[其他]從核反應堆廢氣氫中分離與濃縮氪氙技術

無效

• 申請號: 85100505
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100505B
• 公開（公告）日: 1987-04-15
• 發明（設計）人: 楊民杰;陳炳兆;趙施龍;葉榮;黃鐵生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 主分類號: G21F9/02
• 分類號: G21F9/02;C01B23/00
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳

本發明是核反應堆廢氣的分離、濃縮和回收技 術。它利用儲氫金屬合金來分離、濃縮核反應堆廢氣 氫中的氪(Kr)、氙(Xe)。

在核發電站和其它核動力裝置的反應堆中，快速 中子撞擊U²³⁵會裂變出含放射性的氪、氙，從而使廢 氣氫中含有一定劑量的放射性氪、氙。這種廢氣大量 排放在大自然中，既污染環境，影響生態平衡，威脅人 類安全，而且使作為載氣的氫氣大量流失，還白白浪 費寶貴的稀有氣體氪、氙。

曾有人用化學萃取的方法來萃取氫中的放射性 氪、氙，但萃取方法使用氟化物(Cl₂CF₂)、毒性大，且 工藝復雜，成本昂貴。(特開昭57-100397)。也有 人用活性碳吸附方法。(特公昭57-28920)。

儲氫金屬合金材料具有選擇地、可逆地，大量地 吸收或放出氫氣的特性，已廣泛地使用于氫氣的儲存 及氫氣的凈化。(如特開昭57-156304)。但這些 技術都著眼于氫氣的儲存與提純，沒有涉及稀有氣體 的濃縮、回收。

本發明利用儲氫金屬合金材料對氫的選擇吸收 及稀有氣體氪、氙化學性質不活潑的特性來分離、濃 縮核反應堆廢氣中的放射性氪、氙。本發明的方法工 藝簡單，沒有毒性，儲氫金屬可反復使用，反應堆廢氣 中的氫可重復使用，同時使放射性氪、氙濃縮并回收 利用。減少了環境污染，降低了核反應堆的運行成 本。

附圖1是本發明采用的從氫氣中濃縮氪、氙的裝 置。圖中〔1〕是核反應堆廢氣氫的入口，該廢氣中含 有放射性氪、氙。〔2〕是經分離、濃縮后含放射性氪、 氙氣的出口。〔3〕是經分離后的純氫出口。〔5〕、〔6〕、 〔7〕為三個儲氫合金瓶，儲氫瓶數目可根據需要增加 或減少。儲氫瓶中裝有電阻絲加熱或冷熱水循環的 熱交換器。每個儲氫瓶的下端為進氣口與進氣閥門 〔8〕相連，上端連接純氫出口閥〔10〕與純氫出口〔3〕相 通。上、下端各有一片金屬過濾片〔4〕，孔徑為微米 級。二張過濾片間填充儲氫金屬合金〔11〕，在儲氫瓶 的下部側面連有濃縮氪、氙氣的排放閥〔9〕，然后與濃 縮氪、氙氣的出口〔2〕相通。圖中〔12〕為氣體管道。

當反應堆的廢氣從進氣口〔1〕經進氣閥〔8〕金屬 過濾片〔4〕進入儲氫瓶，由于儲氫金屬合金〔11〕對氫 氣的選擇吸收，而對廢氣中的放射性氪、氙等稀有氣 體不能吸收，也不能起反應，從而使氪、氙等稀有氣體 游離于金屬氫化物與合金的間隙之中，當儲氫瓶中， 儲氫金屬合金吸收的氫氣達到飽和后，即儲氫金屬合 金均生成金屬氫化物，從而不再吸收氫氣(此時可觀 察到進入儲氫合金瓶的廢氣的壓力不再由于儲氫合 金的吸收而下降)時，關閉閥門〔8〕及〔10〕，打開閥門 〔9〕，并適當提高熱交換溫度，讓儲氫金屬合金初期放 出的氫氣將氪、氙等稀有氣體帶出。然后關上閥門 〔9〕，打開純氫出口閥〔10〕，純氫可繼續作為載氣使 用，這樣就達到了從廢氣氫中分離，濃縮氪、氙的目 的。儲氫合金瓶〔5〕、〔6〕、〔7〕，可循環使用，也可同時 使用，達到連續處理廢氣的目的。

儲氫金屬合金可用鈦系、鎂系或稀土系合金，不 同的儲氫合金，分離、濃縮稀有氣體所需的工作溫度 和平衡氫氣壓是不同的。一般，平衡氫氣壓希望在 1～10大氣壓。為達到這一平衡氣壓，鎂系合金(如 Mg₂Ni，Mg₂Cu等)所需溫度在237～350℃，因而要 用電阻絲加熱實現熱交換。而鈦系(例如TiFeMn、 TiCrMn等)或稀土系(例如LaNi₅，LaNi₄，Al等)合 金則在室溫(20～30℃)下即可達到該平衡氫氣 壓。

本發明的一個實施例：見附圖2.儲氫瓶〔13〕的 儲氫量為3.5m³，瓶體為φ108mm的不銹鋼圓筒形， 上、下二端及側面一端焊有不銹鋼微米級孔徑的過濾 片〔4〕，瓶體上部用法蘭〔19〕連接，上端的過濾片焊在 法蘭的上半部。熱交換采用水循環，熱交換器〔14〕為 紫銅管，管體處連接銅質扇形散熱片〔15〕，閥門〔8〕、 〔9〕、〔10〕可使用上海東海閥門廠QF-011型。儲

氫瓶裝入17～18公斤TiFe_0.86Mn_0.1儲氫合金 11〕，其粒度分布如下：