低温活性炭测试设备是一种用于从混合气体中例如氧气，氮气和裂变产物气体等杂质中净化氦气的设备。由于氧和氮的分子较小，因此需要低温(极低温)条件。低温活性炭测试设备有一个低温容器，活性炭塔，液氮储罐和氦储罐(纯净的混合的)。本期讨论了安装在低温容器内的活性炭柱中温度变化的研究。研究的目的是发现活性炭塔内部可以达到的低温度，从而可以实现较好的纯化过程。

　　活性炭净化氦气系统

　　该系统具有一列用于两种净化目的功能，即正常情况和事故情况。普通功能包括机械过滤器，电加热器，氧化铜床转换器。带有水分分离器的冷却器，分子筛床和低温装置。活性炭过滤器通过使用CuO氧化剂去除颗粒杂质，CO和H2转化为CO2和H2O，分子筛吸附CH4和CO2，而低温活性炭吸附氧气，氮气和其他气态裂变产物。净化系统的最后一个子系统阶段是低温容器，其功能是覆盖活性炭塔。低温装置由活性炭塔冷阱组件和-196°C的液氮填充组成。将活性炭柱安装在低温容器的内部。正常运行的机组也要进行氦气净化，以用于启动前的反应堆运行。进水事件的事故处理系统并行地内置在净化管线中。它有一个过滤器，冷却器，水水分分离器，和鼓风机。

　　低温活性炭柱测试设施

　　低温吸附器经过专门设计，可消除氦气中的杂质，例如O2，N2和气态裂变产物，这些杂质通常很难去除。基于活性炭柱上可逆的低温捕集，所有这些杂质都是干净的。如图1所示的设备由三个主要部分组成，即混合气体容器，低温装置和纯氦储罐。

　　图1：低温活性炭柱测试设施。

　　低温单元是一系列热交换器，称为冷阱和活性炭吸附柱，它们浸入装有液氮的容器中。该系列热交换器是氦氦换热器(HE的管中管类型)。过冷器将氦气温度降低至-153°C。吸附器将一根装有活性炭的U型管立柱。如图2所示，在色谱柱周围安装了一个电加热器以进行再生。低温容器是双壁容器，其中壁之间的间隙中充满了超绝热材料。该容器装有液氮，并将吸附过程保持在低温(±180°C)下。

　　图2：低温容器和活性炭塔。

　　活性炭的吸附作用

　　设置该系统的目的是将进入主冷却剂的各种气体杂质去除到一定程度。这些杂质包括化合物，例如氢，水蒸气，氧气，一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氮气，以及放射性核素裂变产物，例如钾，氙和铯。将活性炭浸入液氮浴中，其功能是去除残留的杂质，例如氧气，氮气，钾和氙或其他裂变产物。

　　当进行的氮气和氧气吸附模拟测试如图3所示。当活性炭塔的气压升高时，-180°C下氮气在活性炭上的吸附能力将增加。由于压力或温度的变化，吸附剂可能会吸附更多。在氮分压大于1毫巴时，吸附能力大于0.1N.m3/g。因为必须进行吸附才能克服扩散阻力，所以当吸附气体混合物流过活性炭床时，活性炭首先会形成传质区域。在形成该传质区域之后，在均匀的气体流速期间，当更多的杂质被吸附时，其长度也沿流动方向均匀地增加。在动态吸附过程中，吸附床分为三部分。

　　图3：活性炭低温吸附N2和O2的模拟测试。

　　除温度外，活性炭吸附N2，O2和裂变产物杂质气体的能力取决于一些因素，包括被吸附物与活性炭的接触时间以及床中活性炭的量。被吸附物与吸附剂之间的接触时间将增加杂质的吸附效率。如果接触时间短而杂质含量大，则氦中可能残留大量吸附物。足够的接触时间可使被吸附物吸收到活性炭的表面，而较少的接触时间则无法达到吸附平衡，因此所吸收的杂质不是最佳的。因此，活性炭柱变长，期望吸附物具有足够的接触时间以被活性炭吸附。