[发明专利]一种聚变堆排灰气中的氘氚快速回收装置及方法

权利要求书

1.一种聚变堆排灰气中的氘氚快速回收装置，其特征在于：所述的装置包括低温泵、Pd合金膜分离单元、色谱柱、Pd合金膜反应单元，聚变反应室生成的排灰气通过低温泵，分成A路、B路，A路进入Pd合金膜分离单元后分成A1路、A2路、A3路；A1路与氚储存系统相连；A2路通过色谱柱后分别与氚储存系统、氢同位素分离系统相连；A3路通过Pd合金膜反应单元进入废气除氚系统或氢同位素分离系统；B路通过Pd合金膜反应单元进入废气除氚系统或氢同位素分离系统；

所述的低温泵由低温分子筛柱和氦制冷低温泵组合而成，低温分子筛柱作为前级泵，工作温度为77K，抽出除He和Q₂以外的杂质气体，氦制冷低温泵工作温度为4K，抽出He和Q₂；

所述的Pd合金膜分离单元由两个或两个以上的Pd合金膜分离器串联组成，所述的Pd合金为Pd+Ag、Pd+Y、Pd+Ag+Au、Pd+Ag+Au+Y或Pd+Ag+Au+Ni合金中的一种；

所述的色谱柱中装填Al₂O₃+1%SiO₂、涂覆Fe₂O₃的4A分子筛或5A分子筛中的一种，色谱柱工作温度范围为77K~150K；

所述的Pd合金膜反应单元由两个或两个以上的Pd合金膜反应器串联组成，所述的Pd合金为Pd+Ag、Pd+Y、Pd+Ag+Au、Pd+Ag+Au+Y或Pd+Ag+Au+Ni合金中的一种。

2.一种聚变堆排灰气中的氘氚快速回收方法，包括以下步骤：

6a.粗分

排灰气经低温泵抽出后，在低温泵内进行解吸，得到气体Ⅰ、尾气Ⅰ；气体Ⅰ包括Q₂和He，尾气Ⅰ包括N₂、Q₂O、CO₂和CQ₄；

6b.Pd膜纯化

气体Ⅰ进入Pd合金膜分离单元分离，得到气体Ⅱ、尾气Ⅱ，气体Ⅱ为Q₂气体；尾气Ⅱ包括He和Q₂气体，Q₂气体的含量低于5%；

6c.纯化后处理

当气体Ⅱ中H/Q<10%并且T/D=0.95~1.05时，气体Ⅱ进入氚储存系统；

当气体Ⅱ中H/Q≥10%时，气体Ⅱ进入色谱柱脱氕，得到气体Ⅲ、尾气Ⅲ，气体Ⅲ中的H/Q<10%并且T/D=0.95~1.05时，气体Ⅲ进入氚储存系统；尾气Ⅲ进入氢同位素分离系统；

6d.杂质气体处理

尾气Ⅰ、尾气Ⅱ进入储气罐储存，储存量达到设定数量时，进入Pd合金膜反应单元开始催化膜反应生成Q₂和尾气Ⅳ，Q₂进入氢同位素分离系统、尾气Ⅳ进入废气除氚系统，尾气Ⅳ包括N₂、H₂O、CO₂和CH₄。

3.根据权利要求2所述的聚变堆排灰气中的氘氚快速回收方法，其特征在于，所述的步骤6d的催化膜反应采用的催化剂为Pt+Al₂O₃、Pd+Al₂O₃、Ni+Al₂O₃、Pt+CeO₂或Pd+CeO₂中的一种或以上。