一种用于水去氚化的内环流反应器制造技术

本实用新型专利技术公开用于水去氚化的内环流反应器，包括顶盖、外筒、中心区进气管、环隙区进气管、烧结板、导流筒、θ环填料、含氚水进水管、含氚氢气排气管、环管式分布器和低氚水出水管；顶盖设在外筒顶部，环管式分布器位于外筒内部，含氚水进水管和含氚氢气排气管均与外筒内部连通，且含氚水进水管连接环管式分布器；导流筒将外筒内部底部空间分为中心区和环隙区，中心区进气管与导流筒连通；环隙区进气管与外筒底部连通；烧结板固定在外筒内部；θ环填料填装于中心区和环隙区内；低氚水出水管与环隙区连通。本实用新型专利技术具有气液相接触面积大、反应效率高的特点，且含氚水能定向流动，同时还能控制液相停留时间，因而可准确控制反应后气液相氚含量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化工和核技术及设备领域，具体涉及的是一种用于水去氚化的内环流反应器。
技术介绍
氚是氢的放射性同位素，在军工和核电领域都至关重要。核武器制造和聚变堆运行都会涉及大量氚的操作，部分氚最终以氚化水形式存在；核电站运行过程也会产生大量的含氚废水。如果这些含氚废水得不到合理处理，将会造成严重的环境污染。同时，氚是自然界中的极其微量的元素，本身具有极高的价值，含氚水中氚的回收具有很高的经济价值。因此，开发高效、节能、环保、低成本的水去氚化技术和装备，对于回收含氚水中的氚元素，并使含氚水达到排放指标，都具有非常重要的意义。液相催化交换（LPCE）技术是目前相对成熟的水去氚化技术，采用多节串联的催化交换柱以实现更高的反应效率和处理量，但是该技术的不足之处在于设备复杂、安装高度高、加工成本高；而采用的Pt基催化剂价格昂贵，多节串联的交换柱填充催化剂总量大，费用高；同时，交换柱内气液相停留时间难以控制，无法定量准确地控制反应后低氚水和含氚氢气的氚含量。因此，有必要对现有的水去氚化技术进行改进。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术提供了一种用于水去氚化的内环流反应器，可方便、准确地控制反应后气液相的氚含量。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种用于水去氚化的内环流反应器，包括顶盖、外筒、中心区进气管、环隙区进气管、烧结板、带有导流孔的导流筒、涂覆了疏水催化剂的θ环填料、含氚水进水管、含氚氢气排气管、环管式分布器和低氚水出水管；所述顶盖设置在外筒顶部，所述环管式分布器位于外筒内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管和含氚氢气排气管则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管还与环管式分布器连接；所述导流筒设置在外筒内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区，所述中心区进气管由外筒底部穿入并与导流筒连通，用于向中心区内通入高纯氢气；所述环隙区进气管与外筒底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气；所述烧结板固定在外筒内部，并位于导流筒下方，其将外筒底部分隔出一个氢气进气缓冲腔体；所述θ环填料分别填装于中心区和环隙区内；所述低氚水出水管与外筒外壁连接并与环隙区连通。作为优选，所述θ环填料的高径比为1～1.2。作为优选，所述θ环填料的填装高度不超过导流筒高度。进一步地，本技术还包括控温系统，该控温系统包括套在外筒外部、且呈对称半圆环状结构的加热器，与该加热器连接的固态继电器，以及与该固态继电器连接的PID温控仪。再进一步地，所述加热器和外筒外部还均包裹有用作保温层、且厚度为2 cm的硅酸铝纤维棉层。作为优选，所述环隙区和中心区的横截面面积比为2.5～5。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：（1）本技术反应器内的流体循环流动，液相停留时间长，且气含率高，传质系数高，同时θ环填料提供了大量的反应表面，气液相接触面积大，使得氢同位素反应的效率得到了显著提升。（2）在控制中心区和环隙区的氢气表观气速、形成中心气升式环流的条件下，本技术可使通入到外筒内的含氚水发生定向流动和循环，并可控制液相的停留时间，从而方便、准确地控制反应后气液相中氚的浓度。（3）本技术采用的液相循环流动的方式，相比气液相催化交换工艺多级串联的交换柱，可以显著降低反应器高度，结构简单，设备投资少。同时催化剂填装量少，可以显著降低Pt基催化剂的使用成本。（4）本技术还设置了控温系统，可实现对外筒内部的加热，不仅加热稳定、温控精度高、加热效果好，而且可以方便调整反应器内的温度。同时，采用2 cm厚的硅酸铝纤维棉层，可以保证内环流反应器的温度稳定，减少反应器与环境的热交换，提高反应器的节能效率。（5）本技术设计巧妙、结构紧凑、操作便捷、操作弹性大且反应效率高，可以理想地解决现有技术的弊端，大幅减小设备和催化剂的成本。因此，该技术进步明显，具有实质性的特点和进步，非常适合在相关领域内进行推广应用。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术工作时的液相循环示意图。图3为本技术的三维正视图。图4为本技术的三维剖视图。其中，附图标记对应的名称为：1-中心区进气管；2-环隙区进气管；3-烧结板；4-导流筒；5-外筒；6-θ环填料；7-含氚水进水管；8-含氚氢气排出管道；9-环管式分布器；10-加热器；11-硅酸铝纤维棉层；12-低氚水出水管。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本技术作进一步说明，本技术的方式包括但不仅限于以下实施例。如图1所示，本技术提供了一种新型的反应器，可实现水去氚化，本技术包括顶盖、外筒5、中心区进气管1、环隙区进气管2、烧结板3、带有导流孔的导流筒4、涂覆了疏水催化剂的θ环填料6、含氚水进水管7、含氚氢气排气管8、环管式分布器9、低氚水出水管12和控温系统。所述顶盖、外筒5、导流筒4和氢气进气缓冲腔构成内环流反应器主体，其中，外筒采用不锈钢或石英材质制作，而顶盖设置在外筒5顶部，导流筒4则设置在外筒5内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区。所述环管式分布器9位于外筒5内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管7和含氚氢气排气管8则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管7还与环管式分布器9连接。含氚水进水管7用于通入含氚水。所述中心区进气管1由外筒5底部穿入并与导流筒4连通，用于向中心区内通入高纯氢气；所述环隙区进气管2与外筒5底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气。所通入的高纯氢气将与含氚水接触，并发生氢同位素交换反应。所述烧结板3为石英烧结板，其固定在外筒5内部，并位于导流筒4下方，所述氢气进气缓冲腔体由该烧结板3在外筒5底部分隔出。所述低氚水出水管12则与外筒5外壁连接并与环隙区连通。所述θ环填料6分别填装于中心区和环隙区内。本实施例中，θ环填料6由玻璃棉毡或80～200目不锈钢丝网，高径比为1～1.2，其经涂覆Pt基疏水催化剂、切割和卷压成型制得，并且θ环填料6的填装高度不超过导流筒高度，以便提供充足的反应表面，并控制气泡的尺寸和均匀分布。而环隙区填料量是中心区的2.5～5倍横截面面积比，且该区域气液相逆流接触，液相流速缓慢，进一步提高了反应效率。所述的控温系统用于保证反应所需的温度条件，其包括套在外筒5外部、且呈对称半圆环状结构的加热器10，与该加热器10连接的固态继电器，以及与该固态继电器连接的PID温控仪。此外，加热器和外筒外部表面均包裹有保温层，本实施例中，保温层采用2 cm厚的硅酸铝纤维棉层11。下面对本技术的工作流程进行详细介绍。首先，对安装好的内环流反应器以及配套的管路和后处理系统进行保压测试，并对外筒5内进行抽真空，直至真空度达到5Pa以下，确保氢气操作时的设备安全。接着，启动控温系统，对外筒内部进行预热。预热结束后，通过中心区进气管1和环隙区进气管2向中心区和环隙区内通入高纯氢气。而后，将待处理的含氚废水从含氚水进水管7引入，然后经环管式分布器9缓慢平稳地滴入至环隙区，控制中心区和环隙区的氢气表观气速，形成中心气升式环流。进入的高纯氢气首先进入到氢气进气缓冲腔体，然后经烧结板3形成尺寸较小、分布均一的气泡后进入环流中心区和环隙区内。含氚水与高纯氢气充分反应，得到含氚氢气和低氚水，含氚水液位高度不超过反应器外筒内径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，包括顶盖、外筒（5）、中心区进气管（1）、环隙区进气管（2）、烧结板（3）、带有导流孔的导流筒（4）、涂覆了疏水催化剂的θ环填料（6）、含氚水进水管（7）、含氚氢气排气管（8）、环管式分布器（9）和低氚水出水管（12）；所述顶盖设置在外筒（5）顶部，所述环管式分布器（9）位于外筒（5）内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管（7）和含氚氢气排气管（8）则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管（7）还与环管式分布器（9）连接；所述导流筒（4）设置在外筒（5）内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区，所述中心区进气管（1）由外筒（5）底部穿入并与导流筒（4）连通，用于向中心区内通入高纯氢气；所述环隙区进气管（2）与外筒（5）底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气；所述烧结板（3）固定在外筒（5）内部，并位于导流筒（4）下方，其将外筒（5）底部分隔出一个氢气进气缓冲腔体；所述θ环填料（6）分别填装于中心区和环隙区内；所述低氚水出水管（12）与外筒（5）外壁连接并与环隙区连通。

【技术特征摘要】
1. 一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，包括顶盖、外筒（5）、中心区进气管（1）、环隙区进气管（2）、烧结板（3）、带有导流孔的导流筒（4）、涂覆了疏水催化剂的θ环填料（6）、含氚水进水管（7）、含氚氢气排气管（8）、环管式分布器（9）和低氚水出水管（12）；所述顶盖设置在外筒（5）顶部，所述环管式分布器（9）位于外筒（5）内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管（7）和含氚氢气排气管（8）则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管（7）还与环管式分布器（9）连接；所述导流筒（4）设置在外筒（5）内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区，所述中心区进气管（1）由外筒（5）底部穿入并与导流筒（4）连通，用于向中心区内通入高纯氢气；所述环隙区进气管（2）与外筒（5）底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气；所述烧结板（3）固定在外筒（5）内部，并位于导流筒（4）下方，其将外筒（5）底部分隔出一个氢气进气缓冲腔体；所述θ环填料（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佩龙，熊仁金，文明，邓立，宋江锋，张志，喻彬，陈闽，陈克琳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51