[发明专利]一种双向强化生产重氧水与重水的方法

权利要求书

1.一种双向强化生产重氧水与重水的方法，包括第一生产工艺和第二生产工艺，其特征在于：第一生产工艺和第二生产工艺均包括多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔、同位素双温化学交换加湿器和同位素双温化学交换汽提塔；

第一生产工艺中，多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔采用串联或并联连接方式；

各级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口均分为两路，分别连接各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口和下一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口；各级同位素双温化学交换冷塔塔顶气相出口连接前各级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口；

同位素双温化学交换热塔塔底液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连；同位素双温化学交换热塔塔顶气相出口与同级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口相连；

其中，第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔底一液相出口与第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔顶液相入口相连；第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔顶气相出口通过同位素双温化学交换加湿器(M11)与第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底气相入口相连；

最后一级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口分为两路，分别连接第一级重水减压精馏塔(D11)塔中液相入口和最后一级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口；最后一级同位素双温化学交换热塔塔底一液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶一液相入口相连；

第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口直接联通，或过二者之间的管路上并联有同位素双温化学交换加湿器(M11)和/或同位素双温化学交换汽提塔(S11)后与第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口联通；

多级重水减压精馏塔采取液相回流式串联，后一级重水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝成液体后与前一级重水减压精馏塔塔底液相入口相连；第一级重水减压精馏塔(D11)的塔顶气相出口，通过冷凝器(E121)冷凝后分为两路，一路与最后一级同位素双温化学交换冷塔塔中一液相入口相连，另一路与第一级重水减压精馏塔(D11)的塔顶液相入口相连；

多级重氧水减压精馏塔液相回流式串联，后一级重氧水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝成液体后与前一级重氧水减压精馏塔塔底液相入口相连；

具体步骤如下：

步骤1.1：同位素双温化学交换；每个同位素双温化学交换塔，液相从塔顶液相入口流向塔底液相出口，气相从塔底气相入口流向塔顶气相出口；液相流股与气相流股逆流接触传递同位素；天然水作为进料加入第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔顶液相入口；第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔底液相出口分为两部分，一部分作为进料进入后一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口进行同位素交换，另一部分作为第一级同位素双温化学交换热塔(H11)进料加入其塔顶液相入口；第n级同位素双温化学交换冷塔(C1n)塔底液相出口分为两部分，一部分作为重水减压精馏供料加入第一级重水减压精馏塔(D11)塔中液相入口，另一部分作为第j级同位素双温化学交换热塔(H1j)进料加入塔顶液相入口；第j级同位素双温化学交换热塔(H1j)塔底液相出口与前j级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连进行同位素双温化学交换；第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底液相出口流股，作为重氧水减压精馏供料，加入第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口；

步骤1.2：重水减压精馏；第n级同位素双温化学交换冷塔(C1n)塔底的液相出口与第一级重水减压精馏塔(D11)塔中液相入口相连；第1级重水减压精馏塔(D11)塔顶气相出口通过冷凝器后冷凝液一部分返回第n级同位素双温化学交换冷塔(C1n)塔中液相入口，另一部分作为回流返回第一级重水减压精馏塔(D11)塔顶液相入口；在m级重水减压精馏塔中，采用液相回流的连接方式；前一级重水减压精馏塔塔底液相出口流股分为两部分，一部分作为进料加入后一级塔顶液相入口，另一部分通过塔底再沸器返回塔底气相入口作为气相回流；后一级重水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝，冷凝液加入前一级塔底液相入口；

步骤1.3：第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口相连，第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶设置冷凝液排除系统；在k级重氧水减压精馏塔中，采用液相回流的连接方式；前一级重氧水减压精馏塔塔底液相出口流股分为两部分，一部分作为进料加入后一级塔顶液相入口，另一部分通过塔底再沸器返回塔底气相入口作为气相回流；后一级重氧水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝，冷凝液加入前一级塔底液相入口；

第二生产工艺中，多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔采用串联或并联连接方式；各级同位素双温化学交换冷塔液相出口与下一级同位素双温化学交换冷塔液相入口相连；各级同位素双温化学交换冷塔塔顶气相出口与前各级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口相连；各级同位素双温化学交换热塔塔底液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔的液相入口相连；各级同位素双温化学交换热塔塔顶气相出口与同级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口相连；

其中，第一级同位素双温化学交换冷塔(C21)的气相出口通过同位素双温化学交换加湿器(M21)与第一级同位素双温化学交换热塔(H21)塔底气相入口相连；最后一级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔底液相出口与第一级重水减压精馏塔(D21)塔中液相入口相连；

第一级同位素双温化学交换热塔(H21)液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔中液相入口相连，或过二者之间的管路上并联有同位素双温化学交换加湿器(M21)和/或同位素双温化学交换汽提塔(S21)后与第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔中液相入口相连；

k个重氧水减压精馏塔中，在降低氘浓度的位置设置液相出口，该液相出口与各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连；多级重水减压精馏塔采取液相回流式串联，后一级重水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝后与前一级重水减压精馏塔塔底液相入口相连，第一级重水减压精馏塔(D21)的塔顶气相出口通过冷凝器(E221)冷凝后分为两支路，一路与最后一级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔中一液相入口相连，另一路返回至第一级重水减压精馏塔(D21)的塔顶液相入口；多级重氧水减压精馏塔液相回流式串联，后一级重氧水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝成液体后与前一级重氧水减压精馏塔塔底液相入口相连；

具体步骤如下：

步骤2.1：同位素双温化学交换；每个同位素双温化学交换塔，液相从塔顶液相入口流向塔底液相出口，气相从塔底气相入口流向塔顶气相出口，液相流股与气相流股逆流接触传递同位素；天然水作为进料加入第一级同位素双温化学交换冷塔(C21)塔顶液相入口，第一级同位素双温化学交换冷塔(C21)塔底液相出口流股作为进料加入后一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口中进行同位素双温化学交换；第n级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔底液相出口与第一级重水减压精馏塔(D21)塔中液相入口相连；同位素双温化学交换冷塔和热塔液相断开，第n级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔底液相出口流股全部作为重水减压精馏供料；k个重氧水减压精馏塔中，在降低氘浓度的位置设置液相出口，该液相出口与第一级同位素双温化学交换热塔(H21)塔顶液相入口和第j级同位素双温化学交换热塔(H2j)塔顶液相入口相连，第j级同位素双温化学交换热塔(H2j)塔底液相出口与前一级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连进行同位素交换，第一级同位素双温化学交换热塔(H21)塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔中液相入口相连，同位素双温化学交换冷塔和同位素双温化学交换热塔气相相连与常规流程相同；

步骤2.2：重水减压精馏；第n级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔底液相出口与第一级重水减压精馏塔(D21)塔中液相入口相连；第一级重水减压精馏塔(D21)塔顶气相出口通过冷凝器冷凝，冷凝液一部分返回第n级同位素双温化学交换冷塔(C2n)塔中液相入口，另一部分作为回流返回第一级重水减压精馏塔(D21)塔顶液相入口；在m级重水减压精馏塔中，采用液相回流的连接方式；前一级重水减压精馏塔塔底液相出口流股分为两部分，一部分作为进料加入后一级塔顶液相入口，另一部分通过塔底再沸器返回塔底气相入口作为气相回流；后一级重水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝，冷凝液加入前一级塔底液相入口；

步骤2.3：天然水加入第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔顶液相入口，第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔顶设置冷凝液排除系统；在k级重氧水减压精馏塔中，采用液相回流的连接方式；前一级重氧水减压精馏塔塔底液相出口流股分为两部分，一部分作为进料加入后一级塔顶液相入口，另一部分通过塔底再沸器返回塔底气相入口作为气相回流；后一级重氧水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器后冷凝液加入前一级塔底液相入口；第一级重氧水减压精馏塔塔中液相出口与第一级同位素双温化学交换热塔(H21)塔顶液相入口和第j级热塔(H2j)塔顶液相入口相连，第j级同位素双温化学交换热塔(H2j)塔底液相出口与前一级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连进行同位素双温化学交换；第一级同位素双温化学交换热塔(H21)塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O21)塔中液相入口相连。