[发明专利]重水同时升级和除氚工艺有效

专利信息
申请号: 201510224064.4 申请日: 2015-05-06
公开(公告)号: CN104828778B 公开(公告)日: 2017-03-01
发明(设计)人: 夏修龙;熊亮萍;侯京伟;彭述明;刘俊;刘云怒;陈晓军;肖成建;龚宇;陈平;张勤英 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院核物理与化学研究所
主分类号: C01B5/02 分类号: C01B5/02
代理公司: 成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214 代理人: 孙杰,曾晓波
地址: 621999*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 重水 同时 升级 工艺
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种重水处理工艺,特别是一种重水同时升级和除氚工艺,属于重水升级和除氚技术领域。

背景技术

重水通常用作反应堆的中子慢化剂和冷却剂,重水品质的好坏与反应堆安全直接相关,其处理工艺历来备受重视。在反应堆运行过程中,重水会通过换料或微漏与环境中的天然水(汽)发生交换,使重水中引入氕(通常以HDO形式存在),此过程称为重水降级;同时,重水中的氘会俘获中子产生氚(通常以DTO形式存在),氚总量可达到1016-1017Bq量级,放射性可占到整个重水堆的30%,不但给堆的运行维护带来麻烦,还会给周边环境带来潜在放射性泄漏巨大压力。我国2011年颁布的《核动力厂环境辐射防护规定》明确规定了重水堆氚每年排放不超过3.5×1014Bq,因此重水必须通过定期升级和除氚,控制氕和氚的浓度达到反应堆运行要求。

目前,国外报道的反应堆重水的除氕和除氚都是采用两套独立的工艺,设备投资大,工艺复杂。采用水精馏工艺除氕,受分离因子限制除氕效果差,且为高能耗工艺,经济性差。

发明人致力于重水同时升级和除氚工艺的研究,并于2010年对基于LPCE+CD的重水除氚和升级工艺进行了初步的研究和探讨(核化学与放射化学(2010,32(6):342-347)。在这篇文献中,申请人主要对LPCE+CD级联工艺用于重水除氚和升级的原理可行性进行了探索和理论分析,通过在Matlab平台建立数学模型,分析了催化交换和精馏柱上的浓度分布,考察了气液摩尔比的影响,对于分离工艺研究提供了理论参考依据。

然而,上述文献中仅提供了特定条件下的理论分析结果,并未进一步的对工艺的关键操作参数和工程可行性进行考察,如:催化交换过程的温度、压力等关键操作参数;催化交换后气体杂质对系统的不利影响;尤其上述文献精馏过程仅用两根分离柱会导致D2气损失过大,影响整个工艺物料衡算,不利于过程的经济性,同时未对多级精馏过程进行优化和设计。

发明内容

本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种重水同时升级和除氚工艺,以避免传统重水除氕和除氚采用两套独立装置工艺的缺点,工艺简洁高效,大大降低设备一次性投资和运行成本,达到氕可以控制在1‰以下,氚去除效率大于98%的目的。

本发明采用的技术方案如下:

一种重水同时升级和除氚工艺,以Pt/C/PTFE或Pt-SDB为催化剂,用D2与重水中的HDO和DTO进行同位素交换。

进一步的,用于催化交换反应的装置内催化剂层和填料层相间装填。所述填料层可采用不锈钢θ环或三角螺旋填料。

进一步的,所述同位素催化交换过程反应温度为30-90℃,反应压力为100-300KPa,D2与重水的进料摩尔比为1:3-10。

本发明的重水同时升级和除氚工艺,基于上述同位素催化交换反应基础上,还进一步的包括同位素交换反应后气态组分的后处理过程,所述后处理过程包括气态组分的除杂和气态组分的多级精馏分离。

进一步的,所述气态组分的除杂包括干燥和低温吸附过程。

进一步的,所述多级精馏分离包括三级精馏分离;将除杂后的气态组分进行一级精馏,一级精馏塔顶采出D2/ HD,塔釜采出DT;一级精馏的塔顶采出送入二级精馏,二级精馏塔顶采出HD,塔釜采出D2;一级精馏的塔底采出送入三级精馏,三级精馏塔顶采出送入一级精馏,塔釜采出DT。

上述三级精馏分离工艺中,进一步的所述一级精馏中,塔釜采出DT的浓度不低于原料气DT浓度的30倍;所述二级精馏中,塔顶采出HD的摩尔分数不小于95%,塔釜采出D2的摩尔分数不小于99.9%;所述三级精馏中,塔釜采出DT的浓度不低于原料气DT浓度的1000倍。

进一步的,所述一级精馏的操作压力为50-200KPa,所述二级精馏的操作压力为40-190KPa,所述三级精馏的操作压力为55-210KPa。

进一步的,所述一级精馏的回流比为5-15,所述二级精馏的回流比不小于15,所述三级精馏的回流比为8-20。

本发明的重水同时升级和除氚工艺,所述二级精馏的塔釜采出的D2送至同位素催化交换过程反应。

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