捕集通過密閉空間內(nèi)的輻解或熱解產(chǎn)生的可燃氣體的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種用于捕集諸如氫氣之類的可燃氣體的設(shè)備，包括殼體（1）內(nèi)的活性劑裝置（3），所述殼體除了被過濾器（2）堵住的開口外均封閉，所述過濾器通常只允許要捕集的氣體穿過過濾器。捕集在殼體內(nèi)維持減小的壓強，所述減小的壓強持續(xù)地將外部產(chǎn)生的氣體吸入。捕集器能夠在沒有任何維護的情況下進行操作并且持續(xù)很長一段時間，甚至是在完全密閉的環(huán)境中。
【專利說明】捕集通過密閉空間內(nèi)的輻解或熱解產(chǎn)生的可燃氣體的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的主題是一種用于捕集通過密閉空間內(nèi)的輻解或熱解或者輻解和熱解兩者產(chǎn)生的可燃氣體的設(shè)備，所述容積形成于用于運輸和/或儲存放射性物質(zhì)的罐體或者其它系統(tǒng)中。通常由這些現(xiàn)象產(chǎn)生的這樣的氣體是氫氣。
【背景技術(shù)】
[0002]核設(shè)施引發(fā)一定數(shù)量的“技術(shù)廢料”，所述技術(shù)廢料可以包括具有非常多樣的性質(zhì)的物體和材料(例如，過濾器、金屬廢料、碎石、玻璃等)，或者反而是基于有機材料的纖維素(例如，紙張、木頭、棉、或諸如由乙烯基或聚氨酯制成的包裝罩的塑料材料、靴子、手套以及被認為是聚合物的材料制成的各種物體)。所有這些廢料還能夠污染少量的液體(例如，水)和有機液體(例如，油或者碳氫化合物)。全部廢料組成在處于核設(shè)施中期間被激活或者在用于所述設(shè)施中期間被包括鈾或钚的放射性元素的粉塵污染的材料，所述放射性元素能夠發(fā)射α、β、Y粒子等。
[0003]這些技術(shù)廢料的運輸和儲存造成了與被運輸材料的性質(zhì)相關(guān)的特定的困難。事實上，如之前所述，這些廢料被包括鈾或钚的放射性元素污染，放射性元素給予廢料放射性特性。在由放射性元素產(chǎn)生的輻射作用下，組成廢料的材料能夠衰變并且釋放氣態(tài)的化合物，其中某些是可燃的。產(chǎn)生的氣體為氫氣、一氧化碳和二氧化碳、氧氣、氮氣以及揮發(fā)性有機化合物(V0C)。這一現(xiàn)象稱為輻解。當(dāng)技術(shù)廢料被限制在縮小了體積的密閉容器中時，因為可燃氣體的產(chǎn)物在沒有排出的可能的情況下能夠快速達到高濃度，所以這樣的可燃氣體的產(chǎn)物造成了問題。在氫氣的情況下，空氣中的可燃性閾值在4%附近。當(dāng)濃度超過這一閾值時，熱源或者火星足以點燃氣態(tài)的混合物或者產(chǎn)生劇烈的爆燃。
[0004]各種研究和觀察已經(jīng)示出了，隨著技術(shù)廢料放射強烈的α粒子并且包含大量的有機分子時，可燃氣體(例如，通過在含有具有氫化化合物的放射性材料的密閉容器中的輻解產(chǎn)生的氫氣)的濃度有時能夠在幾天之后達到4%附近的值。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)包括各種用于(特別是通過催化氧化)捕集諸如氫氣之類的可燃氣體的設(shè)備，所述催化氧化使得氧氣和氫氣重新結(jié)合形成水。
[0006]專利FR-A-2874120描述了這樣的添加有第二催化劑的催化劑在密閉容器中的使用，由于CO是氫氣的氧化反應(yīng)中的抑制劑，所述第二催化劑激發(fā)另一將CO轉(zhuǎn)化為C02的氧化反應(yīng)。第一催化劑有利地為灌注有鈀的氧化鋁的形式，第二催化劑為包括CuO和Μη02的混合物的形式。
[0007]這些通過氧化的化合物的缺點是只有覆蓋空氣含有足夠量的氧氣才起作用，由于有機物質(zhì)(尤其是碳鏈)的輻解并不產(chǎn)生氧氣以及相反地存在的氧氣可能被有機物質(zhì)的氧化反應(yīng)消耗，所以并不總是存在足夠量的氧氣。
[0008]專利FR-A-2925752描述了一種能夠在密閉容器中進行受控的氧氣釋放的設(shè)備，以解決這一困難；但是該解決方案依然很難變得很可靠。
[0009]其它捕集器包括在不使用氧氣的情況下捕集可燃氣體的金屬氫化物或金屬氧化物，被稱為活性劑裝置或“吸氣劑”。這些活性劑裝置(active means)可以是可逆的(金屬氫化物的情況)或者不可逆的(金屬氧化物的情況)。在第一種情況下，可燃氣體可以在特定的壓強和溫度條件下被釋放。不過，所述活性劑裝置的缺點是存在抑制劑氣體(尤其是CO)存在下其效率大幅減小。但是，在幾乎全部情況下，聚合物廢物的熱化學(xué)和輻解的衰變導(dǎo)致這些抑制劑的大的濃度。
[0010]申請文件US-A-6262328和W0-A-2010/066811相繼描述了覆蓋在多孔基體中的活性劑裝置，該具有在使有害物停止的同時對混合物進行過濾并且同樣地使得被捕集的氣體到達活性劑裝置的能力。這樣的基體可以是能夠透過氫氣的玻璃基體、接合劑基體或者沸石。然而，因為很難使基體中的活性劑裝置的分布最優(yōu)化以使能有效的捕集，必須承受一定程度的效率缺乏:因此大量的活性產(chǎn)物是必須的。另外，如果活性產(chǎn)物不再滿足，特別是如果活性產(chǎn)物飽和，那么不可能只替換活性產(chǎn)物，基體也必須要被替換。
[0011]過濾設(shè)備進一步基于多微孔膜或其它而存在，但是因為并不關(guān)系到被限制的容器并且是基于氣流或者壓差的形成以迫使流過膜，則多微孔膜與本發(fā)明的條件無關(guān)。例如，可以援引申請文件EP-A-0383153，其中催化劑產(chǎn)物被布置為穿過殼體的其中產(chǎn)生氫氣的開口:催化劑被包裹在被提供有在出口處的網(wǎng)格以及懸置的過濾器的外殼中，然而，在殼體的側(cè)面，所述外殼對于混合物的所有氣體來說都是能透過的；殼體中的超壓氣體因此在流出之前穿過過濾器和催化劑，氫氣在此通過產(chǎn)生水的重新結(jié)合被消除。
[0012]申請文件EP-A-0670575描述了另一設(shè)備，其中，催化劑放置在外殼內(nèi)，外殼除了對過濾器之外都是封閉的。然而，所述設(shè)備并沒有解決催化劑中毒的問題，以至于催化劑保持與氣體產(chǎn)物媒介隔離，直到氫氣的侵入變得明顯。催化劑隨之暴露于該媒介。監(jiān)視的必要性以及捕集操作或者當(dāng)捕集開始活化時的機制是相當(dāng)長的持續(xù)時間的過程的主要缺點，在此持續(xù)時間中氫氣的出現(xiàn)是不可預(yù)料的，或者完全相反地為緩慢且規(guī)律的，這將使得捕集總是活性的以避免其積累。過濾器似乎并不對氣體施加任何選擇效果并且是簡單的顆粒過濾器(HEPA)。不能確定的是，如果捕集被短時間活化而非永久活化，則能夠獲得高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的基本理念在于在罐體的其中發(fā)生輻解和/或熱解的密閉空間中引入一箱體，所述箱體的至少一面裝備有混合物的選擇性過濾器以允許可燃氣體尤其是氫氣穿過。用于捕集氫氣的活性產(chǎn)物被放置于箱體中并且由此通過過濾器與氣態(tài)抑制劑(poison)隔離。如果過濾是完美的，那么箱體的內(nèi)容物理想地由純可燃氣體組成。過濾器具有使混合物的其它氣體中的至少一些停止或減緩，并且尤其使為催化反應(yīng)的抑制劑的一氧化碳停止，以及由于可燃氣隨著穿透進入箱體中而被捕集，在箱體的內(nèi)部和外部之間產(chǎn)生局部的壓強梯度。由此獲得系統(tǒng)，其中存在在密閉空間中的氫氣隨著一方面形成另一方面被捕集而通過局部壓強梯度被導(dǎo)入到箱體中，然而抑制劑氣體并不穿透或者非常難以穿透進入箱體。在描述的其余部分里，“箱體”也被稱為“殼體”。
[0014]因此，本發(fā)明的一個方面是一種用于捕集可燃氣體尤其是氫氣(以及其同位素形式，也就是氘、氚或替代的氘和氚的混合形式)的設(shè)備，所述可燃氣體通過在用于運輸和/或儲存放射性物質(zhì)的系統(tǒng)(所述系統(tǒng)能夠是廢料罐體、輻射燃料的容器、或者其它)中形成的密閉空間(containment)中的福解和/或熱解而產(chǎn)生,所述設(shè)備包括界定一空腔的殼體,能夠捕集所述可燃氣體的活性劑裝置位于所述空腔中，所述殼體除了至少一個被過濾器占據(jù)并且僅與所述密閉空間相連通的開口之外是連續(xù)的，所述過濾器允許所述可燃氣體穿過，其特點是，所述過濾器使其它氣體減緩或停止，尤其是使一氧化碳停止。
[0015]活性劑裝置可以由金屬氫化物或金屬氧化物組成；它們可在殼體中處于分離且自由的狀態(tài)，或者被布置為殼體內(nèi)的板的表面覆蓋層，這就保證了活性劑裝置是易達到的，特別是與活性劑裝置被覆蓋在基體中的設(shè)備不同，當(dāng)活性劑裝置飽和時能夠被替換。
[0016]過濾器可以由多微孔層組成，隨后過濾根據(jù)空間排斥的過程進行，這就抑制或者延遲了大尺寸分子的擴散并且有利于最小尺寸分子的擴散。因為可燃氣體相較于抑制劑氣體的分子包括更小尺寸的分子，所以多微孔層中抑制劑氣體的擴散被大幅度延遲或者甚至是停止，然而恰恰相反，有利于可燃氣體的擴散。
[0017]過濾器可以由位于主過濾器下的金屬膜來完成并且主過濾器完成過濾器；由于過濾的化學(xué)方式，通過膜的過濾只允許可燃氣體穿過并且使所有其它氣體停止。之后根據(jù)在膜的表面上的可燃氣體的吸收、分解、通過膜的擴散、重新組合以及吸收來實施過濾。在穿過金屬膜的整個厚度之后，由此可燃氣體出現(xiàn)在殼體中。
[0018]由于過濾器對特定氣體進行阻止，過濾器保持其所有功用，所述特定氣體(其中，又有一氧化碳)通過中毒來妨礙金屬膜的正確操作。
[0019]過濾器通常包括不具有特別的過濾特性但是確保其機械強度的多孔基質(zhì)。
[0020]多微孔層可以由二氧化硅組成，金屬膜能夠由鈀、鈀鎳合金、鈀銀合金、鈀銅合金、或鑰;鶴合金和鑰;鎳合金制成。
[0021]如果過濾器的選擇性被認為不充分，殼體可以進一步包含用于捕集活性劑裝置的特定抑制劑的產(chǎn)物(例如，碳酸鹽)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參考以下附圖將完全以說明的方式來描述本發(fā)明:
[0023]圖1為本發(fā)明的一個實施例的全視圖；
[0024]圖2表不本發(fā)明的另一實施例；
[0025]圖3、圖4和圖5示出布置本發(fā)明的兩種具體的方式；以及
[0026]圖6示出過濾器。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明(圖1)具有由包括至少一個開口的殼體(I)所界定的箱體的形狀，每個開口都由過濾器(2 )塞住。殼體(I)包含用于捕集氫氣的活性劑裝置(3 )以及朝著過濾器(2 )開口的未被占據(jù)的容積(4)。箱體被典型地放置在密閉空間中，密閉空間中的內(nèi)容物(圖中未示出)經(jīng)受輻解或熱解，所述輻解或熱解恒定地產(chǎn)生氫氣以及對活性劑裝置的正確操作有害的抑制劑氣體(例如，CO、HCl或HF)?；钚詣┭b置可以是諸如ZrCO或Zr2Fe之類的金屬氫化物或者是金屬氧化物。在其它安排中，它們可能以自由并且分離的狀態(tài)在箱體的底部或者，如圖2中所表示的懸掛在殼體(I)之中的單獨的平板(5)的覆蓋層。在此實施例中，殼體(I)包括兩個開口并由此包括一對堵住開口的過濾器(2)。
[0028]箱體可以被放置在任何地方，例如(圖3)在通過上蓋(6)閉合的容器形式的罐體(7)的密閉空間(9)內(nèi)；殼體尤其可以被懸掛在蓋子(6)下面，過濾器(2)在殼體的頂部朝著密閉空間(9)的內(nèi)部容積打開；形成的氫氣趨于上升并且被導(dǎo)向箱體，在箱體處氫氣被捕獲。
[0029]然而，在不改變本發(fā)明的精神下能夠想到其他的安排，例如圖4所表現(xiàn)的，其中箱體被放置于罐體(7)的蓋子(6)中；含有活性劑裝置(3)的箱體(8)隨后朝著罐體(7)的內(nèi)部打開，穿過過濾器(2)并且穿過小的連續(xù)的蓋子(10)通道外面，所述蓋子通過密封件
(15)密封，但是可以被移除以替換活性劑裝置(3)。圖5中表示的另一種可能，包括當(dāng)通過導(dǎo)管(16)將箱體的內(nèi)部與罐體外部相連時將箱體放置于罐體(7)的外部；導(dǎo)管(16)以及箱體(I)的開口重合，以使得過濾器(2)還堵住導(dǎo)管(16)。
[0030]現(xiàn)在，我們將轉(zhuǎn)向?qū)^濾器(2)的描述。典型地，過濾器包括，如圖6示出的從箱體的外部到內(nèi)部，確保其硬度并能夠為金屬熔塊或由陶瓷制成的多孔基質(zhì)(11)，使得能夠阻止特定抑制劑的多微孔層(13)以及用于可燃氣體的過濾的金屬膜(12)，多微孔層(13)隨后位于金屬膜(12)與更加朝向過濾器(2)的外部的基質(zhì)(11)之間。除了別的之外，金屬膜
(12)可以基于鈀，所述鈀具有根據(jù)之前所描述的過程通過化學(xué)工具來進行氫氣的過濾的能力。隨后，氫氣根據(jù)這一過程穿過金屬膜(12)。其中一些已經(jīng)提過的其它金屬合金具有類似的過濾特性。
[0031]多微孔層(13)意在保護鈀，或者更加一般地保護金屬膜(12)，同時使能夠使金屬膜中毒的氣體(例如，CO)停止或減緩；多微孔層可以由二氧化硅制成。如所描述的組合了金屬膜和多微孔層的復(fù)合過濾器可以通過鈀在二氧化硅層上的沉積來實現(xiàn)，整體由多孔基質(zhì)來支撐。
[0032]根據(jù)第二實施例，過濾器(2)由多孔基質(zhì)和多微孔層(13)組成，過濾器根據(jù)之前所描述的空間排斥的過程通過純粹地分子過濾來工作。然而，多微孔層對于諸如抑制劑氣體(像是，HCl)之類的特定的小尺寸的氣體或分子來說是可以透過的。于是這些氣體能夠進入殼體(I)并且干擾活性劑裝置(3)的正確操作。額外的捕集器(14)可以被加入到殼體(O中以固定(fix)這些氣體；不過在特定環(huán)境下，可能選擇將它們放置于殼體外部。對于上述的氣體，令人感興趣的捕集材料是碳酸鹽。同樣可以將干燥劑添加到殼體(I)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于捕集可燃氣體的設(shè)備，所述可燃氣體通過在用于運輸和/或儲存放射性物質(zhì)的系統(tǒng)(7)中形成的密閉空間中的輻解和/或熱解而產(chǎn)生，所述設(shè)備包括界定一空腔的殼體(1)，能夠捕集所述可燃氣體的活性劑裝置(3)位于所述空腔中，所述殼體除了至少一個被過濾器占據(jù)并且僅與所述密閉空間相連通的開口之外是連續(xù)的，所述過濾器(2)允許所述可燃氣體穿過，其特征在于，所述過濾器使其它氣體減緩或停止，尤其是使一氧化碳停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括，在所述殼體中且置于所述開口上的金屬膜(12)，所述金屬膜(12)實施只允許所述可燃氣體通過并且置于所述過濾器與所述活性劑裝置之間的過濾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括，在所述殼體中的捕集器(14)，以對已經(jīng)穿過所述過濾器(2)的具有小尺寸分子的氣體進行固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述捕集器由碳酸鹽組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述過濾器由多微孔層(13)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述多微孔層(13)由二氧化硅組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述過濾器包括多孔基質(zhì)(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述活性劑裝置由金屬氫化物或金屬氧化物組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至到8中任一項所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述活性劑裝置在所述殼體中處于分離且自由的狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的用于捕集氣體的設(shè)備，其特征在于，所述活性劑裝置被布置為所述殼體內(nèi)的板(5)的表面覆蓋層。
【文檔編號】C01B3/00GK103890858SQ201280005418
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月11日
【發(fā)明者】瓦倫廷·羅爾, 伊利薩·萊奧尼, 喬斯林·普里讓, 米歇爾·拉特羅切 申請人:Tn國際公司