PL48009B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu 'stezania deuteru Obok znanych sposobów stezania deuteru opar¬ tych na destylacji, jaik np. destylacji wodoru w niskich temperaturach, destylacji amoniaku przy zwiekszonym cisnieniu lub destylacji wody przy zmniejszonym cisnieniu, zainteresowania techniczne wzbudzily równiez chemiczne sposo¬ by wymiany, np. wymiana: wodór — woda, siar¬ kowodór—woda, lub amoniak — wodór. Destyla¬ cja amoniaku wzglednie wody -pociaga za soba wysokie koszty na urzadzenia i na zuzyta ener¬ gie, gdyz wyznaczajacy te koszty elementarny wspólczynnik rozdzialu, rózni sie bardzo malo od jednosci. Przy destylacji wodoru w niskich temperaturach dochodzi jeszcze dodatkowoi trud¬ nosc uzyskania bardzo czystego wodoru. Sposób wzbogacania deuteru na drodze wymiany amo¬ niak — wodór jest niekorzystny ze wzgledu na mala predkosc wymiany izotopów, nawet w *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest inz. dr Klaus Wetzel. obecnosci katalizatorów. Zastosowanie wymiany siarkowodór — woda jest utrudnione w znacz¬ nym stopniu przez korozje. Uzyskanie ciezkiej wody przez wymiane wodór — woda mozna zrealizowac wieloma sposobami. Konieczna dla odwrócenia fazy, zamiana wody w wodór na drodze chemicznej lub elektrolitycznej, moze byc pominieta przez zastosowanie znanego procesu „goraco — zimno". W procesie tym oddzielanie izotopów prowadzi sie na przemian w kolumnie pracujacej w niskiej temperaturze, a nastepnie w kolumnie pracujacej w wysokiej temperatu¬ rze. Chemiczne odwrócenie fazy jest nieekono¬ miczne i ogranicza moc produkcyjna takiego urzadzenia do wartosci okreslonej zuzyciem wo¬ doru przez przemysl.Proces „goraco — zimno" moze byc przepro¬ wadzony np. wspólpradowo z zastosowaniem pa¬ ry wodnej i wodoru w dwóch zespolach, komór ketaJizatorowyloli -polaczonych kaskadowo i pra¬ cujacych w dwóch róznych temperaturach. Tem- peraturai, wizimnej kcimorze, jest jednak wtedyjpz^feak^wysoka, ze równowaga przy wymianie woidór — woda ustala sie niekorzystnie, tak ze uzyskuje sie^tylko znikoma ilosc deuteru zawar¬ tego wwodzie. ' Przy zastosowaniu katalizatorów w postaci za¬ wiesiny wymiana deuteru pomiedzy wodorem i ciekla woda przebiega stosunkowo szybko. Dla¬ tego tez proponowano azeby zawiesine kataliza¬ tora przepompowywac w obiegu kolowym przez zimna kolumne o temperaturze np. 30°C, a na¬ stepnie przez goraca o temperaturze np. 200°C.Gaz zawierajacy wodór, z którego wydobywa sie deuter, wchodzi do urzadzenia od dolu kolumny pracujacej w wysokiej (temperaturze, a opuszcza u góry kolumny pracujacej w niskiej tempera¬ turze. Azeby przesylanie pary wodnej z kolumny pracujacej w wysokiej temperaturze do kolumny pracujacej w niskiej temperaturze nie powodo¬ walo zaklócen, trzeba pracowac przy bardzo wy¬ sokim cisnieniu np. 100—200 atm. nadcisnienia.Poza tym temperatura goracej kolumny nie mo¬ ze byc wiele wyzsza od 200°C. Zastosowanie wy¬ sokiego cisnienia pociaga za soba wysoki koszt urzadzenia. Zalezna od temperatury stala równo¬ wagi ' - • [UDO1 fH 1 ^ LA lJ_ w temperaturze 200° od- [HfO][HD] biega tak znacznie od jednosci, ze wydajnosc deuteru nie przekracza 30—35%.Oprócz tego przy tym sposobie pracy powstaje niebezpieczenstwo, ze katalizator csedzi sie w strumieniu wody znajdujacej sie w obiegu kolo¬ wym, i przez to jego dzialanie bedzie znacznie slabsze. Wady tych znanych procesów usuwa sie we¬ dlug wynalazku w ten sposób, ze w jednej ko¬ lumnie prowadzi sie wymiane izotopów pomie¬ dzy wodorem i wcda, stosujac przy tym prze- ciwprad, a w nastepnej kolumnie wymiane de^ uteru pomiedzy wodorem i para wodna, stosu¬ jac przy tym wspólprad. W celu przeprowadze¬ nia wymiany izotopowej, wode wychodzaca u dolu kolumny 1 przedstawionej na zalaczonym rysunku pracujacej w niskiej temperaturze, od¬ parowuje sie w wyparce 2 i przesyla z katali¬ zatorem doprowadzanym (do strumienia wody) przewodem 5 do kolumny 3 pracujacej w wyso¬ kiej temperaturze we wspólpradzie ze strumie¬ niem wodoru wyprowadzanym u góry kolum¬ ny1. .' Mieszanine wodoru z para wodna wychodzaca z kolumny 3 rozdziela sie na drodze .wytaoplenia w kondensatorze 4. Otrzymana w ten spoJsób wo- de,"1ctóra jest uboga w deuter odrzuca sie/iwzgled- nie doprowadza do nizszego stopnia kaskady a wodór, który ze wzgledu na polozenie równo¬ wagi przy prowadzonej w wysokich temperatu¬ rach wymianie wodór — woda, posiada w przy¬ blizeniu tak wysoka zawartosc deuteru, co i wo¬ da wychodzaca z kolumny ;2, wprowadza z po¬ wrotem od dolu do kolumny 1. Mozna równiez czesc tego strumienia wodoru doprowadzic do wyzszego stopnia kaskady. Przez to, ze w ko¬ lumnie 3 wymiana, z para wodna przebiega we wspólpradzie, temperatura w kolumnie tej nie jest ograniczona cisnieniem pary cieklej wody.Moze ona lezec np. pomiedzy 300 i 700°C. Tempe¬ ratura w zimnej kolumnie wynosi 20—100°C. Po¬ za tym odpada koniecznosc pracy kolumny 1 i 3 pod wysokim cisnieniem. Korzystnie cisnienie nie powinno przekraczac 50 atmosfer. Przy spo¬ sobie pracy wedlug wynalazku istnieje równiez mozliwosc uzyskania suchego katalizatora po od¬ parowaniu wody i ponownego domieszania go do wody doplywajacej do kolumny 1, tak ze osadza¬ nie sie katalizatora jest prawie zupelnie wyklu¬ czone.Tak jak przy wymianie proponowanej przez Beckera zachodzacej pod wysokim cisnieniem pomiedzy wodorem i ciekla woda, równiez w sposobie wedlug wynalazku mozna wydobywac deuter z gazów zawierajacych wodór, np. z ga¬ zów do syntezy amoniaku, jak równiez z samej wody. W tym ostatnim wariancie, w przypadku sposobu proponowanego przez E^ckera strumie¬ nie substancji plynacych przez Kolumne pracu¬ jaca w wysokiej temperaturze sa wieksze trzy¬ krotnie ze wzgledu na stosunkowo niska tempe¬ rature panujaca w tej kolumnie. Ta woda rów¬ niez odpada w sposobie wedlug wynalazku, gdyz w wysokich temperaturach w kolumnie pracuja¬ cej w wysokiej temperaturze wielkosc strumie¬ nia gazu i cieczy rozpatrywana w ilosciach mo¬ lowych, jest tego samego rzedu.Katalizator zawieszony w wodzie, po odparo¬ waniu wody mozna otrzymac w stamie suchym i zawracac, jezeli to konieczne po regeneracji, do obiegu kolowego górnym koncem kolumny pra¬ cujacej w niskiej temperaturze. Mozliwe jest równiez odprowadzanie katalizatora w stanie wilgotnym odbieranie jako produktu wody otrzy¬ manej przez dodatkowe suszenie katalizatora.Pracujaca w wysokiej temperaturze kolumna wyposazona jest w staly katalizator korzystnie, np. z niklu osadzonego na tlenku chromowym lub z platyny osadzonej na weglu aktywowa¬ nym.; Sposobem wedlug wynalazku mozliwe jest równiez odprowadzenie katalizatora w zawiesir - 2 -nie dopiero po opuszczeniu kolumny 3. Odpada tym samym koniecznosc umieszczania stalego katalizatora w kolumnie 3. Zrozumiale jest, ze koszt energii zuzywanej w sposobie wedlug wy¬ nalazku, mozna zmniejszyc przez wlaczenie wy¬ mienników ciepla.Odbieranie deuteru nastepuje pomiedzy ko¬ lumna 1 i 3, przy czym odprowadza sie go w po¬ staci wodoru luib lepiej w postaci wody. Urza¬ dzenie przedstawione na rysunku moze wspól¬ pracowac z dalszymi stopniami kaskady, przez doprowadzenie do tych stopni czesci strumienia wodoru wzglednie wody lub obydwu tych czyn¬ ników. Dokonuje sie (tego tak, ze od strumienia wody, wychodzacego z pracujaceg w niskiej tem¬ peraturze kolumny kazdego poszczególnego stop¬ nia, odgaleziony zostaje strumien, który dopro¬ wadza sie do górnego konca kolumny pracujacej w niskiej temperaturze nastepnego wyzszego stopnia kaskady, podczas gdy wodór opuszcza¬ jacy górny koniec kolumny pracujacej w niskiej temperaturze doprowadza sie do górnego konca kolumny pracujacej w wysokiej temperaturze poprzedniego stopnia kaskady. W ten sposób mozna znacznie zmniejszyc koszty urzadzenia.Sposobem wedlug wynalazku mozna równiez wydobywac deuter z gazów zawierajacych wo¬ dór, przy czym postepuje sie tak, ze wymiane izotopowa prowadzi sie w kolumnie pracujacej w wysokiej temperaturze np. 300—700°C, pomie¬ dzy wodorem i para wodna, w przeciwpradzie w obecnosci katalizatora. Nastepnie pare wodnaN skrapla sie i pobiera deuter ze strumienia^ wo¬ doru plynacego w przeciwpradzie z kolumny 1. w kolumnie wzbogacajacej pracujacej w nis¬ kiej temperaturze np. 20^100°C, w obecnosci\ katalizatora. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób stezania deuteiru na drodze wymiany izotopów w ukladzie wodór — woda w obec¬ nosci katalizatora, znamienny tym, ze wymia¬ ne izotopów prowadzi sie tak, ze najpierw przez kolumne, przepuszcza sie w przeciw¬ pradzie wodór i cielsla wode, a wychodzace z tej kolumny produkty, po przeprowadzeniu wody w stan pary wprowadza sie we wspól- pradzie do nastepnej kolumny, po czym pro¬ dukt odbiera sie w postaci wody wzbogaconej w deuter ze strumienia wody wyplywajacej z kolumny pracujacej w niskiej temperatu¬ rze, lub w postaci wodoru wzbogaconego w deuter, ze strumienia wodoru wyplywajacego z kolumny pracujacej w wysokiej tempera¬ turze. ! 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze katalizator zawieszony w wodzie, przed wej¬ sciem do nastepnej kolumny, oddziela sie przez odparowanie wody, a wymiane izoto¬ pów pomiedzy wodorem i para wodna prowa¬ dzi na staiym katalizatorze. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze odprowadzany z pierwszej kolumny kataliza¬ tor w postaci zawiesiny, doprowadza sie do nastepnej kolumny razem z wodorem i para wodna, gdzie wplywa on równiez katalitycz¬ nie na wymiane izotopów. 4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym* ze pare wodna wychodzaca z drugiej kolumny doprowadza sie po kondensacji do górnej cze¬ sci pierwszej kolumny, a wodór pozostajacy po kondensacji, wprowadza dolnym koncem do pierwszej kolumny. 5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze w pierwszej kolumnie utrzymuje sie tem¬ perature mniejsza od 100°C, korzystnie \ 20—50°C, ajw drugiej kolumnie temperature \ np. 300_7QO°C. * V E B V a k u t r o n i k 1 Zastepca: mgr Józef Kaminski rzecznik patentowyDo opisu patentowego nr 48009 2549. RSW „Prasa", KieUce. Niakl. 250 egz. BIBLIOTEKA! Urzedu Patentowego Polskiej Rzeczypospolite) L-rio*^ PL