NO118541B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til oppkonsentrering av tungt vann.

Det er kjent at når vann og vannstoff,

som begge inneholder de to isotoper pro-tium og deuterium, bringes i kontakt med hverandre, vil det skje en utbytning av isotopene mellom de to reaktanter :

HD + H20 -^H2 + HDO. Reaksjonen vil tendere mot en likevekt bestemt ved lig-ningen

hvor C angir konsentrasjonen ved like-vektstilstand, og k er en konstant ved en gitt temperatur.

Reaksjonshastigheten er meget liten, og selv ved bruk av egnede katalysatorer bør vannet helst foreligge i dampform om reaksjonen skal kunne gå med teknisk brukbar hastighet.

Reaksjonen utnyttes i alminnelighet i forbindelse med et elektrolytisk vannspalt-ningsanlegg. Ved elektrolysen foregår en anriking av tungt vann i elektrolytten, idet den vannstoff gass som frigjøres, er fattigere på deuterium enn vannet i elektrolytten. Når man deler anlegget opp i en rekke trinn med avtagende størrelse, får man en økende tungtvannskonsentra-sjon ved å mate hvert trinn med vann fra det foregående i rekken. Vannet fåes ved utkondensering av den fuktighet som føl-ger med den varme gass fra elektrolys-ørene.

Ved et bestemt trinn i oppbygningen vil anrikingen av tungt vann være så stor at innholdet av deuterium i den frigjorte vannstoffgass med fordel vil kunne utnyttes ved en utbytningsreaksjon med vanndamp fremstilt av kondensat fra et passende tidligere trinn eller av vanlig vann.

Ved blandingen av mettet vanndamp og kold vannstoffgass vil det ved de vanlig forekommende blandingsforhold danne seg tåke av ukondensert vann. Blandingen må derfor opphetes ytterligere før den går til katalysatoren, da et nedslag av fuktighet på denne vil nedsette reaksjonshastigheten vesentlig.

Vannstoffgassen bringer med fra elek-trolysøren endel elektrolytt i form av tåke. Denne bør filtreres fra gassen, da den el-lers vil danne et belegg på katalysatoren.

Etterat blandingen har fått den rik-tige tilstand, føres den inn på katalysatoren, hvor omsetningen skjer. Dampen kondenseres ut i en kjøler, og gassen kan, om deuteriuminnholdet er stort nok, utbyttes i nye utbytningstrinn mot vanndamp av avtagende deuteriuminnhold. Hvor langt prosessen kan utnyttes, blir et økonomisk spørsmål, spesielt avhengig av prisen på den disponible energi til damp-fremstillingen. Også for de første utbytningstrinn spiller imidlertid utgiftene til dampfremstilling en viktig rolle, og det er derfor av betydning for tungtvannprisen å bruke billige energikilder til dampfrem-stillingen.

Som kjent, utvikles det ved elektrolyse av vann betydelige varmemengder, som må fjernes ved avkjøling. Foreliggende oppfinnelse vedrører en fordelaktig

fremgangsmåte til utnyttelse av disse varmemengder ved oppkonsentreringen av

tungt vann etter den kombinerte prosess: elektrolyse — utbytning. Videre omfatter oppfinnelsen en ny fremgangsmåte til blanding av de nødvendige dampmengder med den vannstoffgass som skal utbyttes.

Fremgangsmåten etter oppfinnelsen går ut på å føre vannstoffgass fra et trinn i elektrolysen i motstrøm mot varm elektrolytt-lut fra et tidligere trinn. Fordunst-ningen fra luten vil derved gi gassen et vanndampinnhold tilsvarende dampten-sjonen ved den herskende luttemperatur. Etterat utbytning har funnet sted i et særskilt katalysatorkammer, blir den på deuteriumoksyd anrikede vanndamp ut-kondensert og eventuelt tilført et passende elektrolysetrinn, hvorfra vannstoffgassen går til ny utbytning, osv.

Den avkjølte elektrolytt-lut går tilbake til elektrolyseanlegget.

Vedlagte tegning gir et eksempel (skjematisk) på fremgangsmåtens ut-førelse.

Beholderen (a) er fylt med et materiale (b) med stor overflate, f. eks. Raschig-ringer, som hviler på en rist (c). Varm elektrolytt fra elektrolyseanlegget ledes ved hjelp av en pumpe (j) inn i beholderen, og fordeles gjennom et perforert rør eller annen egnet anordning (d). Elektrolytten renner ned gjennom beholderen, idet den fordeler seg utover fyllegemene (b), samles i bunnen, og går tilbake til elektrolysørene gjennom røret (e). Vannstoffgassen kommer inn i beholderen gjennom røret (f), hvis åpning er dekket med en hatt (g). Gassen stiger opp mellom fyllegemene i motstrøm mot elektrolytten, idet den oppvarmes og opptar vanndamp i en mengde som er bestemt av elektrolyttens vanndamptensjon ved den rådende temperatur. Blandingen av vanndamp og vannstoffgass føres fra toppen av beholderen direkte inn på katalysatorkammeret (h) hvor reaksjonen foregår, og så videre .til en kjøler (i), hvor den på tungt vann anrikede vanndamp kondenseres ut. Oppfinnelsen medfører flere betydelige fordeler. Den muliggjør således en en-kel og meget effektiv utnyttelse av den foreliggende lutvarme (med derav følgen-de, fordeler for prosessens varmeøkonomi). Da elektrolyttens vanndamptensjon er mindre enn for rent vann, vil vanndampen i blandingen som går til katalysatorkammeret, få en viss overheting, hvorfor man også unngår den sjenerende tåkedannelse som vanlig oppstår ved blanding av kold gass med mettet damp. En ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ligger i at de lutmengder som vannstoffgassen river med fra elektrolysørene, og som i de kjente prosesser må fjernes ved særlige tiltak foråt ikke katalysatoren skal ødelegges, reduseres meget sterkt. Dette må betegnes som overraskende, idet man snarere skulle ha ventet en økning i gassens elektrolyttinnhold ved en direkte motstrømskontakt mellom gass og elektrolytt.

Ved den oppståtte fordunstning av vannet fra elektrolytten inntrer en tilsvarende nedkjøling av denne. Under van-lige dirftsforhold må varmen som utvikles i elektrolysørene, fjernes. Ved bruk av foreliggende oppfinnelse oppnår man således også å spare kjølevann. Man øker også — uten bruk av ekstra energi — den mengde vann som tas ut av vedkommende trinn i tungtvannsanlegget, og har der-med mulighet for å variere de enkelte trinns størrelse i forhold til hverandre, eventuelt øke antall trinn.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til oppkonsentrering av tungt vann under anvendelse av utbytning av de to isotoper deuterium og pro-tium mellom vanndamp og vannstoffgass, karakterisert ved at den nødvendige damp fremstilles ved at vannstoffgass fra et passende trinn i et elektrolytisk vannspalt-ningsanlegg som er oppdelt for produksjon av tungt vann, føres i direkte kontakt med varm elektrolytt fra et annet passende trinn gjennom en beholder fylt med et materiale med stor overflate, således at vannstoffgassen oppvarmes av elektrolytten og opptar vanndamp fra denne, hvor-etter blandingen av vannstoffgass og vanndamp føres til et særskilt katalysatorkammer hvor utbytningen foregår, og re-aksjonsblandingen kjøles, hvorved utkon-denseres vann anriket på deuteriumoksyd.