[發明專利]一種聚變堆排灰氣中的氘氚快速回收裝置及方法

有效

• 申請號: 201610245962.2
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105923604B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 熊亮萍;王和義;龔宇;岳磊;侯京偉;陳曉軍;劉云怒;夏修龍;肖成建;張勤英
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: C01B4/00
• 分類號: C01B4/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明,韓志英

1.一種聚變堆排灰氣中的氘氚快速回收裝置，其特征在于：所述的裝置包括低溫泵、Pd合金膜分離單元、色譜柱、Pd合金膜反應單元，聚變反應室生成的排灰氣通過低溫泵，分成A路、B路，A路進入Pd合金膜分離單元后分成A1路、A2路、A3路；A1路與氚儲存系統相連；A2路通過色譜柱后分別與氚儲存系統、氫同位素分離系統相連；A3路通過Pd合金膜反應單元進入廢氣除氚系統或氫同位素分離系統；B路通過Pd合金膜反應單元進入廢氣除氚系統或氫同位素分離系統；

所述的低溫泵由低溫分子篩柱和氦制冷低溫泵組合而成，低溫分子篩柱作為前級泵，工作溫度為77K，抽出除He和Q₂以外的雜質氣體，氦制冷低溫泵工作溫度為4K，抽出He和Q₂；

所述的Pd合金膜分離單元由兩個或兩個以上的Pd合金膜分離器串聯組成，所述的Pd合金為Pd+Ag、Pd+Y、Pd+Ag+Au、Pd+Ag+Au+Y或Pd+Ag+Au+Ni合金中的一種；

所述的色譜柱中裝填Al₂O₃+1%SiO₂、涂覆Fe₂O₃的4A分子篩或5A分子篩中的一種，色譜柱工作溫度范圍為77K~150K；

所述的Pd合金膜反應單元由兩個或兩個以上的Pd合金膜反應器串聯組成，所述的Pd合金為Pd+Ag、Pd+Y、Pd+Ag+Au、Pd+Ag+Au+Y或Pd+Ag+Au+Ni合金中的一種。

2.一種聚變堆排灰氣中的氘氚快速回收方法，包括以下步驟：

6a.粗分

排灰氣經低溫泵抽出后，在低溫泵內進行解吸，得到氣體Ⅰ、尾氣Ⅰ；氣體Ⅰ包括Q₂和He，尾氣Ⅰ包括N₂、Q₂O、CO₂和CQ₄；

6b.Pd膜純化

氣體Ⅰ進入Pd合金膜分離單元分離，得到氣體Ⅱ、尾氣Ⅱ，氣體Ⅱ為Q₂氣體；尾氣Ⅱ包括He和Q₂氣體，Q₂氣體的含量低于5%；

6c.純化后處理

當氣體Ⅱ中H/Q<10%并且T/D=0.95~1.05時，氣體Ⅱ進入氚儲存系統；

當氣體Ⅱ中H/Q≥10%時，氣體Ⅱ進入色譜柱脫氕，得到氣體Ⅲ、尾氣Ⅲ，氣體Ⅲ中的H/Q<10%并且T/D=0.95~1.05時，氣體Ⅲ進入氚儲存系統；尾氣Ⅲ進入氫同位素分離系統；

6d.雜質氣體處理

尾氣Ⅰ、尾氣Ⅱ進入儲氣罐儲存，儲存量達到設定數量時，進入Pd合金膜反應單元開始催化膜反應生成Q₂和尾氣Ⅳ，Q₂進入氫同位素分離系統、尾氣Ⅳ進入廢氣除氚系統，尾氣Ⅳ包括N₂、H₂O、CO₂和CH₄。

3.根據權利要求2所述的聚變堆排灰氣中的氘氚快速回收方法，其特征在于，所述的步驟6d的催化膜反應采用的催化劑為Pt+Al₂O₃、Pd+Al₂O₃、Ni+Al₂O₃、Pt+CeO₂或Pd+CeO₂中的一種或以上。