СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА Российский патент 2003 года по МПК B01D59/04 

Изобретение относится к технологии разделения изотопов водорода.

Известен способ разделения изотопов водорода (Японский патент 61107926, кл. В 01 D 59/04, 1986 г.) в установке, состоящей из двух колонн криогенной ректификации и двух блоков гомомолекулярного изотопного обмена.

Недостатком данного способа является то, что концентрация протия в исходного сырье не может превышать 0,03 ат. доли.

Известен способ разделения изотопов водорода (пат. США 4353871, кл. 422/159, 1982 г.), принятый за прототип, в установке, состоящей из четырех колонн криогенной ректификации и двух блоков гомомолекулярного изотопного обмена.

Недостатками прототипа является то, что в качестве сырья может использоваться только эквимолярная дейтерий-тритиевая смесь с содержанием протия порядка 0,01 ат. доли; в качестве продуктов получаются HD (побочный продукт), D₂, DT и Т₂; для превращения НТ в HD и DT вводится вспомогательный поток D₂.

Задачей изобретения является получение чистых протия (Н₂), дейтерия (D₂) и трития (Т₂) и устранение недостатков, присущих прототипу.

Поставленная задача решается способом разделения изотопов водорода, включающим криогенную ректификацию в четырех насадочных колоннах и разложение молекул HD, НТ и DT в блоках гомомолекулярного изотопного обмена, причем переработке подвергают два сырьевых потока, первый из которых содержит от 0,80 до 0,99 ат. долей протия и от 0,01 до 0,20 ат. долей трития, а второй сырьевой поток содержит от 0,01 до 0,03 ат. долей протия, от 0,64 до 0,72 ат. долей дейтерия и от 0,25 до 0,35 ат. долей трития. Причем первый сырьевой поток смешивают с потоком, выходящим из дефлегматора второй колонны криогенной ректификации. Смесь пропускают через первый блок гомомолекулярного обмена и подают в качестве питания в первую колонну криогенной ректификации, а второй сырьевой поток смешивают с потоком, выходящим из куба первой колонны криогенной ректификации и далее через второй блок гомомолекулярного изотопного обмена подают на разделение во вторую колонну криогенной ректификации. Кубовый остаток из второй колонны криогенной ректификации смешивают с потоком, поступающим из дефлегматора четвертой колонны криогенной ректификации через четвертый блок гомомолекулярного изотопного обмена, и подают на разделение в третью колонну криогенной ректификации. Поток из куба третьей колонны криогенной ректификации смешивают с потоком, отбираемым из четвертой колонны криогенной ректификации. Далее смесь пропускают через третий блок гомомолекулярного изотопного обмена и направляют на разделение в четвертую колонну криогенной ректификации. В качестве продуктов получают три потока, причем первый поток с содержанием 0,99999 ат. долей протия отбирают из дефлегматора первой колонны криогенной ректификации, второй поток с содержанием 0,9999 ат. долей дейтерия отбирают из дефлегматора третьей колонны криогенной ректификации, третий поток содержанием 0,9999 ат. долей трития отбирается из куба четвертой колонны криогенной ректификации.

Такая совокупность признаков в литературе неизвестна.

Установка для разделения изотопов водорода состоит из четырех колонн криогенной ректификации и четырех блоков гомомолекулярного изотопного обмена (чертеж). На разделение подают два сырьевых потока. Первый сырьевой поток, содержащий от 0,80 до 0,99 ат. долей протия и от 0,01 до 0,20 ат. долей трития, смешивают с потоком, выходящим из дефлегматора колонны криогенной ректификации 2. Далее смесь через блок гомомолекулярного изотопного обмена 5 подают на разделение в колонну криогенной ректификации 1. Продукт, выходящий из дефлегматора колонны криогенной ректификации 1, представляет собой протий с концентрацией 0,99999 ат. долей. Поток из куба колонны криогенной ректификации 1 смешивают со вторым сырьевым потоком, содержащим от 1 до 3 ат. долей протия, от 64 до 72 ат. долей дейтерия и от 25 до 35 ат. долей трития, и далее через блок гомомолекулярного изотопного обмена 6 направляют на разделение в колонну криогенной ректификации 2. Кубовый остаток из колонны криогенной ректификации 2 смешивают с потоком, поступающим из дефлегматора колонны криогенной ректификации 4 через блок гомомолекулярного изотопного обмена 7, и подают на разделение в колонну криогенной ректификации 3. Из дефлегматора колонны криогенной ректификации 3 отбирают дейтерий с концентрацией 0,9999 ат. долей. Поток из куба колонны криогенной ректификации 3 смешивают с потоком, отбираемым из колонны криогенной ректификации 4, и подают в блок гомомолекулярного изотопного обмена 8, после чего направляют на разделение в колонну криогенной ректификации 4. Из куба колонны криогенной ректификации 4 отбирают тритий с концентрацией 0,9999 ат. долей.

Исходные сырьевые потоки являются шестикомпонентными смесями, в то время как продуктами являются чистые три компонента. Разложение HD, НТ и DT производится в блоках гомомолекулярного изотопного обмена при температуре 300К. Характеристики колонн криогенной ректификации приведены в таблице.

Потоки подаются на разделение в колонны в виде жидкостей, нагретых до температуры кипения. Отбор из дефлегматора и куба колонн криогенной ректификации производится в виде жидкостей. С 20-й теоретической ступени разделения колонны криогенной ректификации 4 смесь отбирается в виде пара.

Изобретение относится к области разделения изотопов водорода. Разделение изотопов водорода проводят в четырех насадочных колоннах криогенной ректификации и четырех блоках гомомолекулярного изотопного обмена. Переработке подвергают два сырьевых потока, первый из которых содержит от 0,80 до 0,99 ат. долей протия и от 0,01 до 0,20 ат. долей трития, а второй сырьевой поток содержит от 0,01 до 0,03 ат. долей протия, от 0,64 до 0,72 ат. долей дейтерия и от 0,25 до 0,35 ат. долей трития. В качестве продуктов получают протий с изотопной чистотой 0,99999 ат. долей, дейтерий с изотопной чистотой 0,9999 ат. долей и тритий с изотопной чистотой 0,9999 ат. долей. 1 ил., 1 табл.

Способ разделения изотопов водорода, включающий криогенную ректификацию в четырех насадочных колоннах и разложение молекул HD, НТ и DT в блоках гомомолекулярного изотопного обмена, отличающийся тем, что используют четыре блока гомомолекулярного изотопного обмена, причем переработке подвергают два сырьевых потока, первый из которых содержит от 0,80 до 0,99 ат. долей протия и от 0,01 до 0,20 ат. долей трития, а второй сырьевой поток содержит от 0,01 до 0,03 ат. долей протия, от 0,64 до 0,72 ат. долей дейтерия и от 0,25 до 0,35 ат. долей трития, причем первый сырьевой поток смешивают с потоком, выходящим из дефлегматора второй колонны криогенной ректификации, смесь пропускают через первый блок гомомолекулярного обмена и подают в качестве питания в первую колонну криогенной ректификации, а второй сырьевой поток смешивают с потоком, выходящим из куба первой колонны криогенной ректификации и далее через второй блок гомомолекулярного изотопного обмена подают на разделение во вторую колонну криогенной ректификации, кубовый остаток из второй колонны криогенной ректификации смешивают с потоком, поступающим из дефлегматора четвертой колонны криогенной ректификации через четвертый блок гомомолекулярного изотопного обмена, и подают на разделение в третью колонну криогенной ректификации, поток из куба третьей колонны криогенной ректификации смешивают с потоком, отбираемым из четвертой колонны криогенной ректификации, далее смесь пропускают через третий блок гомомолекулярного изотопного обмена и направляют на разделение в четвертую колонну криогенной ректификации, в качестве продуктов получают три потока, причем первый поток с содержанием 0,99999 ат. долей протия отбирают из дефлегматора первой колонны криогенной ректификации, второй поток с содержанием 0,9999 ат. долей дейтерия отбирают из дефлегматора третьей колонны криогенной ректификации, третий поток с содержанием 0,9999 ат. долей трития отбирается из куба четвертой колонны криогенной ректификации.