一种装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元的制作方法

本实用新型属于放射性气体处理装置，具体涉及一种装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元。

背景技术：

反应堆运行过程中从堆芯释放多种裂变气体产物，其中包括放射性惰性工艺气体氪和氙。在早期多采用压缩罐贮存衰变法使其放射性降到可排放水平，但是，该方法将上游废气进行加压贮存，被浓缩后的气体放射性活度浓度大大增高，高压贮存加大放射性泄漏的风险，且增加人员辐射防护和屏蔽的难度和成本；其次，因待衰变废气中氢气浓度较高，长时间高压贮存存在氢爆、泄漏等安全风险，同时增加防火防爆、通风、消防等设计难度和成本；该工艺要求配备相应的加压装置，如压缩机、缓冲罐，这不仅增加了成本和能耗，也使系统的运行控制更加复杂；另外，衰变箱体积较大，需占用较多厂房空间。近年来,该方法逐渐被更加安全、经济、可行的活性炭滞留床吸附衰变法所取代。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，用于对放射性惰性气体(如氪、氙)的吸附。

本实用新型的技术方案如下：一种装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，包括内部装填活性炭的滞留床外壳，在滞留床外壳端部设有装料口，其中，在所述滞留床外壳侧壁上还设有床层温度测量口。

进一步，如上所述的装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，其中，在滞留床外壳上相对于所述装料口的另一端设有取样与卸料口。

进一步，如上所述的装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，其中，所述的滞留床外壳呈直圆柱体结构，被处理气体由直圆柱体的一端进入，从另一端排出；

或者所述的滞留床外壳呈U型结构，U型结构的两个端部设置装料口，取样与卸料口设置在转弯处，被处理气体由一个装料口进入，从另一个装料口排出；

或者所述的滞留床外壳呈内部环形结构，包括两层壁，两层壁之间为环形空间，活性炭装填在内层壁内部，内层壁顶端设置所述装料口，内层壁内部的底端与所述环形空间相通，被处理气体由上往下经环形空间到达内层壁的底端并进入内层壁内部，再流经活性炭从内层壁顶端的装料口排出。

滞留床的圆柱部分长径比范围为3～50。

进一步，如上所述的装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，其中，所述活性炭的粒径范围为6-16目，平均孔径为1.5-3.5nm。

进一步，如上所述的装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，其中，所述的滞留单元由单级滞留床或者多级滞留床组成。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过合理的设计滞留床结构以及活性炭物理性能，使放射性惰性气体滞留单元更符合实际使用的需要。通过试验验证，本实用新型的活性炭滞留床的动态吸附系数满足：

5℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于60mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于800mL/g；

20℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于50mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于600mL/g；

45℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于26mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于360mL/g。

附图说明

图1为单级U型结构的滞留床结构示意图；

图2为直圆柱结构的滞留床结构示意图；

图3为内部环形结构的滞留床结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型提供了一种装填有专用活性炭吸附剂的放射性惰性气体滞留单元，包括内部装填活性炭的滞留床外壳，在滞留床外壳一端设有装料口，其中，在所述滞留床外壳侧壁上还设有床层温度测量口，在滞留床外壳上相对于所述装料口的另一端设有取样与卸料口。滞留床外壳可以设计成直圆柱体结构，或者U型结构，或者内部环形结构。所述的滞留单元可以由单级滞留床或者多级滞留床组成。

本实用新型的放射性惰性气体滞留单元中活性炭的特征如下：

粒径范围：6-16目，或在此范围选择，如6-14目(该范围粒径分布大于90％)或者8-16目(该范围粒径分布大于90％)；

强度：≥95％；

灰分：≤4％；

含水量：≤2％；

表观密度：0.4-0.6g/L；

比表面积：≥1000m²/g；

平均孔径：1.5-3.5nm；

BJH法吸附孔体积：≥0.2mL/g

流化床干燥降低含湿量和炭表面有机物，同时减小灰分含量，气流温度80-200℃，干燥时间小于2小时。

活性炭动态吸附系数值：

温度5-45℃、相对压力0-0.8Mpa、气流相对湿度不大于20％条件下：该发明活性炭动态吸附系数满足：

5℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于60mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于800mL/g。

20℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于50mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于600mL/g。

45℃、0.014Mpa、气流相对湿度不高于20％时，对⁸⁵Kr动态吸附系数大于26mL/g，¹³³Xe动态吸附系数大于360mL/g。

装填吸附剂床体的结构特征如下：

床体为不同结构形式圆柱结构，长径比范围为3～50，具体结构形式见附图1-3。

滞留单元运行气流参数特征如下：

气流温度低于50℃、相对湿度低于30％、流经滞留床气流比速0.05-10cm/s。

装填有吸附剂的床体对放射性⁸⁵Kr与¹³³Xe核素滞留时间：

滞留单元由单级或者多级床体组成，单元对放射性⁸⁵Kr滞留时间大于40小时；对放射性¹³³Xe滞留时间大于40天。

实施例一：

如图1所示，本实施例的滞留床外壳呈U型结构，在滞留床外壳1端部设有两个装料口2，在U型的滞留床外壳两个圆柱段侧壁上分别设有床层温度测量口3，在滞留床外壳上相对于所述装料口的另一端(即U型结构的转弯处)设有取样与卸料口4，被处理气体由一个装料口进入，从另一个装料口排出。将粒径6-12目、强度为98％、灰分为3.2％、含水量为2％表观密度0.50g/mL的椰壳活性炭装填于50*1000cm的U型炭床中；气流参数条件为0.12cm/s、相对压力0.014Mpa、温度为20℃、相对湿度20％。使用放射性⁸⁵Kr示踪剂进行该椰壳活性炭动态吸附系数测量，结果动态吸附系数K_d值为61mL/g，对放射性⁸⁵Kr滞留时间为73小时、¹³³Xe滞留时间为50天。

实施例二：

如图2所示，本实施例的滞留床外壳呈直圆柱形结构，在滞留床外壳1一端设有装料口2，在圆柱形滞留床外壳侧壁上设有床层温度测量口3，在滞留床外壳上相对于所述装料口的另一端设有取样与卸料口4，被处理气体由直圆柱体的一端进入，从另一端排出。将粒径8-16目、强度为98.5％、灰分为3.5％、含水量为2.5％表观密度0.52g/mL的椰壳活性炭装填于80*400cm直圆柱炭床中；气流参数条件为0.12cm/s、相对压力0.014Mpa、温度为20℃、相对湿度20％。使用放射性氪示踪剂进行该椰壳活性炭动态吸附系数测量，结果动态吸附系数K_d值为60mL/g，两级串联对放射性⁸⁵Kr滞留时间为58小时、¹³³Xe滞留时间为43天。

实施例三：

如图3所示，本实施例的滞留床外壳呈内部环形结构，在滞留床外壳1一端设有装料口2，在滞留床外壳侧壁上设有床层温度测量口3，在滞留床外壳上相对于所述装料口的另一端设有取样与卸料口4。滞留床外壳包括两层壁，两层壁之间为环形空间，活性炭装填在内层壁内部，所述装料口2设置在内层壁顶端，内层壁内部的底端与所述环形空间相通，被处理气体由上往下经环形空间到达内层壁的底端并进入内层壁内部，再流经活性炭从内层壁顶端的装料口排出。将粒径8-16目、强度为98.5％、灰分为3.5％、含水量为2.5％表观密度0.52g/mL的椰壳活性炭装填于80*300cm内环状炭床中；气流参数条件为0.3cm/s、相对压力0.014Mpa、温度为20℃、相对湿度20％。使用放射性氪示踪剂进行该椰壳活性炭动态吸附系数测量，结果动态吸附系数K_d值为58mL/g。五级串联对放射性⁸⁵Kr滞留时间为41小时、¹³³Xe滞留时间为40.5天。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。