| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2285305
СПОСІБ (ВАРІАНТИ) І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИДІЛЕННЯ ізотопів водню (ВАРІАНТИ)
Ім'я винахідника: Сугіяма Такахіко (JP); Асакура Ямато (JP); УДА Тацухіко (JP); Ямамото Ітіро (JP); ЕНОКІДА Ёуіті (JP)
Ім'я патентовласника: ІНТЕР-ЮНІВЕРСІТІ рісерч Інстітьют КОРПОРЕЙШН Нешнл ІНСТІТЬЮТС ОФ НЕЙЧУРАЛ САЙНСЕС (JP)
Адреса для листування: 103735, Москва, вул. Іллінка, 5/2, ТОВ "Союзпатент", Н.Н.Висоцкой
Дата початку дії патенту: 2004.09.09
Винахід відноситься до області отримання ізотопів водню. Суть винаходу: спосіб виділення ізотопу водню включає стадії приведення середовища, що містить газоподібний водень, що включає вказаний ізотоп водню, воду і водяну пару, в умови зниженого тиску від 90 кПа або нижче. Контролювання температури процесу в вказаному середовищі відповідно до тиску в вказаному середовищі. Регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і контроль ефективності виділення зазначеного ізотопу водню з газоподібного водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода. Пристрій для виділення ізотопу водню включає розділову колону, призначену для виділення ізотопу водню з газоподібного водню в результаті протікання обмінної реакції в системі водень-вода. Пристрій і містить температурні контролери, які забезпечують регулювання температури середовища відповідно до її тиском, регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і регулювання ефективності виділення ізотопу водню з газоподібного водню. Переваги винаходу полягають у підвищенні ефективності виділення.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до способу виділення ізотопу водню і пристрою для його виділення.
Як спосіб для виділення і концентрування тритієвого компонента з трітійсодержащей води запропонований спосіб, в якому використовується реакція обміну в системі водень-вода, що характеризується високим фактором поділу, і здатна забезпечити переробку великої кількості трітійсодержащей води. Оскільки константи рівноваги реакції ізотопного обміну між газоподібним воднем і парами води і між водяною парою і водою, в реакції обміну в системі водень-вода, збільшуються зі зниженням температури реакції обміну, можна очікувати, що зменшення температури процесу призведе до підвищення ефективності виділення тритієвого компонента.
Однак при зниженні температури процесу зменшується парціальний тиск водяної пари, що використовується в реакції обміну, внаслідок чого зменшується ефективність виділення тритієвого компонента.
У патенті США 5093098, 1992 р описані спосіб і пристрій для виділення ізотопу водню, що включає контроль ефективності виділення ізотопу водню з газоподібного водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода, здійснюваний в розділової колоні. Крім того, пристрій містить контролери температури, призначені для реєстрації підвищення температури в порівняння з робочою температурою середовища. Цей винахід має ряд недоліків, які усуваються про таке справжнім винаходом.
Короткий виклад суті винаходу
Мета цього винаходу полягає в підвищенні ефективності виділення ізотопу водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода.
Для досягнення зазначеної мети в цьому винаходу використовується спосіб виділення ізотопу водню, що включає стадії:
приведення середовища, що містить газоподібний водень, що включає вказаний ізотоп водню, воду і водяну пару, до заданих умов зниженого тиску, і
контролювання температури процесу в вказаному середовищі у відповідність з тиском у зазначеній середовищі, з метою регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і ефективності виділення зазначеного ізотопу водню з газоподібного водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода.
Крім цього, даний винахід відноситься до пристрою для виділення ізотопу водню, що включає:
розділову колону, через яку проходить середовище, що містить газоподібний водень, що включає ізотоп водню, воду і водяну пару, в якій відбувається виділення зазначеного ізотопу водню з газоподібного водню за допомогою реакції обміну в системі водень-вода, і
пристрою для контролю температури (контролери температури), призначені для регулювання температурного режиму зазначеної середовища у відповідність з тиском зазначеної середовища, регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і регулювання ефективності виділення зазначеного ізотопу водню з газоподібного водню.
Для досягнення поставленої мети авторами винаходу було проведено широке дослідження. В результаті було встановлено, що якщо в середовищі, що містить газоподібний водень, що включає даний ізотоп водню, воду і водяну пару, що подається в реакцію обміну в системі водень-вода, створюються задані умови зниженого тиску, то ефективність виділення ізотопу водню може бути максимізована при певній температурі і певному зниженні тиску. У зв'язку з цим, якщо середовище формується в даній розділової колоні в певних умовах зниженого тиску, а температурний режим середовища контролюється відповідно до умов зниженого тиску за допомогою засобів температурного контролю, то може бути досягнута максимальна ефективність виділення ізотопу водню з газоподібного водню.
В умовах зниженого тиску необов'язково підтримувати температуру середовища на оптимальному значенні, але необхідно встановлювати температуру, відповідну бажаної ефективності виділення ізотопу водню.
Згідно з переважним втілення винаходу середовище підтримує при тиску 90 кПа або нижче. У цьому випадку забезпечується підвищена ефективність виділення ізотопу водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода.
У відповідність з іншим втіленням винаходу, реєструють підвищення температури середовища в сепарационной колоні в умовах статичного поділу з використанням реакції обміну в системі водень-вода. В цьому випадку може виявлятися текти з сепарационной колони, і може раніше детектуватиметься витік з усього пристрою, що включає сепараційні колону, внаслідок чого може запобігати така неминуча аварія, як вибух водню.
Крім виділення ізотопу водню за способом винаходу, в якому певна температури середовища встановлюється в умовах зниженого тиску, згаданий вище спосіб виявлення течі може використовуватися для іншого способу виділення ізотопу водню, в якому застосовується реакція обміну в системі водень-вода.
Як зазначалося вище, даний винахід може забезпечувати підвищену ефективність виділення ізотопу водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода.
Короткий опис креслень
Для кращого розуміння винаходу слід звернутися до прикладеним кресленнями, на яких
Фиг.1 зображує загальний вигляд пристрою для виділення ізотопу водню відповідно до даного винаходу. Відповідно до такого втіленням тритієвої компонент виділяється з легкої води за допомогою зображеного розділового пристрою.
На фіг.2 представлений графік, який ілюструє залежність ефективності виділення тритієвого компонента від тиску і температури середовища в сепарационной колоні в умовах реалізації процесу виділення тритієвого компонента.
Розділову пристрій, зображене на фіг.1, включає розділові колони 11 і 12, розташовані у вертикальній двох-стадійний конфігурації, зволожувач 13, регулятор температури 132 і розташований знизу розділових колон SRE електролізер 14, холодильник 15 і вакуумний насос 16, розташовані зверху розділових колон , тритієвої монітор 17 і забезпечений монітором температурний контролер 18, розташований на рівні між колонами 11 і 12.
У розділових колонах 11 і 12 формуються каталітичні шари (не показані), що містять платиновий каталізатор, що забезпечує протікання першої обмінної реакції між газоподібним воднем і водяною парою, і шари адсорбенту (не показані), що забезпечують протікання другої обмінної реакції між водяною парою і рідиною.
По периферії розділових колон 11 і 12 розташовані нагрівачі 111 і 121, які за допомогою регуляторів температури 112 і 122 забезпечують нагрівання середовищ в розділових колонах 11 і 12 до робочої температури. Аналогічним чином, по периферії зволожувача 13 розташований нагрівач 131, що забезпечує утворення водяного пару в результаті нагрівання води.
Легка вода, що представляє собою вихідну воду, яка містить тритієвої компонент, подається в розділові колони 11 і 12 і потім вводиться в SPE електролізер 14 через зволожувач 13. В SPE електролізері 14 легка вода, що містить тритієвої компонент, піддається електролізу і перетворюється в газоподібний водень і газоподібний кисень. Газоподібний водень містить тритієвої компонент у вигляді ізотопу водню. Газоподібний водень, введений в зволожувач 13, насичується водяною парою, і далі подається в розділові колони 11 і 12.
Газоподібний водень і водяна пара частково надходять в холодильник 15, попередньо проходячи розділові колони 11 і 12 за допомогою вакуумного насоса 16. Після цього він буде водяна пара в результаті теплообміну піддається збагаченню в холодильнику 15 і повертається у вигляді рідкої води в розділові колони 11 і 12. висновок газоподібного водню забезпечується за допомогою вакуумного насоса 16 через контролер тиску 162 і аварійний клапан 161.
Відповідно до такого варіанту, на шарах каталізатора в розділових колонах 11 і 12 протікає наступна перша обмінна реакція:
Крім цього, на шарах абсорбенту в розділових колонах 11 і 12 протікає наступна друга реакція обміну:
У другій обмінної реакції проміжний водяна пара НТО (пар) подається протитечією до збагаченої в холодильнику 15 і повертається рідкої воді Н 2 O (рідина). В результаті відбувається виділення і збагачення тритієвого компонента у вигляді рідкої прореагировавшей води НТО (рідина).
Рідка прореагировавшая вода протікає вниз через розділові колони 11 і 12 і SPE електролізер 14 і витягується за межами розділового пристрою. З іншого боку, газоподібний водень Н 2 (газ), який утворює в першій обмінної реакції за рахунок сепарації НТО (пар) надходить вгору через розділові колони 11 і 12 і виходить з розділового пристрою.
На фіг.2 представлений графік, який ілюструє залежність ефективності виділення тритієвого компонента від тиску і робочої температури середовищ в розділових колонах 11 і 12 в умовах процесу виділення тритієвого компонента. З фиг.2 слід, що ефективність виділення тритієвого компонента демонструють різні температурні залежності, що знаходяться у відповідності з тиском середовища в розділових колонах 11 і 12. З фіг.2 і слід, що оптимальні робочі температури, що забезпечують максимальну ефективність виділення тритієвого компонента, відрізняються один від одного і відповідають певним значенням тисків середовищ в розділових колонах 11 і 12.
У роздільному пристрої, показаному на фіг.1, відбувається виділення тритієвого компонента, його збагачення та виведення низхідним потоком у вигляді рідкої прореагировавшей води НТО (рідина). У зв'язку з цим концентрація тритієвого компонента низька в верхніх ділянках розділових колон 11 і 12 і висока внизу цих колон. При збільшенні ефективності виділення тритієвого компонента характеристика його виділення може бути представлена відношенням концентрації тритієвого компонента в нижній і верхній частинах розділових колон 11 і 12 (тобто відношенням концентрація тритієвого компонента в нижній частині розділової колони / концентрація тритієвого компонента у верхній частині розділової колони) .
Таким чином, ефективність виділення тритієвого компонента, проілюстровану на фіг.2, можна побічно визначити зі співвідношення його концентрацій в нижній і верхній частинах розділових колон 11 і 12 (концентрація тритієвого компонента в нижній частині розділової колони / концентрація тритієвого компонента у верхній частині розділової колони) .
Відповідно до такого втілення співвідношення концентрацій тритієвого компонента контролюється за допомогою тритієвого монітора 17. Більш конкретно, контролюється вміст тритію в верхній частині розділової колони 12, а робочі температури середовищ в розділових колонних 11 і 12 регулюються в результаті управління температурними регуляторами 112 і 122 за допомогою керуючого температурного контролера 18 і використанням нагрівачів 111 і 121, в результаті чого мінімізується концентрація тритієвого компонента у верхній частині розділової колони 12 (тобто концентрація тритієвого компонента в нижній частині розділової колони 12 стаємаксимальною, що забезпечує максимальну ефективність виділення тритієвого компонента).
Як випливає з фиг.2, ефективність виділення тритієвого компонента збільшується при зменшенні тиску середовищ в розділових колонах 11 і 12. Так, наприклад, для реалізації практично прийнятною ефективності виділення тритієвого компонента, тиск середовища слід підтримувати на рівні 90 кПа і нижче. Однак для здійснення виділення тритієвого компонента з використанням обмінної реакції в системі водень-водяна пара використовують атмосферні тиску порядку 10 кПа.
Розглянутий спосіб може застосовуватися для забезпечення заданої ефективності виділення тритієвого компонента, а й для збільшення ефективності виділення при проектному тиску. У цьому випадку температура процесу регулюється таким чином, щоб забезпечити бажану ефективність виділення тритієвого компонента.
З іншого боку, при проведенні процесу виділення тритієвого компонента з використанням розділового пристрою, показаного на фіг.1, середовищ, які встановлені в розділових колонах 11 і 12 в умовах зниженого тиску. У зв'язку з цим, якщо виявляється текти з розділовою колони 11 і / або 12, то температури середовищ в розділових колонах 11 і / або 12 істотно підвищуються за рахунок протікання хімічної реакції між воднем і киснем в каталітичних шарах. Таким чином, текти з розділових колон 11 і / або 12 може виявлятися по збільшенню температури середовища в порівнянні з робочим параметром, який фіксується за допомогою температурного контролера 18. При виявленні течі з розділових колон 11 і / або 12 припиняється робота SPE електролізера 14 і вимикається нагрів розділових колон 11 і 12. Після цього закривається запобіжний клапан 181, і відкриваються аварійні клапани 182 і 183, в результаті чого відбувається заміна внутрішніх середовищ розділових колон 11 і 12 і вони продуваються газоподібним азотом.
Виявлення течі з розділових колон 11 і 12 з використанням температурного вимірювального контролера 18 може проводитися одночасно або окремо з процесом сепарації тритієвого компонента, в якому здійснюється оптимізація температури середовища і температури технологічного процесу.
Хоча даний винахід було детально описано з посиланням на наведені приклади його втілення, винахід не обмежується таким описом і передбачає будь-які зміни та модифікації, що не порушують область винаходу. Винахід може застосовуватися не тільки для описаного вище виділення і збагачення тритієвого компонента з легкої води, але і для виділення і збагачення цього компонента з важкої води.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб виділення ізотопу водню, що включає стадії: приведення середовища, що містить газоподібний водень, що включає вказаний ізотоп водню, воду і водяну пару, в умови зниженого тиску від 90 кПа або нижче, і контролювання температури процесу в вказаному середовищі відповідно до тиску в зазначеній середовищі, регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і контроль ефективності виділення зазначеного ізотопу водню з газоподібного водню з використанням реакції обміну в системі водень-вода.
2. Спосіб виділення по п.1, в якому ефективність виділення зазначеного ізотопу водню оптимізують шляхом регулювання тиску і робочої температури зазначеної середовища.
3. Спосіб виділення по п.1, в якому ізотоп водню виділяють у вигляді рідкої прореагировавшей води, що утворилася в результаті першої обмінної реакції, в якій проміжний водяна пара, що містить зазначений ізотоп водню, утворюється по обмінній реакції між газоподібним воднем, що містить зазначений ізотоп водню , і водяною парою, і в результаті другої обмінної реакції, в якій зазначена рідка прореагировавшая вода, що містить ізотоп водню, утворюється по обмінній реакції між проміжним водяною парою і рідкою водою.
4. Спосіб виділення по п.3, в якому першу обмінну реакцію проводять з використанням каталізатора, що в даній розділової колоні.
5. Спосіб виділення по п.3, в якому другу реакцію обміну проводять шляхом подачі проміжного водяної пари противотоком до руху рідкої води в розділової колоні.
6. Спосіб виділення по п.1, в якому вказаний ізотоп водню являє собою тритій.
7. Спосіб виділення по п.6, в якому вказаний газоподібний водень отримують електролізом води.
8. Спосіб виділення по п.1, додатково включає стадію виявлення течі зазначеної середовища в умовах процесу сепарації в результаті моніторингу підвищення температури зазначеної середовища в порівнянні з температурою технологічного процесу.
9. Спосіб виділення ізотопу водню, в якому середовище, що містить газоподібний водень, що включає ізотоп водню, воду і водяну пару, призводять до умов зниженого тиску і певної температури і вказаний ізотоп водню виділяють з газоподібного водню, що включає стадію виявлення течі зазначеної середовища в умовах протікання процесу сепарації в результаті моніторингу підвищення температури середовища щодо робочої температури технологічного процесу.
10. Пристрій для виділення ізотопу водню, що включає розділову колону з середовищем, що містить газоподібний водень, що включає вказаний ізотоп водню, воду і водяну пару, призначену для виділення ізотопу водню з газоподібного водню в результаті протікання обмінної реакції в системі водень-вода, і температурні контролери , що забезпечують регулювання температури середовища відповідно до її тиском, регулювання парціальних тисків газоподібного водню і водяної пари і регулювання ефективності виділення ізотопу водню з газоподібного водню.
11. Пристрій за п.10, в якому температурні контролери сконструйовані таким чином, що забезпечують оптимізацію ефективності виділення ізотопу водню шляхом регулювання тиску і робочої температури зазначеної середовища.
12. Пристрій за п.10, в якому зазначені контролери температури реєструють підвищення температури середовища в порівнянні з робочою температурою, пов'язане з витоком середовища з розділовою колони, і припиняють виділення ізотопу водню з газоподібного водню за допомогою обмінної реакції в системі водень-вода, що протікає в зазначеної розділової колоні.
13. Пристрій за п.10, в якому розділова колона містить каталізатор першої реакції обміну, що протікає з утворенням проміжного водяної пари, що містить ізотоп водню в результаті обмінної реакції між газоподібним воднем, що містить ізотоп водню, і водяною парою.
14. Пристрій за п.13, в якому у зазначеній розділової колоні здійснюють другу обмінну реакцію між проміжним водяною парою і рідкою водою з утворенням рідкої прореагировавшей води, що містить ізотоп водню.
15. Пристрій за п.10, додатково включає електролізер, в якому в результаті електролізу води отримують газоподібний водень, що містить ізотоп водню, який представляє собою тритій.
16. Пристрій для виділення ізотопу водню, що включає розділову колону з середовищем, що містить газоподібний водень, що включає вказаний ізотоп водню, воду і водяну пару, призначену для виділення ізотопу водню з газоподібного водню в результаті протікання обмінної реакції в системі водень-вода, і контролери температури , призначені для реєстрації підвищення температури середовища в порівнянні з робочою температурою, пов'язаного з витоком середовища з розділовою колони, і зупинки операції виділення ізотопу водню з газоподібного водню в результаті протікання в розділової колоні обмінної реакції в системі водень-вода.
Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.