用于过滤来自工业装置的气体流出物的方法

用于过滤来自工业装置的气体流出物的方法
【专利摘要】过滤来自工业装置的气体流出物的方法所用的膜(210)，其包含包括内表面和外表面的壁，所述壁在所述壁的径向及纵向上具有可变尺寸的孔(P)。
【专利说明】用于过滤来自工业装置的气体流出物的方法
[0001]本发明涉及过滤工业装置上的气体流出物的方法所用的膜，尤其是在核来源能量的生产领域。
[0002]更特别地，本发明可允许以高流速选择性分选气态化学品和/或放射性物类，尤其是通过膜分离，目标主要是在正常操作和异常操作情况下，特别是在严重事故期间，安全回收所述装置上生产的气体排放物。
[0003]在核装置的特定情况中，对环境的影响主要涉及废料的放射性特征、热特征和化学特征。取决于它们的辐射性水平和它们的化学组成，将放射性元素储存、处理然后包装以形成废料。这些放射性元素的一些以气态形式排出至大气中，当然是在适用的规章所严格限定的浓度下。在正常运行期间生产的气体排出物通常源自发电厂的纯化和过滤回路，其收集通过操作组成所述装置的系统和设备而产生的放射性元素的一部分。例如在法国，这些通过核电站生产的放射性气体排出物可通常呈现对于稀有气体(rare or noble gases)约1.1%的允许限度，对于氚为11.1%和对于碘(有机和无机两者)为3.6%。氦、氖、氩、氪、氙和氡形成稀有气体(rare gases)族，化学元素周期表的第零族，但是下文将使用稀有气体(noble gases)的名称，因为它被IUPAC (国际纯粹与应用化学联合会)和“BulletinOfficiel du Ministere Francais de I’Education nationale (法国国家教育部官方公告)”推荐。这些废料通常为低活性的，且它们包含的放射性核素不是非常毒性的，且通常具有短周期。应注意到气体排出物包含固体和液体颗粒。具有放射性特性的那些形成具有高可变粒径的气溶胶。在悬浮尘埃上遭遇的裂变现象产生放射性核素，例如齒素、稀有气体、氚和碳14。因此形成的气溶胶的组成和放射性在很大程度上取决于反应堆类型和排放路径。
[0004]通常，在它们排出至大气之前处理核电厂的气体流出物，以提取大多数的放射性元素。现有实践由过滤被污染的气体和建筑通风组成，以便在它们排出至大气之前由此提取放射性颗粒。空气通风和纯化系统通常包括与绝对过滤器结合的粗预过滤器。要指出的是，应注意到对于具有约0.3mm直径的颗粒，提取收率一般达到至少99.9%。
[0005]放射性碘通过与灰尘过滤器结合的浸溃有活性炭(charcoal)的过滤器提取。需要煤的浸溃以保留用碘化有机化合物。
[0006]由燃料元素放出的放射性稀有气体以延迟模式在分散之后释放至大气以降低活性水平。两种方法用于该目的:在专门贮器中缓冲存储或通过若干层活性炭。为了存储，因此，引入稀有气体和载气，通过将它们泵送入密封贮器，在此将它们保存直到批准将它们释放至大气中。另一个方法由以下组成:将流出物通至一系列的活性炭柱，其延迟稀有气体相对于载气的前进，因此促进它们的放射性衰变。
[0007]处理和包装低和中等活性废料的大多数方法目前得到良好开发，且在工业规模上使用。所述技术足够先进以保证来自发电厂的废料的有效处理，但是改进总是有可能的而且是期望的。这种管理的增加预算促进采用可将产生量减少至最小的方法和技术，以及研究进一步减少处理和包装阶段的体积的新手段。例如，我们提到使用以下:用于改善液体废料处理的特定矿物吸附剂；同样用于处理液体废料的膜技术；珠粒树脂和来自过滤器的泥浆的干燥；耗尽的离子交换树脂的焚化；衣物和其它保护性织物材料的干洗，用于减少洗衣用水的量；高耐性的密闭壳的使用，用于包装干燥的过滤器泥浆；中等活性的某些废料的玻璃化，用于减少要去除的体积；和非燃料废料的过压实。
[0008]与本领域最近的工业现状相关的这些技术或许不会全部通用于废料的管理，特别是在核电厂中，但是该研究与开发工作显示了核工业和电厂操作员对于废料管理的安全性和经济性的重大关注，及宣告了提高。
[0009]本发明涉及在要用于处理由工业尤其是核装置产生的气体流出物的膜技术的特定方法中的用途。
[0010]在使用水冷反应堆技术(即现今世界范围安装基数的约95%)的核电厂反应堆的严重事故情况下，反应堆建筑物内部的气氛随时间变化并形成包含空气、蒸汽、不可冷凝气体(基本上为h2、co、co2、裂变产物如气溶胶、蒸气和气体……)的混合物，从空间和时间的两种观点来看，其比例可变。由此导致的压力增加和/或包含在该混合物中的有害产物的累积，最终导致释放至外部环境，以便避免由氢爆炸或超过所述建筑物可容许的压力导致的机械完整性的损失。从所述建筑物逃逸的流体可为空气、放射性气体、蒸汽或流体的混合物。该方法的目标为在脱气阶段期间对于排出物分离放射性和/或环境危害元素，以回收它们用于任选的特定处理用于存储，或鉴于它们的可能的再利用以及避免危险的排出物进入环境中而再加工它们。
[0011]在80年代早期，简单设备被安装到若干核电厂的适合位置，以限制事故后果。一个目标为能通过特定体统控制和过滤气体排出物。 [0012]现在，这些所谓的“缓和”系统用于通过将气体经过滤过程排出而引起反应堆建筑物中的压降。两种不同的技术存在于世界范围内运行的核安装基数中。
[0013]-砂滤系统，在其中无差别地俘获放射性气体:在严重事故的情况下，反应堆建筑物的密闭壳内部的压力可能或多或少快速地提高。通过起动砂滤系统，有可能以受控方法排出气体-蒸汽混合物的一部分。这将避免密闭壳的过度加压，同时显著地限制放射性排出物。这些砂滤器主要用于法国，使包含在气流中的有害元素的约50%被过滤，被保留，但是对稀有气体不起作用。图1说明了发电厂10，其装备有放置在气体排出烟囱15上游的砂滤器20和用于测量废料的单元25 ；
-利用喷洒的脱气系统，其不允许选择性的脱气。在这些回路中，在回路中循环的水的一部分作为蒸汽逃脱到大气中，尤其是，当其通入空气冷却塔时，而且另一部分送回至环境中，以限制不可蒸发产物的过高浓度。该系统，尤其是用于德国和瑞典，允许包含在气流中的有害元素的约75%被截留，但是也对稀有气体不起作用。这非常庞大OlOOm3)和困难，且因此应用和维持起来昂贵。
[0014]这两种系统都被设置成通过手动或辅助活动以打开区域阀而主动操作。在上游它们需要驱动压力以便产生流动并获得有效过滤。它们的操作是被动的，直至一定压力阈值，所述压力阈值由过滤系统的选定尺寸尤其是由它的流体阻力决定。在该压力阈值以下，需要致动器并因此需要电力供应来扩展过滤功能。此外，不同参数的监控，尤其是环境参数，也需要电能的供应。
[0015]本发明的目标为提供被污染和/或有害的(尤其是放射性的)气体流出物的过滤方法，其不再产生上述缺点。
[0016]本发明的目标尤其是提供这样的过滤方法，其有效得多，允许将包含在待处理的气体流出物中的有害元素的总量基本过滤。
[0017]本发明的目标尤其是提供一种方法，其既允许放射性气体在脱气、其俘获、其区分、其暂存、其用于后续再利用的任选处理期间的选择性分离，又允许核电厂的密闭壳中的被污染气氛的受控稀释和处理。
[0018]本发明的目标还在于提供用于过滤来自核电厂的气体流出物的方法，其具有持久的有效性且能根据需求连续或间歇运行。
[0019]本发明的目标还在于提供用于过滤来自核电厂的气体流出物的方法，其在严重事故的情况下运行。
[0020]本发明的目标还在于提供用于过滤来自工业设备的气体流出物的装置，所述装置包括改进的膜。
[0021]因此，本发明的目 标为过滤来自工业装置的有害气体流出物的方法所用的膜，其包含包括内表面和外表面的壁，所述壁在所述壁的径向及纵向上具有可变尺寸的孔(P)。
[0022]有利地，所述壁为圆柱形的。
[0023]备选地，所述壁为平面的。
[0024]有利地，待处理的所述气体流出物在所述外表面的外部纵向流动。
[0025]有利地，所述孔的尺寸由所述外表面到所述内表面增加。
[0026]有利地，所述孔的尺寸在所述壁的纵向上增加。
[0027]根据第一备选方案，待处理的所述气体流出物由事故之后的工业装置的烟组成。
[0028]根据另一个备选方案，待处理的所述气体流出物由正常运行期间的工业装置的烟组成。
[0029]根据另一个备选方案，待处理的所述气体流出物由通风系统提取。
[0030]根据另一个备选方案，待处理的所述气体流出物包含来自火焰的烟。
[0031]有利地，待处理的所述气体流出物包含来自裂变产物的气溶胶。
[0032]有利地，所述膜基于以下形成:陶瓷(例如碳化二氧化硅)、钨或钛、Kevlar和/或聚合物(例如PEEK(聚醚醚酮)或PTFE (聚四氟乙烯))。
[0033]在本发明的数个实施方案的以下详述中，参考作为非限制性实例给出的附图，本发明的这些特征和优点以及其它特征和优点将变得更显而易见，其中:
-图1为使用现有技术的砂滤器来处理气体流出物的核电厂的示意图，
-图2为应用与有利实施方案一致的过滤方法的核电厂的示意图，
-图3为连续应用到核电厂的方法的备选实施方案的示意图，和 -图4为与有利实施方案一致的膜的示意截面图。
[0034]所述方法主要参考其在具有密闭壳的核电厂的应用来描述，然而也适用于无任何密闭壳的核电厂，且更普遍地适用于任何类型的工业装置。
[0035]对于法国安装基数中的压水反应堆，密闭壳100具有约70，000-80, OOOm3的体积，且通常由混凝土的双重壁110、120构成，如图3说明。在密闭壳内由事故引起的裂变产物的存在(以气溶胶、蒸气和气体的形式)导致在密闭壳和贮槽的气氛内相当大的β和Y剂量率，所述贮槽中大多数气溶胶沉降。在这两各阶段中的预期剂量率通常为约lOkGy.h'
[0036]无论什么情况，该值尤其取决于燃料的劣化条件、保留在主回路中的裂变产物、密闭壳内的气氛和贮槽之间的裂变产物的分布、密闭壳内主要的热工水力条件的函数本身，而且当然取决于由事故开始经过的时间。
[0037]气体流出物的温度通常大于发电厂外环境的环境温度。普遍接受的温度通常为400C _140°C，根据情况和所考虑的时间标度。应注意到40°C以下或140°C以上的温度为可能的。至于湿度率，其自身也可在0-100%变化，取决于事故的动力学和预期类型。
[0038]辐射分解可能导致臭氧、一氧化二氮N20、一氧化氮NO、二氧化氮NO2、亚硝酸HNO2和硝酸HNO3的形成。
[0039]不同的小组已经实验观察到，在干燥空气中，O3> NO2和半五氧化物N2O5的形成，和在湿空气中(0.5%的水质量分数)，03、NO2, HNO2和HNO3的形成。概括来说，在严重事故的情况下，可存在于密闭壳中的辐射分解产物大部分为NOx (NO2和N2O)和当然03。
[0040]由包括 IRSSN (“lnstitut de Radioprotection et de Surete Nucleaire (福射防护和和安全学会)”)的若干实验室在项目范围内进行的实验已经给出检测通过固体金属碘化物的分解产生挥发性碘的物理-化学反应的可能性，所述项目目标是控制核电厂中尤其是涉及催化复合器行为的氢风险。
[0041]以下表格显示了对于在操作法国的运行安装基数的反应堆的严重事故期间遇到的来源项(典型排出)评估的主要要素的数量级。由于所述来源项为反应堆类型的特性，根据国家可能观察到差异。无论如何，这些值可用作选定尺寸的基础，用于实施适用于核电厂的本发明。
【权利要求】
1.一种膜(210)，其用于过滤来自工业装置的气体流出物的方法，其特征在于其包含包括内表面和外表面的壁，所述壁在所述壁的径向及纵向上具有可变尺寸的孔(P)。
2.权利要求1的膜，其中所述壁为圆柱形的。
3.权利要求1的膜，其中所述壁为平面的。
4.前述权利要求中任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物在所述外表面的外部纵向流动。
5.前述权利要求中任一项的膜，其中所述孔的尺寸由所述外表面到所述内表面增加。
6.前述权利要求中任一项的膜，其中所述孔的尺寸在所述壁的纵向上增加。
7.前述权利要求中任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物由来自事故之后的工业装置的烟组成。
8.权利要求1-6中任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物由来自运行期间的工业装置的烟组成。
9.权利要求1-6中任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物由通风系统提取。
10.权利要求1-6中任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物包含来自火焰的烟。
11.前述权利要求任一项的膜，其中待处理的所述气体流出物包含源自裂变产物的气溶胶。
12.前述权利要求中任一项的膜，其基于以下形成:例如碳化二氧化硅的陶瓷、钨或钛、Kevlar和/或例如PEEK (聚醚醚酮)或PTFE (聚四氟乙烯)的聚合物。
【文档编号】B01D69/02GK104023823SQ201380005149
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月10日
【发明者】P.尚特罗 申请人:阿尔斯通技术有限公司