[发明专利]核电厂非能动氢复合器催化板及其构成的氢复合器

说明书

技术领域

本发明涉及核电厂安全壳消氢领域，具体是指一种核电厂非能动氢复合器催化板及其构成的氢复合器。

背景技术

非能动氢复合器是核电厂安全壳内重要的安全设备，当主回路压力边界或压力容器出现破口等严重事故，非能动氢复合器将以非能动的方式自动启动，将氢气在非能动条件下和氧气催化反应生成水蒸汽，从而达到限制和降低安全壳中氢气的浓度，以防止达到氢气燃烧限制（设计基准事故）和导致安全壳完整性破坏的临界氢气浓度（超设计基准事故），最大限度地保护安全壳的完整性和核电厂的设备安全。

发明内容

本发明的目的提供一种具有良好的低温启动性能、低氢气浓度启动性能和高温热稳定性能的核电厂非能动氢复合器催化板。

本发明还提供了一种基于上述核电厂非能动氢复合器催化板构成的氢复合器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：核电厂非能动氢复合器催化板，包括呈板状结构的催化板，所述催化板主要由催化板基材、设置在催化板基材表面的过渡层、以及覆盖在过渡层上的催化层构成；所述催化层由铂和钯混合而成，按质量百分数计，钯含量为75～95%，铂含量为5～25% 。

催化板为核电厂非能动氢复合器的核心部件，由催化板基材、过渡层（催化剂载体）、以及催化层（催化剂）三层组成，催化层作用于氢气和氧气的催化反应，其性能的好坏将直接影响到整个氢复合器的消氢性能；本发明通过改进催化层的混合配比配方，使得催化板具有良好的低温启动性能和低氢气浓度启动性能，并且在经历反应高温后，催化剂性能稳定，具有高温热稳定性能。不同配比的催化板消氢性能试验结果见表一。

表一 不同Pd/Pt配比催化板消氢性能试验结果

在上述试验结果表明，催化层的配比配方对消氢性能存在很大影响，当铂含量为5～25%时，消氢性能均较优，且铂含量为10%，钯含量为90%时，消氢性能为最优；当铂含量小于5%或25%时，消氢性能明显下降，综合消氢性能和生成成本考虑，本发明的配比为：按质量百分数计，钯含量为75～95%，铂含量为5～25%，此配比范围内的催化层具有良好的低温启动性能、低氢气浓度启动性能和高温热稳定性能，且钯含量为90%，铂含量为10%为最佳。

上述催化板的过渡层设置在催化层与催化板基材之间，其主要用于提高催化层的结合力，避免催化层在使用过程中由于结合不牢而脱落，本发明中，过渡层由Al₂O₃和二氧化铈混合而成，按质量百分数计，二氧化铈含量为5～15%，Al₂O₃含量为85～95%。本发明中催化板的过渡层主要原料为Al₂O₃，由于Al₂O₃具备高比表面积，将其作为过渡层必然增加催化层的比表面积，且通过在Al₂O₃中添加适量的二氧化铈，并结合化学浸渍法以及高温烧结工艺，使得催化层具有良好结合力。为了验证该结论，采用超声波检测法分别对现有的催化板和本发明公开的催化板进行检测，检测时除过渡层的配比不同，其它实验条件均相同，由于催化层结合力大小可由脱落面积直观反应，故本实验结果为催化层的脱落面积，通过脱落面积可以推断出催化层的结合力大小，试验结果如表二所示：

表二  过渡层中添加二氧化铈对催化层结合力的影响

由上表结果可知：经过相同的使用条件，现有催化板（Al₂O₃含量为100%）的催化剂脱落面积均达到50%以上，而过渡层中添加二氧化铈的催化剂脱落面积明显降低，其脱落面积随着二氧化铈含量增加而先降低后增大，二氧化铈含量在0～15%之间变化时，随着二氧化铈含量增加而脱落面积降低的非常明显，二氧化铈含量在15%以上变化时，随着二氧化铈含量增加而脱落面积增大的也非常明显，并考虑成本因素，本发明的过渡层配方确定为：按质量百分数计，二氧化铈含量为5～15%，Al₂O₃含量为85～95%，且二氧化铈含量为10%，Al₂O₃含量为90%时为最优。通过该实验结果可以得出：采用上述过渡层的催化板能极大的提高其催化层的结合力。