LT5934B - Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas, apdorojimo įranga ir priemaišas pašalinanti medžiaga - Google Patents

Abstract

Priemaišos, esančios išmetamose iš branduolinio reaktoriaus radioaktyviose dujose, pašalinamos, siekiant išvengti degintuve patalpinto rekombinacijos katalizatoriaus veikimo pablogėjimo. Atskleidžiamas radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas, kur vandenilis ir deguonis susijungia vienas su kitu esant katalizatoriui, kai vandenilio ir deguonies yra vandens garuose, esančiuose radioaktyvių dujų, išmetamų iš branduolinės jėgainės branduolinio reaktoriaus, sudėtyje. Būdas apima stadijas, kuriose radioaktyviose išmetamose dujose (1) esančios priemaišos kontaktuoja su su priemaišas šalinančia medžiaga (5), į kurios sudėtį įeina bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO2, mezaporėto kvarco ir aktyvintosios anglies, siekiant pašalinti priemaišas; ir, pašalinus priemaišas, radioaktyvios išmetamosios dujos kontaktuoja su katalizatoriumi (2) vandenilio ir deguonies rekombinacijai.

Description

Išradimo sritis

Šis išradimas yra susijęs su radioaktyvių dujinių atliekų, išmetamų iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje, apdorojimo būdu ir apdorojimo įranga. Šis išradimas taip pat susijęs su priemaišas pašalinančia medžiaga, skirta priemaišoms iš radioaktyvių dujinių atliekų pašalinti.

Išradimo technikos lygis

Branduolinėje jėgainėje dalis reaktoriaus vandens, branduoliniame reaktoriuje vykstant radiolizei, suskyla į vandenilį ir deguonį. Vandenilis ir deguonis kartu su vandens garais, kurie yra išgarintas reaktoriaus vanduo, yra išmetami iš branduolinio reaktoriaus kaip radioaktyvios dujinės atliekos. Vandens garai, kuriuose yra vandenilio ir deguonies, praeina pro rekombinacijos katalizatorių, kur vandenilis ir deguonis vėl susijungia vienas su kitu į H₂O. Rekombinacijos katalizatorius yra patalpintas degintuve pasroviui žemiau nuo branduolinio reaktoriaus. Efektyvesnei rekombinacijos reakcijai ant katalizatoriaus pusiaukelėje tarp branduolinio reaktoriaus ir degintuvo yra papildomai įleidžiama oro. Kaip rekombinacijos katalizatorius naudojamas aliuminio oksido su platina (Pt) arba paladžiu (Pd) katalizatorius.

Patentinės literatūros nuorodoje 1 [Japonijos neišnagrinėtos patentinės paraiškos publikacija Nr.2008-101207] aprašomas organinių silicio kompleksų sugavimas (sulaikymas) iš benzino frakcijos. Kai benzino frakcijoje kaip priemaišos yra organinio silicio junginiai, šiame metode kaip priemaišų šalinimo priemonė yra naudojama medžiaga, kurios sudėtyje yra aliuminio oksido ir šarminio metalo arba šarminio žemės metalo ant aliuminio oksido.

išradimo esmė

Šiuo išradimu sprendžiamos problemos

Aptikta, kad branduolinėje jėgainėje iš branduolinio reaktoriaus išmetamosios radioaktyvios dujos turi priemaišų, kurios priklauso nuo branduoliniame reaktoriuje ar pasroviui aukščiau nuo branduolinio reaktoriaus esančios įrangos eksploatavimo sąlygų, ir kad tos priemaišos nuodija rekombinacijos katalizatorių, esantį degintuve. Be to, neseniai nustatyta, kad silicio junginiai, pavyzdžiui, siloksanai, gerokai nuodija rekombinacijos katalizatorių ir blogina katalizatoriaus veikimą, ir dėl to iš degintuvo išmetamose dujose gali būti didelė liekamoji H₂ koncentracija.

Įrangoje pasroviui aukščiau nuo degintuvo buvo naudojamos kitokios nei dabar siūlomos medžiagos ir dėl to nebuvo reikalo nagrinėti rekombinacijos katalizatoriaus nuodijimo. Atitinkamai, tokių priemaišų pašalinimas nebuvo nagrinėjamas iki šiol.

Tokiomis sąlygomis, siekiant neleisti didėti H₂ koncentracijai išmetamosiose dujose ir saugiai eksploatuoti branduolinę jėgainę, atsiranda nauja problema, kaip pašalinti priemaišas, kurios yra radioaktyvių išmetamųjų dujų sudėtyje, ir neteisti nuodyti rekombinacijos katalizatoriaus degintuve bei bloginti jo veikimo.

Problemos sprendimo priemonės

Ši problema sprendžiama siūlomu išradimu. Išradimo tikslas yra pateikti radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdą, apdorojimo įrangą ir priemaišas šalinančią medžiagą, kurie leistų eksploatuoti branduolinę jėgainę, pernelyg nedidinant H₂ koncentracijos išmetamose iš degintuvo dujose.

Šiame išradime kaip problemos sprendimo priemonė pateikiamas radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas, kurio esmė apibūdinama žemiau.

Šis būdas yra radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas, kuriame vandenilis ir deguonis susijungia vienas su kitu, naudojant katalizatorių, vandeniliui ir deguoniui esant vandens garuose, kurių yra radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje. Būdas apima stadijas, kuriose radioaktyviose išmetamose dujose esančios priemaišos kontaktuoja su priemaišas šalinančia medžiaga, kurios sudėtyje yra bent viena medžiaga iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies, siekiant pašalinti priemaišas; ir, pašalinus priemaišas, radioaktyvios išmetamosios dujos kontaktuoja su rekombinacijos katalizatoriumi, siekiant vandenilio ir deguonies rekombinacijos.

Kitas išradimo aspektas atskleidžia priemaišas šalinančią medžiagą, skirtą priemaišoms, esančioms iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje išmetamose radioaktyviose dujose, šalinti. Priemaišas šalinanti medžiaga apima bent vieną medžiagą pasirinktą iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies.

Dar vienas išradimo objektas yra įranga radioaktyvioms išmetamosioms dujoms apdoroti, kuri iš esmės apibūdinama žemiau.

Ši įranga yra įranga radioaktyvioms išmetamosioms dujoms apdoroti. Įranga apima degintuvą įskaitant rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, skirtą vandeniliui ir deguoniui susijungti vienam su kitu, kur vandenilis ir deguonis būna vandens garuose, esančiose radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje; esantį prieš degintuvą išmetamųjų dujų išankstinio pašildymo šildytuvą radioaktyvių išmetamųjų dujų pašildymui; ir priemaišų šalinimo sluoksnį tarp išmetamųjų dujų išankstinio pašildymo šildytuvo ir degintuvo, kur priemaišų šalinimo sluoksnis apima priemaišas šalinančią medžiagą, į kurios sudėtį įeina bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies.

Iš kitos pusės, šiame išradime taip pat pateikiama įranga radioaktyvioms išmetamoms dujoms apdoroti, kuri iš esmės apibūdinama žemiau.

Ši įranga yra radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga. Įranga apima degintuvą įskaitant rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, skirtą vandeniliui ir deguoniui susijungti vienam su kitu, kur vandenilis ir deguonis būna vandens garuose, esančiuose radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje; ir degintuvas papildomai turi priemaišų šalinimo sluoksnį, apimantį priemaišas šalinančią medžiagą, į kurios sudėtį įeina bent viena medžiaga iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies. Priemaišų šalinimo sluoksnis ir rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis yra išdėstyti tokiu būdu, kad radioaktyvios išmetamosios dujos praeitų degintuve pro tuos sluoksnius nustatyta tvarka.

Išradimo privalumai

Šis išradimas leidžia saugiai eksploatuoti branduolinę jėgainę, nesukeliant H₂ koncentracijos padidėjimo išmetamose dujose ties degintuvo išleidimo anga net kai iš branduolinio reaktoriaus išmetamose radioaktyviose dujose yra priemaišų.

Trumpas brėžinių aprašymas

Fig.1 pateikta diagrama, kurioje palygintos H₂ koncentracijos vamzdinio reaktoriaus išleidime, siekiant parodyti priemaišas šalinančių medžiagų pagal išradimą savybes;

Fig.2 pateikta diagrama, parodanti H₂ koncentracijos ties vamzdinio reaktoriaus išleidimu kitimą laike, padidinus priemaišas šalinančios medžiagos kiekį;

Fig.3 yra degintuvo skerspjūvis, iliustruojantis galimą priemaišas šalinančios medžiagos išdėstymą radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įrangoje pagal šį išradimą;

Fig.4 yra degintuvo skerspjūvio ir priemaišų šalinio sluoksnio vaizdas, iliustruojantis kitokį priemaišas šalinančios medžiagos galimą išdėstymą radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įrangoje pagal šį išradimą;

Fig.5 pateikta iš branduolinio reaktoriaus išmetamų dujų apdorojimo proceso schema;

Fig.6 pavaizduotas priemaišų šalinimo medžiagos temperatūros ir D5 mažėjimo greičio ryšys, siekiant parodyti priemaišas šalinančios medžiagos pagal šį išradimą savybes; ir Fig.7 parodyta siloksano turinčios terpės apdorojimo proceso schema.

Detalus išradimo aprašymas

Įgyvendinimo pavyzdžiai

Kai priemaišos, esančios radioaktyviose išmetamose dujose (dujinėse atliekose), daugiausiai sudarytose iš vandens garų, patenka į degintuvo rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį ir apnuodija rekombinacijos katalizatorių, H₂ koncentracija iš degintuvo išmetamose dujose pasilieka didelė. Siekiant saugiai eksploatuoti branduolinę jėgainę, negalima leisti, kad H₂ koncentracija išmetamosiose dujose didėtų. Tuo tikslu reikia pašalinti priemaišas iš radioaktyvių išmetamų dujų prieš katalizatorių nuodijančiam komponentui priemaišose patenkant į rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį.

Po intensyvių ir nuodugnių tyrimų išradimo autoriai aptiko, kad priemaišas iš radioaktyvių išmetamų dujų galima pašalinti, taip sumažinant katalizatoriaus veikimo pablogėjimą jeigu reikiamomis sąlygomis priemaišos kontaktuotų su priemaišas šalinančia medžiaga prieš radioaktyvioms išmetamoms dujoms patenkant į rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį. Radioaktyvių išmetamų dujų apdorojimo būde, apdorojimo įrangoje ir priemaišas šalinančioje medžiagoje pagal šį išradimą galima naudoti įvairius katalizatorius, nekeičiant rekombinacijos katalizatoriaus.

Priemaišų šalinimui geriau naudoti tokias medžiagas, kurios gali pašalinti priemaišas net tokioje atmosferoje, kurioje yra didelė vandens garų koncentracija. Radioaktyvių išmetamųjų dujų, kurias reikia apdoroti degintuve, sudėtis ženkliai skiriasi nuo įprastų apdorojamų dujų, kadangi didžiąją radioaktyvių išmetamųjų dujų dalį sudaro vandens garai, t.y., apie 98 tūrio procentus radioaktyvių išmetamų dujų. Likusi dalis, keli procentai radioaktyvių išmetamų dujų, apima H₂ ir O₂, susidarę po skilimo radiolizės metu, ir N₂, esantis ore, kuris įleidžiamas pasroviui aukščiau nuo degintuvo. Dėl šių priežasčių galima teigti, kad egzistuoja optimalios priemaišas šalinančios medžiagos, o kitos medžiagos, atvirkščiai, gali pabloginti katalitines savybes. Priemaišas šalinančių medžiagų pavyzdžiai apima medžiagas, kurių sudėtyje yra bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintos anglies. Iš šių medžiagų pirmenybė teikiama ZrO₂ ir mezoporėtam kvarcui, nes jų sudėtyje nėra anglies.

Priemaišas šalinančią medžiagą geriau naudoti tinkamoje temperatūroje. Konkrečiai, priemaišas šalinančią medžiagą geriausia naudoti, esant darbinei temperatūrai nuo 100DC iki 500DC. Kai priemaišas šalinanti medžiaga naudojama žemesnėje nei 100DC temperatūroje, jos poveikis gali nepasiekti norimo efektyvumo dėl vandens garų kondensavimosi radioaktyviose išmetamose dujose. Darbinės temperatūros viršutinė riba yra optimaliai 500DC arba mažesnė, priklausomai nuo naudojamos sistemos, taip kad pašildytų visą radioaktyvią dujinę medžiagą.

Aktyvintas anglis ar mezoporėtą kvarcą, jei jie naudojami kaip priemaišas šalinanti medžiaga virš rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio degintuve (radioaktyvių išmetamų dujų sraute pasroviui aukščiau nuo rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio), geriau naudoti 200°C ar žemesnėje darbinėje temperatūroje. Naudojant aktyvintą anglį arba mezoporėtą kvarcą aukštesnėje nei 200°C darbinėje temperatūroje, gali pakilti radioaktyvių išmetamų dujų srauto per rekombinacijos katalizatorių temperatūra, kas gali neigiamai veikti rekombinacijos katalizatoriaus savybes dėl rekombinacijos reakcijos metu generuojamos šilumos. Priemaišas šalinančios medžiagos temperatūrą gali pakilti dėl rekombinacijos reakcijos, vykstančios virš rekombinacijos katalizatoriaus, išskiriamos šilumos. Pernelyg pakilus temperatūrai dėl radiacijos veikimo, priemaišas šalinanti medžiaga gali atpalaiduoti sulaikytas priemaišas.

Priemaišas šalinanti medžiaga, nebūdama degintuve, gali būti naudojama temperatūroje, kuri yra lygi arba žemesnė už priemaišas šalinančios medžiagos atsparumo karščiui temperatūrą. Tačiau net ir šiuo atveju priemaišas šalinančią medžiagą geriau naudoti 500°C ar žemesnėje darbinėje temperatūroje, kad būtų pašildoma visa radioaktyvi dujinė terpė. Jei priemaišas šalinanti medžiaga naudojama 200°G ar aukštesnėje darbinėje temperatūroje, reikėtų įrengti aušintuvą, pavyzdžiui, šilumokaitį, patalpinamą tarp priemaišų pašalinimo sluoksnio ir rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio, t.y., padėtyje iki radioaktyvių išmetamų dujų srautui patenkant į degintuvą.

Jei ZrO₂ ar TiO₂ naudojami kaip priemaišas šalinanti medžiaga, ją geriau naudoti 180°C ar aukštesnėje temperatūroje, kad įvyktų siloksanų skilimas. Esant vandens garams, priemaišas šalinanti medžiaga gali hidrolizuoti siloksanus. Pavyzdžiui, toks siloksanas kaip C₁₀H3o0₅Si5 (D5), skyla pagal tokią reakciją:

CioH3o05Si5+5H₂0 —> 5SiO₂+10CH₄

Jei ZrO₂ ar TiO₂ naudojamos kaip priemaišas šalinanti medžiaga, ją geriau naudoti žemesnėje kaip 700DC temperatūroje. Naudojant tokią priemaišas šalinančią medžiagą aukštoje temperatūroje, ant priemaišas šalinančios medžiagos paviršiaus esantis SiO₂ lengvai polimerizuojasi, sudarydamas padengiantį sluoksnį. Taigi, jei tokia priemaišas šalinanti medžiaga naudojama temperatūroje nuo 700°C iki 750°C, ant priemaišas šalinančios medžiagos paviršiaus gali susidaryti dangos sluoksnis. Kai priemaišas šalinanti medžiaga naudojama virš (pasroviui aukščiau nuo) rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio degintuve aukštesnėje nei 200°C darbinėje temperatūroje, radioaktyvios išmetamos dujos, patenkančios į rekombinacijos katalizatorių, gali būti aukštesnės temperatūros, ir tai gali gadinti rekombinacijos katalizatorių dėl rekombinacijos reakcijos metu generuojamos šilumos.

Rekombinacijos katalizatorių geriau naudoti 600°C ar žemesnėje temperatūroje, o geriausia naudoti 500°C ar žemesnėje temperatūroje. Rekombinacijos katalizatorius, jei jis naudojamas aukštesnėje nei 600°C temperatūroje, gali veikti nepakankamai efektyviai dėl padidėjusio aktyvaus katalitinio komponento sukepinimo. Šilumos generavimasis rekombinacijos reakcijos metu priklauso nuo H₂ kiekio, patenkančio į rekombinacijos katalizatorių. Įvertinant H₂ kiekį, kurį reikia apdoroti, turi būti nustatyta tokia priemaišas šalinančios medžiagos temperatūra, kad rekombinacijos katalizatoriaus darbinė temperatūra būtų 600°C arba žemesnė. Priemaišas šalinanti medžiaga, nebūdama degintuve, gali būti naudojama 200°C arba aukštesnėje temperatūroje. Šiuo atveju reikėtų įrengti aušintuvą, pavyzdžiui, šilumokaitį, kuris patalpinamas tarp priemaišų pašalinimo sluoksnio ir rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio, t.y., kurio padėtis būtų iki radioaktyvių išmetamų dujų srauto patekimo į degintuvą.

Jei medžiaga, pasižyminti skaldymo aktyvumu po priemaišų sulaikymo padidintoje darbinėje temperatūroje, panašiai kaip su ZrO₂, yra naudojama kaip priemaišas šalinanti medžiaga, reikia, kad ši medžiaga turėtų vieną ar daugiau rūgštinių centrų, įvertinant jos chemines savybes. Pageidautina, kad medžiaga turėtų didelį skaičių rūgštinių centrų paviršiaus ploto vienetui.

NH₃ adsorbcijos metodas yra žinomas kaip bendras rūgštinių centrų skaičiaus medžiagoje nustatymo metodas. Rūgštinių centrų skaičius, tenkantis paviršiaus ploto vienetui, apskaičiuojamas pagal rūgštinių centrų skaičių, gautą naudojant NH₃ adsorbcijos metodą ir remiantis konkrečios medžiagos specifinio paviršiaus ploto matavimais, atliktais BET metodu. Aukščiau minėto ZrO₂ rūgštinių centrų skaičius ploto vienetui yra 0,0064 mmol/m², ir pageidautina, kad čia naudojama medžiaga turėtų didesnį rūgštinių centrų skaičių paviršiaus ploto vienetui, negu ši reikšmė. TiO2, turintis 0,0051 mmol/m² rūgštinių centrų skaičių paviršiaus ploto vienetui, laikomas pasižyminčiu panašiu į ZrO2 poveikiu, nors šios medžiagos rūgštinių centrų skaičius paviršiaus ploto vienetui yra mažesnis. ZSM-5 rūgštinių centrų skaičius paviršiaus ploto vienetui yra 0,0017 mmol/m². Laikoma, kad medžiagos, kurių rūgštinių centrų skaičius paviršiaus ploto vienetui yra maždaug šiame intervale, gali pasižymėti panašiu poveikiu, tačiau poveikis gali skirtis priklausomai nuo darbinės temperatūros. Kitų medžiagų, turinčių 0,0017 mmol/m² ar didesnį rūgštinių centrų skaičių ploto vienetui pavyzdžiai apima aktyvintą aliuminio oksidą. Kiekviena iš šių medžiagų gali būti naudojama derinyje su antru komponentu, kad turėtų didesnį rūgštinių centrų skaičių. Rūgštinių centrų skaičiai nustatomi toliau aprašytu būdu.

Priemaišas šalinančios medžiagos rūgštinių centrų skaičius šiame išradime buvo nustatomas, naudojant katalitinį analizatorių (BELCAT-A, pagamintą Bei Japan, Ine.). Priemaišas šalinanti medžiaga buvo paruošta, smulkiai sutrinant į miltelius bandomojo pavyzdžio daleles, kurių diametras buvo nuo 0,5 to 1,0 mm. Bandomojo pavyzdžio kiekis buvo 0,05 g. Matavimai apėmė parengiamąją stadiją NH₃ adsorbcijos stadiją ir programuotos temperatūros desorbcijos stadiją.

Parengiamojoje stadijoje kaip apdorojimo dujos buvo naudojamos cirkuliuojančios helio (He) dujos, kurių srauto greitis buvo 50 ml/min, pavyzdžio temperatūrą pakeliant nuo kambario temperatūros iki 500°C 10°C/min. greičiu, po to išlaikant 60 minučių 500°C temperatūroje. Po to bandomasis pavyzdys natūraliu būdu ataušinamas iki 100°C.

NH₃ adsorbcijos stadijoje naudojo 50 ml/min He,kurio sudėtyje yra 5 tūrio procentų NH₃ koncentracija, cirkuliaciją 100°C temperatūroje 30 min. Po NH₃ adsorbcijos cirkuliuojančios dujos buvo pakeistos grynu He, ir grynos He dujos cirkuliavo dar 15 minučių, esant srauto greičiui 50 ml/min.

Programuotos temperatūros desorbcijos stadijoje cirkuliuojančių He dujų srauto greitis buvo 30 ml/min, bandomojo pavyzdžio temperatūra padidinant nuo 100°C iki 700°C 10°C/min. greičiu. Temperatūrai pasiekus 700°C, bandomasis pavyzdys buvo išlaikomas 2 valandas. Temperatūros kilimo metu desorbuoto NH₃ kiekis buvo matuojamas dujų chromatografiniu analizatoriumi. Dujų chromatografiniame analizatoriuje He cirkuliavo kaip nešiklio dujos, esant srauto greičiui 30 ml/min. Nenaudojant įkrautinės kolonėlės, matuojamos dujos buvo tiesiogiai įleistos į šiluminio laidumo detektorių (TCD). Detektoriaus temperatūra buvo nustatyta 100°C.

Priemaišas šalinančios medžiagos gali būti naudojamos siloksano sukelto rekombinacijos katalizatorių nuodijimo slopinimui branduolinėse jėgainėse, izoliacijos gedimų dėl siloksanų patekimo ant elektros relių sumažinimui, optinių produktų apsitraukimo migla, pridėjus siloksanų, sumažinimui ir dangos medžiagos atsiskyrimo dėl siloksanų patekimo ant dengiamo paviršiaus sumažinimui. Kadangi siloksanų yra įvairių medžiagų, pavyzdžiui, sausų valiklių, šampūnų, kosmetikos priemonių, silikono vamzdelių ir silikono tepalų sudėtyje, naudojant šias medžiagas, aplinkoje gali susidaryti siloksanų turinti medžiaga. Priemaišas šalinančios medžiagos taip pat gali būti naudojamos tokių siloksano turinčių medžiagų susidarymo slopinimui.

Fig. 7 pateikta apdorojimo sistemos srauto diagrama. Srautas, kurio sudėtyje yra siloksano, arba srautas, einantis pro siloksano šaltinį 100, praeina pro priemaišų šalinimo sluoksnį 101, kuriame yra priemaišas šalinančios medžiagos, o po to srautas patenka į įrenginį 102, apsaugotiną nuo apnuodijimo siloksanų, ir yra išleidžiamas.

Priemaišų, esančių radioaktyviose išmetamose dujose, pavyzdžiai apima silicio junginius, pavyzdžiui, siloksanus. Siloksanai yra junginiai, kuriuose baziniai struktūros fragmentai OSi(CH₃)₂- yra paeiliui sujungti vienas su kitu. Galiausiai siloksanai suformuoja ciklinę struktūrą. Kiekvieno junginio dydį apsprendžia bazinių struktūrinių fragmentų skaičius. Pavyzdžiui, D5 žymi ciklinį junginį, turintį penkis bazinius struktūros fragmentus.

Dažniausiai įprasti metodai taikomi nuo maždaug D3 iki maždaug D8 dydžio junginiams.

Tačiau šis išradimas gali būti taikomas taip pat junginiams, kurie turi priemaišų, turinčių du ar mažiau bazinių struktūrinių fragmentų. Laikoma, kad junginiai, turintys du ar mažiau bazinių struktūrinių fragmentų, negali suformuoti ciklinės struktūros ir turi linijinę struktūrą su -OH galiniais užbaigimais.

Kitokių nei silicio junginiai priemaišų pavyzdžiai apima angliavandenilius, sieros rūgšties junginius, chloro turinčius junginius ir fluoro turinčius junginius. Žemiau pateiktuose išradimo įgyvendinimo pavyzdžiuose aprašyti bandymai, atlikti naudojant silicio junginį kaip tipinį priemaišų pavyzdį. Tačiau šis išradimas pasižymi tokiais pačiais privalumais, įveikdamas net ir minėtas kitokias priemaišas.

Priemaišas šalinanti medžiaga optimaliai turi turėti didesnį specifinį paviršiaus plotą. Priemaišas šalinanti medžiaga, turinti struktūrą apimančią mikroporas ir/arba mezoporas, gali turėti didelį specifinį paviršiaus plotą ir gali sulaikyti didesnį kiekį priemaišų.

Priemaišas šalinanti medžiaga, pavyzdžiui, ZrO₂ gali būti patalpinta ant pagrindo medžiagos, turinčios didelį specifinį paviršiaus plotą kas būdinga aliuminio oksidui, TiO₂, ceolitui ar mezoporėtam kvarcui. Priemaišas šalinanti medžiaga taip pat gali sudaryti derinius su bet kuriuo iš šių komponentų; tokiu būdu suformuojamas daugiakomponentis oksidas, kad turėtų didesnį specifinį paviršiaus plotą.

Priemaišas šalinanti medžiaga, kai ji pasirinkta atsižvelgiant į paviršiaus hidrofobiškumą arba hidrofiliškumą, daug efektyviau sulaiko siloksaną. Pavyzdžiui, reguliuojant ZrO₂ ar mezoporėto kvarco paviršiaus savybes, priemaišas šalinanti medžiaga gali palaikyti (sustiprinti) hidrofilinį komponentą tokį kaip Ni, Zn, W, Fe, Co, Ce arba Ti; arba priemaišas šalinanti medžiaga gali palaikyti hidrofobinį komponentą pavyzdžiui, fluorą (F) arba organinę grupę, įskaitant metilo grupę. Siloksanas, turintis hidrofilines Si grupes ir hidrofobines organines grupes, pasižymi efektyvesniu Si grupių su padidintu hidrofiliškumu surišimu, taip pat jis pasižymi efektyvesniu organinių grupių su padidintu hidrofobiškumu surišimu. Priemaišas šalinanti medžiaga gali sustiprinti tiek hidrofobinį komponentą tiek ir bazinį komponentą.

Fig. 5 parodyta iš branduolinio reaktoriaus išmetamų dujų srauto apdorojimo diagrama. Vandens garai (įskaitant H₂ ir O₂), esantys branduoliniame reaktoriuje generuojamose radioaktyviose išmetamose dujose, naudojami turbinai sukti. Radioaktyvios išmetamos dujos (dujinės atliekos) po turbinos sukimo pašildomos iki iš anksto nustatytos temperatūros išmetamų dujų šildytuve ir įleidžiamos į degintuvą. Degintuve H₂ susijungia su O₂, sudarant H₂O (vandens garus). Išmetamose dujose esantys vandens garai, praėję pro degintuvą, kondensuojasi į vandenį kondensatoriuje, ir po to vanduo pašalinamas iš likusių išmetamų dujų drėgmę pašalinančiame aušintuve.

Šio išradimo pavyzdžiai detaliau iliustruoti žemiau. Reikia pažymėti, kad šie pavyzdžiai neinterpretuotini taip, kad apribotų šio išradimo apsaugos apimtį.

1 PAVYZDYS

Šiame pavyzdyje kaip priemaišas šalinančios medžiagos buvo paruoštos ZrO₂ (Medžiaga 1), mezoporėtas kvarcas (Medžiaga 2) ir aktyvintosios anglys (Medžiaga 3). Lyginamaisiais priemaišas šalinančių medžiagų pavyzdžiais buvo naudojamos medžiagos TiO₂ (Lyginamoji medžiaga 1) ir ZSM-5 (Lyginamoji medžiaga 2).

<Medžiaga 1>ZrO₂

Cirkonilo nitrato dihidratas (reagentas, kurį komerciniu būdu tiekia Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) atmosferinėmis sąlygomis buvo deginamas (kalcinuojamas) 2 valandas 500°C temperatūroje, siekiant gauti ZrO₂. Milteliai po kalcinavimo buvo suspausti, naudojant 500 kgf/cm², smulkiai sutrinti piestoje ir granuliuoti į granules, kurių dydis nuo 0,5 iki 1,0 mm.

<Medžiaga 2> Mezoporėtas kvarcas

Mezoporėtas kvarcas (produktas, kurį komerciniu būdu tiekia SUD-CHEMIE CATALYSTS

JAPAN, INC.) buvo 2 valandas džiovinamas 120°C temperatūroje. Milteliai po džiovinimo suspausti, naudojant 200 kgf/cm², smulkiai sutrinti piestoje ir granuliuoti į granules, kurių dydis - nuo 0,5 iki 1,0 mm.

<Medžiaga 3> Aktyvintosios anglys

Aktyvintosios anglys (Sferinė Shirasagi DX7-3 (diametras nuo 0,5 iki 3,0 mm), kurias komerciniu būdu tiekia Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) buvo džiovinamos 2 valandas 120°C temperatūroje. Po džiovinimo aktyvinta anglis buvo smulkiai sutrinta piestoje ir granuliuota (granules, kurių dydis - nuo 0,5 iki 1,0 mm.

<Lyginamoji medžiaga 1> TiO₂

Titano dioksidas TiO₂, kurio dalelių diametras nuo 2 iki 4 mm (CS-200S-24, komerciniu būdu tiekiamas Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), buvo smulkiai sutrintas piestoje ir granuliuotas į granules, kurių dydis - nuo 0,5 iki 1,0 mm.

<Lyginamoji medžiaga 2> ZSM-5

ZSM-5 (H-MFI-240, komerciniu būdu tiekiama SUD-CHEMIE CATALYSTS JAPAN, INC.) buvo suspausta 500 kgf/cm², smulkiai sutrinta piestoje ir granuliuota į granules, kurių dydis - nuo 0,5 iki 1,0 mm.

2 PAVYZDYS

Šiame pavyzdyje į reakcijos dujas kaip priemaišos buvo įmaišyta siloksano, ir buvo tiriamas priemaišas šalinančių medžiagų, paruoštų pagal 1 pavyzdį, poveikis. Konkrečiai, reakcijos dujos su įmaišytu siloksanu buvo įleistos į vamzdinį reaktorių, turintį priemaišų šalinimo sluoksnį ir rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, ir buvo matuojama H₂ koncentracija ties vamzdinio reaktoriaus išėjimu. Vamzdiniame reaktoriuje priemaišų pašalinimo sluoksnis buvo suformuotas su priemaišas šalinančia medžiaga, tuo tarpu rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis buvo įkrautas su rekombinacijos katalizatoriumi.

Reakcijos dujos buvo gautos, 2,4 ml/min vandens išgarinant į vandens garus vandens garų generatoriuje, sumaišius vandens garus su 97 ml/min H₂ ir 48,3 mf/min O₂, ir prileidus į mišinį 17,7 ml/min oro. Reakcijos dujos buvo įleistos į rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį 150°C temperatūroje. Katalizatoriaus kiekis ir reakcijos dujų kiekis buvo nustatyti taip, kad erdvinis greitis lygtyje (1) būtų lygus 109400 h'¹, o linijinis greitis lygtyje (2) būtų 0,297 m/s:

Erdvinis greitis (h'¹) = (Reakcijos dujų kiekis (ml/h'¹))/(Katalizatoriaus kiekio (ml)) (1)

Linijinis greitis (m/s) = (Reakcijos dujų srauto greitis (m³/s))/(Katalizatoriaus skerspjūvio ploto (m²)) (2)

Vamzdiniame reaktoriuje metalo katalizatorius - Pt ant AI₂O₃ - buvo įkrautas centre išilgine kryptimi, kaip rekombinacijos katalizatorius, sudarant rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį. Toliau ant metalo katalizatoriaus buvo uždėtas vielinis tinklelis (pasroviui aukščiau reakcijos dujų sraute), o priemaišas šalinanti medžiaga buvo įkrauta ant vielinio tinklelio, kad sudarytų priemaišų pašalinimo sluoksnį. Vielinis tinklelis buvo patalpintas taip, kad neleistų priemaišas šalinančiai medžiagai nukristi žemyn (pasroviui žemiau reakcijos dujų sraute). Reakcijos dujos, įleistos į vamzdinį reaktorių, pirmiausia praeidavo pro priemaišas šalinantį sluoksnį, ir po to - pro rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, ir pasiekdavo išleidimo angą.

H₂ koncentracija reakcijos dujose, joms praėjus pro rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, buvo matuojama, ataušinus reakcijos dujas ledu šaldomoje aušinimo talpoje, kad vandens garai kondensuotųsi į vandenį, ir įleidžiant liekamąsias dujas į chromatografinį analizatorių (GC-4000, pagamintas GL Sciences Ine.) su įrengtu impulsiniu išleidimo detektorium (PDD). PDD buvo naudojamas helio jonizacijos detektoriaus (HID) režime. 100 pi bandomųjų dujų (reakcijos dujų, praėjusių pro rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį) buvo išsiurbta siurbliu. Dujinis chromatografas buvo nustatytas taip, kad dujos būtų įleidžiamos kambario temperatūros, detektoriaus temperatūra būtų 150°C, o krosnelės temperatūra 50°C. Buvo naudojama kolonėlė, turinti vienos aštuntosios colio išorinį diametrą ir 2 m ilgį, įkrauta molekuliniu filtru Molecular Sieve 13X-S (nuo 60 iki 80 sieto akučių, mesh). Helio (He) kaip nešiklio dujų srauto greitis buvo 20 ml/min, o He kaip išleidžiamų dujų srauto greitis buvo 30 ml/min.

D5, tam tikros rūšies siloksanas, buvo naudojamas kaip priemaiša. Konkrečiai, siloksano dujos buvo pašildomos iki 150°C, įleidžiamos į vamzdinį reaktorių, pakrautą su priemaišas šalinančia medžiaga ir rekombinacijos katalizatoriumi, ir tuo metu, kai H₂ koncentracija ties vamzdinio reaktoriaus išėjimu (H₂ koncentracija išleidime) tapo stabili, iš vamzdinio reaktoriaus viršaus buvo įleista D5 2,5 χ 10'⁸ litrų/min. greičiu. H₂ koncentracijos išleidime, kurios padidėjo pridėjus D5, buvo lyginamos su išleidžiamo H₂ koncentracijos rodikliu prieš pat įleidžiant D5, kadangi stabilios būsenos H₂ koncentracija išleidime skirtinguose bandymuose gali keistis.

Fig. 1 atvaizduotas H₂ dujų koncentracijų išleidime palyginimas, praėjus 35 minutėms ir 60 minučių po D5 pridėjimo į reakcijos dujas. Duomenys buvo lyginami su bandymu, kurio metu į vamzdinį reaktorių nebuvo įkrauta priemaišas šalinanti medžiaga (buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius), taip pat su atitinkamais bandymais, kur buvo įkrauti ZrO₂ (Medžiaga 1), mezoporėtas kvarcas (MPS, Medžiaga 2), aktyvinta anglis (Medžiaga 3), TiO₂ (Lyginamoji medžiaga 1) ir ZSM-5 (Lyginamoji medžiaga 2) kaip priemaišas šalinanti medžiaga. Konkrečiai, įkrauto ZrO₂ kiekis buvo 1,8 ml (2,51 g) priemaišas šalinančiame sluoksnyje virš rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio (pasroviui aukščiau reakcijos dujų sraute). Analogiškai buvo įkrauta 2,7 ml (1,11 g) mezoporėto kvarco (MPS), 2,7 ml (1,63 g) aktyvintos anglies, 1,8 ml (1,75 g) TiO₂ kiekis, ir 2,7 ml (2,01 g) ZSM-5. Palyginimui H₂ koncentracija išleidime taip pat buvo išmatuota, atliekant bandymą, kai prie reakcijos dujų nebuvo pridėta D5, ir vamzdinis reaktorius buvo įkrautas vien su rekombinacijos katalizatoriumi.

Atliekant bandymą kai nebuvo pridėta D5, H₂ koncentracija išleidime bandymo metu nepadidėjo (kaip parodyta Fig. 1, H₂ koncentracija ties išleidimo anga yra 0 procentų pagal tūrį, tiek praėjus 35 minutėms, tiek ir praėjus 60 minučių po to, kai buvo pridėta D5).

Bandymuose, kur buvo pridėta D5, ir buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius (nebuvo įkrauta priemaišas šalinančios medžiagos), H₂ koncentracija ties išleidimo anga didėjo, einant reakcijos laikui. Nors tai neparodyta Fig. 1, H₂ koncentracija išleidime viršijo 3 tūrio procentus, praėjus 2 valandoms po D5 pridėjimo.

Bandymuose, kur ZrO₂ buvo įkrautas kaip priemaišas šalinanti medžiaga, H₂ koncentracija išleidime po 35 minučių buvo iš esmės lygi tai koncentracijai, kuri buvo gauta, kai buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius, tačiau praėjus 60 minučių H₂ koncentracija išleidime akivaizdžiai nustojo didėti. Atliekant bandymus, kai buvo įkrautas mezoporėtas kvarcas (MPS) ir aktyvinta anglis, H₂ koncentracijos didėjimas išleidime buvo sustabdytas tiek po 35 minučių, tiek ir po 60 minučių.

Priešingai, atliekant bandymus, kuriuose kaip priemaišas šalinanti medžiaga buvo įkrautas TiO₂ ir ZSM-5, H₂ koncentracija išleidime didėjo tiek po 35, tiek po 60 minučių, lyginant su bandymu, kurio metu nebuvo įkrauta priemaišas šalinančios medžiagos (buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius).

Aukščiausia dujų temperatūra, išmatuota bandymų metu rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio išėjime, buvo 285°C. Taip yra dėl to, kad prasidėjus rekombinacijos reakcijai, rekombinacijos katalizatoriuje yra generuojama šilumą.

Naudojant ZrO₂, po 35 minučių nebuvo pastebėta žymesnio priemaišų pašalinimo poveikio. Taip tikriausiai įvyko dėl to, kad priemaišų šalinimo iš reakcijos dujų poveikis pagerėjo po D5, kai priemaišos pradėjo jungtis prie ZrO₂ paviršiaus.

Manoma, kad skirtumai tarp ZrO₂ ir TiO₂ poveikio, šalinant priemaišas, atsiranda dėl skirtingo jų specifinio paviršiaus ploto ir kieto [nešiklio] rūgšties kiekio. D5 yra adsorbuotas ant šalinančios medžiagos paviršiaus, ir jo adsorbcijos kiekis priklauso nuo kieto [nešiklio] rūgšties kiekio. Kietos rūgšties centrai yra vietos, kuriose vyksta rūgšties5 bazės reakcijos, ir kietos rūgšties kiekis, tenkantis specifinio paviršiaus ploto vienetui, tikriausiai nulemia adsorbcijos greitį. ZrO₂ ir TiO₂ kietos rūgšties kiekiai buvo nustatyti NH₃ adsorbcijos metodu.

NH₃ adsorbcijos metodas yra metodas, kur NH₃ yra adsorbuojamas katalizatoriumi ir matuojami desorbcijos temperatūra ir adsorbuoto NH₃ desorbcijos lygis, keliant temperatūrą. NH₃ adsorbcijos lygis nustatomas pagal desorbcijos temperatūrą.

Konkrečiai, iš anksto nustatytas bandomojo pavyzdžio (ZrO₂ arba TiO₂) kiekis buvo įkrautas į vamzdinį reaktorių ir vykdomas išankstinis apdorojimas. Išankstinio apdorojimo metu bandomojo pavyzdžio temperatūra padidinama iki 450°C He dujų sraute, ir 450°C temperatūra palaikoma 30 minučių, kad būtų pašalintas vanduo, adsorbuotas katalizatoriaus paviršiumi. NH₃ adsorbcija buvo vykdoma, praskiedžiant NH₃ He dujomis iki 9,5 tūrio procentų ir [leidžiant praskiestas NH₃ dujas į vamzdinį reaktorių, kad jas adsorbuotų bandomasis pavyzdys. Adsorbcija atliekama 100°C temperatūroje.

Neadsorbuotų dujų, kurios pulsavimo būdu išeina iš vamzdinio reaktoriaus išleidimo angos, koncentracija buvo kiekybiškai išmatuojama, ir buvo nustatyta, kad tuo metu, kai koncentracija tampa pastovi, adsorbcijos procesas užsibaigia. Pasibaigus NH₃ adsorbcijai, buvo atlikta programuotos temperatūros desorbcija, kurios metu temperatūra buvo pakelta iki 700°C, ir buvo matuojamas desorbuoto NH₃ kiekis He sraute. NH₃ koncentracija vamzdinio reaktoriaus išleidimo angoje buvo matuojama dujiniu chromatografu, įrengtu su TCD.

Naudojant specifinio paviršiaus ploto matavimus pagal BET metodą nustatyta, kad ZrO₂ kieto [nešiklio] rūgšties kiekis yra 0,015 ųmol/m², tuo tarpu TiO₂ kietos rūgšties kiekis buvo nustatytas 0,012 ųmol/m². Tai parodo, kad priemaišas šalinanti medžiaga turi turėti bent 0,012 ųmol/m² arba didesnį kietos rūgšties kiekį. Tačiau yra nustatyta, kad priemaišas šalinanti medžiaga, turinti pernelyg didelį kietos rūgšties kiekį, gali turėti ribotas šalinimo savybes dėl erdvinio blokavimo tarp adsorbuotų priemaišų molekulių.

ZSM-5 turi didelį specifinį paviršiaus plotą ir didelį kietos rūgšties kiekį, tačiau jo veikimas prastas. Galimas dalykas, kad taip yra dėl ZSM-5 nepakankamo hidroterminio atsparumo. Jei ZSM-5 naudojamas atmosferoje, kurioje yra didelis kiekis vandens garų, kaip šiame pavyzdyje, jis turėtų būti hidrofobizuotas paviršiuje, arba turi būti pašalinta pakankama dalis vidinių priemaišų, kadangi ZSM-5 sudėtyje yra Si, kuris yra struktūriškai nestabilus.

Fig. 2 yra diagrama, parodanti laike vykstančius H₂ koncentracijos pokyčius išleidime, ZrO₂ kiekį priemaišų šalinimo sluoksnyje padidinant iki 2,7 ml (3,77 g). Palyginimui Fig. 2 taip pat iliustruoja rezultatus bandymo, kur D5 nebuvo pridėta į reakcijos dujas, ir į vamzdinį reaktorių buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius, ir bandymo, kur į reakcijos dujas buvo pridėta D5, ir į vamzdinį reaktorių buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius.

Bandyme, kur D5 nebuvo pridėta,H₂ koncentracija išleidime nedidėjo. Priešingai, bandyme, kurio metu buvo pridėta D5, ir buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius, H₂ koncentracija išleidime, einant reakcijos laikui, didėjo. Bandyme, kuriame buvo pridėta D5 ir į priemaišas šalinantį sluoksnį buvo įkrauta ZrO₂ kaip priemaišas šalinančios medžiagos, H₂ koncentracija išleidime didėjo, bet šis padidėjimas buvo slopinamas, lyginant su bandymu, kur buvo įkrautas vien rekombinacijos katalizatorius.

Lyginant bandymą, parodytą Fig. 1, su bandymu, parodytu Fig. 2, matyti, kad H₂ koncentracijos išleidime didėjo mažiau Fig. 2 bandyme, kadangi į priemaišų šalinimo sluoksnį buvo įkrautas didesnis kiekis ZrO₂. Tai parodo, kad H₂ koncentracijos išleidime didėjimas taip pat slopinamas, didinant įkraunamo ZrO₂ kiekį.

PAVYZDYS

Šis pavyzdys iliustruoja priemaišas šalinančios medžiagos išdėstymą radioaktyvių išmetamų dujų apdorojimo įrangoje.

Fig. 3 parodytas skersinis pjūvis pavyzdinio degintuvo, kuriame vyksta vandenilio ir deguonies rekombinaciją veikiant katalizatoriui, kur vandenilio ir deguonies yra vandens garuose, esančiuose radioaktyvių išmetamų dujų sudėtyje. Degintuvą 3 sudaro rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis 2 su įkrautu rekombinacijos katalizatoriumi ir priemaišų šalinimo sluoksnis 5 su įkrauta priemaišas šalinančia medžiaga. Radioaktyvių išmetamų dujų 1 srautas patenka į degintuvą 3. Priemaišų šalinimo sluoksnis 5 degintuve patalpintas pasroviui aukščiau radioaktyvių išmetamų dujų sraute, negu rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis 2. Degintuvas 3 papildomai turi šildymo įrangą 4. Šildymo įrangos pavyzdžiai apima šildytuvą.

Išradimo įgyvendinimo pavyzdyje, iliustruotame Fig. 3, priemaišų šalinimo sluoksnis 5 patalpintas kasetėje 6, kur kasetę 6 pataiko kasetės laikiklis 7. Kasetės laikiklis 7 privirintas prie vidinės degintuvo 3 sienos.

Priemaišų šalinimo sluoksnis 5 patalpintas toje degintuvo 3 dalyje, kurioje temperatūra svyruoja nuo 100°C iki 200°C. Radioaktyvių išmetamų dujų 1 temperatūra reguliuojama šildymo įrangos 4 taip, kad ji būtų palaikoma ribose nuo 100°C iki 200°C. Dėl radioaktyvių išmetamųjų dujų 1 pašildymo priemaišų šalinimo sluoksnio 5 temperatūra palaikoma ribose nuo 100°C iki 200°C net ir tuo atveju, kai rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio 2 temperatūra pakyla.

Jei priemaišas šalinanti medžiaga patalpinta toje dalyje, kur temperatūra žemesnė nei 100°C, jos veikimas gali nebūti optimalus dėl vandens garų kondensacijos. Priemaišas šalinanti medžiaga, patalpinta toje dalyje, kur temperatūra aukštesnė nei 200°C, gali trukdyti reguliuoti rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio 2 temperatūrą. Jei rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio 2 įėjimo temperatūra yra aukštesnė nei 200°C, temperatūra katalizatoriaus viduje gali pernelyg aukštai pakilti dėl rekombinacijos reakcijos, kas gali sukelti katalizatoriaus veikimo pablogėjimą.

Norint, kad vandenilio ir deguonies susijungimas rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnyje 2 vyktų efektyviai, pageidautina, kad radioaktyvių išmetamų dujų 1 srautas, praėjęs pro priemaišų šalinimo sluoksnį 5, patektų į rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį 2, jo temperatūrai esant nuo 140°C iki 160°C.

Priemaišas šalinanti medžiaga gali būti suformuota, pavyzdžiui, granulių, kolonėlės ar žirnelių pavidalo. Priemaišas šalinanti medžiaga gali būti taikoma ant keraminio korėto paviršiaus arba metalinės vielos paviršiaus, jį padengiant.

Optimalu, kad priemaišų šalinimo sluoksnis 5 būtų patalpintas kasetėje 6, kuri yra talpa su daugybe skylučių. Naudojant tokią talpą su daugybe skylučių, galima pakeitimo metu išimti iš degintuvo 3 vien tik priemaišų šalinimo sluoksnį 5. Kasetė 6, kurią šiame pavyzdyje laiko kasetės laikiklis 7, gali būti palaikoma ir kasetę laikančiomis kolonėlėmis, patalpintomis rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio 2 viršuje.

Fig. 4 parodytas kitas priemaišas šalinančios medžiagos talpinimo pavyzdys, ir atvaizduotas degintuvo ir priemaišų šalinimo sluoksnio pavyzdinis skerspjūvio vaizdas, įrangos pavyzdyje, iliustruotame Fig. 4, priemaišas šalinanti medžiaga talpinama už degintuvo ir pasroviui aukščiau nuo degintuvo.

Išmetamų dujų išankstinio pašildymo šildytuvas (žr. Fig.5) paprastai įrengiamas pasroviui aukščiau nuo degintuvo 3. Priemaišų šalinimo sluoksnis 5 su įkrauta priemaišas šalinančia medžiaga gali būti patalpintas tarp išmetamų dujų išankstinio pašildymo šildytuvo ir degintuvo 3. Šiame išradimo įgyvendinimo pavyzdyje degintuvas 3 apima vien rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį 2 su įkrautu rekombinacijos katalizatoriumi.

Priemaišų šalinimo sluoksnis 5 patalpintas kasetėje 6. Radioaktyvios išmetamos dujos 1 praeina pro priemaišų šalinimo sluoksnį 5 ir patenka įdegintuvą3.

Apie priemaišų šalinimo sluoksnį 5 yra įrengta šildymo įranga 4, pavyzdžiui, šildytuvas. Šildymo įranga 4 pašildo radioaktyvias išmetamas dujas 1 iki temperatūros 100°C 20 200°C, palaikydama priemaišų šalinimo sluoksnio 5 temperatūrą ribose nuo 100°C iki

200°C. Pavyzdžiui, jei priemaišų šalinimo sluoksnio 5 temperatūra žema, jis gali būti pašildytas su šildymo įranga 4 iki iš anksto nustatytos temperatūros. Šildymą galima vykdyti, pavyzdžiui, sumaišant aukštos temperatūros dujas, kurios išmetamos sudegus kurui, su radioaktyviomis išmetamomis dujomis.

Tokia priemaišų šalinimo sluoksnio 5, talpinimo pasroviui aukščiau nuo degintuvo 3 struktūra, kaip parodyta Fig. 4, leidžia įtaisyti du ar daugiau priemaišų šalinimo sluoksnių

5. Struktūra, parodyta Fig. 3, apriboja patalpinamų priemaišų šalinimo sluoksnių 5 skaičių, kadangi priemaišų šalinimo sluoksnis talpinamas degintuvo 3 viduje. Dviejų ar daugiau priemaišų šalinimo sluoksnių 5 talpinimas turi tą privalumą, kad gali būti vykdomi net ir avarinio režimo ar medžiagos pakeitimo darbai, nenutraukiant radioaktyvių išmetamų dujų apdorojimo įrangos veikimo.

PAVYZDYS

Šiame pavyzdyje buvo pašalintas rekombinacijos katalizatorius, naudotas 1 pavyzdyje, siloksanas buvo analizuotas pasroviui aukščiau ir žemiau nuo Medžiagos 1 (ZrO₂), ir buvo tiriamas priemaišas šalinančios medžiagos poveikis. Konkrečiai, reakcijos dujos su pridėtu siloksanu buvo įleistos į vamzdinį reaktorių, turintį priemaišų šalinimo sluoksnį, ir buvo matuojama siloksano koncentracija vamzdinio reaktoriaus išėjime. Vamzdinio reaktoriaus priemaišų šalinimo sluoksnis buvo įkrautas su Medžiaga 1 kaip priemaišas šalinančia medžiaga. Tos pačios reakcijos dujos buvo įleistos į vamzdinį reaktorių, neturintį priemaišų šalinimo sluoksnio, ir buvo matuojama siloksano koncentracija vamzdinio reaktoriaus įėjime.

Čia naudotos reakcijos dujos buvo gautos, išgarinus vandens garų generatoriuje 0,8 ml/min vandens iki vandens garų, sumaišius vandens garus su 7,5 ml/min oro, sumaišius gautą mišinį su 40 ml/min H₂ ir 20,3 ml/min O₂, ir papildomai prie mišinio pridėjus 2027,5 ml/min helio. Dalis helio buvo panaudota D5, tam tikros rūšies siloksano, tiekimui.

Reakcijos dujos buvo įleistos į priemaišų šalinimo sluoksnį, esant temperatūrai nuo 92OC iki 289ūC. Naudojamas priemaišų šalinimo medžiagos kiekis buvo 2,7 ml (3,76 g).

Medžiaga 1 buvo įkrauta į vamzdinį reaktorių toje pačioje padėtyje, kaip ir 1 pavyzdyje.

Medžiagos 1 aukščio padėčiai reguliuoti padėtyje, atitinkančioje rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnio padėtį, buvo įdėta aliuminio vatos. Reakcijos dujos, kurios buvo įleistos į vamzdinį reaktorių, praeidavo pro priemaišų šalinimo sluoksnį ir pasiekdavo išleidimo angą.

H₂ koncentracija reakcijos dujose, praėjusiose pro aliuminio vatą, buvo matuojama, taikant tą pačią procedūrą, kaip ir 1 pavyzdyje. Siloksano matavimas buvo atliekamas, kondensuojant vandens garus į vandenį ledu šaldomo aušiklio talpoje, surenkant likusias dujas ir analizuojant dujas masės spektrometru.

D5, tam tikros rūšies siloksanas, buvo laikomas pastovioje temperatūroje skystoje būsenoje, ir buvo paduodamas, burbuliuojant helį.

Fig. 6 yra diagrama, kurioje parodyta Medžiagos 1 (priemaišas šalinančios medžiagos) temperatūra ir D5 sumažėjimo greitis 30 minučių po to, kai į reakcijos dujas buvo pridėta

D5. D5 mažėjimo greitis buvo 25,0% lygio, esant Medžiagos 1 temperatūrai 92°C (kas atitinka reakcijos dujų 150°C temperatūrą 1 pavyzdyje), ir didėjo iki 86,8% 180°C temperatūroje, iki 91,8% prie 220°C, iki 96,4% prie 257°C, ir iki 99,6% prie 289°C. Kartu su siloksano analize buvo atliekama ir metano (CH₄) analizė, siekiant aptikti CH₄ kiekį, maždaug 10 kartų viršijantį D5 kiekio sumažėjimą, kas parodo D5 skilimą Šis rezultatas parodo, kad Medžiagos 1 poveikis yra adsorbuotų siloksanų suskaidymas.

Pramoninis pritaikomumas

Šis išradimas gali būti taikomas radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimui branduolinėse jėgainėse.

Pažymėjimų paaiškinimas radioaktyvios išmetamosios dujos rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis degintuvas šildymo įranga priemaišų šalinimo sluoksnis kasetė kasetės laikiklis

100 siloksano šaltinis

101 priemaišų šalinimo sluoksnis

102 aparatas, apsaugotinas nuo nuodijimo

Claims (13)

1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

   1. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas, kur vandenilis ir deguonis susijungia vienas su kitu naudojant katalizatorių, vandeniliui ir deguoniui esant vandens garuose, kurių yra radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje, besiskiriantis tuo, kad būdas apima stadijas, kuriose:

   priemaišos, esančios radioaktyviose išmetamose dujose, kontaktuoja su priemaišas šalinančia medžiaga, kurios sudėtyje yra bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies, siekiant pašalinti priemaišas; ir, pašalinus priemaišas, radioaktyvios išmetamos dujos kontaktuoja su katalizatoriumi, siekiant vandenilio ir deguonies rekombinacijos.
2. 2. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas pagal 1 punktą besiskiriantis tuo, kad priemaišos apima mažiausiai silicio junginį.
3. 3. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas pagal 1 punktą besiskiriantis tuo, kad priemaišas šalinančią medžiagą naudoja temperatūros ribose nuo 100°C iki 500°C.
4. 4. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo būdas pagal 1 punktą besiskiriantis tuo, kad priemaišas šalinanti medžiaga turi bent mikroporas arba mezoporas.
5. 5. Priemaišas šalinanti medžiaga, skirta šalinti priemaišas, esančias radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje, besiskirianti tuo, kad priemaišas šalinanti medžiaga apima bent vieną medžiagą, pasirinktą iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies.
6. 6. Priemaišas šalinanti medžiaga pagal 5 punktą besiskirianti tuo, kad turi bent mikroporas arba mezoporas.
7. 7. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga, besiskirianti tuo, kad apima:

   degintuvą, įskaitant rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, skirtą vandenilio ir deguonies susijungimui vieno su kitu, kur vandenilis ir deguonis yra vandens garuose, esančiuose radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje;

   esantį prieš degintuvą išmetamųjų dujų išankstinio pašildymo šildytuvą radioaktyvių išmetamųjų dujų pašildymui, ir

   5 priemaišų šalinimo sluoksnį tarp išmetamųjų dujų išankstinio pašildymo šildytuvo ir degintuvo, kur priemaišų šalinimo sluoksnis apima priemaišas šalinančią medžiagą, į kurios sudėtį įeina bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies.

   10
8. 8. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga, besiskirianti tuo, kad apima;

   degintuvą įskaitant rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnį, skirtą vandenilio ir deguonies susijungimui vieno su kitu, kur vandenilis ir deguonis yra vandens garuose, esančiuose radioaktyviose dujose, išmetamose iš branduolinio reaktoriaus branduolinėje jėgainėje; ir

   15 degintuvas papildomai turi priemaišų šalinimo sluoksnį, apimantį priemaišas šalinančią medžiagą, į kurios sudėtį įeina bent viena medžiaga, pasirinkta iš grupės, susidedančios iš ZrO₂, mezoporėto kvarco ir aktyvintosios anglies, kur priemaišų šalinimo sluoksnis ir rekombinacijos katalizatoriaus sluoksnis yra išdėstyti taip, kad radioaktyvios išmetamosios dujos praeitų degintuve pro šiuos sluoksnius nustatyta tvarka.
9. 9. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga pagal vieną iš 7 ir 8 punktų, besiskirianti tuo, kad priemaišos apima mažiausiai silicio junginį.
10. 10. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga pagal vieną iš 7 ir 8 punktų,

    25 besiskirianti tuo, kad priemaišas šalinanti medžiaga turi bent mikroporas arba mezoporas.
11. 11. Radioaktyvių išmetamųjų dujų apdorojimo įranga pagal vieną iš 7 ir 8 punktų, besiskirianti tuo, kad papildomai apima šildymo įrangą radioaktyvių išmetamųjų

    30 dujų pašildymui iki temperatūros nuo 100°C iki 200°C, kur šildymo įranga pašildomos radioaktyvios išmetamosios dujos palaiko priemaišų šalinimo sluoksnio temperatūrą ribose nuo 100°C iki 200°C.
12. 12. Siloksano skaidymo ir pašalinimo būdas, besiskiriantis tuo, kad apima

    35 stadiją kurioje dujos, kurių sudėtyje yra siloksano, kontaktuoja su priemaišas šalinančia medžiaga esant vandens garams, siekiant suskaidyti siloksaną, kur priemaišas šalinančios medžiagos sudėtyje yra bent vienas iš ZrO₂ ir TiO₂.
13. 13. Siloksano skaidymo ir pašalinimo būdas pagal 12 punktą, besiskiriantis tuo, 5 kad papildomai apima stadiją, kurioje dujos, kurių sudėtyje yra siloksano, kontaktuoja su priemaišas šalinančia medžiaga 180°C arba aukštesnėje temperatūroje.