采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法，该装置由n+1+m座精馏塔级联组成，包括：精馏塔T0，位于精馏塔T0之前用于深度去氚的n级精馏塔和位于T0精馏塔之后用于深度减容的m级精馏塔。本发明专利技术提出的采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法采用热泵节能技术，解决水精馏多塔级联装置反复蒸发和冷凝导致的高能耗问题，大幅降低能耗；利用后塔顶部蒸气直接与前塔底部连接的工艺保持各精馏塔塔顶操作压力相同，提高分离因子；去氚精馏塔多级级联，保证较长的精馏段，达到深度去氚的目的。达到深度去氚的目的。达到深度去氚的目的。

【技术实现步骤摘要】
采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法


[0001]本专利技术属于含氚水去氚减排
，具体涉及采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法。

技术介绍

[0002]长期以来，人们对从水中提取氢同位素的方法已开展了广泛研究，如：吸附、蒸汽相催化交换、液相催化交换、双温
‑
催化交换、硫化氢
‑
水双温交换法、联合电解催化交换、水精馏等。理论上讲，前述技术均可用于水中氚的去除，其中活性炭、沸石、分子筛、无定型SiO2以及SiO2‑
Al2O3等吸附剂可从低浓氚水中选择性吸附氚，然而单位质量吸附剂仅有50～70Bq/g的氚吸附量，大规模用于含氚废水处理将产生大量放射性固体废物；蒸汽相催化交换和液相催化交换由于热力学平衡的限制，采用大量循环氢气与含氚废水发生交换反应，氢气循环量分别为含氚废水的4倍和10倍，产生大量氢同位素混合气，在其后端需采用规模庞大的低温精馏装置浓缩含氚氢气，其经济性和安全性均不可接受；双温催化交换工艺也需要大量氢气循环，安全要求高。此外，双温催化交换工艺能否用于大规模含氚废水去氚，需要进一步验证；硫化氢
‑
水双温交换法以剧毒、强腐蚀的硫化氢作为交换气，工艺操作条件苛刻。联合电解催化交换受电解池处理能力限制，其处理规模较小，无法单独满足大规模含氚废水去氚化需求；水精馏技术因具有处理量大、工艺稳定、安全性高等优点，在国内外重水生产的最终富集阶段以及加拿大重水堆重水升级中已有成熟应用。水精馏技术既能满足内陆核电站、乏燃料后处理厂以及核事故的含氚废水去氚等应用领域的处理量需求，又能通过多塔级联实现含氚废水的高倍贫化和浓缩氚的高倍减容，同时确保安全可靠的工艺。在内陆核电站、乏燃料后处理厂以及核事故的含氚废水去氚等应用领域具有非常强的竞争力。
[0003]现有的水精馏技术目前主要用于重水和重氧水生产领域，目前还没有工业应用于轻水去氚领域的报道，将现有的用于重水和重氧水生产领域的水精馏装置用于轻水去氚将存在以下问题：(1)现有的水精馏装置的后级塔顶部蒸汽是利用压差驱动进入前级塔底部后向前级塔顶部流动，当n级塔串联时由于压降导致后端的精馏塔操作压力远高于第一塔，这将使得后端精馏塔的分离因子太小，不利于轻水与氚水的分离；(2)现有多级精馏塔的连接方式是：前级塔的塔釜液体蒸发为蒸汽后采出进入后级塔顶部冷凝，而后级塔蒸汽在塔顶冷凝后进入前级塔再沸器再次蒸发，这种反复的蒸发和冷凝使得整个装置的能耗增加；(3)现有的重氧水精馏塔的进料位置均位于多塔串联的第一塔顶或中部，进料位置不适用于轻水中氚的去除，轻水中氚的去除要求极高的氚去除率，则多塔串联时应具有较长的精馏段，从第一塔顶部精馏无法实现轻水中氚的高倍去除。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种采用塔顶蒸气增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置及方法，本专利技术所述多塔级联装置采用热泵节能技术，塔间利用蒸汽鼓风机输送蒸汽，保持
各精馏塔塔顶操作压力相同，提高氚水分离因子；同时避免了精馏塔间反复蒸发和冷凝，并采用热泵压缩机为精馏塔T0和T0+1的再沸器以及进料预热器换热，大幅降低能耗。
[0005]为达此目的，本专利技术第一方面提出采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置，所述装置由n+1+m座精馏塔级联组成，包括：精馏塔T0，位于精馏塔T0之前的n级精馏塔，按逐渐远离精馏塔T0的顺序将n级精馏塔命名为：T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n和位于T0精馏塔之后的m级精馏塔，按逐渐远离精馏塔T0的顺序将m级精馏塔命名为：T0+1、T0+2、
……
、T0+m；
[0006]所述n级精馏塔T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n与精馏塔T0直径相同，m级精馏塔T0+1、T0+2、
……
、T0+m直径逐级减小；
[0007]所述精馏塔T0以及m级精馏塔T0+1、T0+2、
……
、T0+m均包括塔体、填料及塔内件、再沸器、蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器；
[0008]所述精馏塔T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n
‑
1均包括：塔体、填料及塔内件、蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器；精馏塔T0
‑
n包括塔体、填料及塔内件、压缩机、蒸汽捕集器、节流阀和闪蒸罐；
[0009]所述精馏塔T0、T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n
‑
1和T0+1、T0+2、
……
、T0+m的顶部蒸汽出口分别与各自对应的蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器连接；精馏塔T0、T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n
‑
1和T0+1、T0+2、
……
、T0+m的蒸汽鼓风机的出口均连接前一级精馏塔的底部，蒸汽捕集器的出口分为两路，一路均连接真空系统，另一路分别连接与各自对应的精馏塔的顶部液体回流口；
[0010]所述精馏塔T0、T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n
‑
1、T0
‑
n和T0+1、T0+2、
……
、T0+m
‑
1的底部液体出口均连接下一级精馏塔的顶部；精馏塔T0和T0+1、T0+2、
……
、T0+m
‑
1的底部液体出口还连接与各自对应的再沸器，再沸器出口又连接到与各自对应的精馏塔底部；
[0011]所述精馏塔T0+m的液体出口分两路，其中一路连接与之对应的再沸器，再沸器出口连接精馏塔T0+m塔底，另一路连接浓氚水冷却器；
[0012]所述精馏塔T0
‑
n顶部蒸汽出口连接压缩机，压缩机出口、精馏塔T0的再沸器、精馏塔T0+1的再沸器、原料预热器、节流阀和闪蒸罐按顺序依次串联，闪蒸罐出口分三路，其中第一路连接与精馏塔T0
‑
n对应的蒸汽捕集器，精馏塔T0
‑
n的蒸汽捕集器出口分两路一路连接真空系统，一路返回闪蒸罐；第二路连接精馏塔T0
‑
n顶部；第三路作为深度去氚水采出管路。
[0013]优选的，所述n+1+m座精馏塔中，塔内径大于200mm的精馏塔的填料为CY700超亲水丝网波纹填料，填料层分段高度2～4m。
[0014]优选的，所述n+1+m座精馏塔中，塔内径小于200mm的精馏塔的填料为超亲水散装填料，填料层分段高度为2～4m。
[0015]优选的，所述n+1+m座精馏塔，其塔顶压力均为5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置，其特征在于，所述装置由n+1+m座精馏塔级联组成，包括：精馏塔T0，位于精馏塔T0之前的n级精馏塔，按逐渐远离精馏塔T0的顺序将n级精馏塔命名为：T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
‑
n和位于T0精馏塔之后的m级精馏塔，按逐渐远离精馏塔T0的顺序将m级精馏塔命名为：T0+1、T0+2、
……
、T0+m；所述n级精馏塔T0
‑
1、T0
‑
2、
……
、T0
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n与精馏塔T0直径相同，m级精馏塔T0+1、T0+2、
……
、T0+m直径逐级减小；所述精馏塔T0以及m级精馏塔T0+1、T0+2、
……
、T0+m均包括塔体、填料及塔内件、再沸器、蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器；所述精馏塔T0
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1、T0
‑
2、
……
、T0
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n
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1均包括：塔体、填料及塔内件、蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器；精馏塔T0
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n包括塔体、填料及塔内件、压缩机、蒸汽捕集器、节流阀和闪蒸罐；所述精馏塔T0、T0
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1、T0
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2、
……
、T0
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n
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1和T0+1、T0+2、
……
、T0+m的顶部蒸汽出口分别与各自对应的蒸汽鼓风机和蒸汽捕集器连接；精馏塔T0、T0
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1、T0
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2、
……
、T0
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n
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1和T0+1、T0+2、
……
、T0+m的蒸汽鼓风机的出口均连接前一级精馏塔的底部，蒸汽捕集器的出口分为两路，一路均连接真空系统，另一路分别连接与各自对应的精馏塔的顶部液体回流口；所述精馏塔T0、T0
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1、T0
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2、
……
、T0
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n
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1、T0
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n和T0+1、T0+2、
……
、T0+m
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1的底部液体出口均连接下一级精馏塔的顶部；精馏塔T0和T0+1、T0+2、
……
、T0+m
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1的底部液体出口还连接与各自对应的再沸器，再沸器出口又连接到与各自对应的精馏塔底部；所述精馏塔T0+m的液体出口分两路，其中一路连接与之对应的再沸器，再沸器出口连接精馏塔T0+m塔底，另一路连接浓氚水冷却器；所述精馏塔T0
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n顶部蒸汽出口连接压缩机，压缩机出口、精馏塔T0的再沸器、精馏塔T0+1的再沸器、原料预热器、节流阀和闪蒸罐按顺序依次串联，闪蒸罐出口分三路，其中第一路连接与精馏塔T0
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n对应的蒸汽捕集器，精馏塔T0
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n的蒸汽捕集器出口分两路一路连接真空系统，一路返回闪蒸罐；第二路连接精馏塔T0
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n顶部；第三路作为深度去氚水采出管路。2.根据权利要求1所述的采用塔顶蒸汽增压的多塔级联含氚水热泵精馏装置，其特征在于，所述n+1+m座精馏塔中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，彭述明，钱达志，王和义，黄洪文，肖成建，侯京伟，李佳懋，王君妍，王鑫，岳磊，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：