压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭的制作方法
专利名称:压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，尤其涉及一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。
背景技术：
核电站正常运行时，产生一定量的高放废气，通常流量为3_5m3/h，容控箱扫气时最大时流量可达40-50 m3/h。压水堆核电站(例如AP — 1000)高放废气由氢、氮气及痕量的放射性氪(Kr)、氣(Xe)气体组成。高放射性核素存在，使得高放废气比活度达到KTlO9Bq/ t。如不经处理排入大气，被人吸入就会形成内照射，严重影响核电站附近居民健康，因此必须对高放废气进行处理。压水堆核电站中已经使用和正在发展的废气处理技术主要有加压贮存处理和常温活性炭延迟处理。活性炭延迟处理技术较加压贮存处理具有安全、节能、 投资省、占地小的特点，成为高放废气处理优选方式。
现有技术虽有报导采用活性炭吸附放射性氪、氙气，但都注重工艺与装置的开发与改进，极少有涉及吸附用活性炭的研究。而延迟处理用活性炭是处理放射性氪、氙气的关键材料，其物化指标直接决定处理效果(吸附性能和使用寿命)，例如吸附选择性与孔径有关；其次，核电站设计使用寿命通常在40年，要求活性炭使用寿命也要达到40年(使用寿命内不更换)，活性炭长期处于高幅照环境中，要求物理、化学性质稳定不风化(强度影响耐辐照、抗风化性能)，这就需对活性碳强度提出要求，活性炭强度大则使用寿命长，可减少废活性炭更换排放的二次污染，然而客观上活性炭强度与吸附性能(主要为孔容积)互为制约，例如孔容积大，吸附能力强，但强度会下降，使用寿命缩短；再就是，活性炭粒度又会影响气流阻力和吸附效率，粒度小，则阻力大，粒度大，则吸附效率会降低。由于上述因素互为影响，确定活性炭合理的物化指标，是保证含核废气延迟处理系统高效吸附及长寿命的关键。
中国专利CN1210027活性炭纤维用于吸附氙气方法，在真空系统中将活性炭纤维与不同压力的氙气接触并吸附一段时间，应用于核电站及核设施裂变产物排放废气中放射性氙气的脱除。然而采用活性炭纤维作吸附剂(介质)，其强度相对较低，使用寿命短，难以满足核电站使用40年不更换的要求；其次，只报导对氙气有吸附作用，对氪气吸附能力低， 难以满足压水堆核电站高放废气分离核素要求；再就是，延迟床通常为长径比大(例如25 I)的细长蛇形管，采用活性炭纤维难以在如此结构的延迟床中均匀填充，同样会影响处理效果。尤其是，其并未给出活性炭纤维具体指标要求，难以保证吸附高效和长寿命二者都最优。
上述不足仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。
本发明目的实现，主要改进是在大量试验基础上，确定压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭的主要物化指标，并作为选择活性炭的考核指标，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭， 由椰壳为基材制成，其特征在于活性炭强度> 98%，总孔容积> O. 4cm3/g，微孔容积占总容积比彡78%,O. 6nm — I. Inm间孔径分布比例彡42%，6 12目粒度分布> 90%。
申请人:经大量试验、测试发现总孔容积> O. 4cm3/g，特别是微孔容积占总孔容积比例> 78%，使得活性炭具有很大吸附容量；在延迟时间一定时可以相对减少延迟床的活性炭用量，从而减小延迟床的体积、占地面积，节约投资；活性炭O. 6nm-l. Inm之间孔径分布比例> 42%，对氪、氙气具有很强捕捉力，产生细孔毛细凝聚效应，对kr、Xe吸附量大，特别适合低浓度kr、Xe吸附；6 12目粒度分布> 90%，较好地平衡了过滤气流阻力及满足充分吸附两者关系；活性炭强度> 98%，可以满足实际使用40年不风化要求。前述综合指标体，使活性炭使用寿命、对kr、Xe吸附选择性、吸附量三者达到最佳匹配，实现满足使用条件下达到要求的最优化。
本发明中。
活性炭微孔，按IUPAC [国际理论(化学)与应用化学联合会]分类，微孔径半径r < I. Onm为微孔，r在I 25nm为中孔，r > 25nm为大孔。
此外，活性碳比表面积较好> 800 m2/g，试验表明比表面积与孔容积呈正相关，比表面积大，则吸附容量大。
本发明仅是在大量试验基础上，对压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，提出最佳主要指标体系，作为选择活性炭考核指标，活性炭的制备属于现有技术，在此就不详细说明。
本发明压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，相对于现有技术，由于采用上述特定指标的活性炭，特别是椰壳制成活性炭，具有更小的孔径半径，经动态模拟试验，在试验气体25以下结合二个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/ 或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
具体实施方式
实施例I :采用延迟床(Φ77Χ440ι πι),试验活性炭指标见表I,活性炭装填量 600g，分别对Kr、Xe (Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)进行吸附性能模拟试验。 试验工况条件Kr和Xe的温度分别为39°C和40°C、压力均为O. 02Mpa、流量分别为O. 356Ι/min和O. 368 Ι/min、相对湿度均为< 20%，分别连续运行66分和958分后，从气相色谱仪检得Kr、Xe波形，计得对Kr、Xe吸附系数分别达到39. 2ml/g和525. 8ml/g (表2、表3方案三)。
实施例2 :采用上述延迟床，装填表I活性炭600g，分别对Kr、Xe(Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)进行吸附性能试验。试验工况条件Kr和Xe的温度均为25°C， 压力均为O. 02Mpa，流量分别为O. 358 Ι/min和O. 362 1/min，相对湿度均为< 20%，分别连续运行81分和979分后，从气相色谱仪检得Kr、Xe波形，计得对Kr、Xe吸附系数分别达到 48. 3ml/g 和 590. 7ml/g(表 2、表 3 方案四)。
实施例3:采用延迟床(Φ77Χ440ι πι),试验活性炭指标见表I,活性炭装填量 600g，分别对Kr、Xe (Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)在不同压力，不同流量， 不同温度，和RH <20%条件下进行试验。结果分别见表2和表3。试验结果表明本发明指标活性炭对Kr吸附，流速与吸附系数呈弱负相关，温度与吸附系数呈负相关，压力与吸附系数呈正相关，活性炭经辐照后不改变吸附性能(表2，方案五与方案六对照，方案六为辐照活性炭)。对Xe吸附，流速与吸附系数呈弱正相关，温度与吸附系数呈负相关，压力与吸附系数呈正相关。但两者变化斜率均较小，因此在实际应用可以选择合适参数，使对Kr、 Xe吸附都达到最佳。
比较例选择2种市购活性炭与本发明指标活性炭(表I)作对比试验。其中1#为市购国产活性炭，2#为市购美国某公司活性炭，3#为本发明指标活性炭表1，所有活性炭基材均为椰壳，试验条件Kr、Xe浓度均为50ppm，流量O. 361/min，压力O. 02Mpa，温度40°C， RHS 25%，试验结果见表4。结果显示本发明指标活性炭对Kr、Xe吸附系数较相对较好的 1#活性炭分别提高35. 6%和31. 5%。
权利要求
1.压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，由椰壳为基材制成，其特征在于活性炭强度彡98%,总孔容积> O. 4cm3/g,微孔容积占总容积比彡78%, O. 6nm 一 I. Inm间孔径分布比例> 42%, 6 12目粒度分布> 90%。
2.根据权利要求
I所述压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，其特征在于活性碳比表面积> 800 m2/g。
专利摘要
本发明涉及一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，其特征是活性炭强度≥98%，总孔容积＞0.4cm3/g，微孔容积占总容积比≥78%，0.6nm－1.1nm间孔径分布比例≥42%，6～12目粒度分布＞90%。由于采用上述特定指标的活性炭，经动态模拟试验，在试验气体25－40℃，压力0.02－0.1MPa，流量0.14－0.36l/min，相对湿度＜20%条件下，对Kr,Xe吸附系数分别达到39－51ml/g和492－605ml/g。在常温、常压条件下，对放射性Kr、Xe具有极高的选择性和高的吸附性，完全能满足国内AP1000技术设计规范要求(Kr25ml/g和Xe440ml/g)。并且较现有使用活性炭吸附系数分别提高35.6％-112%(Kr)和31.5％－59.3%(Xe)。
文档编号G21F9/02GKCN102580672SQ201110411855
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月13日
发明者倪依雨, 储志军, 杨博, 梁袁平, 王鑫, 翁明辉, 谈遗海, 陈斌 申请人:上海核工程研究设计院, 江苏宝宸净化设备有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
技术领域：
本发明涉及一种核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，尤其涉及一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。
背景技术：
核电站正常运行时，产生一定量的高放废气，通常流量为3_5m3/h，容控箱扫气时最大时流量可达40-50 m3/h。压水堆核电站(例如AP — 1000)高放废气由氢、氮气及痕量的放射性氪(Kr)、氣(Xe)气体组成。高放射性核素存在，使得高放废气比活度达到KTlO9Bq/ t。如不经处理排入大气，被人吸入就会形成内照射，严重影响核电站附近居民健康，因此必须对高放废气进行处理。压水堆核电站中已经使用和正在发展的废气处理技术主要有加压贮存处理和常温活性炭延迟处理。活性炭延迟处理技术较加压贮存处理具有安全、节能、 投资省、占地小的特点，成为高放废气处理优选方式。
现有技术虽有报导采用活性炭吸附放射性氪、氙气，但都注重工艺与装置的开发与改进，极少有涉及吸附用活性炭的研究。而延迟处理用活性炭是处理放射性氪、氙气的关键材料，其物化指标直接决定处理效果(吸附性能和使用寿命)，例如吸附选择性与孔径有关；其次，核电站设计使用寿命通常在40年，要求活性炭使用寿命也要达到40年(使用寿命内不更换)，活性炭长期处于高幅照环境中，要求物理、化学性质稳定不风化(强度影响耐辐照、抗风化性能)，这就需对活性碳强度提出要求，活性炭强度大则使用寿命长，可减少废活性炭更换排放的二次污染，然而客观上活性炭强度与吸附性能(主要为孔容积)互为制约，例如孔容积大，吸附能力强，但强度会下降，使用寿命缩短；再就是，活性炭粒度又会影响气流阻力和吸附效率，粒度小，则阻力大，粒度大，则吸附效率会降低。由于上述因素互为影响，确定活性炭合理的物化指标，是保证含核废气延迟处理系统高效吸附及长寿命的关键。
中国专利CN1210027活性炭纤维用于吸附氙气方法，在真空系统中将活性炭纤维与不同压力的氙气接触并吸附一段时间，应用于核电站及核设施裂变产物排放废气中放射性氙气的脱除。然而采用活性炭纤维作吸附剂(介质)，其强度相对较低，使用寿命短，难以满足核电站使用40年不更换的要求；其次，只报导对氙气有吸附作用，对氪气吸附能力低， 难以满足压水堆核电站高放废气分离核素要求；再就是，延迟床通常为长径比大(例如25 I)的细长蛇形管，采用活性炭纤维难以在如此结构的延迟床中均匀填充，同样会影响处理效果。尤其是，其并未给出活性炭纤维具体指标要求，难以保证吸附高效和长寿命二者都最优。
上述不足仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。
本发明目的实现，主要改进是在大量试验基础上，确定压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭的主要物化指标，并作为选择活性炭的考核指标，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭， 由椰壳为基材制成，其特征在于活性炭强度> 98%，总孔容积> O. 4cm3/g，微孔容积占总容积比彡78%,O. 6nm — I. Inm间孔径分布比例彡42%，6 12目粒度分布> 90%。
申请人:经大量试验、测试发现总孔容积> O. 4cm3/g，特别是微孔容积占总孔容积比例> 78%，使得活性炭具有很大吸附容量；在延迟时间一定时可以相对减少延迟床的活性炭用量，从而减小延迟床的体积、占地面积，节约投资；活性炭O. 6nm-l. Inm之间孔径分布比例> 42%，对氪、氙气具有很强捕捉力，产生细孔毛细凝聚效应，对kr、Xe吸附量大，特别适合低浓度kr、Xe吸附；6 12目粒度分布> 90%，较好地平衡了过滤气流阻力及满足充分吸附两者关系；活性炭强度> 98%，可以满足实际使用40年不风化要求。前述综合指标体，使活性炭使用寿命、对kr、Xe吸附选择性、吸附量三者达到最佳匹配，实现满足使用条件下达到要求的最优化。
本发明中。
活性炭微孔，按IUPAC [国际理论(化学)与应用化学联合会]分类，微孔径半径r < I. Onm为微孔，r在I 25nm为中孔，r > 25nm为大孔。
此外，活性碳比表面积较好> 800 m2/g，试验表明比表面积与孔容积呈正相关，比表面积大，则吸附容量大。
本发明仅是在大量试验基础上，对压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，提出最佳主要指标体系，作为选择活性炭考核指标，活性炭的制备属于现有技术，在此就不详细说明。
本发明压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，相对于现有技术，由于采用上述特定指标的活性炭，特别是椰壳制成活性炭，具有更小的孔径半径，经动态模拟试验，在试验气体25以下结合二个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/ 或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
具体实施方式
实施例I :采用延迟床(Φ77Χ440ι πι),试验活性炭指标见表I,活性炭装填量 600g，分别对Kr、Xe (Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)进行吸附性能模拟试验。 试验工况条件Kr和Xe的温度分别为39°C和40°C、压力均为O. 02Mpa、流量分别为O. 356Ι/min和O. 368 Ι/min、相对湿度均为< 20%，分别连续运行66分和958分后，从气相色谱仪检得Kr、Xe波形，计得对Kr、Xe吸附系数分别达到39. 2ml/g和525. 8ml/g (表2、表3方案三)。
实施例2 :采用上述延迟床，装填表I活性炭600g，分别对Kr、Xe(Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)进行吸附性能试验。试验工况条件Kr和Xe的温度均为25°C， 压力均为O. 02Mpa，流量分别为O. 358 Ι/min和O. 362 1/min，相对湿度均为< 20%，分别连续运行81分和979分后，从气相色谱仪检得Kr、Xe波形，计得对Kr、Xe吸附系数分别达到 48. 3ml/g 和 590. 7ml/g(表 2、表 3 方案四)。
实施例3:采用延迟床(Φ77Χ440ι πι),试验活性炭指标见表I,活性炭装填量 600g，分别对Kr、Xe (Kr/N2、Xe/ N2标气浓度为50ppm和IOOppm)在不同压力，不同流量， 不同温度，和RH <20%条件下进行试验。结果分别见表2和表3。试验结果表明本发明指标活性炭对Kr吸附，流速与吸附系数呈弱负相关，温度与吸附系数呈负相关，压力与吸附系数呈正相关，活性炭经辐照后不改变吸附性能(表2，方案五与方案六对照，方案六为辐照活性炭)。对Xe吸附，流速与吸附系数呈弱正相关，温度与吸附系数呈负相关，压力与吸附系数呈正相关。但两者变化斜率均较小，因此在实际应用可以选择合适参数，使对Kr、 Xe吸附都达到最佳。
比较例选择2种市购活性炭与本发明指标活性炭(表I)作对比试验。其中1#为市购国产活性炭，2#为市购美国某公司活性炭，3#为本发明指标活性炭表1，所有活性炭基材均为椰壳，试验条件Kr、Xe浓度均为50ppm，流量O. 361/min，压力O. 02Mpa，温度40°C， RHS 25%，试验结果见表4。结果显示本发明指标活性炭对Kr、Xe吸附系数较相对较好的 1#活性炭分别提高35. 6%和31. 5%。
权利要求
1.压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，由椰壳为基材制成，其特征在于活性炭强度彡98%,总孔容积> O. 4cm3/g,微孔容积占总容积比彡78%, O. 6nm 一 I. Inm间孔径分布比例> 42%, 6 12目粒度分布> 90%。
2.根据权利要求
I所述压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，其特征在于活性碳比表面积> 800 m2/g。
专利摘要
本发明涉及一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，其特征是活性炭强度≥98%，总孔容积＞0.4cm3/g，微孔容积占总容积比≥78%，0.6nm－1.1nm间孔径分布比例≥42%，6～12目粒度分布＞90%。由于采用上述特定指标的活性炭，经动态模拟试验，在试验气体25－40℃，压力0.02－0.1MPa，流量0.14－0.36l/min，相对湿度＜20%条件下，对Kr,Xe吸附系数分别达到39－51ml/g和492－605ml/g。在常温、常压条件下，对放射性Kr、Xe具有极高的选择性和高的吸附性，完全能满足国内AP1000技术设计规范要求(Kr25ml/g和Xe440ml/g)。并且较现有使用活性炭吸附系数分别提高35.6％-112%(Kr)和31.5％－59.3%(Xe)。
文档编号G21F9/02GKCN102580672SQ201110411855
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月13日
发明者倪依雨, 储志军, 杨博, 梁袁平, 王鑫, 翁明辉, 谈遗海, 陈斌 申请人:上海核工程研究设计院, 江苏宝宸净化设备有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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