含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用，该方法包括以下步骤：经净化的原水进入精馏单元进行精馏分离，在精馏单元最末级精馏塔的塔顶得到达标的低氚出料，在精馏单元第一级精馏塔的塔底得到浓度99％及以上的纯氚水，对纯氚水及来自各级精馏塔中的不凝性气体进行除氧，再进行氢同位素分离，得到纯氚气和其他气体，对其他气体进行氧化后再送入精馏单元，如此循环。本发明专利技术中，将水精馏和吸附分离有机结合，在实现含氚废水减容的同时，将废水中的氚进行浓集和纯化，得到可利用的氚资源；水精馏流程操作条件温和，负压操作，无氚泄露风险；吸附分离操作流程简单，易操作，安全可靠；可满足大容量含氚废水的处置要求并获得高纯氚产品。高纯氚产品。高纯氚产品。

【技术实现步骤摘要】
含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用


[0001]本专利技术属于放射性废水处理
，具体涉及含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用。

技术介绍

[0002]随着民用核能技术的发展，核电作为一种重要的化石能源的替代选项，越来越受到人们的关注和重视，全球核电机组装机容量持续提高。核电机组在运行过程中会产生一定量的低放含氚废水，在乏燃料后处理过程中也会产生一定量的低放含氚废水，如将这些含氚废水直接排放到外界环境，特别是排放到内陆水系，将对环境和公众安全造成不利影响。目前含氚废水已成为制约内陆核电建设的一个重要因素。因此，亟需开发出可靠稳定的含氚废水除氚技术，使其中的氚含量降到环保排放标准。
[0003]需要说明的是，氚是一种非常重要的核素原料，不但是可控核聚变反应堆的重要原料，而且作为示踪剂或标记物，常用于医药、生化、石油、环保和水文等领域。同时，氚也是核电池的重要原料，目前已经在航天、极地、心脏起搏器等领域成功应用。由氚制成的氚灯和氚发光器材还具有发光寿命长的特点，可用于手表、应急灯等领域。
[0004]分离浓集氚的方法主要有低温蒸馏法、水精馏法、电解法、热扩散法、溶剂萃取法、分子激光法和催化交换法等。在研究过程中，又出现了将两种或多种方法结合起来的工艺及衍生工艺。液氢低温精馏是氚浓集和纯化的主要手段，该过程中，需要超低温的分离条件，用液氢做为分离介质，如直接用于处理废水中的氚，需要前驱步骤，或利用大量的氢将废水中的氚催化交换到氢气中，或利用电解的方式使废水分解成氢气，再进行液氢精馏。在液氢精馏中，氢对一个金属材料又有氢脆和氢渗透的问题，材质要求高。由于氢是易燃易爆物质，液氢沸点低，因此液氢精馏操作条件苛刻，处理通量小。而含氚废水的待处理量大，氚含量低，不适于直接采用液氢精馏的方式进行分离和纯化。电解和热扩散等方法也存在处理通量小是问题，不适于直接处理低放、量大的含氚废水，在上述已有的方法中,虽然水精馏技术(如专利公告号CN208938663U)具有大容量处理能力，是低浓含氚废水减容的潜在有效方法，但由于氚水存在自分解的问题，目前尚无报道水精馏技术用于氚水的纯化处理。因此，需要开发一种既具有处理大容量低放含氚废水的能力，又具备氚浓集和纯化能力的方法，使得在解决氚污染排放问题的同时，实现氚资源的回收利用。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用。
[0006]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]含氚废水中氚分离纯化的方法，包括以下步骤：
[0008]经净化的原水进入精馏单元，通过精馏单元的n级精馏塔进行精馏分离，在精馏单元最末级精馏塔的塔顶得到达标的低氚出料，在精馏单元第一级精馏塔的塔底得到浓度
99％及以上的纯氚水，对纯氚水以及来自各级精馏塔中的不凝性气体分别进行除氧，得到氢同位素气体，对氢同位素气体进行氢同位素分离，得到纯氚气和其他气体，对其他气体进行氧化后再送入精馏单元，如此循环，实现含氚废水中的氚分离纯化。
[0009]进一步的，n为2～20中的任一整数，在精馏单元中，第n
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1级精馏塔内上升的气相到达塔顶后，通过塔顶气相管进入与之相连的塔顶冷凝器中，冷凝液收集到回流水罐中，回流水罐中的冷凝液流入第n级精馏塔塔底的再沸器中，受热气化后进入第n级精馏塔内，蒸汽向上流动，第n级精馏塔塔底流出的液相由中间泵送入第n
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1级精馏塔上部的回流口，液体在第n
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1级精馏塔内向下流动，与向上流动的气相接触进行传热和传质，依次经过多级精馏塔精馏分离后，从最末级精馏塔塔顶离开的气相经与之相连的塔顶冷凝器冷凝后，进入回流水罐，此时冷凝液中氚的浓度已达到排放标准，冷凝液中的一部分返回本级精馏塔7上部回流口，向下回流，另一部分作为达标的低氚出料流出。
[0010]进一步的，所述第一级精馏塔塔底流出的纯氚水中，氚被浓集，一部分液体流入与第一级精馏塔相连的再沸器，受热气化，蒸汽返回第一级精馏塔塔底，向上流动，另一部分液体经浓氚出料冷却器降温后进入浓氚收集器中收集起来，在浓氚收集罐中的浓氚水会自分解，产生氧气和氚气，氧气和氚气送入氢氧气体分离装置中进行除氧气，氢氧气体分离装置内的气体送入吸附分离装置中进行氢同位素分离。
[0011]进一步的，所述来自各级精馏塔中的不凝性气体为经过精馏塔塔顶的塔顶冷凝器进行冷凝后的不凝性气体，所述不凝性气体送入氢氧气体分离装置中进行除氧气，得到氢同位素气体，再送入吸附分离装置中进行氢同位素分离。
[0012]进一步的，所述吸附分离装置通过气体切换调节阀连通有载气分离装置，根据不同氢同位素气体的解吸时间，通过气体切换调节阀进行切换，分别得到浓度达到99.5％以上的纯氚气、包括T2、DT、D2、HT在内的混合气Ⅰ和包括在H2、HD内的混合气Ⅱ，混合气Ⅱ直接排放，混合气Ⅰ由气体输送泵送入气体氧化装置内，经过催化氧化变成氢同位素水，再送入精馏单元。
[0013]进一步的，所述原水经原水纯化箱脱除离子和杂质后，送入纯化水箱，纯化水箱中的水由送料泵送入精馏单元的进料口。
[0014]含氚废水中氚分离纯化的装置，采用含氚废水中氚分离纯化的方法进行含氚废水中的氚分离纯化，所述装置包括一个水精馏单元和一个吸附分离单元，所述水精馏单元包括原水纯化箱、纯化水箱、浓氚出料冷却器、浓氚收集器及精馏单元，所述精馏单元包括再沸器、塔顶冷凝器、回流水罐以及n级精馏塔，n为1～20中的任一整数，各级精馏塔塔顶分别设置有塔顶冷凝器，一个塔顶冷凝器与一个回流水罐连通，相邻两级精馏塔之间相连通，所述吸附分离单元包括氢氧气体分离装置、吸附分离装置、载气器、载气分离装置、纯氚气收集罐、气体中间罐、气体氧化装置、气体切换调节阀以及氢气储蓄罐，所述原水纯化箱与纯化水箱相连通再与精馏单元连通，精馏单元的第一级精馏塔塔底一路依次与浓氚出料冷却器、浓氚收集器、氢氧气体分离装置、氢气储蓄罐、吸附分离装置、载气分离装置相连通，吸附分离装置与载气器相连通，吸附分离装置通过气体切换调节阀连通载气分离装置，载气分离装置分别与纯氚气收集罐和气体中间罐相连通，气体中间罐与气体氧化装置连通再连通至纯化水箱，精馏单元的第一级精馏塔塔底还有一路与再沸器相连通。
[0015]进一步的，所述纯化水箱通过送料泵与精馏单元的进料口连通，所述进料口设置
于精馏单元最末级精馏塔上，所述气体中间罐通过气体输送泵连通气体氧化装置，上一级精馏塔塔顶的回流水罐通过再沸器连通至下一级精馏塔塔底，下一级精馏塔塔底通过中间泵连通至上一级上一级精馏塔塔顶。
[0016]本专利技术还公开了含氚废水中氚分离纯化的装置在含氚废水中的应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]本专利技术公开了含氚废水中氚分离纯化的方法和装置及应用，该方法将水精馏和吸附分离方法有机结合起来，在实现含氚废水减容的同时，将废水中的氚进行浓集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含氚废水中氚分离纯化的方法，其特征在于，包括以下步骤：经净化的原水进入精馏单元，通过精馏单元的n级精馏塔进行精馏分离，在精馏单元最末级精馏塔的塔顶得到达标的低氚出料，在精馏单元第一级精馏塔的塔底得到浓度99％及以上的纯氚水，对纯氚水以及来自各级精馏塔中的不凝性气体分别进行除氧，得到氢同位素气体，对氢同位素气体进行氢同位素分离，得到纯氚气和其他气体，对其他气体进行氧化后再送入精馏单元，如此循环。2.根据权利要求1所述的含氚废水中氚分离纯化的方法，其特征在于，n为2～20中的任一整数，在精馏单元中，第n
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1级精馏塔内上升的气相到达塔顶后，进入与之相连的塔顶冷凝器中，冷凝液收集到回流水罐中，回流水罐中的冷凝液流入第n级精馏塔塔底的再沸器中，受热气化后进入第n级精馏塔内，蒸汽向上流动，第n级精馏塔塔底流出的液相送入第n
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1级精馏塔上部的回流口，液体在第n
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1级精馏塔内向下流动，与向上流动的气相接触进行传热和传质，依次经过多级精馏塔精馏分离后，从最末级精馏塔塔顶离开的气相经与之相连的塔顶冷凝器冷凝后，进入回流水罐，此时冷凝液中氚的浓度已达到排放标准，冷凝液中的一部分返回本级精馏塔7上部回流口，向下回流，另一部分作为达标的低氚出料流出。3.根据权利要求1所述的含氚废水中氚分离纯化的方法，其特征在于，所述第一级精馏塔塔底流出的纯氚水中，氚被浓集，一部分液体流入与第一级精馏塔相连的再沸器，受热气化，蒸汽返回第一级精馏塔塔底，向上流动，另一部分液体经浓氚出料冷却器降温后进入浓氚收集器中收集起来，在浓氚收集罐中的浓氚水会自分解，产生氧气和氚气，氧气和氚气送入氢氧气体分离装置中进行除氧气，氢氧气体分离装置内的气体送入吸附分离装置中进行氢同位素分离。4.根据权利要求1所述的含氚废水中氚分离纯化的方法，其特征在于，所述来自各级精馏塔中的不凝性气体为经过精馏塔塔顶的塔顶冷凝器进行冷凝后的不凝性气体，所述不凝性气体送入氢氧气体分离装置中进行除氧气，得到氢同位素气体，再送入吸附分离装置中进行氢同位素分离。5.根据权利要求4所述的含氚废水中氚分离纯化的方法，其特征在于，所述吸附分离装置通...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂媛，徐志红，武法文，
申请(专利权)人：苏州思萃同位素技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：