RU2063261C1 - Способ разделения изотопов водорода - Google Patents
Способ разделения изотопов водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2063261C1 RU2063261C1 RU93050854A RU93050854A RU2063261C1 RU 2063261 C1 RU2063261 C1 RU 2063261C1 RU 93050854 A RU93050854 A RU 93050854A RU 93050854 A RU93050854 A RU 93050854A RU 2063261 C1 RU2063261 C1 RU 2063261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- halogen
- mixture
- isotopes
- hydrogen
- iodine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title abstract description 29
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title abstract description 29
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 12
- -1 for instance Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 8
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 6
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- ZYCMDWDFIQDPLP-UHFFFAOYSA-N hbr bromine Chemical compound Br.Br ZYCMDWDFIQDPLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000039 hydrogen halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012433 hydrogen halide Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000004694 iodide salts Chemical class 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Использование: разделение изотопов водорода при термоядерном синтезе. Сущность изобретения: газообразную смесь изотопов водорода обрабатывают газообразным галоидом, например, йодом, при 473- 773К в присутствии катализатора - платинированного асбеста. Смесь галоидпроизводных отделяют от непрореагировавшего галоида в конденсаторе при 230-403K. Очищенную смесь галоидпроизводных конденсируют при 188-273K. Смесь жидких изотопов подвергают дистилляции при 187-243K. Галоидпроизводные изотопов разлагают, галоид направляют на стадию обработки исходной смеси. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области термоядерного синтеза и может быть использовано для выделения дейтерия и трития из смеси изотопов водорода.
Смесь изотопов водорода за счет обменных реакций состоит из шести компонентов, а именно: Н2, Д2, T2, НТ, ДТ и НД. Для их разделения используют способ криогенной дистилляции. Известно изобретение (1), по которому смесь изотопов водорода подают в систему четырех криогенных колонн, соединенных с двумя эквилибраторами, в которых разрушают молекулы НТ с использованием больших количеств рециклированного дейтерия. На выходе из этой системы получают поток НД и высокочистые потоки Д2, ДТ и Т2. Дистилляцию проводят при температуре 20-25oК. В качестве холодильного цикла в этом процессе можно использовать жидководородный или гелиевый цикл.
Описанный способ имеет следующие недостатки:
1. Сложность разделения молекул Д2 и НТ в связи с тем, что они имеют близкие массы.
1. Сложность разделения молекул Д2 и НТ в связи с тем, что они имеют близкие массы.
2. Большая пожаро- и взрывоопасность процесса из-за использования в качестве хладагента жидкого водорода.
3. Большая энерго- и материалоемкость в связи с работой при 20oК и необходимостью разделения шестикомпонентной смеси.
Изобретение решает задачу устранения перечисленных выше недостатков.
Это достигается за счет того, что на предварительной стадии осуществляют химическое взаимодействие газообразной шестикомпонентной смеси изотопов водорода с галоидом. Полученные галоидводороды направляют на дистилляционное разделение с последующим их разложением для получения изотопов водорода в чистом виде. Разложение можно осуществить любым известным методом, например, с использованием тлеющего разряда или лазера, термическим разложением, электролизом или др. Химическое воздействие изотопов водорода с галоидом описывают следующими формулами: Н2+Х2-2НХ (1) Д2+Х2=2ДХ (2), Т2+Х2=2ТХ (3), ИД+Х2=НХ+ДХ (4), НТ+Х2=НХ+ТХ (5), ДТ+Х2=ДХ+ТХ (6), где: X F, Cl, Вr, I.
Взаимодействие фтора с водородом происходит со взрывом и настолько бурно, что не находит практического применения для получения фтористого водорода. Остальные галоидводороды получают прямым взаимодействием соответствующего галоида с водородом при температуре до 773 К с использованием платинированного асбеста в качестве катализатора, либо без катализатора, но при более высоких температурах.
Получаемые галоидводороды имеют температуры кипения, приведенные ниже.
Соединение Температура кипения К
НCl 188,1
HВr 206,0
Нi 237,6
Галоиды водорода имеют температуры кипения гораздо выше, чем температура кипения чистых изотопов водорода. Сдедовательно, для разделения смеси галоидов изотопов водорода методом дистилляции потребуется меньше энергетических затрат, чем для разделения смеси чистых изотопов водорода.
НCl 188,1
HВr 206,0
Нi 237,6
Галоиды водорода имеют температуры кипения гораздо выше, чем температура кипения чистых изотопов водорода. Сдедовательно, для разделения смеси галоидов изотопов водорода методом дистилляции потребуется меньше энергетических затрат, чем для разделения смеси чистых изотопов водорода.
Следует учитывать, что природные бром и хлор состоят из смеси двух стабильных изотопов. В случае хлора это Сl35 и Cl37, a в случае брома Br79 и Br81. Поэтому в случае хлорводородов и бромводородов на дистилляцию будут поступать смеси, состоящие из шести компонентов. Для хлора это (I) HCl35, HCl37, DCl35, DCl37, TCl35 и TCl37, а для брома (II) -HBr79, HBr81, DBr79, DBr81, TBr79, TBr81. В этих смесях по два компонента имеют близкие массы: в I HCl37 и TCl35, а во II HBr81 и HBr79, что может внести определенные сложности в разделение этих смесей методом дистилляции.
Природный йод состоит из одного стабильного изотопа, поэтому в отличие от брома и хлора, смесь иодидов изотопов водорода состоит из отличающихся по массе молекул трех видов Н1, Д1 и Т1.
Теплоты образования НСl, НBr и Hi составляют 21,9 8,6 и 6,2 ккал/моль соответственно, поэтому энергия, необходимая для разложения галоидводородов, убывает в ряду EHCl>EHBr>EHi.
Следовательно, исходя из температуры кипения галоидводородов, энергии их разложения и изотопного состава, иод обладает несомненным преимуществом, т. к. для осуществления процесса разделения изотопов водорода с его участием потребуется гораздо меньше энергетических затрат.
Таким образом, на разделение поступает трехкомпонентная или шестикомпонентные смеси, имеющие гораздо более высокие температуры кипения по сравнению с температурами кипения изотопов водорода, существенно понижается энерго- и материалоемкость процесса разделения. Для достижения температуры кипения галоидводорода вместо жидкого водорода можно использовать более дешевый и негорючий хладагент, например пары жидкого азота, что уменьшает затраты на хладагент и значительно повышает степень пожаро- и взрывобезопасности процесса разделения. Общая схема процесса разделения изображена на чертеже.
Установка для разделения изотопов включает линии 1 и 2 для подачи соответственно исходной смеси изотопов и галоида, осушители исходной смеси изотопов 3 и газообразного галоида 4, линии 5 и 6 для подачи соответственно осушенной смеси изотопов и галоида в реактор 7, линию 8 для вывода прореагировавшей смеси из реактора 7, конденсатор 9, и линию 10 для подачи непрореагировавшего йода в реактор 7, линию 11 для подачи смеси галоидпроизводных изотопов в конденсатор 12, линию 13 для подачи несконденсированной смеси изотопов и галоидпроизводных в реактор 7, линию 14 для подачи смеси жидких галоидпроизводных изотопов в дистиллятор 15, линии 16,17,18 для подачи разделенных галоидпроизводных изотопов в разложителе 19, 20, 21 линии 22, 23, 24 для подачи разделенных изотопов потребителю, а также 25, 26, 27, 28 для подачи отделенного галоида в реактор 7.
Способ осуществляют следующим образом.
Пример 1. Газообразную смесь изотопов водорода подают по линиям 1 и 5 через осушитель 3 в реактор 7. По линиям 2 и 6 через осушитель 4 подают газообразный йод в реактор 7 в избыточном количестве. Реакцию ведут при 773К в присутствии катализатора платинированного асбеста. На выходе из реактора 7 получают смесь из НJ, ДJ и TJ, непрореагировавших изотопов водорода и йода и направляют его по линии 8 в конденсатор 9, в котором поддерживают температуру 393-403 К. В конденсаторе 9 газовую смесь очищают от паров непрореагировавшего йода, который по линии 10 возвращают в реактор 7. Газовый поток, очищений от йода, подают по линии 11 в конденсатор 12, где поддерживают температуру 237К, где происходит конденсация НJ, ДJ, TJ. Несконденсированные непрореагировавшие изотопы водорода по линии 13 подают в реактор 7. Смесь жидких НJ, ДJ и ТJ направляют по линии 14 на дистилляцию в дистиллятор или дистилляторы 15 для получения отдельных галоидпроизводных изотопов, направляемых затем по линиям 16, 17 и 18 в разложители 19, 20, 21 где получают чистые Н2, Д2 и Т2, а выделенный из разложителей йод по линиям 25, 26, 27 и 28 возвращают в реактор 7.
Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что вместо йода используют бром. Температуру в реакторе 7 поддерживают в интервале 473 573 К, в конденсаторе 9-273-288 К, в конденсаторе 12 206,0 К, а дистилляторах 15 206 211 К,
Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что вместо иода используют хлор. Температура в реакторе 7 равна 437 К, в конденсаторе 9-230 К, в конденсаторе 12 188 К, а в дистилляторах 15-188-203 К.
Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что вместо иода используют хлор. Температура в реакторе 7 равна 437 К, в конденсаторе 9-230 К, в конденсаторе 12 188 К, а в дистилляторах 15-188-203 К.
Claims (2)
1. Способ разделения изотопов путем дистилляции, отличающийся тем, что исходную смесь изотопов перед дистилляцией обрабатывают газообразным галоидом, полученную смесь галоидпроизводных отделяют от непрореагировавшего галоида, а отделенную смесь конденсируют и направляют на дистилляцию с последующим разложением галоидпроизводных, причем полученный галоид направляют на стадию обработки исходной смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галоида используют йод.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93050854A RU2063261C1 (ru) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | Способ разделения изотопов водорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93050854A RU2063261C1 (ru) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | Способ разделения изотопов водорода |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93050854A RU93050854A (ru) | 1996-06-20 |
| RU2063261C1 true RU2063261C1 (ru) | 1996-07-10 |
Family
ID=20148967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93050854A RU2063261C1 (ru) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | Способ разделения изотопов водорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2063261C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174043C2 (ru) * | 1999-12-20 | 2001-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ получения высокой плотности изотопов водорода |
| WO2025171381A1 (en) * | 2024-02-08 | 2025-08-14 | Westinghouse Electric Company Llc | Hf distillation and molten salt electrolysis to separate tritium and deuterium from hydrogen and helium |
-
1993
- 1993-11-09 RU RU93050854A patent/RU2063261C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4353871, кл. В01Д 3/00, F25J 3/02, 1982. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174043C2 (ru) * | 1999-12-20 | 2001-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ получения высокой плотности изотопов водорода |
| WO2025171381A1 (en) * | 2024-02-08 | 2025-08-14 | Westinghouse Electric Company Llc | Hf distillation and molten salt electrolysis to separate tritium and deuterium from hydrogen and helium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4735747A (en) | Process and apparatus for the photochemical sulphochlorination of gaseous alkanes | |
| US4091081A (en) | Preparation of nitrogen trifluoride | |
| US3260059A (en) | Purification of hydrogen chloride | |
| CA1118787A (en) | Phosgene manufacture | |
| US2395314A (en) | Process for the production of chlorine | |
| US5124135A (en) | Process for the selective absorption of chlorine and/or bromine from CO.sub. -containing off-gases with the aid of steam | |
| CZ290462B6 (cs) | Způsob výroby 1,2-dichlorethanu přímou chlorací a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| US20100036180A1 (en) | Method of obtaining 1,2-dichloroethane by direct chlorination with a step of separation from the catalyst by direct evaporation, and facility for the implementation thereof | |
| JP2003081891A (ja) | １，２―ジクロロエタンの製造方法 | |
| US5458858A (en) | Integrated procedure for high yield production of chlorine dioxide | |
| US2402978A (en) | Process for chlorination of saturated hydrocarbons and recovering hydrochloric acid | |
| RU2063261C1 (ru) | Способ разделения изотопов водорода | |
| US3745103A (en) | Method for making 1,1,1-trichloroethane by photochemical chlorination of 1,1-dichloroethane | |
| US4220609A (en) | Process for the recovery of alkyl chlorides | |
| US5085748A (en) | Process for enriching carbon 13 | |
| US3748243A (en) | Process for the production of 1,1,1-trichloroethane | |
| JPH0819014B2 (ja) | 二塩化エタンの製造方法 | |
| US5401876A (en) | Synthesis of chloroacetic acids | |
| Van Velzen et al. | Development and design of a continuous laboratory-scale plant for hydrogen production by the Mark-13 cycle | |
| JP3193627B2 (ja) | 高次塩素化メタンの製造方法 | |
| US3061652A (en) | Preparation of perchlorethylene | |
| US2765873A (en) | Method of purifying chlorine | |
| US20090082602A1 (en) | Method of Operating a Distillation column for Purifying 1, 2-Dichloroethane and for Coupled Sodium Hydroxide Solution Evaporative Concentration | |
| WO1996033129A1 (en) | A chemical procedure to produce water of reduced deuterium content | |
| US3076043A (en) | Method of recovering high purity chloroform and carbon tetrachloride |