua 5% en volumen de aire seco, presión: 98 kPa, lo mismo que en los Ejemplos 11-13 siguientes) a través de cada contenedor de muestra para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 104°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 5 K, y la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 109°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 10 K.
Tabla 2
Figure imgf000011_0002
El ejemplo 10 demostró que la tasa de adsorción de yoduro de metilo aumenta con un incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. Para los contenedores metálicos que tenían el mismo espesor de carga, la tasa de adsorción fue mayor en el caso del gas de alta temperatura que tiene la temperatura más alta.
(Ejemplo 11)
En el Ejemplo 11 mostrado en la Tabla 3, la zeolita AgL con un contenido de plata de 10,28% en peso y un contenido de potasio de 6,42% en peso se cargó en contenedores metálicos de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 2-6 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 99°C que contenía yoduro de metilo (CH3131I) a través de cada contenedor de muestra para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 99°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 0 K.
Tabla 3
Figure imgf000012_0001
Al igual que en el Ejemplo 10, el Ejemplo 11 demostró que la tasa de adsorción de yoduro de metilo aumenta con un incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. También se halló que incluso cuando el gas de alta temperatura tiene una temperatura de 100°C o menos, se logra una adsortividad de yoduro de metilo prácticamente útil, y cuando el espesor es de 3 pulgadas o más, se logra una adsortividad de yoduro de metilo de hasta el 99% o más.
(Ejemplo 12)
En el Ejemplo 12 mostrado en la Tabla 4, la zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 10,03% en peso y un contenido de potasio de 5,97% en peso se cargó en contenedores de metal de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 2-6 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 99°C o 101°C que contenía yoduro de metilo (CH3131I) a través de cada contenedor de muestra para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 99°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 0 K, y la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 101°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 2 K.
Tabla 4
Figure imgf000012_0002
________
Al igual que con los Ejemplos 10 y 11, el Ejemplo 12 demostró que la tasa de adsorción de yoduro de metilo aumenta con un incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. También se halló que incluso cuando el gas de alta temperatura tiene una temperatura de 100°C o menos, se logra una adsortividad de yoduro de metilo prácticamente útil, y cuando el espesor es de 3 pulgadas o más o cuando la temperatura es ligeramente superior a 100°C, se logra una adsortividad de yoduro de metilo de hasta el 99% o más.
(Ejemplo 13)
En el Ejemplo 13 mostrado en la Tabla 5, zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 9,00% en peso y un contenido de potasio de 6,58% en peso se cargó en contenedores de metal de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 2-6 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 101°C que contenía yoduro de metilo (CH3131I) a través de cada contenedor de muestra para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 101°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 2 K.
Tabla 5
Figure imgf000013_0001
Al igual que en los Ejemplos 10-12, el Ejemplo 13 demostró que la tasa de adsorción de yoduro de metilo aumenta con un incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. También se descubrió que incluso cuando el contenido de plata es del 9,00%, que es relativamente pequeño, se consigue una adsortividad de yoduro de metilo prácticamente útil, y cuando el grosor es de 3 pulgadas o más, se consigue una adsortividad de yoduro de metilo de hasta el 99% o más.
(Ejemplo 14)
En el Ejemplo 14 mostrado en la Tabla 6, zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 11% en peso y un contenido de potasio de 6% en peso se cargó en contenedores de metal de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 2-4 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 110°C, 120°C o 130°C que contenía yoduro de metilo (CH3131i) a través de cada contenedor de muestra a una velocidad lineal de 24,4 m/min, a una presión de 399 kPa y una humedad relativa del 95%, es decir, bajo una condición húmeda (correspondiente al caso en que la diferencia de temperatura con respecto al punto de rocío es de 2-3 K, lo mismo que en el Ejemplo 15 siguiente) para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. Tabla 6
Figure imgf000013_0002
El ejemplo 14 demostró que la tasa de adsorción de yoduro de metilo aumenta con el incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. También se descubrió que se consigue una adsortividad de yoduro de metilo de hasta el 99% o más incluso en condiciones severas en las que la presión y la temperatura son considerablemente altas.
(Ejemplo 15)
En el Ejemplo 15 mostrado en la Tabla 7, zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 11% en peso y un contenido de potasio de 6% en peso se cargó en contenedores de metal de tal manera que las cargas de la zeolita AgL tenían diferentes espesores (espesores de carga) dentro del rango de 1-4 pulgadas. Se pasó un gas de alta temperatura de 110°C o 130°C que contenía yodo (131I2) como yodo radiactivo a través de cada contenedor de muestra a una velocidad lineal de 24,4 m/min, a una humedad relativa de 95%, es decir, en condiciones de humedad para calcular la tasa de adsorción de yoduro de metilo. La prueba del Ejemplo 15 se realizó para verificar la adsortividad de yodo de la zeolita AgL.
Tabla 7
Figure imgf000014_0001
El ejemplo 15 demostró que la tasa de adsorción de yodo aumenta con un incremento del espesor de la carga del contenedor metálico. Así, se halló que el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención tiene una alta adsortividad con respecto no sólo al yoduro de metilo, sino también al yodo elemental. También se demostró que la adsortividad de yodo es del 99% o más incluso en condiciones severas en las que la presión y la temperatura son considerablemente altas, es decir, es considerablemente excelente.
(Ejemplo 16)
En el Ejemplo 16 mostrado en la Tabla 8, zeolita AgL que tenía un contenido de plata de 11% en peso y un contenido de potasio de 6% en peso se cargó en un contenedor de metal de tal manera que la carga de la zeolita AgL tenía un espesor (espesor de carga) de 2 pulgadas. Para reproducir las condiciones durante el inicio de la ventilación filtrada, se utilizó un gas de alta temperatura de 120°C que contenía yoduro de metilo (CH3 I) (composición: 53% en volumen de vapor de agua 24% en volumen de aire seco 10% en volumen de hidrógeno 13% en volumen de nitrógeno) se pasó por el contenedor de la muestra ajustado a 26°C de manera que el tiempo de retención fuera de 0,15 segundos, para calcular los cambios de temperatura y la tasa de adsorción de yoduro de metilo. La prueba del ejemplo 16 se realizó para verificar la adsortividad de yoduro de metilo de la zeolita AgL en una atmósfera con una alta concentración de hidrógeno. Por cierto, la diferencia entre la temperatura del gas de alta temperatura de 120°C utilizado en este ejemplo y el punto de rocío es de 37 K.
Tabla 8
Figure imgf000014_0002
En el Ejemplo 16, la tasa de adsorción de yoduro de metilo alcanzó el 99,9% durante un período temprano del paso del gas a alta temperatura. Después, la tasa de adsorción de hasta el 99,9% o más se mantuvo. La temperatura de la zeolita AgL se mantuvo a una temperatura cercana a la del gas de alta temperatura y no se sobrecalentó. A partir de este fenómeno, se infiere que la reactividad de la zeolita AgL con el hidrógeno es baja, y la zeolita AgL puede tener una alta adsortividad de yoduro de metilo incluso en una atmósfera que tenga una alta concentración de hidrógeno.
Los resultados mencionados de los ensayos de medición de cambios de temperatura y de los ensayos de adsorción demuestran que la zeolita AgL de la presente invención sirve como un excelente material de filtración para ventilación filtrada que tiene tanto seguridad como adsortividad de yodo radiactivo en presencia de hidrógeno. Por lo tanto, un material de filtración para ventilación filtrada que contiene la zeolita AgL de la presente invención puede utilizarse solo para eliminar el yodo radiactivo hasta un nivel seguro. Cuando un material de filtración para ventilación filtrada que contiene la zeolita AgL de la presente invención se proporciona junto con un material de filtración que contiene plata y que contiene zeolita AgX en un dispositivo de ventilación filtrada, el material de filtración que contiene plata (zeolita AgX) situado hacia arriba adsorbe la mayor parte del hidrógeno y el yodo radiactivo antes de que el material de filtración para ventilación filtrada (zeolita AgL de la presente invención) situado hacia abajo adsorba de forma fiable las trazas de yodo radiactivo que no han sido adsorbidas por el material de filtración situado hacia arriba. Por lo tanto, el material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención y el dispositivo de ventilación filtrada de la presente invención pueden inhibir un aumento de la concentración de hidrógeno en el dispositivo de ventilación filtrada, a la vez que evitan de forma fiable que el yodo radiactivo se libere a las zonas circundantes, dando lugar a una mejora de la seguridad.
Aplicabilidad industrial
El material de filtración para ventilación filtrada de la presente invención y el dispositivo de ventilación filtrada de la presente invención se utilizan típicamente en instalaciones de energía nuclear, tales como plantas de energía nuclear o similares, y también pueden utilizarse para garantizar la seguridad de instalaciones (casas, tiendas, escuelas, etc.) situadas alrededor de las instalaciones de energía nuclear, y también son aplicables a barcos, instalaciones de investigación, fábricas y similares que están equipados con un reactor nuclear.
Lista de signos de referencia
1: Material de filtración para la ventilación filtrada (zeolita AgL)
2: Unidad de ventilación filtrada
3: Edificio del reactor nuclear
4: Edificio de contención del reactor nuclear
5: Vasija de presión del reactor nuclear
6: Tubería
7: Contenedor
8: Material de filtración que contiene plata (zeolita AgX)
50: Dispositivo de ventilación filtrada
100: Reactor de agua en ebullición

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un material de filtración (1) para ventilación filtrada que comprende zeolita granulada L para adsorber yodo radiactivo en presencia de hidrógeno, caracterizado porque
al menos una parte de los sitios de intercambio iónico de la zeolita L están sustituidos por plata, y de los sitios de intercambio iónico, una relación de constitución (a/b) de sitios de intercambio iónico (a) sustituidos por plata a sitios de intercambio iónico (b) no sustituidos por plata es 25/75-55/45; y
el material de filtración (1) tiene una pérdida por desgaste del 10% o menos, medida según el método de ensayo estándar ASTM D-4058.
2. El material de filtración (1) para ventilación filtrada de la reivindicación 1, caracterizado porque
la zeolita L tiene un contenido de plata de 7-12% en peso en base al peso en seco.
3. Uso del material de filtración (1) para ventilación filtrada de la reivindicación 1 o 2 para llevar a cabo la ventilación filtrada a una temperatura de 99°C o más.
4. Un dispositivo de ventilación filtrada (50) para el tratamiento continuo de yodo radiactivo, caracterizado porque un material de filtración conteniendo plata (8) que contiene zeolita X, estando sustancialmente todos los sitios de intercambio iónico de la zeolita X sustituidos por plata, se proporciona hacia arriba del material de filtración (1) para ventilación filtrada de la reivindicación 1 o 2.
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