Способ очистки газов от радиоактивных аэрозольных частиц Советский патент 1991 года по МПК G21F9/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике, преимущественно к приготовлению ядерного топлива с использованием солевых расплавов хлоридов металлов, и может быть кспользовано для очистки отходящих газов от радиоактивных аэрозольных частиц.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки отходящих газов путем увеличения прочности связи материала зернистой насадки с задержанными на ней аэрозольными частицами, несущими радиоактивное загрязнение, а также упрощение конструкции и обслуживания фильтров.

Сущность изобретения заключается в очистке газов, содержащих радиоактивные1 аэрозольные частицы в виде твердых или жидких возгонов солей хлоридов, оксидов и других соединений, химически активных по отношению к соединениям, относящимся к твердым фторирующим агентам, фильтрацией через зернистую насадку, в качестве которой используют гранулы порошка соли из ряда твердых фторирующих агентов, например SbF5, CaFj, SnF+i. TiF, MnFj, KF-nHF, ,NH4F-nHF, PbF,, CeF4, BiFf, или их смеси. Отходящие газы фильтруют чррез указанную зернистую насадку при температуре в, интервале от 20°С до температуры точки плавления или разложения соли зернистой насадки и комплексной соли.

сд

Јь

О

to

СП

о р пу|оиим 1гл при взаимодействии радио- активного эпсМента с солью -зернистой насадки. Но избежание забивки фронтальной части насадки возгонами со- , держание твердой дисперсной фазы в отходящих газах доводят до концентрации не более 0,1-0,5 г/м3 предварительной очисткой на насыпном фильтре с химически инертной насадкой напри-JQ мгр с алундовой или фарфоровой кроткой.

Зернистая насадка из твердого фторирующего агента обеспечивает сначала механическое задержание аэрозольных f 5 частиц, включающих соединения радиоактивных элементов (например, хлориды или оксиды). Затем осенние аэрозольные частицы вступают с материалом зернистой насадки (с одним из выбранных из 0 рлца пли нескольких в смеси, ипи рас- попожечных раздельно) в химическое вчлшодеистние и некоторые из них можно описать реакциями, приведенными

ниже. В случае улавливания хлоридных солевых возгонов на кислых фторидах щелочных металлов и аммония происходит обменная реакция

MCJ h+nMe-HP , „ MF, ,,-t-nHCl ; где Me - катион щелочного металла и 4f ; М - радиоактивный ослшл чпый элемент U, Mo, Nh, Rus Sb и т.д., с образованием двойной комплексной сол Mch-MF;n, включающей радиоактивный осколочный элемент М.

При улавливании радиоактивных аэрозольных частиц хлорида цезия на прршгетой насадке из фторида сурьмы протекает химическая реакция другого типа по вероятной схеме CtiCl + ZSbFj- - CGShF i+SbF l с образованием комплексной соли CsSbF . Окислительно-восстановительный процесс в сочетании с pea глшей присоединения возможно реализовать при улавливании па смеси фторида щелочного металла Me с три- фторидом кобальта радиоактивных аэрозольных частиц, в которых улавливаемое соединение, например диоксид ура- па, находится в одной из низших сте понс:й окисления U02+6CoF3-t 3NaF - UF, x3Hal t-6CaF7+0 3, с образованием радиоактивной комплексной соли UF4-3NaF. В дaннo f случае вместо CoF3 можно взять MnFj, AgF1 PbF, CeF4, BiF5, а улавливаемой аэрозольной частицей может быть соединение трансуранового элемента.

Q

5 0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, вследствие химического взаимодействия аэрозольных частиц с зернистой насадкой из твердого фторирующего агента образуются комплексные соли радиоактивных элементов и элементов, составляющих фтористое соединение зерен, в результате чего радиоактивные элементы удерживаются в матрице зерен насадки.

Нижняя граница температурного интервала 20°С обусловлена тем, что в этом случае для технического осуществления фильтрации не требуется ни нагрева, ни охлаждения (комнатная температура) и вместе с тем для подавляющего большинства указанных твердых фторирующих агентов возможно осуществление необходимых для фиксации аэрозольных частиц химических реакций. При температуре ниже 20°С9 например при 0°С, наблюдается значительное снижение реакционной способности данных веществ (в 2-3 раза) и снижение удерживания аэрозольных частиц.

Нагрев при фильтрации необходим ,.;ля интенсификации химического взаимодействия аэрозольных частиц с солями зернистой насадки„ Вместе с тем фильтрацию отходящих газов как правило, целесообразно производить при температуре ниже точки плавления зернистой насадки соли (например, точка плавления соли KF-HF равна 238,7°С) , Преимущество фильтрации отходящих газов через твердую насадку (по сравнению с барботированием через жидкость) заключается в том, что аппаратурно оформить это проще, а во-вторых, нет вторичного уноса аэрозольных частиц за счет интенсивного испарения жидкости. При фильтрации выше температуры разложения вновь образующейся комплексной соли также уменьшается удерживающая способность зернистой насадки и увеличивается пропуск аэрозольных частиц через фильтр. Например, в приведенной выше формуле взаимодействия аэрозольных частиц диоксида урана с зернистой насадкой из смеси трифто- рида кобальта и фторида натрия фильтрацию целесообразно проводить при 150°С, так как при 350°С заметно разложение комплексной соли UF -SNaF.

Выбор конкретного температурного режима завись. 1 как от вида соли зернистой насадк з так и от химического

состава и физического состояния аэрозольных частиц - это является решением конкретной технической задачи и

может быть установлено опытным или расчетным путем.

Использование в фильтре зернистой насадки из различных солей фторирующих агентов обусловлено тем, что когда аэрозоль имеет сложный химический состав, то каждое соединение из состава дисперсной фазы может проявить разную химическую активность по отношению к отдельным фторирующим агензагрязняющие соединения оседают хуже чем химически более активные хлориды, суммарный коэффициент очистки при этом, определяемый соотношением

--J--- 100 i (где Gf и С - начальное и конечное содержания дисперсной фазы, г/м3, Ч - коэффициент очистки.

to

%), равен 99,0%. При 100° С коэффициент очкгтк 1 достигает 99f8%

Температура плавления SbF3 равна 287°С и заметного преимущества при фильтрации п интервале от 100 до там. В этом случае подбор смеси одно- 15 287°С нет, степень очистки сохраняет- го - двух и более видов фторирующих ся на уровне 99,8%. При температуре

агентов в качестве зернистой насадки обеспечивает более полную очистку газов. Однако использование их в сме- ,си не всегда эффективно, так как они могут вступить между собой в химичес- кре взаимодействие, ослабляя протекание р еакций с соединениями аэрозольных частиц. В этом случае необходимо различные фторирующие агенты располагать в отдельных слоях.

Пример 1. Применительно к процессам приготовления ядерного топлива с использованием солевых расплавов

20

25

ниже 100 С степень очистки начинает ухудшаться составпяя при 20°С 99% и при более низких температурах сте пень очистки приближается к значеиияМ равным для насыпных фильтров с химически инертной насадкой.

I

Пример 2, Берут корпус насыпного фильтра с рабочим сечением 0,015 м2 и высотой 0„20 м, снабженный подводящим и отводящим газы патрубка ми. Наполняют корпус гранулами зерен крупностью 2 -iM в диаметре из порошзагрязняющие соединения оседают хуже чем химически более активные хлориды, суммарный коэффициент очистки при этом, определяемый соотношением

--J--- 100 i (где Gf и С - начальное и конечное содержания дисперсной фазы, г/м3, Ч - коэффициент очистки.

to

5

ниже 100 С степень очистки начинает ухудшаться составпяя при 20°С 99% и при более низких температурах сте пень очистки приближается к значеиияМ( равным для насыпных фильтров с химически инертной насадкой.

I

Пример 2, Берут корпус насыпного фильтра с рабочим сечением 0,015 м2 и высотой 0„20 м, снабженный подводящим и отводящим газы патрубка ми. Наполняют корпус гранулами зерен крупностью 2 -iM в диаметре из порош

Изобретение относится к технике очистки отходящих газов. Целью изоб- ретения является повышение эффективности очистки отходящих газов путем увеличения прочности связи материала зернистой насадки с задержанными на ней аэрозольными частицами. Цель достигается тем, что газы фильтруют через зернистую насадку в качестве которой используют гранулы порошка срли из ряда твердых фторирующих агентов SbFj , CoF3, SnFv KF-nHF, CeF4 и др. фильтрацию проводят в интервале температур от 2СГС до температуры точки разложения комплексной соли, образующейся при взаимодействии соединения радиоактивного элемента с солью зернистой насадки. В качестве зернистой насадки можно использовать смесь солей двух или более твердых фторирующих .агентов, или разные соли размещают в разных слоях зернистой насадки. 1 з.п, А-лы, 1 табл. с S

хлоридов металла способ осуществляет- 30 ков соли СаГ и KFf взятых по массе

в одинаковом соотношении. Обогревают фильтр до наложенной па корпус нихромовой спиралью, подсоединенной к источнику гока. Впускают в аппарат

ся следующим образом.

Берут корпус насыпного фильтра с рабочим сечением 0,015 м2 и высотой 09 20 м, снабженный подводящим и отводящим газы патрубками. Наполняют кор- $ через входной патрубок с расходом nyd гранулами из порошка соли SbF30,20 м3/ч отходящие газы( включакгцие

крупностью 2 мм в диаметре, Обогрева- аэрозольные частицы диоксида урана с

концентрацией в яэрозоле 0,001 г/м5.

В фильтре происходит реакция

40

ют фильтр до 100 С нихромовой спи- .ралью, наложенной на корпус фильтра и подсоединенной к источнику тока. Впускают в аппарат через входной патрубок с расходом 0,30 м3/ч отходящие хлорсодержащие газы, включающие аэрозольные частицы хлоридов урана, плутония и осколочных элементов (Zn€l4 ; NbClj8 CsCl, RuCl и т.д,)й при этом концентрация твердой фазы в аэрозоле составляет 0,01 г/м3 Аэрозольные частицы оседают в зернистой насадке фильтра, осколочные элементы и делящиеся материалы вступают в химическую реакцию обменного типа, образуя при этом комплексную соль, связанную с матрицей насадки.

вания аэрозольных частиц диоксида урана на трифториде кобальта с последующим образованием комплексной соли с фторидом калия. Таким образом, радиоактивное загрязнение переходит

45 в матрицу зерен насадки. С выходного патрубка фильтра получают очищенный газ, коэффициент очистки при этом достигает 98% при 20°С и 99,852 при 240°С„ Проводить фнльтрацио отводящих

50 газов при значениях температуры выше 250°С (при котором ,85%)f не следует, так как при этом происходит терморазложение соли трифторнда кобальта и действие способа фильтрации В данном примере выбранный матери- 55 становится неэффективным. При стеке- кии температуры фильтрации до 20°С соответственно снижается и коэффициал насадки задерживает радиоактивные аэрозольные частицы и при 20°С, т.е.

без дополнительного нагрева, однако при этом химически менее активные

вания аэрозольных частиц диоксида урана на трифториде кобальта с последующим образованием комплексной соли с фторидом калия. Таким образом, радиоактивное загрязнение переходит

в матрицу зерен насадки. С выходного патрубка фильтра получают очищенный газ, коэффициент очистки при этом достигает 98% при 20°С и 99,852 при 240°С„ Проводить фнльтрацио отводящих

газов при значениях температуры выше 250°С (при котором ,85%)f не слеент очистки, а при температуре ниже 20°С степень очистки приближается к

значениям, равным для насыпных фильтров с химически инертной насадкой.

В таблице приведены сравнительные данные основных показателей для изпе- стного и предлагаемого способов, УСЛОВИЯ фильтрации и определяющие пара- jJieTpb насыпного фильтра приняты, как в; примере 1.

Из таблицы видно, что изобретение Позволяет эффективно улавливать радиоактивные аэрозольные частицы и связывать их с материалом насадки на- ф щного фильтра, что исключает воз-/ одиость пропуска радиоактивных аэро- зольных ЧАСТИЦ посредством их вторич- rtoro уноса фильтр, увеличивает «мкость фильтра, упрощает аппаратурное оформление процесса очистки от- з:одящих газов, позволяет эффективно очищать отходящие от аэрозольных частиц мелкой дисперсности. Формула изобретения

Простое, бо компактное

Сложное, так как обеспечение безопасности процессе при наличии воды ведет к конструктивному усложнению

Повышенная (кали- Пониженная пие илаги)

Ч. 90 - 95

Ч .99,8

-

g

5

0

тором отходящие газы фильтрует через эер гистую насадку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки отходящих газов путем увеличения прочности связи материала зернистой насадки с задержанными на ней аэрозольными частицами, в качестве зернистой насадки используют гранулы порошка соли-из ряда твердых фторирующих агентов SbF3, CaFj, SnF, TiF, MnFA, KF-nHF, NaF.nHF, NH4F.nHF, PbF4, CeF4, BiF, фильтрацию проводят в интервале температур от 20°С до температуры точки «лавления или разложения соли зернистой насадки и комплексной соли, образующейся при взаимодействии соединения радиоактивного элемента с соль зернистой насадки.

отношению к прототипу D t, 5- 2 раза

Простое, более компактное

Ч .99,8