[发明专利]一种高浓氚水处理装置

说明书

本发明公开了一种高浓氚水处理装置，所述的高浓氚水处理装置包括依次连接的水汽发生单元、膜反应单元、氢储存单元以及尾气处理单元。本发明一级反应器采用变价氧化物负载(TiO₂，CeO₂，ZrO₂)的Pt催化剂从分子层面改变反氢水同位素交换应历程，提升反应速率；在第二级反应器中装填锂基CO₂吸附剂，移除产物，进一步促进化学平衡向右移动。本发明实现了提升化学反应速率，减少副反应，移除产物促进化学平衡移动，提高了氚水处理工艺的除氚因子，实现了氚的高效回收，本发明可应用于聚变装置以及其它产生高浓氚水的场所。

技术领域

本发明属于放射性废物处理领域，具体涉及一种高浓氚水处理装置。

背景技术

在聚变装置运行过程中，某些正常操作状况如第一壁清洗，以及一些非正常工况下如燃烧室空气泄漏或手套箱内氚泄漏，都会产生一定量的高浓氚水。由于高浓氚水可发生自辐射分解，储存时会分解形成爆炸性的HT和O₂混合气体，存在过压的风险，一般都将氚水以安全的方式转化为氚气储存。现在常用的方法之一为基于钯膜反应器，利用化学反应将氚水中的氚置换出来，通过钯膜选择性分离，得到氚气，完成氚水的处理以及氚回收。

基于钯膜反应器目前公开了两种可行的化学反应，一种是氢同位素交换反应：T₂O+H₂→H₂O+T₂。该反应原理是利用氢气交换出氚水中的T，得到T₂或HT，利用钯膜的选择性分离特性，将T₂转移至钯膜的另一侧完成氚水的处理以及氚的回收。另一种是水汽变换反应：T₂O+CO→CO₂+T₂，该反应原理是引入一定量的CO，置换出氚水的T，同样利用钯膜的选择性分离特性，将T₂转移至钯膜的另一侧完成氚水的处理以及氚的回收。

氢同位素交换膜组件处理氚水的方法受化学热力学限制，气液比1∶1时，除氚因子最高为11，气液比1∶2时，除氚因子最高为18，仍有一部分的氚(9.1％或5.5％)得不到回收。水汽变换反应平衡常数更高，基于膜组件处理工艺，气液比1∶1时，除氚因子最高可达123.5。然而当高浓氚与CO共存时，会产生少量的含氚醛或羧酸等有机物，这类副产物以凝固相的形式将氚固化，不利于氚的回收，而前述反应相关研究中并没有采用高浓氚水开展实验，因而忽略了氚的β衰变，当氚浓度较高时，氚的β衰变会引发复杂的辐射反应。此外，这类氚水处理工艺中所采用的催化剂一般为常规载体如硅藻土、Al₂O₃负载的Pt催化剂，催化性能较低。综上，氢同位素交换反应除氚因子不高，水气变换反应处理高浓氚水会产生复杂的辐射副反应，且催化剂性能都较低，因而目前的膜反应工艺都不适用于高浓氚水的高效处理。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于高浓氚水处理装置。

本发明具体采用如下技术方案：