Изотопный обмен между водой и водородом в контактных устройствах мембранного типа

• Автор: Растунова, Ирина Леонидовна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Способы разделения изотопов водорода.

1.2. Система водаводород.

1.2.1. Изотопный обмен в системе водаводород.

1.2.2. Катализаторы процесса изотопного обмена

водорода с водой.

1.2.3. Способы осуществления противоточного

разделения изотопов в системе водаводород

1.2.4. Типы контактных устройств для осуществления

изотопного обмена в системе водаводород
1.3. Мембранные контактные устройства
для изотопного обмена водорода с водой.
1.3.1. Принципиальная схема контактного устройства мембранного типа и характеристики
мембраны типа i
1.3.2. Контактные устройства мембранного типа
с электропереносом водорода.
1.3.3. Химический изотопный обмен водорода с водой в комбинированных контактных устройствах
с мембранным каталитическим блоком
1.4. Выводы из литературного обзора
Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Методика проведения экспериментов в одном КУМТ.
2.1.1. Описаше экспериментального стенда с одним КУМТ
2.1.2. Методика определения проницаемости мембраны.
2.1.3. Методика насыщения водорода парами воды.
2.1.4. Методика исследования эффективности
фазового изотопного обмена в одном КУМТ.
стр.
2.1.5. Методика исследования химического
изотопного обмена в одном КУМТ.
2.2. Методика проведения экспериментов в колонне
с мембранными контактными устройствами.
2.2.1. Описание экспериментального стенда с колонной
с мембранными контактными устройствами.
2.2.2. Методика проведения экспериментов
по исследованию эффективности ХИО в колонне
2.3. Методика проведения изотопного анализа
2.3.1. Методика проведения изотопного анализа
по дейтерию
2.3.2. Методика проведения изотопного анализа
по тритию
2.4. Дополнительные физикохимические методы
исследовагия мембраны и катализатора
2.4.1. Исследование поверхности мембраны.
2.4.2. Методика определения
характеристик носителя катализатора
2.4.3. Методика определения
активной поверхности катализатора
2.4.4. Методика определения
удельной активности катализатора.
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Предварительные эксперименты
3.1.1. Определение проницаемости мембраны
3.1.2. Исследование характеристик катализаторов
3.1.3. Определение удельной активности катализатора
3.2. Исследование фазового и полного химического
изотопного обмена в одном КУМТ.
3.2.1. Исследование эффективности ФИО в одном КУМТ
3.2.2. Исследование эффективности ХИО в одном КУМТ
3.3. Исследование эффективности изотопного обмена
в колонне с мембранными контактными устройствами.
3.3.1. Исследование эффективности ХИО
в колонне с гидрофобным катализатором.
3.3.2. Исследование эффективности ХИО
в колонне с гидрофильным катализатором
3.3.3. Сравнение эффективности ХИО в системах протийдейтерий и проытйтритий
Глава 4. АНАЛИЗ МАССООБМЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ В КУМТ
Глава 5. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВУХТЕМПЕРАТУРНОЙ СХЕМЫ С КУМТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Традиционно процесс проводят на гидрофобных катализаторах, низкая термическая устойчивость которых обусловливает возможность реализации только однотемпературного метода (см. Это приводит к тому, что в настоящее время данный метод применяется при решении относительно маломасштабных задач - на стадии конечного концентрирования тяжелой воды, для детритизации тяжеловодных и легководных отходов, а также для кондиционирования тяжелой воды [2, , ], в то время как на действующих крупномасштабных производствах тяжелой воды из природного сырья эта система не используется. Однако ее применение возможно в будущем при создании новых тяжеловодных производств. Такая возможность рассматривается, например, в Румынии [], а также, несомненно, будет рассматриваться в России в случае принятия решения о создании производства тяжелой воды из природного сырья []. Другим направлением использования ХИО в этой системе является решение задачи детритизации легководных от ходов, характерной в первую очередь для предприятий по переработке облученного ядерного топлива. Однако, практическая реализация данного метода в настоящее время находится в стадии испытаний лабораторных и пилотных установок. Решению задач, связанных с кондиционированием тяжелой воды посвящено большое количество работ российских и зарубежных авторов [, -]. Различные варианты технологических схем предполагают сочетание процесса ХИО в системе вода-водород с другими методами разделения изотопов водорода. В работах [, ] предлагаются различные варианты технологических схем, включающих в себя процесс ХИО и низкотемпературную ректификацию водорода. Это позволяет, с одной стороны, проводить детрити-зацию тяжелой воды, а с другой - осуществлять концентрирование до получения практически чистого трития. На основе такой схемы построена система очистки для мощного нейтронного источника ANS (Advanced Neutron Source) в Oak Ridge National Laboratory (США) []. Задача кондиционирования тяжеловодных отходов в настоящее время особенно актуальна для России. Это связано с отсутствием в стране производства тяжелой воды из природного сырья с одной стороны, и наличием существенного запаса дейтерия в виде тяжеловодных отходов с различным изотопным составом с другой. Установки депротизации и детрити-зации для переработки таких отходов работают в РХТУ им. Д.И. Менделеева и позволяют получать кондиционную тяжелую воду из сырья с концентрацией дейтерия не менее ат. Ки/л [2, -, , ]. Установка депротизации, созданная в ПИЯФ им. Б. Константинова (г. Гатчина, Россия), находится в опытнопромышленной эксплуатации, позволяя получать из тяжеловодных отходов с аналогичными параметрами десятки тонн кондиционной тяжелой воды в год [, , ]. Система вода-водород также может найти применение в решении ряда задач, связанных с переработкой тритийсодержащих потоков в рамках программы ITER. Несмотря на то, что, по данным [, , 1, в системе изотопной очистки ITER предусматривается использование методов ректификации воды и водорода, по мнению ряда авторов [, , , , ], является целесообразным введение в систему очистки узла химического изотопного обмена между жидкой водой и водородом. В работах [, , , , , , , ], выдвинута новая концепция системы очистки водных потоков термоядерного реактора, представляющая собой комбинацию однотемпературного метода ХИО в системе вода-водород на стадии начального концентрирования трития и очистки воды до санитарных норм и процесса ХИО в системе водород-твердое тело на стадии конечного концентрирования трития. В настоящее время учеными ряда стран мира ведутся работы по совершенствованию и созданию новых технологий с применением системы вода-водород. Подробно особенности химического изотопного обмена между водородом и водой будут изложены в следующих разделах. Как отмечалось выше, изотопный обмен в системе вода-водород характеризуется одним из наиболее высоких значений коэффициента разделения по сравнению с другими известными химобменными системами (рис. Другими ее немаловажными достоинствами являются низкая коррозионная активность реагентов, их экологическая безопасность, а также практически неограниченные запасы сырья.