Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа Советский патент 1988 года по МПК C01B4/00 

о

Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода из газового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном контуре ядерных реакторов с газо- вым охлаждением, при регенерации . : ядерного топлива, а также при получении изотопов вЗДорода из инертных

ГЙЗОВ.

Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса выделения изотопов водорода при постоянной степени очистки инертного газа. .Подачей на вторичную сторону перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, окисли- ,теля в виде кислорода или окиси меди связьюают водород в виде паров воды, легко отводимых от вторичной стороны перегородки. Подачей на вторичную сторону перегородки паров ; воды за счет реакций химического изотопного обмена достигают селективного вьщеления из проникшего через перегородку водорода изотопов дейтерия и трития.

Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа вклю- чает пропускание инертного газа вдоль первичной перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очищенного инертнего газа. На вторичную сторону пере- .городки подают водяной пар или окислитель. В качестве окислителя исполь- :зуют кислород или окись меди. Водяной пар икислород подают в потоке ияертного газа-носителя, в качестве которого могут использовать отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ. Поток инертного газа-носителя направляют противото- ком к потоку инертного газа, пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки. Инертный газ-носитель от вторичной стороны перегородки отводят и очищают конденсацией. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно.

На чертеже приведена схема осуществления способа с использованием двух перегородок.

Способ вьщеления изотопов водорода из,потока инертного газа осуществляют следующим образом.

Поток 1 инертного газа, поступающий, например, после нагрева в ядер- ном реакторе (не показан), подают последовательно в обменные устройства 2 и 3 и пропускают вдоль первич ных сторон перегородок 4 и 5, селективно проницаемых только для изотопов водорода, в полостях 6 и 7. В качестве перегородок могут быть использованы металлы с высокой проникающей способностью для водорода, например Zr, Nb, Та, V, РЗ и т.п., а также сплавы этих металлов. Перегородки могут быть выполнены в виде труб или пластин. На вторичную сторону перегородок в полости 8 и 9 подают водяной пар или окислитель в виде кислорода -или окиси меди, причем водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, направляемом противотоком потоку 1 , а окись меди могут использовать в виде стационарного слоя 10. Газ-носитель подают по трубопроводу

11,водяной пар - по трубопроводу

12,а кислород - по трубопроводу 13 При этом в обменном устройстве происходит окисление проникших через перегородку 5 изотопов водорода с образованием , DjO, , а также HDO и НТО. Возникшую вследствие этого в основном как продукт реакции ВОДУ, а также водяной пар, поступающий по трубопроводу 12, используют для изотопного обмена в обменном устройстве 2 о В результате реакций изотонного обмена

НТ + HjO НТО + Н

HD + - HDO f Н 2

концентрация дейтерия и трития, присутствующих в основном в виде молекул HD и НТ, по обе стороны перего- родки понижается. Таким образом, по трубопроводу 14 из обменного устройства 2 протекает поток газа-носителя, содержащего постоянно отводимые от вторичных сторон перегородок 4 и 5 изотопы водорода в виде водяного пара. Через перегоррдки 4 И 5 существует непрерывный поток изотопов водорода с первичной стороны на вторичную, причем степень очистки потока 1 инертного газа может пор держиваться постоянной во времени. В потоке 1 достигается как абсолютное снижение концентрации изотопов

водорода за счет их окисления в обменном устройстве 3, так и снижение концентрации дейтерия и триткя за счет из селективного выделения в обменном устройстве 2, В зависимости от целей реализация способа может предусматривать использование только окислительного обменного устройства 3 с окислителем кислородом или окисью меди либо только изотопно-обменного устройства 2, либо последовательную их комбинацию (фиг,1). Использование противоточного те- чения с разных сторон перегородок позволяет либо увеличить степень .очистки, либо обеспечить зал.анную степень очистки потока 1 при минимальном расходе реагентов на вторичных сторонах перегородок.

Поток газа -носителя по трубопроводу 14 направляют для очистки от паров воды в конденсатор.15, откуда воду, обогащенную дейтерием и тритием (обогащение имеет место при наличии обменного устройства 2), отводят по трубопроводу 16, а чистьй газ-носитель - по трубопроводу 17. Очищенный инертный газ отводят по трубопроводу 18.

В качестве потока газа-носителя могут использовать часть потока очищенного инертного газа, подав его в основной поток 19 газа-носителя по байпасному трубопроводу 20. При этом часть потока 21 из трубопровода 17 должна быть возвращена в трубопровод 18.

При непрерывной очистке потока гелия 74 кг/с с температурой 573 К и давлением 4.-10 Па, содержащего изотопы водорода в виде НТ с парциальным давлением 50 Па и О,1 Па соответственно, при протекании потока через обменные устройства 2 и 3 парциальное давление К j снижается в 4 раза, а парциальное давление НТ в 50 раз. Перегородки 4 и 5 выполнены из циркония толщиной 1 мм. Feperg- ррдка 4 имеет площадь 1000 м, а пв регородка 5 - 275 м, Расход окислителя 483 т/год окиси меди или моль/год кислорода. Расход

водяного пара 1 т/год. При этом в кислороде 15 наработано 11,5 т/год воды, содержащей тритий.

В случае необходимости парциальное давление водорода Н в потоке гелия может быть снижено в 20 раз при неизменной величине снижения парциального давления по тритию

(снижение парциального давления НТ в 50 раз). В этом случае при увеличении площади перегородки 5 с 275 до 600 м необходимость в подводе водяного пара в трубопроводе 12 отпадает, а количество окиси меди должно быть увеличено на 20%.

Формула изобретения

1. Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа, включающий пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки, селективно проницаемой только для

изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очи- |Щенного инертного газа, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерьгоности процесса

при постоянной степени очистки,

на вторичную сторону перегородки по- .дают водяной пар или окислитель в виде кислорода или окиси меди, причем водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, направляемого противотоком к потоку инертного газа, пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки, с последующим отведением инертного газаносителя от вторичной стороны перегородки и его очистки от паров воды конденсацией.

2.Способ ПОП.1, отличаю- Щ и и с я тем, что в качестве инертного газа-носителя используют отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ.

3,Способ по ПП.1 и 2, о т л И- чающийся тем, что на вторич

нуто сторону перегородки подают водя- ной пар и окислитель последовательно друг за другом.

Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода, из газового потока и может быть исполь- зовано при очистке газов в циркуляционном конту1эе ядерных реакторов с газовым охлаждением, при регенерации ядерного топлива, а также при получении изотопов водорода из инертных газов. Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса выделения изотопов водородй при постоянной степени очистки инертного газа. Способ вьщеления изотопов водорода из потока инертного газа включает пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очищенного инертного газа. На вторичную сторону перегородки подают водяной пар или окислитель. В качестве окислителя используют кислород или окись меди. Водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, в качестве которого могут использо вать ОТВ9ДИМЫЙ от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ. Поток инертного газа-носителя направляют противотоком к потоку инертного газа,пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки. Инертный газ- носитель, от вторичной стороны пере- :городки отводят И очищают конденсаци- |ей. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно друг за другом. При подаче окислителя на вторичной стороне перегородки происходит образование паров воды, удаляемых в потоке инертного газа. При подаче воды протекает реакция протонного обмола, при которой дейтерий и тритий пpeи ryщecтвeннo связываются .в виде .окислов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. О) 4iki 4i О СО Од СО