權利要求
1.氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，包括： 交換單元，用于使氣液兩相進行氫同位素交換，得到重氫氨氣和低重氫飽和氨水； 精餾單元，用于使來自交換單元的重氫氨氣分離得到低重氫氨氣和重氫液氨，還用于使來自交換單元的低重氫飽和氨水進行分離得到重氫含量達標的水； 分解單元，用于使來自精餾單元的液氨分離得到重氫氫氣和氮氣。2.根據(jù)權利要求1所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述精餾單元的液氨精餾裝置包括冷凝干燥器、液氨精餾塔、液氨精餾塔再沸器、重氫氨收集罐、液氨精餾塔冷凝器、液氨精餾塔回流罐和加熱器，所述冷凝干燥器與液氨精餾塔連通，所述液氨精餾塔與液氨精餾塔再沸器相連通，所述液氨精餾塔與重氫氨收集罐連通再連通至分解單元，所述液氨精餾塔還通過液氨精餾塔冷凝器與液氨精餾塔回流罐連通，液氨精餾塔回流罐一路連通加熱器連通再連通氨氣緩沖罐，另一路與液氨精餾塔相連通。 3.根據(jù)權利要求1所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述分解單元包括加熱器Ⅰ、氨氣分解器和氣體分離器，所述精餾單元的重氫氨收集罐依次連通至加熱器Ⅰ、氨氣分解器和氣體分離器。 4.根據(jù)權利要求1所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述精餾單元的氨水解吸裝置包括氨氣解吸塔、氨氣解吸塔頂冷凝器、氨氣解吸塔回流罐、氨氣解吸塔底再沸器、解吸水中間罐，所述氨氣解吸塔頂部連通氨氣解吸塔頂冷凝器再連通氨氣解吸塔回流罐，所述氨氣解吸塔回流罐分別連通加熱器和氨氣解吸塔，所述氨氣解吸塔底部連通氨氣解吸塔底再沸器再依次連通解吸水中間罐和精餾單元的水后處理裝置。 5.根據(jù)權利要求1所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述精餾單元的水后處理裝置包括水后處理塔、水后處理塔冷凝器、水后處理塔回流罐和水處理塔再沸器，所述解吸水中間罐與水后處理塔相連通，所述水后處理塔連通水后處理塔冷凝器再連通水后處理塔回流罐，所述水后處理塔還分別連通水處理塔再沸器和氫同位素原水罐。 6.根據(jù)權利要求1-5任一所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述交換單元包括氨氣緩沖罐、氨氣吸收塔、氫同位素原水罐、飽和氨水罐，所述氨氣緩沖罐連通氨氣吸收塔，所述氨氣吸收塔與飽和氨水罐連通再與精餾單元的氨氣解吸塔相連通，所述氨氣吸收塔還依次連通精餾單元的冷凝干燥器和液氨精餾塔。 7.根據(jù)權利要求1-5任一所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述交換單元包括氨氣緩沖罐、氨氣吸收塔、氫同位素原水罐、飽和氨水罐、交換塔和氨水中間罐，所述氫同位素原水罐與氨氣吸收塔內部連通，氨氣緩沖罐分別與氨氣吸收塔和交換塔連通，氨氣吸收塔與飽和氨水罐連通，飽和氨水罐與交換塔連通，交換塔與氨水中間罐連通再連通精餾單元的氨氣解吸塔，交換塔還依次連通精餾單元的冷凝干燥器和液氨精餾塔。 8.根據(jù)權利要求7所述的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，其特征在于，所述氨氣吸收塔內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，所述液體分布器與氫同位素原水罐連通，所述交換塔內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，所述液體分布器與飽和氨水罐連通。 9.氫同位素廢水處理及資源化利用的方法，其特征在于，采用權利要求1-8任一所述的一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，所述方法包括以下步驟： 氫同位素原水罐中的水被送入氨氣吸收塔內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋水，氨氣緩沖罐中的氨氣被送入氨氣吸收塔底部的氣相進口，氣液兩相在氨氣吸收塔中接觸，氨氣向水相轉移得到飽和氨水，由氨氣吸收塔底部的液相出口流入飽和氨水罐，飽和氨水罐中的飽和氨水直接送入氨氣解吸塔內或先送入交換塔內進行氫同位素交換后再送入氨氣解吸塔內，若為前者，則由氨氣吸收塔頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器干燥處理后送入液氨精餾塔的進料口，若為后者，則飽和氨水罐中的飽和氨水先送入交換塔內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋飽和氨水，氨氣緩沖罐中的氨氣被送入交換塔底部的氣相進口，氣液兩相在交換塔內進行氫同位素交換，從交換塔頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器干燥處理后送入液氨精餾塔的進料口，交換塔底部的液相出口得到低重氫飽和氨水，其收集到氨水中間罐中，由氨氣吸收塔頂部的氣相出口得到的氨氣直接送入氨氣緩沖罐中，氨水中間罐中的低重氫飽和氨水，再被送入氨氣解吸塔中； 氣液兩相在液氨精餾塔中進行熱質交換，重氫氨在液氨精餾塔底部富集，頂部得到低重氫氨，由頂部的氣相出口進入液氨精餾塔冷凝器，被冷凝液化為液氨再收集到液氨精餾塔回流罐中，液氨精餾塔回流罐中的液氨，一部分返回至液氨精餾塔頂部的回流口，在液氨精餾塔內向下回流，另一部分經加熱器加熱氣化后返回氨氣緩沖罐； 液氨精餾塔塔釜中的氨液體，一部分進入液氨精餾塔再沸器內氣化生成氨蒸氣，由液氨精餾塔底部返回塔內向上運動，另一部分收集到重氫氨收集罐中； 重氫氨收集罐中的液氨，經加熱器Ⅰ預熱氣化后送入氨氣分解器進行分解，分解后的混合氣體送入氣體分離器中，分離得到重氫氫氣和氮氣； 氨氣解吸塔中，氣液兩相進行熱質交換，氨氣解吸塔頂部得到解吸出來的較純的氨氣，底部得到低重氫含量的水，氨氣解吸塔塔頂氣相進入氨氣解吸塔頂冷凝器，被冷凝后進入氨氣解吸塔回流罐，氨氣解吸塔回流罐中的液體，一部分返回氨氣解吸塔中并向下流動，一部分經加熱器加熱氣化后返回氨氣緩沖罐中；氨氣解吸塔塔釜中的液體，一部分進入氨氣解吸塔底再沸器中氣化，蒸汽由氨氣解吸塔塔底返回氨氣解吸塔中，另一部分進入解吸水中間罐，解吸水中間罐中的液相被送入水后處理塔中，氣相兩相進行熱質交換，頂部得到重氫含量達標的水，可直接排放，底部得到重氫含量較高的水，水后處理塔塔頂氣相進入水后處理塔冷凝器中，被冷凝后進入水后處理塔回流罐，水后處理塔回流罐中的液體，一部分返回水后處理塔中并向下流動，一部分直接排放，水后處理塔塔釜液體，一部分進入水處理塔再沸器中氣化，蒸汽由水后處理塔塔底返回水后處理塔中，另一部分返回氫同位素原水罐中。 10.氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置在低品位重氫廢水處理和純化及超重氫廢水處理中的應用。
說明書
氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用
技術領域
本發(fā)明屬于同位素分離技術領域，具體涉及一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用。
背景技術
自然界中的氫以氕( 1H)、重氫( 2H)和超重氫( 3H)三種同位素的形式存在，其中，重氫和超重氫在化學和生物學的研究工作中常用作示蹤原子。根據(jù)氫同位素的物理性質或化學性質的微小差異，已發(fā)展了低溫精餾、色譜、熱擴散等多種處理工藝。其中，液氫低溫精餾工藝具有處理量大、分離因子高、連續(xù)操作的獨特優(yōu)勢，在國外已應用于重水生產、重水除氚和升級、聚變堆氘氚燃料循環(huán)等相關領域。但液氫低溫精餾工藝的不足之處是一次性投資大，而且由于使用液氫為分離介質，測控和安全要求高，特別是在處理高品位氚時需采取有效措施嚴格控制滯留量。此外，液氫低溫精餾需要先采用氣相催化交換VPCE，或采用液相催化交換LPCE，或采用聯(lián)合電解催化交換技術(CECE)，將水中的氫同位素轉換成同位素氫氣，再進行精餾，步驟較繁瑣，且需使用貴金屬催化劑，成本高。色譜法和熱擴散法等也是需要先將氫同位素轉換成氫氣再進行分離，安全要求高。因此，開發(fā)一種高效、流程簡單、操作安全、低成本的氫同位素處理方法顯得尤為重要。
發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用，利用化學交換和精餾耦合處理氫同位素廢水并分離純化氫同位素。
為實現(xiàn)上述目的，達到上述技術效果，本發(fā)明采用的技術方案為：
一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，包括：
交換單元，用于使氣液兩相進行氫同位素交換，得到重氫氨氣和低重氫飽和氨水；
精餾單元，用于使來自交換單元的重氫氨氣分離得到低重氫氨氣和重氫液氨，還用于使來自交換單元的低重氫飽和氨水進行分離得到重氫含量達標的水；
分解單元，用于使來自精餾單元的液氨分離得到重氫氫氣和氮氣。
進一步的，所述精餾單元的液氨精餾裝置包括冷凝干燥器、液氨精餾塔、液氨精餾塔再沸器、重氫氨收集罐、液氨精餾塔冷凝器、液氨精餾塔回流罐、液氨精餾塔回流泵和加熱器，所述冷凝干燥器與液氨精餾塔連通，所述液氨精餾塔與液氨精餾塔再沸器相連通，所述液氨精餾塔與重氫氨收集罐連通再連通至分解單元，所述，液氨精餾塔還通過液氨精餾塔冷凝器與液氨精餾塔回流罐連通再連通至液氨精餾塔回流泵的入口，液氨精餾塔回流泵的出口與加熱器連通再連通氨氣緩沖罐，液氨精餾塔回流泵的出口還與液氨精餾塔相連通。
進一步的，所述分解單元包括重氫氨輸送泵、加熱器Ⅰ、氨氣分解器和氣體分離器，所述精餾單元的重氫氨收集罐通過重氫氨輸送泵依次連通至加熱器Ⅰ、氨氣分解器和氣體分離器。
進一步的，所述精餾單元的氨水解吸裝置包括氨氣解吸塔、氨氣解吸塔頂冷凝器、氨氣解吸塔回流罐、氨氣解吸塔回流泵、氨氣解吸塔底再沸器、解吸水中間罐，精餾單元的氨水解吸裝置還選擇性包括氨水進料泵，所述氨氣解吸塔頂部連通氨氣解吸塔頂冷凝器再連通氨氣解吸塔回流罐，所述氨氣解吸塔回流罐通過氨氣解吸塔回流泵分別連通加熱器和氨氣解吸塔，所述氨氣解吸塔底部連通氨氣解吸塔底再沸器再依次連通解吸水中間罐和精餾單元的水后處理裝置。
進一步的，所述精餾單元的水后處理裝置包括解吸水進料泵、水后處理塔、水后處理塔冷凝器、水后處理塔回流罐、水后處理塔回流泵和水處理塔再沸器，所述解吸水中間罐依次與解吸水進料泵和水后處理塔相連通，所述水后處理塔連通水后處理塔冷凝器再依次連通水后處理塔回流罐和水后處理塔回流泵，所述水后處理塔回流泵與水后處理塔直接連通，水后處理塔還分別連通水處理塔再沸器和氫同位素原水罐。
進一步的，所述交換單元包括氨氣緩沖罐、氨氣輸送泵、氨氣吸收塔、原水輸送泵、氫同位素原水罐、飽和氨水罐和飽和氨水輸送泵，所述氨氣緩沖罐通過氨氣輸送泵連通氨氣吸收塔，氨氣吸收塔與飽和氨水罐連通再依次與飽和氨水輸送泵和精餾單元的氨氣解吸塔相連通，氨氣吸收塔還依次連通精餾單元的冷凝干燥器和液氨精餾塔。
進一步的，所述交換單元包括氨氣緩沖罐、氨氣輸送泵、氨氣吸收塔、原水輸送泵、氫同位素原水罐、飽和氨水罐、飽和氨水輸送泵、交換塔和氨水中間罐，所述氫同位素原水罐通過原水輸送泵與氨氣吸收塔內部連通，氨氣緩沖罐通過氨氣輸送泵分別與氨氣吸收塔和交換塔連通，氨氣吸收塔與飽和氨水罐連通，飽和氨水罐通過飽和氨水輸送泵與交換塔連通，交換塔與氨水中間罐連通再連通精餾單元的氨氣解吸塔，交換塔還依次連通精餾單元的冷凝干燥器和液氨精餾塔。
進一步的，所述氨氣吸收塔內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，所述液體分布器與氫同位素原水罐連通，所述交換塔內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，所述液體分布器與飽和氨水罐連通。
一種氫同位素廢水處理及資源化利用的方法，采用如上所述的一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，所述方法包括以下步驟：
氫同位素原水罐中的水由原水輸送泵送入氨氣吸收塔內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋水，氨氣緩沖罐中的氨氣由氨氣輸送泵送入氨氣吸收塔底部的氣相進口，氣液兩相在氨氣吸收塔中接觸，氨氣向水相轉移得到飽和氨水，由氨氣吸收塔底部的液相出口流入飽和氨水罐，飽和氨水罐中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵直接送入氨氣解吸塔內或先送入交換塔內進行氫同位素交換后再送入氨氣解吸塔內，若為前者，則由氨氣吸收塔頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器干燥處理后送入液氨精餾塔的進料口，若為后者，則飽和氨水罐中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵先送入交換塔內部頂部的液體分布器再通過液體分布器向下噴淋飽和氨水，氨氣緩沖罐中的氨氣由氨氣輸送泵送入交換塔底部的氣相進口，氣液兩相在交換塔內進行氫同位素交換，從交換塔頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器干燥處理后送入液氨精餾塔的進料口，交換塔底部的液相出口得到低重氫飽和氨水，其收集到氨水中間罐中，由氨氣吸收塔頂部的氣相出口得到的氨氣直接送入氨氣緩沖罐中，氨水中間罐中的低重氫飽和氨水，由氨水進料泵送入氨氣解吸塔中；
氣液兩相在液氨精餾塔中進行熱質交換，重氫氨在液氨精餾塔底部富集，頂部得到低重氫氨，液氨精餾塔塔頂?shù)陌闭魵庥身敳康臍庀喑隹谶M入液氨精餾塔冷凝器，被冷凝液化為液氨再收集到液氨精餾塔回流罐中，液氨精餾塔回流罐中的液氨由液氨精餾塔回流泵輸送，一部分返回至液氨精餾塔頂部的回流口，在液氨精餾塔內向下回流，另一部分經加熱器加熱氣化后返回氨氣緩沖罐；
液氨精餾塔塔釜中的氨液體，一部分進入液氨精餾塔再沸器內氣化生成氨蒸氣，由液氨精餾塔底部返回塔內向上運動，另一部分收集到重氫氨收集罐中；
重氫氨收集罐中的液氨由重氫氨輸送泵輸送，經加熱器Ⅰ預熱氣化后送入氨氣分解器進行分解，分解后的混合氣體送入氣體分離器中，分離得到重氫氫氣和氮氣；
氨氣解吸塔中，氣液兩相進行熱質交換，氨氣解吸塔頂部得到解吸出來的較純的氨氣，底部得到低重氫含量的水，氨氣解吸塔塔頂氣相進入氨氣解吸塔頂冷凝器，被冷凝后進入氨氣解吸塔回流罐，氨氣解吸塔回流罐中的液體由氨氣解吸塔回流泵輸送，一部分返回氨氣解吸塔頂部的回流口并向下流動，一部分經加熱器加熱氣化后返回氨氣緩沖罐中；氨氣解吸塔塔釜液體，一部分進入氨氣解吸塔底再沸器中氣化，蒸汽由氨氣解吸塔塔底返回氨氣解吸塔中，另一部分進入解吸水中間罐，解吸水中間罐中的液相由解吸水進料泵送入水后處理塔中，氣相兩相進行熱質交換，頂部得到重氫含量達標的水，可直接排放，底部得到重氫含量較高的水，水后處理塔塔頂氣相進入水后處理塔冷凝器中，被冷凝后進入水后處理塔回流罐，水后處理塔回流罐中的液體由水后處理塔回流泵輸送，一部分返回水后處理塔頂部的回流口并向下流動，一部分直接排放，水后處理塔塔釜液體，一部分進入水處理塔再沸器中氣化，蒸汽由水后處理塔塔底返回水后處理塔中，另一部分返回氫同位素原水罐中。
本發(fā)明還公開了一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置在低品位重氫廢水處理和純化及超重氫廢水處理中的應用。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明公開了一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用，該裝置包括：交換單元，用于使氣液兩相進行氫同位素交換，得到重氫氨氣和低重氫飽和氨水；精餾單元，用于使來自交換單元的重氫氨氣分離得到低重氫氨氣和重氫液氨，還用于使來自交換單元的低重氫飽和氨水進行分離得到重氫含量達標的水；分解單元，用于使來自精餾單元的液氨分離得到重氫氫氣和氮氣。本發(fā)明提供的氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用，基于氨精餾技術進行重氫分離和純化，通過氣體吸收、解吸和交換的方式將水中的氫同位素交換到氨氣中，該過程不需要催化劑，交換后的含氫同位素的氨氣進入精餾單元，精餾過程為常壓操作，無需對氨氣加壓液化，結構簡單，能耗低，運行成本低，同時操作條件溫和，分離系數(shù)大，實現(xiàn)安全、可靠、穩(wěn)定運行，本發(fā)明使用的氨氣不屬于易燃物，相比液氫精餾更為安全。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例1的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。
如圖1-2所示，一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，包括交換單元、精餾單元和分解單元；其中，交換單元包括氨氣緩沖罐1、氨氣輸送泵2、氨氣吸收塔3、原水輸送泵33、氫同位素原水罐34、飽和氨水罐4、飽和氨水輸送泵5，交換單元還選擇性包括交換塔6和氨水中間罐19；精餾單元的液氨精餾裝置包括冷凝干燥器7、液氨精餾塔8、液氨精餾塔再沸器9、重氫氨收集罐10、液氨精餾塔冷凝器15、液氨精餾塔回流罐16、液氨精餾塔回流泵17和加熱器18；精餾單元的氨水解吸裝置包括氨氣解吸塔21、氨氣解吸塔頂冷凝器22、氨氣解吸塔回流罐23、氨氣解吸塔回流泵24、氨氣解吸塔底再沸器25、解吸水中間罐26，精餾單元的氨水解吸裝置還選擇性包括氨水進料泵20；精餾單元的水后處理裝置包括解吸水進料泵27、水后處理塔28、水后處理塔冷凝器29、水后處理塔回流罐30、水后處理塔回流泵31和水處理塔再沸器32；分解單元包括重氫氨輸送泵11、加熱器Ⅰ12、氨氣分解器13和氣體分離器14。
氫同位素原水罐34通過原水輸送泵33與氨氣吸收塔3內部連通，氨氣吸收塔3內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，該液體分布器與原水輸送泵33相通，氨氣緩沖罐1通過氨氣輸送泵2連通氨氣吸收塔3，氨氣吸收塔3底部連通有氨水罐4，飽和氨水罐4與飽和氨水輸送泵5連通再連通氨氣解吸塔21，氨氣吸收塔3通過冷凝干燥器7與液氨精餾塔8連通，液氨精餾塔8依次通過液氨精餾塔冷凝器15、液氨精餾塔回流罐16連通至液氨精餾塔回流泵17的入口，液氨精餾塔回流泵17的出口與加熱器18連通再連通氨氣緩沖罐1，液氨精餾塔回流泵17的出口還與液氨精餾塔8相連通，液氨精餾塔8底部連通重氫氨收集罐10，再通過重氫氨輸送泵11依次連通至加熱器Ⅰ12、氨氣分解器13和氣體分離器14，氨氣解吸塔21頂部連通氨氣解吸塔頂冷凝器22再連通氨氣解吸塔回流罐23，氨氣解吸塔回流罐23通過氨氣解吸塔回流泵24分別連通加熱器18和氨氣解吸塔21，氨氣解吸塔21底部連通氨氣解吸塔底再沸器25再依次連通解吸水中間罐26和解吸水進料泵27和水后處理塔28，水后處理塔28頂部連通水后處理塔冷凝器29再依次連通水后處理塔回流罐30和水后處理塔回流泵31，水后處理塔回流泵31與水后處理塔28頂部可直接連通，水后處理塔28底部分別連通水處理塔再沸器32和氫同位素原水罐34。
當交換單元中存在交換塔6和氨水中間罐19，氨水解吸裝置中存在氨水進料泵20時，氨氣吸收塔3與交換塔6相連通，飽和氨水罐4通過飽和氨水輸送泵5與交換塔6內部頂部設置的用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器相連通，交換塔6底部連通有氨水中間罐19，交換塔6通過氨水中間罐19連通氨水進料泵20再連通氨氣解吸塔21，交換塔6頂部連通有冷凝干燥器7再連通至液氨精餾塔8。
一種氫同位素廢水處理及資源化利用的方法，包括以下步驟：
氫同位素原水罐34中的水由原水輸送泵33送入氨氣吸收塔3內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋水，氨氣緩沖罐1中的氨氣由氨氣輸送泵2送入氨氣吸收塔3底部的氣相進口，氣液兩相在氨氣吸收塔3中接觸，氨氣向水相轉移得到飽和氨水，由氨氣吸收塔3底部的液相出口流入飽和氨水罐4，飽和氨水罐4中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵5直接送入氨氣解吸塔21內或先送入交換塔6內進行氫同位素交換后再送入氨氣解吸塔21內，若為前者，則由氨氣吸收塔3頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器7干燥處理后送入液氨精餾塔8的進料口；若為后者，則飽和氨水罐4中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵5先送入交換塔6內部頂部的液體分布器再通過液體分布器向下噴淋飽和氨水，氨氣緩沖罐1中的氨氣由氨氣輸送泵2送入交換塔6底部的氣相進口，氣液兩相在交換塔6內進行氫同位素交換，從交換塔6頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器7干燥處理后送入液氨精餾塔8的進料口，交換塔6底部的液相出口得到低重氫飽和氨水，其收集到氨水中間罐19中，由氨氣吸收塔3頂部的氣相出口得到的氨氣可直接送入氨氣緩沖罐1中，氨水中間罐19中的低重氫飽和氨水，由氨水進料泵20送入氨氣解吸塔21中；
液氨精餾塔8中，氣液兩相在液氨精餾塔8中進行熱質交換，重氫氨在液氨精餾塔8底部富集，頂部得到低重氫氨。液氨精餾塔8塔頂?shù)陌闭魵庥身敳康臍庀喑隹谶M入液氨精餾塔冷凝器15，被冷凝液化為液氨再收集到液氨精餾塔回流罐16中，液氨精餾塔回流罐16中的液氨由液氨精餾塔回流泵17輸送，一部分返回至液氨精餾塔8頂部的回流口，在液氨精餾塔8內向下回流，另一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1；
液氨精餾塔8塔釜中的氨液體，一部分進入液氨精餾塔再沸器9內氣化生成氨蒸氣，由液氨精餾塔8底部返回塔內向上運動，另一部分收集到重氫氨收集罐10中；
重氫氨收集罐10中的液氨由重氫氨輸送泵11輸送，經加熱器Ⅰ12預熱氣化后送入氨氣分解器13進行分解，分解后的混合氣體送入氣體分離器14中，分離得到重氫氫氣和氮氣；
氨氣解吸塔21中，氣液兩相進行熱質交換，氨氣解吸塔21頂部得到解吸出來的較純的氨氣，底部得到低重氫含量的水，氨氣解吸塔21塔頂氣相進入氨氣解吸塔頂冷凝器22，被冷凝后進入氨氣解吸塔回流罐23，氨氣解吸塔回流罐23中的液體由氨氣解吸塔回流泵24輸送，一部分返回氨氣解吸塔21頂部的回流口并向下流動，一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1中；氨氣解吸塔21塔釜液體，一部分進入氨氣解吸塔底再沸器25中氣化，蒸汽由氨氣解吸塔21塔底返回氨氣解吸塔21中，另一部分進入解吸水中間罐26，解吸水中間罐26中的液相由解吸水進料泵27送入水后處理塔28中，氣相兩相進行熱質交換，頂部得到重氫含量達標的水，可直接排放，底部得到重氫含量較高的水，水后處理塔28塔頂氣相進入水后處理塔冷凝器29中，被冷凝后進入水后處理塔回流罐30，水后處理塔回流罐30中的液體由水后處理塔回流泵31輸送，一部分返回水后處理塔28頂部的回流口并向下流動，一部分直接排放，水后處理塔28塔釜液體，一部分進入水處理塔再沸器32中氣化，蒸汽由水后處理塔28塔底返回水后處理塔28中，另一部分返回氫同位素原水罐34中。
液氨精餾塔再沸器9的溫度控制在-30℃至-10℃，液氨精餾塔冷凝器15的冷凝溫度控制在-60℃至-40℃。
本發(fā)明中氣體分離器14可以是吸附分離柱，也可以是氣體分離膜，可以采用單級，也可以采用多級模式。
本發(fā)明既可用于低品位重氫廢水處理和純化，也適用于超重氫廢水的處理。
本發(fā)明中，氨氣和氫同位素水交換方式不限于本發(fā)明所述采用的吸收塔及交換塔裝置，還包括采用溶解釜溶解氨氣并進行交換等方式。
本發(fā)明中，氨水解吸不限于精餾解吸，還包括減壓解吸、氣提解吸和膜分離等方法。
實施例1
如圖1所示，一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，包括交換單元、精餾單元和分解單元；其中，交換單元包括氨氣緩沖罐1、氨氣輸送泵2、氨氣吸收塔3、原水輸送泵33、氫同位素原水罐34、飽和氨水罐4、飽和氨水輸送泵5、交換塔6和氨水中間罐19；精餾單元的液氨精餾裝置包括冷凝干燥器7、液氨精餾塔8、液氨精餾塔再沸器9、重氫氨收集罐10、液氨精餾塔冷凝器15、液氨精餾塔回流罐16、液氨精餾塔回流泵17和加熱器18；精餾單元的氨水解吸裝置包括氨水進料泵20、氨氣解吸塔21、氨氣解吸塔頂冷凝器22、氨氣解吸塔回流罐23、氨氣解吸塔回流泵24、氨氣解吸塔底再沸器25、解吸水中間罐26；精餾單元的水后處理裝置包括解吸水進料泵27、水后處理塔28、水后處理塔冷凝器29、水后處理塔回流罐30、水后處理塔回流泵31和水處理塔再沸器32；分解單元包括重氫氨輸送泵11、加熱器Ⅰ12、氨氣分解器13和氣體分離器14。
一種氫同位素廢水處理及資源化利用的方法，包括以下步驟：
氫同位素原水罐34中的水由原水輸送泵33送入氨氣吸收塔3內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋水，氨氣緩沖罐1中的氨氣由氨氣輸送泵2送入氨氣吸收塔3底部的氣相進口，氣液兩相在氨氣吸收塔3中接觸，氨氣向水相轉移得到飽和氨水，由氨氣吸收塔3底部的液相出口流入飽和氨水罐4，飽和氨水罐4中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵5先送入交換塔6內進行氫同位素交換后再送入氨氣解吸塔21內，飽和氨水罐4中的飽和氨水由飽和氨水輸送泵5先送入交換塔6內部頂部的液體分布器再通過液體分布器向下噴淋飽和氨水，氨氣緩沖罐1中的氨氣由氨氣輸送泵2送入交換塔6底部的氣相進口，氣液兩相在交換塔6內進行氫同位素交換，從交換塔6頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器7干燥處理后送入液氨精餾塔8的進料口，交換塔6底部的液相出口得到低重氫飽和氨水，其收集到氨水中間罐19中，由氨氣吸收塔3頂部的氣相出口得到的氨氣可直接送入氨氣緩沖罐1中，氨水中間罐19中的低重氫飽和氨水，由氨水進料泵20送入氨氣解吸塔21中；
液氨精餾塔8中，氣液兩相在液氨精餾塔8中進行熱質交換，重氫氨在液氨精餾塔8底部富集，頂部得到低重氫氨。液氨精餾塔8塔頂?shù)陌闭魵庥身敳康臍庀喑隹谶M入液氨精餾塔冷凝器15，被冷凝液化為液氨再收集到液氨精餾塔回流罐16中，液氨精餾塔回流罐16中的液氨由液氨精餾塔回流泵17輸送，一部分返回至液氨精餾塔8頂部的回流口，在液氨精餾塔8內向下回流，另一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1；
液氨精餾塔8塔釜中的氨液體，一部分進入液氨精餾塔再沸器9內氣化生成氨蒸氣，由液氨精餾塔8底部返回塔內向上運動，另一部分收集到重氫氨收集罐10中；
重氫氨收集罐10中的液氨由重氫氨輸送泵11輸送，經加熱器Ⅰ12預熱氣化后送入氨氣分解器13進行分解，分解后的混合氣體送入氣體分離器14中，分離得到重氫氫氣和氮氣；
氨氣解吸塔21中，氣液兩相進行熱質交換，氨氣解吸塔21頂部得到解吸出來的較純的氨氣，底部得到低重氫含量的水，氨氣解吸塔21塔頂氣相進入氨氣解吸塔頂冷凝器22，被冷凝后進入氨氣解吸塔回流罐23，氨氣解吸塔回流罐23中的液體由氨氣解吸塔回流泵24輸送，一部分返回氨氣解吸塔21頂部的回流口并向下流動，一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1中；氨氣解吸塔21塔釜液體，一部分進入氨氣解吸塔底再沸器25中氣化，蒸汽由氨氣解吸塔21塔底返回氨氣解吸塔21中，另一部分進入解吸水中間罐26，解吸水中間罐26中的液相由解吸水進料泵27送入水后處理塔28中，氣相兩相進行熱質交換，頂部得到重氫含量達標的水，可直接排放，底部得到重氫含量較高的水，水后處理塔28塔頂氣相進入水后處理塔冷凝器29中，被冷凝后進入水后處理塔回流罐30，水后處理塔回流罐30中的液體由水后處理塔回流泵31輸送，一部分返回水后處理塔28頂部的回流口并向下流動，一部分直接排放，水后處理塔28塔釜液體，一部分進入水處理塔再沸器32中氣化，蒸汽由水后處理塔28塔底返回水后處理塔28中，另一部分返回氫同位素原水罐34中。
液氨精餾塔再沸器9的溫度控制在-30℃至-10℃，液氨精餾塔冷凝器15的冷凝溫度控制在-60℃至-40℃。
實施例2
如圖2所示，一種氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置，包括交換單元、精餾單元和分解單元；其中，交換單元包括氨氣緩沖罐1、氨氣輸送泵2、氨氣吸收塔3、原水輸送泵33、氫同位素原水罐34、飽和氨水罐4、飽和氨水輸送泵5；精餾單元的液氨精餾裝置包括冷凝干燥器7、液氨精餾塔8、液氨精餾塔再沸器9、重氫氨收集罐10、液氨精餾塔冷凝器15、液氨精餾塔回流罐16、液氨精餾塔回流泵17和加熱器18；精餾單元的氨水解吸裝置包括氨氣解吸塔21、氨氣解吸塔頂冷凝器22、氨氣解吸塔回流罐23、氨氣解吸塔回流泵24、氨氣解吸塔底再沸器25、解吸水中間罐26；精餾單元的水后處理裝置包括解吸水進料泵27、水后處理塔28、水后處理塔冷凝器29、水后處理塔回流罐30、水后處理塔回流泵31和水處理塔再沸器32；分解單元包括重氫氨輸送泵11、加熱器Ⅰ12、氨氣分解器13和氣體分離器14。
氫同位素原水罐34通過原水輸送泵33與氨氣吸收塔3內部連通，氨氣吸收塔3內部頂部設置有用于實現(xiàn)液體噴淋的液體分布器，該液體分布器與原水輸送泵33相通，氨氣緩沖罐1通過氨氣輸送泵2連通氨氣吸收塔3，氨氣吸收塔3底部連通有氨水罐4，飽和氨水罐4與飽和氨水輸送泵5連通再連通氨氣解吸塔21，氨氣吸收塔3頂部通過冷凝干燥器7與液氨精餾塔8連通，液氨精餾塔8頂部依次通過液氨精餾塔冷凝器15、液氨精餾塔回流罐16連通至液氨精餾塔回流泵17的入口，液氨精餾塔回流泵17的出口與加熱器18連通再連通氨氣緩沖罐1，液氨精餾塔回流泵17的出口還與液氨精餾塔8相連通，液氨精餾塔8底部連通重氫氨收集罐10，再通過重氫氨輸送泵11依次連通至加熱器Ⅰ12、氨氣分解器13和氣體分離器14，氨氣解吸塔21頂部連通氨氣解吸塔頂冷凝器22再連通氨氣解吸塔回流罐23，氨氣解吸塔回流罐23通過氨氣解吸塔回流泵24分別連通加熱器18和氨氣解吸塔21，氨氣解吸塔21底部連通氨氣解吸塔底再沸器25再依次連通解吸水中間罐26和解吸水進料泵27和水后處理塔28，水后處理塔28頂部連通水后處理塔冷凝器29再依次連通水后處理塔回流罐30和水后處理塔回流泵31，水后處理塔回流泵31與水后處理塔28頂部可直接連通，水后處理塔28底部分別連通水處理塔再沸器32和氫同位素原水罐34。
本實施例可以將氨吸收和氨交換步驟合并，利用吸收塔同時完成吸收和交換。
一種氫同位素廢水處理及資源化利用的方法，包括以下步驟：
氫同位素原水罐34中的水由原水輸送泵33送入氨氣吸收塔3內部頂部的液體分布器，通過液體分布器向下噴淋水，氨氣緩沖罐1中的氨氣由氨氣輸送泵2送入氨氣吸收塔3底部的氣相進口，氣液兩相在氨氣吸收塔3中接觸，氨氣向水相轉移得到低重氫飽和氨水，由氨氣吸收塔3底部的液相出口流入飽和氨水罐4，從氨吸收塔3頂部的氣相出口得到重氫氨氣，重氫氨氣經過冷凝干燥器7干燥處理后送入液氨精餾塔8的進料口；飽和氨水罐4中的低重氫飽和氨水，由氨水進料泵5送入氨氣解吸塔21中；
液氨精餾塔8中，氣液兩相在液氨精餾塔8中進行熱質交換，重氫氨在液氨精餾塔8底部富集，頂部得到低重氫氨；液氨精餾塔8塔頂?shù)陌闭魵庥身敳康臍庀喑隹谶M入液氨精餾塔冷凝器15，被冷凝液化為液氨再收集到液氨精餾塔回流罐16中，液氨精餾塔回流罐16中的液氨由液氨精餾塔回流泵17輸送，一部分返回至液氨精餾塔8頂部的回流口，在液氨精餾塔8內向下回流，另一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1；
液氨精餾塔8塔釜中的氨液體，一部分進入液氨精餾塔再沸器9內氣化生成氨蒸氣，由液氨精餾塔8底部返回塔內向上運動，另一部分收集到重氫氨收集罐10中；
重氫氨收集罐10中的液氨由重氫氨輸送泵11輸送，經加熱器Ⅰ12預熱氣化后送入氨氣分解器13進行分解，分解后的混合氣體送入氣體分離器14中，分離得到重氫氫氣和氮氣；
氨氣解吸塔21中，氣液兩相進行熱質交換，氨氣解吸塔21頂部得到解吸出來的較純的氨氣，底部得到低重氫含量的水，氨氣解吸塔21塔頂氣相進入氨氣解吸塔頂冷凝器22，被冷凝后進入氨氣解吸塔回流罐23，氨氣解吸塔回流罐23中的液體由氨氣解吸塔回流泵24輸送，一部分返回氨氣解吸塔21頂部的回流口并向下流動，一部分經加熱器18加熱氣化后返回氨氣緩沖罐1中。氨氣解吸塔21塔釜液體，一部分進入氨氣解吸塔底再沸器25中氣化，蒸汽由氨氣解吸塔21塔底返回氨氣解吸塔21中，另一部分進入解吸水中間罐26，解吸水中間罐26中的液相由解吸水進料泵27送入水后處理塔28中，氣相兩相進行熱質交換，頂部得到重氫含量達標的水，可直接排放，底部得到重氫含量較高的水，水后處理塔28塔頂氣相進入水后處理塔冷凝器29中，被冷凝后進入水后處理塔回流罐30，水后處理塔回流罐30中的液體由水后處理塔回流泵31輸送，一部分返回水后處理塔28頂部的回流口并向下流動，一部分直接排放，水后處理塔28塔釜液體，一部分進入水處理塔再沸器32中氣化，蒸汽由水后處理塔28塔底返回水后處理塔28中，另一部分返回氫同位素原水罐34中。
余同實施例1。
實施例3
氫同位素廢水中重氫豐度為10％，處理量為100kg/h，常壓20℃操作，吸收51kg氨氣得到飽和氨水，該飽和氨水與過量氨氣在交換塔6內進行氫同位素交換后，重氫同位素氨氣進入液氨精餾塔8進行分離，在塔頂?shù)玫街貧湄S度為0.1％的氨氣，返回氨氣緩沖罐1，參與下一批次循環(huán)吸收、交換和精餾分離，塔底得到重氫豐度為99％的重氫氨。重氫氨經加熱器Ⅰ12加熱后進入氨氣分解器13和氣體分離器14，最終得到豐度為99％的重氫氫氣和氮氣。
實施例4
氫同位素廢水中超重氫含量為1.5×10 8Bq/L，處理量為100kg/h，常壓20℃操作，吸收51kg氨氣得到飽和氨水，該飽和氨水與過量氨氣在交換塔6內進行氫同位素交換后，超重氫同位素氨氣進入液氨精餾塔8進行分離，在塔頂?shù)玫匠睾康陀?00Bq/L的氨氣，返回氨氣緩沖罐1，參與下一批次循環(huán)吸收、交換和精餾分離，塔底得到超重氫含量為1×10 11Bq/L以上的超重氫氨，再經加熱器Ⅰ12加熱后進入氨氣分解器13和氣體分離器14，最終得到超重氫氫氣和氮氣。
本發(fā)明未具體描述的部分或結構采用現(xiàn)有技術或現(xiàn)有產品即可，在此不做贅述。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。
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“氫同位素廢水處理及資源化利用的裝置及方法和應用” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
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編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：蘇州思萃同位素技術研究所有限公司
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2024年10月25日 ~ 27日 
