FR2554012A1 - Procede de recharge en isotopes d'un liquide d'echange utilise dans un processus d'enrichissement en isotopes par rayons laser - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE DE RECHARGE EN ISOTOPES DANS UN PROCESSUS DE CONCENTRATION EN DEUTERIUM OU EN TRITIUM AU MOYEN D'UNE PHOTODISSOCIATION SELECTIVE PAR RAYON LASER D'UN COMPOSE DE TRAVAIL CONTENANT DU DEUTERIUM OU DU TRITIUM, MELANGE AVEC SON ANALOGUE HYDROGENE OUA DU DEUTERIUM, DANS LEQUEL: ON MET EN CONTACT LE MELANGE DU COMPOSE DONT L'ISOTOPE EST EPUISE A CONTRE-COURANT AVEC UN LIQUIDE D'ECHANGE AYANT LA CONCENTRATION EN ISOTOPES D'UN COURANT D'ALIMENTATION D'EAU OU DE DO D'UN SOLVANT ORGANIQUE MISCIBLE A L'EAU QUI ACCROIT LA VITESSE DE REACTION DE RECHARGE EN ISOTOPES, ET D'UN CATALYSEUR BASIQUE, ON RETIRE LE LIQUIDE D'ECHANGE DONT L'ISOTOPE EST EPUISE DE LA PREMIERE COLONNE, ON MET EN CONTACT LE LIQUIDE D'ECHANGE A CONTRE-COURANT AVEC LE COURANT D'ALIMENTATION DANS UN SECOND DISPOSITIF DE CONTACT, ON RETIRE LE LIQUIDE D'ECHANGE RECHARGE PAR UNE EXTREMITE DU SECOND DISPOSITIF, POUR L'UTILISER DANS LA PREMIERE COLONNE, ET ON RECUPERE LE SOLVANT ORGANIQUE ABSORBE A PARTIR DE L'EAU OU LE DO GAZEUX RETIRE PAR L'AUTRE EXTREMITE DU SECOND DISPOSITIF.

Description

La présente invention concerne un procédé pour le rétablissement de la

concentration en deutérium ou en

tritium dans un processus de séparation d'isotopes à ray-

ons laser pour la production d'eau lourde (D20) ou pour la récupération de tritium (T) à partir de D20 ou de H20 contaminé provenant par exemple d'un réacteur nucléaire

à eau lourde, d'une installation de recherche sur le tri-

tium ou d'une centrale thermonucléaire.

Un processus commercial utilisé actuellement pour la production de D20 à grande échelle est le processus au

sulfure de Girdler, qui fait appel à une réaction d'échan-

ge dépendant de la température entre le sulfure d'hydro-

gène et l'eau, de la manière suivante:

HDS + H20 30C H2S + HD0O.

En soumettant l'eau d'alimentation à une série d'é-

tapes d'enrichissement, ce processus au sulfure peut pro-

duire de l'eau ayant une teneur en deutérium comprise entre 10 et 20 %. Un enrichissement plus poussé jusqu'à une teneur en deutérium de 99,8 % est ensuite réalisé

par distillation fractionnée de l'eau enrichie.

Le processus de Girdler nécessite environ 40 000 moles d'eau de départ pour produire une mole de D20, et

nécessite d'importants volumes de gaz H2S, qui est haute-

ment toxique et corrosif. En outre, le processus Girdler

nécessite des investissements importants pour la construc-

tion d'une usine d'enrichissement, et est un procédé à

grande consommation d'énergie, ce qui le rend moins inté-

ressant dès que le coût de l'énergie augmente.

Récemment un nouveau erocessusde concentration en deutérium ou en tritium a été développé, qui fait appel à la photodissociation sélective d'un composé contenant du deutérium ou du tritium au moyen d'un rayon laser accordé sur une longueur d'onde spécifique. Un tel procédé est décrit dans le brevet U.S. No. 4 257 860 délivré le 24 mars 1981 à Marling et al. Comme exemple de ce processus, du trifluorométhane

gaz (CHF3) ayant une teneur naturelle en deutérotrifluoro-

méthane (CDF3) d'environ 150 ppm peut être irradié par un faisceau impulsionnel provenant d'un laser à dioxyde de carbone accordé sur 10,2 A pour donner la réaction suivan- te: CDF + nhs __: CF + DF

3 2

2: CF2)C2F4

La dissociation de CDF3 sous ces conditions est envi-

ron 10 000 fois plus probable que la dissociation corres-

pondante de CHF3. Ainsi ce processus produit un mélange DF/ HF de proportions approximativement égales ou, en d'autres termes, lors de la conversion, ce mélange donne une eau

ayant une teneur en deutérium d'environ 50 % après une seu-

le étape d'enrichissement. Par opposition, le processus Girdler donne une eau ayant une teneur en deutérium de 20 %

après 464 étapes d'enrichissement.

En plus de la possibilité d'un facteur d'enrichisse-

ment supérieur en utilisant ce processus de dissociation par rayon laser, les composés organiques à halogénations multiples qui sont d'utilisation préférée dans le processus sont volatils, non explosifs, non corrosifs, et présentent une faible toxicité. Le composé de travail préféré peut

être choisi dans le groupe constitué d'un analogue au deu-

térium ou au tritium de méthane di-halogéné, de méthane

tri-halogéné, d'1,2-éthylène di-halogéné, d'éthylène tri-

halogéné, d'éthane tétra-halogéné, et d'éthane penta-halo-

géné. Le HF et le DF produits sont hautement toxiques et corrosifs, mais sont présents en de faibles quantités par rapport aux quantités globales impliquées dans le processus, et ils peuvent être rapidement convertis en eau. Cependant,

du fait du coût élevé de la construction et du fonctionne-

ment d'un grand laser à CO de grande puissance, ce nouveau processus en comparaison avec le procédé Girdler ne pourra

être économiquement intéressant que si des économies peu-

vent être réalisées sur d'autres aspects du processus.

Un problème s'opposant à la commercialisation de ce processus à laser est la nécessité de trouver un procédé acceptable pour le rétablissement de la concentration en deutérium du composé de travail épuisé, c'est-à-dire du

trifluorométhane ou autre qui a été soumis à la photodis-

sociation par laser. L'eau est la source de deutérium fon-

damentale dans le processus global, et le composé de tra-

vail peut être directement rechargé en deutérium en étant soumis à une réaction d'échange avec de l'eau en présence

d'un catalyseur de base. Probablement du fait de la mauvai-

se solubilité dans l'eau de la plupart des composés de tra-

vail approprié, la vitesse de cette réaction d'échange est généralement d'une lenteur inacceptable d'un point de vue commercial.

Un processus commercial pour cette recharge peut fai-

re appel à la mise en contact en contre-courant continu dans une colonne appropriée d'un liquide d'échange aqueux et du composé de travail en phase gazeuse. Ainsi, plus la vitesse de réaction est lente, plus la colonne de contact gaz/liquide doit être grande, et plus le volume de liquide d'échange nécessaire doit être important. Il s'est avéré qu'en ajoutant au liquide d'échange un solvant organique approprié qui dissout à la fois le gaz de travail et l'eau, la vitesse de la réaction d'échange est accrue, pour

ainsi rendre cette étape commercialement réalisable.

Un second problème s'opposant à la commercialisation de ce processus à rayon laser est la nécessité de trouver

un procédé approprié pour le rétablissement de la concen-

tration en isotope du liquide d'échange épuisé. Un proces-

sus faisant appel à la distillation fractionnée du mélange du liquide d'échange pour retirer l'eau épuisée en isotope, suivie de l'addition d'eau pure ayant une concentration en isotope naturelle, n'est pas réalisable économiquement du

fait des coûts d'investissement élevés inhérents au traite-

ment du problème de la précipitation du catalyseur basique au cours d'une telle distillation, et des coûts élevés en énergie associés à ce type de processus. Il s'est avéré que ces problèmes peuvent être résolus et que le liquide

d'échange peut être rechargé en isotope de manière commer-

cialement réalisable en mettant celui-ci en contact avec de la vapeur ou de l'eau à contre-courant dans une colonne

de mise en contact ou autre dispositif de mise en contact.

Un second groupe de processus dans lesquels la pré-

sente invention peut être utilisée inclut l'élimination du tritium dans une eau contaminée en tritium provenant d'un

réacteur nucléaire à eau lourde, d'une installation de re-

cherche sur le tritium, d'une centrale thermonucléaire ou d'une usine de retraitement de combustible. Le D O20 utilisé

dans les réacteurs à eau lourde est soumis à un bombarde-

ment de neutrons qui, à l'échelle d'un certain nombre -

d'années, engendre dans le D20 un degré de contamination par le tritium inacceptable. Les installations qui traitent

de grandes quantités de tritium, telles que les installa-

tions de recherche sur le tritium, ou les centrales ther-

monucléaires, produiront de l'eau légère contaminée en

tritium soit par des fuites accidentelles, soit par l'in-

filtration de tritium à travers les barrières au cours

d'une utilisation normale. La suppression de la contamina-

tion en tritium d'eau lourde ou légère permet la récupéra-

tion d'un produit précieux, le tritium. Dans le cas d'une eau contaminée provenant d'un réacteur à eau lourde, le

processus de décontamination permet également la ré-utili-

sation de l'eau lourde, qui est précieuse. Dans le cas d'une eau légère contaminée provenant d'une installation de recherche sur le tritium, d'une centrale thermonucléaire ou

d'une usine de régénération de combustible, la décontamina-

tion de l'eau légère permettra la récupération de celle-ci sans violer les limites légales concernant les émissions radioactives.

Comme c'était le cas avec le processus de concentra-

tion en deutérium, la réaction de dissociation sélective

par laser peut être utilisée pour la concentration de tri-

tium à partir d'un courant d'alimentation. Dans ce cas, le courant d'alimentation est l'eau contaminée provenant d'un réacteur à eau lourde, d'une installation de recherche sur le tritium ou d'une centrale thermonucléaire. Lorsque l'eau contaminée est D20, le liquide d'échange comprend du D20, un solvant au deutérium et un catalyseur basique; et le composé de travail, tel que du CTC13, est mélangé avec son analogue au deutérium CDCI.3. Lorsque l'eau contaminée est H20, le liquide d'échange comprend du H20, un solvant et un catalyseur basique; et le composé de travail, tel

que du CTF3, est mélangé avec son analogue hydrogéné CHF3.

Le liquide d'échange dont le tritium est épuisé est

mis en contact à contre-courant avec le courant d'alimen-

tation constitué d'eau contaminée, selon le procédé de l'invention. L'eau non contaminée est récupérée à partir

du liquide d'échange par ce procédé, et le liquide d'échan-

ge ayant une concentration en tritium rétablie est ramené

vers la colonne d'échange.

Ainsi la présente invention concerne un procédé de recharge en isotope dans un processus de concentration en deutérium ou en tritium au moyen d'une photodissociation

sélective par rayon laser d'un composé de travail conte-

nant du deutérium ou du tritium, mélangé avec son analogue hydrogéné ou à deutérium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: mettre en contact le mélange de composé de travail dont l'isotope est épuisé à contre-courant avec un liquide

d'échange ayant approximativement la concentration en iso-

tope d'un courant d'alimentation d'eau ou de D20 dans une

première colonne de contact, le liquide d'échange compre-

nant un mélange d'eau, ou de D20, d'un solvant organique

miscible à l'eau qui accroit la vitesse de réaction de re-

charge en isotope, et d'un catalyseur basique; retirer le liquide d'échange dont l'isotope est épuisé du fond de la première colonne;

mettre en contact le liquide d'échange dont l'isoto-

pe est épuisé à contre-courant avec le courant d'alimenta-

tiondans un second dispositif de contact; retirer le liquide d'échange rechargé en isotope par une extrémité du second dispositif, pour l'utiliser dans la première colonne; et récupérer le solvant organique absorbé à partir de l'eau ou le D20 gazeux -etiré Par l'autre extrémité du

second dispositif.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont présentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux

dessins annexes.

la figure 1 est un schéma de principe du processus global, la figure 2 est un schéma de principe du processus de recharge du liquide d'échange, et

la figure 3 est un diagramme schématique d'un régé-

nérateur de liquide d'échange pour le processus d'élimina-

tion de tritium de l'invention.

L'installation de production d'eau lourde schémati-

quement représentée à la figure 1 comprend une boucle de concentration en isotope 5 incluant un appareil de séchage

10, une turbine 11, une cellule d'absorption 12, un com-

presseur 13 et un absorbeur DF/HF 14; puis également une

boucle de recharge 15 qui comprend un régénérateur de li-

quide d'échange 20 et une unité d'enrichissement 21. La

boucle de concentration en isotope 5 et la boucle de re-

charge 15 se rejoignent dans une tour d'échange 25.

La concentration en deutérium naturelle de l'eau est

d'environ 150 ppm. Du trifluorométhane gaz ayant une con-

centration en deutérium s'approchant de sa concentration

naturelle entre dans la cellule d'absorption 12,par la tur-

bine 11, à une pression inférieure à la pression atmosphé-

rique. Le gaz est soumis à une irradiation impulsionnelle

de 10,2y par un laser au dioxyde de carbone d'une puissan-

ce comprise entre 2 et 10 MWatts, ce qui entraîne la disso-

ciation sélective du trifluorométhane au deutérium pour donner du tétrafluoréthylène et du fluorure de deutérium (DF). De la cellule d'absorption 12, le gaz s'écoule à travers un compresseur 13 vers un absorbeur DF/HF 14 qui peut comprendre un lit de NaF. Le trifluorométhane dont le

deutérium est épuisé s'écoule alors vers une tour d'échan-

ge 25 o il est soumis à un enrichissement en deutérium avec catalyse basique avec un liquide d'échange aqueux ayant une concentration en deutérium approximativement na-

turelle. L'écoulement à travers la tour d'échange 25 s'ef-

fectue à contre-courant par rapport au trifluorométhane gaz dont le deutérium est épuisé qui monte dans la tour 25 et le liquide d'échange qui descend dans la tour 25. Le trifluorométhane enrichi émergeant du sommet de la tour 25

traverse un appareil de séchage 10 destiné à retirer l'hu-

midité entraînés par le contact avec le liquide d'échange,

puis le cycle est répété.

Périodiquement, le mélange DF/HF est récupéré dans l'absorbeur 14, puis immédiatement converti en eau dans un récipient de réaction 16 par l'un des multiples moyens

connus. L'eau résultante contenant environ 50 % de deuté-

rium est enrichie par une distillation fractionnée conven-

tionnelle dans une colonne 17, pour atteindre 99,8 % de

D20.

Dans la tour d'échange 25, on a déterminé que l'en-

richissement du gaz de travail, plus particulièrement du

trifluorométhane, a lieu plus facilement lorsqu'un co-

solvant organique est utilisé, lequel solvant organique est

miscible à l'eau, et dans lequel le gaz de travail est so-

luble. Bien qu'il existe un certain nombre de solvants qui puissent être appropriés comme co-solvants organiques, selon le gaz de travail et le catalyseur de base utilisé, il s'est avéré que le diméthylsulfoxyde (DMSO) était un

solvant organique préféré pour une utilisation dans le sys-

tème au trifluorométhane décrit spécifiquement ici. Le DMSO est un solvant qui est miscible à l'eau et dans lequel le trifluorométhane est soluble. Bien qu'il existe un grand

nombre de catalyseurs basiques qui agiraient de façon sa-

tisfaisantedans ce système solvant eau/DMSO, la soude est préférable d'un point de vue économique. Il s'est avéré

qu'un système satisfaisant pour l'enrichissement du triflu-

orométhane comprend de la soude à une concentration compri-

se entre 0,01 et 0,1 mole/litre dans un mélange DMSO/eau

contenant 50 à 90 moles % de DMSO.

Lorsque ce liquide d'échange préféré est utilisé, une recharge en isotope optimale du trifluorométhane gaz épuisé peut être réalisée dans une tour de contact gaz/liquide 25 ayant un revêtement ou une structure interne définissant environ quatre plaques ou étages théoriques, lorsque la température du processus est comprise entre environ 500 et C et que la pression dans la tour 25 est d'environ 5 à

10 atmosphères.

Sous ces conditions préférées, le trifluorométhane entrant par le fond de la tour 25,en ayant une teneur en deutérium d'environ 20 ppm, sortira au sommet de la tour 25 en ayant une teneur en deutérium d'environ 190 ppm. De même,

de l'eau entrant au sommet de la tour 25 en ayant une te-

neur en deutérium de 145 ppm quittera le fond de la tour

en ayant une teneur en deutérium d'environ 20 ppm.

La boucle de recharge 15 concerne le rétablissement de la concentration en deutérium à une valeur approchant la

concentration naturelle dans le liquide d'échange dont l'i-

sotope est épuisé, obtenu à partir du fond de la tour 25.

Une approche conventionnelle peut consister à soumettre le mélange eau/DMSO/base constituant le liquide d'échange à une distillation fractionnée destinée à retirer l'eau, puis à simplement remplacer celleci par de l'eau d'apport ayant une concentration naturelle en deutérium. Ceperindant, cette approche est consommatrice d'énergie et est compliquée par la précipitation de la soude, ou autre base, qui aurait

lieu sous ces conditions de distillation.

Selon la présente invention, la boucle de recharge 15 représentée aux figures 1 et 2 comprend un régénérateur de liquide d'échange 20 qui reçoit le mélange eau/DMSO/base dont le deutérium est épuisé de la tour d'échange 25 après que le mélange ait traversé un appareil de distillation à

colonne du type "Flash tank" 26 pour récupérer le trifluo-

rométhane dissous et le polytétrafluoréthylène constituant le produit de la réaction de photolyse. Comme le montre la

figure 2, l'énergie est conservée en faisant passer le li-

quide d'échange à travers un échangeur de chaleur liquide-

liquide 27 avant son entrée au sommet du régénérateur 20. Le régénérateur 20 est un appareil de contact gaz/ liquide ou liquide/liquide qui est muni d'un revêtement ou autre structure interne de manière à présenter un nombre

approprié de plateaux théoriques pour le processus d'échan-

ge. Bien qu'un certain nombre de variables affectent le nombre de plateaux théoriques nécessaires pour optimiser le processus d'échange dans le régénérateur 20, un nombre de 12 plateaux théoriques est généralement considéré comme

suffisant pour la recharge en deutérium du liquide d'échan-

ge constitué du mélange eau/DMSO/base décrit plus haut.

En pratique, lors de l'utilisation d'un régénérateur gaz/liquide 20 ayant plusieurs plateaux à trous destinés à réaliser le contact à contrecourant entre un écoulement vers le bas du liquide d'échange et un écoulement vers le

haut, sensiblement égal, de vapeur, environ 16 à 17 pla-

teaux à trous sont nécessaires pour obtenir les 12 plateaux

théoriques nécessaires calculés.

Comme dans le cas de la tour d'échange 25, le régé-

nérateur opère en définissant un environnement dans lequel de la vapeur riche en deutérium peut venir en contact avec

le liquide d'échange épuisé de manière à ce que l'équili-

brage des concentrations en isotope des deux phases puisse

avoir lieu. En mettant les deux phases en contact à contre-

courant dans une colonne ayant un nombre de plateaux thé-

oriques suffisant, le liquide épuisé sera rechargé jusqu'à une concentration en deutérium presque naturelle lors de sa descente dans la colonne de régénération 20, et de la

même manière la vapeur s'épuisera progressivement en deuté-

rium lors de sa montée dans la colonne 20.

En utilisant le liquide d'échange eau/DMSO/base

255401 2

décrit plus haut, ce procédé de rétablissement de la con-

centration en deutérium du liquide d'échange évite les pro-

blèmes mentionnés plus haut associés à une approche conven-

tionnellé par distillation pour la recharge du liquide d'é-

change. Il n'existe aucun problème de transformation en sel

de la base dans le régénérateur 20, et le processus de re-

charge peut être rendu rentable sur le plan énergétique en

utilisant la chaleur de la vapeur perdue récupérée au som-

met de l'unité d'enrichissement 21 pour produire davantage

de vapeur à partir de l'eau d'alimentation.

Lors de l'infiltration de la vapeur en montant dans la colonne de régénération 20, celle-ci absorbe une faible quantité de DMSO à partir du liquide d'échange. Avant de décharger la vapour perdue dans l'environnement, celle-ci

est soumise à un fractionnement conventionnel dans une co-

lonne d'enrichissement 21 comportant environ 4 plateaux théoriques. Le DMSO récupéré à partir de la vapeur descend

dans la colonne 21 pour entrer directement dans le régéné-

-rateur20, o il se mélange avec le liquide d'échange qui

descend dans cette colonne.

La vapeur perdue sortant au sommet de la colonne

d'enrichissement 21 présente une concentration en DMSO ac-

ceptablement faible (environ 200 ppm) et se dirige vers un condenseur/chaudière 28 dans lequel elle est utilisée

pour faire bouillir l'eau d'alimentation et l'utiliser com-

me vapeur dans le régénérateur 20. L'eau perdue condensée

dans le condenseur/chaudière 28 sera h une température.

d'environ 90'C et, après avoir détourné une petite partie

de celle-ci pour la ramener au sommet de la colonne d'en-

richissement 21 comme reflux, elle se dirige vers un échan-

geur de chaleur liquide-liquide 29, destiné à chauffer l'eau d'alimentation se dirigeant vers la chaudière 28. En

sortie de l'échangeur de chaleur 29, l'eau perdue est re-

jetée. Le condenseur/chaudière 28 est relié à une soufflerie 1 1 dans laquelle la vapeur d'alimentation est comprimée

préalablement à son introduction dans la colonne de régéné-

ration 20. La vapeur entrant dans la soufflerie 30 aura une température d'environ 90 C et, après sa compression dans la soufflerie 30, la température de la vapeur sera d'environ

C. Tout chauffage supplémentaire nécessaire de la va-

peur d'alimentation avant son introduction dans le régéné-

rateur 20 peut être accompli au moyen d'une unité de chauf-

fage auxiliaire 31.

Ainsi, l'homme de l'art notera que l'utilisation du

condenseur/chaudière 28 pour récupérer une partie signifi-

cative de l'énergie calorifique Jde la %vapeur perdue entraîne une réduction substantielle: du co t énergétique associé à cette

partie du processus global.

Les principes du présent procédé de régénération à

l'état humide d'un liquide d'échange sont également appli-

cables à un processus d'élimination de tritium, tel que

l'élimination du tritium dans de l'eau lourde ou H2 0 conta-

minée. Le tritium accumulé est éliminé au moyen d'une dis-

sociation sélective d'un coNosé d traval.pprop.rieéD-isasnt un composé detravail analogue à celui qui est préféré pour le processus de production de D20, les calculs indiquent que le CTF est un composé de travail approprié pour éliminer le tritium de H20 contaminée, et que le CTC13est approprié pour la purification de D20. La dissociation sélective du

composé de travail comportant du tritium sera encore accom-

plie au moyen d'un rayon laser à haute puissance accordé,

et les composés contenant du tritium formes lors de la ré-

action de dissociation seront pour la plupart vraisembla-

blement convertis en gaz T2 pour le stockage dans une épon-

ge métallique.

Dans un processus pour éliminer le tritium dans H20, la majeure partie du tritium doit être éliminée avant que l'eau sortant par le sommet du régénérateur 20 puisse être évacuée dans l'environnement. En conséquence, les exigences de fonctionnement du régénérateur 20 utilisé dans cette application sont beaucoup plus strictes que ce n'est le cas lorsque l'on traite du D20 utilisé dans les réacteurs

ou dans le processus de production de D20 mentionné précé-

demment. Typiquement, le rapport des concentrations de tri-

tium entre les courants d'entrée et de sortie d'un régéné-

* rateur 20 d'un système d'élimination du tritium dans de-

l'eau légère sera de l'ordre de 1 000 tandis,que dans un processus d'élimination du tritium dans de l'eau lourde ou dans un processus de production d'eau lourde, le rapport isotopique aux bornes du générateur 20 sera de l'ordre de 10. Le rapport isotopique élevé aux bornes du régénérateur dans un processus d'élimination du tritium dans de l'eau

légère impose que les écoulements à contre-courant de va-

peur et de liquide d'échange aient des débits différents,

de manière à ce que la colonne conserve une dimension rai-

sonnable. Les calculs indiquent que le nombre de plateaux théoriques nécessaires pour un régénérateur 20 dans lequel les écoulements à contrecourant sont sensiblement égaux est supérieur à 1 000. Cependant, le nombre de plateaux

baisse rapidement dès que l'écoulement descendant est aug-

menté par rapport à l'écoulement de vapeur montant. Ainsi, lorsque le débit du liquide descendant dans la colonne est égal à 1,5 fois le débit de l'écoulement montant de vapeur, le nombre de plateaux théoriques nécessaires est ramené à

17, ce qui est raisonnable d'un point de vue commercial.

Que ce soit dans les processus de production de D20 ou d'élimination du tritium, le régénérateur gaz/liquide

20 peut être remplacé par une colonne ou dispositif de con-

tact liquide-liquide 40, tel que représenté à la figure 3.

On notera que, du fait que le dispositif de la figure 3 re-

çoit des écoulements à contre-courant de deux liquides, l'appareil peut être disposé aussi bien horizontalement que verticalement. Il est clair que des avantages en matière

de coût peuvent favoriser la position horizontale.

En référence à la figure 3, qui représente le régéné-

rateur 40 sous la forme d'une colonne, le liquide d'échange

épuisé provenant du fond de la tour d'échange 25 est in-

troduit au sommet de la colonne 40, et une eau d'alimenta- tion contenant une concentration enrichie soit en deutérium,

soit en tritium, est introduite au fond de la colonne 40.

Les deux écoulements se déplacent à contre-courant à tra-

vers un certain nombre d'étages de mélange situés à l'inté-

rieur de la colonne 40, qui définissent les étages théori-

ques nécessaires pour assurer la recharge du liquide d'é-

change. Chaque étage du régénérateur 40 est identique, à l'exception des premier et dernier étages. A la figure 3, ces étages peuvent être observés sous la forme de récipients

ou plateaux de mélange 41, 42 et 43. Chaque plateau de mé-

lange 42 reçoit du liquide à la fois à partir du dessus et du dessous, les liquides sont mélangés puis séparés en des écoulements montant et descendant dans la colonne 40. Le plateau supérieur 43 reçoit un écoulement provenant de la colonne d'échange 25, et un écoulement de vapeur ou de D20

gazeux est retiré de celui-ci. Le plateau inférieur 43 re-

çoit un écoulement d'eau d'alimentation ou de D20, et l'é-

coulement vers le bas à partir de celui-ci comprend le li-

quide d'échange régénéré qui est dirigé vers le sommet de la tour d'échange 25. On notera que, du fait que c'est de la vapeur qui est retirée du plateau 42, la concentration du catalyseur basique, par exemple NaOH, qui est introduit dans la colonne 40 comme constituant du liquide d'échange,

augmentera progressivement vers le sommet de la colonne 40.

Cette augmentation de la concetration s'applique également

au DMSO, mais n'est pas aussi critique pour le fonctionne-

ment du régénérateur 40 du fait que le DMSO est un liquide.

L'augmentation de la concentration en NaOH vers le sommet de la colonne 40 est la conséquence du fait que NaOH a un débit d'écoulement lors de sa montée dans la colonne 40 qui dépend du débit de l'écoulement montant de l'eau dans la

colonne 40 et de la concentration en NaOH dans cette eau. A l'inverse, dans le régénérateur vapeur/liquide 20, le débit d'écoulement

de NaOi montant dans la colonne dépend de sa pression de vapeur, et est ainsi, pour des raisons pratiques, nul. Cette augmentation de la concentration en NaOH dans le régénérateur liquide/liquide 40 peut être mo- dérée en ajustant les débits d'écoulement des liquides se

déplaçant à contre-courant. En augmentant le débit d'écou-

lement du liquide descendant dans la colonne 40 par rapport à celui du liquide montant dans la colonne 40, le facteur d'augmentation de la concentration en NaOH au sommet de la

colonne 40 est réduit.

On a calculé que, pour une installation d'élimina-

tion du tritium dans laquelle le courant d'alimentation de H20 a une concentration en tritium de 50 Ci/l et le courant de sortie de H20 a une concentration en tritium de 0,05 Ci/l, un régénérateur 40 ayant onze étages théoriques et un écoulement descendant dans la colonne 40 égal au double

de l'écoulement montant dans la colonne 40, la concentra-

tion en NaOH dans-le plateau supérieur 43 est égale à deux fois la concentration en NaOH dans le liquide d'échange entrant au sommet de la colonne 40. Ces paramètres sont

raisonnables pour un processus d'élimination du tritium.

Cependant, lorsque le rapport entre les écoulements dans la colonne 40 approche la valeur de 1, la concentration en NaOH dans le plateau supérieur 42 augmente rapidement et

la transformation de NaOH en sel devient un problème fon-

damental. Ainsi, bien que des régénérateurs 40 aussi bien

gaz/liquide que liquide/liquide opèrent selon des princi-

pes similaires, le choix du type de régénérateur 40 à uti-

liser dans un processus du type décrit ici dépendra d'un

certain nombre de paramètres de conception.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de recharge en isotope dans un processus de concentration en deutérium ou en tritium au moyen d'une photodissociation sélective par rayon laser d'un composé de travail contenant du deutérium ou du tritium, mélangé avec son analogue hydrogéné'ou à deutérium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: mettre en contact le mélange de composé de travail dont l'isotope est épuisé à contre-courant avec un liquide

d'échange ayant approximativement la concentration en iso-

tope d'un courant d'alimentation d'eau ou de D20 dans une

première colonne de contact, le liquide d'échange compre-

nant un mélange d'eau, ou de D20, d'un solvant organique

miscible à l'eau qui accroît la vitesse de réaction de re-

charge en isotope, et d'un catalyseur basique; retirer le liquide d'échange dont l'isotope est épuisé du fond de la première colonne;

mettre en contact le liquide d'échange dont l'i-

sotope est épuisé à contre-courant avec le courant d'ali-

mentation dans un second dispositif de contact; retirer le liquide d'échange rechargé en isotope par une extrémité du second dispositif, pour l'utiliser dans la première colonne; et récupérer le solvant organique absorbé à partir de l'eau ou le D20 gazeux retiré par l'autre extrémité du

second dispositif.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à récupé-

rer de la chaleur à partir de l'eau ou du D20 gazeux dont

l'isotope est épuisé retiré du sommet du second appareil.

3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus est utilisé pour éliminer le tritium de D20. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus est utilisé pour éliminer le tritium

d'eau légère (H20) contaminée.

- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le processus est utilisé pour la production de D 20.

6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant solvant organique miscible à l'eau du

liquide d'échange est le diméthylsulfoxyde.

7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange d'eau et de diméthylsulfoxyee coistituant le liquide d'échange comprend de 50 à 90 moles pourcent de diméthylsulfoxyde. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur basique est présent dans le liquide d'échange en une concentration comprise entre 0,1 et 0,01 mole/litre. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en

ce que le catalyseur basique est la soude.

- Procédé selon la revendication.1, caractérisé en

ce que le composé de travail est choisi dans le groupe com-

prenant un analogue au deutérium ou au tritium de méthane

di-halogéné, de méthane tri-halogéné, de 1,2-éthylène di-

halogéné, d'éthylène tri-halogéné, d'éthane tétra-halogéné,

et d'éthane penta-halogéné.

11 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé de travail est du trifluorométhane au deutérium. 12 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé de travail est du trichlorométhane au

tritium.

13 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé de travail est du trifluorométhane au tritium. 14 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce que la première colonne de contact comporte une structu-

re intérieure comprenant plusieurs plateaux criblés.

- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second dispositif de contact est une colonne de contact gaz/liquide comportant une structure intérieure

comprenant plusieurs plateaux criblés.

16 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en -ce que la vapeur épuisé est introduite dans un condenseur/

chaudière afin de chauffer l'eau d'alimentation et la va-

poriser. 17 - Procédé selQn la revenicatiQn 1f c1ractérisé en ce que le second dispositif de contact est un dispositif de contact liquide/liquide comportant une structure intérieure

comprenant plusieurs récipients de mélange de liquides.

18 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les écoulements à contre-courant à l'intérieur du

second dispositif de contact sont sensiblement égaux.

19 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les écoulements à contre-courant à l'intérieur du

second dispositif de contact sont différents l'un de l'au-

tre. - Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les écoulements à contre-courant à l'intérieur du

second dispositif de contact sont différents l'un de l'au-

tre.