[发明专利]用于处理含氚气体的膜反应器

说明书

技术领域

本发明所述装置基本上由膜反应器构成，所述膜反应器使用了由钯银合金制成的管(渗透器管)，其具有选择性地渗透氢及其同位素的性质。所述装置被设计用于实施从来自实验室和工厂的材料(所谓的“软性家务废物”，即，手套、纸张等)中回收氚的新工艺，其中，被氚污染的材料被处理。

在这里描述的膜反应器中，在来自“软性家务废物”除氚工艺的氚化气体流与冲洗氢气流之间以逆流进行同位素交换。本发明设想在基本构造中采用一端封闭的由钯合金制成的管(按照“指状”或“套管”设计)和由电流流通的焦耳效应而产生的热。特别地，提供了如下装置，其配备有能够同时在渗透器管上施加拉伸应力并且能够使电流流过以用于所述渗透器管本身的欧姆加热的装置。

从下面的详细说明并参考附图(其纯粹是对非限制性实施例和其优选的实施方案的图示)将会对本发明有更好的理解。

在所述附图中：

图1-4显示了根据现有技术的设备；

图5是根据本发明的一种膜反应器的纵向剖视图；

图6与前一幅相似，显示了一种变体，其在端部法兰上具有绝缘的电通路；

图7和8，其分别与前面的图5和6相似，是关于本发明的第二种实施方案，其设计了用于调节由弹簧施加到渗透器管上的张力的装置；并且

图9和10显示了本发明所述反应器的两个附图，分别用于端部法兰通过电绝缘衬垫连接的情况和使用绝缘电通路的情况。

1、所属领域状态

为了在核-热核反应堆的燃料循环研究应用[1，2]中从气体流中去除氚，已经提出了使用由钯银合金制成的渗透器管的膜反应器(PERMCAT)。在所述已知反应器的第一构造中，把氢气流送入可选择性渗透氢同位素的由钯银合金制成的管状膜，其中所述氢气流相对于含有氚和氚标记化合物(例如，氚化水和甲烷，此外还有CO、CO₂以及惰性物质)的气体流是逆流的，其被送到位于反应器本身的壳体中的催化床层之上，如图1所示，其中氚由字母Q所指示。

所使用的Pd-Ag渗透器管具有0.100mm厚度的壁，其特征为高的长度-直径比(外径3.3mm和长度500mm)。通常，使用由钯合金制成的管的这种膜反应器存在与热循环和氢化/脱氢循环相关的缺点，其涉及到所述管本身的延长/收缩。如果所述变形被反应器组件阻止或妨碍，可以产生机械应力，包括环状的应力，会引起所述膜的迅速损坏，同时造成选择性的损失，并因此引起所述装置功能的损失。为了克服这些缺点，ENEA在过去研究了膜反应器的特别构造，在其中使用了薄壁的(0.050mm)渗透器管，其特征为更高的氢同位素渗透流量[3]。在该构造中，钯管通过两个金属伸缩软管以液密的方式被连接到反应器组件，所述金属伸缩软管能够补偿不同的变形并且此外，在安装步骤期间，通过拉伸所述金属伸缩软管焊接到反应器组件将钯管固定，并使用伸缩调整器将所述金属伸缩软管相对于其静止位置而方便地伸长(图2)。用这种方法，在操作条件下，所述管状膜受到与材料的构造和特征相适应的轴向拉伸应力。但是，由于与催化床层接触时的磨损或腐蚀，小的壁厚(0.050mm)可以导致缺损(小孔或裂纹)的形成。

在其它已知的应用中，例如同时用于除氚工艺和脱氢反应两者，已经研究了其中渗透器管仅仅在一端固定到反应器组件上的膜反应器；该构造被称为″指状″或″套管″构造。事实上，所述渗透器管在其一端是封闭的，同时一根较小的管插入到其内腔中，作为供应或回收保留物的入口。例如，如图3所示的是膜组件的示意图，所述膜组件使用了指状构造的Pd-Ag渗透器管：透过所述膜的氢气由冲洗气体收集在反应器的壳中，同时通过插入所述渗透器管内腔的小直径钢管而回收保留物(非透过气体)。

但是，这些已知的构造，特别是在渗透器管很长的情况中(即，其中要求高的除氚因子)，存在渗透器管T与膜组件1的内壁接触和干扰的缺点，这是由于热循环和加氢循环所导致的管T本身所经历的变形而造成的。关于这一点，应参考图4，其中显示了在热循环和加氢循环的耐久试验前后由Pd-Ag合金制成的渗透器管。

最后，为了降低所需的电能并防止不必要的热工艺气体流，最近已经提出了由钯合金制成的欧姆加热渗透器管[4]。但是，这些装置要求通过所述反应器组件壁的特别的电通道，以及足够的用于渗透器管至电通道本身的柔性连接的系统。

本发明的主要目的是通过提供如所附权利要求1所描述的膜反应器来克服上述的问题，其中设计了基本上圆柱形的容器，其被称为“组件”1，其优选由钢制成，但还可以由其它金属和其它材料制成：例如，对于实验室应用，玻璃(例如，硼硅酸耐热玻璃Pyrex)经常是优选的。