一种蒸汽相催化交换系统及其工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种蒸汽相催化交换系统及其工艺，属于核电技术领域，其解决了现有的含氚水去氚化装置存在流程繁琐、去氚化效率低、且能耗高的问题。本发明专利技术包括依次连接的原料水储水箱、第一计量泵和蒸汽锅炉，以及催化反应交换系统、氢气传输系统、含氚氢气干燥收集系统、冷凝系统、检测装置和产品水收集箱。本发明专利技术设计合理，操作便捷，大幅提高了含氚水的去氚化效率，并有效地实现了氢同位素的富集，本发明专利技术具有能耗低，含氚水净化率高的优点，因此，其适于在核电领域内推广应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种蒸汽相催化交换系统及其工艺，属于核电
，其解决了现有的含氚水去氚化装置存在流程繁琐、去氚化效率低、且能耗高的问题。本专利技术包括依次连接的原料水储水箱、第一计量泵和蒸汽锅炉，以及催化反应交换系统、氢气传输系统、含氚氢气干燥收集系统、冷凝系统、检测装置和产品水收集箱。本专利技术设计合理，操作便捷，大幅提高了含氚水的去氚化效率，并有效地实现了氢同位素的富集，本专利技术具有能耗低，含氚水净化率高的优点，因此，其适于在核电领域内推广应用。【专利说明】一种蒸汽相催化交换系统及其工艺
本专利技术涉及一种系统，具体涉及的是一种蒸汽相催化交换系统及其工艺。
技术介绍
目前，无论是核武器的制造还是聚变反应堆的运行过程，都会涉及到大量氚的操作，其中有一部分是以氚化水的形式存在。另外，在很多商用或者民用核电站的运行过程中，也要产生大量的含氚水，如果不对这部分氚加以回收，而是直接排放，则不仅会给环境造成污染，而且也造成了经济上的损失。因此，在氚工艺中，必须要配备氚化水的去氚化装置，以回收氚，使水的排放达到一定的指标。目前已公开的含氚水去氚化技术采用的是水蒸气与氢气同流的方式进行交换，其装置由多级串联组成，每级都需要在反应前将水蒸气与氢气预热到200°C，然后进行催化反应，待反应后再冷凝，使水蒸气与氢气分离，如此反复多次汽化、预热、反应、冷凝、分离，方可使含氚水去氚化 ，而这不仅流程繁琐、去氚化效率低，而且能耗和成本太高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种蒸汽相催化交换系统及其工艺，主要解决现有的含氚水去氚化装置存在流程繁琐、去氚化效率低、且能耗高的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下: 一种蒸汽相催化交换系统，包括依次连接的原料水储水箱、第一计量泵和蒸汽锅炉，以及催化反应交换系统、氢气传输系统、含氣氢气干燥收集系统、冷凝系统、检测装置和产品水收集箱，其中: 所述催化反应交换系统包括由上往下依次连接的第一空腔、水蒸气加热装置、催化反应段和第二空腔；所述水蒸气加热装置通过自动阀门与蒸汽锅炉出气口连接；所述催化反应段内部填满有亲水催化剂； 所述氢气传输系统包括通过管道依次连接的氢气钢瓶、减压阀、并联气体质量流量控制组件和电动泵；所述电动泵通过管道与催化反应段下端连接； 所述含氚氢气干燥收集系统包括依次连接的分子筛吸附系统、气体压缩机和储气罐；所述储气罐与氢气钢瓶连接； 所述冷凝系统包括冷水机，分别与该冷水机连接的第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器，以及与第三冷凝器连接的冷凝水箱；所述第一冷凝器分别与第一空腔和分子筛吸附系统连接，所述第二冷凝器分别与第二空腔和产品水收集箱连接，所述第三冷凝器分别与分子筛吸附系统和储气罐连接； 所述检测装置包括设置在第一冷凝器与分子筛吸附系统之间的第一露点仪，以及设置在分子筛吸附系统与气体压缩机之间的第二露点仪。进一步地，本专利技术还包括连接在并联气体质量流量控制组件与电动泵之间的管道上的第二阀门，与该第二阀门连接的真空泵，以及连接在第二阀门与并联气体质量流量组件之间的管路上的真空规。再进一步地，所述原料水储水箱进水口连接有第二计量泵，该第二计量泵还分别与冷凝水箱和产品水收集箱连接。具体地说，所述水蒸气加热装置包括分别与第一空腔和催化反应段连接的外筒体，设置在该外筒体内部中间位置的多孔蜂窝状蓄热体，以及设置在外筒体上且均贯穿多孔蜂窝状蓄热体的第一加热管和第二加热管；所述第一加热管位于第二加热管上方，并且二者相互垂直，该第一加热管和第二加热管中还均设有加热棒；所述蒸汽锅炉连接在外筒体的侧面上，并且位于第一加热管的上方。具体地说，所述并联气体质量流量控制组件包括并联在减压阀与电动泵之间的第一气体质量流量控制器、第二气体质量流量控制器和第三气体质量流量控制器。更进一步地，所述分子筛吸附系统包括与储气罐连接的气体循环泵，分别与该气体循环泵连接的第三露点仪和气体加热器，以及并联在第一冷凝器与气体压缩机之间的第一分子筛床和第二分子筛床；所述气体加热器分别与第一分子筛床和第二分子筛床连接，所述第三冷凝器也分别与该第一分子筛床和第二分子筛床连接。基于上述结构，本专利技术还提供了该蒸汽相催化交换系统的工艺，包括以下步骤: (1)分别打开真空泵和第二阀门，对并联气体质量流量控制组件、氢气钢瓶、含氚氢气干燥收集系统和第三冷凝器的管路进行抽真空，并由真空规实时检测其管道内的压力； (2)当真空规显示 管道内压力低于5Pa时，关闭真空泵和第二阀门； (3)打开第一计量泵、冷水机、第一冷凝器和第二冷凝器，使含氚水由原料水储水箱输送到蒸汽锅炉中加热，形成水蒸气； (4)打开自动阀门，使水蒸气进入到水蒸气加热装置中，由水蒸气加热装置维持其温度，并使其扩散至催化反应段整个内部；同时，打开减压阀和电动泵，氢气在电动泵作用下，由氢气钢瓶输出，并从催化反应段下端通入，氢气流动方向与水蒸气流动方向相反； (5)氢气与水蒸气在催化反应段中由亲水催化剂触发催化反应，氚由含氚水蒸气转移到氢气中并随着氢气一起进入到水蒸气加热装置中，同时第二冷凝器促使第二空腔中的水蒸气液化，使得催化反应段与第二空腔之间产生水蒸气浓度差，第二空腔内水蒸气浓度低于催化反应段内水蒸气浓度，催化反应段内水蒸气向第二空腔内扩散并继续由第二冷凝器液化； (6)含氚氢气经催化反应段依次通过水蒸气加热装置和第一空腔，并由第一冷凝器将含氚氢气夹带的水蒸气液化，与含氚氢气分离，初步干燥含氚氢气；同时第二空腔中被液化的水蒸气通过第二冷凝器进入到产品水收集箱中收集； (7)启动气体压缩机，含氚氢气在气体压缩机作用下进入到第一分子筛床中进行二次干燥，形成干燥含氚氢气，然后进入到储气罐中储存； (8)循环步骤(3)~(7)。进一步地，所述步骤(7)中，系统每运行三十分钟后，分别观察第一露点仪和第二露点仪采集的数据，对比两个露点仪数据是否相同，是，则停止含氚氢气进入第一分子筛床，并对其进行预热再生，同时使含氚氢气更换到第二分子筛床中进行二次干燥；否，则继续保持系统运行。具体地说，所述第一分子筛床的预热再生过程具体如下:(a) 启动气体循环泵、气体加热器和第三冷凝器，从气体压缩机出来的部分含氚氢气被泵入到气体加热器中加热，形成高温含氚氢气，然后进入到第一分子筛床中； (b)高温含氣氢气使第一分子筛床中的水分汽化,形成水蒸气，然后与含氣氢气一起进入到第三冷凝器中进行分离，分离出水蒸汽的含氚氢气继续被泵入到气体加热器中加热成高温含氚氢气，同时水蒸气在液化后经由第三冷凝器进入到冷凝水箱中储存； (C)循环步骤(a)、(b)，直至第三露点仪的数据低于-90度时，关闭气体循环泵、气体加热器和第三冷凝器，分离出水蒸气的含氚氢气回流到储气罐中，第一分子筛床预热再生完毕。再进一步地，所述步骤(8)中，若原料水储水箱的液位低于2cm，则打开第二计量泵，使产品水收集箱和/或冷凝水箱中的水进入到原料水储水箱中。本专利技术的设计原理在于，其将含氚水进行汽化，然后通过上下端水蒸气浓度差的方式引导催化反应段中的含氚水蒸气流动，使得含氚水蒸气与从催化反应段底端进入的氢气形成相反方向的流动，实现了含氚水与氢气的逆流，然后结合蒸汽相催化交换的技术原理，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽相催化交换系统，其特征在于，包括依次连接的原料水储水箱（1）、第一计量泵（2）和蒸汽锅炉（3），以及催化反应交换系统、氢气传输系统、含氚氢气干燥收集系统、冷凝系统、检测装置和产品水收集箱（12），其中：所述催化反应交换系统包括由上往下依次连接的第一空腔（7）、水蒸气加热装置（8）、催化反应段（9）和第二空腔（10）；所述水蒸气加热装置（8）通过自动阀门（4）与蒸汽锅炉（3）出气口连接；所述催化反应段（9）内部填满有亲水催化剂；所述氢气传输系统包括通过管道依次连接的氢气钢瓶（23）、减压阀（22）、并联气体质量流量控制组件和电动泵（14）；所述电动泵（14）通过管道与催化反应段（9）下端连接；所述含氚氢气干燥收集系统包括依次连接的分子筛吸附系统、气体压缩机（39）和储气罐（40）；所述储气罐（40）与氢气钢瓶（23）连接；所述冷凝系统包括冷水机（5），分别与该冷水机（5）连接的第一冷凝器（6）、第二冷凝器（11）和第三冷凝器（35），以及与第三冷凝器（35）连接的冷凝水箱（36）；所述第一冷凝器（6）分别与第一空腔（7）和分子筛吸附系统连接，所述第二冷凝器（11）分别与第二空腔（10）和产品水收集箱（12）连接，所述第三冷凝器（35）分别与分子筛吸附系统和储气罐（40）连接；所述检测装置包括设置在第一冷凝器（6）与分子筛吸附系统之间的第一露点仪（25），以及设置在分子筛吸附系统与气体压缩机（39）之间的第二露点仪（38）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德礼，邓良才，姚勇，黄国强，宋江锋，张志，杨莞，蒙大桥，
申请(专利权)人：四川材料与工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51