一种多塔串联的水精馏去氚装置及去氚方法与流程

1.本发明属于含氚水去氚减排技术领域，具体涉及一种多塔串联的水精馏去氚装置及方法。


背景技术：

2.长期以来，人们对从水中提取氢同位素的方法已开展了广泛研究，如：吸附、蒸汽相催化交换、液相催化交换、双温-催化交换、硫化氢-水双温交换法、联合电解催化交换、水精馏等。理论上讲，前述技术均可用于水中氚的去除，其中活性炭、沸石、分子筛、无定型sio2以及sio
2-al2o3等吸附剂可从低浓氚水中选择性吸附氚，然而单位质量吸附剂仅有50～70bq/g的氚吸附量，大规模用于含氚废水处理将产生大量放射性固体废物；蒸汽相催化交换和液相催化交换由于热力学平衡的限制，采用大量循环氢气与含氚废水发生交换反应，氢气循环量分别为含氚废水的4倍和10倍，产生大量氢同位素混合气，在其后端需采用规模庞大的低温精馏装置浓缩含氚氢气，其经济性和安全性均不可接受；双温催化交换工艺也需要大量氢气循环，安全要求高。此外，双温催化交换工艺能否用于大规模含氚废水去氚，需要进一步验证；硫化氢-水双温交换法以剧毒、强腐蚀的硫化氢作为交换气，工艺操作条件苛刻。联合电解催化交换受电解池处理能力限制，其处理规模较小，无法单独满足大规模含氚废水去氚化需求；水精馏技术因具有处理量大、工艺稳定、安全性高等优点，在国内外重水生产的最终富集阶段以及加拿大重水堆重水升级中已有成熟应用。水精馏技术既能满足内陆核电站、乏燃料后处理厂以及福岛核事故的含氚废水去氚等应用领域的处理量需求，又能通过多塔级联实现含氚废水的高倍贫化和浓缩氚的高倍减容，同时确保安全可靠的工艺。在内陆核电站、乏燃料后处理厂以及福岛核事故的含氚废水去氚等应用领域具有非常强的竞争力。
3.现有的水精馏技术目前主要用于重水和重氧水生产领域，目前还没有工业应用于轻水去氚领域的报道，将现有的用于重水和重氧水生产领域的水精馏装置用于轻水去氚将存在以下问题：(1)现有的水精馏装置的后级塔顶部蒸汽是利用压差驱动进入前级塔底部后向前级塔顶部流动，当n级塔串联时由于压降导致后端的精馏塔操作压力远高于第一塔，这将使得后端精馏塔的分离因子太小，不利于轻水与氚水的分离；(2)现有多级精馏塔的连接方式是：前级塔的塔釜液体蒸发为蒸汽后采出进入后级塔顶部冷凝，而后级塔蒸汽在塔顶冷凝后进入前级塔再沸器再次蒸发，这种反复的蒸发和冷凝使得整个装置的能耗增加；(3)现有的重氧水精馏塔的进料位置均位于多塔串联的第一塔顶或中部，进料位置不适用于轻水中氚的去除，轻水中氚的去除要求极高的氚去除率，则多塔串联时应具有较长的精馏段，从第一塔顶部精馏无法实现轻水中氚的高倍去除。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种多塔串联的水精馏去氚装置及方法，解决了利用现有技术中水精馏塔进行轻水去氚时存在的问题。
5.为达此目的，本发明第一方面提出一种多塔串联的水精馏去氚装置，所述装置包括：氚水净化单元、粗分塔、去氚塔和减容塔；
6.所述氚水净化单元通过管路连接位于粗分塔一侧中部或者下部的粗分塔进料口ⅰ；
7.所述粗分塔通过管路将其顶部回流液入口和蒸汽出口连接在去氚塔底部；粗分塔底部第一液体管路连接再沸器ⅰ入口，第二液体管路连接减容塔中部的减容塔进料口；所述再沸器ⅰ的出口连接至粗分塔底部；
8.所述去氚塔顶部设置冷凝器ⅰ，去氚塔顶部蒸汽管路连接冷凝器ⅰ入口，冷凝器ⅰ的第一出口管路连接去氚塔，第二出口管路作为贫氚水采出管路；
9.所述减容塔底部设置再沸器ⅱ，顶部设置冷凝器ⅱ；减容塔底部第一液体管路连接再沸器ⅱ入口，第二液体管路作为浓缩氚水采出管路，所述再沸器ⅱ出口连接减容塔底部；减容塔顶部蒸汽管路连接冷凝器ⅱ入口，冷凝器ⅱ的第一出口管路返回减容塔，第二出口管路连接位于粗分塔另一侧中部或者下部的粗分塔进料口ⅱ；
10.所述冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ均连接真空系统。
11.优选的，所述氚水净化单元包括顺序连接的木炭床、吸油树脂床和过滤器，所述过滤器出口连接粗分塔进料口ⅰ；所述木炭床、吸油树脂床和过滤器均设置为两个。
12.优选的，所述粗分塔、去氚塔内部均采用丝网波纹超亲水填料，减容塔内部采用散装超亲水填料；所述填料分段安装，且每段填料高度为2～4m；所述超亲水填料为水接触角＜5
°
的填料。
13.优选的，所述去氚塔和粗分塔两者直径相同，且去氚塔和粗分塔的直径设计保证填料压降≤300pa/m；所述减容塔，其直径小于0.25倍的粗分塔直径。
14.优选的，所述去氚塔底部还设置再沸器ⅲ，所述再沸器ⅲ连接在去氚塔与粗分塔之间的回流液管路和蒸汽管路之间。
15.优选的，所述冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ均包含串联的主冷凝器和冷阱，所述冷阱顶端均通过真空管路连接真空系统。
16.优选的，所述粗分塔进料口ⅰ和粗分塔进料口ⅱ均设置多个高度位置不同的进料口；所述减容塔进料口也包括多个高度位置不同的减容塔进料口。
17.优选的，所述去氚塔和减容塔的塔顶压力均为10kpa～25kpa。
18.优选的，所述粗分塔，其底部预浓集氚水的采出流量为粗分塔氚水进料量的1/10～1/2；所述减容塔，其底部浓缩氚水的采出量为减容塔氚水进料量的1/20～1/5。
19.本发明第二方面提出一种多塔串联的水精馏去氚方法，所述方法基于上述多塔串联的水精馏去氚装置进行，所述方法包括：
20.s1：含氚水进入木炭床吸附氚水中的有机物，接着进入吸油树脂床进一步去除含氚水中的有机物，之后进入过滤器，除去氚水中的机械杂质；
21.s2：根据不同的分离要求，选择粗分塔进料口；
22.s3：将经氚水净化单元净化的氚水送入粗分塔进料口，粗分塔顶部回流液和进料氚水沿其内部填料层向下流动到达粗分塔的底部，粗分塔底部预浓集氚水部分进入再沸器ⅰ蒸发为蒸汽又进入粗分塔底部，蒸汽从粗分塔填料底部向上流动与向下流动的液体在粗分塔填料表面充分接触传质，使液态水向下流动时氚浓度增加，蒸汽向上流动时氚浓度减
少，去氚蒸汽到达粗分塔顶部后经蒸汽管路进入去氚塔底部的蒸汽入口，粗分塔底部另一部分预浓集氚水进入减容塔与预浓集氚水浓度匹配的进料口；
23.s4：去氚蒸汽在去氚塔内沿去氚塔填料向上流动的过程中被深度去氚，在去氚塔顶部被冷凝器ⅰ冷凝，冷凝水部分作为去氚塔的回流液进入去氚塔顶部回流口，另一部分冷凝水作为深度去氚的贫氚水采出；去氚塔顶部回流液沿去氚塔填料向下流动与上升蒸汽接触去除蒸汽中的氚，回流液流入去氚塔底部后泵入粗分塔的顶部回流口；
24.预浓集氚水进入减容塔后，减容塔再沸器ⅱ将减容塔底部液体蒸发为蒸汽沿减容塔填料向上流动，与向下流动的液体充分接触传质，蒸汽向上流动的过程中被去氚，液体向下流动的过程中氚浓度增加，贫氚蒸汽经冷凝器ⅱ冷凝后部分进入减容塔的回流口，另一部分经液体输送至粗分塔进料口ⅱ，浓氚水通过减容塔底部管道采出。
25.本发明的有益效果是：本发明提出的多塔串联的水精馏去氚装置：(1)将氚水进料位置调整至粗分塔中下部，有利于水中氚的高倍贫化；(2)多塔之间的串联方式减少了粗分塔塔顶的冷凝器和去氚塔底部的再沸器，不仅节约了设备投资，而且粗分塔顶部蒸汽无需冷凝、去氚塔底部液体无需蒸发，消除了大量氚水的反复蒸发冷凝，大幅节约了能耗，提高了装置运行的可靠性；(3)多塔内部采用低压降超亲水丝网波纹填料，合理设计塔径，确保每米填料压降不超过300pa/m，保证了去氚塔和减容塔的低操作压力，避免去氚塔和粗分塔两塔串联时出现高压降导致分离因子降低；(4)减容塔连接真空系统独立减压确保了在较低压力下操作，保证了较大的分离因子；(5)减容塔顶部冷凝液部分采出后根据氚浓度返回至粗分塔氚浓度匹配的进料口，避免了浓度返混同时增大了粗分塔回流量，有利于粗分塔的氚分离，并且由于减容塔顶部返回粗分塔的量较少，不会显著增加粗分塔能耗。
附图说明
26.图1为本发明实施例中多塔串联的水精馏去氚装置的结构示意图；
27.图中：1、木炭床；2、吸油树脂床；3、过滤器；4、去氚塔；5、去氚塔填料；6、冷凝器ⅰ；7、再沸器ⅲ；8、粗分塔；9、粗分塔填料；10、再沸器ⅰ；11、减容塔；12、减容塔填料；13、冷凝器ⅱ；14、再沸器ⅱ；
28.(1)～(19)：管路；
29.(4-1)～(4-5)：粗分塔进料口ⅰ；
30.(16-1)～(16-5)：粗分塔进料口ⅱ；
31.(13-1)～(13-3)：减容塔进料口。
具体实施方式
32.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
33.本发明针对重氧水生产领域水精馏多塔串联工艺用于轻水中氚去除时进料位置位于一级塔顶或一级塔中部，不利于水中氚的高倍去除的问题：(1)将氚水进料位置调整至粗分塔中下部，使精馏段长于提馏段，有利于水中氚的高倍贫化；(2)考虑到去氚塔和粗分
塔的氚水处理量大，能耗高，为避免两塔之间出现大量氚水的重复蒸发和冷凝，采用粗分塔顶蒸汽在压差驱动下直接进入去氚塔填料层底部，去氚塔塔釜液体直接用泵输送至粗分塔顶部的串联方式，使粗分塔无需冷凝器，可节约设备投资。去氚塔再沸器仅作为备用，在粗分塔加热量不足时可补充少量热量，大幅节约了能耗，提高了装置运行的可靠性；(3)为避免去氚塔和粗分塔两塔串联时出现高压降导致分离因子降低，在去氚塔和粗分塔中采用低压降的超亲水丝网波纹填料，塔径设计保证填料操作压降不超过300pa/m，粗分塔底部采出预浓集的氚水进入减容塔中部进料口继续减容浓集；(4)精馏塔径在200mm以下时，宜使用散装填料，散装填料分离效率高，压降较大。如减容塔顶蒸汽在压差驱动下进入粗分塔底部将导致减容塔操作压力太高，分离因子减小使超亲水高效散装填料的使用失去意义，因此为保证减容塔在较低压力下操作，减容塔顶部冷凝器与真空系统连接，使减容塔与去氚塔顶部保持相同操作压力。减容塔底部采出少量浓缩氚水，实现高倍减容。减容塔顶部冷凝液部分采出后根据氚浓度返回至粗分塔氚浓度匹配的进料口，避免了浓度返混同时增大了粗分塔回流量，有利于粗分塔的氚分离。由于减容塔顶部返回粗分塔的量较少，不会显著增加粗分塔能耗
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
35.请参阅图1本发明提供一种多塔串联的水精馏去氚装置，该装置适用于贫化氚水的去氚因子达到50～500，浓缩氚水的减容因子达到10～50的去氚要求，作为实施例该装置包括：氚水净化单元、粗分塔8、去氚塔4和减容塔11。
36.作为实施例，氚水净化单元包括顺序连接的木炭床1、吸油树脂床2和过滤器3。含氚水经管路(1)进入木炭床1吸附氚水中的有机物后，从其出口连接的管路(2)进入吸油树脂床2进一步去除含氚水中的有机物，使有机物含量低于1mg/kg，吸油树脂床2出口连接管路(3)连接过滤器3入口，过滤器3除去氚水中＞0.1mm的机械杂质，之后通过管路(4)进入粗分塔8的粗分塔进料口ⅰ(4-1)～(4-5)中与去氚要求匹配的进料口；
37.作为实施例，氚水净化单元中木炭床1、吸油树脂床2以及过滤器3均采用一用一备，确保更换吸附剂和过滤器滤芯时无需停机。
38.作为实施例，粗分塔8顶部无冷凝器，内部采用超亲水丝网波纹粗分塔填料9，填料分段安装，每段高度2-4m，粗分塔8底部设有再沸器ⅰ10。粗分塔8顶部蒸汽通过管路(5)进入去氚塔4底部的蒸汽入口，去氚塔4底部液体通过管路(6)连接粗分塔8顶部的回流液入口；粗分塔8底部液体管路(11)分为两条支路，一条支路连接再沸器ⅰ10的入口，另一条支路连接减容塔进料口管路(13)，再沸器ⅰ10出口管路(12)进入粗分塔8底部。
39.作为实施例，去氚塔4顶部设置冷凝器ⅰ6，去氚塔4内部采用超亲水丝网波纹去氚塔填料5，填料分段安装，每段高度2-4m。去氚塔4顶部通过管路(7)连接冷凝器ⅰ6入口，作为实施例，冷凝器ⅰ6包含串联的主冷凝器和冷阱，冷阱顶端通过真空管路(10)连接真空系统，冷凝器ⅰ6的冷凝水出口管路分为两条支路，一条支路作为回流管路(8)连接去氚塔4顶部回流口，另一条支路为贫氚水采出管路(9)；
40.作为实施例，去氚塔4底部设再沸器ⅲ7，连接在管路(5)和管路(6)之间。再沸器ⅲ7为备用，仅当水去氚要求的去氚因子太大，再沸器ⅰ10提供热量无法满足工艺要求时使用。
41.减容塔11的进料管路(13)连接减容器进料口(13-1)～(13-3)。作为实施例，减容塔11采用超亲水散装填料12，填料分段安装，每段高度2～4m，塔顶设有冷凝器ⅱ13，塔底设
有再沸器ⅱ14；作为实施例冷凝器ⅱ13包含串联的主冷器和冷阱，冷阱经管路(17)连接真空系统。减容塔11顶部蒸汽管路(14)连接冷凝器ⅱ13入口，冷凝器ⅱ13的冷凝水出口管路分为两支路，一条支路为回流管路(15)连接减容塔11的回流口，另一支路为塔顶采出管路(16)连接粗分塔8的粗分塔进料口ⅱ(16-1)～(16-5)中与氚浓度匹配的进料口；减容塔底部液体管路(18)分为两支路，一条连接再沸器ⅱ14入口经再沸器ⅱ14蒸发后返回减容塔11底部，另一条支路为浓缩氚水采出管路(19)。
42.作为实施例，去氚塔4和粗分塔8直径相同，所述减容塔的直径小于0.25倍的粗分塔直径；
43.作为实施例，超亲水丝网波纹填料为cy700型，设计去氚塔和粗分塔塔径应确保填料压降不超过300pa/m；
44.作为实施例，真空系统通过管路(10)和管路(17)控制去氚塔和减容塔塔顶压力为10kpa～25kpa(绝压)。
45.基于上述多塔串联的水精馏去氚装置的去氚方法如下：
46.含氚水经管路(1)进入木炭床1吸附氚水中的有机物后，从出口管路(2)进入吸油树脂床2进一步去除含氚水中的有机物，使有机物含量低于1mg/kg；吸油树脂床2出口管路(3)连接过滤器3入口，除去氚水中＞0.1mm的机械杂质；
47.根据不同的分离技术要求，经氚水净化单元净化的氚水经管路(4)进入粗分塔8的特定粗分塔进料口ⅰ。去氚因子越高，进料口位置越靠近粗分塔进料口ⅰ(4-5)；粗分塔8顶部回流液和进料氚水沿粗分塔填料9向下流动到达粗分塔8的底部；粗分塔8底部预浓集氚水大部分经管路(11)进入再沸器10蒸发为蒸汽经管路(12)进入粗分塔8底部的蒸汽入口；蒸汽从粗分塔填料9底部向上流动与向下流动的液体在填料层表面充分接触传质，使液态水向下流动时氚浓度增加，蒸汽向上流动时氚浓度减少；去氚蒸汽到达粗分塔8顶部经蒸汽管路(5)进入去氚塔4底部的蒸汽入口；
48.来自粗分塔8顶部的去氚蒸汽从管路(5)进入去氚塔4底部，沿去氚塔填料5向上流动的过程中被深度去氚，从去氚塔4顶部经蒸汽管路(7)进入冷凝器6被冷凝；冷凝水大部分作为去氚塔4的回流液经回流管路(8)进入去氚塔4顶部回流口，部分冷凝水作为深度去氚的贫氚水沿着管路(9)采出；去氚塔4顶部回流液沿去氚塔填料5向下流动与上升蒸汽接触去除蒸汽中的氚；回流液流入去氚塔4底部经管路(6)进入粗分塔8的顶部回流口。
49.粗分塔8底部占进料流量1/2～1/10的预浓集氚水经管路(13)进入减容塔进料口(13-1)～(13-3)，根据不同的分离技术要求确定减容塔11的实际进料口，减容因子越高，进料口位置越靠近减容塔11的进料口(13-1)；再沸器ⅱ14将来自减容塔填料12的液体蒸发为蒸汽沿减容塔填料12向上流动，与向下流动的液体充分接触传质；蒸汽向上流动的过程中被去氚，液体向下流动的过程中氚浓度增加；贫氚蒸汽经管路(14)进入冷凝器ⅱ13冷凝后大部分经管路(15)进入减容塔11的回流口，小部分经液体管路(16)输送至粗分塔8进料口ⅱ(16-1)～(16-5)，选择合适的进料口使管路(16)的氚浓度尽可能与粗分塔8内浓度分布匹配，避免了浓度返混同时增大了粗分塔回流量，有利于粗分塔的氚分离；减容塔11底部占减容塔进料管路(13)流量约1/5～1/20的少量浓缩氚水经管路(19)采出。
50.实施例
51.真空系统通过管路(10)和管路(17)控制去氚塔4和减容塔11的塔顶压力为15kpa。
52.氚水净化单元由木炭床1、吸油树脂床2和过滤器3组成，均采用1用1备。含氚水以5kg/h的流量从管路(1)进入木炭床1吸附氚水中的有机物后，从出口管路(2)进入吸油树脂床2使氚水中的有机物至0.5mg/kg；吸油树脂床2出口管路(3)连接过滤器3入口除去0.1mm以上的机械杂质，过滤器3的出口管路(4)连接粗分塔8的进料口(4-5)。
53.粗分塔8顶部无冷凝器，塔内径400mm，内部采用cy700单层超亲水丝网波纹填料9，填料层分8段安装，每段高度2m，底部设有再沸器ⅰ10，为强制循环列管换热器。再沸器ⅰ10为所述多塔串联去氚装置的主再沸器。去氚塔4底部液体管路(6)连接粗分塔8顶部回流液入口。粗分塔8顶部回流液和进料氚水沿粗分塔填料9向下流动到达粗分塔8的底部。粗分塔8底部液体大部分经管路(11)进入再沸器ⅰ10蒸发为蒸汽经管路(12)进入粗分塔8底部的蒸汽入口。蒸汽从粗分塔填料ⅰ9底部向上流动与向下流动的液体在填料层表面充分接触传质，去氚蒸汽到达粗分塔8顶部经蒸汽管路(5)进入去氚塔4底部的蒸汽入口。预浓集的氚水到达粗分塔8底部液体以1.5kg/h的流量经管路(13)进入减容塔进料口(13-2)。
54.去氚塔4内部采用cy700超亲水丝网波纹填料5，塔内径400mm，填料层分8段安装，每段高度2m，设有顶部冷凝器ⅰ6和底部再沸器ⅲ7。再沸器ⅲ7为强制循环列管换热器，作为备用，仅当水去氚要求的去氚因子太大，再沸器ⅰ10提供热量无法满足工艺要求时使用。来自粗分塔8的贫氚蒸汽从管路(5)进入去氚塔4底部，沿去氚塔填料5向上流动的过程中被深度去氚，从去氚塔4顶部经蒸汽管路(7)进入冷凝器ⅰ6被冷凝。冷凝器ⅰ6包含串联的卧式列管冷凝器(主冷凝器)和立式列管冷阱，冷阱顶端通过真空管路(10)连接真空系统。冷凝水大部分作为去氚塔4的回流液经回流管路(8)进入去氚塔4顶部回流口，冷凝水以4.7kg/h的流量作为贫氚水通过管路(9)采出。去氚塔4顶部回流液沿填料层5向下流动与上升蒸汽接触去除蒸汽中的氚。回流液流入去氚塔4底部经管路(6)进入粗分塔8的顶部回流口。
55.减容塔内径150mm，采用6mm
×
6mm超亲水dixon填料，填料层分8段安装，每段高度2m，塔顶设有冷凝器ⅱ13，塔底设有再沸器ⅱ14。冷凝器ⅱ13包含串联的卧式列管冷凝器和立式列管冷阱，冷阱经管路(17)连接真空系统。再沸器ⅱ14为釜式再沸器将来自减容塔填料层的液体蒸发为蒸汽沿减容塔填料12向上流动，与向下流动的液体充分接触传质。蒸汽向上流动过过程中被去氚，液体向下流动过程中氚浓度增加。贫氚蒸汽经管路(14)进入冷凝器ⅱ13冷凝后大部分经管路(15)进入减容塔11的回流口，液体管路(16)以1.2kg/h的流量将部分采出液输送至粗分塔8进料口(16-1)，减容塔11底部的浓缩氚水以0.3kg/h的流量经管路(19)采出。
56.试验结果表明，本装置的贫氚水采出率达到94％，贫氚水的去氚因子高达420，浓氚水减容因子为16.7。

技术特征：
1.一种多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述装置包括：氚水净化单元、粗分塔、去氚塔和减容塔；所述氚水净化单元通过管路连接位于粗分塔一侧中部或者下部的粗分塔进料口ⅰ；所述粗分塔通过管路将其顶部回流液入口和蒸汽出口连接在去氚塔底部；粗分塔底部第一液体管路连接再沸器ⅰ入口，第二液体管路连接减容塔中部的减容塔进料口；所述再沸器ⅰ的出口连接至粗分塔底部；所述去氚塔顶部设置冷凝器ⅰ，去氚塔顶部蒸汽管路连接冷凝器ⅰ入口，冷凝器ⅰ的第一出口管路连接去氚塔，第二出口管路作为贫氚水采出管路；所述减容塔底部设置再沸器ⅱ，顶部设置冷凝器ⅱ；减容塔底部第一液体管路连接再沸器ⅱ入口，第二液体管路作为浓缩氚水采出管路，所述再沸器ⅱ出口连接减容塔底部；减容塔顶部蒸汽管路连接冷凝器ⅱ入口，冷凝器ⅱ的第一出口管路返回减容塔，第二出口管路连接位于粗分塔另一侧中部或者下部的粗分塔进料口ⅱ；所述冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ均连接真空系统。2.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述氚水净化单元包括顺序连接的木炭床、吸油树脂床和过滤器，所述过滤器出口连接粗分塔进料口ⅰ；所述木炭床、吸油树脂床和过滤器均设置为两个。3.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述粗分塔、去氚塔内部均采用丝网波纹超亲水填料，减容塔内部采用散装超亲水填料；所述填料分段安装，且每段填料高度为2～4m；所述超亲水填料为水接触角＜5
°
的填料。4.根据权利要求3所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述去氚塔和粗分塔两者直径相同，且去氚塔和粗分塔的直径设计保证填料压降≤300pa/m；所述减容塔，其直径小于0.25倍的粗分塔直径。5.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述去氚塔底部还设置再沸器ⅲ，所述再沸器ⅲ连接在去氚塔与粗分塔之间的回流液管路和蒸汽管路之间。6.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ均包含串联的主冷凝器和冷阱，所述冷阱顶端均通过真空管路连接真空系统。7.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述粗分塔进料口ⅰ和粗分塔进料口ⅱ均设置多个高度位置不同的进料口；所述减容塔进料口也包括多个高度位置不同的进料口。8.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述去氚塔和减容塔的塔顶压力均为10kpa～25kpa。9.根据权利要求1所述的多塔串联的水精馏去氚装置，其特征在于，所述粗分塔，其底部预浓集氚水的采出流量为粗分塔氚水进料量的1/10～1/2；所述减容塔，其底部浓缩氚水的采出量为减容塔氚水进料量的1/20～1/5。10.一种多塔串联的水精馏去氚方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1～9中任一项所述的多塔串联的水精馏去氚装置进行，所述方法包括：s1：含氚水进入木炭床吸附氚水中的有机物，接着进入吸油树脂床进一步去除含氚水中的有机物，之后进入过滤器，除去氚水中的机械杂质；s2：根据不同的分离要求，选择粗分塔的进料口；
s3：将经氚水净化单元净化的氚水送入粗分塔进料口，粗分塔顶部回流液和进料氚水沿其内部填料层向下流动到达粗分塔的底部，粗分塔底部预浓集氚水部分进入再沸器ⅰ蒸发为蒸汽又进入粗分塔底部，蒸汽从粗分塔填料底部向上流动与向下流动的液体在粗分塔填料表面充分接触传质，使液态水向下流动时氚浓度增加，蒸汽向上流动时氚浓度减少，去氚蒸汽到达粗分塔顶部后经蒸汽管路进入去氚塔底部的蒸汽入口，粗分塔底部另一部分预浓集氚水进入减容塔与预浓集氚水浓度匹配的进料口；s4：去氚蒸汽在去氚塔内沿去氚塔填料向上流动的过程中被深度去氚，在去氚塔顶部被冷凝器ⅰ冷凝，冷凝水部分作为去氚塔的回流液进入去氚塔顶部回流口，另一部分冷凝水作为深度去氚的贫氚水采出；去氚塔顶部回流液沿去氚塔填料向下流动与上升蒸汽接触去除蒸汽中的氚，回流液流入去氚塔底部后泵入粗分塔的顶部回流口；预浓集氚水进入减容塔后，减容塔再沸器ⅱ将减容塔底部液体蒸发为蒸汽沿减容塔填料向上流动，与向下流动的液体充分接触传质，蒸汽向上流动的过程中被去氚，液体向下流动的过程中氚浓度增加，贫氚蒸汽经冷凝器ⅱ冷凝后部分进入减容塔的回流口，另一部分经液体输送至粗分塔进料口ⅱ，浓氚水通过减容塔底部管道采出。

技术总结
本发明公开了一种多塔串联的水精馏去氚装置及去氚方法，该装置包括：氚水净化单元、粗分塔、去氚塔和减容塔。其中氚水进料位置位于粗分塔中下部，有利于水中氚的高倍贫化；各塔之间的串联方式使得粗分塔顶部蒸气无需冷凝、去氚塔底部液体无需蒸发，消除了大量氚水的反复蒸发冷凝，大幅节约了能耗；粗分塔、去氚塔采用超亲水丝网波纹填料，通过合理塔径设计，保证了去氚塔和减容塔的低操作压力；减容塔采用超亲水散装填料，且独立减压确保了在较低压力下操作，保证了较大的分离因子，减容塔顶部冷凝液部分采出后根据氚浓度返回至粗分塔氚浓度匹配的进料口，有利于粗分塔的氚分离。有利于粗分塔的氚分离。有利于粗分塔的氚分离。


技术研发人员：陈超 彭述明 钱达志 王和义 黄洪文 肖成建 侯京伟 李佳懋 王君妍 王鑫 岳磊
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院核物理与化学研究所
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/18