基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺及设备制造技术

本发明专利技术涉及一种基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺及设备，所述工艺包括如下步骤：将含氚重水通过负压精馏，实现D2O和DTO的分离。所述设备为重水升级塔。本发明专利技术的除氚工艺安全性高、自动化程度高、能耗低，能够有效降低核电站含氚重水的氚比活度，降低机组高氚运行风险，为压力管更换创造便利条件，从而减少人员内照射剂量，降低环境排放，保护公众和环境；并且将不能被机组使用的高比活度重水转化为低比活度重水，为核电站产生可观的经济效益；此外，本发明专利技术的除氚工艺还可以进一步向其它需要降低核电站氚比活度的领域延伸，例如超半重水和轻水的分离等，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺及设备


[0001]本专利技术属于核电站氚排放控制
，具体涉及一种基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺及设备。

技术介绍

[0002]重水堆核电站以天然铀为核燃料，以重水作为慢化剂。作为慢化剂的重水在中子照射下，按核反应：2H+n
→3H+γ，不断生成氚。重水堆核电站每年会产生大量的氚。氚是一种低毒性核素，它发射最大能量为18keV的β粒子，半衰期为12.3年。这种辐射的射程很短，因此氚对人体的外照射危害很小。由于单体形态的氚分子如HT、DT、T2被肺脏组织吸收的量低于千分之一，而且通过皮肤的量也很少，因此对人体危害甚微。但氚的氧化物，如HTO、DTO、T2O等较同等数量的单体形态氚分子有更大的危害。含氚水蒸气几乎百分之百地被肺脏组织及皮肤所吸收，并分布于全身而造成内照射。氚在体内的有效半衰期为12天。重水堆核电站排出的氚通过呼吸、皮肤渗透以及食用蔬菜、肉类和动物制品、海产品进入体内，对人体构成内照射产生全身均匀性影响。因而减少氚的排放量显得十分重要，而减少氚的排放，根本性的措施就是降低作为慢化剂的重水的氚比活度。
[0003]降低重水堆核电站中作为慢化剂的重水的氚比活度，是重水堆核电站安全稳定运行的的需要。重水堆机组随着运行堆年的增加，作为慢化剂的重水的氚比活度逐年增加，工作人员的内照射剂量也逐渐增加。在重水堆核电站高氚运行的情况下，即使发生微小的重水泄漏，也会造成核岛厂房内氚水平的显著上升，同时对环境氚排放剂量会显著增加，因此即使在泄漏不对重水堆机组运行造成直接影响的情况下，通常也要考虑停堆检修。在重水堆核电站高氚运行期间，如果发生作为慢化剂的重水的泄漏事件，将有可能突破电站全年运行指标，甚至超出国家规定的排放限值，对周边环境的影响和社会的负面影响会很大。
[0004]降低重水堆电站中作为慢化剂的重水的氚比活度，也是重水堆机组压力管更换工作的的需要。重水堆机组需要定期更换压力管，如不进行除氚，则压力管更换期间慢化剂系统冲洗工作将导致液态氚排放大幅超出国家排放限值。
[0005]目前含氚重水处理的关键设备和技术一直以来被加拿大和韩国等少数国家所垄断。
[0006]精馏技术是一种成熟的分离技术，主要是利用被分离组分间的沸点差实现分离，具备工艺成熟、系统相对简单、设备成熟、运行维护检修工作易实施等特点。一般利用常规精馏技术进行分离的组分，其沸点差通常在2℃以上。对于含氚重水而言，D2O在常压下沸点为101.43℃，DTO在常压下沸点为101.48℃，DTO和D2O的沸点差极小，分离难度较大。目前国内外尚无采用该技术进行两者之间分离的应用。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术提供一种基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，包括如下步骤：将含氚重水通过负压精馏，实现D2O和DTO的分离。
[0008]水精馏(WD)指利用待分离组分的沸点不同，使得重组分进入液相，轻组分在气相富集。其反应原理为：D2O(液态)+DTO(汽态)
→
D2O(汽态)+DTO(液态)，参见图1。
[0009]优选地，所述精馏包括如下步骤：在精馏塔负压状态下，含氚重水在塔釜再热器的加热作用下汽化形成混合蒸汽送入精馏塔并沿塔身上升，上升的混合蒸汽将所含的D2O及热量传递给填料层上的混合物，并使填料上的D2O汽化后再上升到上一填料层，同时混合蒸汽中所含的DTO在填料层上遇冷冷凝后，回流到下一填料层，最终在塔顶得到低氚重水，在塔底得到高氚重水。
[0010]优选地，所述精馏是在精馏塔顶部的绝对真空度为5-13kPa下进行的。
[0011]本专利技术中，理论上精馏塔顶部的绝对真空度越大，DTO和D2O的分离效果越好，但实际操作过程中受到精馏塔顶部的温度和循环冷却水的温度等的制约，无法进一步降低精馏塔顶部的绝对真空度。在上述条件下，DTO和D2O的分离系数约为1.013，由于DTO与D2O之间存在沸点差极小，如果操作工况不能满足上述要求，则分离效果很差。
[0012]优选地，所述精馏是在精馏塔顶部温度为38-50℃下进行的。
[0013]优选地，所述精馏是在精馏塔的进料速率为10-20kg/h下进行的。
[0014]优选地，所述精馏是在精馏塔顶部的出料速度为5-10kg/h下进行的。
[0015]优选地，所述精馏是在精馏塔顶部的冷却方式为循环冷却水和冷冻水结合的方式，冷却温度为8-10℃下进行的。
[0016]优选地，所述精馏是在精馏塔底部温度为52-62℃下进行的。
[0017]优选地，所述精馏是在精馏塔底釜液位为30-35％下进行的。当精馏塔底釜液位达到35％自动向底部产物箱出料，直到精馏塔底釜液位低于30％。
[0018]优选地，所述精馏是在重水升级塔中进行的。
[0019]优选地，所述重水升级塔包括进料回路、精馏回路、底部产物回路、顶部产物回路和真空回路，所述进料回路包括进料箱、进料控制阀和进料蒸发器，所述精馏回路包括精馏塔和循环泵，所述精馏塔包括精馏塔和循环泵，所述进料箱底部依次与进料流量控制阀、进料蒸发器以及精馏塔连接，所述精馏塔内部均装有氧化铜CY-700型规整填料和分布器，所述精馏塔顶部装有顶部冷凝器和顶部冷捕集器，所述顶部冷捕集器分别与真空回路和顶部产物回路连接，所述精馏塔塔釜装有再热器，所述精馏塔底部与循环泵连接，所述循环泵分别与再热器和底部产物回路连接。
[0020]优选地，在重水升级塔中进行的精馏包括如下步骤：在真空回路维持精馏塔负压状态下，电站的辅助蒸汽被引入到塔釜再热器的管侧，使壳侧的混合液体汽化后进入精馏塔，沿塔身上升，上升的混合蒸汽将所含的D2O及热量传递给填料层上的混合物，并使填料上的D2O汽化后再上升到上一填料层，同时混合蒸汽中所含的DTO在填料层上遇冷冷凝后，回流到下一填料层，最终在塔顶得到低氚重水经冷凝后送入顶部产物回路，在塔底得到高氚重水送入底部产物回路。
[0021]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔顶部的绝对真空度为5-13kPa下进行的。
[0022]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔顶部温度为38-50℃下进行的。
[0023]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔的进料速率为10-20kg/h下进行的。
[0024]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔顶部的出料速度为5-10kg/h下进行的。
[0025]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔顶部的冷却方式为循环冷却水和冷冻水结合的方式，冷却温度为8-10℃下进行的。
[0026]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔底部温度为52-62℃下进行的。
[0027]优选地，在重水升级塔中进行的精馏是在精馏塔底釜液位为30-35％下进行的。当精馏塔底釜液位达到35％自动向底部产物回路出料，直到精馏塔底釜液位低于30％。
[0028]优选地，所述精馏塔包括包括上层塔、下层塔、回流泵和蒸汽管，所述上层塔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，包括如下步骤：将含氚重水通过负压精馏，实现D2O和DTO的分离。2.根据权利要求1所述的含氚重水除氚工艺，其特征在于，包括如下步骤：在精馏塔负压状态下，含氚重水在塔釜再热器的加热作用下汽化形成混合蒸汽送入精馏塔并沿塔身上升，上升的混合蒸汽将所含的D2O及热量传递给填料层上的混合物，并使填料上的D2O汽化后再上升到上一填料层，同时混合蒸汽中所含的DTO在填料层上遇冷冷凝后，回流到下一填料层，最终在塔顶得到低氚重水，在塔底得到高氚重水。3.根据权利要求2所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的绝对真空度为5-13kPa下进行的。4.根据权利要求3所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部温度为38-50℃下进行的。5.根据权利要求3或4所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔的进料速率为10-20kg/h下进行的。6.根据权利要求3-5任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的出料速度为5-10kg/h下进行的。7.根据权利要求3-6任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的冷却温度为8-10℃下进行的。8.根据权利要求3-7任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔底部温度为52-62℃下进行的。9.根据权利要求3-8任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔底釜液位为30-35％下进行的。10.根据权利要求2所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在重水升级塔中进行的。11.根据权利要求10所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述重水升级塔包括进料回路、精馏回路、底部产物回路、顶部产物回路和真空回路，所述进料回路包括进料箱、进料控制阀和进料蒸发器，所述精馏回路包括精馏塔和循环泵，所述精馏塔包括精馏塔和循环泵，所述进料箱底部依次与进料流量控制阀、进料蒸发器以及精馏塔连接，所述精馏塔内部均装有氧化铜CY-700型规整填料和分布器，所述精馏塔顶部装有顶部冷凝器和顶部冷捕集器，所述顶部冷捕集器分别与真空回路和顶部产物回路连接，所述精馏塔塔釜装有再热器，所述精馏塔底部与循环泵连接，所述循环泵分别与再热器和底部产物回路连接。12.根据权利要求11所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，包括如下步骤：在真空回路维持精馏塔负压状态下，电站的辅助蒸汽被引入到塔釜再热器的管侧，使壳侧的混合液体汽化后进入精馏塔，沿塔身上升，上升的混合蒸汽将所含的D2O及热量传递给填料层上的混合物，并使填料上的D2O汽化后再上升到上一填料层，同时混合蒸汽中所含的DTO在填料层上遇冷冷凝后，回流到下一填料层，最终在塔顶得到低氚重水经冷凝后送入顶部产物回路，在塔底得到高氚重水送入底部产物回路。13.根据权利要求12所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的绝对真空度为5-13kPa下进行的。
14.根据权利要求13所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部温度为38-50℃下进行的。15.根据权利要求13或14任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔的进料速率为10-20kg/h下进行的。16.根据权利要求13-15任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的出料速度为5-10kg/h下进行的。17.根据权利要求13-16任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔顶部的冷却温度为8-10℃下进行的。18.根据权利要求13-17任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔底部温度为52-62℃下进行的。19.根据权利要求13-18任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在精馏塔底釜液位为30-35％下进行的。20.根据权利要求12所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏塔包括包括上层塔、下层塔、回流泵和蒸汽管，所述上层塔和下层塔内部均装有氧化铜CY-700型规整填料和分布器，所述上层塔和下层塔之间的液体通过回流泵连接，所述上层塔和下层塔之间的气体通过蒸汽管连接，所述上层塔顶部装有顶部冷凝器和顶部冷捕集器，所述下层塔塔釜装有再热器，所述下层塔底部与循环泵连接，所述上层塔与进料蒸发器连接。21.根据权利要求20所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔顶部的绝对真空度为5-13kPa下进行的。22.根据权利要求21所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔顶部温度为38-50℃下进行的。23.根据权利要求21或22所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔的进料点为1-13级板下进行的，所述上层塔共有29级板。24.根据权利要求21-23任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔的进料速率为10-20kg/h下进行的。25.根据权利要求21-24任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔顶部的出料速度为5-10kg/h下进行的。26.根据权利要求21-25任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层塔顶部的冷却温度为8-10℃下进行的。27.根据权利要求21-26任意一项所述的基于精馏的核电站含氚重水除氚工艺，其特征在于，所述精馏是在上层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹正宇，熊小红，姚照红，吴明亮，侍今奇，潘强，石磊，孙雷，郑懂明，郑奕，牛鹏，武雷，江沈伟，黄永波，李世生，
申请(专利权)人：秦山第三核电有限公司，
类型：发明
国别省市：