RU2588219C2

RU2588219C2 - Method and device for processing gas flow

Info

Publication number: RU2588219C2
Application number: RU2013137381/05A
Authority: RU
Inventors: Луис БАРБОСА
Original assignee: Маллинкродт ЛЛС
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-06-27

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to a method and apparatus for processing hydrogen gas released during dissolution of metal with acid or alkali. Method comprises feeding hydrogen gas released through a reactor containing oxidant gas for oxidising hydrogen to water and then recovery of oxidant. Oxidant is diluted with an inert diluent. Apparatus comprises a reactor with an oxidant, wherein reactor is at least partially immersed in a bath of alumina.

EFFECT: ensures cost reduction and prolonged use of oxidising agent.

18 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способу обработки газообразного водорода, выделяющегося при растворении металла кислотой или щелочью. Изобретение также относится к нагревательному устройству.The present invention relates to a method for treating hydrogen gas released by dissolving a metal with acid or alkali. The invention also relates to a heating device.

При растворении металла кислотой или щелочью выделяется газообразный водород. При стандартной температуре и давлении газообразный водород представляет собой не имеющий цвета, запаха и вкуса легкогорючий двухатомный газ. Он вступает в реакцию с любым окисляющим средством. Газообразный водород вступает в активную высокоэкзотермическую реакцию с кислородом, в результате которой образуется вода. При комнатной температуре он также вступает в спонтанную и бурную реакцию с хлором и фтором, в результате которой образуются соответствующие галогеноводороды, являющиеся потенциально опасными кислотами. Высокая воспламеняемость и взрываемость газообразного водорода делают его опасным побочным продуктом множества процессов.When a metal is dissolved with acid or alkali, hydrogen gas is released. At standard temperature and pressure, hydrogen gas is a colorless, odorless, and tasteless, combustible diatomic gas. It reacts with any oxidizing agent. Hydrogen gas enters into an active highly exothermic reaction with oxygen, as a result of which water is formed. At room temperature, it also enters into a spontaneous and violent reaction with chlorine and fluorine, resulting in the formation of the corresponding hydrogen halides, which are potentially dangerous acids. High flammability and explosiveness of gaseous hydrogen make it a dangerous by-product of many processes.

Технеций-99m является радиоактивным металлом, наиболее широко применяемым в медицине в целях диагностики и лечения. Тс-99m образуется при распаде Мо-99 на так называемые генераторы Тс-99m. Такой генератор обычно представляет собой водный раствор Мо-99, который загружают в адсорбент (обычно окись алюминия). После распада Мо-99 и образования Тс-99m с более низким сродством к окиси алюминия он может быть элюирован, обычно с использованием солевого раствора. Соответственно, для получения генераторов Тс-99m важен источник Мо-99 с высокой степенью чистоты.Technetium-99m is a radioactive metal, the most widely used in medicine for diagnosis and treatment. Tc-99m is formed during the decay of Mo-99 into the so-called Tc-99m generators. Such a generator is usually an aqueous solution of Mo-99, which is loaded into an adsorbent (usually alumina). After the decomposition of Mo-99 and the formation of TC-99m with a lower affinity for alumina, it can be eluted, usually using saline. Accordingly, to obtain Тс-99m generators, the source of МО-99 with a high degree of purity is important.

Мо-99 с высокой специфической активностью обычно получают путем нейтронного деления целевого U-235. U-235 обычно содержится в виде целевого объекта в урановой металлической фольге или изделиях из U и Al (например, сплаве урана и алюминия). В результате реакции деления часть U-235 преобразуется в Мо-99, но при этом в продукте на выходе реактора содержится ряд примесей. В наиболее известных технологиях получения Мо-99 применяется растворение облучаемого целевого объекта кислотой или щелочью с последующим очищением Мо-99. Помимо твердых и жидких примесей, которые включают Cs, Sr, Ru, Zr, Те, Ba, Al и щелочные и щелочноземельные металлы, в результате реакции также образуется газообразный водород. Из-за высокой воспламеняемости и взрываемости газообразного водорода одним из основных способов обработки отходящего газа в процессе получения Мо-99 является окисление газообразного водорода в воду:Mo-99 with high specific activity is usually obtained by neutron fission of the target U-235. U-235 is typically contained as a target in a uranium metal foil or articles of U and Al (e.g., an alloy of uranium and aluminum). As a result of the fission reaction, part of U-235 is converted to Mo-99, but in this case, a number of impurities are contained in the product at the outlet of the reactor. In the most famous technologies for producing Mo-99, dissolving the irradiated target with acid or alkali is used, followed by purification of Mo-99. In addition to solid and liquid impurities, which include Cs, Sr, Ru, Zr, Te, Ba, Al and alkali and alkaline earth metals, hydrogen gas is also formed as a result of the reaction. Due to the high flammability and explosiveness of gaseous hydrogen, one of the main methods for treating exhaust gas in the process of producing Mo-99 is the oxidation of hydrogen gas into water:

$2 H_{2} (g) + O_{2} \to 2 H_{2} O (1)$

2 H_{2} (g) + O_{2} \to 2 H_{2} O (one)

В большинстве известных процессов получения Мо-99 окисление газообразного водорода осуществляется в присутствии окиси меди(II) (CuO) в ходе следующей необратимой реакции:In most known processes for producing Mo-99, hydrogen gas is oxidized in the presence of copper (II) oxide (CuO) during the following irreversible reaction:

CuO+H₂→Cu⁰+H₂O.CuO + H ₂ → Cu ⁰ + H ₂ O.

Этот процесс, который был впервые разработан Sameh и Ache в 1987 г. (Sameh и Ache, 1987 Radiochim. Acta 41, 65), осуществляется в так называемой "медноокисной печи", которая представляет собой химический реактор с неподвижным слоем. После растворения облучаемых целевых объектов выделяющийся водород пропускают через горячий CuO в медноокисной печи с целью окисления водорода в воду. Затем конденсируют водяной пар. Эта реакция является типичной реакцией в твердой/газообразной фазе, в ходе которой фронт реакции перемещается через реактор до расходования всего CuO.This process, which was first developed by Sameh and Ache in 1987 (Sameh and Ache, 1987 Radiochim. Acta 41, 65), is carried out in a so-called "copper oxide furnace", which is a fixed bed chemical reactor. After dissolving the irradiated targets, the released hydrogen is passed through hot CuO in a copper oxide furnace in order to oxidize hydrogen to water. Then condensed water vapor. This reaction is a typical solid / gaseous reaction in which the reaction front moves through the reactor until all of the CuO is consumed.

Типичный слой CuO в реакторе весит преимущественно более 10 кг, а реакция протекает при температуре 360-400°C (при заданной температуре реакции 385°C). Нагрев слоя CuO традиционно осуществляется посредством нагревательной пластины, находящейся внизу медноокисной печи. Достижение устойчивого состояния в течение 24 часов не является оптимальным. Предполагается, что слой CuO в реакторе полностью расходуется после растворения определенного числа целевых объектов (или производственных циклов). В случае более крупной мощности по производству Мо-99, например, обеспечивающей переработку более 6 целевых объектов за один цикл, срок службы этого медноокисного реактора сокращается до меньшего числа циклов, например, до 8 циклов.A typical CuO layer in a reactor weighs predominantly more than 10 kg, and the reaction proceeds at a temperature of 360-400 ° C (at a given reaction temperature of 385 ° C). The heating of the CuO layer is traditionally carried out by means of a heating plate located at the bottom of the copper oxide furnace. Achieving a steady state within 24 hours is not optimal. It is assumed that the CuO layer in the reactor is completely consumed after dissolving a certain number of targets (or production cycles). In the case of a larger production capacity of Mo-99, for example, providing processing of more than 6 targets in one cycle, the service life of this copper oxide reactor is reduced to fewer cycles, for example, to 8 cycles.

Соответственно, существует потребность в создании реактора с более длительным сроком службы для обработки газообразного водорода. В заявке US 2005/0220689 А1 описан способ обработки газообразного гелия путем извлечения водорода и других примесей из потока газообразного гелия. Способ включает 1) подачу потока газа через первый каталитический адсорбирующий модуль, содержащий смесь Cu-CuO, в котором происходит окисление водорода и окиси углерода до образования воды и двуокиси углерода, соответственно, и восстановление CuO до Cu, 2) подачу полученного на стадии 1) потока газа вместе с газообразным кислородом в катализатор окисления с целью преобразования метана и/или трития в двуокись углерода и/или воду, соответственно, и 3) подачу полученного на стадии 2) потока газа, который содержит избыток кислорода, во второй каталитический адсорбирующий модуль, содержащий смесь Cu-CuO, в котором газообразный кислород используется с целью окисления Cu до CuO. После расходования CuO в первом каталитическом адсорбере порядок, в котором первый и второй каталитические адсорберы соединены друг с другом на пути потока газа, меняют местами, и CuO, который образуется во втором адсорбере, используется для окисления водорода и окиси углерода, а Cu в первом адсорбере используется для удаления избытка кислорода из потока очищенного газообразного гелия.Accordingly, there is a need for a longer-life reactor for treating hydrogen gas. In the application US 2005/0220689 A1 describes a method for processing gaseous helium by extracting hydrogen and other impurities from a stream of gaseous helium. The method includes 1) supplying a gas stream through a first catalytic adsorption module containing a Cu-CuO mixture in which hydrogen and carbon monoxide are oxidized to form water and carbon dioxide, respectively, and reducing CuO to Cu, 2) supplying obtained in stage 1) a gas stream together with gaseous oxygen to an oxidation catalyst to convert methane and / or tritium into carbon dioxide and / or water, respectively, and 3) supplying the gas stream obtained in stage 2) that contains excess oxygen to the second catalytic converter A chemical adsorption module containing a Cu-CuO mixture in which gaseous oxygen is used to oxidize Cu to CuO. After the consumption of CuO in the first catalytic adsorber, the order in which the first and second catalytic adsorbers are connected to each other along the gas flow path is reversed, and the CuO that forms in the second adsorber is used to oxidize hydrogen and carbon monoxide, and Cu in the first adsorber used to remove excess oxygen from the stream of purified helium gas.

Тем не менее, этот способ касается извлечения водорода из потока газа, содержащего ряд других компонентов, и требует применения двух отдельных реакторов, содержащих смеси Cu-CuO, что увеличивает расходы. Кроме того, аналогично газообразному водороду (т.е. ′Н) тритий является газом повышенной взрывоопасности. Добавление кислорода в поток газа, содержащий тритий, может являться потенциально опасным. Соответственно, существует потребность в создании простого способа обработки водорода с использованием окислителя, в котором восстанавливают окислитель, чтобы продлить его использование.However, this method relates to the extraction of hydrogen from a gas stream containing a number of other components, and requires the use of two separate reactors containing a mixture of Cu-CuO, which increases costs. In addition, similarly to gaseous hydrogen (i.e., Н H), tritium is an explosive gas. Adding oxygen to a gas stream containing tritium can be potentially hazardous. Accordingly, there is a need for a simple method for treating hydrogen using an oxidizing agent in which the oxidizing agent is reduced in order to prolong its use.

Согласно первой особенности настоящего изобретения предложен способ обработки газообразного водорода, выделяющегося при растворении металла кислотой или щелочью, включающий стадию подачи, выделяющегося газообразного водорода через реактор, содержащий окислитель для окисления газообразного водорода до образования воды, а затем стадию восстановления окислителя. В одном из предпочтительных вариантов осуществления стадию восстановления окислителя осуществляют после каждой стадии окисления. Путем частого осуществления стадии восстановления окислителя, например, после каждой стадии окисления может быть уменьшено количество окислителя, изначально содержащееся в реакторе. Соответственно, может быть уменьшена вместимость реактора, например, до около 11 или 12 кг для окисления такого же количества газообразного водорода. За счет уменьшения размера реактора не только облегчается операция загрузки/выгрузки, но также сокращается время нагрева реактора до достижения устойчивого состояния от 24 часов в настоящее время до около 3 часов и тем самым снижаются затраты.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for treating hydrogen gas liberated by dissolving a metal with acid or alkali, comprising the step of supplying hydrogen gas liberated through a reactor containing an oxidizing agent to oxidize the hydrogen gas to form water, and then the oxidizing agent reduction step. In one preferred embodiment, the oxidizing agent reduction step is carried out after each oxidation step. By frequently carrying out the oxidizer reduction step, for example, after each oxidation step, the amount of oxidizer initially contained in the reactor can be reduced. Accordingly, the capacity of the reactor can be reduced, for example, to about 11 or 12 kg to oxidize the same amount of hydrogen gas. By reducing the size of the reactor, not only the loading / unloading operation is facilitated, but also the heating time of the reactor is reduced until a steady state is reached from 24 hours at present to about 3 hours and thereby costs are reduced.

Одним из дополнительных преимуществ способа согласно настоящему изобретению является то, что реакция окисления газообразного водорода потенциально может осуществляться при более низких температурах, таких как около 200°C, при этом восстановление также происходит при температуре около 200°C. Это, в частности, имеет место при использовании тонкодисперсного окислителя, такого как упоминаемые в описании катализаторы BASF. Такие тонкодисперсные системы являются более активными, чем системы, используемые в известных способах. В некоторых вариантах осуществления реакция окисления, используемая для восстановления окислителя, является высокоэкзотермичной. Соответственно, тепло, отдаваемое реакцией восстановления, может использоваться для нагрева реактора или поддержания температуры в реакторе. Тем самым дополнительно снижаются расходы.One of the additional advantages of the method according to the present invention is that the oxidation reaction of hydrogen gas can potentially be carried out at lower temperatures, such as about 200 ° C, while recovery also occurs at a temperature of about 200 ° C. This, in particular, is the case when using a finely divided oxidizing agent, such as the BASF catalysts mentioned in the description. Such fine systems are more active than the systems used in known methods. In some embodiments, the oxidation reaction used to reduce the oxidizing agent is highly exothermic. Accordingly, the heat provided by the reduction reaction can be used to heat the reactor or maintain the temperature in the reactor. This further reduces costs.

В некоторых вариантах осуществления окислителем является окись металла, такая как окись меди, окись меди(II), которая при осуществлении способа преобразуется в медь.In some embodiments, the oxidizing agent is a metal oxide, such as copper oxide, copper (II) oxide, which is converted to copper in the process.

Окись меди, такая как окись меди(II), присутствует на поверхности инертного носителя в виде общей массы или в тонкодисперсном виде, как в катализаторах Puristar® R3-11G и R3-17 компании BASF (BASF SE, Людвигсхафен, Германия). Кроме того, окислитель, такой как окись меди, может быть разбавлен (в виде общей массы или в тонкодисперсном виде) инертным, теплопроводящим разбавителем, таким как гранулы нержавеющей стали. Разбавитель помогает предотвращать неуправляемый нагрев слоя окислителя теплом, отдаваемым экзотермической реакцией. Одним из дополнительных преимуществ применения тонкодисперсных окислителей, таких как упомянутые выше окислители BASF, является достижение более высоких выходов в процессе восстановления, чем в случае окиси металла в виде общей массы (например, CuO). В некоторых вариантах осуществления стадия восстановления окислителя включает подачу содержащего кислород газа через реактор, содержащий окислитель для восстановления. Например, может использоваться воздух или воздух в сочетании с газообразным азотом.Copper oxide, such as copper (II) oxide, is present on the surface of an inert support in the form of a total mass or in a finely divided form, as in the BASF Puristar® R3-11G and R3-17 catalysts (BASF SE, Ludwigshafen, Germany). In addition, an oxidizing agent, such as copper oxide, can be diluted (as a total mass or in finely divided form) with an inert, heat-conducting diluent, such as stainless steel granules. The diluent helps to prevent uncontrolled heating of the oxidizer layer by the heat given off by the exothermic reaction. One of the additional advantages of using finely dispersed oxidizing agents, such as the BASF oxidizing agents mentioned above, is to achieve higher yields in the reduction process than in the case of metal oxide in the form of a total mass (for example, CuO). In some embodiments, the oxidizing agent reduction step comprises supplying oxygen-containing gas through a reactor containing an oxidizing agent for reduction. For example, air or air may be used in combination with nitrogen gas.

За счет того, что содержащий кислород газ, используемый на стадии восстановления, не смешивается с газообразным водородом, в настоящем изобретении обеспечивается сведение к минимуму потенциальных угроз, создаваемых присущей газообразному водороду высокой взрываемостью.Due to the fact that the oxygen-containing gas used in the reduction step is not miscible with hydrogen gas, the present invention minimizes the potential threats posed by the high explosiveness inherent in hydrogen gas.

В некоторых вариантах осуществления металл, при растворении которого выделяется газообразный водород, содержит уран, необязательно в сочетании с одним или несколькими другими металлами, например, сплав урана и алюминия.In some embodiments, the metal, upon dissolution of which hydrogen gas is released, contains uranium, optionally in combination with one or more other metals, for example, an alloy of uranium and aluminum.

В некоторых вариантах осуществления реактор, содержащий окислитель, по меньшей мере частично погружен в ванну с окисью алюминия. Реактор необязательно полностью погружен в ванну с окисью алюминия.In some embodiments, the oxidizing agent containing reactor is at least partially immersed in an alumina bath. The reactor is optionally completely immersed in an aluminum oxide bath.

Термин "ванна с окисью алюминия" означает сосуд, содержащий определенное количество окиси алюминия (Al₂O₃), которая может использоваться в качестве средства регулирования температуры в погруженном в нее реакторе. Ванна может представлять собой преимущественно цилиндрический или имеющий кубическую форму контейнер. Наружные стенки ванны предпочтительно изготовлены из металла, например, нержавеющей стали или алюминия. Окись алюминия может служить внутренней облицовкой контейнера и образовывать полость, в которой может помещаться реактор.The term "bath with alumina" means a vessel containing a certain amount of alumina (Al ₂ O ₃ ), which can be used as a means of temperature control in a reactor immersed in it. The bath may be a predominantly cylindrical or cubic container. The outer walls of the bath are preferably made of metal, for example stainless steel or aluminum. Alumina can serve as the inner lining of the container and form a cavity in which the reactor can be placed.

В одном из частных вариантов осуществления ванна с окисью алюминия снабжена одним или несколькими необязательно внешними нагревательными элементами. Относительно высокая теплопроводность окиси алюминия позволяет теплу нагревательных элементов эффективно поступать в реактор, погруженный в ванну. Точно также, во время стадий высокоэкзотермичного преобразования H₂ и восстановления окись алюминия помогает отводить тепло от реактора и тем самым предотвращать его перегрев. Независимо от того, применяется ли ванна с окисью алюминия, как описано выше, реактор также (или в качестве альтернативы) может нагреваться одним или несколькими нагревательными элементами, находящимися в контакте с реактором. Нагревательные элементы (в контакте с реактором или относящиеся к ванне с окисью алюминия) могут представлять собой традиционные электрические нагревательные элементы.In one particular embodiment, the alumina bath is provided with one or more optional external heating elements. The relatively high thermal conductivity of alumina allows the heat of the heating elements to effectively enter the reactor immersed in the bath. Likewise, during the highly exothermic H ₂ conversion and reduction stages, alumina helps to remove heat from the reactor and thereby prevent it from overheating. Regardless of whether an alumina bath is used as described above, the reactor can also (or alternatively) be heated by one or more heating elements in contact with the reactor. The heating elements (in contact with the reactor or related to a bath with alumina) can be traditional electric heating elements.

Согласно второй особенности настоящего изобретения предложено устройство для осуществления способа согласно первой особенности, содержащее реактор с окислителем для окисления газообразного водорода с получением воды, при этом реактор по меньшей мере частично погружен в ванну с окисью алюминия.According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for implementing a method according to a first aspect, comprising an oxidizing reactor for oxidizing hydrogen gas to produce water, wherein the reactor is at least partially immersed in an aluminum oxide bath.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления ванна с окисью алюминия снабжена одним или несколькими нагревательными элементами. Нагревательные элементы предпочтительно расположены вне ванны с окисью алюминия.In one preferred embodiment, the alumina bath is provided with one or more heating elements. The heating elements are preferably located outside the aluminum oxide bath.

В некоторых вариантах осуществления окислителем является окись меди, такая как окись меди(II) в виде общей массы или в тонкодисперсном виде на поверхности инертного носителя, как в катализаторах Puristar® R3-11G и R3-17 компании BASF. Окислитель может быть разбавлен (в виде общей массы или в тонкодисперсном виде) инертным, теплопроводящим разбавителем, таким как гранулы нержавеющей стали.In some embodiments, the oxidizing agent is copper oxide, such as copper (II) oxide, in total or finely divided form on the surface of an inert support, as in BASF's Puristar® R3-11G and R3-17 catalysts. The oxidizing agent may be diluted (as a total mass or in finely divided form) with an inert, heat-conducting diluent, such as stainless steel granules.

Согласно третьей особенности настоящего изобретения предложено нагревательное устройство, содержащее ванну с окисью алюминия, которая снабжена одним или несколькими необязательно внешними нагревательными элементами, при этом ванна с окисью алюминия образует полость, в которой в процессе применения может помещаться сосуд для нагрева.According to a third aspect of the present invention, there is provided a heating device comprising an aluminum oxide bath which is provided with one or more optional external heating elements, wherein the aluminum oxide bath forms a cavity in which a heating vessel can be placed during use.

Согласно четвертой особенности настоящего изобретения предложен способ обработки газообразного водорода, выделяющегося при растворении металла кислотой или щелочью, включающий стадию подачи выделившегося газообразного водорода через реактор, содержащий окислитель для окисления газообразного водорода до образования воды, при этом окислитель содержит окись металла, которая находится в виде тонкой дисперсии на инертном носителе и/или разбавлена инертным теплопроводящим разбавителем. В одном из предпочтительных вариантов осуществления окись металла представляет собой окись меди, такую как окись меди(II). Более предпочтительно окись меди, которая находится в виде тонкой дисперсии на инертном носителе, представляет собой катализаторы Puristar® R3-11G и/или R3-17 компании BASF. Инертный разбавитель может содержать гранулы нержавеющей стали.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for treating hydrogen gas liberated by dissolving a metal with acid or alkali, comprising the step of supplying the liberated hydrogen gas through a reactor containing an oxidizing agent for oxidizing hydrogen gas to form water, wherein the oxidizing agent contains a metal oxide which is in the form of a thin dispersions on an inert carrier and / or diluted with an inert heat-conducting diluent. In one preferred embodiment, the metal oxide is copper oxide, such as copper (II) oxide. More preferably, the copper oxide, which is in the form of a fine dispersion on an inert support, is BASF's Puristar® R3-11G and / or R3-17 catalysts. An inert diluent may contain stainless steel granules.

Как упоминалось выше, выгода применения тонкодисперсного окислителя, такого как указанные продукты компании BASF, состоит в возможности осуществления реакции окислении при более низкой температуре (около 200°C). Если R3-11 может применяться при температурах 200°C или выше, R3-17 согласно указаниям изготовителя рассчитан на применение (в различных областях) при температурах не выше 100°C. Было обнаружено, что R3-17 может без ущерба для него применяться в способах согласно настоящему изобретению при температуре около 200°C.As mentioned above, the benefit of using a finely divided oxidizing agent, such as these BASF products, is that the oxidation reaction can take place at a lower temperature (about 200 ° C). If R3-11 can be used at temperatures of 200 ° C or higher, R3-17 according to the manufacturer's instructions is designed for use (in various fields) at temperatures not exceeding 100 ° C. It has been found that R3-17 can be used without prejudice to the methods of the present invention at a temperature of about 200 ° C.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает стадию восстановления окислителя согласно первой особенности настоящего изобретения.In some embodiments, the method further comprises the step of reducing the oxidizing agent according to a first aspect of the present invention.

Одной из дополнительных выгод применения тонкодисперсных окислителей является достижение в процессе восстановления более высоких выходов, чем в случае окиси металла в виде общей массы (например, CuO).One of the additional benefits of using finely dispersed oxidizing agents is to achieve higher yields in the recovery process than in the case of metal oxide in the form of a total mass (for example, CuO).

Изобретение будет подробнее описано далее лишь в качестве примера и со ссылкой на следующие чертежи, на которых:The invention will be described in more detail below only as an example and with reference to the following drawings, in which:

на фиг. 1 показана блок-схема одного из примеров способа получения Мо-99 согласно изобретению,in FIG. 1 shows a flowchart of one example of a method for producing Mo-99 according to the invention,

на фиг. 2 показана блок-схема теплообмена между нагревательным устройством ванны с окисью алюминия и реактором с окислителем для окисления газообразного водорода с получением воды, иin FIG. 2 shows a block diagram of heat exchange between an aluminum oxide bath heater and an oxidizing reactor for oxidizing hydrogen gas to produce water, and

на фиг. 3 показан схематический вид в разрезе устройства для осуществления способа согласно изобретению, в котором реакционный сосуд с окислителем (в данном случае CuO) нагревают непосредственно с помощью зажимов/поясов с электрическим нагревом.in FIG. 3 shows a schematic sectional view of an apparatus for carrying out the method according to the invention, in which a reaction vessel with an oxidizing agent (in this case CuO) is heated directly by means of clamps / belts with electric heating.

Как показано на фиг. 1, после растворения облучаемого целевого сплава урана и алюминия газообразный водород, выделяющийся в аппарате для растворения, поступает в медноокисный реактор, в котором газообразный водород окисляется до образования воды, а CuO преобразуется в Cu. После каждой стадии окисления (и до начала следующего цикла окисления) в медноокисный реактор подают поток содержащего воздух газообразного азота (N₂/воздух) для окисления Cu с целью восстановления CuO.As shown in FIG. 1, after dissolving the irradiated target alloy of uranium and aluminum, hydrogen gas released in the dissolution apparatus enters a copper oxide reactor in which hydrogen gas is oxidized to form water and CuO is converted to Cu. After each oxidation step (and before the start of the next oxidation cycle), a stream of nitrogen-containing air (N ₂ / air) is supplied to the copper oxide reactor to oxidize Cu to reduce CuO.

Медноокисный реактор может нагреваться с использованием нагревательного устройства согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 2. Такое нагревательное устройство способно улучшать теплообмен в процессе работы реактора. Медноокисный реактор может быть погружен в ванну с окисью алюминия, снабженную одним или несколькими внешними нагревательными элементами (смотри фиг. 2). Нагревательные элементы могут представлять собой один или несколько кожухов или рубашек вокруг ванны или нагревательную спираль. Нагревательные элементы предпочтительно являются электрическими. Ванна с окисью алюминия действует как теплообменник. Сначала ванна нагревает реактор до желаемой температуры (смотри "Пуск" на фиг. 2). Тем не менее, поскольку реакции преобразования Н₂ и окисления Cu являются высокоэкзотермичными, в ходе этих реакций ванна также действует как охладитель (исчерпание и восстановление заряда), предотвращающий перегрев реактора (смотри "Процесс" на фиг. 2). Когда в ходе реакции преобразования Н₂ выделяющегося тепла недостаточно для нагрева реактора до оптимальной рабочей температуры, нагревательная функция ванны возобновляется для поддержания температуры в реакторе в желаемом диапазоне (смотри "Пуск" на фиг. 2).The copper oxide reactor can be heated using the heating device according to the present invention, as shown in FIG. 2. Such a heating device is capable of improving heat transfer during reactor operation. The copper oxide reactor may be immersed in an aluminum oxide bath provided with one or more external heating elements (see FIG. 2). The heating elements may be one or more shrouds or shirts around the bathtub or a heating coil. The heating elements are preferably electric. An alumina bath acts as a heat exchanger. First, the bath heats the reactor to the desired temperature (see "Start" in Fig. 2). However, since the H ₂ conversion and Cu oxidation reactions are highly exothermic, during these reactions the bath also acts as a cooler (exhaustion and charge recovery) to prevent overheating of the reactor (see "Process" in Fig. 2). When the generated heat during the H ₂ conversion reaction is insufficient to heat the reactor to the optimum operating temperature, the heating function of the bath is resumed to maintain the temperature in the reactor in the desired range (see "Start" in Fig. 2).

В качестве альтернативы применению ванны с окисью алюминия, как показано на фиг. 2, реактор может нагреваться непосредственно с использованием одной или нескольких нагретых зажимов или поясов в контакте с реактором. На фиг. 3 в качестве иллюстрации показана такая конструкция с тремя нагревательными поясами. Следует учесть, что пояса могут представлять собой единый спиральный пояс, проходящий вдоль по меньшей мере части реактора. Как показано в левой части фиг. 3 (окисление Н₂), по первому трубопроводу подают образующийся в результате растворения металла газообразный Н₂, по которому он достигает дна реактора (как показано). Газ проходит через слой CuO и вступает с ним в реакцию, в результате которой образуется газообразная вода. Газообразная вода выходит через выпускной трубопровод, ведущий в направлении верха реактора (как показано). Как показано в правой части фиг. 3 (окисление Cu), по первому трубопроводу подают смесь воздуха и азота. Кислород воздуха вступает в реакцию с полностью или частично израсходованным слоем CuO и повторно окисляет содержащуюся в нем медь. Отработанный газообразный азот выходит из реактора через выпускной трубопровод.As an alternative to using an alumina bath, as shown in FIG. 2, the reactor can be heated directly using one or more heated clamps or belts in contact with the reactor. In FIG. 3 illustrates such a construction with three heating belts as an illustration. It should be noted that the belts may be a single spiral belt extending along at least a portion of the reactor. As shown on the left side of FIG. 3 (oxidation of H ₂ ), the gaseous H ₂ formed as a result of the dissolution of the metal is fed through the first pipeline, through which it reaches the bottom of the reactor (as shown). The gas passes through the CuO layer and reacts with it, as a result of which gaseous water is formed. Gaseous water exits through an exhaust line leading towards the top of the reactor (as shown). As shown on the right side of FIG. 3 (Cu oxidation), a mixture of air and nitrogen is supplied through the first pipe. Air oxygen reacts with a fully or partially consumed CuO layer and reoxidizes the copper contained in it. The spent nitrogen gas exits the reactor through an exhaust pipe.

Было осуществлено несколько циклов преобразования Н₂ и восстановления окислителя способом согласно изобретению. Циклы осуществлялись с использованием твердого алюминия в качестве целевого металла для растворения. Было осуществлено 20 циклов с растворением общего количества Al, эквивалентного свыше 200 целевых объектам U-Al. В экспериментальном испытании имитировалась существующая технологическая линия на предприятии по производству Мо-99. Число целевых объектов Al, растворенных в ходе каждого цикла, было эквивалентно максимальному количеству целевых объектов, допустимому на предприятии.Several cycles of H ₂ conversion and reduction of the oxidizing agent were carried out by the method according to the invention. The cycles were carried out using solid aluminum as the target metal for dissolution. It was carried out 20 cycles with the dissolution of the total amount of Al, equivalent to more than 200 targets of U-Al. In an experimental test, an existing production line was simulated at the Mo-99 manufacturing facility. The number of Al targets dissolved during each cycle was equivalent to the maximum number of targets allowed at the facility.

Начальная температура в медноокисной реакторе составляла 200°C. Максимальная температура в медноокисной реакторе во время реакций преобразования и восстановления находилась в пределах, считающихся в существующих технологиях приемлемыми для 75% удаления. Реактор нагревали непосредственно с использованием нагревательных элементов в виде окружающих реактор поясов. Количество CuO составляло около 11 кг. Кроме того, нижняя 1,5-кг часть слоя CuO была на 50% по весу разбавлена гранулами нержавеющей сталиThe initial temperature in the copper oxide reactor was 200 ° C. The maximum temperature in the copper oxide reactor during the conversion and reduction reactions was within the limits considered in existing technologies acceptable for 75% removal. The reactor was heated directly using heating elements in the form of belts surrounding the reactor. The amount of CuO was about 11 kg. In addition, the lower 1.5 kg portion of the CuO layer was 50% by weight diluted with stainless steel pellets

Средний показатель преобразования Н₂ на протяжении 20 циклов составлял >95%. Средний показатель восстановления слоя CuO на стадии восстановления составлял >90%.The average H ₂ conversion over 20 cycles was> 95%. The average recovery rate of the CuO layer at the reduction stage was> 90%.

Claims

1. The method of processing gaseous hydrogen released during dissolution of the metal by acid or alkali, characterized in that it includes the step of supplying the released hydrogen gas through a reactor containing an oxidizing agent for oxidizing hydrogen gas into water, and then the stage of reduction of the oxidizing agent, wherein the oxidizing agent is diluted with an inert diluent.

2. The method of claim 1, wherein the oxidizing agent reduction step is carried out after each oxidation step.

3. The method according to p. 1 or 2, in which the oxidizing agent contains a metal oxide in the form of a total mass or finely divided form on the surface of an inert carrier.

4. The method of claim 1, wherein the inert diluent comprises stainless steel granules.

5. The method of claim 1, wherein the oxidizing agent comprises copper oxide.

6. The method of claim 1, wherein the step of reducing the oxidizing agent comprises supplying oxygen-containing gas through a reactor containing the oxidizing agent for reduction.

7. The method of claim 1, wherein the metal, upon dissolution of which hydrogen gas is released, contains uranium.

8. The method according to p. 7, in which the metal is an alloy of uranium and aluminum.

9. The method according to p. 1, in which the reactor is at least partially immersed in a bath with aluminum oxide.

10. The method of claim 9, wherein the aluminum oxide bath is provided with one or more heating elements.

11. Device for implementing the method according to any one of paragraphs. 1-10, containing a reactor with an oxidizing agent for oxidizing gaseous hydrogen into water, wherein the reactor is at least partially immersed in an aluminum oxide bath.

12. The device according to claim 11, wherein the aluminum oxide bath is provided with one or more external heating elements.

13. The device according to p. 11, in which the oxidizing agent contains metal oxide in the form of a total mass or metal oxide in a finely divided form on the surface of an inert carrier.

14. The device according to claim 11, in which the inert diluent contains granules of stainless steel.

15. The device according to claim 11, in which the oxidizing agent contains copper oxide.

16. A method of treating hydrogen gas liberated by dissolving a metal with acid or alkali, characterized in that it comprises the step of supplying hydrogen gas liberating through a reactor containing an oxidizing agent for oxidizing hydrogen gas to water, wherein the oxidizing agent contains a metal oxide in the form of a fine dispersion on an inert carrier and / or diluted with an inert diluent.

17. The method of claim 16, further comprising the step of reducing the oxidizing agent.

18. The method according to p. 16 or 17, in which the metal oxide contains copper oxide.