автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Разработка эффективного способа разделения изотопов водорода методом каталитического изотопного обмена водорода с водой на гидрофобных катализаторах

Л1осковский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химнко-технологическим институт имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. №_

КАРПОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО СПОСОБА РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА МЕТОДОМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА С ВОДОЙ НА ГИДРОФОБНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ

05.17.01 — Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

№ Л Г-5.3/22 ДСП от 12.05.92 г.

Москва — 1Я92

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева.

Научный, руководитель — доктор химических наук, профессор Ю. А. Сахаровский.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор, Н. Ф. Мясоедов; кандидат химических наук, старший научный сотрудник А. П. Дзи-сяк. :

Ведущая организация — Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова.

Защита состоится _ 1992 г.

в / О час. в/^Ц^-'&уд. на заседании специализированного совета Д 053.34.10 в МХТИ им. Д. И. Менделеева (125190, Москва, А-190, Миусская пл., дом 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан__ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И. Н. КАМЕНЧУК

-1-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ. Актуальность теш: эвояимичасо разд&лешю изотопов водорода остается мп,уш1Кной ^аанче-й. поскольку развитии атомной энергетики, проведение работ по созданию термоядерных энергетических установок (программа ТОКАМАК, ITER и др.) выдвинули на первый план ряд новых вопросов, связанных с обеспечением безопасной эксплуатации термоядерных установок, а также переработкой d2o с некондиционным содержанием дейтерия, протия и трития (стоки, протечки и т.п.). Решение этих задач методом химического изотопного обмена газообразного водорода с жидкой водой представляется в настоящее -время наиболее перспективным по мнению большинства исследователей. Такая оценка данной системы вполне оправдана благодаря хорошо известным и бесспорным ее достоинствам, в первую очередь, высокие значения коэффициента разделения' и его резкая температурная зависимость, кроме того, привлекает доступность рабочих веществ, отсутствие необходимости перевода целевого изотопа из молекулы соединения сырьевого потока в молекулу соединения рабочего вещества, их малая коррозионная активность, и экологическая безвредность..

Особо следует подчерснуть, что промышленная реализация процесса разделения изотопов водорода в рассматриваемой системе "н,-нао" в настоящее время затруднена из-за отсутствия надежных данных о технологии получения укрупненных партий гидрофобного катализатора, необходимого для осуществления изотопного обмена, а также об оптимальных условиях эксплуатации и основных массо-обменных характеристиках процесса разделения. Поэтому, проведение исследования, направленного на шитш-лромыишенщгю реализацию рассматриваемого процесса, представляется весьма своевременным и актуальным.

Цель работы; разработка эффективного способа разделения изотопов водорода методом каталитического изотопного обмена водорода с; водой на гидрофобных катализаторах. Для достижения поставленной цели било необходимо:

усовершенствовать методику приготовления ошгпшх укрупнен них партий высокоэффективного гидрофобного катализатора Изотопного обмена;

определить массооОмнтше характеристики процесс;! и;юшшо-

го обмена я их зависимость от температуры, давления, расхода водорода и еодн, диаметра колонны и активности катализатора;

осуществить опытно-промышленную проверку наработанных катализаторов и провоста обоснование рабочих параметров процесси изотопного обдана;

разработать принцишальну» технологическую схему, позволяющую эффективно решать задачи разделения н-о-т смесей с использованием электролизеров с твердим полимерным электролитом; Научная новизна работе: I. Установлено, что положение максимума на кривой зависимости удельной (на единицу веса рО скорости обмена смешено в область более высокого весового содержания платины в катализатора при изквнэкиа адссрбциошак характеристик носителя СДВБ (сополимер стирола с давгошлСензолом). На основания проведенных исследований били скорректированы условия приготовления высокоэффективного гидрофобного катализатора р1~ СКВБ.

2. Исследована эффективность парофазного обмена в зависимости от высоты слоя гидрофобного катализатора ц объемной; скорости газа; показано, что вклад 'химической составлявшей в значение ВЭТС при 358К и времени контакте т>0.1с не превышает 2см при удельной нагрузке по водороду ОЛ ям/с.

3. Получена зависимость массообмеаных характеристик колонны каталитического изотопного обмена в присутствии наработанных партий гидрофобного катализатора от:

-активности катализатора; -температуры и давления в колонне; -диаметра колонны. Практическая значимость работа! разработан способ приготовления опытных укрупненных партий гидрофобного катализатора, отвечающих требованиям, предъявляемым к внсокозффэктшишм катализаторам изотопного обмена. 'Разработанный способ позволяет: существенно сократить время приготовления (в 20 раз) и число стадий производственного цикла' (в 2 раза); получать более однородные по каталитической активности партии.

Наработана партия гидрофобного катализатора объемом Зл и передана для опытно-промышленной эксплуатации на ДПО "Азот". В лабораторной насадочной колонне определены массообменкые

характеристики катализатора я показано, что высота эквивалентная теоретической ступени разделения (ВЭТС) составляет 0.1м при Т=ЗЗЗК, давлении Р=0.1Ша и удельной нагрузке по водороду 0/S = 0.1нм/с; изучена возможность увеличения пропускной способности колонны путем повышения давления. Показано, что с точки зрения увеличения производительности и снижения удельного объема колонны не целесообразно работать при давлении вше 0.35Ша, npi; атом ВЭТС составляет 0.16 м прл Т=333К и удельной нагрузке по водороду 0.21 нм/с.

■Испытания, проведенные на ашяю-лромшмешюй установке (колонна диаметром 0.07м, высотой 4.Бн, объем загруженного катализатора Зл) подтвердили данные лабораторных испытаний.

Полученные результаты позволяют эффективно решать ряд практических задач переработки некондиционной 0,0, а такта задач извлечения трития из гонтура тйтооеодного реактора.

Разработана принципиальная технологическая схема для решения задач разделения и-o-t смесей с использованием электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТГО) и оценены ее технико-экономические' показатели.

Апробация рдбота! основные материалы работа были представлены на IV и V Московских городских конференциях молодых; ученых по химии и химической технологии, 1991 г., на II Международном симпозиуме по термоядерной технология, Karlsruhe, Ger. ,199tг. Объеы раСогыг Диссертация состоит аз введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц и 29 рисунков. Список литературы включает 81 наименование.

Публикация: по материалам диссертации опубликована I статья. (два в печати), тезисы двух докладов и получено одно авторское свидетельство на изобретение. Содержание работы:

Во введении проводится краткий анализ современного состояния рассматриваемого метода в области приготовления и использования гидрофобных катализаторов изотопного обмана водорода с жидкой водой в различных массообменнах устройстьнх, рассматриваются вопросы интенсификации данного процесса и обосновывается актуальность работы.

-4В днтеретуртга:: обзора рассматриваются общие требования, предъявляемые к высокоэффективным катализаторам вообще и гидрофобным в частности. Отмечается, что изотопный обман в системе Наг-НяОж осуществляется в зависимости от задачи по следующим

сх£шаы: г 1НПОп+Нгг ?=£ КОг *И20а ())

|н,оп*ноояр± нгоп»наок (2)

Ь.о^ото^ сгоп»о,оя (2*)

Для протекания реакции (1, 1') необходим катализатор, тогда, как взаимодействие по уравнении (2, 2') осуществляется на нейтральной гидрофильной поверхности. Проведено описанкэ стадай приготовления гидрофобных катализаторов с последующим акалхзом свойств известных катализаторов. Приведена результаты испытаний катализаторов в различных экспериментальных условиях, рассмотрены варианты использования катал!1заторов в различных контактных устройствах, а также принципиальные схемы для решения некоторых задач разделения н-э-т смесей.

На основе данных, приведенных в литературном обзоре сделан вывод о том, что исследования рассматриваемой системы, выполненные за рубежом, находятся на уровне опытно-промышленных испытаний; отмечается также, что в известных публикациях нет сведений, относящихся к деталям приготовления гидрофобных катализаторов и особенно его крупных партий, необходимых для проведения опытно-промышленных исследований.-

Главы 2 и 3 посвящены описанию методики приготовления опытных партий катализаторов, измерению каталитической активности образцов в стеклянных ампулах и предварительным опытам в стеклянной колонне с независимыми потоками.

Предварительное измерение активности образцов катализаторов проводили по стандартной методике, с использованием вода природного изотопного состава и чистого газообразного дейтерия, отбирая через определенные промежутки времени пробы газа для анализа на спектральном приборе ДСФ-8-3. .По изменению концентрации дейтерия рассчитывали скорость изотовдого обмена И" (ем^/с*кг кат) или Я (нм3/с»м3кат).

■■Эксперименты в колоннах осуществлялись с использованием

водорода природного изотошюго' состава и вода, обогащенной по дейтерию. При этом вода поступала на орошение в колонну обмена сверху, а водород подавали противотоком. Анализ газа и кидкос-ти осуществляли на прибора ДСФ-8-3. По изменению концентрации дейтерия в газе и жидкости рассчитывались массообменныв характеристики процесса изотопного обмена Кп,пг - объемный коаффици-ент мяссопередачи по газовой фазе -нм-7с«г (на единицу объема разделительного слоя); К^ - та же величина, отнесенная к единице веса катализатора - нм3/с»кг кат, - высота единицы переноса (ВЕЛ), Кэ~ высота эквивалентная теоретической ступени разделения (ВЭТС). На рис Л приведена схема экспериментальной установки, основным элементом которой является колонна с независимыми потоками, заполненная чередующимися слоями катализатора и гидрофильной насадки размером 2x2x0.2мм в объемном соотно-шешга 1:4.

Схемы установок, эксплуатирующихся в лабораторных и производственных условиях, принципиально не отличались. Исключение составляла лишь запорная и регулирующая арматура, что определялось производительностью, колонны.

НООйюо „ НОй^пк.)

СХЕМА

УСТАНОВКИ С ¡Ы, НЕЗАВИСИМЫМИ ПОТОКАМИ

А Колонна ИО9Т0ПИ0Г« «биен» 3 Етэоть о ме*«дюй Н$9

3 Етоегь о сОДдоамсй К29

4 Эдертий *«ит>мь

п 9 Р«ом«ТР н» маыи !*2 ■*• £ Вили* тешем (т^ифввю ? Ншдуиай мкАмс4Гер 8 Знм*йк«*ьй «ока«меатер $ Жиакоотиой р«Т4ИСТР 16 Вентиль Т©*»СОЫ рсг»црщм

11 Видюклиш тарпнпп

12 Кран лля •«><*** и>вб Ю0<ис»0

до« отбор« К29<исО 14 Ди9ФиаиС*вТР И Иомщстр 16 Змо^мй ми тиль

НОО^-)

Рис.Т. Принципиальная схема установки обмена.

На перЕом этапе работа приготовление образцов катализатора осудоствлялось'по методике, разработанной ранее в МХТИ (прото-тшО. Била получена серия образцов с весьма кизкой каталитической активностью. Средняя скорость изотопного обмена составляла ?/=(ОИЗ±0.08д5^)*10~3 нм^/с*хг кат, что много ниже значений прототипа (?/<3.6*10~экм3/с*кг кат.). В результате детального исследования било установлено, что плохая воспроизводимость результатов прототипа связана с изменениями адсорбционных характеристик различит партий носителя используемых нами и авторами прототипа. Это потребовало существенного изменения методики приготовления катализатора. Такая методика была разработана, что позволило получить положительные результаты. Данные представлены в таблице 1.

Таблица Ь

Сравнительные характеристики катализаторов.

Метод приготовления т пропитки т восстановления К» Г

час нм3*103 з нмг

с*кгкаг С*КГР1

Прототип 1300 БОТ 3.612.0 0.9

Усовершенствованный метод 48-60 22 „ . 7.3и .! 0.9

Из данных таблицы 1 видно, что приготовление катализатора по усовершенствованной методике позволило получить образцы с более высоко», чем в прототипе, активностью единицы веса катализатора, при значительно меньших, затратах времени на его приготовление. Причем, приведенные значения Я" усреднены по различным партиям носителя и, как видно максимальный относительный разброс в случае прототипа более, чем е три раза выше. Следует, однако, отметить-, что данный результат был нами получен при содержании ри 0.8% от массы носителя, тогда, как оптимальное содержание рь по прототипу составляло 0.4%, при ".этом, как видно из таблицы I, активность, отнесенная к единице веса Р1 одинакова в обоих случаях. Лоэтому в серии экспериментов было изучено влияние концентрации пропитывающего раствора и количества нанесенной ри на удельную активность катализатора. На рис.2 представлена зависимость активности катализатора от концентрэдги

пропитыващэго раствора при постоянном общем содержании Р1 в раствора 0.8Ж от массы носителя (прямая (I) - данные по усовершенствованной методике, (2) - данные полученные пропитыванием по методике прототипа). Из рис.2 видно, что активность образцов, полученных по новой мотодико, практически на зависит от' концентрации рс в пропитывающем растворе для исследованного диапазона концентраций при постоянном суммарном содержав 0.83-масс, что свидетельствует о постоянстве удельной каталитической активности. В то же время для образцов, полученных нами го методика прототипа, наблюдается пропорциональное возрастите удельной активности с ростом концентрации рь в растворе, при этом И" остается много ниже значений, как для образцов по усовершенствованной методике, так и для прототипа. Следует отметить, что такой характер зависимости (I) наблюдался, как для времени про-литывйния (оптимальное по прототипу) 700часов, так и для 100 часов пропитки, что свидетельствует о достижении адсорбционного равновесия, при этом отношение ординат (I) и (2) может служить мерой отношения количества Р1, сорбированной на носителе, по разным методикам. Как видно из рис.2, количество сорбированной Р1 для образцов по усовершенствованной методике много больше, чем для образцов по методике прототипа.

На рис.3 представлена зависимость активности образцов, полученных по новой методике, от концентрации пропитывающего раствора при пропорциональном увеличении содержания Р1 в образце' после насыщения от 0.4 до 1.6% от массы носителя (прямая I) и аналогичная зависимость удельной величины 1Г на единицу веса платины (2). Из рис.3 следует, что.скорость обмена прямо пропорциональна количеству осажденной на носитель р|_, причем удельная величина (отнесенная к единице веса рО имеет явную тенденцию к выходу на плато при содержании Р1 выше 0.8% масс. Полученные нами данные свидетельствуют о смещении максимума аналогичной зависимости, полученной апторами прототипа (Гр(.тах)=0.4Ж масс.), в область более высоких значений содержания Р1 (>0.8% масс.) этот результат удовлетворительно согласуется с данными японских авторов, которые приводят оптимальное содержание р1 в .диапазоне от 0.5 до 1.4$ масс. Ого данным различных авторов, которые работали, вероятно, с разными партиями носителей).

I

-------- ']/* 1 ] ^

/1 '_]____4_ - .

! 1 1 1 . ! . .(_.. : !

VI Г2,.2

3 3

*У,(нм/с«кгкот)«КГ 12

[РЦ, (моль/л>10

Рис.2. Зависимость активности 0.о'-^-■--■-10

катализатора от концентрации Р1 0 05,г,„ 1 , & 2

^ ^ ,, * масс. в пропитнваодем растворе при об- Рис.3. Зависимость активности

щем содержании 0.8% от массы катализатора от количества Р1

носителя. в образце {% масс.).

В четвертой главе приводятся данные об эффективности работы гидрофобного катализатора в условиях парофззного обмена (прямоток водорода и паров воды), что позволяло оценить роль химической составляющей, а ;такке результаты изучения процесса изотопного обмена в стальных противоточннх колоннах (как в лабораторных, так и в промышленных условиях)..

Т.к. процесс изотопного обмена в рассматриваемой системе состоит, как уже, отмечалось, из каталитической реакции (I) и фазового обмена .(2), то для. практического использования весьма вакным является вопрос о соотношении этих стадий, а следовательно и соотношении катализатора и насадки, которые обеспечивают протекание указанных реакций в контактном устройстве насадочно-го типа.

Для оценки вклада химической составляющей были проведены следующие эксперименты. Предварительно насыщенный при Т=353К парами ноо водород природного изотопного состава при соотноше-

нии потоков н2г:ноог=А.'=1.1 пропускам через слой гидрофобного катализатора, нагретого до 353К. Изменяя высоту слоя, а тзкко расход водорода, изменяли тем самый время контакта парогазовой смеси с катализатором. На рис.4 представлена зависимость степени обмена F, выраженной в единицах I -In (1-F) 1, от прамэки контакта г (F=(y0-yn;)/(y0-y*), где у0, у,с и у* концентрации дейтерия в водороде на входе в слой катализатора, на выходе из него и после достииения равновесия при т-®). Из рисунка 4 видно, что при увеличении времени контакта от 0.02 до 0.1с степень обмена достигает практически 99%. Иными словам:!, при условиях эксперимента уже достаточно тг0.1с, чтобы достигаюсь изотопное равновесие. Т.о. рассматривая слой катализатора в реакторе, как модель слоя в колоше, можно оценить высоту, которая бы оСэсшчи*-ла изотопное равновесие на участке колонны, соответствующем одной TCP при температуре 353К и заданной объемной скорости паро-водородной смеси. Так при объемной скорости, равной 0.2 им/с (Характерная скорость для колонны обмена с гидрофобным катализатором), указанное время контакта будет обеспоч1шать слой высотой Нг2см, что и будет представлять собой величину вклада химической составляющей в общую высоту эквивалентную теоретической ступени разделения. Основываясь па этих результатах было оценено соогноиение объемов катализатора и гидрофильной насадки, которое в зависимости от температуры будет находится в диапазоне от 1:1 до 1:4

Для определения массообэнных характеристик катализатора в противоточной колонне использовалась установка, изображенная на рис.1. Диаметр стальной колонны составлял 0.02м, высота разделительной части Н=0.57м.

Оценка возможности увеличения пропускной способности колонны путем повышения давления была исследована в экспериментах по изучению, влияния-давления на предельную пропускную способность но. водороду G* при Т=ЗЗЗК в интервале давлений 0.1-0.5МПа. Полученные рязультаты показали, что G* увеличивается- пропорционально 'давлению в степени 0-.G4+0.03. Дальнейшие эксперименты в колонне проводились при относительной нагрузке по водороду <Р-0.8 (<[»=-G/G ). В результате проведенных исследований было показано, что пш изменении температуры от ЗТЗ до 353К наблюдает-

0.98

Г=356К | л п Ж

Т * п рк

П «Л

г » 1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Г , С

Рис.4. Зависимость степени обмена Р от времени контакта.

ся незначительное увеличение эффективности работы колонны, соответствующее величина наблвдаемой энергии активации Еа=12 кДж-/моль (Зккал/коль), что пс-ввдимому соответствует протеканию процесса в диффузионной области.

Зависимость массообыеншх характеристик колонны изотопного обмана от давления при 5=ЗЗЗК и относительной нагрузке по водороду <р=0.8 представлена в таблице 2.

Таблица

Зависимость массообманных характеристик колонны от давления.

Т'=ЗЗЗК, ср=0.8.

р вэтс X ь

МПа з с *и3 кы3*шэ м нм-5 л час

с*кгкат час

и.ш 1.62" 29.0 0.09 " ""0".9б 0.11 ~07го

и.2и ""г:вб 33.3 '0.13. " т . 02 0.14

и.зь 2.02 36.2 0.(6 1.06 0.24

и.36 "1.91" .34-. 0 0.14 0.24 "ТПТТ "

и.41 ■у-54 ■ 34.6 ■' 0.17 " 1.7Н 0.26 "0730"""

и.ьи 49.9 0.12 Т.Ь9 ~ол4г~

■огго '¿.АО- 42.й и. 13 3.48 "ОГЗБ 0.08

ТаОлица 3j.

Результаты испытаний колонны диаметром 0.070м, Н=1.6м, Р=0.12МПа, 0=1.5 нмэна/час, Л.=1.0.

т,к V oyv >1 Коуу ВЕП вэте

Н1л2 с*и нм3*103 с'кгкат м м

316 0.61 10.8 0.18 0.29

322 0.65 11.5 0.17 0.27

диаметром 0.008м, заполненной катализатором той же активности, мокно сделать вывод'о том, что при фиксированной нагрузке по водороду G/S=0.t±0.01 ии/с, температуре Т=323К, давлении Р= 0.10±0.02 Ша и Л.=1.0+0.2 эффективность колонны но зависит от диаметра в диалазояэ 0.008-0.070м, значение hoy при этом составляет 0.15±0.02м (для значений W"2l.5*1073нм3/с*кг кат). Сказанное иллюстрирует таблица 4.

Таблица 4.

Зависимость эффективности работы колонны от диаметра.

G/S=0.1±0.01 ни/о, Т=323К, Р=0.10+0.02 Ша и Я.=1.0±0.2.

.Диаметр колонны, м 0.008* 0.020 0.070

Koyv- ™3/c*m3 0.75 0.73 0.65

hoy,.m 0.15 0.13 0.17,

Жданные прототипа.

Испытания в колоннах, катализаторов различной активности позволили сделать важный практический вывод. Имея лишь результаты испытаний катализатора в ампулах, можно- легко оценить масоообменныэ характеристики колошш, заполненной этим катали затором, до проведения ео испытания. Такая оценка конечно является приближенной, однако, позволяет сделать определенные ыню-да о работе катализатора в колошю, минуя довольно сложные операции по проведению предварительныхколошшх испытания. При этом из-за определенного влияния партии носителя на каталитическую активность образцов, целесообразно пород приготовлением большой партии провести предварительные опыты по приготовлению

Из данных таблицы 2 видно, что' с увеличением давления в колонне от 0.1 до 0.35Ш1а (при tel ) наблюдается слабый рост значений Еоуу при эток ВЭТС также возрастает от 0.09 до 0.16 м. Kaie видно увеличение давления с целью повшеняя потока водорода и снижения удельного объема колонка даз? заметный выигрыш (в 2.2 раза) лишь до =Ю.35МПа, причем эффективность снижается при этом только в 1.8 раза. Дальнейшее увеличение давления дает значительно меньший эффект. Кроме того, следу от отметить-, что в интервале давлений 0.36-0.69МПа на фоне общего повышения потока водорода в 1.5 раза в уменьшения нагрузки по жидкости пришрно в 2.1 раза наблюдается некоторое увеличение эффокяшаностк работы колонны -ВЗТС умэнылается с 0.17 до 0.13м. Этот факт важен с практической точки зрения для решения задач очистки воды от трития до санитарных норм, когда величина к, как правило >1.

С целью проверки эффективности работы катализатора в промышленных условиях на ДПО "Азот" были испытаны две установки обмена: одна гшлотнэя с диаметром колонны из стали 0.024м и высотой 2 м; другая полупромышленная.с диаметром колонны 0.070м и высотой 4.5м. Основным результатом, полученным на пилотной установке, было подтверждение факта высокой стабильности работы приготовленного катализатора на прЬтя&ешш около 4000 часов при работе на реальном сырье нао-

Для испытаний колонны диаметром 0.070м, как уже отмечалось, была наработана партия катализатора объемом 3 л. Предварительно колонна испытызалась при частичном заполнении Н=1.6м. Проведенные на ней эксперименты в течение около 4300часов подтвердили результаты, полученные в лаборатории. Бри этом на колонне осуществлялась переработка некондиционной ноо с подачей извлеченного но в систему концентрирования. Данные экспериментов представлены в таблице 3.

После заполнения колонны на полную высоту Н=3.23м эффективность ее работы практически не изменилась. В настоящее время колоши продолжает функционировать в технологическом цикле.

Т.о., в результате серии экспериментов были проведет испытания колонн различного диаметра (0.020, 0.024 и 0.070м). Показано, что величина h 'практически не зависит от диаметра колонны. Учитывая результаты, полученные ранее в МХТЙ в колонне

катализагора в объеме нескольких см-3 с послэдувдгч испытанием в ампулах. Такая предварительная операции займет несколько дней, однако позволит сокономить, как носитель, так и платину, т.к. длл загрузки дажэ в лабораторную колони/ необходимо утя несколько десятков см3 катализатора.

В пятой главе рассматривается новая схема для очистки водных потоков от трития и результат;! ее расчэта ка осюео полученных в работе экспериментальных данных. На рис.5 представлена -принципиальная схема извлечения трития с помощью сырьевой (2) и ко-нцентрирущей (4) колонн; в качестЕз нитзюго узлэ обращения потоков использовал: электролизер (5)с твердом полимерным электролитом (ТПЭ). Вода, содержащая тритий, из объема (1) поступает на орошение а колонну (2), противотоком подается водород, выходящий из концентрирующей колонны (4). Обогащаясь тритием в колонне (2) водород после сырьевой колонны поступает. в узел окисления водорода и конденсации (3). Образущаяся после .окисления водорода вода будет свободна от каких-либо солэвнх примесей. отравляющих мембрану электролизера, и поступает в концентрирующую колошу (4), где происходит концентрирование трития.

Н-.--Т1; 5

Рис. 5. Принципиальная схема извлечения трития.

1. Источник тритиевой воды.

2. Сырьевая колонна.

3. Узел окисления водорода и конденсации воды.

4. Концентрирующая колонна.

5. Электролизер,

6. Концентрат трития.

Кояцватрат в виде водорода, выходящего из электролизера, частично отвирается для дальнейшего концентрированна трития одним из извесгяшс методов ( например, сороцяя и др.). Параметры установка! прздставхены в гсйщще б. Из таблицы 5 видно, что поставленная вадача решается в установке неболыадх размеров, при этом использование сырьевой колоша весьма ограниченных размеров позволяет решать вопрос чистоты вода, подаваемой в электролизер.

Таблица

Параметры установки для извлечения из оао 25г трития в год.

Концентрация трития в исходной тязелой воде 1Ки/л, в концентрате 1СХШи/л.

Дара&этра колонны Сырьевая Концентрирующая

Температура в колонне, К . 363 333

Ейфашищай ко8®иц2энт 1.11

разданная 1.40

Степень кзвлечэвия 0.28

Поток водд, ыоль/час 17960 6760

Поток врдоррда, моль/час 6760 6760

Высота насадочного слоя, ы 0.45 3.9

Количество платины, кг 0.1.6 0.74

Объем, колонны, м3 0.36 " 1 .65

Диаметр колонны, м 1.20 0.73.

Потребляемая мощность

электролизера, кВт - ■ 600

ШВОДЫ.

1. Установлено, что положение максимума на кривой зависимости Vдолькой скорости обмена смещено в область болео высокого восо

' вого содержащя платины в катализаторе при изменении адсорбци онных характеристик носителя СДВВ. -На основании проведенных-исследований скорректированы условия приготовления высокоэффективного гидрофобного катализатора рь-СДВБ.

2. Разработан способ приготовления укрупненных партий гидрофобного катализатора, отвечающих..требованиям, предъявляемым к высокоэффективным, катализаторам изотопного обмена. Разработанный способ позволяет: существенно сократить время приготовления (в

20 раз) к число стад51й производственного цикла (в 2 раза); получать более однородные по каталитической сктезности партии.

3. Проседэна опытно-пракайлвнкыэ исштьпия катализатора в коло-

изотопного сбмонп. Показана шоокая &Мяг;тгатюсть (hoJ7= =0.Г7м при Г=322К, Р-С.1сГШа, G/3=0.11м/с) и стабильность каталитического действия за врэмя испкташзЯ болоэ, чем 4300 часов.

4. Получено зависимость иэссоойжявзд харагаерисяк колонны изотопного обмена от давления, те?етзратурн„' диаметра ■ колоши, активности катализатора, а так?® закгсигаать предельной пропускной способности колсннк по водороду от давления. Установлено, что о*~Р0-6*, h ~р0-5, практически нэ загтзнт, от дйаязтра ко-лошш в диапазоне 0.008-0. (Шл к составляет при Т--322Е, Р=0.1МПа и G/S=U.1м/с величину h =r0.2-?i0.03r«. Экспэртмонтальна наблюдаемая величина Б , полученная :пз завяеямосги К от температури, равна 12гсЦя/моль.

5. Исследована эффективность ,паро$азного обмена о завасгаюстн от высота слоя ■ гидрофобного катализатора к объетзй скорости гзза; показано, что вклад хшгеескоЯ составляю^ в значение ВЭГС при 358К и времени контакта т20.1с но прогазезт 2см при удельной нагрузке по водороду 0.1 ем/с.

6. Разработана новая схема для очистки тязшловодного. замэдлнте-ля от трития с использованием электролизера с ТПЭ и ■оценены, ее технико-экономические показателя.

• .По натеряалт* днссЕртадая опубот№58Щ слгдувд?э работа!

I. Сахаровский Ю.А., Карпов М.В. Перспективы практического использования системы "вода-водород" для лретавоточного разделения изотопов водорода // Труды РЖИ им.Д.И.^ёвделеева. -1989. -внп.1Б6. -с.45-48.

г.. Karpov K.V., Marcherxko A.A., Korczov A.V., EoserJievich М.В., SakharovsiilJ Y.&., On the possibility of application of electrochemical cells with solid polymer electrolytes,//in the II-th Int. Symp. on Fusion Nuclear Technology, -1991. -Karlsruhe.-Ger., Abstracts of Contributed Papers, p.i1&. 3. Карпов М.В., Влияние давления на иассообменнце характеристики противоточной установки при изотопном обмене иенду водой и

водоррдом, катализируемом гидрофобным катализатором, //Тезисы докладов IV Московской конференции молодых ученых ко химии и - химической технологии, -1991. -с.22.

:4. Карпов М.В., Розенкевщ Ы.Б., Сахаровский Ю.А., Положительное решение но заявке .№4532370/03 (8262) приоритет от 20.06.90.

¡к"