[发明专利]一种聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚变堆热室内清洗废气深冷精馏净化再生方法及装置，适用于聚变装置面向等离子体的内部活化及氚滞留内部器件热室内维护过程中的清洗去污过程中所产生的废气的处理，属于放射性污染控制和处理领域。

背景技术

化石能源的逐渐耗竭已经是人所共知的事实，而风能、太阳能等可再生能源在目前来看，也无法完全满足人类对能源的需求。核能的发现利用及发展已经经历了大半个世纪，但是人类对裂变核能的安全利用仍就存在着一定程度的不确定性。随着ITER项目的进行，聚变也再日益走进人们的视野。同等质量的氢元素聚变产生的能量比铀等重元素裂变放出的能量大得多，而产生的辐射也少得多。对环境保护的考虑也是人们努力发展核聚变技术的原因之一。核聚变发电，是能源的明日之星。聚变能源也是目前公认的清洁、安全的下一代新能源，聚变装置的研究和发展近些年正在紧锣密鼓的进行当中，热室做为聚变堆内部器件的重要维护设施和安全应急的重要单元承担着重要的核安全重任，因而热室内相关的维护工艺工装设备的研发就显的尤为的重要。

现有的大量聚变实验装置在进行聚变相关的实验运行过程中在真空室内部均发现大量的放射性颗粒的产生，主要是有由于各种真空室第一壁面材料在高温和高辐照环境下材料的蒸发、肿胀、损伤以及粒子溅射等因素造成的，聚变堆运行的过程中内部器件会被14Mev的中子活化，并且作为核燃料的氚在高温环境下极易在材料中渗透、滞留，因此相关部件内的放射性和氚滞留给设备维护的人员和遥操作装置带来了很大的危害。因此在热室内进行相关的维护工作之前需要将内部器件表面沾染的放射性颗粒和潜在的弱固性沾染物使用相关技术进行移除、收集、集中后固定收集处理。

热室系统不同于一般设备的维护场所，其内部处理的均是高放射性的有毒有害物质，因此热室内的各种工艺十分复杂，需要综合考虑各方面因素，对整个工艺流程的各个环节均需要做到全过程管理，所有热室内部涉及的操作流程、引入的物质、反应的中间产物、最终产物、采用的装置、设备等均需要全生命周期管理和监控。目前还没有专门针对聚变堆内部器件活化材料和氚滞留部件的清洗去污的工艺方法，ITER(国际热核聚变试验堆)等大型聚变装置将干冰爆破清洗暂定为首选的清洗方案，但是相关资料表明热室的除氚系统没有办法处理大量二氧化碳气体，因此相关研究被迫搁置，急需设计一种可以处理干冰爆破清洗废气的处理工艺。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供提一种热室内清洗废气深冷精馏净化再生方法及设备，解决了清洗剂固态二氧化碳(干冰)不能被热室除氚系统处理，实现了干冰爆破清洗能够应用在热室环境中，实现了高效清除收集内部器件表面的放射性颗粒的目的，防止了放射性颗粒扩散，实现清洗废物最少化的目的。

本发明的技术方案：一种聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，采用物理分离的方式，利用清洗介质二氧化碳与杂质气体在相同气压下液化温度的差异，并且所需分离的可回收利用成分二氧化碳的液化温度最高，一般冷媒较为容易达到，因此直接从混合气体中降温分离出液态二氧化碳，最终实现废气中二氧化碳分离物与杂质氚、氦等气态杂质的分离，其特征在于实现步骤如下：

(1)清洗去污工艺：将可挥发性清洗介质干冰颗粒在助推气体高压二氧化碳的助推下，喷射在待清洗表面，在碰撞待清洗表面的同时可挥发性颗粒破碎气化，撞击和挥发气化时产生的压力将清洗表面黏连附着的污染物与清洗表面分离，在密闭的清洗室内形成具有一定压力的载带着放射性颗粒的混合气体，可挥发性颗粒不断升华，使得清洗室内压力升高，之后以气流为依托，载带从污染表面清洗分离下的放射性颗粒离开清洗室，进入固态、液态杂质过滤净化工艺流程；

(2)固态、液态杂质过滤净化工艺：对载带着放射性颗粒的混合气体首先进行前置除尘过滤，除去废气中的固体放射性颗粒的同时，集中收集防止其扩散，完成前置除尘过滤；再进行除油过滤处理，除去废气中夹杂的油脂类物质，之后进入微热再生气体干燥器除去混合气中的氚水蒸气，完成除水过滤，最后再经过后置除尘过滤二次过滤固态杂质；上述工艺完成后，混合气体完成了固态、液态相杂质的分离，剩下的混合气体中主要含有作为助推气体和清洗介质升华后的二氧化碳气体和需要除去的放射性核燃料氚以及微量的无害冷却剂氦和其他无害微量杂质(氦气、氮气等杂质气体对环境无影响不属于有害物质可留存)；