多柱互联低温精馏分离H2/HD过程理论研究

在氢同位素分离中,通常采用多柱级联工艺实现微量氘或氚的浓集。文章提出了三柱级联分离H₂/HD的设计工艺和操作模式,获得了3根精馏柱的分离行为。在合适的操作模式下,三柱级联将HD浓缩了20×10×10倍,表明采用多柱级联可非常有效地浓缩微量组分。进一步研究了压力和回流比等因素对分离性能的影响。压力从0.06MPa增加到0.15MPa,脱氘率从99.79%降到99.44%。回流比从3增长到5,脱氘率从99.67%升到99.81%。     

低温精馏与低温气相色谱复合法分离氢同位素

采用低温精馏与低温气相色谱相结合的方法分离、浓缩氢同位素,探讨了分离过程操作参数间的内在联系.实验结果表明:氘浓度为10-3的100 m3原料气经过120 h的连续运行后,可以将氘浓度浓缩至91.5%;低温精馏柱随着回流比的增大,再沸器和冷凝器中氘浓度均减小;顶端采出量增大,再沸器中氘浓度明显增大;随再沸器加热功率的增加,液氢液位下降,床层压降增加,精馏柱操作压力从100 kPa上升到190 kPa,冷凝器和冷头为提供更多冷量温度降低;低温色谱的分离、浓缩效果十分显著,3次运行后将氘浓度从1.25×10-2提高到91.5%.     

空气中γ射线辐照聚碳硅烷陶瓷先

将聚碳硅烷(PCS)陶瓷先驱丝在开放空气中用γ射线辐照,然后在惰性气氛中高温热解制备出SiC纤维。研究了吸收剂量对先驱丝的结构、热分解特性以及热解产物微观形貌的影响。结果表明,在辐射作用下,空气中的氧与PCS中的部分Si—H发生氧化反应生成Si—OH,同时辐照产物中还形成了Si—C—Si,Si—O—Si等桥联结构。吸收剂量为0.5 MGy时,PCS先驱丝在热解过程中没有并丝;吸收剂量为3.0 MGy时,PCS先驱丝的凝胶含量和陶瓷产率分别达到75%和85.17%。这说明开放的空气气氛能够有效降低PCS先驱丝的不熔化处理剂量。     

Pt-SDB疏水催化剂应用于氢-水同位素交换的实验研究

采用气?液逆流方式对苯乙烯-二乙烯基苯共聚物担载金属铂(Pt-SDB)疏水催化剂应用于HD(g)/H2O(l)体系的氢同位素交换进行了实验室规模的中试实验研究;;对该实验系统和Pt-SDB的催化性能作出了评价;;得出了Pt-SDB的总体积传质系数Kya值和各种工艺条件。实验结果表明:当氢气流速为0.2m/s、温度为65℃时;;Pt-SDB与亲水性金属填料按1∶4的体积比混合装柱的Kya平均值达到41.5mol·m?·s?。     

联合电解催化交换系统的动态模型及理论计算

为探求联合电解催化交换系统各单元中氚浓度空间分布和动态变化的内在规律，建立了D／T体系的气-液两元模型。根据不同的催化剂传质性能，计算了为达到特定脱氚率和电解池浓缩倍数所要求的交换床总高度和进液位置。理论计算得到的氚在交换床上的空间分布趋势与文献报道的中试结果一致，电解池中的氚浓度随时间呈线性增长。     

侧线反馈对H2/HD/D2低温精馏分离的影响

为研究带侧线反馈的低温精馏氢同位素分离规律性,建立了带侧线反馈的低温精馏氢同位素分离计算方法,并以H2/HD/D2体系进行了计算分析.计算结果表明,侧线反馈对分离性能影响显著,再沸器中以D2为主,氘丰度可达到0.90,而无侧线反馈情况下,再沸器中以HD为主,氘丰度不超过0.50;有侧线反馈条件下,系统运行约40 h HD向D2的转化达到峰值,而在无侧线情况下,HD浓缩在40 h已达到饱和;当侧线采出比为1时,脱氘率最高.     

低温精馏分离H2/HT/T2理论研究

对有侧线反馈的H2/HT/T2低温精馏分离过程进行理论计算,获得了各组分浓度在再沸器和冷凝器中随时间的动态变化和在精馏柱上的空间分布.研究了操作压力和回流比对系统分离性能的影响.当压力从0.06 MPa升至0.12 MPa时,精馏柱上的温度整体抬升约2 K,同时,压力对脱氚率有显著影响,当压力升至0.12 MPa时,脱氚率降低至81%.回流比对提高脱氚率有显著作用,回流比超过5后,脱氚率超过99%.     

低温色谱分离装置的升级与优化

在总结过去多年低温色谱发展的基础上,针对现有的分离装置提出了升级与优化的方案,包括控制系统的升级、低温流路的改造、低温尾气处理系统的研制和在线监测分析系统的优化.通过该方案的实施,将提高装置的自动化水平,实现装置的闭环运行和尾气中氢氦的有效分离,加快色谱柱之间的液氮转移,大幅度降低装置的运行成本.     

电解-精馏级联分离H2／HD过程的理论分析

为研究电解精馏级联氢同位素分离过程的规律性，建立了电解-精馏级联的微分模型，计算了H2／HD系统的分离行为，并获得了电解和精馏过程中系统的浓集行为，即，电解池中HDO摩尔分数从2．88×10^-4增长到8．35×10^-4精馏柱再沸器中HD摩尔分数达到0．033。随时间的延长，脱氘率下降，在精馏柱上HD的摩尔分数整体抬升。进一步研究了回流比对脱氘率的影响，结果显示，回流比为3～7时，平均脱氘率可达0．9828～0．9973。实验结果表明，电解-精馏级联分离氢同位素有明显的浓集效应。     

联合电解催化交换系统HD／H2O和HT／H2O体系模拟

计入蒸汽的影响，研究建立基于两步传质的联合电解催化交换系统模型，计算HD／H2O和HT／H2O两个体系的分离性能。传质系数的提高能显著改善交换系统的整体性能，电解池浓缩倍数与电解池滞液量有关。电解池中氘浓度的增长最终将引起交换系统脱氘率的下降，这一现象表明，在交换系统操作模式选择以及与后级浓缩系统的级联匹配中，对交换系统的动态行为必须予以特别关注，并应在交换床设计中考虑此因素。