利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统，解决含氚水去氚化装置存在流程繁琐、能耗高、不能有效收集氚的问题。本实用新型专利技术包括由上往下依次连接的氢同位素分离系统、气体干燥机、第一液化系统、水蒸气加热装置、催化反应段、第二液化系统和产品水收集箱，与水蒸气加热装置连接的蒸汽发生器，以及与蒸汽发生器连接的原料水储水箱；催化反应段内部填满有亲水催化剂。本实用新型专利技术结构合理，操作便捷，去氚化效率高，其通过含氚水与氢气逆流的方式，将氚由含氚水蒸气中转移到氢气中，实现了含氚水的去氚化，净化了含氚水，并对分离的氚进行收集，实现高浓度氚的富集，本实用新型专利技术大幅降低了能耗和成本，具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统，解决含氚水去氚化装置存在流程繁琐、能耗高、不能有效收集氚的问题。本技术包括由上往下依次连接的氢同位素分离系统、气体干燥机、第一液化系统、水蒸气加热装置、催化反应段、第二液化系统和产品水收集箱，与水蒸气加热装置连接的蒸汽发生器，以及与蒸汽发生器连接的原料水储水箱；催化反应段内部填满有亲水催化剂。本技术结构合理，操作便捷，去氚化效率高，其通过含氚水与氢气逆流的方式，将氚由含氚水蒸气中转移到氢气中，实现了含氚水的去氚化，净化了含氚水，并对分离的氚进行收集，实现高浓度氚的富集，本技术大幅降低了能耗和成本，具有很高的应用价值。【专利说明】利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统
本技术涉及一种用于收集氚的系统，具体涉及的是一种利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统。
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，方可使含氚水去除大部分氚，而这不仅流程繁琐、操作麻烦，而且能耗和成本太高，并且还不能有效地回收氚，其对于氚的回收率相当低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统，主要解决现有的含氚水去氚化装置存在流程繁琐、能耗高、不能有效收集氚的问题。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下:利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统，包括由上往下依次连接的氢同位素分离系统、气体干燥机、第一液化系统、水蒸气加热装置、催化反应段、第二液化系统和产品水收集箱，与水蒸气加热装置连接的蒸汽发生器，以及与该蒸汽发生器连接的原料水储水箱；所述催化反应段内部填满有亲水催化剂。具体地说，所述第一液化系统包括依次连接的第一冷凝器和第一空腔；所述第一冷凝器与气体干燥机连接，所述第一空腔与水蒸气加热装置连接，并且该第一空腔内部自下而上填充有疏水催化剂。作为优选，所述第一空腔内疏水催化剂的填充高度为该第一空腔高度的一半。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；所述蒸汽发生器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，所述第二液化系统包括相互连接的第二冷凝器和第二空腔；所述第二空腔与催化反应段连接，所述第二冷凝器与产品水收集箱连接。作为优选，所述第一冷凝器与第二冷凝器均为列管式冷凝器。进一步地，所述催化反应段与第二空腔之间还设有支撑板。再进一步地，所述外筒体和催化反应段外部均包覆有保温包层。本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，并通过亲水催化剂提高含氚水蒸气与氢气的催化交换效率，从而实现了含氚水的去氚化，净化了含氚水。本技术只需要将含氚水完全汽化一次，然后与氢气反应，使氚由含氚水蒸气转移到氢气中，实现含氚水的净化。反应后，也只需要一次冷凝，即可将净化后的水回收，同时，利用含氚水蒸气与氢气逆流还可以实现高浓度氚的富集，水蒸气分离出的氚随着氢气一起经过第一冷凝器和气体干燥机的两次干燥后，完全脱除水分，然后通过氢同位素分离技术将二者分离，最终便得到了高浓度的氚。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果:(I)本技术将多种技术原理与实际结构相结合，使得其具有了设计巧妙、结构合理、设备成本低廉、流程简洁、操作方便的优点。(2)本技术采用水蒸气与氢气逆流去氚化的方式，代替了传统的水蒸气与氢气同流去氚化方式，本技术只需将含氚水一次汽化、预热和催化反应，即可将氚由含氚水蒸气中转移到氢气中，然后冷凝液化回收，实现对含氚水的净化，本技术含氚水的净化率可达到90%以上；而含有氚的氢气在经过干燥后，由氢同位素分离系统分离，实现高浓度干燥氚的富集。本技术大幅简化了含氚水去氚化的流程，提高了催化交换的效率，并且还实现了高浓度氚的富集，两个过程同时进行，互不干涉，因此，其不仅提高了去氚化的效率，而且节约了能耗和成本，试验表明，本技术相比现有技术，其能耗至少节约了 50%以上，并且本技术还突破了传统技术的限制，实现了大量高浓度氚的收集，其对于氚的回收率也能达到90%以上。(3)本技术在第一空腔内部填充有疏水催化剂，可以增大气阻，促使水蒸气能够向催化反应段流动，从而保证水蒸气能够完全去氚化并形成净化水进行收集，同时也能确保含氚氢气能够完全干燥和分离，收集到高浓度氚。(4)本技术水蒸气加热装置中的第一加热管和第二加热管均设有加热棒，第一加热管和第二加热管利用加热棒可以向多孔蜂窝状蓄热体提供热量，并由其向进入的水蒸气传递，保证外筒体内水蒸气的温度；并且第一加热管和第二加热管相互垂直的设置方式一方面可以对多孔蜂窝状蓄热体起到支撑的作用，另一方面也使得多孔蜂窝状蓄热体受热均匀，令其能够很好地向水蒸气传递热量。(5)本技术中的第一冷凝器与第二冷凝器均优选为列管式冷凝器，具有良好的耐腐蚀性、耐高温性，并且维修方便，因此非常适于应用在本技术所属的核电
中。(6)本技术中催化反应段和第二空腔之间设有支撑板，不仅可以提高催化反应段的机械强度，确保催化反应段和第二空腔之间连接稳固，而且还可以方便气体在二者之间流通。(7)本技术中的外筒体和催化反应段的外部均包覆有保温包层，可以进一步保证水蒸气的温度，稳定其与氢气催化交换反应的进行，确保催化效率，保温包层的设计从整体上优化了整个系统的性能。(8)本技术逻辑严谨，各个环节紧密相扣，其不仅实用性相当强，而且运行可靠，因此，其具有广泛的市场应用前景，适于在核电领域内推广应用。【专利附图】【附图说明】图1为本技术的结构示意图。图2为水蒸气加热装置的结构示意图。图3为水蒸气加热装置的俯视图。其中，附图标记对应的零部件名称为:1-原料水储水箱,2-蒸汽发生器,3-氢同位素分离系统,4-气体干燥机,5-第一冷凝器，6-第一空腔，7-水蒸气加热装置，701-外筒体，702-第一加热管，703-第二加热管，8-催化反应段，9-第二空腔，10-第二冷凝器，11-产品水收集箱。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用蒸汽相催化方式收集高浓度氚的系统，其特征在于，包括由上往下依次连接的氢同位素分离系统（3）、气体干燥机（4）、第一液化系统、水蒸气加热装置（7）、催化反应段（8）、第二液化系统和产品水收集箱（11），与水蒸气加热装置（7）连接的蒸汽发生器（2），以及与该蒸汽发生器（2）连接的原料水储水箱（1）；所述催化反应段（8）内部填满有亲水催化剂。

【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：新型
国别省市：四川;51