[实用新型]一种从氚化水中回收氚的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种从氚化水中回收氚的装置。

背景技术

氚工艺实验室在常规运行状态或氚泄漏应急处理状态下都会产生不同活度的氚化水(HTO)。氚化水中的氚无法直接使用，必须将其转化为单质态氚(HT)，才能作为核燃料获得重新利用。并且，氚化水相对于单质态氚更容易被人体器官吸收，这会导致更大的放射剂量，其剂量系数是单质氚的25000倍。因此，从资源利用和环境安全两方面考虑，都必须将氚化水转化为单质态氚，以实现氚的回收。

目前，从氚化水中回收氚的方法主要有如下几种：电解、同位素交换、热金属分解法。电解法可以直接将HTO转化为HT，其原理是在电场作用下直接发生水分解反应：2HTO＝2HT+O₂。代表发展方向的主要包括聚合物电解(SPE)和高温陶瓷电解(SOEC)两类，该方法需要高性能的质子膜和电极，技术成熟度不高，还处于发展阶段。同位素交换法采用的是催化交换膜反应器(PERMCAT)，由Pd合金渗透膜和催化剂床组成。利用同位素交换原理，含HTO的气体进入催化剂床，而H₂或CO以逆流模式进入渗透膜侧，渗透侧维持负压，反应原理为：H₂+HTO＝H₂O+HT或CO+HTO＝HT+CO₂；HT富集在渗透管出口端，从而实现回收。该方法需要高性能的渗透膜和催化剂，成本较高，运行过程控制较为复杂。

热金属法采用具有还原性的金属或者合金，其反应原理为：xM+HTO＝MxO+HT。含HTO的气体通过反应床层后，水中的氧以金属氧化物的形式被截留在金属床中，水中的氢同位素变为HT。该方法不需要引入复杂的机械体系，具有体积小、初始投入成本低和安全可靠等优点。因此从经济性和技术成熟度考虑，该方法适合用于从氚化水中回收氚。但采用传统的活性金属(Mg、Zr等)或合金填料(ZrNi、ZrMnFe等)，床体失效后会形成固体含氚废物，增加后续处理负担；因此有必要对该方法进行优化设计，并对氚化水中氚回收方案进行整体设计，从而不但能够实现氚的高效回收，而且能够避免产生固体废物。

实用新型内容

针对上述技术的不足，本实用新型提供了一种从氚化水中回收氚的装置，具有能够高效回收氚、且不产生固体废物的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种从氚化水中回收氚的装置，包括通过管道依次连接的气体循环泵、装有惰性载气的缓冲罐、装有氚化水的氚化水存储罐、填装有铁粉的第一水分解床、填装有5A分子筛的第一吸附床以及填装有锆系储氢合金的第一储氢床；所述第一储氢床还回连于气体循环泵。

进一步地，所述氚化水存储罐为鼓泡器结构。

为实现水分解床的连续处理，本实用新型还包括与第一水分解床并联、并且也填装有铁粉的第二水分解床；所述第一水分解床和第二水分解床各自的输入端与输出端均设有阀门。

为实现吸附床的连续处理，本实用新型还包括与第一吸附床并联、并且也填装有5A分子筛的第二吸附床；所述第一吸附床和第二吸附床各自的输入端与输出端也均设有阀门。

再进一步地，所述缓冲罐与氚化水存储罐之间的管道上也设有阀门，并且该阀门两侧均设有用作吸附床再生回路的支路，其中，靠近缓冲罐的支路同时与第一吸附床和第二吸附床各自的出气口连通，而靠近氚化水存储罐的支路则同时与第一吸附床和第二吸附床各自的进气口连通。

为实现储氢床的连续处理，本实用新型还包括与第一储氢床并联、并且也填装有锆系储氢合金的第二储氢床；所述第一储氢床和第二储氢床各自的输入端与输出端也均设有阀门。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型结构简单、设计合理，其采用了气-固反应原理，通过有效的结构设计，直接将氚化水分解为含氚氢气，这相对于电解法、氢同位素交换法来说，器件加工制造容易实现，运行控制也更加简单，因此具有建造成本低和运行成本低的优势。

(2)本实用新型采用铁作为水分解材料，充分利用了铁的可逆反应特性，氧化阶段金属铁与氚化水反应生四氧化三铁和含氚氢气，还原阶段四氧化三铁与氢气反应生成金属铁和水，填料可以反复使用，无需更换，不产生固体废物，降低了成本的投入。

(3)本实用新型中氚化水存储罐采用鼓泡器结构设计，载气进入液体内部，载气在后续流动过程中，将以气泡的形式从液体中逸出，氚化水会转移到载气中，如此一来，在可以确保操作安全性的同时，可以很好地将液态氚化水转化为氚化水蒸汽，以便其中的氚能够很好地被后续的固定床分解和吸收。