RO113230B1 - PROCEDEU Șl INSTALAȚIE DE PRODUCERE A APEI GRELE ÎN SISTEM BITERM - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație de producere a apei grele în circuit închis pe ambele faze. Procedeul conform invenției se caracterizează prin aceea că apa saturată în hidrogen sulfurat, încălzită de la 3O...35°C, este introdusă într-o zonă de echilibrare cu regim de coloană caldă, unde se asigură un schimb izotopic, prin îmbogățirea în deuteriu a fazei gazoase, lichidul epuizat fiind evacuat pe la baza zonei de echilibrare, în timp ce faza gazoasă, ce părăsește zona de echilibrare pe la vârf, având temperatura de 130...135° C, este alimentată în primul etaj biterm, mai întâi în coloana caldă, pe la bază, și apoi pe la baza coloanei reci, de unde fluxul fierbinte de gaz, răcit la 3O...35°C, este aspirat și refulat la baza zonei de echilibrare. Instalația conform invenției se caracterizează prin aceea că cuprinde o coloană de echilibrare, ce se poate implementa în primul etaj al oricărei instalațiipilot sau industriale, de producere a apei grele prin schimb izotopic biterm, această coloană funcționând la parametrii unei coloane calde și având rol de a pompa deuteriu în circuitul bitermului.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu și o instalație de producere a apei grele prin schimb izotopic între apă și hidrogen sulfurat, în sistem biterm.

Procedeul se bazează pe reversibilitatea reacției de schimb izotopic:

- 35°C

H_;,0 + HDS---HDS + H,S

130 -135°C

Realizarea practică a procesului se face utilizând perechi de coloane cald-rece în care apa și hidrogenul sulfurat circulă în contracurent peste elementele de contact ale coloanelor la o presiune de 18 ... 22 bar.

O pereche de coloane cald-rece constituie un etaj de schimb izotopic biterm.

Procedeele clasice de schimb biterm utilizate în prezent în instalațiile de producere a apei grele, pot fi divizate în două familii, în baza metodei adoptate pentru eliminarea lichidului proaspăt în sistem. Procedeul de alimentare rece, cel mai utilizat constă în alimentarea lichidului apă saturată cu hidrogen sulfurat, la vârful coloanei reci. Procedeul de alimentare caldă constă în alimentarea coloanei calde cu lichid saturat cu hidrogen sulfurat, la temperatura de 13O...135°C într-o zonă unde concentrația de proces este egală cu concentrația de alimentare. Concomitent, o fracțiune de alimentare este alimentată rece la vârful coloanei reci.

In ambele procedee de alimentare aportul de izotop se face numai pe faza lichidă, primul etaj de schimb izotopic biterm fiind operat în circuit închis pe fază de gaz și în circuit deschis pe fază lichidă. Ca atare sistemul este sensibil la puritatea curentului de alimentare și la transportul produselor de coroziune prezente în fluidele circulate. Sulfurile de fier din apa de proces formează impuritatea cea mai de nedorit, deoarece ca produs al coroziunii se găsește în cantități mari. Datorită solubilității scăzute și variației ei cu temperatura, în instalațiile actuale sulfura se depune pe talere, în schim2 bătoarele de căldură și în vasele unde viteza fluidului nu o mai menține în suspensie, diminuând gradul de disponibilitate al sistemului.

Este cunoscută o instalație pentru separarea deuterului prin schimb izotopic între apă și hidrogen sulfurat în regim biterm. Această instalație este formată din perechi de coloane reci și calde dispuse în două etaje în care faza lichidă constând din apă saturată în hidrogen sulfurat circulă în contracurent cu faza gazoasă constând din hidrogen sulfurat saturat cu vapori de apă, ultimele talere de la baza coloanelor reci constituind zone de dezumidificare în care fluxul fierbinte de gaz care vine din coloanele calde se răcește cu depunere de condens de la 130... 135°C până la 30 ... 35°C, căldura fiind preluată de fluxul lichid care pătrunde din coloanele reci în cele calde care se încălzește în mod corespunzător de la 30 ... 35°C la 130 ... 135°C, coloanele calde având la bază zone de umidificare a fazei gazoase (RO 74088).

Procedeul de producere a apei grele în sistem biterm, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că apa saturată în hidrogen sulfurat, încălzită de la 30 ... 35°C la 130... 135°C, este introdusă în zona de echilibrare cu regim de coloană caldă unde se asigură un schimb izotopic prin îmbogățirea în deuteriu a fazei gazoase, lichidul epuizat fiind evacuat pe la baza zonei de echilibrare în timp ce faza gazoasă ce părăsește zona de echilibrare pe la vârf având temperatura de 130 ... 135°C este alimentată în primul etaj biterm pe la baza unei coloane calde pe care o străbate ascendent și de unde este introdusă în zona de dezumidificare de la baza unei coloane reci pe care fluxul de gaze fierbinți o străbate ascendent, răcindu-se de la 130 ... 135°C la 30 .... 35°C, cu depunere de condens și pe care apoi o părăsește pe la vârf, fiind aspirat și refulat pe la baza zonei de echilibrare unde faza gazoasă se îmbogățește în vapori de apă și se încălzește prin schimb de căldură cu faza lichidă ce

RO 113230 Bl se răcește la 80 ... 90°C, recircularea fazei lichide realizându-se între baza coloanei calde, vârful coloanei reci și zona de echilibrare.

Instalația, conform invenției, prezintă un prim etaj biterm alcătuit dintr-o coloană caldă și o coloană rece prevăzută la bază cu un dezumidificator în care se alimentează prin pompare dintro coloană de absorbție apă saturată în hidrogen sulfurat încălzită într-un recuperator de căldură și un încălzitor de abur, faza gazoasă din coloana de echilibrare îmbogățită în deuteriu fiind alimentată apoi în primul etaj biterm pe la baza coloanei calde în timp ce efluentul epuizat în deuteriu este evacuat pe la baza coloanei de echilibrare spre o coloană de stripare, schimbul de căldură din sistem realizându-se prin bucle de recuperare a energiei termice formate de umidificator, dezumidificator, niște recuperatoare de căldură, niște încălzitoare cu abur și niște răcitoare.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- mărirea stabilității sistemului,

- operarea instalației biterm în circuite închise de lichid și gaz cu reducerea aproape completă a depunerilor și înfundărilor traseelor elementelor de închidere, schimbătoarele de căldură și a talerelor coloanelor de separare, mărind cel puțin la dublu perioada de funcționare a instalației fără revizie,

- evitarea pierderilor de izotopi prin efluent în cazul unor perturbații de proces ce pot să apară în etajele biterme.

Se prezintă, mai jos, un exemplu de realizare a procedeului, în legătură cu figura, care reprezintă schema tehnologică a unui etaj biterm H_aO ... H₂S, echipat cu coloană de echilibrare.

Apa saturată cu hidrogen sulfurat este pompată din coloana de absorbție 1 prin recuperatorul de căldură 8 și încălzitorul cu abur 9, ambele asigurând încălzirea alimentării de la 30 ... 35°C la 130 ... 135°C, spre coloana de echilibrare 2. In coloana de echilibrare care funcționează în regim de coloană caldă, lichidul este contactat intim cu faza gazoasă pe talere asigurând un schimb izotopic în sensul îmbogățirii în deuteriu a fazei gazoase. In acest fel apa își reduce conținutul izotopic de la 144 ppm la mai puțin de 121 ppm. Efluentul rezultat este evacuat prin diferența de presiune spre coloana de stripare 7.

Ultimele talere de la baza coloanei de echilibrare constituie zona de umidificare 3 a fazei gazoase.

Faza gazoasă - H₂S cu vapori de apă - care părăsește vârful coloanei reci 4 este aspirată de compresorul centrifugal 23 și refulată sub ultimul taler al umidificatorului 3 din coloana de echilibrare 2. Străbătând ascendent umidificatorul 3 faza gazoasă se îmbogățește cu vapori de apă și se încălzește prin schimbul de căldură cu faza lichidă care curge pe talerele umidificatorului 3, răcindu-se la 80 ... 90°C. Aportul de căldură pe faza lichidă 18, recirculare coloană de echilibrare, este asigurat de recuperatorul 12 și încălzitorul cu abur 13.

Faza gazoasă 17 cu o temperatură de 130 ... 135°C, părăsește vârful coloanei de echilibrare 2 și strătaze ascendent coloana caldă 6 și intră sub ultimul taler al dezumidificatorului 5 de la baza coloanei reci 4. Străbătând ascendent zona de dezumidificare 5 fluxul fierbinte de gaz 17 se răcește cu depunere de condens - de la 130 ... 135°C la 30 ... 35°C, străbate coloana rece și este aspirat de compresorul 23. Tot în zona de dezumidificare 5 fluxul de lichid 19, recirculare coloană rece, se răcește în recuperatorul 12 și răcitoarele 14 și 15 de la 130 ... 135 la 30 ... 35°C. Fluxul de lichid 20 cu temperatura 130 ... 135°C, alimentează vârful coloanei calde S prin care circulă descendent în contracurent cu faza de gaz, reducându-și conținutul izotopic.

Faza lichidă de la baza coloanei calde asigură recircularea pe sistem prin fluxurile 21 și 22. Fluxul 21 este echivalentul molar al vaporilor de apă transportați de fluxul de gaz 17 din coloana de

RO 113230 Bl echilibrare 2 spre etajul biterm. Fluxul este răcit în recuperatorul 8 și răcitoarele 10 și 11 la 30 ... 35°C și asigură alimentarea coloanei reci.

Fluxurile de lichid 24 și 25 și fluxul de gaz 26 asigură legăturile pe lichid și gaz între două etaje de schimb izotopic biterm.

Claims (2)

Revendicări

1. Procedeu de producerea apei grele în sistem biterm, caracterizat prin aceea că, în scopul operării în circuit închis pe ambele faze cu fluide practic pure, apa saturată în hidrogen sulfurat, încălzită de la 30 ... 35°C la 130 ... 135°C, este introdusă într-o zonă de echilibrare cu regim de coloană caldă unde se asigură un schimb izotopic prin îmbogățirea în deuteriu a fazei gazoase, lichidul epuizat fiind evacuat pe la baza zonei de echilibrare, în timp ce faza gazoasă ce părăsește zona de echilibrare pe la vârf, având temperatura de 130°C ... 135°C, este alimentată în primul etaj biterm pe la baza unei coloane calde pe care o străbate ascendent și de unde este introdusă în zona de dezumidificare de la baza unei coloane reci, pe care fluxul fierbinte de gaz o străbate ascendent răcindu-se de la 130 ... 135°C la 30 ... 35°C, cu depunere de condens și pe care apoi o părăsește pe la vârf, fiind aspirat și refulat la baza zonei de echilibrare unde faza gazoasă se îmbogă6 țește în vapori de apă și se încălzește prin schimb de căldură cu faza lichidă ce se răcește la 80 ... 90°C, recircularea fazei lichide realizându-se între baza coloanei calde, vârful coloanei reci și zona de echilibrare.

2. Instalație de producere a apei grele în sistem biterm, formată din etaje biterme, caracterizată prin aceea că, în scopul operării în circuit închis pe ambele faze cu fluide practic pure, primul etaj biterm alcătuit dintr-o coloană caldă (6) și o coloană rece (4) prevăzută cu un dezumidificator (5) este echipat cu o coloană de echilibrare (2) ce funcționează în regim de coloană caldă prevăzută la bază cu un umidificator (3) în care se alimentează prin pompare dintro coloană de absorbție (1) apa saturată în hidrogen sulfurat încălzită într-un recuperator de căldură (8) și un încălzitor de abur (9), faza gazoasă din coloana de echilibrare (2) îmbogățită în deuteriu fiind alimentată apoi în primul etaj biterm pe la baza coloanei calde (6) în timp ce efluentul epuizat în deuteriu este evacuat pe la baza coloanei de echilibrare (2) spre o coloană de stripare (7), schimbul de căldură din sistem realizându-se prin bucle de recuperare a energiei termice formate de umidificatorul (3), dezumidificatorul (5), niște recuperatoare de căldură (8 și 12], niște încălzitoare cu abur (9 și 13) și niște răcitoare (10, 11, 14 și 15).