[實用新型]一種氫同位素低溫精餾分離裝置

有效

• 申請號: 202020845309.1
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN212881881U
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 張俊峰;丁懷況;滕建;陳耀鋒;何超峰;杜婉榕;黃阿娟;章學華;胡京津;趙俊;呂穎豪;任明洋;蔣謝偉
• 申請（專利權）人: 安徽萬瑞冷電科技有限公司
• 主分類號: B01D59/04
• 分類號: B01D59/04
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 葉濛濛

本實用新型公開一種氫同位素低溫精餾分離裝置，涉及氫同位素分離技術領域，本實用新型包括真空冷箱、液氮冷屏、制冷機、冷頭換熱器、柱頂冷凝器、精餾塔和柱底再沸器，液氮冷屏位于真空冷箱內，制冷機的冷頭、冷頭換熱器、柱頂冷凝器、精餾塔和柱底再沸器均位于液氮冷屏內；制冷機位于真空冷箱上，制冷機的冷頭與冷頭換熱器連接，冷頭換熱器與柱頂冷凝器的一端連接，柱頂冷凝器的另一端與精餾塔的一端連接，精餾塔的另一端與柱底再沸器連接。本實用新型的有益效果在于：通過真空冷箱加上液氮冷屏多層絕熱結構，減少常溫環境對精餾塔的輻射熱負荷，降低低溫精餾過程中的冷量損傷。

技術領域

本實用新型涉及氫同位素分離技術領域，具體涉及一種氫同位素低溫精餾分離裝置。

背景技術

精餾是利用混合物中各組分揮發度不同而將各組分加以分離的一種分離過程，自然界中的氫以氕(¹H)、氘(²H)、氚(³H)三種同位素的形式存在。低溫精餾工藝具有處理量大、分離因子高、連續操作的獨特優勢。

氫及其同位素的沸點處于20.38K至23.36K之間，分離溫度極低(約20K) 且沸點相差太小(不到3K)，根據氫同位素沸點存在微小差異的特性，低溫精餾是分離氫同位素的一種有效方法，如公告號為CN201476466U的專利公開一種全精餾制備純氪和純氙的裝置，包括液體泵、第一級精餾塔、第二級精餾塔、第三級精餾塔、第四級精餾塔和第五級精餾塔，所述的液體泵連接第一級精餾塔，第一級精餾塔塔釜連接第二級精餾塔，第二級精餾塔塔釜連接第三級精餾塔，第三級精餾塔塔頂連接純氪產品收集器、塔釜連接第四級精餾塔，第四級精餾塔塔頂連接第五級精餾塔，第五級精餾塔塔釜連接純氙產品收集器。但是現有技術中的低溫精餾裝置中常溫環境易對精餾塔造成輻射熱負荷，影響氫同位素低溫精餾效率。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于現有的技術中的低溫精餾裝置中常溫環境易對精餾塔造成輻射熱負荷，影響氫同位素低溫精餾效率，提供一種氫同位素低溫精餾分離裝置。

本實用新型通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：

本實用新型提供一種氫同位素低溫精餾分離裝置，包括真空冷箱、液氮冷屏、制冷機、冷頭換熱器、柱頂冷凝器、精餾塔和柱底再沸器，所述液氮冷屏位于真空冷箱內，所述制冷機上設有冷頭，所述冷頭、冷頭換熱器、柱頂冷凝器、精餾塔和柱底再沸器均位于液氮冷屏內；

所述制冷機位于真空冷箱上，所述冷頭與冷頭換熱器連接，所述冷頭換熱器與柱頂冷凝器的一端連接，所述柱頂冷凝器的另一端與精餾塔的一端連接，所述精餾塔的另一端與柱底再沸器連接；

所述冷頭換熱器上設有第一進料口和第一出料口，所述精餾塔上設有第二進料口，所述柱底再沸器上設有第二出料口，所述柱頂冷凝器上設有第三出料口，所述第一出料口通過第一管道與第二進料口連接。

工作原理：原料氣從第一進料口進入冷頭換熱器內，制冷機為冷源，原料氣在冷頭換熱器內經過換熱降溫后，通過第一管道通入第二進料口內，降溫后原料氣在精餾塔內不斷上升，進入柱頂冷凝器內，原料氣在柱頂冷凝器內被冷凝成液體，液體在精餾塔內不斷往下流動，與不斷上升的原料氣在精餾塔內的精餾填料表面進行傳質傳熱，從而使低沸點的氫同位素吸熱成為氣體不斷上升，富集在柱頂冷凝器頂部，從第三出料口流出，高沸點的氫同位素冷凝成液體，在柱底再沸器內富集，從第二出料口流出。通過合理的控制柱頂柱頂冷凝器及柱底柱底再沸器的溫度，可以實現精餾過程的連續，從而達到低溫精餾分離氫同位素的作用。

有益效果：本實用新型裝置結構合理緊湊，使用制冷機為整個系統提供冷量，保證精餾過程冷量充足、可靠、穩定和高效，采用低溫精餾方法對氫及其同位素進行分離，制冷機冷頭處于真空環境中，通過真空冷箱加上液氮冷屏多層絕熱結構，減少常溫環境對精餾塔的輻射熱負荷，降低低溫精餾過程中的冷量損傷，使制冷機的冷量能夠高效的應用于雙組份氫同位素的精餾分離，實現對氕氘組分或氘氚組分的分離。