Milidoni, Mauro L. (2012) Captura/separación de hidrógeno en la producción de radioisótopos. / Capture/separation of hydrogen in radioisotopes production. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El incremento de la producción de radioisótopos en la planta situada en el Centro Atómico Ezeiza (CAE) está limitado por la capacidad de almacenamiento de residuos gaseosos radiactivos. La construcción de nuevas instalaciones no es, al momento, una solución admisible debido a la falta de espacio físico apropiado. En el presente trabajo se han analizado el proceso productivo actual y las posibles modificaciones que permitieran aumentar la capacidad de almacenamiento de gases radiactivos sin aumento del volumen del recipiente (TQ1) y confinando la solución al espacio limitado existente en la celda vecina a la de producción. Debido a que el 95% de los gases almacenados es hidrógeno, las soluciones propuestas se basan en su captura o separación, para destinar el volumen que ocupaba a almacenar las impurezas radiactivas. No existe en la literatura un método eficiente de separación de hidrógeno a tan baja presión como la de TQ1 (<0.93 bar). Por ello se idearon propuestas que incluyen técnicas basadas en dispositivos comerciales (membrana de Pd-Cu) y otras de diseño propio (material formador de hidruro MFH). Se adquirió una membrana de la compañía Hy9 que se caracterizó para obtener datos de su comportamiento que permitieron estimar los tiempos de captura de la totalidad de hidrógeno producido en el proceso actual. En base a mediciones sobre un MFH conocido (LaNi5) y otros preparados en el laboratorio (LaNi5-xSnx) se simularon estrategias de uso para captura del hidrógeno de TQ1. En ambas propuestas (membrana y MFH) se puede conseguir la captura de más hidrógeno que el producido por batch en un plazo temporal aceptable, por lo que su implementación permitiría tanto incrementar la producción por batch como la frecuencia de los procesos. En ambos casos los sistemas permiten escalado en caso de requerirse un mayor de volumen de captura. La sugerencia del uso de un controlador de presión en un sector del proceso permitiría implementar el funcionamiento de la etapa de producción en condiciones óptimas permitiendo mantener TQ1 a menor presión y utilizarlo en varios procesos (más de 15) antes de requerir su evacuación a los tanques secundarios, garantizando un importante aumento de la producción.
Resumen en inglés
The increase in production of radioisotopes at the plant located in Ezeiza Atomic Center (CAE) is limited by the storage capacity of gaseous radioactive waste. The construction of new facilities is not a viable solution due to the lack of appropriate physical space. In this work, we have analyzed the current production process and the possible changes that would increase the storage capacity for radioactive gases without enlarging the volume of container (TQ1) and confining the solution to the limited space available in the cell next to the production one. Because 95% of the stored gas is hydrogen, the proposed solutions are based on its capture or separation, to allocate the volume occupied to radioactive impurities store. We could not find in the literature an efficient method of hydrogen separation working at low pressure such as that of TQ1 (<0.93 bar). For this reason, we designed a couple of proposals, one based on a commercial device (Pd-Cu membrane) and other using hydride forming materials (MFH). We selected and acquired a membrane from Hy9 Company, we characterized it measuring its behavior under operation conditions and we simulated its use to capture hydrogen in the current process, obtaining indicative times for hydrogen separation up to given final pressures in TQ1. Based on measurements on a known MFH (LaNi5) and modified alloys prepared in the laboratory (LaNi5-xSnx), we simulated strategies to capture hydrogen from TQ1. In both proposals (membrane and MFH) is possible to capture more hydrogen than that produced by batch within acceptable time, so that their implementation would both increase the production by batch and the processes frequency. In both cases is possible to scale up the solutions if capture of higher hydrogen volumes is required. The use of a pressure controller between the radioisotopes production process and TQ1 would improve the production conditions and would allow lower initial pressure in TQ1. So, designed hydrogen capture methods could be repeated (over 15 times) before requiring the evacuation of TQ1 to the secondary tanks, ensuring a significant increase in production.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Hydrides; Hidruros; Membranes; Membranas; Simulation; Simulación; Design; Diseño; Radioisotopes; Radioisótopos; Hydrogen; Hidrógeno; Paladium; Paladio |
| Referencias: | [1] International Atomic Energy Agency (IAEA), Production and Supply of Molybdenum-99. NTR2010 Supplement. [2] Cristini P, Cols H, Cestau D, Bavaro R, Bronca M, Centurión R. Production of molybdenum-99 from low enriched uranium targets. International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors. Bariloche, Argentina, 3-8, Nov. 2002. [3] Cols H, Cristini P, Manzini A. Mo-99 from Low Enriched Uranium - International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors. Las Vegas, Nevada. U.S.A.1-6, Oct. 2000. [4] Cintas A. Análisis de los procesos productivos y mejoramiento del sistema de gestión de calidad de la planta de producción de 99Mo por fisión. Trabajo final del CEATEN, 2003. [5] Sushil A, Sandun F. Hydrogen Membrane Separation Techniques. Ind. Eng. Chem. Res, 45, 875-881, 2006. [6] Operating Instruction Palladium Membrane Hydrogen Purifier Module, 423 Series Purifier, Hy9 Corporation, 2007. [7] Talagañis, B. Desarrollo de equipos de medición utilizados en el estudio de materiales formadores de hidruro. Tesis (Doctorado). Bariloche, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro, 2010. [8] Meyer G, Rodríguez D, Castro F, Fernández G. Automatic device for precise characterization of hydride-forming materials. Hydrogen Energy Progress, Proceedings of the 11 th. World Hydrogen Energy Conference, Stuttgart, 2 (1996), 1293-1298. [9] Borzone E, Meyer G. Caracterización por ciclado de hidruros metálicos para purificación y compresión de hidrógeno. Reunión anual de la AATN, Buenos Aires, 22-26, noviembre 2010. [10] Talagañis B, Meyer G, Aguirre P. Modeling and Simulation of Absorption-Desorption Cyclic Processes for Hydrogen Storage-Compression Using Metal Hydrides. International Journal of Hydrogen Energy, 36, 13621–13631, 2011. |
| Materias: | Ingeniería nuclear |
| Divisiones: | Aplicaciones de la energía nuclear > Tecnología de materiales y dispositivos > Fisicoquímica de materiales |
| Código ID: | 352 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 02 Oct 2012 14:21 |
| Última Modificación: | 02 Oct 2012 14:30 |
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