DE3115998C2

DE3115998C2 -

Info

Publication number: DE3115998C2
Application number: DE3115998A
Authority: DE
Inventors: Werner Adolf Brooklyn Pretoria Transvaal Za Schumann
Original assignee: Atomic Energy Board
Current assignee: Atomic Energy Corp of South Africa Ltd
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CA1153873A; FR2480618B1; IL62580A0; IE810881L; IL62580A; GR75624B; FI811038A7; DK174481A; IT8121150A0; BE888458A; FR2480618A1; DE3115998A1; NO811327L; IE50993B1; GB2074467B; SE8102361L; ATA179481A; AU543321B2; NL8101918A; PT72893B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen eines Prozeß-Gas-Gemisches aus zwei isotopischen Komponenten in einen ersten Produkt-Gasstrom, der an der einen gewünschten Komponente angereichert ist, und in einen zweiten Produkt-Gasstrom, der an dieser Komponente verarmt ist, mittels einer Gas-Trennkaskade aus mehreren Modulen, die ein oder mehrere Gas-Trennelement(e) aufweisen, wobei die Module in Reihe angeordnet sind und eine Prozeß-Gas-Einströmstelle in der Reihe zwischen zwei Produkt- Gas-Ausströmstellen dieser Reihe liegt.

Verfahren dieser Art sind durch die DE-PS 27 46 871, die DE-OS 26 52 432 und US-PS 41 19 418 bekanntgeworden. Bei ihnen strömt kein Trägergas durch die Kaskade, und die Module sind nicht von gleicher Größe, Kapazität und Konstruktion. Diese Kaskaden haben den Nachteil, daß die Herstellung der Module und damit der gesamten Kaskaden sehr umfangreich und teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren derart zu führen, daß die Herstellung der Kaskaden einfacher und billiger als in den bekannten Fällen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der zweiten Produkt-Gas-Ausströmstelle zu der ersten Produkt- Gas-Ausströmstelle ein Trägergas durch die Module strömt, das, einen geschlossenen Kreislauf bildend, außerhalb der Reihe zu rückgeführt wird, wobei der Gasstrom aus Prozeß-Gas und Trägergas volumetrisch durch die gesamte Kaskade in beiden Richtungen konstant ist und das Verhältnis von Prozeßgas zu Trägergas von beiden Produkt-Gas-Ausströmstellen zur Prozeß-Gas-Einström stelle ansteigt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, Module gleicher Größe, Kapazität und Konstruktion zu verwenden, was die Erstellung der Kaskaden sehr vereinfacht und verbilligt. Auch wenn man berücksichtigt, daß im erfindungsgemäßen Fall im Gegensatz zu den bekannten Fällen zusätzlich ein Träger gas erforderlich ist, bleibt für die Herstellung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine beacht liche Vereinfachung und damit Verbilligung gegenüber den be kannten Fällen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Gas-Trennkaskade zum Trennen eines Prozeß-Gasgemisches aus zwei isotopischen Komponen ten. Die Kaskade ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Module von gleicher Größe, Kapazität und Konstruk tion sind und zur Kreislaufführung des Trägergases außerhalb der Modulreihe eine Rückführungsleitung vorgesehen ist.

Beispielsweise kommt als Produkt-Gas Uran ²³⁵-Hexafluorid und Uran ²³⁸-Hexafluorid in Frage. Für das Trägergas nimmt man beispielsweise Wasserstoff.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung im folgenden weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem sich die Anderung der Prozeß- Gas-Konzentration längs der Kaskade ergibt und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 10 schematisch eine Kaskade bezeichnet, durch die Gase in erfindungsgemäßer Art und Weise strömen. Die Kaskade 10 besteht aus einer Reihe von Trennmodulen 12.1 bis 12.10. Jeder weist Isotopentrennelemente (z. B. zum Trennen von U²³⁵F₆ von U²³⁸F₆), einen Kompressor oder mehrere und einen Wärmeaus tauscher oder mehrere zum Abführen der Wärme auf, die in den Kompressoren entstanden ist. Ferner gestattet ein Modul eine innere Zirkulation des Gases. Auch eine Messung der Gasdrucke, Temperaturen und Strömungsmengen ist möglich. Schließlich sind Steuereinrichtungen usw. vorgesehen.

Das Prozeß-Gas, das aus einer Mischung aus U²³⁵F₆ und U²³⁸F₆ besteht, wird in Fig. 1 bei 14 in die Kaskade, und zwar in den Modul 12.4 zwischen den Enden der Kaskade eingeführt. Der Teil der Kaskade, der das verarmte Gas enthält, ist mit 16 bezeichnet.

Er umfaßt die Modulen 12.1 bis 12.4. Der Teil der Kaskade, der das angereicherte Gas führt, ist mit 18 bezeichnet und umfaßt die Module 12.4 bis 12.8.

Der Produkt-Strom S, der an U²³⁵F₆ verarmt ist, verläßt das Ende 20 der Kaskade, d. h. also den Modul 12.1. Ein Produkt- Strom P, der mit U²³⁵F₆ angereichert ist, verläßt das Ende 22 der Kaskade, d. h. den Modul 12.8. Ein Kreislauf eines Träger gases ist mit 24 bezeichnet. Das Prozeß-Gas, welches jeden Modul in Richtung auf das rechte Ende verläßt, ist mit 26 bezeichnet. Das Prozeßgas, welches jeden Modul in Richtung auf das linke Ende verläßt, ist mit 28 bezeichnet.

Die Mengen an Prozeßgas, die in entgegengesetzten Richtungen zwischen benachbarten Modulen strömen, nehmen ständig ab, und zwar um so mehr, je weiter die Module von der Einström stelle entfernt sind. Weiterhin gilt, daß das Trägergas auch in entgegengesetzten Richtungen zwischen aneinander grenzenden Modulen strömt, wobei aber der Fluß nach rechts größer ist als der Fluß in der entgegengesetzten Richtung. Der Träger-Gasstrom 24 ist im wesentlichen konstant längs der Kaskaden. Andererseits nehmen aber die Volumina des Träger gases von den Produkt-Gas-Ausströmstellen zu der Prozeß-Gas- Einströmstelle von Modul zu Modul zu.

Die Abnahme in der Gesamtmenge des Prozeßgases ist in Fig. 1 durch die Dicke T der verschiedenen Ströme 26 und 28 ersicht lich.

Da die Menge an Prozeßgas mit dem Abstand von der Einström stelle abnimmt und da der gesamte Mengen-Fluß in jeder Rich tung im wesentlichen gleich bleibt, nimmt das Verhältnis in jedem Modul zwischen der durchschnittlichen molekularen Masse des Gesamtgases (Prozeßgas plus Trägergas) und der durchschnitt lichen molekularen Masse des Trägergases ab.

Modul 12.8 ist der Endmodul auf der anreichernden Seite der Kaskade. Der Strom 26, der diesen verläßt, ist im wesentlichen von der gleichen Zusammensetzung wie der Produktstrom P, was die Komponenten des Prozeßgases betrifft, der die Modulen 12.9 und 12.10 verläßt. Diese wirken lediglich als Trennstufe 30, um das Trägergas vom Prozeßgas zu trennen. Wegen der beträcht lichen Unterschiede in den Molekulargewichten zwischen dem Prozeßgas und dem Trägergas (letzteres ist leichter) ist diese Trennung leicht und einfach durchzuführen, z. B. durch Gefrier trennung oder auf andere übliche Art und Weise. Ein Teil der Trennung des Trägergases von dem Prozeßgas erfolgt auch in den Modulen 12.4 bis 12.8, nämlich in der Anreicherungszone 18.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Idealfall für das Verhält nis des Produktes des Prozeßgas-Massenflusses von einem Modul zum nächsten und des Gesamt-Anreicherungsfaktors des Trenn elementes bzw. der Trennelemente in diesem Modul zu dem ent sprechenden Produkt für den Einströmmodul 12.4, aufgetragen über den Modul-Nummern (der Einströmmodul 12.4 ist mit O be zeichnet). Der Anreicherungsfaktor ist viel kleiner als 1, und wenn er längs der Kaskade konstant ist, zeigt die Kurve das Verhältnis des Prozeßgas-Massenflusses von einem Modul zum nächsten zu dem Prozeßgasfluß vom Einströmmodul, aufge tragen über der Modulzahl. Der Anreicherungsfaktor kann jedoch längs der Kaskade variieren; dann unterscheidet sich die Kurve etwas von der in Fig. 2 dargestellten.

Es ist wünschenswert, daß die praktischen Verhältnisse sich so nahe wie möglich den in Fig. 2 dargestellten Idealverhältnissen annähern. Mit der erfindungsgemäßen Methode ist das möglich. Im wesentlichen ist das darauf zurückzuführen, daß Module ver wendet werden, die alle von der gleichen Größe sind. Wenn die Menge an Trägergas, die zwischen benachbarten Modulen strömt, in der Weise, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 dargestellt ist, beeinflußt wird, kann man demnach sicher sein, daß für jeden Modul das fragliche Verhältnis auf die Idealkurve gemäß Fig. 2 fällt bzw. sehr dicht daneben liegt.

In Fig. 3, die eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, gelten die gleichen Bezugsziffern wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, es sei denn, es wird etwas anderes ausgeführt. Der Anreicherungsabschnitt 18 besteht aus zwei Trennabschnitten, nämlich einem Abschnitt 30, der dem Abschnitt 30 in Fig. 1 entspricht, und einem zusätzlichen Trägergastrennabschnitt 32. Die Module zwischen dem Trennabschnitt 32 und dem Produktende der Kaskade sind klein relativ zu den anderen Modulen; sie haben daher eine geringere Gesamtkapazität.

Claims

1. Verfahren zum Trennen eines Prozeß-Gas-Gemisches aus zwei isotopischen Komponenten in einen ersten Produkt-Gas strom, der an der einen gewünschten Komponente angereichert ist, und in einen zweiten Produkt-Gasstrom, der an dieser Komponente verarmt ist, mittels einer Gas-Trennkaskade aus mehreren Modulen, die ein oder mehrere Gas-Trennelement(e) aufweisen, wobei die Module in Reihe angeordnet sind und eine Prozeß-Gas-Einströmstelle in der Reihe zwischen zwei Produkt-Gas-Ausströmstellen dieser Reihe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Produkt- Gas-Ausströmstelle (S) zu der ersten Produkt-Gas-Ausström stelle (P) ein Trägergas durch die Modulreihe strömt, das, einen geschlossenen Kreislauf bildend, außerhalb der Reihe zurückgeführt wird, wobei der Gasstrom aus Prozeß-Gas und Trägergas volumetrisch durch mehrere Module der Kaskade in beiden Richtungen konstant ist und das Verhältnis von Prozeßgas zu Trägergas von beiden Produktgas-Ausströmstellen (S, P) zur Prozeß-Gas-Einströmstelle ansteigt.

2. Gas-Trenn-Kaskade zum Trennen eines Prozeß-Gas-Gemisches aus zwei isotopischen Komponenten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Module (12,1...., 12, 10) von gleicher Größe, Kapazität und Konstruktion sind und zur Kreislaufführung des Trägergases (24) außerhalb der Modulreihe eine Rückführungsleitung vorgesehen ist.

3. Gas-Trenn-Kaskade zum Trennen eines Prozeß-Gas-Gemisches aus zwei isotopischen Komponenten gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Module in Abschnitte (12n-1; 12n) aufgeteilt sind, wobei sich die Module ver schiedener Abschnitte voneinander unterscheiden.