[发明专利]压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，尤其涉及一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。

背景技术

核电站正常运行时，产生一定量的高放废气，通常流量为3-5m³/h，容控箱扫气时最大时流量可达40-50 m³/h。压水堆核电站(例如AP－1000)高放废气由氢、氮气及痕量的放射性氪(Kr)、氙(Xe)气体组成。高放射性核素存在，使得高放废气比活度达到10⁸~10⁹Bq/t。如不经处理排入大气，被人吸入就会形成内照射，严重影响核电站附近居民健康，因此必须对高放废气进行处理。压水堆核电站中已经使用和正在发展的废气处理技术主要有：加压贮存处理和常温活性炭延迟处理。活性炭延迟处理技术较加压贮存处理具有安全、节能、投资省、占地小的特点，成为高放废气处理优选方式。

现有技术虽有报导采用活性炭吸附放射性氪、氙气，但都注重工艺与装置的开发与改进，极少有涉及吸附用活性炭的研究。而延迟处理用活性炭是处理放射性氪、氙气的关键材料，其物化指标直接决定处理效果(吸附性能和使用寿命)，例如吸附选择性与孔径有关；其次，核电站设计使用寿命通常在40年，要求活性炭使用寿命也要达到40年(使用寿命内不更换)，活性炭长期处于高幅照环境中，要求物理、化学性质稳定不风化(强度影响耐辐照、抗风化性能)，这就需对活性碳强度提出要求，活性炭强度大则使用寿命长，可减少废活性炭更换排放的二次污染，然而客观上活性炭强度与吸附性能(主要为孔容积)互为制约，例如孔容积大，吸附能力强，但强度会下降，使用寿命缩短；再就是，活性炭粒度又会影响气流阻力和吸附效率，粒度小，则阻力大，粒度大，则吸附效率会降低。由于上述因素互为影响，确定活性炭合理的物化指标，是保证含核废气延迟处理系统高效吸附及长寿命的关键。

中国专利CN1210027活性炭纤维用于吸附氙气方法，在真空系统中将活性炭纤维与不同压力的氙气接触并吸附一段时间，应用于核电站及核设施裂变产物排放废气中放射性氙气的脱除。然而采用活性炭纤维作吸附剂(介质)，其强度相对较低，使用寿命短，难以满足核电站使用40年不更换的要求；其次，只报导对氙气有吸附作用，对氪气吸附能力低，难以满足压水堆核电站高放废气分离核素要求；再就是，延迟床通常为长径比大(例如25：1)的细长蛇形管，采用活性炭纤维难以在如此结构的延迟床中均匀填充，同样会影响处理效果。尤其是，其并未给出活性炭纤维具体指标要求，难以保证吸附高效和长寿命二者都最优。

上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种对氪、氙吸附选择性强，吸附系数高，强度高，使用寿命长的压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭。

本发明目的实现，主要改进是在大量试验基础上，确定压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭的主要物化指标，并作为选择活性炭的考核指标，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明压水堆核电站高放废气常温延迟处理用活性炭，由椰壳为基材制成，其特征在于活性炭强度≥98%，总孔容积＞0.4cm³/g，微孔容积占总容积比≥78%，0.6nm－1.1nm间孔径分布比例≥42%，6～12目粒度分布＞90%。

申请人经大量试验、测试：发现总孔容积＞0.4cm³/g，特别是微孔容积占总孔容积比例≥78%，使得活性炭具有很大吸附容量；在延迟时间一定时可以相对减少延迟床的活性炭用量，从而减小延迟床的体积、占地面积，节约投资；活性炭0.6nm-1.1nm之间孔径分布比例≥42%，对氪、氙气具有很强捕捉力，产生细孔毛细凝聚效应，对kr、Xe吸附量大，特别适合低浓度kr、Xe吸附；6～12目粒度分布＞90%，较好地平衡了过滤气流阻力及满足充分吸附两者关系；活性炭强度≥98%，可以满足实际使用40年不风化要求。前述综合指标体，使活性炭使用寿命、对kr、Xe吸附选择性、吸附量三者达到最佳匹配，实现满足使用条件下达到要求的最优化。

本发明中。

活性炭微孔，按IUPAC［国际理论（化学）与应用化学联合会］分类，微孔径半径r＜1.0nm为微孔，r在1~25nm为中孔，r＞25nm为大孔。