WO2015080627A1 - Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации - Google Patents

Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации Download PDF

Info

Publication number
WO2015080627A1
WO2015080627A1 PCT/RU2014/000883 RU2014000883W WO2015080627A1 WO 2015080627 A1 WO2015080627 A1 WO 2015080627A1 RU 2014000883 W RU2014000883 W RU 2014000883W WO 2015080627 A1 WO2015080627 A1 WO 2015080627A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrogen
gas
afterburner
medium
gaseous medium
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000883
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Петр Никифорович МАРТЫНОВ
Радомир Шамильевич АСХАДУЛЛИН
Константин Дмитриевич ИВАНОВ
Саид-Али Сабирович НИЯЗОВ
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2013152258/07A external-priority patent/RU2550147C1/ru
Priority claimed from RU2013154534/07A external-priority patent/RU2554115C1/ru
Priority to EA201600209A priority Critical patent/EA038468B1/ru
Priority to CA2927142A priority patent/CA2927142C/en
Priority to US15/021,692 priority patent/US20160379723A1/en
Priority to CN201480050897.7A priority patent/CN105556613B/zh
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Priority to JP2016554167A priority patent/JP2016540236A/ja
Priority to KR1020167007242A priority patent/KR102008852B1/ko
Priority to UAA201602301A priority patent/UA118356C2/ru
Priority to EP14866478.2A priority patent/EP3076400A4/en
Publication of WO2015080627A1 publication Critical patent/WO2015080627A1/ru
Priority to ZA2016/01806A priority patent/ZA201601806B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/04—Means for suppressing fires ; Earthquake protection
    • G21C9/06—Means for preventing accumulation of explosives gases, e.g. recombiners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q11/00—Arrangement of catalytic igniters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to systems and devices for purifying a gaseous medium from hydrogen, in particular, to a hydrogen afterburner.
  • One of the tasks to ensure the safe operation of a nuclear reactor is to remove hydrogen gas from the gas circuits of the nuclear reactor, since the accumulation of hydrogen gas can lead to the formation of a dangerous concentration of hydrogen gas in the circuit, and this can cause undesirable interaction of hydrogen with structural materials, which leads to degradation of properties these materials (primarily protective oxide film on the outer surface of the circuit elements).
  • the accumulation of hydrogen in gas circuits creates the preconditions for the formation of explosive concentrations of hydrogen gas.
  • a device for the evolution of hydrogen from a hydrogen-containing gas mixture is known from RU2430876.
  • the operation of the devices of this scheme is based on the diffusion of hydrogen through a permeable membrane.
  • pure hydrogen is collected in the membrane cavity, and the rest of the working medium with a reduced hydrogen content is transferred to the outlet pipe.
  • This scheme has low efficiency when it is required to remove hydrogen gas from a gas mixture with a low hydrogen content, since it takes a long time for the diffusion of hydrogen through the membrane and large areas of the permeable membrane.
  • a device for removing hydrogen gas from a hydrogen-containing gas mixture is described in US6356613.
  • a gas mixture containing hydrogen gas is passed through a catalytic bag in which low-temperature oxidation of hydrogen gas to water takes place, the treated gas mixture is discharged outside the device.
  • the oxidation of hydrogen to water (water vapor) makes it possible to quickly and effectively remove hydrogen from gas circuits, since oxidized hydrogen (water, water vapor) can be easily removed from the gas circuit using a well-developed technology for drying gas environments.
  • the use of this device is only possible in a gaseous environment containing oxygen. When processing an oxygen-free gas medium, this device is not able to purify a hydrogen-containing oxygen-free gas medium from hydrogen gas.
  • Oxygen-free gas media are used in the gas circuits of the liquid metal coolant reactor and there is a need to develop effective means for removing hydrogen and similar gases from the oxygen-free gas medium of gas circuits.
  • the operation of nuclear reactor installations also requires the removal of hydrogen from the protective gas. It is possible to purify the protective gas from hydrogen using a hydrogen afterburner.
  • shielding gas When cleaning a gaseous medium (shielding gas) from hydrogen using such an afterburner, it is possible that the shielding gas is contaminated with impurities of copper or copper oxide. Such impurities can have a negative effect on the structural elements of the reactor installation, as well as on the coolant, for example, pollute it.
  • the resulting protective gas medium is saturated with water vapor, the concentration of which may exceed the permissible value.
  • the objective of the present invention is to obtain a hydrogen afterburner that will not contaminate the gaseous medium (for example, shielding gas) with impurities harmful to the structural elements of the reactor installation and / or coolant, in particular, lead-bismuth coolant.
  • An additional objective of the present invention is to increase the efficiency of the hydrogen afterburner.
  • Another additional objective of the present invention is to remove from the gas medium passing through the hydrogen afterburner in accordance with the present invention, water vapor generated by the afterburning of hydrogen.
  • the present invention also has the task of ensuring continuous operation of the system without the need for replacement / replenishment of the substance used for the afterburning of hydrogen.
  • the objective of the present invention is solved by using a hydrogen afterburner, which is part of a gaseous medium, consisting of a housing having openings for supplying and discharging a gaseous medium, and a filler containing bismuth oxide and / or lead oxide placed in the housing.
  • a hydrogen afterburner which is part of a gaseous medium, consisting of a housing having openings for supplying and discharging a gaseous medium, and a filler containing bismuth oxide and / or lead oxide placed in the housing.
  • bismuth oxide is Bi 2 0 3
  • the filler preferably has a granular form.
  • At least one reaction vessel in which the filler is placed can be placed in the afterburner housing.
  • a distribution pipe is also installed in the housing, extending from the opening for supplying a gas medium through at least one reaction vessel, the distribution pipe preferably having openings in the side walls at the points of passage through the reaction vessels.
  • at least one reaction vessel preferably has openings for supplying and discharging a gaseous medium.
  • the afterburner body may be equipped with a heater.
  • the housing has a bottom, covers and a side wall, and the hole for supplying a gas medium is made in the cover, and the hole for the vent of the gas medium is made in the bottom, and the heater is mounted on the side wall of the housing.
  • the objective of the present invention is also solved by using a hydrogen gas purification system comprising any of the above options of a hydrogen afterburner, a supply pipe connected to a hydrogen afterburner body with the possibility of supplying a gas medium to a hole for supplying a gas medium, a discharge pipe connected with a hydrogen burner body with the possibility of venting the gaseous medium from the hole for venting the gaseous medium, shutoff valves installed on the inlet pipe Gadfly to enable controlling the supply of gas medium comprising hydrogen, and a shut-off valve mounted on the supply line to providing management capabilities by feeding a gaseous medium containing oxygen.
  • the supply pipe may be provided with a heater.
  • the gaseous medium passed through the afterburner mainly includes an inert gas.
  • the system also includes a refrigerator and a condenser, wherein the hydrogen burner body and the refrigerator are connected by a discharge pipe to allow the gas medium to be removed from the gas outlet to the refrigerator and the condenser.
  • the system may include valves that are installed on the outlet pipe with the ability to control the removal of the gas medium.
  • a reactor installation is also intended to solve the problems of the present invention, having in its composition any of the above options for an afterburner of hydrogen or a system for purifying a gaseous medium from hydrogen according to any of the above options.
  • the reactor installation is nuclear, and the lead-bismuth coolant is preferably used as the heat carrier in it.
  • the solution of the problems of the present invention is directed to a method of repeated operation of a system for purifying a gaseous medium from hydrogen, having a hydrogen afterburner, consisting of a housing having openings for supplying and discharging a gas medium, and an oxygen-containing filler placed in the housing, a supply pipe connected to the hydrogen afterburner body with providing the possibility of supplying a gaseous medium to the outlet for supplying a gaseous medium, the outlet a pipeline connected to the body of the hydrogen burner with the possibility of venting the gaseous medium from the hole for venting the gaseous medium, shutoff valves installed on the supply pipe with the ability to control the flow of the gaseous medium containing hydrogen, and shutoff valves installed on the supply pipe with the possibility of control supply of a gaseous medium containing oxygen.
  • the method comprises the following steps: supplying a hydrogen medium containing hydrogen to the afterburner; stop the supply of a gas medium containing hydrogen to the hydrogen burner; supplying a gas medium containing oxygen to the hydrogen burner; stop the supply of a gas medium containing oxygen to the hydrogen burner.
  • a gaseous medium containing hydrogen is supplied to the hydrogen burner, the gaseous medium can be removed from the hydrogen burner.
  • the supplied gaseous medium containing oxygen can be held in the hydrogen burner, and after the end of the oxidation operation of bismuth and / or bismuth oxide, the gaseous medium containing or containing oxygen can be removed.
  • the oxygen-containing filler comprises metal oxide.
  • the metal oxide may be bismuth oxide BiO and / or Bi 2 0 3 and / or lead oxide.
  • the oxygen-containing filler preferably has a granular form.
  • At least one reaction vessel containing an oxygen-containing filler is preferably placed in the afterburner housing.
  • a distribution pipe may be installed in the afterburner body, passing from the hole for supplying a gaseous medium through at least one reaction vessel, the distribution pipe may have holes in the side walls at the points of passage through the reaction vessels.
  • At least one reaction vessel may also have openings for supplying and discharging a gaseous medium.
  • the housing may be equipped with a heater.
  • the housing has a bottom, covers and a side wall, and the hole for supplying a gaseous medium is made in the cover, and the hole for venting the gas medium is made in the bottom, and the heater is mounted on the side wall of the case.
  • the supply pipe may be provided with a heater.
  • the gaseous medium includes inert gas.
  • the system may additionally have a refrigerator and a condenser, moreover, the hydrogen afterburner body can be connected to the refrigerator using a discharge pipe, allowing the gas medium to be drained from the gas outlet to the refrigerator and the condenser.
  • the system comprises shutoff valves installed on the discharge pipe, with the possibility of controlling the removal of the gas medium.
  • the present invention it was possible to obtain a hydrogen afterburner and a gas medium purification system that provide such a technical result as the absence of contamination of the gas medium with impurities harmful to the structural elements of the reactor installation and / or coolant, in particular, lead-bismuth coolant. This improves the reliability of the design of the reactor in which such a hydrogen afterburner and / or gas purification system is used, and the safety of operation of such a reactor.
  • the present invention also provides a technical result, which consists in increasing the operating life of the gas purification system without the need for replacement / replenishment of the substance used for afterburning hydrogen, which reduces the consumption of the substance used for afterburning hydrogen, and eliminates the need for replacement / replenishment operations, which generally leads to lower operating costs both in terms of labor costs and in terms of financial costs.
  • the present invention also provided a technical result such as the removal from the gaseous medium passing through the hydrogen afterburner in accordance with the present invention of water vapor resulting from the afterburning of hydrogen.
  • This increases the reliability of the devices in which the gas medium is used, and also increases the service life of the gas medium itself, which reduces both the labor costs of replacing it and improves financial performance due to lower cash costs for the gas environment to be replaced.
  • FIG. 1 shows a hydrogen burner in accordance with the present invention with pipelines for supplying and discharging a gaseous medium and valves for controlling the inlet and outlet of a gaseous medium.
  • the present invention discloses an afterburner of hydrogen contained in a gaseous medium, preferably made using an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon and / or radon.
  • an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon and / or radon.
  • the use of an inert gas as the main component of the gaseous medium makes it possible to increase the efficiency of using an afterburner and to reduce the consumption of filler, since the afterburner will only burn impurities (in particular, hydrogen), and there will be no interaction with an inert gas due to the inert chemical properties of such gases.
  • the use of inert gas also reduces the impact on the afterburner structural elements, such as a housing, etc., which increases its service life and reduces maintenance costs.
  • the afterburner consists of a housing having openings for supplying and discharging a gaseous medium, and a filler containing bismuth oxide and / or lead oxide placed in the housing.
  • a filler containing bismuth oxide and / or lead oxide placed in the housing not in the form of an oxide, but, for example, in the form of a metal
  • this embodiment can also be considered as one of the forms of implementation of the present invention, since bismuth oxide can be easily obtained from bismuth metal, and from lead, lead oxide is passed through an afterburner of oxygen or a gaseous medium containing oxygen. Due to the use of metal, the filler can remain in concentrated form rather than evaporate into the gaseous medium.
  • metal that is part of the metal oxide various metals can be used to ensure the occurrence of reduction-oxidation reactions under given conditions, for example, copper.
  • a hydrogen afterburner as part of a lead-bismuth-filled nuclear reactor, it is preferable to use bismuth or lead (i.e., B12O3, BiO, or PbO oxides) as the metal.
  • a filler is placed in the afterburner housing, which in accordance with the invention is bismuth oxide and / or lead oxide. Due to the fact that bismuth and lead are heavier metals than copper, it is possible to reduce pollution of the gaseous medium passing through bismuth oxide and / or lead oxide, since heavier atoms and their compounds are less susceptible to entrainment by the gaseous medium.
  • an afterburner is used in a hydrogen gas purification system used, for example, in a lead-bismuth coolant nuclear reactor, the presence of bismuth or lead in a gas medium used, for example, as a protective gas, will not be considered as pollution for the heat carrier.
  • the coolant itself through the gas environment will also not contaminate the afterburner filler. All this allows to increase the service life of both the coolant and the afterburner filler.
  • the afterburner principle of operation is mainly based on the chemical reaction of partial reduction of bismuth oxide B12O3 to BiO with the formation of water vapor:
  • bismuth oxide instead of copper oxide itself increases the afterburning efficiency, however, the use of the partial reduction reaction of bismuth oxide allows one to further increase the afterburning efficiency. Accordingly, in the afterburner, it is preferable to have bismuth oxide Bi 2 0 3 rather than bismuth oxide BiO, since the presence of the first allows a partial reduction chemical reaction to take place, and in the presence of the second, a complete reduction reaction will take place to obtain bismuth in metallic form.
  • the hydrogen afterburner In order for the hydrogen afterburner to be used without replacing the reacted filler, it can be oxidized by replenishing the afterburner with oxygen according to the reaction
  • the operation of the hydrogen gas purification system is advantageously carried out in a repeating form in which the following operations are cyclically repeated:
  • a gaseous medium containing hydrogen is fed into the hydrogen burner (in this case, the gaseous medium that has reacted with the filler and contains water vapor is preferably removed from the hydrogen burner - this allows the gas to be supplied medium in continuous or continuous mode, which allows to increase the efficiency and speed of afterburning compared with the regime of alternate supply and removal of a gas medium with hydrogen);
  • the supplied gas medium with oxygen is kept in the afterburner, that is, it is not discharged - this allows to reduce the consumption of the gas medium with oxygen, increase its efficiency and reduce or prevent the effect of oxygen on equipment located further behind shutoff valves (valves) 9, for example on the refrigerator and / or condenser.
  • the gas medium containing or containing oxygen is mainly removed - this reduces the risk of direct interaction of oxygen residues in the gas medium with hydrogen present in the newly supplied gas medium, which may be explosive.
  • the described cycle operations can be repeated many times, which allows the same filler to be reused, which increases the afterburner life due to the lack of assembly-disassembly operations and reduces the labor and financial costs of replacing the filler.
  • the retention of the reduction reaction in a partial form is directed to the implementation of the filler in granular form, for example, in the form of balls. This helps prevent sintering of the filler and thereby increases the life of the filler.
  • the implementation of the filler in the form of granules ensures the manufacturability of the filler and the convenience of handling the filler at the stages of placement and extraction of filler from the afterburner body, which reduces labor costs and the cost of the afterburner as a whole, increases the convenience of performing afterburner maintenance.
  • the implementation of the filler in the form of granules provides a large area of interaction of bismuth oxide and hydrogen (oxygen), and therefore higher process efficiency, since the granular filler will have gaps between the granules between which the gas medium can flow - when the granules are made in a spherical shape these gaps will have the guaranteed and largest size.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a hydrogen gas purification system in accordance with the present invention, comprising a hydrogen afterburner with pipelines for supplying and discharging a gas medium and valves for controlling the supply and removal of a gas medium.
  • the hydrogen burner body shown in FIG. 1 consists of a side wall 1, a bottom 2 and a cover 3.
  • the body is made in the form of a product specially designed to perform its functions, however, the afterburner body can be represented by elements of the housings of other devices, for example, when the filler is placed in the interbody space of the devices included in the hydrogen gas purification system or reactor installation.
  • the afterburner body may be made of metal, composite, or polymeric materials providing sufficient mechanical strength, temperature stability, chemical neutrality to the gaseous medium and filler (bismuth oxide), and the absence or insignificance of emissions that can pollute the gaseous medium.
  • the housing is made using steel.
  • the housing is preferably sealed so that the gaseous medium entering through the supply opening exits only from the gas outlet. In this case, a more complete interaction of the gaseous medium with the filler and a more efficient afterburning of hydrogen, as well as the absence of leaks into the external environment are ensured, thereby increasing the safety of using the afterburner and reducing environmental pollution.
  • a hole for supplying a gaseous medium is made in the lid 3, a gaseous medium is supplied through the hole into the afterburner from a supply pipe 7 connected to the body of the hydrogen afterburner with the possibility of supplying a gaseous medium to the hole for supplying a gaseous medium for the implementation of the afterburning process.
  • a hole for exhausting a gaseous medium is made, through this hole a gaseous medium is discharged through an outlet pipe 8 connected to the hydrogen afterburner body to allow the gaseous medium to be drained from the outlet for exhausting a gaseous medium for the implementation of the afterburning process in the gas stream.
  • the openings are made in the lid and bottom of the casing and have a relatively small cross section, however, in other embodiments, the size of the openings can be much larger to the extent that there is no lid and bottom in the afterburner and the gas medium is introduced and discharged through the full cross section of the casing.
  • the housing also includes the scope of protection of the present invention.
  • the outlet may not be available, however, the afterburner performance will be reduced, since if there is a outlet, it will be possible to provide more efficient operation of the afterburner in the gas flow.
  • the discharge opening may be located adjacent to the supply opening, or different parts of the same opening may be used for supplying and discharging a gaseous medium — such an embodiment of the holes is also included in the protection scope of the present invention.
  • the inlet and outlet piping can be connected to the housing by welding or by any other method known in the art, providing sufficient mechanical, thermal and chemical strength, and also not polluting the gas environment or filler. Sufficiently tight connection of pipelines to the housing allows you to feed the gas medium into the afterburner without loss. Part of the pipelines or pipelines can be completely made in one piece with the body of the afterburner at the stage of manufacturing the body, for example, in the form of sections of pipes extending from the holes for connection with pipelines. Such options make it possible to simplify the connection of the afterburner with pipelines and are included in the scope of protection of the present invention.
  • shutoff valves 10 for controlling the supply of a gas medium containing hydrogen and shutoff valves 11 for controlling the supply of gas are installed on the supply pipe 7 oxygen containing medium.
  • On the outlet pipe 8 can be installed shutoff valves 9 to control the removal of the gas medium.
  • Shutoff valves 9-1 1 can be made, for example, in the form of gas valves and can be used to implement the above method of re-operating a hydrogen afterburner.
  • the supply pipe may include a tee (splitter) with which a pipe for supplying a gas medium with hydrogen and a pipe for supplying a gas medium with oxygen are connected (they can also be considered to be included in the supply pipe).
  • Shutoff valves 10 and 1 1 can be installed on the pipeline for supplying a gaseous medium with hydrogen and the pipeline for supplying a gaseous medium with oxygen, respectively.
  • the reinforcement 10 For the supply of a gas medium containing hydrogen, the reinforcement 10 must be open, and for the passage of the flow of the gas medium, the reinforcement 9 must also be open.
  • the valve 10 is closed.
  • the removal of the gaseous medium through the outlet pipe can be stopped at the same time or after the supply of the gaseous medium through the valve 10 is stopped by shutting off the shutoff valve 9.
  • the supply and discharge of the gaseous medium containing oxygen is preferably carried out through the shutoff valve 1 1, which must be open for this.
  • the shut-off valve 9 is closed at this time, however, such an option is also possible when the filler is oxidized in a through stream of a gas mixture with oxygen, for which the valve 9 must be open.
  • the valve 1 1 may be closed.
  • the oxygen-containing filler 5 may include oxygen compounds, for example, acids, oxides, peroxides, ozonides, and the like. preferably in solid or liquid form.
  • the oxygen-containing filler is made in the form of metal oxide, since in this form the oxygen-containing material has a predominantly solid form and, when the oxygen is consumed to burn hydrogen (reducing the metal entering the oxide), the reaction result also mainly has a solid form rather than a gas or liquid, which allows you to hold the filler in the housing without additional measures for the subsequent saturation of the filler with oxygen (in the case of metal oxide - oxidation of meth lla).
  • the filler in solid form simplifies handling, since in this case it can be made in the form of granules that can be easily moved, held and passed through itself gas environment.
  • the oxygen-containing filler may be in liquid form; in this case, additional measures will be required to ensure the reaction of the gaseous medium with the filler — for example, passing the gaseous medium through a liquid oxygen-containing filler.
  • Filler 5 in the form of bismuth oxide can be placed in the hydrogen burner body, for example, at its bottom 2, however, in an advantageous embodiment of the present invention, bismuth oxide 5, for example, in the form of granules, is placed in one or more reaction vessels (baskets) 4.
  • reaction vessels basics
  • This improves the manufacturability and maintenance of the afterburner, since at first the filler 5 can be placed in the reaction vessels 4, and the containers 4 can then be placed in the afterburner housing, which eliminates the need for more than three placing a filler-intensive operations directly inside the case.
  • the use of reaction tanks can improve the efficiency of the use of the volume of the housing by implementing several levels of placement of the filler.
  • a distribution pipe 12 is installed in the housing, passing from the hole for supplying a gas medium in the lid 3 through at least one reaction vessel 4.
  • the distribution pipe can supply the gas medium to the reaction vessel located behind that capacity, through which it passes, for supply, for example, from the end of the pipe, however, in a preferred embodiment, the distribution pipe has openings in the side walls at the points of passage through the reaction vessels, which allows to increase the efficiency of the gas medium by distributing it across all reaction vessels.
  • the distribution pipe may have an open hole from which the gas medium directly enters the lower reaction vessel, or passes to the bottom of the lower reaction vessel, where it can be plugged with the bottom of the vessel or a special plug, and the gas medium can enter the lower reaction vessel in case through the side openings in the distribution pipe.
  • This ensures a more complete passage of the gaseous medium through the reaction vessels and the filler, which increases the efficiency of the hydrogen afterburner, since the gaseous medium does not have the ability to go to the hole for venting the gaseous medium in addition to the filler without reacting with it.
  • the reaction vessels 4 preferably have openings for supplying and discharging a gaseous medium.
  • a distribution pipe 12 passes, as shown in FIG. 1, then the gaseous medium will most effectively pass through the filler, which will be located between the bottom elements of the tanks (in the upper tank, the filler will be located between the bottom of the tank and the afterburner cover), and exit through the side surfaces of the tanks, for example, to the periphery of the tanks 4 to the walls 1 case, from where it will go down to the hole for the removal of the gas medium in the bottom 2, as shown in FIG. 1. Shown in FIG.
  • the afterburner structure is optimal from the point of view of organizing the gas medium flow to increase the efficiency of hydrogen afterburning on the filler and to ensure the maximum possible uniformity in the conversion of the initial metal reserve and, if bismuth is used as the metal included in the oxide, the afterburner structure allows one to reduce or eliminate the BF conversion into metal Bi, retaining the reaction as part of the partial reduction of B12O3 to BiO.
  • This can be done by placing on the case, for example, on the side wall 1, a heater 6, consisting of one or more sections, as shown in FIG. 1.
  • the heater may be electric or in some other form.
  • the heated case will heat the gas medium and the filler will be heated by means of the heated gas medium and / or through the distribution pipe and reaction vessels.
  • the system for cleaning the gas medium from hydrogen can include, in addition to the hydrogen afterburner, a refrigerator, a condenser and a discharge pipe, connected to the hydrogen burner body and the refrigerator, with the possibility of venting the gaseous medium from the opening for venting the gaseous medium into the refrigerator and the condenser.
  • the gas medium is cooled and water vapor condenses in the condenser, and the gas medium freely leaves the refrigerator and condenser and can be reused for its intended purpose in a purified form.
  • the refrigerator can be made in conjunction with a condenser, or it can be two series-installed devices connected using a pipeline, which can be considered part of the outlet pipeline, or without using a pipeline.
  • the use of a refrigerator reduces the temperature of the gaseous medium, for example, after heating in the afterburner, to the operating temperature.
  • the described hydrogen afterburner and a hydrogen gas purification system comprising a hydrogen afterburner in accordance with the present invention can be used to purify hydrogen from a gas medium, for example, in a reactor installation that can be nuclear and in which it can be used as a coolant lead-bismuth coolant.
  • a hydrogen afterburner having bismuth oxide and / or lead oxide as a filler will ensure minimal contamination of the lead-bismuth coolant in such a nuclear reactor installation.
  • the present invention can also be presented as a device for removing hydrogen from oxygen-free gaseous media, capable of efficiently removing hydrogen gas through a chemical reaction of hydrogen oxidation to water, followed by its removal in the vapor-gas mixture, without the use of permeable membranes, ensuring the restoration of the properties of the device without it showdowns.
  • a device for removing gaseous hydrogen from oxygen-free gas environments contains a sealed heated case, a reaction chamber placed inside it, filled with a filler of an oxygen-containing material, a system for supplying a treated oxygen-free gas medium containing hydrogen to the reaction chamber, a system for removing the treated gas medium from the reaction chamber, and an oxidation reduction system properties of oxygen-containing material and a system for switching the operating modes of the device.
  • a permeable distribution manifold can be placed, in the quality of which a distribution pipe is used, and a reaction chamber enclosing the distribution pipe.
  • the reaction chamber has at least one perforated section with oxygen-containing material, and openings are made in the partition separating adjacent perforated sections.
  • the reaction chamber preferably has several perforated sections arranged one above the other, filled with granules of an oxygen-containing material, preferably bismuth oxide.
  • the reaction chamber is installed in the housing with a gap relative to its side wall, cover and / or bottom.
  • openings can be made in the side wall of the reaction chamber, which allow the perforated sections to be connected with an oxygen-containing material with a body cavity.
  • the size of the perforation preferably prevents the free exit of granules from solid bismuth oxides from sections of the reaction chamber.
  • the system for supplying the oxygen-free gas medium containing hydrogen to the reaction chamber contains an inlet pipe to which a permeable distribution manifold is connected on one side, and a supply pipe to the device for the oxygen-free gas medium containing hydrogen is connected on the opposite side.
  • the permeable distribution manifold is made in the form of a distribution pipe and a reaction chamber covering the distribution pipe.
  • a portion of the distribution pipe immersed in the reaction chamber (covered by the reaction chamber) is made with a perforated side wall, i.e. It has openings connecting the cavity of the distribution pipe with the internal cavities of the perforated sections with oxygen-containing material of the reaction chamber. At the bottom of the distribution pipe there is a plug that prevents the flow of the treated gas stream bypassing the reaction chamber.
  • the side wall of the reaction chamber is perforated. Perforation connects the cavity of the housing with the internal cavity of the sections of the reaction chamber. The sections are separated by partitions, which are also made with perforation. Perforation provides flow through the reaction chamber for the passage of a gaseous working fluid through it.
  • An inlet pipe for supplying a gas medium to the device is connected from above to a distribution pipe. Outside the housing, an oxygen-containing oxygen-free gas supply conduit and an oxygen-containing gas-supply conduit may be connected to the inlet pipe.
  • the system for evacuation of the treated gas from the reaction chamber may consist of an outlet pipeline for evacuation of the treated gas, connected to the device’s body, for evacuating from the device the reacted gas medium — the gas medium with water vapor generated in the reaction chamber during the interaction of gaseous hydrogen (methane and similar gases ) and oxygen in granules of an oxygen-containing filler.
  • the operation of the device is regulated by shut-off valves and a change in temperature of the heated case, for which an electric heater is located on the outer surface of the case.
  • the device comprises means for controlling its operation of the device, containing three shut-off valves.
  • the shut-off valve is installed in the pipeline of the hydrogen-containing oxygen-free gas supply system.
  • the second shut-off valve is installed in the pipeline of the oxygen-containing gas medium supply system.
  • a third stop valve is installed in the outlet pipe.
  • the shut-off valve 1 1 In the mode of removing hydrogen from an oxygen-free gas medium, the shut-off valve 1 1 is closed and the shut-off valves 10 and 9 are open.
  • the flow of the hydrogen-containing gas medium through the open shut-off valve 10 from the pipeline 7 is supplied to the distribution pipe and this gas flows through the perforation in the wall of the distribution pipe to the sections reaction chamber.
  • a hydrogen-containing gas stream flows around granules of an oxygen-containing material, preferably bismuth oxide, while hydrogen interacts with oxygen in bismuth oxide and is almost completely oxidized to form water vapor.
  • the gas mixture processed in the reaction chamber through the perforation in the wall of the reaction chamber enters the housing into the gap between the reaction chamber and the walls of the housing.
  • the treated gas mixture with water vapor is removed from the device through an open shutoff valve 9.
  • Water vapor can be easily removed from the treated gas medium by various means used to remove water vapor from the gases. If it is found that the oxygen-containing material in the reaction chamber has lost its activity, the oxidizing ability of the granules in the sections of the reaction chamber is restored by an oxygen-containing gas medium.
  • the shut-off valves 10 and 9 are closed and the shut-off valve 11 is opened.
  • An oxygen-containing gas medium is supplied to the device for removing hydrogen from oxygen-free gas media through a pipeline, the volume of the reaction chamber and the body is filled with an oxygen-containing gas medium, and the specified gas mixture is held in the body and the reaction chamber until the oxygen in it.
  • Oxygen interacts with the material of the granules, preferably bismuth, and oxidizes it to form bismuth oxide.
  • the residual oxygen-containing gas medium is removed, the device is put into the mode of hydrogen removal from an oxygen-free gas medium, and hydrogen removal is resumed.
  • granules of bismuth oxide (B12O3) are used as the oxygen-containing material.
  • a filler from a granular oxygen-containing material for removing gaseous hydrogen makes it possible to remove hydrogen from an oxygen-free gas medium by direct chemical oxidation of gaseous hydrogen on the surface of the granules, while providing a large contact surface of hydrogen gas with an oxygen-containing material, which ensures fast effective removal of hydrogen from the gas medium, even with the complete absence of oxygen in it.
  • the device provides restoration of the oxidizing properties of the granules by periodically exposing them to an oxygen-containing gas medium.
  • the control of the oxidation of hydrogen to water vapor can be carried out by any known means and within the framework of this application this control is not considered.
  • bismuth oxide granules eliminates contamination of the gaseous medium with extraneous elements, since bismuth is part of the liquid metal coolant of a nuclear reactor

Abstract

Раскрыт дожигатель водорода, входящего в состав газовой среды, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и наполнителя в форме оксида висмута и/или оксида свинца, размещенного в корпусе. Также раскрыта система очистки газовой среды от водорода, имеющая такой дожигатель водорода, и способ повторяющейся эксплуатации подобной системы. Дожигатель и система могут применяться в ядерной реакторной установке.

Description

СИСТЕМА ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ОТ ВОДОРОДА И СПОСОБ
ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и устройствам очистки газовой среды от водорода, в частности, к дожигателю водорода.
Уровень техники
Одной из задач проблемой обеспечения безопасной работы ядерного реактора является выведение из газовых контуров ядерного реактора газообразного водорода, поскольку накопление газообразного водорода может привести к образованию в контуре опасной концентрации газообразного водорода, а это может вызвать нежелательное взаимодействие водорода с конструкционными материалами, что приводит к деградации свойств этих материалов (прежде всего защитной оксидной пленки на внешней поверхности элементов контура). Кроме того накопление водорода в газовых контурах создает предпосылки к образованию взрывоопасных концентраций газообразного водорода.
Для выведения газообразного водорода из газового контура можно использовать различные средства
Из патента RU2430876 известно устройство для выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси. В основу работы устройств данной схемы положена диффузия водорода через проницаемую мембрану. В результате в замембранной полости собирается чистый водород, а остальная рабочая среда с уменьшенным содержанием водорода передается в выходной патрубок. Данная схема имеет низкую эффективность, когда требуется вывести газообразный водород из газовой смеси с низким содержанием водорода, так как требуется длительное время для диффузии водорода через мембрану и большие площади проницаемой мембраны.
Известно устройство для выведения газообразного водорода из водородсодержащей газовой смеси, описанное в патенте US6356613. В известном устройстве газовая смесь, содержащая газообразный водород пропускается через каталитический пакет, в котором происходит низкотемпературное окисление газообразного водорода до воды, обработанная газовая смесь выводится за пределы устройства. Окисление водорода до воды (водяного пара) дает возможность быстро и эффективно удалять водород из газовых контуров, так как окислившийся водород (вода, водяной пар) может быть легко удален из газового контура, используя хорошо отработанную технологию осушения газовых сред. Однако использование данного устройства возможно только в газовой среде, содержащей кислород. При обработке бескислородной газовой среды данное устройство не способно очистить водородсодержащую бескислородную газовую среду от газообразного водорода.
В газовых контурах реактора с жидкометаллическим теплоносителем используются бескислородные газовые среды и имеется необходимость в разработке эффективных средств для выведения водорода и подобных газов из бескислородной газовой среды газовых контуров.
Для поддержания требуемого примесного состава защитного газа (газовой среды), обычно представляющего собой инертный газ, при эксплуатации ядерных реакторных установок также требуется удаление из защитного газа водорода. Очистку защитного газа от водорода возможно осуществлять с помощью дожигателя водорода.
Из патента RU2253915 известен дожигатель водорода, имеющий в своем составе оксид меди и выполненный с возможностью пропускания через него потока инертного газа (газовой среды), содержащего водород. Водород на оксиде меди окисляется до воды, которая увлекается потоком инерционного газа.
При очистке газовой среды (защитного газа) от водорода с помощью такого дожигателя возможно загрязнение защитного газа примесями меди или оксида меди. Такие примеси могут оказывать негативное воздействие на конструктивные элементы реакторной установки, а также на теплоноситель, например, загрязнять его.
Ввиду того, что вода, образовавшаяся в результате окисления водорода на оксиде меди, не удаляется из потока газовой среды, результирующая защитная газовая среда насыщается водяными парами, концентрация которых может превысить допустимое значение.
Кроме того, поскольку дожигание водорода происходит во время реакции восстановления оксида меди до меди, то после того, как весь или эффективно используемый оксид меди будет в процессе эксплуатации дожигателя водорода восстановлен до меди, потребуется извлечение из дожигателя меди и размещение в нем новой порции оксида меди.
Также необходимо отметить относительно низкую эффективность дожигателя водорода на основе оксида меди. Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является получение дожигателя водорода, который не будет загрязнять газовую среду (например, защитный газ) примесями, вредными для конструктивных элементов реакторной установки и/или теплоносителя, в частности, свинцово-висмутового теплоносителя. Дополнительной задачей настоящего изобретения является повышение эффективности дожигателя водорода. Другой дополнительной задачей настоящего изобретения является удаление из газовой среды, прошедшей через дожигатель водорода в соответствии с настоящим изобретением, паров воды, образовавшихся в результате дожигания водорода.
Коме того, задачей настоящего изобретения является получение системы очистки газовой среды от водорода путем дожигания, которая не будет загрязнять газовую среду (например, защитный газ) примесями, вредными для конструктивных элементов реакторной установки и/или теплоносителя, в частности, свинцово- висмутового теплоносителя. Настоящее изобретение также имеет задачу, заключающаяся в обеспечении продолжительной эксплуатации системы без необходимости замены/пополнения вещества, используемого для дожигания водорода.
Задача настоящего изобретения решается с помощью дожигателя водорода, входящего в состав газовой среды, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и наполнителя, содержащего оксид висмута и/или оксид свинца, размещенного в корпусе. В одном из вариантов оксид висмута представляет собой Bi203, а наполнитель предпочтительно имеет гранулированную форму.
В корпусе дожигателя может быть размешена, по меньшей мере, одна реакционная емкость, в которой размещается наполнитель. В преимущественном варианте выполнения в корпусе также установлена распределительная труба, проходящая от отверстия для подвода газовой среды через, по меньшей мере, одну реакционную емкость, причем распределительная труба предпочтительно имеет отверстия в боковых стенках в местах прохождения через реакционные емкости. Кроме того, по меньшей мере, одна реакционная емкость преимущественно имеет отверстия для подвода и отвода газовой среды.
Корпус дожигателя может быть снабжен нагревателем. В предпочтительном варианте осуществления корпус имеет дно, крышки и боковую стенку, причем отверстие для подвода газовой среды выполнено в крышке, причем отверстие для отвода газовой среды выполнено в дне, а нагреватель установлен на боковой стенке корпуса.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью системы очистки газовой среды от водорода, имеющей в своем составе любой из вышеописанных вариантов дожигателя водорода, подводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности подачи газовой среды в отверстие для подвода газовой среды, отводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород.
Подводящий трубопровод может быть снабжен нагревателем. Газовая среда, пропускаемая через дожигатель, преимущественно включает в свой состав инертный газ.
В преимущественном варианте выполнения система имеет в своем составе также холодильник и конденсатор, причем корпус дожигателя водорода и холодильник соединены отводящим трубопроводом с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды в холодильник и конденсатор.
Система может содержать запорную арматуру, установленную на отводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления отводом газовой среды.
На решение задач настоящего изобретения направлена также реакторная установка, имеющая в своем составе любой из вышеописанных вариантов дожигателя водорода или систему очистки газовой среды от водорода по любому из вышеописанных вариантов. В преимущественном варианте осуществления реакторная установка является ядерной, а в качестве теплоносителя в ней предпочтительно используется свинцово-висмутовый теплоноситель.
На решение задач настоящего изобретения направлен способ повторяющейся эксплуатации системы очистки газовой среды от водорода, имеющей дожигатель водорода, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и кислородосодержащего наполнителя, размещенного в корпусе, подводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности подачи газовой среды в отверстие для подвода газовой среды, отводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород.
Способ содержит следующие шаги: подают в дожигатель водорода газовую среду, содержащую водород; прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей водород; подают в дожигатель водорода газовую среду, содержащую кислород; прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей кислород. При подаче в дожигатель водорода газовой среды, содержащей водород, могут осуществлять отвод из дожигателя водорода газовой среды. При подаче в дожигатель водорода газовой среды, содержащей кислород, поданную газовую среду, содержащую кислород, могут удерживать в дожигателе водорода, а после окончания операции окисления висмута и/или оксида висмута могут отводить газовую среду, содержащую или содержавшую кислород.
В преимущественном варианте осуществления кислородосодержащий наполнитель содержит оксид металла. Оксид металла может представлять собой оксид висмута BiO и/или Bi203 и/или оксид свинца. Кислородосодержащий наполнитель преимущественно имеет гранулированную форму.
В корпусе дожигателя предпочтительно размешена, по меньшей мере, одна реакционная емкость, в которой находится кислородосодержащий наполнитель. Кроме того, в корпусе дожигателя может быть установлена распределительная труба, проходящая от отверстия для подвода газовой среды через, по меньшей мере, одну реакционную емкость, причем распределительная труба может иметь отверстия в боковых стенках в местах прохождения через реакционные емкости. По меньшей мере, одна реакционная емкость также может иметь отверстия для подвода и отвода газовой среды.
Корпус может быть снабжен нагревателем. В предпочтительном варианте корпус имеет дно, крышки и боковую стенку, причем отверстие для подвода газовой среды выполнено в крышке, причем отверстие для отвода газовой среды выполнено в дне, а нагреватель установлен на боковой стенке корпуса. Подводящий трубопровод снабжен может быть нагревателем. В предпочтительном варианте газовая среда включает в свой состав инертный газ. Система дополнительно может иметь холодильник и конденсатор, причем, корпус дожигателя водорода может быть соединен с холодильником с помощью отводящего трубопровода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды в холодильник и конденсатор.
В преимущественном варианте система содержит запорную арматуру, установленную на отводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления отводом газовой среды.
Благодаря настоящему изобретению удалось получить дожигатель водорода и систему очистки газовой среды, которые обеспечивают такой технический результат, как отсутствие загрязнения газовой среды примесями, вредными для конструктивных элементов реакторной установки и/или теплоносителя, в частности, свинцово- висмутового теплоносителя. Это позволяет повысить надежность конструкции реактора, в котором используется такой дожигатель водорода и/или система очистки газа, и безопасность эксплуатации такого реактора.
Кроме того, благодаря настоящему изобретению удалось достигнуть такой технический результат, как повышение эффективности дожигателя водорода, что дает возможность снизить массо-габаритные характеристики дожигателя водорода и устройств, использующих его в своем составе, а также снизить стоимостные параметры.
Настоящее изобретение также обеспечивает технический результат, заключающийся в увеличении продолжительности эксплуатации системы очистки газовой среды без необходимости замены/пополнения вещества, используемого для дожигания водорода, что снижает расход вещества, используемого для дожигания водорода, и устраняет необходимость выполнения операций по замене/пополнению, что в целом приводит к снижению эксплуатационных затрат как в смысле трудовых затрат, так и в смысле финансовых расходов.
Настоящее изобретение обеспечило получение и такого технического результата, как удаление из газовой среды, прошедшей через дожигатель водорода в соответствии с настоящим изобретением, паров воды, образовавшихся в результате дожигания водорода. Это повышает надежность работы устройств, в которых применяется газовая среда, а также увеличивает срок службы самой газовой среды, что снижает как трудовые затраты на ее замену, так и улучшает финансовые показатели ввиду снижения денежных затрат на заменяемую газовую среду. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен дожигатель водорода в соответствии с настоящим изобретением с трубопроводами для подвода и отвода газовой среды и арматурой для управления подводом и отводом газовой среды.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение раскрывает дожигатель водорода, входящего в состав газовой среды, выполненной, предпочтительно, с использованием инертного газа, например, гелия, неона, аргона, криптона, ксенона и/или радона. Использование инертного газа в качестве основного компонента газовой среды позволяет повысить эффективность использования дожигателя и снизить расход наполнителя, так как дожигатель будет дожигать только примеси (в частности, водород), а взаимодействие с инертным газом будет отсутствовать в силу инертных химических свойств таких газов. Использование инертного газа также снижает воздействие на конструктивные элементы дожигателя, такие как корпус и т.п., что повышает срок его службы и снижает расходы на обслуживание.
Дожигатель состоит из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и наполнителя, содержащего оксид висмута и/или оксид свинца, размещенного в корпусе. В том случае, если в корпусе размещен висмут и/или свинец не в форме оксида, а например, в виде металла, то такое выполнение также может считаться одной из форм реализации настоящего изобретения, так как из металлического висмута может быть легко получен оксид висмута, а из свинца оксид свинца при пропускании через дожигатель кислорода или газовой среды, содержащей кислород. Благодаря применению металла наполнитель может оставаться в концентрированной форме, а не испаряться в газовую среду. В качестве металла, входящего в состав оксида металла, могут использоваться различные металлы, обеспечивающие протекание реакций восстановления-окисления в заданных условиях, например, медь. Однако в случае применения дожигателя водорода в составе ядерной реакторной установки со свинцово-висмутовым наполнителем, предпочтительно использование в качестве металла висмута или свинца (то есть оксидов В12О3, BiO или РЬО).
В корпусе дожигателя размещен наполнитель, который в соответствии с изобретением представляет собой оксид висмута и/или оксид свинца. Благодаря тому, что висмут и свинец являются более тяжелыми металлами, чем медь, удается снизить загрязнение газовой среды, проходящей через оксид висмута и/или оксид свинца, так как более тяжелые атомы и их соединения меньше подвержены уносу газовой средой. Кроме того, в случае применения дожигателя в системе очистки газовой среды от водорода, применяемой, например, в ядерном реакторе со свинцово-висмутовым теплоносителем, наличие висмута или свинца в газовой среде, используемой, например, в качестве защитного газа, не будет восприниматься в качестве загрязнения для теплоносителя. Кроме того, сам теплоноситель через газовую среду также не будет загрязнять наполнитель дожигателя. Все это позволяет повысить срок службы как теплоносителя, так и наполнителя дожигателя.
Принцип действия дожигателя преимущественно основан на химической реакции частичного восстановления оксида висмута В12О3 до BiO с образованием паров воды:
В12О3 + Н2 -» 2ВЮ + Н20.
Применение оксида висмута вместо оксида меди само по себе повышает эффективность дожигания, однако применение реакции частичного восстановления оксида висмута позволяет дополнительно повысить эффективность дожигания. Соответственно, в дожигателе предпочтительно наличие оксида висмута Bi203, а не оксида висмута BiO, так как наличие первого позволяет осуществлять химическую реакцию частичного восстановление, а при наличии второго будет происходить реакция полного восстановления с получением висмута в металлической форме.
Для того, чтобы дожигатель водорода можно было использовать без замены прореагировавшего наполнителя, он может быть окислен путем подпитки дожигателя кислородом по реакции
2ВЮ + 0,5О2 -> В12О3.
Это позволяет обеспечить практическую обратимость процесса и, следовательно, высокий ресурс работы дожигателя без замены оксидного наполнителя. Если был получен чистый висмут Bi, то при реакции с кислородом будет получен сначала оксид BiO, а затем оксид В12О3.
В соответствии с настоящим изобретением эксплуатация системы очистки газовой среды от водорода преимущественно осуществляется в повторяющейся форме, при которой циклически повторяют следующие операции:
- подают в дожигатель водорода газовую среду, содержащую водород (при этом предпочтительно отводят из дожигателя водорода газовую среду, прореагировавшую с наполнителем и содержащую пары воды - это позволяет осуществлять подачу газовой среды в продолжительном или непрерывном режиме, что позволяет повысить эффективность и скорость дожигания по сравнению с режимом попеременных подачи- отвода газовой среды с водородом);
- прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей водород, это может происходить, например, когда будет определено снижение эффективности дожигания водорода или по расписанию выполнения работ по приведению дожигателя в рабочее состояние;
- для приведения наполнителя в рабочее состояние, то есть для окисления наполнителя, в дожигатель водорода подают газовую среду, содержащую кислород;
- прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей кислород.
В предпочтительном варианте подаваемую газовую среду с кислородом удерживают в дожигателе, то есть не отводят - это позволяет снизить расход газовой среды с кислородом, повысить эффективность ее применения и уменьшить или предотвратить воздействие кислорода на оборудование, находящееся далее за запорной арматурой (вентилем) 9, например, на холодильник и/или конденсатор. После окончания операции окисления наполнителя, который может представлять собой висмут и/или оксида висмута, газовую среду, содержащую или содержавшую кислород, преимущественно отводят - это позволяет снизить риск прямого взаимодействия остатков кислорода в газовой среде с водородом, имеющимся во вновь подаваемой газовой среде, которое может быть взрывоопасным.
Описанные операции цикла могут повторяться значительно число раз, что позволяет многократно использовать один и тот же наполнитель, что повышает срок службы дожигателя ввиду отсутствия операций сборки-разборки и снижает трудовые и финансовые затраты на замену наполнителя.
Применение подобного цикла также упрощает задачу обеспечения протекания в дожигателе более эффективной реакции частичного восстановления, описанной выше, так как при достижении концентрации оксида висмута BiO в наполнителе определенной величины может быть осуществлена операция его окисления до первоначальной формы оксида Bi203, предотвращая осуществление операции полного восстановления оксида BiO до висмута в виде металла Bi.
На удержание реакции восстановления в частичной форме, обеспечивающей более высокую эффективность, направлено выполнение наполнителя в гранулированной форме, например, в виде шариков. Это позволяет предотвратить спекание наполнителя и, тем самым, повышает срок эксплуатации наполнителя. Выполнение наполнителя в виде гранул обеспечивает технологичность изготовления наполнителя и удобство обращения с наполнителем на этапах размещения и извлечения наполнителя из корпуса дожигателя, что снижает затраты труда и стоимость дожигателя в целом, повышает удобство осуществления работ по обслуживанию дожигателя. Кроме того, выполнение наполнителя в виде гранул обеспечивает большую площадь взаимодействия оксида висмута и водорода (кислорода), а значит и более высокую эффективность процесса, поскольку гранулированный наполнитель будет иметь зазоры между гранулами, между которыми может протекать газовая среда - при выполнении гранул в шарообразной форме эти зазоры будут иметь гарантированный и наибольший размер.
На фиг. 1 представлен предпочтительный вариант выполнения системы очистки газовой среды от водорода в соответствии с настоящим изобретением, имеющей в своем составе дожигатель водорода с трубопроводами для подвода и отвода газовой среды и арматурой для управления подводом и отводом газовой среды.
Корпус дожигателя водорода, показанного на фиг. 1 , состоит из боковой стенки 1 , дна 2 и крышки 3. В показанном на фиг. 1 варианте осуществления дожигателя корпус выполнен в виде специально предназначенного для выполнения своих функций изделия, однако корпус дожигателя может быть представлен элементами корпусов других устройств, например, при размещении наполнителя в межкорпусном пространстве устройств, входящих в состав системы очистки газовой среды от водорода или реакторной установки.
Корпус дожигателя может быть выполнен из металлических, композитных или полимерных материалов, обеспечивающих достаточную механическую прочность, температурную устойчивость, химическую нейтральность к газовой среде и наполнителю (оксиду висмута) и отсутствие или незначительность выделений, которые могут загрязнять газовую среду. В предпочтительном варианте корпус выполнен с использованием стали. Корпус преимущественно выполнен герметичным для того, чтобы газовая среда, поступающая через отверстие для подвода, выходила только из отверстия для отвода газовой среды. В этом случае обеспечивается более полное взаимодействие газовой среды с наполнителем и более эффективное дожигание водорода, а также отсутствие утечек во внешнюю среду, благодаря чему повышается безопасность использования дожигателя и снижается загрязнение окружающей среды. В крышке 3 выполнено отверстие для подвода газовой среды, через это отверстие внутрь дожигателя подается газовая среда из подводящего трубопровода 7, соединенного с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности подачи газовой среды в отверстие для подвода газовой среды для реализации процесса дожигания. В дне 2 выполнено отверстие для отвода газовой среды, через это отверстие из дожигателя отводится газовая среда через отводящий трубопровод 8, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды для реализации процесса дожигания в проходном потоке газовой среды.
Показанные на фиг. 1 отверстия выполнены в крышке и дне корпуса и имеют относительно малое поперечное сечение, однако в других вариантах размеры отверстий могут быть значительно больше вплоть до того, что в дожигателе отсутствуют крышка и дно и газовая среда подводится и отводится через полное поперечное сечение корпуса. Такой вариант выполнения корпуса также входит объем защиты настоящего изобретения. В некоторых вариантах отводящее отверстие может отсутствовать, однако при этом снижается эффективность работы дожигателя, поскольку при наличии отводящего отверстия удается обеспечить более эффективную работу дожигателя в проходном потоке газовой среды. В других вариантах отводящее отверстие может быть расположено рядом с подводящим отверстием или разные части одного отверстия могут применяться для подвода и отвода газовой среды - такой вариант выполнения отверстий также входит в объем защиты настоящего изобретения.
Подводящий и отводящий трубопровод могут быть присоединены к корпусу сваркой или любым другим известным из уровня техники способом, обеспечивающим достаточную механическую, тепловую и химическую прочность, а также не загрязняющим газовую среду или наполнитель. Достаточно герметичное присоединение трубопроводов к корпусу позволяет подавать газовую среду в дожигатель без потерь. Часть трубопроводов или трубопроводы полностью могут быть выполнены в виде единого целого с корпусом дожигателя на стадии изготовления корпуса, например, в виде участков труб, отходящих от отверстий, для соединения с трубопроводами. Такие варианты позволяют упростить соединение дожигателя с трубопроводами и входят в объем защиты настоящего изобретения.
В показанном на фиг. 1 варианте осуществления изобретения на подводящем трубопроводе 7 установлена запорная арматура 10 для управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорная арматура 11 для управления подачей газовой среды, содержащей кислород. На отводящем трубопроводе 8 может быть установлена запорная арматура 9 для управления отводом газовой среды. Запорная арматура 9-1 1 может быть выполнена, например, в виде газовых вентилей и может использоваться для реализации вышеописанного способа повторной эксплуатации дожигателя водорода. Подводящий трубопровод может иметь в своем составе тройник (разветвитель), с которым соединены трубопровод для подвода газовой среды с водородом и трубопровод для подвода газовой среды с кислородом (они также могу считаться входящими в подводящий трубопровод). Запорная арматура 10 и 1 1 может быть установлена на трубопроводе для подвода газовой среды с водородом и трубопроводе для подвода газовой среды с кислородом, соответственно.
Для подвода газовой среды, содержащей водород, арматура 10 должна быть открыта, а для реализации проходного режима протекания газовой среды арматура 9 также должна быть открыта. Для прекращения подвода газовой среды, содержащей водород, арматуру 10 закрывают. Отвод газовой среды через отводящий трубопровод может быть прекращен одновременно или после прекращения подвода газовой среды через арматуру 10 путем перекрытия запорной арматуры 9. Подача и отвод газовой среды, содержащей кислород, предпочтительно осуществляются через запорную арматуру 1 1 , которая должна быть для этого открыта. Запорная арматура 9 в это время закрыта, однако возможен и такой вариант, когда окисление наполнителя осуществляют в проходном потоке газовой смеси с кислородом, для чего арматура 9 должна быть открыта. После прекращения подачи газовой среды с кислородом или после ее отвода арматура 1 1 может быть закрыта.
Кислородосодержащий наполнитель 5 может иметь в своем составе соединения кислорода, например, кислоты, оксиды, пероксиды, озониды и т.п. предпочтительно в твердой или жидкой форме. В преимущественном варианте осуществления кислородосодержащий наполнитель выполнен в виде оксида металла, поскольку в такой форме кислородосодержащий материал имеет преимущественно твердую форму и при расходе кислорода на дожигание водорода (восстановлении металла, входящего в оксид) результат реакции также в основном имеет твердую форму, а не газовую или жидкую, что позволяет удерживать наполнитель в корпусе без применения дополнительных мер для последующего насыщения наполнителя кислородом (в случае оксида металла - окисления металла). Кроме того, наполнитель в твердой форме упрощает обращение с ним, поскольку в таком случае он может быть выполнен в виде гранул, которые могут легко перемещаться, удерживаться и пропускать через себя газовую среду. В то же время кислородосодержащий наполнитель может иметь жидкую форму; в этом случае потребуются дополнительные меры по обеспечению реагирования газовой среды с наполнителем - например, пропускание газовой среды через жидкий кислородосодержащий наполнитель.
Наполнитель 5 в виде оксида висмута может быть размещен в корпусе дожигателя водорода, например, на его дне 2, однако в преимущественном варианте выполнения настоящего изобретения оксид 5 висмута, например, в форме гранул, размещается в одной или более реакционных емкостях (корзинах) 4. Это позволяет повысить технологичность изготовления и обслуживания дожигателя, так как сначала наполнитель 5 может размещаться в реакционных емкостях 4, а емкости 4 затем могут размещаться в корпусе дожигателя, что устраняет необходимость выполнения более трудоемкой операции размещения наполнителя непосредственно внутри корпуса. Кроме того, применение реакционных емкостей позволяет повысить эффективность использования объема корпуса путем реализации нескольких уровней размещения наполнителя.
Как показано на фиг. 1 , в преимущественном варианте выполнения дожигателя в корпусе установлена распределительная труба 12, проходящая от отверстия для подвода газовой среды в крышке 3 через, по меньшей мере, одну реакционную емкость 4. Распределительная труба может подводить газовую среду к реакционной емкости, находящейся за той емкостью, через которою она проходит, для подачи, например, из конца трубы, однако в предпочтительном варианте распределительная труба имеет отверстия в боковых стенках в местах прохождения через реакционные емкости, что позволяет повысить эффективность подачи газовой среды путем ее распределения по всем реакционным емкостям.
При наличии нескольких уровней реакционных емкостей, как показано на фиг.
1 , распределительная труба может иметь открытое отверстие, из которого газовая среда непосредственно поступает в нижнюю реакционную емкость, или проходит до дна нижней реакционной емкости, где она может быть заглушена дном емкости или специальной заглушкой, а газовая среда может поступать в нижнюю реакционную емкость в таком случае через боковые отверстия в распределительной трубе. Благодаря этому обеспечивается более полное прохождение газовой среды через реакционные емкости и наполнитель, в результате чего повышается эффективность дожигателя водорода, так как газовая среда не имеет возможности походить к отверстию для отвода газовой среды помимо наполнителя, не прореагировав с ним. Реакционные емкости 4 преимущественно имеют отверстия для подвода и отвода газовой среды. В том случае, если емкости 4 расположены в несколько уровней и через них, например, в центре емкостей, проходит распределительная труба 12, как это показано на фиг. 1 , то газовая среда будет наиболее эффективно проходить через наполнитель, который будет располагаться между донными элементами емкостей (в верхней емкости наполнитель будет располагаться между дном емкости и крышкой дожигателя), и выходить через боковые поверхности емкостей, например, на периферию емкостей 4 к стенкам 1 корпуса, откуда будет спускаться к отверстию для отвода газовой среды в дне 2, как это показано на фиг. 1. Показанная на фиг. 1 структура дожигателя оптимальна с точки зрения организации потока газовой среды для повышения эффективности дожигания водорода на наполнителе и обеспечения максимально возможной равномерности превращения исходного запаса металла и в случае использования в качестве металла, входящего в оксид, висмута, структура дожигателя позволяет уменьшать или исключать превращение ВЮ в металлический Bi, удерживая реакцию в рамках частичного восстановления В12О3 до BiO.
Дополнительно повысить эффективность дожигания водорода возможно путем повышения температуры газовой среды и/или наполнителя и/или реакционных емкостей и/или корпуса вплоть до 500°С. Это может быть сделано путем размещения на корпусе, например, на боковой стенке 1 , нагревателя 6, состоящего из одной или более секций, как это показано на фиг. 1. Нагреватель может быть электрическим или в другой форме. Нагретый корпус будет нагревать газовую среду и посредством нагретой газовой среды и/или через распределительную трубу и реакционные емкости будет нагреваться наполнитель.
В некоторых случаях может быть полезно установить нагревать на подводящий трубопровод для предварительного нагрева газовой среды, подаваемой в корпус дожигателя - это позволит подавать газовую среду уже нагретой, что будет означать отсутствие необходимости нагрева газа внутри корпуса, в результате чего дожигание водорода может начинаться сразу же после подачи газовой среды в корпус к наполнителю, что повышает эффективность дожигателя.
В результате дожигания водорода происходит образование паров воды, которые в составе газовой среды выводятся из дожигателя. Пары воды в некоторых случая могут быть нежелательными примесями и необходима очистка газовой среды от них. Для этого система очистки газовой среды от водорода может иметь в своем составе, помимо дожигателя водорода, холодильник, конденсатор и отводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода и холодильником с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды в холодильник и конденсатор. В холодильнике происходит охлаждение газовой среды и водяные пары конденсируются в конденсаторе, а газовая среды беспрепятственно выходит из холодильника и конденсатора и может вновь использоваться по назначению в очищенном виде. Холодильник может быть выполнен совместно с конденсатором или это могут быть два последовательно установленных устройства соединенных с помощью трубопровода, который может считаться частью отводящего трубопровода, или без использования трубопровода. Помимо дополнительной очистки газовой среды от паров воды применение холодильника позволяет снизить температуру газовой среды, например, после нагрева в дожигателе, до рабочей температуры.
Описанные дожигатель водорода и система очистки газовой среды от водорода, имеющая в своем составе дожигатель водорода, в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для очистки газовой среды от водорода, например, в реакторной установке, которая может быть ядерной и в которой в качестве теплоносителя может использоваться свинцово-висмутовый теплоноситель. Применение дожигателя водорода, имеющего в качестве наполнителя оксид висмута и/или оксид свинца, обеспечит минимальное загрязнение свинцово-висмутового теплоносителя в такой ядерной реакторной установке.
Настоящее изобретение также может быть представлено как устройство для выведения водорода из бескислородных газовых сред, способного эффективно выводить газообразный водород, за счет химической реакции окисления водорода до воды с последующим выведением его в составе парогазовой смеси, без использования проницаемых мембран с обеспечением восстановления свойств устройства без его разборки.
Устройство удаления газообразного водорода из бескислородных газовых сред содержит герметичный обогреваемый корпус, размещенную внутри него реакционную камеру, заполненную наполнителем из кислородсодержащего материала, систему подвода в реакционную камеру обрабатываемой бескислородной газовой среды, содержащей водород, систему отвода обработанной газовой среды из реакционной камеры, систему восстановления окислительных свойств кислородсодержащего материала и систему переключения режимов работы устройства. Внутри корпуса могут быть размещены распределительный проницаемый коллектор, в качестве которого используется распределительный трубопровод, и реакционная камера, охватывающая распределительный трубопровод.
При этом реакционная камера имеет, по меньшей мере, одну перфорированную секцию с кислородсодержащим материалом, а в перегородке, разделяющей смежные перфорированные секции, выполнены отверстия. Реакционная камера преимущественно имеет несколько расположенных друг над другом перфорированных секций, заполненных гранулами из кислородсодержащего материала, предпочтительно, из оксида висмута. Реакционная камера установлена в корпусе с зазором относительно его боковой стенки, крышки и/или днища.
При этом в боковой стенке реакционной камеры могут быть выполнены отверстия, обеспечивающие соединение перфорированных секций с кислородсодержащим материалом с полостью корпуса. Размеры перфорации предпочтительно предотвращают свободный выход гранул из твердых оксидов висмута из секций реакционной камеры.
При этом система подвода в реакционную камеру обрабатываемой бескислородной газовой среды, содержащей водород, содержит входной патрубок, к которому с одной стороны подсоединен распределительный проницаемый коллектор, а с противоположной стороны подсоединен трубопровод подачи в устройство обрабатываемой бескислородной газовой среды, содержащей водород.
При этом распределительный проницаемый коллектор выполнен в виде распределительного трубопровода и реакционной камеры, охватывающей распределительный трубопровод.
Участок распределительного трубопровода, погруженный в реакционную камеру (охватываемый реакционной камерой), выполнен с перфорированной боковой стенкой, т.е. имеет отверстия соединяющие полость распределительного трубопровода с внутренними полостями перфорированных секций с кислородсодержащим материалом реакционной камеры. На нижнем торце распределительного трубопровода имеется заглушка, предотвращающая перетекание обрабатываемого газового потока в обход реакционной камеры. Боковая стенка реакционной камеры перфорирована. Перфорация соединяет полость корпуса с внутренней полостью секций реакционной камеры. Между собой секции разделены перегородками, которые также выполнены с перфорацией. Перфорация обеспечивает проточность реакционной камеры для прохода через нее газообразного рабочего тела. Входной патрубок для подвода в устройство обрабатываемой газовой среды, подсоединен сверху к распределительному трубопроводу. Снаружи корпуса к входному патрубку могут быть подсоединены трубопровод подачи водородсодержащей бескислородной газовой среды и трубопровод подачи кислородсодержащей газовой среды.
Система отвода обработанной газовой среды из реакционной камеры может состоять из выходного трубопровода отвода обработанной газовой среды, подсоединенного к корпусу устройства, для отвода из устройства прореагировавшей газовой среды - газовой среды с водяным паром, образовавшимся в реакционной камере при взаимодействии газообразного водорода (метана и подобных газов) и кислорода в гранулах кислородосодержащего наполнителя.
Работа устройства регулируется запорными клапанами и изменением температуры обогреваемого корпуса, для чего на внешней поверхности корпуса расположен электронагреватель.
Устройство содержит средства управления его работой устройства, содержащее три запорных вентиля. Запорный вентиль установлен в трубопроводе системы подвода водородсодержащей бескислородной газовой среды. Второй запорный вентиль установлен в трубопроводе системы подвода кислородсодержащей газовой среды. Третий запорный вентиль установлен в выходном трубопроводе.
В режиме выведения водорода из бескислородной газовой среды запорный вентиль 1 1 закрыт и открыты запорные вентили 10 и 9. Поток водородсодержащей газовой среды через открытый запорный вентиль 10 из трубопровода 7 подают в распределительный трубопровод и через перфорацию в стенке распределительного трубопровода этот поток газа поступает в секции реакционной камеры. В реакционной камере водородсодержащий газовый поток обтекает гранулы из кислородсодержащего материала, предпочтительно, из оксида висмута, при этом водород взаимодействует с кислородом, находящемся в оксиде висмута, и практически полностью окисляется с образованием водяного пара. Обработанная в реакционной камере газовая смесь через перфорацию в стенке реакционной камеры поступает в корпус в зазор между реакционной камерой и стенками корпуса. Далее обработанная газовая смесь с водяным паром удаляется из устройства через открытый запорный вентиль 9. Водяной пар можно легко удалить из обработанной газовой среды различными средствами, используемыми для удаления паров воды из газов. При обнаружении, что кислородсодержащий материал в реакционной камере потерял свою активность, проводят восстановление окислительной способности гранул в секциях реакционной камеры кислородсодержащей газовой средой. В режиме окисления гранул кислородосодержащей газовой средой закрывают запорные вентили 10 и 9 и открывают запорный вентиль 11. Через трубопровод подают в устройство для выведения водорода из бескислородных газовых сред кислородсодержащую газовую среду, заполняют объем реакционной камеры и корпуса кислородсодержащей газовой средой и выдерживают указанную газовую смесь в корпусе и реакционной камере до срабатывания кислорода в ней. Кислород взаимодействует с материалом гранул, предпочтительно висмутом, и окисляет его с образованием оксида висмута. По завершении восстановления окислительной способности висмута, удаляют остатки кислородсодержащей газовой среды, переводят устройство в режим выведения водорода из бескислородной газовой среды и возобновляют выведение водорода.
Предпочтительно, что в качестве кислородсодержащего материала используются гранулы оксида висмута ( В12О3 ).
Использование для выведения газообразного водорода наполнителя из гранулированного кислородсодержащего материала дает возможность удалять водород из бескислородной газовой среды путем прямого химического окисления газообразного водорода на поверхности гранул, при этом обеспечивается большая поверхность контакта газообразного водорода с кислородсодержащим материалом, что обеспечивает быстрое эффективное удаление водорода из газовой среды, даже при полном отсутствии в ней кислорода. Устройство обеспечивает восстановление окислительных свойств гранул путем периодического воздействия на них кислородсодержащей газовой средой. Контроль за окислением водорода до водяного пара можно вести любыми известными средствами и в рамках данной заявки этот контроль не рассматривается.
Использование гранул из оксида висмута, исключает загрязнение газовой среды посторонними элементами, так как висмут входит в состав жидкометаллического теплоносителя ядерного реактора

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Дожигатель водорода, входящего в состав газовой среды, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и наполнителя, содержащего оксид висмута и/или оксид свинца, размещенного в корпусе.
2. Дожигатель по п. 1, отличающийся тем, что оксид висмута представляет собой
Bi203.
3. Дожигатель по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель имеет гранулированную форму.
4. Дожигатель по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе размешена, по меньшей мере, одна реакционная емкость, в которой находится наполнитель.
5. Дожигатель по п. 4, отличающийся тем, что в корпусе установлена распределительная труба, проходящая от отверстия для подвода газовой среды через, по меньшей мере, одну реакционную емкость, причем распределительная труба имеет отверстия в боковых стенках в местах прохождения через реакционные емкости.
6. Дожигатель по п. 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна реакционная емкость имеет отверстия для подвода и отвода газовой среды.
7. Дожигатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен нагревателем.
8. Дожигатель по п. 7, отличающийся тем, что корпус имеет дно, крышки и боковую стенку, причем отверстие для подвода газовой среды выполнено в крышке, причем отверстие для отвода газовой среды выполнено в дне, а нагреватель установлен на боковой стенке корпуса.
9. Система очистки газовой среды от водорода, имеющая дожигатель водорода по любому из пунктов 1-8, подводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности подачи газовой среды в отверстие для подвода газовой среды, отводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что подводящий трубопровод снабжен нагревателем.
1 1. Система по п. 9, отличающаяся тем, что газовая среда включает в свой состав инертный газ.
12. Система по п. 9, отличающаяся тем, что дополнительно имеет холодильник и конденсатор, причем, корпус дожигателя водорода соединен с холодильником с помощью отводящего трубопровода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды в холодильник и конденсатор.
13. Система по п. 9, отличающаяся тем, что содержит запорную арматуру, установленную на отводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления отводом газовой среды.
14. Реакторная установка, имеющая в своем составе дожигатель водорода по любому из пунктов 1-8 или систему очистки газовой среды от водорода по любому из пунктов 9-13.
15. Реакторная установка по п. 14, отличающаяся тем, что является ядерной.
16. Реакторная установка по п. 15, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя в ней используется свинцово-висмутовый теплоноситель.
17. Способ повторяющейся эксплуатации системы очистки газовой среды от водорода, имеющей дожигатель водорода, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и кислородосодержащего наполнителя, размещенного в корпусе, подводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности подачи газовой среды в отверстие для подвода газовой среды, отводящий трубопровод, соединенный с корпусом дожигателя водорода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород,
способ содержит следующие шаги:
подают в дожигатель водорода газовую среду, содержащую водород;
прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей водород; подают в дожигатель водорода газовую среду, содержащую кислород;
прекращают подачу в дожигатель водорода газовой среды, содержащей кислород.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что при подаче в дожигатель водорода газовой среды, содержащей водород, осуществляют отвод из дожигателя водорода газовой среды.
19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что при подаче в дожигатель водорода газовой среды, содержащей кислород, поданную газовую среду, содержащую кислород, удерживают в дожигателе водорода, а после окончания операции окисления висмута и/или оксида висмута отводят газовую среду, содержащую или содержавшую кислород.
20. Способ по п. 17, отличающийся тем, что кислородосодержащий наполнитель содержит оксид металла.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что оксид металла представляет собой оксид висмута BiO и/или В12О3 и/или оксид свинца.
22. Способ по п. 17, отличающийся тем, что кислородосодержащий наполнитель имеет гранулированную форму.
23. Способ по п. 17, отличающийся тем, что в корпусе дожигателя размешена, по меньшей мере, одна реакционная емкость, в которой находится кислородосодержащий наполнитель.
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что в корпусе дожигателя установлена распределительная труба, проходящая от отверстия для подвода газовой среды через, по меньшей мере, одну реакционную емкость, причем распределительная труба имеет отверстия в боковых стенках в местах прохождения через реакционные емкости.
25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна реакционная емкость имеет отверстия для подвода и отвода газовой среды.
26. Способ по п. 17, отличающийся тем, что корпус снабжен нагревателем.
27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что корпус имеет дно, крышки и боковую стенку, причем отверстие для подвода газовой среды выполнено в крышке, причем отверстие для отвода газовой среды выполнено в дне, а нагреватель установлен на боковой стенке корпуса.
28. Способ по п. 17, отличающийся тем, что подводящий трубопровод снабжен нагревателем.
29. Способ по п. 17, отличающийся тем, что газовая среда включает в свой состав инертный газ.
30. Способ по п. 17, отличающийся тем, что система дополнительно имеет холодильник и конденсатор, причем, корпус дожигателя водорода соединен с холодильником с помощью отводящего трубопровода с обеспечением возможности отвода газовой среды из отверстия для отвода газовой среды в холодильник и конденсатор.
31. Способ по п. 17, отличающийся тем, что система содержит запорную арматуру, установленную на отводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления отводом газовой среды.
PCT/RU2014/000883 2013-11-26 2014-11-21 Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации WO2015080627A1 (ru)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14866478.2A EP3076400A4 (en) 2013-11-26 2014-11-21 System for purifying a gaseous medium of hydrogen and method for the use thereof
UAA201602301A UA118356C2 (ru) 2013-11-26 2014-11-21 Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации
CA2927142A CA2927142C (en) 2013-11-26 2014-11-21 System and method for dehydrogenating a gaseous medium
US15/021,692 US20160379723A1 (en) 2013-11-26 2014-11-21 System for purifying a gaseous medium of hydrogen and method for the use thereof
CN201480050897.7A CN105556613B (zh) 2013-11-26 2014-11-21 一种消氢系统及其使用方法
EA201600209A EA038468B1 (ru) 2013-11-26 2014-11-21 Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации
JP2016554167A JP2016540236A (ja) 2013-11-26 2014-11-21 水素を除去しガス状媒体を浄化するシステム及びその使用方法
KR1020167007242A KR102008852B1 (ko) 2013-11-26 2014-11-21 수소-함유 기체 매질의 정제 시스템 및 이의 이용 방법
ZA2016/01806A ZA201601806B (en) 2013-11-26 2016-03-15 System for purifying a gaseous medium of hydrogen and method for the use thereof

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152258/07A RU2550147C1 (ru) 2013-11-26 2013-11-26 Система очистки газовой среды от водорода, способ эксплуатации такой системы и реакторная установка с такой системой
RU2013152258 2013-11-26
RU2013154534 2013-12-10
RU2013154534/07A RU2554115C1 (ru) 2013-12-10 2013-12-10 Дожигатель водорода и реакторная установка, имеющая такой дожигатель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015080627A1 true WO2015080627A1 (ru) 2015-06-04

Family

ID=53199445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000883 WO2015080627A1 (ru) 2013-11-26 2014-11-21 Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20160379723A1 (ru)
EP (1) EP3076400A4 (ru)
JP (1) JP2016540236A (ru)
KR (1) KR102008852B1 (ru)
CN (1) CN105556613B (ru)
CA (1) CA2927142C (ru)
EA (1) EA038468B1 (ru)
MY (1) MY174778A (ru)
UA (1) UA118356C2 (ru)
WO (1) WO2015080627A1 (ru)
ZA (1) ZA201601806B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105551535A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 中广核工程有限公司 核电站安全壳消氢系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106431797A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 中国船舶重工集团公司第七八研究所 一种化学式点火装置
CN110199009A (zh) 2017-01-31 2019-09-03 沙特阿拉伯石油公司 原位hic增长监测探针
US10839966B2 (en) 2017-05-10 2020-11-17 Westinghouse Electric Company Llc Vortex driven passive hydrogen recombiner and igniter
JP7414651B2 (ja) 2020-06-12 2024-01-16 東芝エネルギーシステムズ株式会社 水素処理装置及び原子力プラント
JP7451329B2 (ja) 2020-07-08 2024-03-18 東芝エネルギーシステムズ株式会社 水素処理装置及び原子力プラント
CN113380430A (zh) * 2021-06-03 2021-09-10 哈尔滨工程大学 一种氢气复合器催化剂装载盒
CN113380431A (zh) * 2021-06-03 2021-09-10 哈尔滨工程大学 一种氢气复合器催化单元
RU210628U1 (ru) * 2022-01-25 2022-04-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Дожигатель водорода

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU993998A1 (ru) * 1980-06-18 1983-02-07 Предприятие П/Я Г-4090 Устройство дл каталитической рекомбинации
US6356613B1 (en) 1997-02-07 2002-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for the recombination of hydrogen in a gas mixture
US6524534B1 (en) * 1998-07-23 2003-02-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for removing flammable gas
RU2253915C2 (ru) 2003-06-26 2005-06-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Установка для определения водорода в топливных таблетках из двуокиси урана
RU2260212C2 (ru) * 2003-11-27 2005-09-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Установка для сжигания водорода на атомной электростанции
RU2339097C1 (ru) * 2007-04-02 2008-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) Ядерная энергетическая установка
US20090225927A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Areva Np Gmbh Method for Catalytic Recombination of Hydrogen, Which is Carried in a Gas Flow, With Oxygen, and a Recombination System for Carrying out the Method
US7612007B2 (en) * 2006-06-28 2009-11-03 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for regenerating catalyst
RU2430876C1 (ru) 2010-02-24 2011-10-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Устройство для выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1957254A (en) * 1930-09-08 1934-05-01 Koppers Co Inc Method for the conversion of gases or gas mixtures at high temperatures
US3859053A (en) * 1972-10-27 1975-01-07 Universal Oil Prod Co Recombiner for dissociated hydrogen and oxygen
US4119706A (en) * 1976-10-12 1978-10-10 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Method of catalytically recombining radiolytic hydrogen and radiolytic oxygen
US4444908A (en) * 1979-04-04 1984-04-24 Union Oil Company Of California Catalyst and process for oxidizing hydrogen sulfide
JPS5752535U (ru) * 1980-09-10 1982-03-26
IT1186003B (it) * 1985-10-08 1987-11-18 Pirelli Cavi Spa Cavo per telecomunizioni a fibre ottiche incorporante una miscela idrogeno assorbente e miscela idrogeno assorbente per cavi a fibre ottiche
DE59300973D1 (de) * 1993-08-24 1995-12-21 Anlagen Und Reaktorsicherheit Vorrichtung zur passiven Inertisierung des Gasgemisches im Sicherheitsbehälter eines Kernkraftwerkes.
US5527979A (en) * 1993-08-27 1996-06-18 Mobil Oil Corporation Process for the catalytic dehydrogenation of alkanes to alkenes with simultaneous combustion of hydrogen
JPH08179067A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Hitachi Ltd 核燃料被覆管
CN1125888A (zh) * 1994-12-28 1996-07-03 中国科学院兰州化学物理研究所 核能系统催化消氢工艺方法
DE19532366C1 (de) * 1995-09-01 1996-12-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Inertisierung und zum Venting der Containment-Atmosphäre in einem Kernkraftwerk
CN1169161C (zh) * 1998-07-23 2004-09-29 东芝株式会社 可燃性气体去除装置
JP2002526748A (ja) * 1998-09-30 2002-08-20 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 混合ガス中の水素と酸素の再結合装置及び方法
US6500576B1 (en) * 2000-06-28 2002-12-31 The Gillette Company Hydrogen recombination catalyst
US7524358B2 (en) * 2002-05-31 2009-04-28 Praxair Technology, Inc. Production of high purity and ultra-high purity gas
US7122493B2 (en) * 2003-02-05 2006-10-17 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Combined cracking and selective hydrogen combustion for catalytic cracking
JP4362435B2 (ja) * 2004-11-10 2009-11-11 大阪瓦斯株式会社 水素ガス除去装置
US7678735B2 (en) * 2005-11-28 2010-03-16 Engelhard Corporation FCC additive for partial and full burn NOx control
CN100349649C (zh) * 2006-04-20 2007-11-21 四川材料与工艺研究所 氢氧复合反应的装置及方法
JP4299868B2 (ja) * 2006-07-28 2009-07-22 クロリンエンジニアズ株式会社 水素燃焼装置
US8425194B2 (en) * 2007-07-19 2013-04-23 General Electric Company Clamped plate seal
JP2012013414A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 放射性気体廃棄物の処理装置及び放射性気体廃棄物の処理方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU993998A1 (ru) * 1980-06-18 1983-02-07 Предприятие П/Я Г-4090 Устройство дл каталитической рекомбинации
US6356613B1 (en) 1997-02-07 2002-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for the recombination of hydrogen in a gas mixture
US6524534B1 (en) * 1998-07-23 2003-02-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for removing flammable gas
RU2253915C2 (ru) 2003-06-26 2005-06-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Установка для определения водорода в топливных таблетках из двуокиси урана
RU2260212C2 (ru) * 2003-11-27 2005-09-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Установка для сжигания водорода на атомной электростанции
US7612007B2 (en) * 2006-06-28 2009-11-03 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for regenerating catalyst
RU2339097C1 (ru) * 2007-04-02 2008-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) Ядерная энергетическая установка
US20090225927A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Areva Np Gmbh Method for Catalytic Recombination of Hydrogen, Which is Carried in a Gas Flow, With Oxygen, and a Recombination System for Carrying out the Method
RU2430876C1 (ru) 2010-02-24 2011-10-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Устройство для выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105551535A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 中广核工程有限公司 核电站安全壳消氢系统
CN105551535B (zh) * 2015-12-16 2018-12-04 中广核工程有限公司 核电站安全壳消氢系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102008852B1 (ko) 2019-08-08
CA2927142C (en) 2021-11-09
EP3076400A1 (en) 2016-10-05
KR20160089338A (ko) 2016-07-27
MY174778A (en) 2020-05-14
JP2016540236A (ja) 2016-12-22
UA118356C2 (ru) 2019-01-10
EA038468B1 (ru) 2021-09-01
EP3076400A4 (en) 2017-07-05
CN105556613A (zh) 2016-05-04
CA2927142A1 (en) 2015-06-04
ZA201601806B (en) 2017-06-28
EA201600209A1 (ru) 2016-06-30
US20160379723A1 (en) 2016-12-29
CN105556613B (zh) 2018-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015080627A1 (ru) Система очистки газовой среды от водорода и способ ее эксплуатации
US11515051B2 (en) Nuclear power plant
WO2004041415A1 (en) Semiconductor manufacturing facility and process systems utilizing exhaust recirculation
JP2007311209A (ja) レドックスフロー電池
WO2010143464A1 (ja) フッ素ガス生成装置
RU2550147C1 (ru) Система очистки газовой среды от водорода, способ эксплуатации такой системы и реакторная установка с такой системой
JP2010207771A (ja) 排ガス処理装置および排ガス処理方法
EP0314299A2 (en) Method of and apparatus for treating waste gas from semiconductor manufacturing process
JP2008262965A (ja) 半導体製造装置のガス供給システム
JP2007044667A (ja) 排ガス処理装置及び方法
WO2014125712A1 (ja) 硫化水素ガス製造プラント及び硫化水素ガスの排気方法
JP5757168B2 (ja) フッ素ガス生成装置
JP2019082343A (ja) 放射性廃棄物処理システム及び処理方法
RU2554115C1 (ru) Дожигатель водорода и реакторная установка, имеющая такой дожигатель
JPH10203803A (ja) 水素ガスの回収・精製・貯蔵装置
JP7178335B2 (ja) ガス処理システム
CN210305002U (zh) 一种熔盐炉烟气处理装置
JP6221613B2 (ja) ガスの処理装置及びガスの処理方法
RU2548412C2 (ru) Устройство для выведения водорода из бескислородных газовых сред
JP6072999B2 (ja) オゾン発生システムおよびその運転方法
CN213853835U (zh) 一种废气处理设备
KR101666069B1 (ko) 반도체 폐가스 처리용 스크러버의 출력 저감방법 및 장치
JP2007033285A (ja) 原子力発電所の水素除去設備
KR101750451B1 (ko) 고순도 헥사클로로디실란 파티클 제거 장치
CN112246076A (zh) 一种废气处理设备

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480050897.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14866478

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016554167

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: IDP00201601367

Country of ref document: ID

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15021692

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112016004499

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167007242

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201600209

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2927142

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201602301

Country of ref document: UA

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014866478

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014866478

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112016004499

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20160229