[发明专利]以含氚轻水(重水)为原料提取纯氚的生产方法

说明书

技术领域  本发明涉及一种利用含氚轻水(重水)提取纯氚的生产方法。

背景技术  目前，国外从含氚轻水(重水)中提取纯氚的技术主要有氢-水(液)交换法和联合电解液相催化交换法。利用氢-水(液)交换反应提取纯氚，为实现其反应关键主要取决于性能优异的疏水催化剂。早期研制的亲水催化剂遇液态水中毒而失去活性，因此，需在约200℃的温度条件下进行气相催化交换(VPCE)，也就是常说的气/汽交换(热交换)。采用VPCE法提取纯氚需要对含氚重水反复蒸发、过热、冷凝，其工艺流程复杂。为了能在常温常压下以液相氢-水交换反应进行重水脱氚，加拿大、日本、印度等国家进行了疏水催化剂的研制，并建造了液相催化交换(LPCE)或联合电解液相催化交换(CECE)的试验装置，进行重水脱氚的验证试验。也就是常说的气/液交换(冷交换)方式试验。采用LPCE或CECE法比VPCE法工艺简单、操作方便、成本较低。

利用氢-水(液)交换反应，使含氚轻水(重水)在交换反应器中与顺流的氘气相接触，液相中的氚被贫化，气相中的氚富集起来，后者再经过低温蒸馏塔将氚加以富集浓缩。国外美国、日本、加拿大等国进行了氢-水(液)交换法结合低温蒸馏法提取纯氚的工艺实验研究。

发明内容  本发明的目的在于提供一种以含氚轻水(重水)为原料提取纯氚的生产方法，用该方法可获得纯度为99％的纯氚。

本发明以含氚轻水(重水)为原料提取纯氚主要包括下列工艺步骤：

1、第一阶段-氢-水(液)交换阶段

采用两段六级级联式对氢(氘)气与含氚轻水(重水)进行液相催化交换反应，每一段设置三级交换反应器，交换反应器中的催化剂采用疏水催化剂，含氚轻水(重水)被加压的氢(氘)气雾化成微小雾滴顺流自上而下通过催化床，在催化床中进行氢-水(液)交换反应，氚从液相转移到气相中，该流程是在40℃～50℃温度和0.1MPa～0.25Mpa压力条件下进行，交换反应式为：

HTO(L)+H₂(G)H₂O(L)+HT(G)

(DTO(L)+D₂(G)D₂O(L)+DT(G))

每一段和每一级反应结束通过冷却进行气液分离，分离的气体送入低温蒸馏阶段，液体加热进入下一级和下一段。

本发明通过对含氚轻水(重水)进行两段六级氢-水(液)交换，可以脱出95％以上的氚，从而净化轻水(重水)。该流程是在低温(40℃～50℃)低压(0.1MPa～0.25MPa)条件下进行气-液两相多级顺流催化交换，工艺流程简单，易操作，设备复杂程度较低，系统易密封。工艺过程中的轻水(重水)中氚浓度始终不超过堆轻水(重水)中的氚浓度，而且是逐级降低，生产较安全，易于轻水(重水)脱氚。

2、第二阶段-低温蒸馏阶段

本阶段包括低温吸附、液氢(氘)蒸馏、回收三个工艺过程。

(1)低温吸附

对含氚氢(氘)气进行低温冷冻干燥处理，除去O₂、N₂等杂质后，再进行氢(氘)正(O)态-仲(P)态转化(即OP转化)，然后继续降温，温度降到-247℃～-249℃时，将含氚气液混合物送入低温蒸馏；

(2)液氢(氘)低温蒸馏

对含氚气液混合物进行初蒸馏，初精馏塔入口温度为-247℃～-249℃，塔顶下部温度为-249℃～-251℃，塔底温度为-243℃～-245℃，压力为0.35MPa～0.50MPa，初蒸馏将氢(氘)化氚由0.5PPmHT(DT)富集到0.02％HT(DT)；排出的氢(氘)气作为循环气经循环气贮槽膨胀后返回氢-水(液)交换阶段；对得到富集的HT(DT)进行精蒸馏，精馏塔入口温度为-247℃～-249℃，塔顶温度为-248℃～-250℃，塔底温度为-245℃～-247℃，压力为0.35MPa～0.45MPa，将其从0.02％HT(DT)进一步富集到95％HT(DT)；浓缩到95％HT(DT)的氢(氘)化氚经换热升温至40℃～60℃的条件下进行歧化反应，所用催化剂为Pt、Pd或Ni/Cr2O3，反应结束后再经换热降温至-246℃～-248℃继续进行精蒸馏，浓缩到99％T₂。