TW426544B - Catalyst system, recombination device and method for recombining hydrogen with oxygen, in speciality use in nuclear power plant - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消*·合作社印装 426544 A7 B7五、發明説明（f ) 本發明η餱於一種催化μ糸統和一種使氫及/或一 化磺舆氧再化合之裝置，用一種金屬載η.其上塗佈以 第一和第二催化性贵金颺，特玥痼用於核電矇》本發明 亦N供於此種催化«糸統和此種再化合装置的操作方法β 在核《藤中在流失冷媒之干擾情況後将有大量的氳和 一氣化磺從安全貯槽中被釋出。迄今對安全貯槽之大氣 中氫之濃缠未有對策，其有可能形成一種可能煺炸之混 合物》若其後有意外黏燃時，最重要者是經大量氳氣的 燃燒，可能危及安全貯槽之整齷》 基於安全上的考谳而沒法將氫和一«化硪從安金貯榷 之大氣中利用與氣的再化合作用發展一種提早起動的再 化合裝置。此種裝置須在安全貯槽之大氣中在較畏的停 檝時間不失其主要的機能，而且在低的琛境粗度時，應 完全以被動方式起動，因為此裝置亦醮在低的琛境粗度 中之干擾情況中使用，干擾情況例如可在ΤΜΙ-干擾情況 中或以所導致僅為30^0和更低之璨境租度中藉通風裝置 之操作而産生β利用此種再化合裝置，必須含有某一數 目特別組成之催化劑条统，因為可以使氫即時被動地分 解，核電廠的安全可大大地被提离β ΕΡ0 527 368 Β1是一種己知之再化合裝置，其中備有 某一數量之催化劑糸統，為平板狀，其兩面塗佈有例如 鉑及/或耙之催化IW材料β此為待別適於在核《廠安金 貯槽大氣中使氫分解〇毎一催化_粂统包含一由精綱》 成之載Η,其兩面設有薄層，其厚度以撖米計，以待別 -3 - -------------f -裝------订-----A銶 *' * I * {請先Mt*背面之注意事項再填寫本頁) 各紙ft尺度適用中困國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐} 經濟部_央標準局貝工消费合作社印11 426544 A7 __B7__五、發明説明（> ) 之鉑及/或把《成*多籲此種被塗佈之載片配置於一容 器中而構成棋組。此容器從下方以卽將被控制之氣流通 入，且該氣流由容器上方經附設在輕面之出口離去。 須確定者為在每一供面上之精鋼Η完全設有單一金羼塗 層》此種再化合裝置特別提供作為在重大干擾情況之用 ，必須依安全貯槽大氣高於5 (TC之粗度計算e 就技術上言，尚有其他用於再化合目的之各種贵金屬 混合物已有記載（DE 36 04 416 Cl, EPO 304 536 Α2)β 在技術上已知用於再化合之裝置可以為了避免妨礙活 化而再附裝瀘具或置於封閉之容器之中而於急霈將被啓 開〇此等附加裝置也避免或降低催化劑的老化，然而卻 是离成本，棋雜而難應其他如地甚之箱求。 以上各項發明之問題是如何邂置以偁化劑条统為基礎 之再化合裝置，使能用在一氣流中，待別是在核霣廠， 先後實現其各項待性》也應提供操作此種条统或此種裝 置之方法〇發展應核特別輿在低粗以及對射毐化和附高 溫的挑戡相臑》 上述開於催化劑糸统之苘囲将根本發明予以解決， 載片以良導熱體製成，在其第一匾用第一催化資金屬而 在第二區用第二催化貴金靥塗佈，其間第一和第二S較 佳為在載Η之间一面。須注意者，載Η應具最小質量和 最小的熱容量。 所以在化合裝置中，第一和第二催化贵金屬的特性應 相互充份利用》 I. —IJI 裝 ϋ ~"訂 I —ur^ ^ * > (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中躅圃家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 426544 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明〇 ) 第二贵金厲之優良S擇是具有比第一貴金軀較低之反 應粗度及/或較高的催化活性；也應該存在有較离的濃 度》於是第二區成為一镰起動庙供引導再化合作用β較 佳之第一貴金屬也可以S择比第二貴金属較耐毒化者。 於是此催化爾条統在第二貴金屬因催化劑中毒而變為無 活性時依然能夠作用β 重要之具腥例，其第一貴金鵰為鉑而第二贵金屬較佳 為耙》此中鉑被蠹擇並認定其品質是因其良好之耐《度 性和催化两毒化之抗力而為最優β此外，用鉑作為第一 催化貴金屬除對氫外還可使一《化«再化合（成為二《 化磺同漾適於氲再化合之把對催化駕毒化具有比較 小的穩定性。因此也因可逆而被一氧化《毒化，因此不 應成為載Η的大面稂塗層。然而耙比鉑具優期者為其性 質對琛境溫度較少衝突。所以亦可認為，用鉑和把的多 金靨催化糸统主要是因對付較低的環塊粗度和£濃度， 嫌乎為低於3〇·〇和小於2容積％之氫β在催化_条統中 具有撖小質量的戰Η上塗有鉑和把的特別設罝具備互為 正面彩ΰ之情勢，使在核轚廠的配置上待別的化學和技 術餺求可以被一種如此之雙效能条统優異表現所«足β 逭些箱求歸結於一項早先鼴付低氫濃度而同時為較离溫 度和耐籌化的對策β 在繼鑛發展之後，載Η用一其他之催化層加上，待別 是包含網<cu)或氣化鎘（CuOh藉由逋項另加之催化層 ，在低溫的一氣化磺再化合可進一步改善。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙依尺度遑Λ t親*家》· "-'NS ) A4g ( 210X297公釐） 426544 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印輦 A7 B7五、發明説明（4 ) 載Η較佳由不皤精籣躲成，而Η之厚度為小於或等於 〇.2奄米。而且第一及/或第二催化貴金靥較佳為借助 —黏着中介層及/或一中間1投於載K上，样细情形出 自ΕΡ 0 5 27 9β8 81。《片匾以撖小的質Λ使具埘小的熱 容量》 亦為重量者，選擇第一封閉匾逋大於第二封閉區〇以 此方式第一催化貴金属之待性可以在功能上特別提高β 就實施之形式，其中特別利用鉑舆耙，是使所用第一贵 金屬之質量多於第二資金鼷質量之75%»利用此在載Η 躭地塗用之耙-£置將可得較离的密度（昍質置，如所說 明，鉑结質量之25%),鉑和耙和正面值化性質因而合併 ,使成為比兩貴金颶之單播性霣為優之雙功能值化条统》 對於一種簡單的處理，是用第一和第二貴金屬在載醱 片上塗上薄層檐成平面扳片。 對於再化合作用，將前述之催化两糸統置於一氣流中 ,其中含有氲及/或一《化硪以及氣β於是發生如此之 安排，使第一貴金属在笫一區中，氣流從此進入，而第 二貴金颶在第二區中，氣流從此離去，兩貴金屬即如此 塗於載Η上。R!於》和把之應用可作如是之表示：敏臧 的把-贵金屬集中在氣流進入部份之中較為有利，而附 籌化的鉑貴金羼一並非1成為貴金靥混合桷在网一金羼薄載 Η上，集中於氣流之下游部位β _由活性耙中心的离顯 撖密度，在此Ε域中一在使用更撤小質Μ之（熱赛量）之載 片時更佳一得以支持反動催化反鼴。此反窿能夠由金屬的 (请先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度逍用中國國家梯準（CNS ) Α4说格（210X297公釐） 經濟部中央樣準局負工消費合作社印製 426544 A7 B7 五、發明説明（5 ) 導性支持，例如利用具有良好傅熱性質的夾具·使在初 步再化合所發生的熱在純鉑匾傅输而反應能夠在此開始 。經由此化合作用，「老化效鼴」由於核電廠的大氣， 例如吸入破氫化合物和焊作蒸汽、浮質的充入等所引起 可以播得補在短的備用時間之後•無須«理具安全 重霣性的自動起動功能的損失超數年長久廠内作用（例 如五或十年因催化劑条统可免循琿更換，故安金性 必然提高，而且成本亦低。。 第二匾可以特別成為條條帶狀，大約為第一匾表面之 5至20% ,特別是小於10¾。 為求播得載片之最佳利用，其正面和莆面以同樣方式 塗佈。 根據另一較優的實施例，規斟在第二匾上設置一截夫 龍（Teflon)塗佈饜。快速啓動性，待別是在潮截琛境之 中，可以利用如此之限制性雄夫龍層以産生耙製條帶暫 時的忌水性質而獲得。然而雄夫龍塗層在超遇200以至 300 t：之高溫和遭受輻射時消失.而且用活性很小的廢 棄産物構成。因此較佳方式是只在用耙配製之條帶作有 限之塗佈，使僅少於10%之塗層被廑理。經由此種量的 界定可以避免鼷键性的毒化，同時基於上述的熱傳待性 能钩進一步改進快速啓»功能。 所述第二問題可依本發明利用一種再化合装置而予解 決，其特擞為利用至少一種先前説明技術中之催化劑条 統。較佳為提供一容器。也如一油屜，用以收容一或多 ----：---„--^--r--^ 裝-----—訂------( A r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家梯率（CNS 此格UU* W V f > 4 2654 4 f^TS：X'b :...¾ , A7 B7 鍍濟部中夬樣率為w Η消费合作杜印裝 五、發明説明（6 1 — 鲼前述技術之催化薄I糸统。 為執行有意義之實施例，以多II相同的催化剤糸统* 特別是相互平行•夾#於一鹤有良好専熱性能之夾具中 。夾具最好位於第二區，在其中存在有第二催化貴金颶。 在一再化合裝置中.較佳為將各箪獨相同構成之催化 劑集统以成形和施力予以裝組，相互平行在一金羼支架 或如上述之夾具中配置而成β個別催化削条统相互間 之距離應小於2公分，較佳約1公分。因為催化劑Η之 間的餍流流動狀況只經由對流而熱之傳输不足，所以催 化_片間之距離限制以上列之值為所預期。熱主要是由 輻射傳出。經施力組裝者是由施加大於〇*1公斤之力於 催化劑薄片一梅I與支架或夾具之另一細而成•在催化南 条统啓動之後，構成一直接導热迴路於郎接之片中。 為使冷卻的彩堪於遇遭保持極小.較佳在催化劑支架 和一外脯之間設一隔層，例如大於5毫米而不流通的隔 離空氣隙。據此再化合裝置之外間溫度也得以降低。因 此在較高的氫濃度之如8至10容稱％者可以避免彼黏燃 。這是因為反應溫度雖然較高而例如700 *C.在520 υ之 點燃溫度Τζ下限之外的外間溫度Ta仍可被保持。 與已知之其他催化劑条統比較，前述再化合裝置無箱 保護及/或活化裝置。 在此所說明者為氫和一氧化碩與氣再化合所用之再化 合裝置，描述之構造為同時有兩種催化性貴金R.較佳 者為鉑與耙，塗置於共间的金»良導除之載Η上，且 -8 - 1^1- In I (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格< 2丨ΟΧ297公釐〉 426544 A7 經濟部中央標準局負工消资合作社印製 五、發明説明（ 集中於各區上β在考廉及於板片撤小的熱容量（質置）以 及支架單元或夾具的適當導熱性質，在無其他增設裝置 之下，谋足各項功能： a)啓動於較低溫度，b)耐毒化和c)耐高溫。 本發明之實施例將以下列兩附圖作更詳細説明。 圖式簡單説明如下： 第1圖，甩於氪之一種再化合裝置，其偽以比較低 的溫度起動。 第2圖，在此種再化合裝置中多桓催化剤条统的平行 配置。· 在第1圈所描述之再化合装置是己知之ΕΡΟ 527 968 Β1 的幾何構形。其中備有一長方形箱2,在其下方為一値可 拉出的催化剤抽屜4可被推人。在第1圖中所示為已拉 出之位置。待再化合的氣流可以經由設於箱2底板區域 的進氣開口输入，如箭頭6所示。氣流從箱2上方區域 经由倒面出氣開口離去，如箭頭8所示。 抽屜4含有多數値從上方可放入的催化劑元件或催化 劑条统10。這些是相互平行放置，而且距離為小於或等 於2公分，例如為10毫米。每一催化劑条统之正面以及 背而均被分成兩區。其間上方第一區12用一第一催化貴 金驪13塗佈，而下方比較狹窄之第二區14用一第二催化 貴金靥15塗佈。12、14兩區是轾過催化劑塗佈於一薄（ 未單镝表示）的載片上，其為製自熱的良導體材料，如 精锎者所構成。第一區12包含缌面積之约90%,而第二 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS )八“見格（210Χ297公釐） ----.-----裝-- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本I)

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I 42654 4 一 :' ) 说6. 丨A7 ； 勒 ί : Β7 __I_____J . _. ->ίί . __ 五、發明説明（9 ) 晶體（<5 0埃）在各種加工步驟中被細分而固定，較佳之 步驟為熱處理。局部限定使耙以高密度設置得以逹成， 所以利用把晶體的撖细接近或利用鉑晶體的披胃使自動 進行的反應可被適當保護。催化劑糸統10較好具有小於 0 . 2毫米之厚度。 钯催化劑以條帶形（參考圖註14)而在前鎳上，或為條 帶形而在載Η下方三分之一集中，並面對流動方向塗加 。在限定位置的塗層面積大約少於10% ^從以耙為中心 外向，其偽以較低之溫度引發催化反應.啓動整個單Η 的反應。熱的傳輸在此待別安適指向共同的金屬支架24 ,26,以及指向揶近的鉑催化劑顆粒區域上的頼粒層。 由於鉑晶體發生的熱被鉑催化_降低活性的材料所解吸 ，使鉑催化劑的催化引發點實際上得以提早。 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 (請先聞讀背面之注意ί項再填寫本頁) 降低活性的材料將解吸以連鎖形態向整傾催化劑板面 傳播。在整傾催化劑板面開始之後.對比於鉑具有較小 溫度穩定性的钯催化劑先去活性（例如藉由C0的解吸）， 否刖鉑的活性在此將受影遒。完全去除耙催化尚活性之 作用為可諏節者，因此把成為犧牲性催化劑。如上所述 .在潮濕環境中，快速啓動性特別能夠利用以鐵夫龍在 鉑所設置條帶上作受限制的塗層而獲改善。 -11- 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 426544 A7 B7 五、發明説明（10 ) 參者符號表 2. ----箱 f 4 .....m 化 劑 抽 λΒ » 6 . …·箭 頭 * 8 .....m 頭 » 10. ——催 化 劑 条統， 12 .....m 區 * 14. ----第 二 區 > 20 .....& 牆 > 24 . ——固 定 板 > 28 ,30,32, 34 ,36 , 38 . 40. 42,44, 46 ..夾板 f 24,26.. 板 Η » 24,26 ....載片。 隔熱板， ----^-------f ‘裝------訂^------f 冰 ' - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印袋 12- 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS ) A4規格（？1U · 1

Claims (1)

1. 4 2 6 5 4d

   S9. 7L 六、申請專利範圍 第86112148號「特別適用於核電廠之可再化合氫和氧的催 化劑系統，再化合裝置和方法」專利案 (89年S月修正） Λ申請専利範圍： 1.—種催化劑系統（10)，用於使氫及/或一氧化碳與氧再 化合|所用之金屬性載片被塗佈以一種第一和第二催 化性貴金赝（13，15)，特別適用於核能電廠， 其特徵在於，載片以熱的良導體構成，且在第一區（12) 中用第一催化貴金屬（13)而在第二區（14)中用第二催化 貴金羼（15)。 2·如申請專利範圍第1項之催化劑系統（10)，其中塗佈， 其中第一及第二區（12，爲位於載片的同一側面。 3.如申請專利範圍第1項之催化劑系統（10)，其中第二 貴金屬（1S)具有比第一貴金屬（13)爲低之反應溫度。 4_如申請專利範圍第2項之催化劑系統（10>，其中第二 貴金届（15)具有比第一貴金屬（13)爲低之反應溫度· 5. 如申請專利範圍第1，2、3或4項之催化劑系統（1〇)， 其中第一貴金屬（13)比第二貴金屬（15)更耐毒性化。 6. 如申請專利範圍第卜2、3或4項之催化劑系統（1〇)， 其中第一貴金屬（13)是鉑。 7. 如申請專利範圍第1、2、3或4項之催化劑系統（1〇)， 其中第二貴金靥（15)是鈀。 8. 如申請專利範圍第1項之催化劑系統<10) ·其中載片 本紙張尺度適用t國國家搮準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 426544 μ C8 D8 々、申請專利範圍 設有另一催化性層。 9.如申請專利範圍第8項之催化劑系統（10)，其中該另 —催化性層包括銅（Cu)或氧化銅（CuO)。 10. 如申請專利範圍第1或第8項之催化劑系統（10)，其 中載片由一種不銹精鋼製成。 11. 如申請專利範圍第1、2、3或4項之催化劑系統（10)， 其中第一及/或第二催化貴金屬（13，15)藉助於一黏著 中介層及/或一中間層而塗佈於載片上。 12. 如申請專利範圍第1項之催化劑系統（10)，其中第一 區（12)遠大於第二區（14)。 13. 如申請專利範圍第1、2、3或4項之催化劑系統（10)， 其中第一貴金屬（13)之塗佈質量大於第二貴金颶（15)之 塗佈質量之75% » 14·如申請専利範圍第1或第8項之催化劑系統（10)，其 中載片是以平版製成· 15. 如申請專利範圍第1、2或12項之催化劑系統（10)， 其中此系統可將一含有氫及/或碳以及氧的氣流（6)排 出， 其中第一貴金屬（13)在面向氣流（6)之第一區（12)中 是塗佈在載片上，而第二貴金屬（15)在遠離氣流（6>之 第二區（14>中是塗佈在載片上· 16. 如申請專利範圍第1項之催化劑系統（1〇>，其中第二 ^紙張尺度適用中國國家標牵（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .-1^. 訂 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 26544 b C8 D8 六、申請專利範圍 區（14)爲一條帶狀，其形成第一區（12)面積之5至 20%。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17. 如申請專利範圍第1項之催化劑系統（1〇>，其中第二 垣（14)爲一條帶狀，其形成第一區（I2)面積之5至 10%。 18. 如申請專利範圍第1或第8項之催化劑系統（10)，其 中載片之正面與背面以相同方式被塗佈。 19·如申請專利範圍第1項之催化劑系統（10)，其中在第 二區（14)上設有一鐵夫龍（Teflon>塗層· 20. —種使氫及/或一氧化碳能與氧再化合之再化合裝置， 其特徴在於，至少有一根據申請專利範圍第1至19 項中任一項之催化劑系統（10)。 21. 如申請專利範圍第20項之再化合裝置，其中設有容器 (2，4)以便容納至少一個催化劑系統（10>。 22. 如申請專利範圍第20項之再化合裝置，其中多個同樣 形式的催化劑系統（10)特別是以相互平行之方式固定於 有良好導熱性之夾具（24)中》 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23. 如申請專利範圍第22項之再化合裝置，其中催化劑系 統（10)在其第二區（14)之區域中被固定於夾具（24，2 6) 中β 24. 如申請專利範圍第22項或23項之再化合裝置，其中夾 具（24，26>與外牆（20，22)連接。 25 ·如申請專利範圍第20至23項中任一項之再化合裝置， -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >六4«1格（210Χ297公釐） ABCD 426544 六、申請專利範圍 其中催化劑系統（10)經由隔熱層（28，30，32 : 34，36， 38)與外牆（20，22)連接。 26_如申請專利範圍第20至23項中任一項之再化合裝置， 其中多個相同的催化劑系統（1〇)安置於一抽屜（4)中。 27. 如申請專利範圍第26項之再化合裝置，其中催化劑系 統（1〇)是以平板狀構成，通常具有0.2毫米或更小之總 厚度，而面對面之距離小於20毫米。 28. 如申請專利範圍第27項之再化合裝置，其中該面對面 之距離是〇至10毫米（mm>。 29. —種催化劑系統或再化合裝置之操作方法，催化劑系統 是指申請專利範圍第1至19項中任一項所述者，再化 合裝置是指申請專利範圍第20至27項中任一項所述者， 本方法之特徵爲： 一可能含有氫及/或一氧化碳以及氧之氣流（6)被導 入第二區（14)中首先與第二催化貴金羼（15)接觸，然後 導入第一區（12)中而與第一催化貴金靥（13)接觸。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾串（CNS >八4说格（2丨0X297公釐）