一种双向强化生产重氧水与重水的方法技术

本发明专利技术属于稳定同位素分离技术领域，提供了一种双向强化生产重氧水与重水的方法。针对现有的重水生产过程和重氧水生产过程集成程度不高、忽视氘的综合利用等问题，开发了一种重水生产工艺与重氧水生产工艺相耦合、协同强化的新型生产工艺，实现氘的综合利用。在能耗不变的情况下，H2O

【技术实现步骤摘要】
一种双向强化生产重氧水与重水的方法


[0001]本专利技术属于稳定同位素分离
，涉及一种双向强化生产重氧水与重水的方法，实现氘的综合利用。

技术介绍

[0002]天然水中含有五种稳定同位素，其中氢有两种稳定同位素，分别为H(氕)、D(氘)。氧有三种稳定同位素，分别为O
16
(氧十六)、O
17
(氧十七)、O
18
(氧十八)。天然水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，其中由两个氘原子构成的水分子叫做重水；由两个氧十八原子构成的水分子叫做重氧水。用于氢、氧稳定同位素分离的方法有化学交换法、热扩散法、低温精馏法和水精馏法等。其中水精馏法，不受原料限制，技术成熟，经济性可行，是可以达到工业化规模的稳定同位素分离工艺。
[0003]常规重水生产工艺采用H2O
‑
H2S双温化学交换与重水精馏的组合工艺，传统H2O
‑
H2S双温化学交换体系回收率只有19.6％，Burgess,M.P的AEC报告(Predicted performance of GS process with supplementary feed to the hot tower.DP
‑
1204.)，报道了一种除了第一级冷塔顶的正常进料外，在热塔适当位置提供额外进料的H2O
‑
H2S双温化学交换工艺，当补充进料量约为冷塔正常进料的33％时，产率将提高10％。然而，额外进料也导致回收率从18.23％下降至14.24％。专利US 3711598提出了一种在冷塔合适位置抽出一股物料，返回至热塔适当位置的H2O
‑
H2S双温化学交换工艺，冷塔进料口下方抽出物料的同时加大进料量，保持最佳气液比，当抽出量为冷塔进料的50％时，产率提高11.2％，但回收率大幅下降。Szapiro S,Steckel F.(Szapiro S,Steckel F.Physical properties of heavy
‑
oxygen water.Part 2.Vapour pressure[J].Transactions of the Faraday Society,1967,63(532P).)、Hook V,Alexander W(Hook V,Alexander W.Vapor pressures of the isotopic waters and ices[J].The Journal of Physical Chemistry,1968,72(4):1234
‑
1244.)、Andreev B M,Magomedbekov E P,Raitman A A,et al.(Andreev B M,Magomedbekov E P,Raitman A A,et al.Separation of Isotopes of Biogenic Elements in Two
‑
phase Systems[J].minerva chirurgica,2007.)的研究报道了氘的存降低了氧十六和氧十八的分离系数，增加了分离难度。
[0004](α
D
‑
1)/(α
H
‑
1)＝0.825
±
0.022
ꢀꢀ
(1)其中α
D
是D2O
16
与D2O
18
的分离因子，α
H
是H2O
16
与H2O
18
的分离因子。
[0005]H2O
‑
H2S双温化学交换是重水生产工艺的初段浓缩工艺、为终端重水精馏提供高浓度重水进料。目前H2O
‑
H2S双温化学交换改进方法其核心是在热塔加入第二股进料，第二股进料氘含量越高其产率提升越高。随着第二股进料的加入热塔中气相的氘浓度增加，进而提高了冷塔中气相的氘浓度，在冷塔中更多的氘从气相传递到液相，所以提高了产率。但随着第二股进料的加入更多的低氘废水需要排放，造成回收率进一步降低，如何为H2O
‑
H2S双温化学交换提供氘含量更高的第二股进料和低氘水的综合利用是目前H2O
‑
H2S双温化学交换工艺待解决的主要问题。在重氧水生产工艺中，氘的存在会降低氧十六和氧十八的分离
系数，降低分离效率，为重氧水精馏提供低氘水进料或在重氧水精馏过程中如何降低氘的含量，可以提高重氧水精馏分离效果。
[0006]综上所述，现有的重水生产过程和重氧水生产过程集成程度不高、忽视氘的综合利用。为改善上述问题，开发了一种重氧水与重水耦合、分离的新型生产工艺，实现氘的综合利用。

技术实现思路

[0007]针对现有工艺技术的不足，为了解决现有工艺技术中氘不能充分利用的问题，本专利技术提供一种双向强化生产重氧水与重水的方法，提高了重水生产工艺的回收率和重氧水生产工艺的分离效率。
[0008]本专利技术的技术方案：
[0009]一种双向强化生产重氧水与重水的方法，包括多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔、同位素双温化学交换加湿器和同位素双温化学交换汽提塔；
[0010]多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔采用串联或并联连接方式；
[0011]各级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口均分为两路，分别连接各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口和下一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口；各级同位素双温化学交换冷塔塔顶气相出口连接前各级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口；
[0012]同位素双温化学交换热塔塔底液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连；同位素双温化学交换热塔塔顶气相出口与同级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口相连；
[0013]其中，第一级同位素双温化学交换冷塔C11塔底一液相出口与第一级同位素双温化学交换热塔H11塔顶液相入口相连；第一级同位素双温化学交换冷塔C11塔顶气相出口通过同位素双温化学交换加湿器M11与第一级同位素双温化学交换热塔H11塔底气相入口相连；
[0014]最后一级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口分为两路，分别连接第一级重水减压精馏塔D11塔中液相入口和最后一级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口；最后一级同位素双温化学交换热塔塔底一液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶一液相入口相连；
[0015]第一级同位素双温化学交换热塔H11塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔O11塔顶液相入口直接联通，或过二者之间的管路上并联有同位素双温化学交换加湿器M11和/或同位素双温化学交换汽提塔S11后与第一级重氧水减压精馏塔O11塔顶液相入口联通；
[0016]多级重水减压精馏塔采取液相回流式串联，后一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向强化生产重氧水与重水的方法，其特征在于，该双向强化生产重氧水与重水的方法包括多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔、同位素双温化学交换加湿器和同位素双温化学交换汽提塔；多级联同位素双温化学交换冷塔、多级联同位素双温化学交换热塔、多级联重水减压精馏塔、多级联重氧水减压精馏塔采用串联或并联连接方式；各级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口均分为两路，分别连接各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口和下一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口；各级同位素双温化学交换冷塔塔顶气相出口连接前各级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口；同位素双温化学交换热塔塔底液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口相连；同位素双温化学交换热塔塔顶气相出口与同级同位素双温化学交换冷塔塔底气相入口相连；其中，第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔底一液相出口与第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔顶液相入口相连；第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔顶气相出口通过同位素双温化学交换加湿器(M11)与第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底气相入口相连；最后一级同位素双温化学交换冷塔塔底液相出口分为两路，分别连接第一级重水减压精馏塔(D11)塔中液相入口和最后一级同位素双温化学交换热塔塔顶液相入口；最后一级同位素双温化学交换热塔塔底一液相出口与前各级同位素双温化学交换热塔塔顶一液相入口相连；第一级同位素双温化学交换热塔(H11)塔底液相出口与第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口直接联通，或过二者之间的管路上并联有同位素双温化学交换加湿器(M11)和/或同位素双温化学交换汽提塔(S11)后与第一级重氧水减压精馏塔(O11)塔顶液相入口联通；多级重水减压精馏塔采取液相回流式串联，后一级重水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝成液体后与前一级重水减压精馏塔塔底液相入口相连；第一级重水减压精馏塔(D11)的塔顶气相出口，通过冷凝器(E121)冷凝后分为两路，一路与最后一级同位素双温化学交换冷塔塔中一液相入口相连，另一路与第一级重水减压精馏塔(D11)的塔顶液相入口相连；多级重氧水减压精馏塔液相回流式串联，后一级重氧水减压精馏塔塔顶气相出口通过冷凝器冷凝成液体后与前一级重氧水减压精馏塔塔底液相入口相连；具体步骤如下：步骤1.1：同位素双温化学交换；每个同位素双温化学交换塔，液相从塔顶液相入口流向塔底液相出口，气相从塔底气相入口流向塔顶气相出口；液相流股与气相流股逆流接触传递同位素；天然水作为进料加入第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔顶液相入口；第一级同位素双温化学交换冷塔(C11)塔底液相出口分为两部分，一部分作为进料进入后一级同位素双温化学交换冷塔塔顶液相入口进行同位素交换，另一部分作为第一级同位素双温化学交换热塔(H11)进料加入其塔顶液相入口；第n级同位素双温化学交换冷塔(C1n)塔底液相...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文东，刘宏，于婉秋，董宏光，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：