[发明专利]一种从水中去除氚的方法

说明书

本申请是申请日为2006年9月14日、申请号为200610127233.3、发明名称为“一种从水中去除氚的方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及从水中回收氚同位素的领域，更具体地涉及通过将水中的氚转化成元素氢流、然后通过膜扩散分离并富集氚、最后通过热扩散富集氚以从水中除去氚的方法。

背景技术

加拿大、法国以及最近在韩国已经建造了一些大型装置，用于从核反应堆的重水调节系统中提取氚。Kalyanam and Sood，“Fusion Technology”1988，pp525-528中提供了这些类型系统的工艺特征的对比。已经设计出用于聚变应用的类似但较小的轻水氚回收系统(参见H.Yoshida，et al，“Fusion Eng.and Design”1998，pp825-882；Busigin，et al，“Fusion Technology”，1995pp 1312-1316；A.Busigin and S.K.Sood，“Fusion Technology”1995pp 544-549)。当前所有大型系统都使用前端工艺来将水中的氚转化成元素氢，随后通过低温蒸馏级联将全部或大部分氢同位素分离。

已经设计和建造了用于铀同位素分离的大型膜(气体)扩散系统。气体扩散技术的详细描述由M.Benedict，T.Pigford and H.Levi，“Nuclear Chemical Engineering”，McGraw Hill(1981)提供。气体扩散从来没有用于大规模氢同位素分离。

如G.Vasaru，et al，“The Thermal Diffusion Column”，VEB Deutscher der Wissenschaften，Berlin，1968中叙述，自从二十世纪五十年代以来，热扩散塔已经应用于小规模的氢同位素分离。由于不能成比例的扩大生产，这项技术的应用受到了限制。

当前所有用于水去氚化的大型工艺都是基于通过下列方法将水中的氚转化为元素氢：(a)催化交换反应，例如(b)直接电解水，即DTO→DT+1/2O₂；或(c)通过适当的反应分解水，例如水气转换反应：DTO+CO→DT+CO₂(参见Kalyanam and Sood，“Fusion Technology”1988，pp525-528；A.Busigin and P.Gierszewski，“Fusion Engineering and Design”1998，pp909-914；D.K.Murdoch，et al，“Fusion Science and Technology”2005，pp3-10；K.L.Sessions，“Fusion Science and Technology”2005，pp91-96；J.Cristescu，et al，“Fusion Science and Technology”2005，pp97-101；I-R.Cristescu，et al，“Fusion Science and Technology”2005，pp343-348)。

最近建议将Pd/Ag膜级联作为低温蒸馏的替代技术应用于ITER(D.L.Luo，et al，“Fusion Science and Technology”2005，pp156-158)。然而，所建议装置的氢通量比CANDU反应堆调节器水去氚系统例如Darlington去氚设备的氢通量小1000倍。该替代技术可用于小规模的同位素分离，例如将含有约50％氘和50％氚的等离子体废气提高到适用于聚变燃料再循环的90％氚浓度。大型聚变装置的高通量氚使得低通量技术例如热扩散的使用不切合实际。在核反应堆典型的水去氚化应用中，氚通量与ITER规模的聚变装置相比非常微小，然而需要处理的水量非常大。

现有技术中大规模氢同位素分离低温蒸馏方法具有如下缺点：

1.使用液态制冷剂具有相应的危险，例如升温和蒸发时产生高压的可能；非常低的温度工艺条件引起的热应力；需要真空绝缘的低温盒容器来容纳制冷设备。

2.大量的液氢(以及氚)存量，几乎充满了蒸馏塔装填量。

3.潜在的由于杂质冷冻引起的工艺管线阻塞。

4.复杂并且昂贵的工艺装置。

5.复杂的操作和维护。

6.非模块式工艺使得更新和保持设备备件变得困难。

7.需要间歇操作干燥器和液氮吸收器来净化低温蒸馏级联的进料。