Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа

(21) 3 (22). 1 (31), Р (32) 2 (33) Р (46) 2 (71) К ГмбХ 3 11.88. Бюл.нфоршунгсанл ге Юлих,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(72) Николаос Иниотакис, КлаусБенедикт фон дер Декен, РудольфХекер, Вернер Фрелинг и РудольфШультен (ПЕ)(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОТОГОВ ВОДОРОДА ИЗ ПОТОКА ИНЕРТНОГО ГАЗА(57) Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода изгазового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном контуре ядерных реакторов сгазовым охлаждением, при регенерацииядерного топлива, а также при получении изотопов водорода из инертныхгазов. Целью изобретения являетсяобеспечение непрерывности процессавыделения изотопов водорода припостоянной степени очистки инертногогаза. Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа включает пропускание инертного газавдоль первичной стороны перегородки,селективно проницаемой только дляизотопов водорода, и отведение отпервичной стороны перегородки очищенного инертного газа. На вторичнуюсторону перегородки подают водянойпар или окислитель. В качестве окислителя используют кислород или окисьмеди. Водяной пар и кислород подаютв потоке инертного газа-носителя, в качестве которого могут испольэовать отводимый от первичной стороныперегородки очищенный инертный газ.Поток инертного газа-носителя направляют противотоком к потоку инертногогаза, пропускаемого вдоль первичнойстороны перегородки. Инертный гаэноситель, от вторичной стороны перегородки отводят и очищают конденсацией. Водяной пар и окислитель на вторичную сторону перегородки могут подавать последовательно друг эа другом, При подаче окислителя на вторичной стороне перегородки происходиобразование паров воды, удаляемых впотоке инертного газа, При подаче воды протекает реакция протонного обмола, при которой дейтерий и тритийпреимущественно связываются,в виде40 двух перегородок.Способ выделения изотопов водорода из,потока инертного газа осуществляют следующим. образом,Изобретение относится к способам выделения изотопов водорода из газового потока и может быть использовано при очистке газов в циркуляционном контуре ядерных реакторов с газо 5 вым охлаждением, при регенерации ядерного топлива, а также при получении изотопов вбдорода иэ инертных газ ов.Целью изобретения является обеспечение непрерывности процесса выделения изотопов водорода при постоянной степени очистки инертного газа. 15Подачей на вторичную сторону перегородки, селективно проницаемой только для изотопов водорода, окислителя в виде кислорода или окиси меди связывают водород в виде паров 2 О воды, легко отводимых от вторичной стороны перегородки. Подачей на вторичную сторону перегородки паров воды за счет реакций химического изотопного обмена достигают селективного выделения иэ проникшего через перегородку водорода изотопов дей" терия и трития.Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа вклю- ЗО чает 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 использовать отводимый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ. Поток инертного газа-носителя направляют противото 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 последовательноНа чертеже приведена схема осуществления способа с использованием 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 Ег, МЬ, Та, Ч, РЯ 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 10. 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 НО, В О, Т О, а также НПО 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 обменаНТ + НОНТО + ННП+ НО НОО 1 Н 1концентрация дейтерия и трития, присутствующих в основном в виде молекул НР 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 подт держиваться постоянной во времени, В потоке 1 достигается как абсолютное снижение концентрации изотопов2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве инертного газа-носителя используют отво"димый от первичной стороны перегородки очищенный инертный газ.3, Способ по пп.1 и 2, о т л и" 50 ч а ю щ и й с я тем, что нй вторичную сторону перегородки нодеют водяной пар н окислитель последовательнодруг за другом. 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 изотоп- но-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 газ 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 10Па, содержащего изотопы водорода в виде Н.и НТ с парциальным давлением 50 Па и 0,1 Па соответственно, при протекании потока через обменные устройства 2 и 3 парциальное давление Нснижается в 4 раза, а парциальное давление НТ в 50 раэ, Перегородки 4 и 5 выполнены иэ циркония толщиной 1 мм. Перегородка 4 имеет площадь 1000 м, д перегородка 5 - 275 м, Расход окислителя 483 т/год окиеи меди или 3 ф 10 моль/год кислорода, Расход 0339водяного пара 1 т/год. При этом вкислороде 15 наработано 11,5 т/годводы, содержащей тритий.В случае необходимости парциальное давление водорода Н в потокегелия может быть снижено в 20 разпри неизменной величине сниженияпарциального давления по тритию 10 (снижение парциального давления НТв 50 раз), В этом случае при увеличении площади перегородки 5 с 275 до600 м необходимость в подводе водяного. пара в трубопроводе 12 отпада В ет, а количество окиси меди должнобыть увеличено на 207,Формула изобретения 20 1. Способ выделения изотопов водорода из потока инертного газа,включающий пропускание инертного газавдоль первичной стороны перегородки,селективно проницаемой только для 25 изотопов водорода, и отведение отпервичной стороны перегородки очи,щенного инертного газа, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с цельюобеспечения непрерывности процесса ЗО при постоянной степени очистки,на вторичную сторону перегородки по,дают водяной пар или окислитель ввиде кислорода или окисй меди, причем водяной пар и кислород подаютв потоке инертного газа-носителя,направляемого противотоком к потокуинертного газа, пропускаемого вдольпервичной стороны перегородки, с последующим отведением инертного гаэа носителя от вторичной стороны перегородки и его очистки от паров водыконденсацией.1440339 Составитель А. Чиликина Техред Л.Сердюкова ,Корректор М.Максимишинец Редактор 0.1 Орковецкая Тираж 446 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5