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的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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:
[0007](I)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；
[0008](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)；
[0009](3) 二氧化碳深冷精馏分离工艺:对经过步骤(2)的前置除尘、除油、除水和后置除尘四重过滤后的混合气体中的放射性核燃料氚送入-50°C-77°C低温精馏塔，利用混合气体不同组分之间液化温度的差异，通过物理变化精确控制精馏塔温度将液化温度最高的二氧化碳降温液化后与其他杂质气体进行分离，得到洁净的液态二氧化碳，之后进入储罐自然冷却备用；
[0010](4)低温动力气体制备工艺:由步骤(3)分离净化后洁净的液态二氧化碳经过气化、增压形成高压气体，通过管路输送至高压储罐，调温后转化为_20°C—-50°C低温动力气体，在需要使用的时作为气力输送和清洗去污工艺中的动力源推送可挥发性清洗干冰颗粒，高压吹扫清洗室使用；
[0011](5)可挥发性颗粒再生工艺:由步骤(3)所制备的洁净的液态二氧化碳由管路通入外冷源冷却的深冷结晶器，在结晶器内逐渐凝固成雪花状固体干冰，再由造粒机挤压成型成为干冰颗粒，即为可挥发性清洗介质干冰颗粒；
[0012](6)可挥发性颗粒远距离气力输送工艺:以步骤(4)产生的低温气体为动力源，采用气力输送的方式，将步骤(5)中制备的可挥发性颗粒清洗介质干冰颗粒远距离吹送进清洗室中的喷射器，在喷射器内再引一路由步骤(4)产生的高压助推气体混合二次加速后，喷射出喷射器，在清洗室内喷向待清洗部件的表面完成清洗任务。
[0013]所述步骤(I)助推气体高压二氧化碳的压力为10-500bar。
[0014]所述步骤(2)中经前置除尘过滤采用HEPA高效过滤器除尘，净化废气气体的同时，还能够实现对放射性颗粒进行收集，防止其扩散。
[0015]所述步骤(2)中微热再生气体干燥器对吸收后的氚水可以再生，以备提取核燃料氚使用，使用时微热再生气体干燥过滤器一开一备，当水分接近20mg/L，则启用备份微热再生气体干燥器，运行着的微热再生气体干燥器退出再生，再生时电加热器加热至250-300°C时氚水蒸气再生，当再生气出口温度2 120°C时，再生结束，水蒸气冷却到常温成液态供分离同位素核燃料使用。
[0016]所述步骤(3)具体操作如下:干燥过滤后混合气体进入深冷精馏塔，二氧化碳在混合气体各组液化温度最高，在外冷源的驱动下，在换热盘管-50°C_77°C冷却温度的作用下相变液化，以液态的形式集聚在精馏塔底部，放出后留存，未液化的气体杂质集聚在塔顶，通过顶部管路进入废气储罐，实现气态杂质分离，含有大量放射性核燃料氚的未液化杂质气体，经过相关废气处理工艺提氚后回收核燃料，其余气体达到清洁解控标准后排放。
[0017]所述步骤(3)中，可以同时使用多个精馏塔提高分离效率，也可以采用多级精馏工艺，提尚广品纯度。
[0018]所述步骤(5)中深冷结晶器的深冷温度低于-90°C。所述步骤(5)中干冰颗粒的制备原料液态二氧化碳原料来自于步骤(3)其过程是:将液化分离存储的液态二氧化碳通过进一步的冷凝固化后制作成尺寸一定且密度均匀的干冰颗粒，通过低温冷凝固化过程，将液态二氧化碳进一步冷却，深冷温度低至_90°C甚至更低，将液态二氧化碳输送至深冷结晶罐内，使用喷淋的方式将液态二氧化碳均匀的喷洒进深冷结晶罐内，通过旋转的叶片将冷凝的固态干冰甩离叶片后在重力的作用下滑落至换热器底部，换热器底部与干冰造粒机相连接，压制出球形干冰颗粒。
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文档序号 :
【 9867793 】
技术研发人员：龚正,宋云涛
技术所有人：中国科学技术大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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