JPS6079295A - 排ガス再結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は主として、沸騰水型原子力発電所の放射性気体
廃棄物処理設備に係わυ、原子炉水の放射線分解によっ
て生じる水素および酸素ガスの除去に用いられている排
ガス再結合装置に関するものでおる。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子力発電所の放射性気体廃棄物処理系の７０
−シートは、第１図の通りとなっている。

原子炉水の放射線分解によって生じた水素ガス酸素ガス
は、主復水器１の漏洩空気とともに、空気抽出器２によ
シ、主復水器よシ抽気され、空気抽出器の駆動蒸気によ
り、爆鳴気限界以下に希釈された後、排ガス予熱器３で
所内蒸気によシ、処理ガスの飽和温度以上になるように
温度調節される。排ガス予熱器を出た処理ガスは、排ガ
ス再結合器４内の触媒によシ、酸素ガス、水素ガスは水
蒸気となる。

水蒸気は排ガス復水器５によシ、駆動蒸気とともに凝縮
され除去される。水素・酸素・水蒸気を除去された放射
性排ガスは、半減期の長いＫｒ１ｘｅを希カスホールド
アツプ装置６によシ減衰させた後、排気筒７よシ大気に
放出される。

排ガス再結合器に充填されている触媒は水分が流入する
と、再結合反応が非常に急くなるという性質があるため
、従来予熱器により、処理ガスの飽和温度よシ約３０Ｃ
高くなる様に１３０Ｃ〜１４５Ｃ程度に温度調節されて
いる。

処理ガス中の水素ガス、酸素ガス、空気、蒸気の量は、
プラントの起動時、定格時、停止時で各各人きく異なっ
ている。

定格時は、水素ガスが３〜４チ、空気が４ＯＮｍｓ／ｈ
以下であるのに対し、起動時は、プラントの炉出力の液
化に応じて水素ガスが０チか定格値まで変化する。父、
起動時の水素ガス濃度が低い条件下では、主復水器の真
空度が低いため、多量の空気が空気抽出器２により抽気
される。

停止時は、主復水器１からの漏洩空気は定格時と同じで
あるが、水素ガス量は原子炉の出力に応じて減少する。

酸素ガスおよび水素カスは、原子炉水の分解によって発
生するので、酸素と水素の量は常に１：２で、当量のガ
スが、再結合装置４に流入する。

酸水素再結合器では、酸素と水素が発熱反応をするので
、水素ガス濃度１％節ｐで約６８Ｃの温度上昇が生じる
。

従って、定格時は、水素濃度が高いため、再結合器の温
度は高くなる。一方、起動停止時は、水素濃度は低いた
め、再結合器の温度は低くなる。

従来、再結合器入口＠厩は排ガス予熱器により１３０Ｃ
〜１４５Ｃになっているが、この状態では、入口水素濃
度が高い定格時、即ち再結合器触媒層が高温のときには
再結合器出口水素濃度が充分低くなるのに対し、入口水
素９度が低い起動時、即ち再結合器触媒層が低温状態の
ときには触媒活性が悪く、再結合器出口水素濃度が余り
低くならず、出口水素濃度を低くするためには、触媒層
の高さを太きくしなければならないという欠点があつた
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の欠点を解消し、触媒
量を少なくして、再ん合冊を小型化するとともに、水素
除去性能全向上させうる酸素水素再結合装置を得ること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、再結合器入口温度を高くすることにより、低
水素濃度、即ち再結合器内触媒発熱温度が低い条件でも
触媒の活性度を高めるようにして水素除去性能を高める
ものであシ、その構成上の特徴は、水素ガス、酸素ガス
を含むガスを導入し、前記水素ガスおよび酸素ガスを反
応容器内で、再結合させるための水素酸素再鞘合装置に
おいて、金属担体上に触媒活性を有するパラジウムや白
金等の白金族金属を担持した金属触媒を用いた再結合器
と、予熱器と、復水器とを備え、かつ前記処理ガスを予
熱器により、１５０℃〜１７０Ｃに予熱させることにあ
る。

〔発明の笑施例〕

以下に、本発明の一実施例を図面により説明する。

第２図は、金属担体にパラジウム・白金等の白金族金属
を担持した金属触媒のアレニウスプロットを出す。

アレニウスのプロットは、一定濃度において、温度を変
化させると得られ、触媒活性の大小を表わすことかでき
る。

横軸に絶対温度の逆数、秩軸に反応速度定数ｋ　−の対
数をとったものである。反応速度定数には触媒の活性度
を示す定数で、これが大きい程触媒活性が曵いことを意
味する。

この図から分るように、温度が低い程性能が悪く、温度
が高い程性能が良くなる傾向にある。又、この傾向は、
ある温度を境に折点が生じ、低温側ではその傾向が著し
く、高温側では緩やかとなる。

一方＼処理ガス中の水素ガス製置は定格時には高く、起
動停止時には低くなる。従って、再結合器内温度は定格
時高く、起動停止時低くなる。

再結合器触媒の性能は排ガス復水器出口、即ち、処理ガ
ス中の水蒸気と、水素・酸素が再結合して水蒸気となっ
たやのが、凝縮除去された後の非凝縮性ガス中の水素製
置が一定濃度以下となることが要求される。再結合器の
性能評価は、再結合器入口水素濃度と再結合器出口水素
濃度との比で表わすことができる。これを以下水素転換
比と呼ぶ。

定格時には再結合器入口水素濃度が高く、起動停止時に
は再結合器入口水素濃度が低いため、再結合器として要
求される水素転換比は、定格時に大きく、起動停止時に
は小さくなる。

しかし、第２図から分るように、触媒は起動停止時の低
温状態の活性が、高温状態に比べて非常に悪いため、起
動停止時の条件によって必要触媒量が決定される。従っ
て、出来るだけ予熱器で、加熱した方が触媒活性が良く
、必要触媒量は少なくて済む。また、触媒の温度特性か
ら、ある温度ｂｐチアレニウスプロットの折点までは、
温度依存性が太きいが、それ以上では、温度依存性は小
さくなる。

再結合器入口＠夏を普くするためにはその度合が大きい
ほど予熱器を大きくしなければならず、このため加熱用
の蒸気量が増加し、場合によっては加熱蒸気の圧力を筒
くしなければならない。さらに、再結合器の最高温度が
高くなるため、触媒の高温による劣化、容器の設計温度
が尚くなシ、容器の使用材料が限定されたり、材料の設
泪温度に対する余裕が少なくなるという問題が２Ｐ）る
ため、杓結合冊入口温度を余シ高くすることはできない
。

従って、本発明では、低温時の触媒性能が最も良くなる
、第２図における折点付近とすることで比較的小さな予
熱器で、触媒性能の大きな向上が図られるようにしたも
のである。

第２図における折点は約１６０Ｃ付近にある。

従って、再結合器入口温度、即ち、予熱器出口温匹を１
５０“Ｃ〜１７０Ｃとしたものである。

予熱器出口の処理ガスの温度を１７５Ｃ以上とすると、
発電所内の所内蒸気は一般に９　Ｋｙ　／　ａｎ　２Ｇ
であるが、この圧力の蒸気の飽和温度は１７９Ｃである
ので、この温度では加熱できず所内蒸気圧力を旨くシな
ければならない。また、再結合器温度が定格時４００Ｃ
を越えるため、容器の設計温度を高くする必要があるが
、４２５ｔｒ以上では５ＵＳ３０４Ｌ、５ＵＳ３１６Ｌ
、５Ｂ４９等の材料の使用ができない貯使用できる材料
は非常に少なくなるという欠点がある。

起動停止の条件において、触媒）シフの高さを一定とし
て温度を変えて実験をイ″１′なった結果、１４４Ｃで
の水素転換比を１．０とすると１５４Ｃて４．９．１６
４Ｃで７．４が得られ、１５０Ｃ以」二にすれば水素転
換比が大きくなシ触媒ガ１を約１／３以下にすることが
できることがわかった。

本発明によれは、低水素濃度条件での触媒活性度を高め
、触媒量を少なくすることができる。

本発明の他の実施例を以下説明する。

再結合器入口温度を１５０〜１７０Ｃとした場合、定格
時水素濃度が３．５〜３．８％と高いと再結合器温度が
４１０′ｃ〜４３０Ｃとなる。４２５Ｃを越える高温で
使用できる材料は先に述べた様に非常に少なくなる。一
方触媒活性は高温では第２はない。従って、起動時は入
口温度を旨くシ、触媒活性を高くする一方、定格時は入
口温度を低くすれば、再結合器の設計温度を低くでき４
２５０以下の材料が使用できる。

本発明によれば、低温時の触媒活性を高めるとともに、
高温時には容器の温度を低くすることができる。

本発明のさらに他の実施例を第３図によｐ以下説明する
。

再結合器４の入口及び出口に温既計９．１２’ｉ設け、
この温度によシ、排ガス予熱器３の加熱蒸気の流量を調
節する温度調節弁１１を調整する。

温度調節計１０の温度設置値は再結合器出口温度１２に
設定する（例えば４２０Ｃ）とともに、最低温度（例え
ば１３０Ｃ）を＋′＋結合器入口温度９に設定し、両方
全満足するような制御回路とする。

再結合器入口温度は定格状態の最低温度を確保するため
に、従来と同様に１３０〜１４５ｃに設度を押えるため
に、上記再結合器入口温度に水素反応による温度上昇を
考慮した温度とする。

上記の様に温度調節系を構成し、温度設定すると、定格
運転状態では、再結合器出口温度１２が設定値通シにな
るように温度調節弁１１が開き、加熱用蒸気が供給され
、再結合器出口温度がコントロールされる。水素濃度が
高くなると、反応温度が上昇するので、再結合器入口温
度が下がってくる。再結合器入口温度が下がってくると
、再結合器入口温度が設定値以上となるように温度調節
弁１１が囲き、自動的に調整される。

従って、定格時は、再結合器出口温度、入口温度とも設
定値か、それ以上となるように制御される。

起動停止時は再結合器入口水素濃度が低いため再結合器
内での水素酸素反応による発熱が少ないそのため、再結
合器の出入口の処理ガス温度の差が小さい。再結合器出
口温度１２が設定値通りになるように温度調節計が働く
、再結合器出口温度は定格時の温度に設定されているが
、再結合器出口温度は設定値よシも低いため、温度調節
弁１１は全開となる。

従って、起動時再紹合冊入口温朋は予熱器３の能力の最
大限まで上昇する。予熱器の加熱源として、圧力９１ｊ
ｙ　／ｃｍ　２ｇ程度の飽和蒸気を使用することが多い
が、この場合、飽和蒸気ｉｉ’！　Ｕは杓１７９Ｃであ
るため、この温度以上にはならない。

温度調節計１０は、再７−合冊入口温度及び山口温度が
設定値になるように開側１回路が構成されているが、起
動時再結合冊入口水系濃度が低い時には水素酸素反応に
よる温度上昇が少ないため、再結合器出口温度は設定値
に達しないことが必る。

しかし、温度調節弁１１が全開となるだけであり、加熱
蒸気は処理ガスが、予熱器で熱交換して消費した分だけ
供給されるだけである。１だ、処理ガス温度も加熱蒸気
温度以上には上昇しない。

従って再結合器出口温度が設定値に達しなくても問題は
ない。

再結合器の入口水素濃度が高くなるにつれて、再結合器
出口温度は徐々に高くなシ、設定値に達する。

第４図は、再結合器入口水素濃度の変化及びそれと時間
軸を合わせて、従来の再結合器の入口／出口温度及び本
発明の温度について示す図である。

（ａ）図は再結合器人日水素一度の変化を示す図で、几
１、予焼の出力上昇とともにＡからＢに上昇し、定格時
は一定である。炉停止時は、起動時と逆にＣからＤと減
少する。

従来装置の再結合器人口／出口温度の変化を（ｂ）図に
示す。従尿の装置では、入口温度がＡ’ＥＦＤ’と一足
であったので、Ｐｊ粘甘せ出口温度は水素の反応による
温度上昇が加算されてＡ′Ｂ′Ｃ′Ｄ′となる。

本発明装置の、ＰＪ顔合合冊ロ／出ロ温度の変化を（Ｃ
）図に示す。本発明では、再結合器出口温度が、■にな
るように予熱器の温度調節計が働くので、出口直置が■
に達するまでは、入口温度は予熱器の能力最大限の献度
■となる。出口譚４度が温度■即ちＢ“に達すると、再
結合器出口温度が一定となるように予熱器の加熱蒸気の
供給が減少する。

角結合冊入口水素濃度が定格に達すると、内払合冊入口
温度はＥとなる。従って、ぞ］結合器入口温度はＡ／／
Ｅ’　ＥＦＦ’　Ｄ“となり、再結合器入口水素濃度の
低い起動停止時、入口温度は最高となる。又、再結合器
出口温度はＡ／／　Ｂ／／　１．１　／　Ｃ／　Ｃ／７
１）／／となシ、出来るたけ長い間高温となる、以上述
べた実施例を総括すると、再結合器の出口温度を４２０
Ｃ以下のできるだけ高温に保ち、入口温度は１３０Ｃ以
上となるように構成することにあシ、そのように構成す
ることによシ、起動時にはできるたけ高温にできるから
触媒だｉ性金高めることができ、触媒二帛″を従来の約
１／３にできる。さらに定格時には触媒があまシ高貌に
ならず（４２０Ｃ以下）、シたがって触媒の寿命を延ば
せるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再結合器入口水素濃度に関係々く自動
的に起動・停止時に（’Ｊ結合合冊口Ｐ、度を高くする
ことができ、したがって触媒活性を高めることができる
ので触１！’４．＊に少なくすることができる。さらに
、本発明では定格時には再結合器出口温度をおさえて再
結合器の温度上昇を防ぐようにしているから触媒寿命も
長くできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放射性気体廃棄物処理装置を示す系統図
、第２図は触媒性能を示すアレニウスプロットを　えた
線図、第３図は本発明の排ガス再結合器の実施例を備え
た放射性気体廃棄物処理装置を示す系統図、第４図は沸
騰水型原子力発電所の気体廃棄物処理系の再結合器入口
水素濃度及び再結合器人口／出口温度の従来例及び本発
明の実施例を示す線図である。 １・・・主復水器、２・・・空気抽出器、３・・・排ガ
ス予熱器、４・・・再結１器、５・・・排ガス復水器、
６・・・希ガスホールドアツプ装置、７・・・主排気筒
、８・・・原子炉、８・・・温度計、１０・・・温に調
節計、１１・・・滉度調節弁、１２・・・温度計。 箋１図 第２０ 箋３図 ［゛ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素ガス、酸素ガスを含むガスを導入し、前記水素
   ガスおよび酸素ガスを反応容器内で、再結合させるため
   の水素酸素再結合装置において、金属担体上に触媒活性
   を有するパラジウムや白金等の白金族金属を担持した金
   属触媒音用いた再結合器と、予熱器と、復水器とを備え
   、かつ前記処理ガスを予熱器により、１５００〜１７０
   Ｃに予熱させることを特徴とした排ガス再結合装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、予熱器による予熱
   温夏の設定値を起動時には１５０Ｃ〜１７０Ｃとし、定
   格時には１３０Ｃ〜１４５Ｃとすることｒ特徴とする排
   ガス再結合装置。 ３、％許請求の範囲第１項において、予熱器は蒸気を用
   い、再結合器入口及び出口には温度検出計を設けて、予
   熱器による処理ガスの予熱制御温度の設定値の上限を再
   結合器出口温度、下限を再結合器入口温度で設定するこ
   とを特徴とする排ガス再結合装置。