DE1544134B2 - Verfahren zur isotopenanreicherung nach dem heiss-kaltverfahren - Google Patents

Description

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findet im Falle des Deuteriums hauptsächlich die Austritt aus dem heißen Turm 18 wird der Gasfolgende isotopische Austauschreaktion statt: strom geteilt und ein Teil dem Boden 37 des heißen Turmes 36 der zweiten Stufe zugeführt. Der an-HDS + H₂O =^ H₂S + HDO dere Teil wird über einen Kühler und Entfeuchter

. 5 75 nach dem Boden des kalten Turmes 14 der ersten

gasf. flussig gasf. flussig _{Stufc geleitet Dort wird er mit dem vom Kopf des}

kalten Turmes 28 der zweiten Stufe kommenden

Der Anreicherungseffekt beruht auf der Tatsache, Gasstrom vereinigt. Im kalten Turm 14 strömt das

daß bei tiefer Temperatur die rechte Seite der Glei- Schwefelwasserstoffgas im Gegenstrom zum Zufluß-

chung, also die Anreicherung von Deuterium in der io wasser nach oben. Dabei findet die Anreicherung

Wasserphase begünstigt wird. Bei richtiger Durch- der schweren Wasserstoffisotope in der Wasserphase

führung des Verfahrens entsteht in den heißen und statt. Das Gas verläßt den Kopf des kalten Turmes

kalten Zonen ein Konzentrationsgefälle, und Deu- 14 und durchströmt einen Wärmeaustauscher und

terium sammelt sich als schweres Wasser am Boden Feuchter 78. Hier wird es in direktem Kontakt mit

der kalten Zone an. 15 dem punktiert gezeichneten Wasserhilfskreislauf vor-

In der Zeichnung ist der Weg der Wasserphase mit gewärmt und befeuchtet, der seinerseits durch indiausgezogenen Linien dargestellt, während der Kreis- rekten Kontakt in dem Wärmeaustauscher 75 und lauf der Schwefelwasserstoffphase durch die ge- analogen Wärmeaustauschern 85 der folgenden Stustrichelte Linie angedeutet wird. Eine punktierte fen durch das aus den heißen Türmen kommende Linie bezeichnet den Weg eines geschlossenen Hilfs- 20 Schwefelwasserstoffgas erwärmt wurde.
Wasserkreislaufes, der an der Reaktion nicht teil- Das den Wärmeaustauscher 78 verlassende, vornimmt. Strichpunktiert ist der Weg des in die An- gewärmte und gefeuchtete, also für die wiederholte lage eingeleiteten Dampfes bezeichnet. Teilnahme am Kreislauf konditionierte Gas strömt

Die Zeichnung zeigt die beiden ersten Stufen einer (nicht dargestellt) über die Leitung 21 wieder zum mehrstufigen Anlage zur Durchführung des Verfah- 25 Boden des heißen Turmes 18 der ersten Stufe. Darens. Jede Stufe besteht aus einem heißen und einem mit ist der Kreislauf geschlossen,
kalten Turm, die erste Stufe aus dem kalten Turm 14 Rechts von den Türmen 28 und 36 der zweiten und dem heißen Turm 18, die zweite Stufe aus dem Stufe ist in der Zeichnung schematisch der Anschluß kalten Turm 28 und dem heißen Turm 36. In den auch des Kreislaufs der Gasphase an eine (nicht geTurm 14 ist ein nach oben gehender Gegenstrom 30 zeigte) dritte Stufe angedeutet.

von Gas (H₂S) vorhanden, wobei die Temperatur Im Strom des vom heißen zum kalten Turm der

dieses kalten Austauschreaktors bei etwa 20° C ge- ersten Zone strömenden Gases ist ein Abscheider 97

halten wird, beispielsweise bei einem Druck von vorgesehen. In diesem können etwa mitgeführte

5 at. Wasserdampfanteile durch Kondensation abgeschie-

Die bei 15 am Boden des Turmes austretende 35 den werden. Sie fließen über die Leitung 98, gegebe-

Flüssigkeit wird geteilt. Ein Teil wird über eine nenfalls nach Durchlaufen einer Pumpe und eines

Leitung 25 dem kaltem Turm 28 der folgenden Stufe Vorwärmers, in den heißen Turm 18 zurück. Ein

zugeleitet. Der andere Teil wird über die Leitung 16 entsprechender Abscheider kann selbstverständlich

in den Kopf des heißen Turmes 18 der ersten Stufe (nicht dargestellt) in jeder weiteren Stufe vorgesehen

geleitet. Vorher durchläuft er einen Wärmeaus- 40 sein.

tauscher 17, in dem er vorgewärmt wird. Dem Kopf Zur erfindungsgemäßen Abscheidung von mitge-

des heißen Turmes 18 wird auch das vom Boden führten Schwefelwasserstoffanteilen aus der Wasser-

des heißen Turmes 36 der folgenden Stufe abgezogene phase ist in der Leitung 22, mit der die flüssige

Wasser zugeleitet. Phase am Boden des heißen Turmes 18 abgezogen

In dem heißen Turm 18 ist wiederum ein Gegen- 45 wird, ein Kontaktabscheider 67 vorgesehen. Diese strom von Gas vorhanden für die bei 80° C stattfin- Abscheidung geschieht in einfacher, aber wirksamer dende Austauschreaktion. Die bei 20 am Boden des Weise ohne wesentlichen zusätzlichen Energieauf-Turmes austretende heiße Flüssigkeit ist der Ab- wand. Die von der Anlage zum Ausgleichen von Verfluß der Anlage. Sie kann, bevor sie verworfen wird, lusten und zum Erwärmen und Feuchten des Gases über eine Leitung 24 zur Erhitzung des Wärmeaus- 50 in den verschiedenen Stufen benötigte Dampfmenge tauschers 17 und analoger Wärmeaustauscher, wie 32, wird, ehe sie in den heißen Turm 18 eintritt, für dieder folgenden Stufen verwendet werden. sen weiteren Zweck verwendet. Der über die Leitung

In gleicher Weise wie in der ersten Stufe wird in 66 zugeführte Dampf wird im Gegenstrom zu der

der zweiten Stufe die aus dem kalten Turm 28 bei 29 von der Anlage abgezogenen Abflußflüssigkeit in den

austretende flüssige Phase geteilt und ein Teil über 55 Kontaktabscheider 67 gefüllt. Hierdurch wird der

eine Leitung 40 dem kalten Turm einer (nicht ge- gelöste Schwefelwasserstoff aus der Abflußflüssigkeit

zeigten) dritten Stufe zugeleitet. Der andere Teil geht entfernt und zusammen mit dem Dampf durch die

über die Leitung 31 und den Vorwärmer 32 nach Abflußleitung 68 nach dem heißen Turm 18 zurück-

dem Kopf des heißen Turmes 36 der zweiten Stufe. gebracht. Es kann eine Trennwirkung erreicht wer-

Vor ihrem Eintritt wird sie mit dem vom heißen 60 den, bei der weniger als 1 Teil pro Million als ÜberTurm der dritten Stufe kommenden Strom derselben rest zurückbleibt.
Phase vermischt. Zur Temperaturerhöhung im Abscheider und zur

Der Strom der gasförmigen Phase wird in iden- Verbesserung seiner Wirksamkeit ist ferner vorge-

tischer, gegenläufiger Kaskadenverzweigung geführt, sehen, den aus dem Abscheider austretenden und mit dem Unterschied, daß es sich um einen geschlos- 65 durch den eingeleiteten Dampf erhitzten Strom der

senen Kreislauf handelt. Das bei 20 in den Boden flüssigen Phase durch die Sekundärseite eines Wärme-

des heißen Turmes 18 eintretende Gas strömt im Ge- austauschers 23 zu leiten, der auf seiner Primärseite

genstrom zur flüssigen Phase nach oben. Nach dem von dem in den Abscheider 67 eintretenden Strom

der flüssigen Phase durchflossen wird. Dabei wird die Temperatur beispielsweise von 80° C in der Leitung 22 auf etwa 85° C in der Leitung 24 erhöht.

Nach der Wärmeaufnahme von dem in den Abscheider 67 fließenden Wasser kann die Abflußflüssigkeit über die Leitung 24 zur Speisung der Vor wärmer 17, 32 usw. verwendet werden, wie oben beschrieben, ehe es verworfen wird.

Die beschriebene Abscheidevorrichtung kann sowohl bei einer einstufigen Anlage als auch bei der ersten Stufe einer mehrstufigen Anlage mit Vorteil verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 der kalten Zone der vorhergehenden Stufe austretenden gleichartigen Phase vor dem Eintritt in die Patentansprüche: heiße Zone derselben Stufe zu vermischen. Es wurde auch vorgeschlagen, auch die zweite Phase in ent-5 sprechender, gegenläufiger Kaskadenverzweigung zu

1. Verfahren zur Isotopenanreicherung nach führen, wodurch die vielfachen Temperaturumkehdem Heiß-Kalt-Verfahren, bei dem eine flüssige rungen in Verbindung mit den Feuchtigkeitsände- und eine Gasphase, die beide das anzureichernde rungen der gasförmigen Phase sich auf einfache Isotop enthalten, im Gegenstrom geleitet werden, Weise selbst einstellen und daher bei gleichbleibender dadurch gekennzeichnet, daß die die io Ausbeute und Trennleistung eine Energieersparnis heiße Zone verlassende flüssigen Phase in einem erzielt wird.

Abscheider im Gegenstrom zu einem heißeren Die Erfindung hat eine weitere Verbesserung der

Strom der flüssigen Phase in Gasform geführt Trennleistung derartiger Verfahren zum Ziel. Hierzu wird, dessen nicht kondensierte Anteile zusam- ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gemen mit den aus der flüssigen Phase ausgetrie- 15 kennzeichnet, daß die die heiße Zone verlassende benen Anteilen der Gasphase in die heiße Zone flüssige Phase in einem Abscheider im Gegenstrom geleitet werden, und daß die in den Abscheider zu einem heißeren Strom der flüssigen Phase in Gaseintretende flüssige Phase durch die den Ab- form geführt wird, dessen nicht kondensierte Anteile scheider verlassende flüssige Phase vorgewärmt zusammen mit den aus der flüssigen Phase ausgetriewird. 20 benen Anteilen der Gasphase in die heiße Zone ge-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- leitet werden, und daß die in den Abscheider einkennzeichnet, daß die von der kalten zu der hei- tretende flüssige Phase durch die den Abscheider ßen Zone fließende flüssige Phase von dem den verlassende flüssige Phase vorgewärmt wird.
Abscheider verlassenden Strom der flüssigen Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Phase nach der Wärmeabgabe an den in den 25 Abscheidung, durch die ein Entweichen der gasför-Abscheider eintretenden Strom dieser Phase vor- migen Phase aus dem System weitgehend vermieden gewärmt wird. wird, praktisch ohne zusätzlichen Energieaufwand

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch in sehr wirksamer Weise erfolgt, wobei durch die gekennzeichnet, daß bei mehrstufigem Verfahren Vorwärmung der in den Abscheider eintretenden die aus dem Abscheider abgezogenen nicht kon- 30 flüssigen Phase bewirkt wird, daß nur ein kleiner densierten Anteile zusammen mit den aus der Teil des zur Abscheidung in Gasform eingeleiteten flüssigen Phase ausgetriebenen Anteilen der Gas- Stromes der flüssigen Phase durch Kondensation verphase in die heiße Zone der — bezüglich der lorengeht.

Aufgabe der flüssigen Phase — ersten Stufe ge- Da die aus dem Abscheider austretende flüssige |

leitet werden. 35 Phase, auch nachdem sie zur Vorwärmung der in den

Abscheider eintretenden flüssigen Phase verwendet | worden ist, zwangläufig immer noch eine etwas hö- j here Temperatur hat als die die heiße Zone verlas- i sende flüssige Phase, also eine höhere Temperatur, j

40 als sie in der heißen Zone herrscht, kann dieser i

Strom der flüssigen Phase, bevor er endgültig verworfen wird, gemäß der Erfindung vorteilhaft zur Vorwärmung der von der kalten zu der heißen Zone fließenden flüssigen Phase verwendet werden. (

45 Bei mehrstufiger Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isotopen- werden die aus dem Abscheider abgezogenen nicht anreicherung nach dem Heiß-Kalt-Verfahren, bei kondensierten Anteile zusammen mit den aufgenomdem eine flüssige und eine gasförmige Phase, die menen Anteilen der gasförmigen Phase in die heiße beide das anzureichernde Isotop enthalten, im Ge- Zone der — bezüglich der Aufgabe der flüssigen genstrom geleitet werden. 50 Phase — ersten Stufe geleitet.

Zur Isotopenanreicherung sind sogenannte Heiß- Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs-

KaIt-Verfahren bekannt. Hierbei wird z. B. nach der gemäßen Verfahrens bezieht sich auf die Deuterium-Zeitschrift »Angewandte Chemie«, 1956, S. 11, Zif- anreicherung mit Schwefelwasserstoff als Gasphase fer 3, eine gasförmige Phase, z. B. H₂S, im Kreislauf und Wasser als Flüssigphase, wobei ein ständiger durch eine heiße und anschließend durch eine kalte 55 Wasserdampfstrom zum Heizen und zum Ausgleich Zone einer Kolonne und eine die Isotopen enthal- der Feuchtigkeitsverluste des Gesamtsystems in die tende flüssige Phase im Gegenstrom durch die kalte heiße Zone eingeleitet wird. In diesem Fall wird vor- und die heiße Zone geführt. Das Produkt wird aus teilhafterweise der Wasserdampf strom vor seinem der flüssigen Phase zwischen der heißen und der Eintritt in die heiße Zone durch den Abscheider gekalten Zone abgezogen. 60 leitet, wo er die vom Wasser mitgeführten Schwefel-

Zur Vervielfachung des Trenneffektes schaltet man wasserstoffanteile in sich aufnimmt,
mehrere derartige Kolonnen hintereinander. So ist Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand

z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 787 526 bekannt, der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine die flüssige Phase nach Durchgang durch die kalte Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt. Als Zone zu teilen, einen Teil in die heiße Zone der 65 Beispiel wird die Anreicherung der schweren Wasgleichen Stufe und den anderen Teil in die kalte serstoffisotope Deuterium und Tritium unter VerZone der folgenden Stufe zu leiten und die aus der wendung von Wasser als flüssiger Phase und Schweheißen Zone austretende flüssige Phase mit der aus felwasserstoff als gasförmiger Phase gewählt. Es