[发明专利]一种用于水去氚化的内环流反应器及其实现方法

权利要求书

1.一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，包括顶盖、外筒(5)、中心区进气管(1)、环隙区进气管(2)、烧结板(3)、带有导流孔的导流筒(4)、涂覆了疏水催化剂的θ环填料(6)、含氚水进水管(7)、含氚氢气排气管(8)、环管式分布器(9)和低氚水出水管(12)；所述顶盖设置在外筒(5)顶部，所述环管式分布器(9)位于外筒(5)内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管(7)和含氚氢气排气管(8)则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管(7)还与环管式分布器(9)连接；所述导流筒(4)设置在外筒(5)内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区，所述中心区进气管(1)由外筒(5)底部穿入并与导流筒(4)连通，用于向中心区内通入高纯氢气；所述环隙区进气管(2)与外筒(5)底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气；所述烧结板(3)固定在外筒(5)内部，并位于导流筒(4)下方，其将外筒(5)底部分隔出一个氢气进气缓冲腔体；所述θ环填料(6)分别填装于中心区和环隙区内；所述低氚水出水管(12)与外筒(5)外壁连接并与环隙区连通；所述θ环填料(6)由玻璃棉毡或80～200目不锈钢丝网，经涂覆Pt基疏水催化剂、切割和卷压成型制得。

2.根据权利要求1所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述θ环填料(6)的高径比为1～1.2。

3.根据权利要求2所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述θ环填料(6)的填装高度不超过导流筒高度。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，还包括控温系统，该控温系统包括套在外筒(5)外部、且呈对称半圆环状结构的加热器(10)，与该加热器(10)连接的固态继电器，以及与该固态继电器连接的PID温控仪。

5.根据权利要求4所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述加热器(10)和外筒(5)外部还均包裹有用作保温层、且厚度为2cm的硅酸铝纤维棉层(11)。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述环隙区和中心区的横截面面积比为2.5～5。

7.权利要求1～6任一项所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对内环流反应器进行保压测试，并对其内部进行抽真空，直至真空度达到5Pa以下；

(2)启动控温系统，对外筒内部进行预热；

(3)预热结束后，分别向中心区和环隙区中通入高纯氢气，然后引入待处理含氚水，控制中心区和环隙区的氢气表观气速，形成中心气升式环流，并控制含氚水液位高度不超过反应器外筒内径的20％，使含氚水与高纯氢气进行氢同位素交换反应，得到含氚氢气和低氚水；该步骤中，中心区液相向上流动，液相高度超过导流筒后受到重力影响，在环隙区向下流动，并在到达导流孔位置时，受到导流孔两侧压力差的推动，从环隙区经导流孔流入中心区，形成循环；

(4)将含氚氢气排出，并继续循环通入至中心区和环隙区内与低氚水反应，然后检测低氚水出水管水相的氚含量，直至符合氚浓度指标时排出低氚水和含氚氢气。

8.根据权利要求7所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，所述步骤(3)中，高纯氢气经中心区进气管、环隙区进气管进入内环流反应器底部的氢气进气缓冲腔体中，并经过烧结板形成分布均一的气泡，然后进入中心区和环隙区内。

9.根据权利要求7或8所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，低氚水的排出可以采用间歇或连续的处理方式；间歇操作时，在环流反应器内一次性注入足量的待处理含氚水，经反应器内多次循环反应，监测低氚水浓度达到指标，将该批次低氚水全部引出，再重复进行；连续操作时，缓慢平稳地滴入待处理含氚水，与反应器内的低氚水混合后进行氢同位素交换，在低氚水采出口监测氚浓度，并连续引出符合氚浓度指标的低氚水，保证环流反应器连续稳定运行的同时连续排出所需低氚水。