JP2680489B2 - 放射性気体廃棄物処理施設の再結合器用触媒 - Google Patents

放射性気体廃棄物処理施設の再結合器用触媒

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JP2680489B2 JP3197786A JP19778691A JP2680489B2 JP 2680489 B2 JP2680489 B2 JP 2680489B2 JP 3197786 A JP3197786 A JP 3197786A JP 19778691 A JP19778691 A JP 19778691A JP 2680489 B2 JP2680489 B2 JP 2680489B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば沸騰水型原子力発
電所で炉水の放射線分解により発生する放射性気体廃棄
物に含まれる水蒸気中の水素と酸素を再結合させるため
の放射性気体廃棄物処理施設の再結合器用触媒に関す
る。
【0002】
【従来の技術】沸騰水型原子力発電所の放射性気体廃棄
物処理施設のフローは図2に示したとおりとなってい
る。原子炉1内の炉水放射線分解によって水素と酸素
を発生する。この水素と酸素は他の放射性気体廃棄物と
一緒に主復水器2の漏洩空気と共に空気抽出器3により
主復水器2から抽気され、空気抽出器3の駆動蒸気によ
り爆鳴気限界以下に希釈される。その後、予熱器4で温
度調節され再結合器5内の触媒により水素と酸素は水蒸
気となる。水蒸気は復水器6により駆動蒸気と共に凝縮
され除去される。水素、酸素および水蒸気を除去した放
射性気体は活性炭吸着塔7により減衰された後、排気筒
8により大気放出される。なお、図2中、符号9と10は
バルブを示している。 つぎに、上記放射性気体廃棄物処
理施設の再結合器5について簡単に説明する。この再結
合器5は水の放射線分解などで生じた水素を酸素と化合
させて水に変える装置で、再結合器5内に充填される触
媒はアルミナの中でも比表面積の大きいγ族アルミナ担
体にパラジウムを 0.5wt%担持したものである。
【0003】また、再結合器5に充填される触媒にはハ
ニカム状触媒や金属触媒も使用される。ハニカム状触媒
は触媒成分となるパラジウムを担持するために、コージ
ライト等のハニカム状セラミックス製を使用し、そのセ
ラミックスにアルミナの中でも比較的活性で、比表面積
の大きなγ族アルミナを用い、パラジウムを 0.5wt%担
持したものである。
【0004】金属触媒は触媒成分のパラジウムを担持す
る構造になっているが、担体である金属に直接パラジウ
ムを担持することが難しい。そのため、比較的活性で比
表面積の大きなγ族アルミナをコーティングし、そのア
ルミナにパラジウムを 0.5wt%担持したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般的に再結合器用触
媒のパラジウム担体として使用されるγ族アルミナ
(ρ,χ,γ,η,δ,κ,θ)は比較的不安定な結晶
性をしており、担体自身を加熱すると結晶構造の安定な
α−アルミナに相転移する。ただし、γ族アルミナがα
−アルミナに転移する温度は千数百度(短時間の場合)
であり、再結合器5の仕様(運転温度 300〜 400℃)を
考えた場合には相転移する可能性はない。しかし、本発
明者らは図3に示すように、再結合器の運転期間によ
りγ族アルミナがα−アルミナに相転移する確率は高く
なり、かつ触媒自身の強度も低下していることを見出し
た。これは触媒以外の不純物が混入した場合にはγ族ア
ルミナがα−アルミナに転移する温度は低くなる。ま
た、再結合器の仕様を考えると触媒に加わる負荷として
水蒸気があり、運転時間により相転移する可能性もあ
る。さらにアルミナ担体の相転移に伴う担体の強度低下
について考えると、γ−アルミナの立方最密充填構造か
ら六方最密充填構造への相のα転移を伴う焼結現象があ
る。そこで、細孔容積、比表面積が減少していることを
考えれば、アルミナ微粒子の焼結、増大によりアルミナ
担体は粗雑な構造となり、微粒子接触点の数あるいは接
点結合力の低下によって担体の機械的強度が減少する。
このアルミナ強度の低下は最終的に粉体化へと進行する
ため、触媒性能の低下はもとより、粉体化したアルミナ
による下流側での閉鎖、脱落したパラジウムによる配管
・機器の損傷を伴う可能性があり、プラント停止にも関
わる問題となる。これらのことから、触媒担体にγ族ア
ルミナを使用することは長時間の使用に耐えられない課
題がある。
【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、アルミナ自身の相変化を起こすことなく、か
つ強度劣化による触媒の性能劣化がなく、しかも長期間
安定した性能を維持することができる放射性気体廃棄物
処理施設の再結合器用触媒を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明は原子力発電
所で炉水の放射線分解により発生する放射性気体廃棄物
に含まれる水蒸気中の水素と酸素を再結合させる放射性
気体廃棄物処理施設の再結合器用触媒において、α−ア
ルミナからなる粒状担体と、この粒状担体に担持された
パラジウムとを有することを特徴とする
【0008】第2の発明は原子力発電所で炉水の放射線
分解により発生する放射性気体廃棄物に含まれる水蒸気
中の水素と酸素を再結合させる再結合器用触媒におい
て、コ ージライト等のセラミックス面にα−アルミナを
備えたハニカム状担体と、このハニカム状担体に担持さ
れたパラジウムとを有することを特徴とする
【0009】第3の発明は原子力発電所で炉水の放射線
分解により発生する放射性気体廃棄物に含まれる水蒸気
中の水素と酸素を再結合させる再結合器用触媒におい
て、α−アルミナを備えた金属担体と、この金属担体に
担持されたパラジウムとを有することを特徴とする
【0010】
【作用】本発明においては再結合器用触媒の担持にアル
ミナ中、最も安定したα−アルミナを使用する。α−ア
ルミナを使用する場合、γ−アルミナとの最大の相違点
である比表面積の違い(γ: 150m2 /g,α:10〜20
2 /g)がある。しかし、γ−アルミナを担体として
用いる場合でも再結合器用触媒に使用されるパラジウム
の担持量 0.5wt%を担持できる能力は十分に存在する。
α−アルミナを使用することによって担体自身の相変化
を起こすことはない。また、強度劣化による触媒の性能
劣化がないため、長時間安定した性能を維持できる。さ
らに水素,酸素結合能力は十分にあるため、金属触媒を
用いた場合の交換コストと、本発明での結合能力に対す
る触媒量の増量コストを考え合わせても、プラント寿命
で考えた場合には有利となる。
【0011】
【実施例】図1を参照しながら本発明に係る放射性気体
廃棄物処理施設の再結合器用触媒の実施例を説明する。
原子力発電所の放射性気体廃棄物処理施設の再結合器に
ついては従来例で説明したので省略し、その触媒につい
てのみ説明する。この触媒の種類としては粒状触媒,ハ
ニカム触媒,金属触媒がある。まず、それぞれの触媒の
製法を述べる。
【0012】粒状触媒については担体となるアルミナ原
料(ベーマタイト等の水和物)を押出し成形したのち、
使用するアルミナ形態(γからα等)に焼成し、触媒と
なるパラジウム溶液にどぶ漬けしたのち乾燥する。ハニ
カム状触媒についてはコージェライト(Mg,Al,S
i等の混合物)等を押出し成形したのち焼成し、ハニカ
ム構造に形成したものの表面にγ−アルミナ等をコーテ
ィングし、加熱してα−アルミナに相転移させ、次いで
パラジウム溶液にどぶ漬けし、乾燥したものである。金
属触媒についてはニッケルとクロムのスポンジ状(多孔
体)の合金を使用目的に合わせて成形し、γ−アルミナ
等を表面にコーティングしたのち、加熱してα−アルミ
ナに相転移させ、次いでパラジウム溶液にどぶ漬け、乾
燥したものである。これらの触媒について、図1に示し
た装置を使用して蒸気流量、H2,O2 ,N2 濃度を調
整して所定の温度に保温したのち、触媒を収容する反応
管前後のH2 およびO2 濃度をガスクロマトクラフィー
で測定することにより触媒の性能を確認した。
【0013】すなわち、図1中符号11は触媒を収容する
反応管で、この反応管11の上流側には予熱ヒータ12、流
量調整されたガス供給系13、蒸気供給ライン14およびボ
イラ15が順次接続されている。又、反応管11の下流側に
は冷却器16が接続されている。なお、上記機器や装置間
には止め弁が設けられている。
【0014】
【表1】
【0015】表1は上記図1の装置によって触媒に使用
されるパラジウムの担持性能を表したものである。表1
から明らかなように水素および酸素の再結合能力にかな
りの差はあるものの、水素・酸素再結合能力はある。
【0016】表1の値はアルミナ形態であるγとαを使
用した場合の相対値であり、粒状触媒,ハニカム状触媒
および金属触媒については容器内での流体との接触面積
がかなり異なるため、同一の容積であれば性能を表2の
ようになり、形状等からの性能差は生じる。
【0017】
【表2】
【0018】次に、上記各触媒について作用効果上の差
異を説明する。粒状触媒は〜8mm程度のものを反応部の
容器の充填して使用するものであり、ハニカム状触媒お
よび金属触媒に比較して反応部の形状に対する制約が少
なく使用状況に合わせた設計が可能となる。
【0019】ハニカム触媒は見掛けの表面積が一番大き
く性能も一番高い。反応部が同一容器の場合、流入気体
との接触面積が他に比較して大きく取れる。したがっ
て、処理能力が高く取れ、かつ処理流体に対する流動抵
抗も低く抑えることができる。金属触媒は多孔体である
スポンジ状のものを使用することにより、粒状触媒に対
して表面積が大きく取れる。したがって、反応部が同一
容器の場合、粒状触媒に比較して性能が優れるととも
、触媒担体が金属であるため、振動等に対する強度に
優れている。
【0020】以上説明したように各触媒は使用状況,目
的に応じて種々選択される。一般にアルミナ原料を非常
に高い温度(1300℃以上)で一気に焼成させたα−アル
ミナはルビー,サファイア等で代表されるように非常に
硬いものになる。しかしながら、γ−アルミナが原子力
発電所の再結合器の温度条件で絶えず水蒸気に曝されな
がら長い年月を経てα化していくとその強度は非常に弱
くなる。したがって、担体の強度劣化から粉化し、アル
ミナ強度劣化に伴う金属またはセラミックス等からの剥
離が生じ、再結合器を制御するパラジウムも同時に剥離
して触媒性能を低下させる。
【0021】これに対して本発明によれば、いずれの形
態であろうともγ−アルミナを使用しておれば原子力発
電所の再結合器で使用するかぎりアルミナ形態のα化は
進行し、これに平行してアルミナ部分の強度が低下す
という課題を解決することができる
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、原子力発電所で炉水の
放射線分解により発生する放射性気体廃棄物中に含まれ
る水蒸気中の水素と酸素を再結合させるための、放射性
気体廃棄物処理施設の再結合器用触媒に、パラジウム担
持用アルミナにα−アルミナを使用することによって担
体自身の相変化を起こすことがなく、かつ強度劣化に伴
う触媒の性能劣化がない。したがって、長期間安定した
性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る触媒の性能試験を行うための配管
系統図。
【図2】従来例および本発明を説明するための放射性気
体廃棄物処理施設を示す流れ線図。
【図3】図3における再結合器内の触媒の劣化傾向を示
す特性図。
【符号の説明】
1…原子炉、2…主復水器、3…空気抽出器、4…予熱
器、5…再結合器、6…復水器、7…活性炭吸着塔、8
…排気筒、9,10…バルブ、11…反応管、12…予熱ヒー
タ、13…ガス供給管、14…蒸気供給ライン、15…ボイ
ラ、16…冷却器。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子力発電所で炉水の放射線分解により
    発生する放射性気体廃棄物に含まれる水蒸気中の水素と
    酸素を再結合させる放射性気体廃棄物処理施設の再結合
    器用触媒において、α−アルミナからなる粒状担体と、
    この粒状担体に担持されたパラジウムとを有することを
    特徴とする放射性気体廃棄物処理施設の再結合器用触
    媒。
  2. 【請求項2】 原子力発電所で炉水の放射線分解により
    発生する放射性気体廃棄物に含まれる水蒸気中の水素と
    酸素を再結合させる再結合器用触媒において、コージラ
    イト等のセラミックス面にα−アルミナを備えたハニカ
    ム状担体と、このハニカム状担体に担持されたパラジウ
    ムとを有することを特徴とする放射性気体廃棄物処理施
    設の再結合器用触媒。
  3. 【請求項3】 原子力発電所で炉水の放射線分解により
    発生する放射性気体廃棄物に含まれる水蒸気中の水素と
    酸素を再結合させる再結合器用触媒において、α−アル
    ミナを備えた金属担体と、この金属担体に担持されたパ
    ラジウムとを有することを特徴とする放射性気体廃棄物
    処理施設の再結合器用触媒。
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