Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа

 

Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода, из газового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном конту1эе ядерных реакторов с газовым охлаждением, при регенерации ядерного топлива, а также при получении изотопов водорода из инертных газов. Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса выделения изотопов водородй при постоянной степени очистки инертного газа. Способ вьщеления изотопов водорода из потока инертного газа включает пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очищенного инертного газа. На вторичную сторону перегородки подают водяной пар или окислитель. В качестве окислителя используют кислород или окись меди. Водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, в качестве которого могут использо вать ОТВ9ДИМЫЙ от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ. Поток инертного газа-носителя направляют противотоком к потоку инертного газа,пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки. Инертный газноситель, от вторичной стороны пере- :городки отводят И очищают конденсаци- |ей. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно друг за другом . При подаче окислителя на вторичной стороне перегородки происходит образование паров воды, удаляемых в потоке инертного газа. При подаче воды протекает реакция протонного обмола , при которой дейтерий и тритий пpeи ryщecтвeннo связываются .в виде .окислов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. О) 4iki 4i О СО Од СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 01 В 4/00

1 кр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3436448/83 -26 (22}. 17.05.82 (31), Р 3121125.9 (32) 27.05. 81 (33) DE (46) 23,11.88. Бюл. 1Ф 43 (71) Кернфоршунгсанлаге Юлих, ГмбХ (ПЕ} (72) Николаос Иниотакис, КлаусБенедикт фон дер Декен, Рудольф

Хекер, Вернер Фрелинг и Рудольф

Шультен (ПЕ} (53) 661.961 (088.8) (56) Патент США Р 3848067, кл. 423-248, 1974., (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОТОГОВ ВОДОРОДА ИЗ ПОТОКА ИНЕРТНОГО ГАЗА (57) Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода из газового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном контуре ядерных реакторов с газовым охлаждением, при регенерации ядерного топлива, а также при получении изотопов водорода из инертных газов. Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса выделения изотопов водорода при постоянной степени очистки инертного газа. Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа

„„SU„„14403 9 включает пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очищенного инертного газа. На вторичную сторону перегородки подают водяной пар или окислителт В качестве окислителя используют кислород или окись меди. Водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, в качестве которого могут испольэовать отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ.

Поток инертного газа-носителя направляют противотоком к потоку инертного газа, пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки. Инертный газноситель, от вторичной стороны перегородки отводят и очищают конденсацией. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно друг sa другом. При подаче окислителя на вторичной стороне перегородки происходит образование паров воды, удаляемых в потоке инертного газа. При подаче воды протекает реакция протонного обмола, при которой дейтерий и тритий преимущественно связываются.в виде .окислов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1440339

Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода из газового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном контуре ядерных реакторов с газо5 вым охлаждением, при регенерации ядерного топлива, а также при получении изотопов водорода иэ инертных . газ ов.

Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса вы.деления изотопов водорода при постоянной степени очистки инертного газа. f5

Подачей на вторичную сторону перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, окислителя s виде кислорода или окиси меди связывают водород в виде паров 20 воды, легко отводимых от вторичной стороны перегородки. Подачей на вторичную сторону перегородки паров воды за счет реакций химического изотопного обмена достигают селектив-25 ного выделения иэ проникшего через перегородку водорода изотопов дейтерия и трития.

Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа вклю- 30 чает пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки„ селективно проницаемой только для изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очищенного инерт- 5 ного газа. На вторичную сторону пере.городки. подают водяной пар или окислитель. В качестве окислителя используют кислород или окись меди. Водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, в качестве которого могут использовать отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ. Поток инертного газа-носителя направляют противото- 45 ком к потоку инертного газа, пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки. Инертный газ-носитель от вторичной стороны перегородки отводят и очищают конденсацией. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно.

На чертеже приведена схема осуществления способа с использованием двух перегородок.

Способ выделения изотопов водорода из,потока инертного газа осуществляют следующим образом, Поток 1 инертного газа, поступающий, например, после нагрева в ядер ном реакторе (не показан), подают последовательно в обменные устройства 2 и 3 и пропускают вдоль первичных сторон перегородок 4 и 5, селективно проницаемых только для изотопов водорода, в полостях б и 7.

В качестве перегородок могут быть использованы металлы с высокой проникающей способностью для водорода, например Zr, Nb, Ta, V, Pd и т.п., а также сплавы этих металлов. Перегородки могут быть выполнены в виде труб или пластин. На вторичную сторону перегородок в полости 8 и 9 подают водяной пар или окислитель в виде кислорода или окиси меди, причем водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, направляемом противотоком потоку 1, а окись меди могут использовать в виде стационарного слоя tO.

Гаэ-носитель подают по трубопроводу

11, водяной пар — по трубопроводу

12, а кислород " по трубопроводу 13.

При этом в обменном устройстве происходит окисление проникших через перегородку 5 изотопов водорода с образованием Н О, 13 0, Т. О, а также

HD0 и НТО. Возникшую вследствие этого в основном как продукт реакции воду, а также водяной пар, поступающий по трубопроводу 12, используют для изотопного обмена в обменном устройстве 2. В результате реакций изотопного обмена

НТ + Н О НТО + Н

HD+ Н О Н00 Н концентрация дейтерия и трития, присутствующих в основном в виде молекул HD и НТ, по обе стороны перегородки понижается. Таким образом, по трубопроводу 14 из обменного устройства 2 протекает поток газа-носителя, содержащего постоянно отводимые от вторичных сторон перегородок 4 и 5 изотопы водорода в виде водяного пара. Через перегородки 4 и 5 существует непрерывный поток изотопов водорода с первичной стороны на вторичную, причем степень очистки потока 1 инертного газа может под держиваться постоянной во времени.

В потоке 1 достигается как абсолютное снижение концентрации изотопов

3 144 водорода за счет их окисления в обменном устройстве 3, так и снижение концентрации дейтерия и трития за счет из селективного выделения в обменном устройстве 2. В зависимости от целей реализация способа может предусматривать использование только окислительного обменного устройства 3 с окислителем кислородом или окисью меди либо только изотопно-обменного устройства 2, либо последовательную их комбинацию (фиг.1).

Использование противоточного те- ° чения с разных сторон перегородок позволяет либо увеличить степень очистки, либо обеспечить заданную степень очистки потока 1 при минимальном расходе реагентов на вторичных сторонах перегородок.

Поток газа-носителя по трубопроводу 14 направляют для очистки от паров воды в конденсатор 15, откуда воду, обогащенную дейтерием и тритием (обогащение имеет место при наличии обменного устройства 2). отводят по трубопроводу 16, а чистый гаэ-носитель — по трубопроводу 17.

Очищенный инертный гаэ отводят по трубопроводу 18.

В качестве потока газа-носителя могут использовать часть потока очищенного инертного газа, подав его в основной поток 19 газа-носителя по байпасному трубопроводу 20. При этом часть потока 21 из трубопровода

17 должна быть возвращена в трубопровод 18.

При непрерывной очистке потока гелия 74 кг/с с температурой 573 К и давлением 4..10 Па, содержащего изотопы водорода в виде P.. H НТ с парциальным давлением 50 Па и 0,1 Па соответственно, при протекании потока через обменные устройства 2 и 3 парциальное давление P. снижается в

4 раза, а парциальное давление НТ в

50 раэ. Перегородки 4 и 5 выполнены иэ циркания толщиной 1 мм. Перегородка 4 имеет площадь 1000 м -, а пе=регарадка 5 - 275 м>, Расход окислителя 483 т/год окиси меди или

3 10 моль/год кислорода. Расход

0339

4 водяного пара 1 т/год. При этом в кислороде 15 наработано 11,5 т/год воды, содержащей тритий.

В случае необходимости парциаль5 ное давление водорода Н в потоке гелия может быть снижено в 20 раэ при неизменной величине снижения парциального давления по тритию

fQ (снижение парциального давления НТ в 50 раз), В этом случае при увеличении площади перегородки 5 с 2?5 до

600 м необходимость в подводе водяного. пара в трубопроводе 12 отпадает, а количество окиси меди должно быть увеличено на 207.

Формула изобретения

20 1. Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа, включающий пропускание инертного газа вдоль первичной стороны перегородки, селективно проницаемой только для

25 изотопов водорода, и отведение от первичной стороны перегородки очи,щенного инертного газа, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности процесса при постоянной степени очистки, на вторичную сторону перегородки по,дают водяной пар или окислитель в виде кислорода или окисй меди, причем водяной пар и кислород подают в потоке инертного газа-носителя, .направляемого противотоком к потоку инертного газа, пропускаемого вдоль первичной стороны перегородки, с последующим отведением инертного rasa4р носителя от вторичной стороны перегородки и его очистки от паров воды конденсацией.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю45 шийся тем, что в качестве инертного газа-носителя используют отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ.

3, Способ по пп.1 и 2, о т л и

Вр ч а ю шийся тем, что нй вторичную сторону перегородки нодеют водяной пар g окислитель последовательно друг за другам.

1440339

Составитель A- иликина

Техред Л.Сердюкова .Корректор М.Максимишинец

Редактор 0.1Орковецкая

Тираж 446 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6090/57

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4