[发明专利]一种双向强化生产重氧水与重水的方法

说明书

本发明属于稳定同位素分离技术领域，提供了一种双向强化生产重氧水与重水的方法。针对现有的重水生产过程和重氧水生产过程集成程度不高、忽视氘的综合利用等问题，开发了一种重水生产工艺与重氧水生产工艺相耦合、协同强化的新型生产工艺，实现氘的综合利用。第一生产工艺、第二生产工艺，在能耗不变的情况下，H₂O‑H₂S双温化学交换工艺中回收率提升至100％，增加了重水的产率，提升了重氧水精馏生产工艺中氧十六与氧十八的分离系数，降低分离难度，进而提高了重氧水的产率。

技术领域

本发明属于稳定同位素分离技术领域，涉及一种双向强化生产重氧水与重水的方法，实现氘的综合利用。

背景技术

天然水中含有五种稳定同位素，其中氢有两种稳定同位素，分别为H(氕)、D(氘)。氧有三种稳定同位素，分别为O₁₆(氧十六)、O₁₇(氧十七)、O₁₈(氧十八)。天然水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，其中由两个氘原子构成的水分子叫做重水；由两个氧十八原子构成的水分子叫做重氧水。用于氢、氧稳定同位素分离的方法有化学交换法、热扩散法、低温精馏法和水精馏法等。其中水精馏法，不受原料限制，技术成熟，经济性可行，是可以达到工业化规模的稳定同位素分离工艺。

常规重水生产工艺采用H₂O-H₂S双温化学交换与重水精馏的组合工艺，传统H₂O-H₂S双温化学交换体系回收率只有19.6％，Burgess,M.P的AEC报告(Predictedperformance of GS process with supplementary feed to the hot tower.DP-1204.)，报道了一种除了第一级冷塔顶的正常进料外，在热塔适当位置提供额外进料的H₂O-H₂S双温化学交换工艺，当补充进料量约为冷塔正常进料的33％时，产率将提高10％。然而，额外进料也导致回收率从18.23％下降至14.24％。专利US 3711598提出了一种在冷塔合适位置抽出一股物料，返回至热塔适当位置的H₂O-H₂S双温化学交换工艺，冷塔进料口下方抽出物料的同时加大进料量，保持最佳气液比，当抽出量为冷塔进料的50％时，产率提高11.2％，但回收率大幅下降。Szapiro S,Steckel F.(Szapiro S,Steckel F.Physical propertiesof heavy-oxygen water.Part 2.Vapour pressure[J].Transactions of the FaradaySociety,1967,63(532P).)、Hook V,Alexander W(Hook V,Alexander W.Vapor pressuresof the isotopic waters and ices[J].The Journal of Physical Chemistry,1968,72(4):1234-1244.)、Andreev B M,Magomedbekov E P,Raitman A A,et al.(Andreev B M,Magomedbekov E P,Raitman A A,et al.Separation of Isotopes of BiogenicElements in Two-phase Systems[J].minerva chirurgica,2007.)的研究报道了氘的存降低了氧十六和氧十八的分离系数，增加了分离难度。

(α_D-1)/(α_H-1)＝0.825±0.022 (1)

其中α_D是D₂O₁₆与D₂O₁₈的分离因子，α_H是H₂O₁₆与H₂O₁₈的分离因子。