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核电站催化式氢气复合工艺方法
    【技术领域】

    本发明属于氢气复合工艺方法，具体涉及一种压水堆核电站(PWR)催化式氢气复合工艺。

    背景技术

    核电站在运行的时候会产生氢气，尤其是在失水事故(LOCA)和严重事故(SA)后，安全壳穹顶和某些设备隔间上部会有大量的氢气聚集。大量的氢气存在爆炸的危险，这种情况严重影响核电站的正常安全生产。

    传统的氢气复合方法采用的是电加热法，它大致包含如下步骤：(1)将可能包含大量氢气的气体抽出；(2)对抽出的气体加热，直到气体温度达到718℃，到达该温度后氢氧开始反应；(3)排出氢氧复合后形成的水，将剩余气体输送回反应堆内。

    该方法的缺点在于：(1)加热温度高，因为氢氧复合是在718℃的高温下进行的，所以必须将气体加热至该温度才能使反应开始；(2)加热时间长，一般情况下从开始加热到复合完成需要1～1.5小时，反应效率低；(3)耗电量大，现有的加热装置几乎都是电热式加热装置，长时间大功率的加热会耗费大量电能。

    【发明内容】

    本发明针对电加热法技术的缺陷，提供一种加热温度低、反应效率高、耗电量低的核电站催化式氢气复合工艺。

    本发明是这样实现的：一种核电站催化式氢气复合工艺，包括如下步骤：

    (1)将可能包含大量氢气的气体抽出；

    (2)汽水分离：

    消除气体中的气溶胶状态的碘；

    (3)氢氧复合

    本步骤又包含如下步骤

    (3.1)加热：将步骤(2)中抽出的含氢空气加热至120℃～140℃；

    (3.2)沉降：将空气中的微小固体颗粒沉降；

    (3.3)催化反应：通过催化剂令沉降后的气体反应，进行氢氧复合，所述的为金属氧化物催化剂或者贵金属催化剂。

    如上所述的一种核电站催化式氢气复合工艺，其中，在步骤(3)后增加将复合后形成的水收集到一个专用储存罐内，剩余气体输送回安全壳的步骤。

    如上所述的一种核电站催化式氢气复合工艺，其中，所述的催化剂为贵金属铂的不锈钢载体催化剂或贵金属钯的AL₂O₃载体催化剂。

    如上所述的一种核电站催化式氢气复合工艺，其中，所述的贵金属催化剂为XQ-III G型消氢催化剂。

    使用本发明的效果是：①只需要将气体加热至120℃～140℃就可以实现复合反应，加热温度低；②加热时间短，只需要很短的加热时间就可以达到反应所需的温度；③耗电量低，本工艺的耗电量大约只需要电加热工艺的一半；④连续工作时间长，本工艺可以连续工作150小时以上。⑤当氢气浓度达到3％时，消氢效率大于99％，在氢气浓度在0.5％时就可以开始反应。

    【附图说明】

    图1是汽水分离器的结构原理示意图。

    图中：1.汽水分离器、2.多层波纹填料。

    【具体实施方式】

    下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的核电站催化式氢气复合工艺方法进行进一步详细说明。

    一种核电站催化式氢气复合工艺，包括如下步骤：

    (1)将包含大量氢气的气体抽出；

    按照现有技术的方法将包含氢气的气体抽出，该含氢气的气体一般存在于反应堆的安全壳中；

    (2)汽水分离：

    通过汽水分离器进行汽水分离。

    在汽水分离器1内设有多层波纹填料2如图1所示，填料的材质可以根据需要设置。本例中的填料主要是用于消除气溶胶状态碘的，能将大于10miu米的液滴有效分离。气体从汽水分离器的入口进入，通过波纹填料后从出口排除，由于波纹填料与汽体的接触面很大，因此气体中的液态流体从波纹填料中析出，该过程可以消除气体中大部分的气溶胶状态的碘。脱除气溶胶状态的碘是为了避免在后续的反应中使催化剂中毒。

    (3)氢氧复合

    本步骤又包含如下步骤

    (3.1)加热：将步骤(2)中抽出的含氢气体加热至120℃～140℃，例如120℃、130℃、140℃都是可以选择的；加热可以通过电加热完成。电加热器的风道采用迷宫式结构，气流折流流过加热元件，热的水份蒸发后形成微小固体颗粒，该微小固体颗粒悬浮于气体中。所述的电加热器选用的是市售的“U”型的电加热元件，然后将若干根一定结构的电加热元件置于压力容器中，使压力容器密闭。所述的含氢空气仅通过压力容器内，不会向压力容器外泄露。

    (3.2)沉降：将气体中的微小固体颗粒沉降。沉降使用采用具有较大表面积和流通面积的三氧化二铝陶瓷拉西环，每个拉西环尺寸为Φ12×1。加热和沉降的主要目的是为了消除气体中的氢氧化钠液滴和硼酸液滴，脱除上述两种物质是为了避免在后续的反应中使催化剂中毒，同时避免氢氧化钠液滴和硼酸液滴两种杂质对催化床的物理覆盖，造成催化床阻力增加，甚至堵塞。

    (3.3)催化反应：通过催化剂令沉降后的中的气体进行氢氧复合。

    令沉降后的气体通过含有催化剂的催化床，在气体通过的过程中催化剂就可以令沉降后气体中的氢气和氧气发生复合反应。

    催化反应的起始温度至少在120℃，由于该反应为放热反应，因此随着反应的不断进行，催化床的温度会不断上升。

    所述的催化剂可以选用贵金属铂的不锈钢载体催化剂或贵金属钯的AL₂O₃载体催化剂。其中所述的贵金属铂的不锈钢载体催化剂是指选用不锈钢做底板，涂镀的贵金属催化剂为铂(Pt)。所述的贵金属钯的AL₂O₃载体催化剂是指以AL₂O₃做底板，涂镀的贵金属催化剂为钯(Pd)。这两种催化剂均具有很高的催化活性、抗毒性、抗辐照性和热稳定性。贵金属铂的不锈钢载体催化剂或贵金属钯的AL₂O₃载体催化剂均可以从市场上定制。这两种催化剂中优选贵金属钯的AL₂O₃载体催化剂。

    (4)将复合后形成的水收集到一个专用储存罐内，剩余气体输送回安全壳。