含碳-14 廢氣處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種含碳?14 廢氣處理系統，包括去除廢氣中H2的消氫單元、將廢氣中的含碳?14有機物轉化成CO2的催化氧化單元、以及對CO2進行吸收處理的吸收單元；所述消氫單元、催化氧化單元和吸收單元按廢氣輸送方向依次連接。本實用新型的含碳?14廢氣處理系統，用于處理含碳?14的CO2及有機物氣體(特別是低濃度)，將含碳?14的CO2及有機物氣體轉化吸收，轉化效率可以達到90％及以上，可以把原本廢氣中所含ppmv級的碳?14物質降低一個數量級或去除，避免反射性廢氣排放至核電廠及其周邊的環境中而影響了環境健康穩定。
【專利說明】
含碳-14廢氣處理系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及核電廠放射性廢氣處理技術領域，尤其涉及一種含碳-14廢氣處理系統。
【背景技術】
[0002]碳-H(14C)具有弱的β放射性，β射線的能量為49keV，有內照射風險，其半衰期為5730年，核核實運行過程中產生的碳-14，對環境的影響不容忽視。
[0003]以核電廠為例，核電廠中產生的含碳-14廢氣主要通過TEG含氫子系統排放。TEG含氫子系統的廢氣組分中，仏含量約為80%，出含量約為20%，其中含碳-14氣體濃度在2.9-
7.4ppmv之間，含碳-14氣體中烴類有機物占75 %?95 %，CO2的含量為5 %?25 %。含碳-14氣體含量極小，為ppm級別，很難有效地去除，進而難以避免反射性廢氣排放至核電廠及其周邊的環境中，影響了環境健康穩定。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題在于，提供一種有效去除含碳-14氣體的含碳-14廢氣處理系統。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種含碳-14廢氣處理系統，包括去除廢氣中H2的消氫單元、將廢氣中的含碳-14有機物轉化成CO2的催化氧化單元、以及對C02進行吸收處理的吸收單元;所述消氫單元、催化氧化單元和吸收單元按廢氣輸送方向依次連接。
[0006]優選地，所述消氫單元包括氫氧復合器，該氫氧復合器包括容納廢氣、供廢氣中的H2在貴金屬催化劑催化下與氧氣反應生成H2O的密閉的容器。
[0007]所述催化氧化單元包括對來自所述消氫單元的廢氣進行加熱的加熱器，以及接收來自所述加熱器的加熱后的廢氣、供廢氣中含碳-14有機物在貴金屬催化劑催化下與氧氣反應轉化成CO2的催化反應器;所述加熱器連接在所述消氫單元和所述催化反應器之間。
[0008]優選地，所述消氫單元還包括對消氫后的所述廢氣進行冷卻的第一冷卻器，所述第一冷卻器連接在所述氫氧復合器和加熱器之間；
[0009]所述催化氧化單元還包括對催化氧化后的所述廢氣進行冷卻的第二冷卻器，所述第二冷卻器連接在所述催化反應器和吸收單元之間。
[0010]優選地，所述吸收單元包括干式吸收單元和/或濕式吸收單元；
[0011]所述干式吸收單元與濕式吸收單元并聯和/或串聯。
[0012]優選地，所述干式吸收單元包括依次對廢氣進行處理的吸收器和吸附器、以及將脫附用氣體引入所述吸附器以對吸附器進行脫附再生的脫附管線;所述吸收器的出口端與所述吸附器的吸附進氣口連接，所述脫附管線與所述吸附器的脫附進氣口連接。
[0013]優選地，所述脫附管線上設有將所述脫附用氣體加熱至脫附溫度的加熱器、以及檢測所述脫附用氣體溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器位于所述加熱器的出氣端。
[0014]優選地，所述干式吸收單元還包括將所述吸附器脫附產生的脫附氣體輸送至所述吸收器的吸收管線、將經過所述吸收器后的脫附氣體排出的排放管線；
[0015]所述吸收管線一端連接所述吸附器的脫附出氣口，另一端連接所述吸收器的進口端;所述排放管線連接所述吸收器的出口端。
[0016]優選地，所述濕式吸收單元包括吸收塔;所述吸收塔包括密閉的塔體、設置在所述塔體內底部的用于容置吸收液的吸收層、設置在所述吸收層上方的至少一層填料層、以及設置在所述填料層上方對所述填料層噴淋吸收液的噴淋機構；
[0017]所述塔體上設有連通至所述吸收層的氣體入口，所述吸收層內設有連接所述氣體入口、將氣體以鼓泡方式輸送至所述吸收液中的鼓泡氣管;所述塔體上設有供依次經過所述吸收層和填料層后的氣體排出的氣體出口，所述氣體出口位于所述塔體的上部。
[0018]優選地，所述塔體上設有連通至所述吸收層的吸收液入口和吸收液出口；和/或，所述塔體上設有至少一個觀察窗;和/或，所述塔體上設有用于輸送水以調節吸收液濃度的入水口，所述入水口連通至所述吸收層，并且位于吸收液的液面上方。
[0019]優選地，所述吸收塔還包括設置在所述塔體內并位于所述噴淋機構上方的除霧器;和/或，所述吸收塔還包括連接所述噴淋機構和吸收層，將所述吸收層內的吸收液栗至所述噴淋機構以進行噴淋的循環栗；
[0020]所述濕式吸收單元還包括與所述吸收塔的吸收層連接的沉淀池。
[0021]本實用新型的含碳-14廢氣處理系統，用于處理含碳-14的CO2及有機物氣體(特別是低濃度)，將含碳-14的CO2及有機物氣體轉化吸收，轉化效率可以達到90%及以上，可以把原本廢氣中所含ppmv級的碳-14物質降低一個數量級或去除，避免反射性廢氣排放至核電廠及其周邊的環境中而影響了環境健康穩定。
【附圖說明】
[0022]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0023]圖1是本實用新型的含碳-14廢氣處理系統的結構框圖；
[0024]圖2是圖1中消氫單元的一個實施例結構示意圖；
[0025]圖3是圖1中催化氧化單元的一個實施例結構示意圖
[0026]圖4是圖1中吸收單元的一個實施例結構示意圖；
[0027]圖5是圖4中干式吸收單元的一個實施例結構示意圖；
[0028]圖6是圖4中濕式吸收單元的一個實施例結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0030]如圖1所示，本實用新型的含碳-14廢氣處理系統，用于核設施的廢氣處理，去除其中的具有放射性的碳-14(14C)。該處理系統包括按廢氣輸送方向依次連接的消氫單元10、催化氧化單元20以及吸收單元30。
[0031]其中，消氫單元10用于去除廢氣中的H2,其是將出與氧氣反應生成H2O;催化氧化單元20將廢氣中的含碳-14有機物(如CH4)轉化成C02，以利于后續的吸收;吸收單元對廢氣中的CO2進行吸收處理;去除CO2后的廢氣再進行排放處理。
[0032]如圖1、2所示，消氫單元10包括氫氧復合器11，用于氫氣和氧氣的復合反應。該氫氧復合器11包括容納廢氣的密閉的容器。在容器內，廢氣中的H2在貴金屬催化劑催化下與氧氣反應生成H20。
[0033]消氫單元10還包括混氧機構12，混氧機構12可包括與氧氣來源連接的供氧管道，其連接在容器和供氧來源之間，以將氧氣輸送進容器內。或者，混氧機構12包括將氧氣與廢氣進行混合的氣室，氣室與氫氧復合器11連接，廢氣在其中與氧氣混合后再輸送至氫氧復合器U。貴金屬催化劑包括鈀、鉑等，設置在容器內。廢氣中的H2在貴金屬催化劑的催化下與氧氣反應生成H2O，該反應為放熱反應，因此生成的H2O為水蒸汽狀態。
[0034]消氫單元10進一步還可包括對消氫后的廢氣進行冷卻的第一冷卻器13，對廢氣中生成的水蒸汽進行冷卻形成冷凝水，以與廢氣分離。第一冷卻器13連接在氫氧復合器11和催化氧化單元20之間，氫氧復合器11輸出的廢氣(包括廢氣以及未反應的氧氣)先通過該第一冷卻器13后再進入催化反應單元20，水蒸氣在該第一冷卻器13中冷凝后從廢氣中分離出來。
[0035]如圖1、3所示，催化氧化單元20包括對來自消氫單元10的廢氣(還可包括在消氫單元10中未反應的氧氣)進行加熱的加熱器22、以及密閉的催化反應器21，加熱器22連接在消氫單元10和催化反應器21之間，接收來自消氫單元10的廢氣并對廢氣進行加熱；加熱后的廢氣形成高溫氣體輸出至催化反應器21。在催化反應器21中，廢氣中含碳-14有機物在高溫和貴金屬催化劑的催化下與氧氣反應轉化成C02。貴金屬催化劑包括鈀、鉑等，設置在催化反應器21中。
[0036]具體地，加熱器22連接在第一冷卻器13和催化反應器21之間，優選電加熱器，以通過電加熱的方式將廢氣等加熱至350°C左右，最高可加熱至500°C。在350°C左右，廢氣中含碳-14有機物可完全與氧氣反應轉化成C02。
[0037]進一步地，催化氧化單元20還包括對催化氧化后的廢氣進行冷卻的第二冷卻器23，第二冷卻器23連接在催化反應器21和吸收單元30之間。催化氧化后的廢氣經過第二冷卻器23冷卻至常溫后再進入吸收單元30進行吸收處理。
[0038]此外，加熱器22還可通過供氧管道連接氧氣來源，以確保有充足氧氣與含碳-14有機物反應。
[0039]如圖4所示，吸收單元30的一個實施例中，可以包括干式吸收單元31和/或濕式吸收單元32。干式吸收單元31和濕式吸收單元32可均連接催化反應單元20，來自催化氧化單元20的廢氣可單獨通過干式吸收單元31或濕式吸收單元32進行吸收處理。
[0040]此外，干式吸收單元31和濕式吸收單元32之間還可連接，從而可形成并聯和/或串聯。干式吸收單元31和濕式吸收單元32的并聯和/或串聯模式的選擇可由實現連接的連接管線上的閥門啟閉進行控制選擇。
[0041 ]當廢氣量較小時，可以采用干式吸收單元31或濕式吸收單元32單獨對廢氣進行吸收處理；當廢氣量較大或發生事故工況時，可以采用干濕式串聯模式或干濕式并聯模式進行吸收處理。
[0042]采用干濕式串聯模式吸收處理時，廢氣依次通過干式吸收單元31和濕式吸收單元32，廢氣先通過干式吸收單元31進行一級吸收處理后，再進入濕式吸收單元32進行二級吸收處理。或者，廢氣依次通過濕式吸收單元32和干式吸收單元31，廢氣先通過濕式吸收單元32進行一級吸收處理后，再進入干式吸收單元31進行二級吸收處理。
[0043]采用干濕式并聯模式吸收處理時，廢氣分別通過干式吸收單元31和濕式吸收單元32進行吸收處理。
[0044]如圖4、5所示，作為干式吸收單元31的一個實施例中，其可包括依次對廢氣進行處理的吸收床311和吸附器312，還包括將脫附用氣體引入吸附器312以對吸附器312進行脫附再生的脫附管線313。
[0045]其中，吸收床311具有供廢氣進出的進口端和出口端;吸附器312具有吸附進氣口和吸附出氣口，以及供脫附用氣體進出的脫附進氣口和脫附出氣口。吸收床311進口端連接催化反應單元20，接收廢氣;吸收床311的出口端與吸附器312的吸附進氣口連接，經過吸收床311吸收處理的廢氣進一步可通過出口端和吸附進氣口進入吸附器312，以進行吸附處理，最大程度地減少廢氣成分如CO2的逃逸。
[0046]吸收床311的進口端設有第一閥門3110，控制進口端的啟閉。吸收床311的出口端也可根據需要設置閥門來控制其啟閉。優選地，吸收床311設有兩個且并聯，一個作為主吸收床，另一個作為備用吸收床。吸收床311上的吸收劑為固體吸收劑，如采用一種或多種復合的堿性金屬氧化物作為吸收劑，能夠與CO2反應生成穩定的碳酸鹽。
[0047]吸附器312的吸附進氣口連接吸收床311的出口端，接收來自吸收床311的經過吸收的廢氣，吸附器312的吸附出氣口可連接至排放口，將經過吸附處理后的廢氣進行排放。吸附器312為采用分子篩作為吸附材料的吸附器。吸附器312的吸附進氣口處設有第二閥門3120，控制吸附進氣口的啟閉。吸附器312的吸附出氣口也可以根據需要設置閥門，控制該吸附出氣口的啟閉。
[0048]脫附管線313與吸附器312的脫附進氣口連接，將脫附用氣體輸送至吸附器312內，對吸附器312進行脫附再生。
[0049]脫附管線313上設有加熱器3131，將脫附用氣體加熱至脫附溫度，提高脫附用氣體對吸附器的脫附效果。其中，加熱器3131以進氣端朝向脫附用氣體來源，脫附用氣體從加熱器3131進氣端進入其中，經加熱升溫后從加熱器的出氣端輸出并進入吸附器312。優選地，加熱器3131采用電熱器。
[0050]加熱器3131的進氣端還設有控制閥門3133，控制脫附用氣體輸送的通斷。吸附器312達到吸附飽和狀態后，控制閥門3133開啟，通過脫附管線313引入脫附用氣體，對吸附器312進行脫附。
[0051]脫附管線313上還設有檢測脫附用氣體溫度的溫度傳感器3132，溫度傳感器3132位于加熱器3131的出氣端。
[0052]進一步地，該干式吸收單元31還包括吸收管線314和排放管線315。吸收管線314—端連接吸附器312的脫附出氣口，另一端連接吸收床311的進口端，將吸附器312脫附產生的脫附氣體輸送至吸收床311 ；排放管線315連接吸收床311的出口端，將經過吸收器311后的脫附氣體排出。廢氣中CO2經吸收和吸附后被吸附器312吸附，經過脫附后從吸附器312上脫附下來，并進一步通過吸收管線314輸送至吸收床311，進行再吸收處理后可通過排放管線315進行排放。
[0053]排放管線315進口端連接吸收床311，出口端則連接至排放口；臨近進口端的排放管線315上也設有控制閥門3150，控制排放管線315的通斷。
[0054]如圖4、6所示，作為濕式吸收單元32的一個實施例中，其可包括吸收塔31以及與吸收塔321連接的沉淀池322。吸收塔321中的吸收液(堿液)吸收廢氣中的CO2，形成有C032—，剩余的廢氣從吸收塔321上部排出；將含C032—的吸收液排至沉淀池322，生成碳酸鹽沉淀并過濾，過濾后的溶液可以返回吸收塔321重新用于CO2的吸收。
[0055]吸收塔321包括密閉的塔體3211、設置在塔體3211內底部的吸收層3212、設置在吸收層3212上方的至少一層填料層3213、設置在填料層3213上方的噴淋機構3214、以及設置在噴淋機構3214上方的除霧器3215。
[0056]吸收層3212用于容置吸收液，通過吸收液對廢氣進行吸收處理。沉淀池322連接吸收層3212，兩者之間可形成一個吸收液循環回路，吸收液從吸收層3212輸送至沉淀池322進行沉淀處理后回流至吸收層3212內。經吸收層吸收處理后的廢氣在塔體3211內往上流動至填料層3213，噴淋機構3214對填料層3213噴淋吸收液，使得經過填料層3213的廢氣充分與吸收液再接觸，增加廢氣與吸收液的接觸時間和面積，達到更好的吸收效果。除霧器3215對經過填料層3213后的廢氣所夾帶的吸收液進行截留。
[0057]其中，塔體3211上設有供廢氣進入和排出的氣體入口和氣體出口。氣體入口連通至吸收層3212，廢氣氣體從該氣體入口進入吸收層3212中。并且，在吸收層3212內設有鼓泡氣管3216，該鼓泡氣管3216連接氣體入口，將廢氣以鼓泡方式輸送至吸收液中，使氣體以鼓泡方式被吸收液吸收。
[0058]氣體出口位于塔體3211的上部，供依次經過吸收層3212和填料層3213后的廢氣排出。除霧器3215在塔體3211內位于噴淋機構3214和氣體出口之間。優選地，塔體3211頂部為錐形結構，可以將吸收處理后的廢氣集中至氣體出口以輸出。
[0059]塔體3211上還設有連通至吸收層3212的吸收液入口和吸收液出口，分別用于將吸收液輸送至吸收層3212中和將吸收液排出更換。
[0060]塔體3211上進一步還可以設有入水口，用于輸送水以調節吸收液的濃度。該入水口連通至吸收層3212，并且位于吸收液的液面上方。
[0061]塔體3211上對應吸收層3212的位置還設有pH計(未圖示)和/或液位計(未圖示)，便于檢測吸收液的pH值和/或觀察吸收液的液位。
[0062]此外，塔體3211上還設有至少一個觀察窗3217，以便觀察塔體3211內部的吸收情況。優選地，塔體3211上對應噴淋機構3214的位置設有觀察窗3217，用于觀察噴淋情況。塔體3211的上部位置也可以設有觀察窗3217，觀察經多級吸收后的氣體情況。
[0063]進一步地，吸收塔321還包括連接噴淋機構3214和吸收層3212的循環栗3218，將吸收層3212內的吸收液栗至噴淋機構3214以進行噴淋，實現吸收液的循環噴淋使用，減少廢液產生量。循環栗3218從吸收層3212栗取的吸收液經噴淋機構3214噴淋至填料層3213，吸收液經過填料層3213后，可以回到吸收層3212中，以此循環使用。
[0064]作為選擇，填料層3213包括支撐板、以及裝填在支撐板上的絲網。絲網為具有小孔徑的絲網，便于氣相和液相的流動;氣體和吸收液可在填料層3213中充分接觸。
[0065]圖6所示實施例中，填料層3213設有兩層，在塔體3211內上下間隔設置;每一填料層3213上均有噴淋機構3214對其進行噴淋吸收液。從吸收層3212出來后的廢氣自下而上依次經過兩層填料層3213。
[0066]又如圖4所示，干式吸收單元31和濕式吸收單元32連接時，將吸收床311和吸收塔321連接，從而廢氣可以先通過吸收床311吸收后再進入吸收塔321進行再吸收處理，或者先通過吸收塔321吸收后再進入吸收床311進行再吸收處理。
[0067]可以理解地，干式吸收單元31和濕式吸收單元32可由PLC控制系統控制，方便遠端操作。
[0068]綜上，通過本實用新型的含碳-14廢氣處理系統對核電站的含碳-14廢氣進行處理，可將廢氣中所含ppmv級的碳-14物質降低一個數量級或去除，避免反射性廢氣排放至核電廠及其周邊的環境中而影響了環境健康穩定。
[0069]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，包括去除廢氣中H2的消氫單元、將廢氣中的含碳-14有機物轉化成CO2的催化氧化單元、以及對CO2進行吸收處理的吸收單元;所述消氫單元、催化氧化單元和吸收單元按廢氣輸送方向依次連接。2.根據權利要求1所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述消氫單元包括氫氧復合器，該氫氧復合器包括容納廢氣、供廢氣中的出在貴金屬催化劑催化下與氧氣反應生成H2O的密閉的容器； 所述催化氧化單元包括對來自所述消氫單元的廢氣進行加熱的加熱器，以及接收來自所述加熱器的加熱后的廢氣、供廢氣中含碳-14有機物在貴金屬催化劑催化下與氧氣反應轉化成CO2的催化反應器;所述加熱器連接在所述消氫單元和所述催化反應器之間。3.根據權利要求2所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述消氫單元還包括對消氫后的所述廢氣進行冷卻的第一冷卻器，所述第一冷卻器連接在所述氫氧復合器和加熱器之間； 所述催化氧化單元還包括對催化氧化后的所述廢氣進行冷卻的第二冷卻器，所述第二冷卻器連接在所述催化反應器和吸收單元之間。4.根據權利要求1-3任一項所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述吸收單元包括干式吸收單元和/或濕式吸收單元； 所述干式吸收單元與濕式吸收單元并聯和/或串聯。5.根據權利要求4所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述干式吸收單元包括依次對廢氣進行處理的吸收器和吸附器、以及將脫附用氣體引入所述吸附器以對吸附器進行脫附再生的脫附管線;所述吸收器的出口端與所述吸附器的吸附進氣口連接，所述脫附管線與所述吸附器的脫附進氣口連接。6.根據權利要求5所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述脫附管線上設有將所述脫附用氣體加熱至脫附溫度的加熱器、以及檢測所述脫附用氣體溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器位于所述加熱器的出氣端。7.根據權利要求5所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述干式吸收單元還包括將所述吸附器脫附產生的脫附氣體輸送至所述吸收器的吸收管線、將經過所述吸收器后的脫附氣體排出的排放管線； 所述吸收管線一端連接所述吸附器的脫附出氣口，另一端連接所述吸收器的進口端；所述排放管線連接所述吸收器的出口端。8.根據權利要求4所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述濕式吸收單元包括吸收塔;所述吸收塔包括密閉的塔體、設置在所述塔體內底部的用于容置吸收液的吸收層、設置在所述吸收層上方的至少一層填料層、以及設置在所述填料層上方對所述填料層噴淋吸收液的噴淋機構； 所述塔體上設有連通至所述吸收層的氣體入口，所述吸收層內設有連接所述氣體入口、將氣體以鼓泡方式輸送至所述吸收液中的鼓泡氣管;所述塔體上設有供依次經過所述吸收層和填料層后的氣體排出的氣體出口，所述氣體出口位于所述塔體的上部。9.根據權利要求8所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述塔體上設有連通至所述吸收層的吸收液入口和吸收液出口 ；和/或，所述塔體上設有至少一個觀察窗；和/或，所述塔體上設有用于輸送水以調節吸收液濃度的入水口，所述入水口連通至所述吸收層，并且位于吸收液的液面上方。10.根據權利要求8所述的含碳-14廢氣處理系統，其特征在于，所述吸收塔還包括設置在所述塔體內并位于所述噴淋機構上方的除霧器;和/或，所述吸收塔還包括連接所述噴淋機構和吸收層，將所述吸收層內的吸收液栗至所述噴淋機構以進行噴淋的循環栗； 所述濕式吸收單元還包括與所述吸收塔的吸收層連接的沉淀池。
【文檔編號】G21F9/02GK205582519SQ201620345706
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】周國豐, 董振營, 白杉, 龔有為, 黃永雄, 王超, 常志榮, 王晨陽
【申請人】中廣核研究院有限公司, 中國廣核集團有限公司, 中國廣核電力股份有限公司