工程条件下椰壳活性炭吸附放射性惰性气体性能研究

在某一代表性工程条件下, 研究一种椰壳活性炭(YK型)对放射性惰性气体吸附能力.结果表明:在温度40 ℃、压力0.02 MPa、气流比速0.05 cm/s、气流相对湿度25%的工程条件下,YK型活性炭对惰性气体氙、氪的吸附系数分别为400 mL/g和28.8 mL/g.在30 ℃～40 ℃范围内,温度每升高1 ℃,氪在活性炭上的吸附系数下降约2%;活性炭对惰性气体吸附系数还受到湿度和压力的不同程度影响.根据实验测得的吸附系数可以推算出,在试验所用的工程条件下,如果要求对133Xe净化系数达到2 500(133Xe需经过60 d的衰变),用YK活性炭滞留床时体积只需6.514 m3,较压缩罐体积减少大约95%(压缩贮存衰变罐的贮存压力为1.0 MPa时,压缩罐体积需130 m3).     

气-固色谱法测定椰壳活性炭对CO_2载气中 Xe 的动吸附系数

本文介绍用国产 SP-2305E 型气相色谱仪测定了椰壳活性炭对 CO_2载气中 Xe 的动吸附系数。使用的检定器是热导池,色谱柱为φ4×240mm 的不锈钢管,柱内装60—80 目椰(二)-2型椰壳活性炭。载气中 CO_2含量～87%。实验分别以脉冲进样方式在15.5、31.5、50.5℃条件下和以连续进样方式在～16℃条件下共测定了四组 Xe 的动吸附系数。同时,还绘制了一组 Xe 的吸附等温线和吸附等容线,并求得该实验体系中 Xe 的吸附热为2820cal/mol。     

核电厂放射性废气活性炭延滞处理工艺参数分析

核电厂放射性废气活性炭延滞处理工艺中活性炭吸附系数受多种因素影响,基于活性炭延滞处理工艺,分析温度、湿度、气体浓度和气体流速等参数对放射性气体(氪和氙)吸附系数的影响,重点分析探讨AP1000核电厂放射性废气处理系统工艺参数的合理性,并提出优化设计建议。分析表明:AP1000核电厂放射性废气处理工艺活性炭选型需兼顾吸附容量、吸附选择性和使用寿命等因素;通过将吹扫气流速控制在0.1~0.7 cm/s,适当降低气体冷却器的冷冻水温度,确保气体相对湿度低于25%以及适度增加系统操作压力等方式,可以提高废气处理系统对放射性废气的处理效果。     

碳分子筛上氪、氙的动态吸附及脱附性能

为筛选快速分离Kr/Xe的材料,研究了不同碳分子筛（CMS）对氙（Xe）和氪（Kr）的动态吸附性能与脱附性能,探讨了压力、气体流量、温度等因素对Kr、Xe的动态吸附系数与脱附率的影响。结果表明,碳分子筛Aladdin TDX-01对Xe的吸附容量最大,其次为光复TDX-01,低温时,Aladdin TDX-01对Kr的动态吸附系数大于光复TDX-01。Aladdin TDX-01碳分子筛对Kr和Xe的吸附能力均随压力升高而增强,随着原料气流量增加而减少,动态吸附系数随着温度升高而降低;采用N2吹扫对Kr、Xe进行脱附,随着N₂流量增大、温度升高,Kr、Xe的脱附时间缩短。Aladdin TDX-01碳分子筛在25 ℃、100 kPa条件下对Xe的动态穿透吸附系数为1 283 mL/g,在-50 ℃、100 kPa条件下对Kr的动态穿透吸附系数为474 mL/g。     

低温下活性炭吸附分离Kr和Xe

研究了低温下活性炭吸附分离Kr和Xe的方法。Kr和Xe混合气在-78 ℃活性炭吸附柱上进行富集,根据Kr、Xe在活性炭柱上脱附条件的差异实现了Kr和Xe的分离。结果表明,Kr和Xe的回收率均大于90%,Kr样品中Xe的去污系数达10⁴以上,Xe样品中Kr的去污系数达10³以上。     

复杂混合气体组分在低温活性炭表面的吸附特性

为实现大体积气体中微量放射性气体Kr、Xe同位素的测量,须将混合气体进行浓集并将目标气体吸附于10 mL左右的活性炭源盒中。本实验对混合气体中各组分在活性炭分离柱上的吸附性能进行研究,建立了通过去除其他杂质气体、浓集大体积气体制备放射性Kr和Xe活度源的方法。根据反应堆流出气体和核爆可能生成的气体组分,配制了模拟气体,使用活化的4A分子筛对其中的水和CO₂进行模拟去除,获得了流程中去除水和CO₂的实验条件;选择5个低温点(273、264、255、246、238 K),在低温活性炭柱上对H₂、CO、CH₄、Kr和Xe的吸附特性进行研究,测定了各气体在不同温度下的吸附穿透曲线。结果表明,室温下4A分子筛对水和CO₂有较好的吸附效果。低温下,H₂、CO不易在活性炭表面吸附;CH₄、Kr吸附性质相似;Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH₄可在高温下氧化去除。因此,可根据混合气体中各组分性质的不同实现杂质气体的去除和目标气体Kr、Xe的回收测量。     

吸附法净化高温气冷堆He载气中Kr、Xe的研究

用椰子壳活性炭吸附剂固定床吸附法去除高温气冷堆He载气中Kr、Xe杂质。获得了Kr、Xe在椰子壳活性炭上的动吸附规律。考察了吸附温度、浓度、流速及床高等因素对保护作用时间、完全饱和时间、吸容量的影响,获得最佳运行参数。结果表明：采用椰子壳活性炭可以除去高温气冷堆He载气中Kr、Xe等有害杂质,满足净化系统的要求。     

不同工况下活性炭吸附放射性惰性气体性能的初步研究

活性炭吸附滞留工艺是核电站处理放射性惰性气体的技术发展方向之一。本文介绍了活性炭吸附放射性惰性气体Kr和Xe的原理及其主要物理参数。通过不同运行条件下对活性炭的吸附性能进行测试,结果表明活性炭的吸附性能受到气流温度、压力、流速和湿度等多方面因素影响。过高气体温度、湿度和过低的流速导致活性炭吸附性能下降,适当提升系统运行压力有利于提高活性炭的吸附能力。研究结果可指导核电站项目中废气处理系统的设计,通过合理控制滞留系统的运行条件可以保障活性炭的吸附性能和使用寿命。     

氙的超低温动态吸附特性

变温吸附是氙富集的重要手段，温度是影响氙吸附能力的重要因素。设计了超低温动态吸附实验平台，基于该实验平台研究了在-110～-60℃范围内碳分子筛对氙的吸附性能，并分析了-110℃下氙体积分数、气体流速、柱前压和柱内径对氙吸附性能的影响。结果表明，在-110℃下，氙体积分数和气体流速对氙的动态吸附系数影响最显著，柱前压和柱内径在一定范围内对吸附剂性能影响不大。     

复杂混合气体组分在低温活性炭表面的吸附特性

为实现大体积气体中微量放射性气体Kr、Xe同位素的测量,须将混合气体进行浓集并将目标气体吸附于10 mL左右的活性炭源盒中。本实验对混合气体中各组分在活性炭分离柱上的吸附性能进行研究,建立了通过去除其他杂质气体、浓集大体积气体制备放射性Kr和Xe活度源的方法。根据反应堆流出气体和核爆可能生成的气体组分,配制了模拟气体,使用活化的4A分子筛对其中的水和CO_2进行模拟去除,获得了流程中去除水和CO_2的实验条件;选择5个低温点(273、264、255、246、238 K),在低温活性炭柱上对H_2、CO、CH_4、Kr和Xe的吸附特性进行研究,测定了各气体在不同温度下的吸附穿透曲线。结果表明,室温下4A分子筛对水和CO_2有较好的吸附效果。低温下,H_2、CO不易在活性炭表面吸附;CH_4、Kr吸附性质相似;Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH_4可在高温下氧化去除。因此,可根据混合气体中各组分性质的不同实现杂质气体的去除和目标气体Kr、Xe的回收测量。     

微量氙低温分凝条件的优化

利用自行研制的FNQ-01型气体分凝器实验平台研究了不同条件组合对微量氙收集效率的影响,通过正交法设计优化了稀有气体氙分凝取样条件,选出最佳条件为原料气中氙的体积分数为1.046×10^-3,冷凝温度-198 ℃,原料气进气流速0.3 L/min,分凝器收集压力55 kPa,蒸发温度-50 ℃。在此条件下,Xe的平均收集效率为73％。此外,还研究了不同进气方式对氙收集效率和分凝的影响。     

CO_2对活性炭捕集氙工程的影响

很多核设施会产生放射性水平较高的氙等稀有气体同位素,须经过特殊处理后才能向环境排放,研究以空气或其它气体为介质的氙的吸附净化方法具有较强的实用价值。研究了常温下多组分气体在活性炭上直接吸附时,杂质组分CO2对捕集氙效果的影响,比较了多级柱和单级柱两种方案的效果和活性炭用量,以及条件参数的影响。结果表明:相比较多级柱除杂质吸附氙的方法,单级柱直接吸附氙更易于实现工程应用;在流速约0.33cm/s下,活性炭单级柱常温常压吸附对氙捕集效率达到90%;在一定流速(0.02~1.2cm/s)范围内,可以忽略炭床阻力的影响。     

分子筛的结构表征及对痕量氙的动态吸附性能

高效吸附剂是大气放射性氙取样分析系统的核心组成部分之一,为提高探测灵敏度,需获得对大气中痕量氙具有更高吸附性能的吸附剂.研究了10种分子筛对痕量氙的动态吸附性能,利用氮气静态吸附对分子筛的孔结构进行表征,分析了孔结构特征与分子筛动态吸附性能的关系.选择吸附量较高的分子筛,进一步研究了原料气流量、吸附压力和氙浓度对动态吸...     

133Xe活度浓度的绝对测量

惰性气体氙监测是全面禁止核试验条约（CTBT）国际监测系统（IMS）的关注重点,其中,放射性氙同位素的活度浓度主要采用HPGeγ能谱法和β-γ符合法测量,如何准确刻度系统的探测效率是放射性氙测量的难点。本工作介绍了一种采用内充气正比计数管长度补偿绝对测量放射性氙活度的原理和方法,对¹³³Xe活度浓度进行了绝对测量,其活度浓度测量结果为21.36×（1±1.5%）Bq/mL。     

多孔吸附介质对133 Xe的采样浓集效果研究

在我国压水堆核电厂的惰性气体排放中,¹³³Xe为关键源项。在大气及核设施气态流出物中,放射性氙同位素所占的体积比极低。因此对于放射性氙的监测,需要前端增加采样量。本文主要对空气中氙组分采样浓集技术进行研究,选取多种材料进行空气中氙吸附行为和吸附容量的测试,并对其在现场采样实验室分析中的应用效果进行了理论计算。结果表明特定粒度的竹炭和椰壳炭对氙吸附浓集效果较好,可有效降低流出物中惰性气体取样的探测限。     

基于RELAP5的氦氙流动换热计算模块开发与验证

反应堆热工系统分析程序是开展热工水力计算与安全评价的重要工具。为开发适用于氦氙气冷空间堆的热工系统分析程序,本文在RELAP5/MOD40程序中拓展了氦氙混合气体（He Xe）物性计算模块,添加了适用于He Xe的传热关系式,将拓展后程序计算值与实验值进行对比。结果表明：程序默认的Sutherlands定律用于He Xe物性计算时将引入较大误差;Dittus Bolter公式对He Xe对流换热时的Nu预测偏高,将导致不保守的壁温计算结果。拓展后的程序对He Xe压降和换热计算结果均与实验值吻合较好,验证了程序开发的正确性以及程序用于He Xe流动换热计算的功能。本研究可为系统层面程序开发奠定基础。