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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2285305

VERFAHREN (VARIANTEN) und eine Vorrichtung für die Verteilung von Wasserstoffisotopen (Varianten)

VERFAHREN (VARIANTEN) und eine Vorrichtung für die Verteilung von Wasserstoffisotopen (Varianten)

Name des Erfinders: Takahiko Sugiyama (JP); Yamato Asakura (JP); UDD Tatsuhiko (JP); YAMAMOTO Ichiro (JP); ENOKIDA Ёuiti (JP)
Der Name des Patentinhabers: Inter-University Research CORPORATION INSTITYUT Nationale INSTITYUTS PF NEYCHURAL SAYNSES (JP)
Korrespondenzanschrift: 103735, Moskau, ul. Ilinka, 5/2 "Sojuzpatent" N.N.Vysotskoy
Startdatum des Patents: 2004.09.09

Die Erfindung betrifft die Wasserstoffisotope zu produzieren. Das erfindungsgemässe Verfahren Wasserstoffisotop des Trennens die Schritte umfaßt eines Mediums bringt das Wasserstoffgas enthält, das umfasst das Wasserstoffisotop, einem Wasser und Wasserdampf in einem Zustand mit verringertem Druck von 90 kPa oder niedriger ist. Steuern der Temperatur des Prozessmediums in Übereinstimmung mit dem Druck in dem Medium. Die Regelung der Partialdrücke von Wasserstoffgas und Dampf und Steuer Abscheideleistung das Wasserstoffisotop aus einem gasförmigen Wasserstoff-Austauschreaktion einer Wasserstoff-Wasser-System. Vorrichtung für die Wasserstoffisotopentrennung umfasst Trennsäule angepasst Wasserstoffisotops aus einem gasförmigen Wasserstoffstrom als Ergebnis der Austauschreaktion in dem Wasserstoff-Wasser-Systems trennen. Die Vorrichtung umfasst einen Temperaturregler und eine Temperatursteuerung des Mediums in Übereinstimmung mit seiner Druckregelung der Partialdrücke von Wasserstoffgas und Wasserdampf und die Effizienz der Regulierung der Entwicklung von Wasserstoffisotopen von Wasserstoffgas. Die Vorteile der Erfindung sind die Effizienz der Auswahl zu verbessern.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoffisotopen , und eine Vorrichtung für ihre Freigabe.

Als ein Verfahren zur Trennung und Konzentration von Tritium aus tritiierten Wasserkomponente ist ein Verfahren, das Wasserstoff-Austauschreaktion in-Wasser-System verwendet, durch einen hohen Trennfaktor gekennzeichnet und in der Lage, eine große Anzahl von Verarbeitungs tritiiertem Wasser bereitstellt. Da die Gleichgewichtskonstanten der Stoffaustauschreaktion zwischen Wasserstoffgas und Wasserdampf zwischen Dampf und Wasser in die Austauschreaktion in der Wasserstoff-Wasser-System, mit einem Anstieg Temperatur der Austauschreaktion abnimmt, kann man erwarten, dass die Prozesstemperatur Reduktion Isolation Tritiumanteil zu verbessern.

Jedoch bei niedrigeren Partialdruck reduzierten Prozesstemperaturdampf in der Austauschreaktion verwendet wird, wodurch die Wirksamkeit der Reduzierung Auswahl der Tritiumanteil.

US Patent 5093098, 1992, beschrieben ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoffisotopen, umfassend die Überwachung der Wirksamkeit von Wasserstoffisotopentrennung von Wasserstoffgas durch die Verwendung einer Austauschreaktion zu Wasserstoff-Wasser-System, in einer Trennsäule durchgeführt. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Temperaturregler für die Registrierung der Temperaturerhöhung im Vergleich mit der Arbeitstemperatur. Diese Erfindung hat eine Reihe von Nachteilen, die durch die folgende vorliegende Erfindung beseitigt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Freisetzung von Wasserstoffaustauschreaktion unter Verwendung eines Wasserstoff-Wasser-System zu verbessern.

Um das obige Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffisotopentrenn, umfassend die Schritte:

ein Medium bringt das Wasserstoffgas enthält, umfasst das Wasserstoffisotop, ein Wasser und Wasserdampf, die Bedingungen von vermindertem Druck zu spezifizieren, und

in dem Medium entsprechend die Prozesstemperatur zu steuern mit dem Druck in dem Medium, um die Partialdrücke von Wasserstoffgas und Wasserdampf und die Effizienz der Trennung aus einem gasförmigen Wasserstoff-Austauschreaktion das Wasserstoffisotop unter Verwendung eines Wasserstoff-Wasser-System zu regulieren.

Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoffisotopen, umfassend:

eine Trennsäule, durch die das Medium, das Wasserstoffgas umfasst einen Wasserstoffisotop, einem Wasser und Wasserdampf, der in dem Wasserstoffisotop aus dem Wasserstoffgas freigesetzt wird, durch eine Wasserstoffaustauschreaktion-Wasser-System enthält, und

Vorrichtung zur Temperaturkontrolle (Temperatursteuerung) entwickelt, um die Temperatur des Mediums in Übereinstimmung mit dem Druck des Mediums zu regeln, die Partialdrücke von Wasserstoffgas und Wasserdampf Abscheideleistung und Einstellen des Wasserstoffisotops aus dem Gas Wasserstoff eingestellt wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, mussten die Erfinder umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Als Ergebnis wurde gefunden, daß das Wasserstoffisotop, wenn in einem Medium, das Wasserstoffgas enthält, wird eine Wasser und Dampf, um die Austauschreaktion in dem wasserstoff Wasser versorgt werden Niederdruckbedingungen gegeben, kann die Effizienz der Trennung von Wasserstoffisotopen zu einem bestimmten maximiert werden Temperatur und spezifischen Druck abnimmt. In dieser Hinsicht, wenn das Medium in die Trennsäule unter bestimmten Bedingungen von vermindertem Druck und Temperatur kontrollierten Umgebung Modus in Übereinstimmung mit den Bedingungen von reduziertem Druck mittels Temperatursteuerung ausgebildet ist, kann es eine maximale Effizienz der Trennung von Wasserstoffisotopen von Wasserstoffgas erreicht werden.

Der verminderte Druck nicht unbedingt die Temperaturumgebung auf dem optimalen Wert zu halten, aber es ist notwendig, die Temperatur entsprechend dem gewünschten Trennwirkungsgrad des Wasserstoffisotops einzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufrechterhalten Mittwoch bei einem Druck von 90 kPa oder niedriger ist. In diesem Fall wird durch die Freisetzung von Wasserstoffaustauschreaktion unter Verwendung eines Wasserstoff-Wasser-System bereitgestellt die erhöhte Effizienz.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Umgebungstemperaturerhöhung wird in der Trennsäule in statischen Trennung unter Verwendung einer Austauschreaktion zu Wasserstoff-Wasser-System registriert. In diesem Fall kann die Strömung aus der Trennsäule erkannt werden und kann, bevor das Leck der gesamten Vorrichtung erfasst werden, einschließlich der Trennsäule verhindert werden, wodurch ein zufälliges Ereignis, wie beispielsweise die Explosion von Wasserstoff.

Neben Wasserstoff-Isotopentrennverfahren der vorliegenden Erfindung, in dem eine bestimmte eingestellte Umgebungstemperatur unter vermindertem Druck, das oben beschriebene Verfahren der Lecksuche kann zur Trennung von Wasserstoffisotopen für ein anderes Verfahren verwendet werden, die in der Austauschreaktion von Wasserstoff-Wasser-System verwendet wird.

Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung eine verbesserte Trennleistung einer Wasserstoff-Wasser-System Wasserstoffaustauschreaktion bereitzustellen verwenden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

VERFAHREN UND GERÄT ZUR ZUWEISUNG Wasserstoffisotope

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte auf die beigefügten Zeichnungen genommen werden, in denen

1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoffisotopen gemäß der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform von Tritium aus dem Bauteil mittels Lichtwassertrennvorrichtung gelöst dargestellt.

2 ist eine Kurve, die die Abhängigkeit der Effizienz der Auswahl der Tritium-Komponente auf dem Druck und der Temperatur des Mediums in der Trennsäule in einem Verfahren veranschaulicht die Auswahl Tritium Komponente umzusetzen.

Die Trennvorrichtung in 1 gezeigt ist, umfasst Trennsäulen 11 und in der vertikalen zweistufigen Konfiguration angeordnet 12, den Befeuchter 13, der Temperaturregler 132 und der Unterseite der Trennsäulen Sre Elektrolyseur 14, einen Kühlschrank 15 und eine Vakuumpumpe 16 über den Trennsäulen angeordnet auf einem Niveau mit einem Monitor und Temperaturregler 18 angeordnet, ausgestattet zwischen 11 und 12 Spalten Tritium 17 überwachen.

Die Trennsäulen 11 und 12 sind Katalysatorschichten gebildet eines Platinkatalysators die erste Strömung des Austauschreaktion zwischen Wasserstoffgas und Wasserdampf Bereitstellung und dem Adsorbens-Schicht (nicht gezeigt) (nicht gezeigt) enthalten, um den Fluss des zweiten Austauschreaktion zwischen Wasserdampf und Flüssigkeit zu gewährleisten.

Auf dem Umfang der Trennsäulen 11 und 12 sind Heizvorrichtungen 111 und 121, die mittels Temperaturregler 112 und 122 des Heizmediums in den Trennsäulen 11 und 12 auf die Betriebstemperatur bereitzustellen. Ebenso an der Peripherie des Befeuchters 13 ist eine Heizvorrichtung 131, die die Bildung von Wasserdampf aus Heizwassers entstehende liefert.

Leichtwasser, die den Rohwasser die Tritiumanteil enthält, wird eingespeist in die Trennsäulen 11 und 12 und dann an die SPE-Elektrolyseur 14 durch den Befeuchter eingegeben 13. Das Licht 14 SPE elektrolytische Wasser in das Tritium Komponente enthält, einer Elektrolyse unterzogen und umgewandelt in Wasserstoffgas und Sauerstoff. Wasserstoffgas Tritium-Komponente besteht aus einem Wasserstoffisotop. Wasserstoffgas wird in den Befeuchter 13 eingeführt wird, mit Wasserdampf gesättigt ist, und dann in den Trennsäulen 11 zugeführt und 12.

Das Wasserstoffgas und Wasserdampf wird in dem Kühlschrank 15, die teilweise die nach 11 durch die Trennsäulen vorbei und 12 durch eine Vakuumpumpe 16. Danach wird Dampf in Anreicherung eingeleitet wird läuft den Wärmeaustausch in der Kühlvorrichtung 15 und zurückgeführt, wie flüssiges Wasser in Trennsäulen 11 und 12. das Ausgangssignal des Wasserstoffgas wird durch eine Vakuumpumpe 16 über einen Druckregler 162 und Sicherheitsventil 161 vorgesehen.

Gemäß dieser Ausführungsform, auf den Katalysatorschichten in den Trennsäulen 11 und 12 im Anschluss an die erste Austauschreaktion nimmt:

Darüber hinaus nimmt die absorbierenden Schichten in Trennkolonnen 11 und 12 nach dem zweiten Austauschreaktion:

In der zweiten Austauschreaktion Zwischen Dampf HTO (Dampf) wird im Kühlschrank 15 im Gegenstrom zu den Reichen gespeist und flüssiges Wasser H 2 O (flüssig) zurückgeführt wird . Als Ergebnis reagierte der Isolierung und Anreicherung von Tritium-Komponente in dem flüssigen Wasser HTO (flüssig).

Flüssigkeit nicht umgesetzte Wasser fließt nach unten durch die Trennsäulen 11 und 12 und 14 und SPE-Elektrolyseur außerhalb der Trennvorrichtung extrahiert. Auf der anderen Seite, das Wasserstoffgas H 2 (Gas), eine erste Austauschreaktion durch Trennung HTO (Dampf) bildenden nach oben strömt durch die Säule 11 und des Separators 12 und tritt aus der Trennvorrichtung.

2 ist eine Kurve, die die Abhängigkeit der Effizienz der Auswahl der Tritium-Komponente auf dem Druck und Temperatur des Arbeitsmediums in den Trennsäulen 11 und 12 unter dem Tritium Komponententrennungsprozesses darstellt. Aus Figur 2, dass die Effizienz der Trennung des Tritiumanteil verschiedene Temperaturabhängigkeiten aufweisen, sind in Übereinstimmung mit dem Druckmedium in den Trennsäulen 11 und 12 aus 2 Abbildung ergibt sich, dass die optimale Betriebstemperatur für eine maximale Trennleistung der Tritiumanteil unterscheiden voneinander und entsprechen bestimmten Werten des Druckmediums in den Trennsäulen 11 und 12.

In der Trennvorrichtung in Figur 1 gezeigt, wird der Tritiumanteil freigegeben, seine Konzentration und die Ausscheidung Ablaufschacht in dem flüssigen Wasser HTO umgesetzt (flüssig). In diesem Zusammenhang ist die Konzentration des Tritiumanteil niedrig in den oberen Abschnitten der Trennsäulen 11 und 12 und dem Boden der Säule hoch ist. Durch die Erhöhung der Tritiumfreisetzungseigenschaften der Komponenten durch das Verhältnis der Tritiumkomponentenkonzentrationen in den oberen und unteren Teilen der Trennsäulen 11 und 12 (d.h. das Konzentrationsverhältnis der Tritiumanteil im unteren Bereich der Trennsäule / die Konzentration des Tritiumanteil im oberen Bereich der Trennsäule) dargestellt werden kann, die Effizienz der Auswahl .

Somit kann die Trennleistung der Tritiumanteil in 2 veranschaulicht indirekt aus dem Verhältnis der Konzentrationen in der unteren und oberen Teile der Trennsäulen 11 und 12 (die Konzentration des Tritiumanteil im unteren Bereich der Trennsäule / die Konzentration des Tritiumanteil im oberen Bereich der Trennsäule) bestimmt werden, .

Gemäß dieser Ausführungsform wird das Konzentrationsverhältnis der Tritiumanteil von Tritiummonitor 17 gesteuert Spezifischer Tritium im oberen Bereich der Trennsäule 12 überwacht, und der Arbeitsumgebungstemperatur in der Trennsäule 11 und 12 werden durch eine Temperatursteuerregler geregelt 112 und 122 durch die Steuerung der Temperatur unter Verwendung der Steuerung 18 und Heizungen 111 und 121, wodurch die Konzentration des Tritiums Komponente an der Oberseite der Säulentrennung minimiert 12 (d.h. die Konzentration des Tritiumanteil an der Unterseite des Trennsäule 12 für eine maximale Trennleistung der Tritiumanteil maximiert).

Wie aus Figur 2 werden die Tritiumanteil Abscheideleistung steigt mit abnehmendem Druck in der mittleren Spalten zu sehen 11 und 12 beispielsweise zu trennen, um praktisch akzeptablen Wirkungsgrad des Tritium Trennkomponente umzusetzen, sollte das Druckmedium bei oder unter 90 kPa aufrechterhalten werden. zur Auswahl der Komponenten mit Hilfe der Tritiumaustauschreaktion jedoch Wasserstoff in dem System Dampfatmosphärendruck von etwa 10 kPa verwendet.

Das vorliegende Verfahren kann verwendet werden, um die gewünschte Trennleistung Tritium Komponente bereitzustellen, sondern auch die Effizienz bei der Auslegungsausstoßdruck zu erhöhen. In diesem Fall wird die Prozesstemperatur in der Weise gesteuert, daß die gewünschte Trennleistung Tritium Komponente bereitzustellen.

Auf der anderen Seite, während der Isolierungsverfahren das Tritium Komponente unter Verwendung einer Vorrichtung in gezeigten Trenn 1, die in den Trennsäulen 11 und 12 unter vermindertem Druck entfernt Medium. In diesem Zusammenhang, wenn fließt aus der Trennsäule 11 und / oder 12, dem Temperaturmedium in Trennsäulen 11 und / oder 12 wird wesentlich erhöht durch die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in den Katalysatorschichten gefunden. Somit wird die Strömung aus den Trennsäulen 11 und / oder 12 kann durch eine Erhöhung der Umgebungstemperatur, im Vergleich zu einem Betriebswert erfasst werden, die durch einen Temperaturregler 18. Bei Erfassung eines Lecks aus den Trennsäulen 11 und / oder 12 aufhört Betrieb SPE-Elektrolyseur 14 und weg befestigt ist die Trennsäulen 11 und 12. Nachdem das Erhitzen wird das Entlastungsventil 181 geschlossen und die offenen Ventile 182 und Alarm 183, in der Substitution von internen Fluiden Trennsäulen 11 und 12 ergebende und mit Stickstoffgas gespült.

Nachweis von Leckage aus den Trennsäulen 11 und 12, die Temperaturmess Controller 18 gleichzeitig mit dem Tritium-Baustein-Trennverfahren oder separat durchgeführt werden kann, in der die Umgebungstemperatur und die Temperatur Optimierungsprozess.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Beispiele ihrer Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und umfasst eine beliebige Beschreibung von Änderungen und Modifikationen, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verletzen. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf die oben beschriebene Isolierung und Anreicherung von Tritium aus Leichtwasserkomponente angewendet werden, sondern auch für die Trennung und Anreicherung der Komponente des schweren Wassers.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zur Trennung von Wasserstoffisotopen, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Mediums bringt das Wasserstoffgas enthält Isotop die Wasserstoff enthält, ein Wasser und Wasserdampf in einem Zustand mit verringertem Druck von 90 kPa oder niedriger ist, und zum Steuern der Temperaturverfahren in dem Medium in Übereinstimmung mit dem Druck in der Umwelt, Regulierung der Partialdrücke von Wasserstoffgas und Dampf und Steuer Abscheidegrad das Wasserstoffisotop aus einem gasförmigen Wasserstoff-Austauschreaktion ein Wasserstoff-Wasser-System.

2. Verfahren nach Anspruch Zuteilen 1, wobei die Trenneffizienz des Wasserstoffisotops durch Steuern des Drucks und der Betriebstemperatur optimiert ist das Medium.

3. Verfahren zum Zuteilen nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoffisotop gewonnen wird als Flüssigkeit Wasser umgesetzt als Ergebnis des ersten Austauschreaktion gebildet wird, in dem Wasserdampf zwischen dem genannten Wasserstoffisotopen enthält, durch die Austauschreaktion zwischen Wasserstoffgas enthält, gebildet wird das Wasserstoffisotop und Dampf, und als Ergebnis des zweiten Austauschreaktion, in der die Flüssigkeit nicht umgesetztes Wasser ein Isotop von Wasserstoff enthält, wird durch die Austauschreaktion zwischen dem Zwischenwasserdampf und flüssiges Wasser gebildet.

4. Verfahren zum Zuteilen nach Anspruch 3, wobei die erste Austauschreaktion wird ein Katalysator in der Trennsäule befindet durchgeführt.

5. Verfahren zum Zuteilen nach Anspruch 3, wobei die zweite Austauschreaktion durch Einspeisen eines Zwischen Dampf im Gegenstrom zur Bewegung von flüssigem Wasser in einer Trennsäule durchgeführt.

6. Verfahren zum Zuteilen nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoffisotop Tritium ist.

7. Verfahren für die Zuweisung von Anspruch 6, wobei das Wasserstoffgas durch Elektrolyse von Wasser hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch Zuteilen 1, ferner umfassend den Schritt eines Lecks des Erfassens des Mediums in einem Trennverfahren basierend auf Überwachung der Fluidtemperaturerhöhung im Vergleich mit der Prozesstemperatur.

9. Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffisotop zu isolieren, in dem das Medium, das das Wasserstoffgas umfasst einen Wasserstoffisotop, einem Wasser und Wasserdampf enthält, um Bedingungen des reduzierten Drucks führen und einer bestimmten Temperatur und das Wasserstoffisotop von Wasserstoffgas getrennt wird, umfassend den Schritt eines Lecks des Mediums in den Strömungsverhältnissen Erfassungs Trennverfahren basierend auf den Temperaturanstieg relativ zur Arbeitsmediumtemperatur Prozessüberwachung.

das Wasserstoffisotop aus dem Wasserstoffgas freizusetzen durch Austauschreaktion in dem wasserstoffWasserSystem und Temperaturregler 10. Eine Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoffisotopen, eine Trennsäule mit einem Medium, das Wasserstoffgas, das das Wasserstoffisotop umfasst, sind ein Wasser und Dampf konzipiert Bereitstellungsmedium Temperaturregelung in Übereinstimmung mit seiner Druckregelung der Partialdrücke von Wasserstoffgas und Wasserdampf und die Effizienz der Regulierung der Entwicklung von Wasserstoffisotopen von Wasserstoffgas.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Temperaturregler so aufgebaut, dass die Effizienz der Wasserstoffisotopentrennung durch Druckregelung und die Betriebstemperatur des Mediums ermöglichen optimieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Temperaturregler Rekordanstieg Mediumtemperatur wie bei einer Betriebstemperatur mit Leckage des Mediums aus der Trennsäule, und die Entwicklung von Wasserstoff aus einem gasförmigen Wasserstoffaustauschreaktion vom Wasserstoff-Wasser-System gestoppt assoziiert verglichen, in strömender die Trennsäule.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Trennsäule ein erstes Metathese-Katalysator umfaßt eine Zwischen fließenden Dampf enthält, Wasserstoffaustauschreaktion als Ergebnis von Wasserstoffgas enthaltende Wasserstoffisotops, und Dampf zu bilden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei in der zweiten Trennsäule ist eine Austauschreaktion zwischen Wasserdampf und Zwischenflüssigkeit Wasser durchgeführt zur Bildung einer Flüssigkeit reagiert Wasser Wasserstoffisotop enthält.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine elektrolytische Zelle, in der Elektrolytwasser durch Wasserstoffgas erhalten wird, Wasserstoffisotop enthält, die Tritium ist.

das Wasserstoffisotop aus dem Wasserstoffgas freizusetzen durch Austauschreaktion in dem wasserstoffWasserSystem 16. Eine Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoffisotopen, eine Trennsäule mit einem Medium, das Wasserstoffgas, das das Wasserstoffisotop umfasst, sind ein Wasser und Dampf ausgelegt und Temperaturregler die für mit Leckage des Mediums aus der Trennsäule zugeordneten Registrierungsumgebungstemperaturerhöhung im Vergleich mit einer Arbeitstemperatur, und Stoppen des Betriebs des Wasserstoffisotopentrennung Strömungswasserstoffgas, was zu einer Trennsäule Austauschreaktion in Wasserstoff-Wasser-System.

Druckversion
Erscheinungsdatum 01.03.2007gg