Brevet FR2007459A1 — publié le 19700109

La présente invention concerne, le perfectionnement du procédé d'échange d'un isotope à deux températures pour concen- • trer un isotope d'un élément par son échange entre deux substances à deux températures. Ce procédé est d'une grande impor-5 tance pour la production de l'eau lourde. Pour la mise en oeuvre du procédé d'échange d'un isotope à deux températures auquel se rapporte la présente invention, le système ou équipement utilisé comprend un ou plusieurs étages de paires de tours chaudes et froides de mise en contact 10 liquide-gaz dans lesquelles deux substances circulent à contre-courant. L'une des substances est envoyée comme alimentation au premier étage du système pour être enrichie de l'isotope devant être concentré par échange préférentiel de l'isotope dans la première tour de la paire de cet étage, être appauvrie de l'iso-15 tope dans la seconde tour jusqu'à une concentration inférieure à la concentration dans la substance d'alimentation et être déchargée ensuite du système en tant que résidu. L'autre substance est soumise à une circulation continue à travers le système en tant qu'agent de séparation suivant un courant de recy-20 clage pratiquement fermé. Une partie du courant de l'une des substances est extraite de la partie du système dans laquelle la concentration de l'isotope est élevée. Quand le. procédé est utilisé pour la concentration de l'eau lourde, l'isotope deutérium est échangé entre l'eau d'alimentation et de l'acide 25 sulfhydrique gazeux circulant continuellement pour concentrer le deutérium dans l'eau. L'eau lourde ou oxyde de deutérium DgO est utilisée comme modérateur dans les réacteurs nucléaires. Cette eau lourde est habituellement obtenue à partir d'eau naturelle 30 dans laquelle sa concentration, ou plus correctement le rapport entre les atomes de deutérium et le total des atomes d'hydrogène est seulement d'environ une partie pour 7 000. Cette concentration très faible et la similitude des propriétés de DgO et de HgO rendent coûteuse la production de l'eau lourde. Cela.est vrai 35 malgré la production à l'échelle industrielle de centaines de tonnes par an. Les installations de production ayant produit à peu près toute l'eau lourde dans les pays du groupe occidental sont 11434 2 2007459 décrites avec des détails considérables dans le compte rendu DP-400 de la Commission de l'Energie Atomique des Etats-Unis d'Amérique dans "Production of Heavy Water - Savannah River and Dana Plant - Technical Manual" par W.P. Bebbington and V.R. Thayer , J.F. Proctor Comp., Du Pont Co., Aiken S.C. (1959) et dans "Production of Heavy Water" par W.P. Bebbington et V.R. Thayer, Chemical Engineering Progress, Vol. 55, N° 9, pages 70 à j8 (septembre 1959)• Le procédé utilisé dans l'installation de Savannah River (et dans l'installation de Dana avant son arrêt en 1957) est une application particulière du procédé d'échange d'un isotope à deux températures. Ce procédé est connu soûs la désignation " procédé GS " et cette désignation est utilisée ci-après. Les principes de base de ce procédé sont maintenant bien connus et sont entièrement expliqués dans les textes cités ainsi, que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 j8j 526. Un rappel bref de ces principes est donné ci-après pour faciliter la com^ préhension de la présente invention. Bien que l'eau soit un composé d'hydrogène et d'oxygène représenté par la formule HgO, toute masse d'eau naturelle bontient une quantité appréciable de .composésd'hydrogène et d'oxygène dans lesquels un des atomes d'hydrogène est l'isotope lourd deutérium. -Cela est exprimé par la formule HDO (aux concentrations supérieures du deutérium la forme isotopique DgO devient appréciable). Dans l'eau naturelle environ 1/7 000 des atomes d'hydrogène sont sous la forme de l'isotope deutérium. De même, bien que l'acide suifhydrique soit ppur la plus grande partie sous la forme E^S, il contient une quantité appréciable de la forme isotopique .HDS. Quand l'acide sulfhydrique gazeux et l'eau liquide sont en contact intime, il s'établit rapidement un équilibre de l'isotope deutérium entre les composés de l'oxygène et les composés du soufre, ce qui fixe les proportions relatives de HgO, HDO, H2S et HDS, Le deutérium a une préférence appréciable..pour la combinaison avec l'oxygène plutôt qu'avec le soufre. Cependant, cette préférence est plus forte à une température basse qu'à une température plus élevée. Cela peut être exprimé par l'équation : ' chaud HgS. + HDO Hg0 + HDS 69 11434 ? 2007459 • Cette différence de la distribution à l'équilibre du deutérium à des températures différentes est le mécanisme exploité par le procédé GS pour la concentration du DgO. Suivant le procédé GS, l'eau circule dans le sens 5 descendant à travers une tour froide et ensuite une tour chaude à contre-courant d'un courant ascendant d'acide suifhydrique gazeux. L'eau est progressivement enrichie en deutérium en descendant à travers la tour froide et est progressivement appauvrie de deutérium en descendant à travers la tour chaude. 10 Inversement, le courant d'acide sulfhydrique est enrichi en deutérium pendant sa montée à travers la tour chaude et il est appauvri de deutérium pendant sa montée à travers la tour froide. Par suite, la concentration en deutérium de chacun des deux courants est maximale au fond de la tour froide et à la partie supérieure 15 de la tour chaude, autrement dit entre les tours. Une partie de l'eau enrichie est extraite entre la tour chaude et la tour froide en tant que produit ou est envoyée à un autre étage de traitement, l'eau appauvrie est évacuée comme résidu et le courant d'acide sulfhydrique est continuellement recyclé en tant qu'agent de sépa-20 ration. L'investissement en capital pour l'équipement nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé GS est très élevé. Les investissements pour les installations Dana et Savannah River s'élèvent à environ 13 000 francs par "kilogramme annuel" pour les parties 25 des installations concernant le procédé-GS seul. Des quantités énormes de fluides doivent être utilisées. Jusqu'ici, une extraction d'environ 20 % du deutérium de l'eau d'alimentation a été considérée comme un taux économique. Pour ce taux de récupération, il est nécessaire d'utiliser environ 35 000 kg 30 d'eau pour chaque kilogramme de DgO récupéré. Le débit de gaz par kilogramme de D^O produit est encore plus important. Jusqu'ici, environ 140 000 kg de gaz ont été recyclés à travers les tours pour chaque kilogramme de D20 extrait. Il est facile de voir que c'est ce débit énorme de gaz qui détermine en grande 35 partie les dimensions des tours et des autres équipements nécessaires, la quantité d'énergie à fournir par unité de produit et, par suite, le prix de revient du D^0 obtenu. La partie la plus importante de l'énergie consommée par ce traitement est due de loin aux inversions de la température et aux pertes correspon-40 dantes de chaleur non récupérables résultant de ce débit énorme 69 11434 4. 200745.9 de HgS gazeux. Le besoin d'augmenter la productivité du procédé est, par suite, évident, en particulier en ce qui concerne le débit de gaz. Cependant, le rapport entre les circulations du li-5 quide et du gaz doit être réglé entre des limites étroites pour que le traitement soit producteur. Comme il est expliqué dans • le compte rendu DP-y de la Commission de l'Energie Atomique des Etats-Unis d'Amérique "S-Process Pilot Plant-First Run 10 Results and Process Principles D.F. Babcock, C.B. ,Buford Jr et J.W. Morris, Du Pont Co., Wilmington, Delaware, E.U.A. (1951) et aussi par J.W. Morris et W.C. Scotten, Chemical Engineering Progress Symposium Séries, Vol. 58, n° 39 (1962), un écart par rapport aux rapports optimaux liquidè-gaz (L/G) 15 ne dépassant pas 5 % dans un sens ou dans l'autre réduit considérablement la productivité de 1-' installation. Cependant, il a été constaté conformément à l'invention que la productivité du procédé GS peut-être appréciablement améliorée en s'écartant de propos délibéré , et de plus de 5 %, dans 20 certaines parties du système, des rapports L/G optimaux indiqués dans les références précitées. Comme l'amélioration est obteraie sans aucune augmentation appréciable du débit du gaz, le gain de productivité est obtenue au prix d'un équipement supplémentaire minime et d'une façon avantageuse du point de vue du prix 25 de revient. La présente invention a, par suite, pour objet d'augmenter la productivité du procédé d'échange d'un isotope à deux températures par une modification du système demandant relativement peu d'équipement supplémentaire et à un prix de revient 30 plus faible. Il doit être observé que bien que l'invention soit décrite ci-après à titre d'exemple dans le cas de l'échange d'un isotape à deux températures pour la concentration du deutérium par son échange entre HgS et Hg0, ce qui est actuelle-35 ment l'utilisation réellement importante du point- de vue économique, l'invention peùt être utilisée d'une façon générale pour tous les traitements d'échange d'isotopes à deux températures. Cette utilisation générale de- l'invention est facile à concevoir. 07 I l HO** 5 2007459 Alors que, comme il a été mentionné ci-dessus et développé plus complètement dans le compte rendu DP-3 et l'article de Morris Scotten précités, le fonctionnement de chaque tour entre des limites étroites relativement au rapport optimal L/G . 5 a été considéré jusqu'ici comme essentiel au fonctionnement suivant le procédé GS, il a été constaté conformément à la présente invention que bien que ce soit exact du point de vue général, un écart par rapport aux rapports L/G indiqués en des points particuliers ou limités et d'une façon particulière est non 10 seulement admissible mais augmente réellement la productivité du traitement. L'emplacement particulier concerné par la présente invention est la partie inférieure de la tour chaude du premier étage. Les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 721 674 et n° 721 675.» toutes deux du 16 avril 1968 15 considèrent d'autres emplacements particuliers. Conformément à la présente invention, l'augmentation de la productivité, sous la forme d'une production supérieure, 1 d'une concentration supérieure du produit ou des deux, est obtenue en augmentant' le débit d'eau à travers la partie infé-20 rieure de la tour chaude du prémier étage par introduction dans cette partie d'une quantité d'eau supplémentaire ayant la concentration naturelle en deutérium. D'une façon .plus générale, la productivité supérieure du procédé d'échange d'un isotope à deux températures est obtenue en augmentant le débit 25 de la substance d'alimentation à travers la partie du premier étage du système dans laquelle la concentration dans la substance d'alimentation de l'isotope désiré est appauvrie en dessous de la concentration au moment de l'introduction dans le système, l'augmentation du débit étant obtenue par intro-30 duction d'une quantité supplémentaire de substance d'alimentation dans cette partie. Ce débit supérieur d'eau à travers la partie inférieure de la tour chaude du système GS du fait du courant additionnel d'eau d'alimentation ayant l'abondance naturelle en deutérium a pour effet une augmentation de la concentration du deutérium dans le liquide sur tous les plateaux situés après le point d'introduction de l'eau additionnelle. La concentration supplémentaire du deutérium dans le liquide fait passer davantage de deutérium dans la vapeur et, par suite, une quan tité supérieure de- deutérium est entraînée dans le système au-dessus du point d'alimentation en eau supplémentaire dans la tour froide, ce qui permet de récupérer une quantité supérieure de produit. 5 Bien que le taux optimal d'addition d'eau et l'empla cement optimal du point d'introduction de cette eau dépendent des conditions et des 'paramètres du traitement relatifs à une installation particulière, comme il est expliqué plus en détail ci-après, le pourcentage d'eau ajoutée augmentant de 10 % à 10 200 % le débit à travers la partie inférieure de la tour chaude du premier étage et l'emplacement du point d'introduction de . cette eau en un point de la tour où la concentration du deutérium dans la liqueur de traitement est la même que celle dans 1 'eau ajoutée sont des caractéristiques particulières de la 15 présente invention. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la, figure unique est le schéma général d'un équipe-20 ment GS montrant le diagramme d'écoulement de H^O et HgS conformément à l'invention. Les circulations de l'eau liquide et de l'acide sulfhydrique gazeux selon la présente invention sont représentées schématiquement sur la figure unique. Pour rendre plus clairs les. 25 écoulements de ces substances, les éléments des boucles de récupération de chaleur ne sont pas représentés et les changements nécessaires d'enthalpie dans les différents courants sont indiqués simplement par des réchauffeurs et des réfrigérateurs des canalisations d'écoulement correspondantes. De même, des éléments 30 classiques tels que des soufflantes, des pompes à liquide, des vannes et autres ne sont pas représentés parce que leur utilisation est facile à comprendre. Bien que la figure indique les écoulements de l'eau et de l'acide sulfhydrique selon l'invention dans le premier étage d'un équipement GS à plusieurs, étages, 35 l'invention peut être utilisée aussi bien avec un équipement à un étage qu'avec un équipement à plusieurs étages, mais cependant du point de vue économique, une installation'de production par le procédé GS est de préférence à plusieurs étages. La cir 69 11434 7 2007459 culation de l'eau liquide est représentée en traits pleins et la circulation de l'acide sulfhydrique est représentée en tirets. En dehors du perfectionnement selon la présente inven-5 tion précisé spécifiquement ci-après, la figure représente un diagramme d'écoulement classique pour le procédé GS. Le HgS gazeux circule en circuit essentiellement fermé en remontant à travers la tour chaude 24 et la tour froide 26 pour revenir par le circuit 22 à la tour chaude 24. Les tours 24 et 26 de 10 mise en contact du liquide et du gaz peuvent avoir n'importe quelle structure convenable. Le HgS gazeux est refroidi avant son entrée dans la tour froide 26 et il est chauffé et humidifié avant son retour à la tour chaude 24. Ces changements d'enthalpie sont représentés schématiquement par le réfrigé-15 rateur 28 et le réchauffeur-humidificateur 30. Bien que le réchauffeur-humidificateur 30 soit représenté séparé de la tour chaude 24, il doit être noté qu'il peut être incorporé dans le fond de la tour chaude. Cependant, cette incorporation ' du réchauffeur-humidificateur dans la tour chaude est seule*-20 ment line question de convenance de construction et, d'une façori. générale, les fonctions des deux parties restent distinctes. De même, une section de déshumidificateur peut être incorporée dans le fond de la tour froide pour provoquer entièrement ou partiellement le changement nécessaire d'enthalpie repré-25 senté schématiquement par le réfrigérateur 28 (et/ou le réchauffeur 36). Après un préconditionnement convenable suivant les besoins par un équipement 'non représenté, le courant habituel d'eau d'alimentation pénètre dans la partie supérieure de la 30 tour froide 26 à travers une canalisation 32. La température habituelle de 1'eau arrivant dans la tour froide est d'environ 30°C. Quand cetté eau circule vers le bas de la tour, elle Vient séquentiellement en contact avec le HgS gazeux circulant à contre-courant, le contact étant amélioré par des moyens 35 convenables, dans les tours, par exemple une matière de garnissage, des plateaux de contact ou autres. L'eau est enrichie de façon continue en deutérium en descendant à travers la tour froide 26 en raison de la préférence supérieure de l'isotope 69 11434 8 2007459 deutérium à la combinaison avec l'oxygène plutôt qu'avec,le soufre.'Réciproquement, le HgS gazeux est appauvri de façon continue de deutérium en remontant- à travers la tour froide à contre-courant par rapport à l'eau. L'eau enrichie sort de 5 la tour froide 26 à travers une canalisation 34, et elle est chauffée par un dispositif convenable représenté schématiquement. sous la forme d'un réchauffeur de liquide 36 environ jusqu'à la température de la tour chaude, le plus couramment environ 140°C. L'eau pénètre dans la partie supérieure de la 10 tour chaude 24 à travers une canalisation 38 et pendant sa descente à travers la tour chaude elle est appauvrie de deutérium de façon continue du fait de la préférence relativement plus faible du deutérium pour la forme oxyde à cette tempéra^-ture supérieure. L'eau appauvrie de deutérium est extraite ' 15 du fond de la tour à travers une canalisation 40 et après l'extraction nécessaire du I^S. dissous, par exemple dans un appareil d'extraction 42, et récupération de la chaleur par production d'un travail utile, par exemple par chauffage régénérateur d'autres courants (illustré à titre d'exemple par le 20 réfrigérateur-réchauffeur régénérateur 43) l'eau appauvrie est rejetée en tant que résidu. Le premier étage décrit ci-dessus peut être couplé à un ou plusieurs étages consécutifs, non représentés, par circulation en cascade d'une partie du gaz circulant à travers 25 les tours du premier étage. Le gaz hurhidifié chaud enrichi en deutérium est envoyé au fond de la tour chaude du second étage à travers une canalisation 50 et le gaz froid revient à la partie supérieure de la tour froide du second étage, à travers une canalisation 52. L'excédent d'eau peut être envoyé au pre-30 mier étage à travers la canalisation 54. Ce mode de couplage des étages par circulation du gaz est décrit en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 630 486 du 11 avril 1967. En variante, le couplage des étages par circulation en cascade d'une partie de chacun des deux courants peut 35 être obtenu par adjonction de la canalisation d'eau 56. Jusqu'à ce point, le traitement décrit est celui du procédé GS classique. A cette circulation classique est ajoutée l'alimentation d'un courant d'eau à la partie inférieure de la 69 11434 9 2007459 tour chaude 24 à travers la canalisation.44. Cette eau d'alimentation supplémentaire pénétrant dans là tour chaude 24 à travers la canalisation 44 peut provenir de la même source d'eau naturelle que celle fournissant l'eau d'alimentation à la partie supé-5 rieure de ia tour froide 26 à travers la canalisation 32, mais cependant, cela n'est pas nécessaire, comme il est précisé ci-après,, Comme cette eau pénètre dans le système dans la tour chaude, elle est préalablement portée à la température.de la tour chaude dans un équipement convenable représenté schématiquement sous 10 la forme du réchauffeur 46. Pour obt.enir les résultats optimaux, le courant d'eau d'alimentation supplémentaire arrivant par la canalisation 44 doit normalement être introduite dans la tour chaude 24 sur le plateau où la concentration du deutérium dans la liqueur "de traitement 15 est la même que dans l'eau ajoutée (quand le régime permanent a été atteint pour le débit particulier.d1alimentation en eau ajoutée en combinaison avec le "débit choisi pour l"1 extraction du produit). La quantité totale de deutérium sur ce plateau à n'importe quel instant augmente directement en fonction du débit 20 d'eau ajoutée. De façon similaire, la quantité totale de deutérium et la concentration du deutérium dans le liquide sur chaque plateau en dessous du point d'alimentation en eau additionnelle augmentent en fonction du débit d'eau additionnelle. Par suite, le courant ascendant de HgS chaud pénétrant dans le fond de la 25 tour chaude 24 avec une concentration en deutérium approximativement en équilibre avec la teneur naturelle dans l'eau à la température de la tour froide, est équilibré à la température supérieure avec l'eau ayant une concentration supérieure en deutérium par rapport à l'absence d'addition d'eau. Cela fait passer 30 davantage de deutérium dans le courant gazeux en augmentant ainsi la quantité absolue de deutérium dans le système par l'action d'extraction du courant gazeux ascendant dans la partie du système dans laquelle l'eau est appauvrie de deutérium à une concentration inférieure à celle de l'eau d'alimentation. Cette 35 augmentation de .la quantité de deutérium introduite ;dans le système du fait du courant d'eau additionnelle arrivant par la canalisation 44 permet l'extraction à partir d'un point entre les deux tours d'un produit ayant une concentration supérieure et/ou d'une quantité supérieure de produit enrichi. 69 11434 10 200745-9 La position du point optimal d'alimentation en eau additionnelle n'est pas fixe, mais elle est fonction du débit d'eau additionnelle en combinaison avec le débit d'extraction du produit et d'autres conditions du traitement. Cela apparaît 5 clairement en considérant les deux cas limites décrits ci-après. Pour faciliter la description, ces deux cas sont décrits ci-après par rapport à l'installation de production d'eau lourde de Savannah River décrite en détail dans le compte rendu DP-400 précité. 10 La tour chaude du premier étage de 1'installation de Savannah River comporte 60 plateaux participant directement à la réaction d'échange (le nombre total de plateaux de la tour chaude est de 70, mais les 10 plateaux inférieurs constituent une section d'humidificateur incorporée dans la tour pàr conve-15 nance de construction et n'ont pas un intérêt direct du point de vue de la présente invention). Suivant le fonctionnement normal de- l'installation d'après les paramètres détaillés par le compte rendu DP-400 précité et sans alimentation additionnelle dans la partie inférieure de la tour chaude, l'eau de 20 traitement descendant à travers la tour chaude est ramenée approximativement à la concentration en deutérium existant à son introduction dans la partie supérieure de la tour froide pour alimenter le seizième plateau à partir du bas, c'est-à-dire le seizième plateau au-dessus de la section d'humidifi-25 cation. Si un courant additionnel d'eau d'alimentation d'une valeur infinie pouvait être introduit dans l'un quelconque des seize plateaux du fond de la partie inférieure de la tour chaude en 44, l'eau déchargée du fond de la tour aurait la même concen-30 tration en deutérium que l'eau d'alimentation. Ceci serait vrai, parce que la concentration en deutérium du courant de valeur infinie ne pourrait pas être abaissée d'une façon perceptible par extraction d'une quantité relativement faible d'atomes de deutérium de ce courant par le courant de valeur finie 22 de 35 HgS. Comme aucune diminution de la concentration en deutérium d'un courant additionnel infini né peut avoir lieu dans les plateaux de la tour situés en dessous du plateau'sur lequel est introduit le courant, l'emplacement optimal du courant d'eau 11434 ii 2007459 d'alimentation additionne?, d'une valeur infinie serait sur le plateau du fond de la tour chaude» En considérant maintenant-l'autre cas limite, l'addition d'un courant d'eau d'alimentation de valeur très faible dans la tour chaude në peut provoquer que peu de "changement des distributions normales de la concentration en deutérium dans cette tour. La position optimale pour l'introduction d'iin courant d'eau d'alimentation additionnelle de très faible valeur dans la tour chaude est alors au plateau auquel la concentration en deutérium dans l'eau de traitement est la même que la concentration en deutérium dans l'eau-d'alimentation avant l'addition. En considérant à nouveau l'installation de Savannah River, les additions très faibles devraient être faites sur le seizième plateau à partir du fond. Les emplacements optimaux pour les additions d'eau avec des débits intermédiaires sont situés entre les emplacements des cas limites considérés ci-dessus. Comme une partie relativement faible de la tour chaude doit être considérée, par exemple 16 plaques sur un total de 60 pour l'installation de Savannah River, les positions optimales peuvent être déterminées d'une façon empirique sans difficulté excessive. L'installation peut être mise en marche pendant une durée de plusieurs jours avec entrée du courant d'eau additionnelle en un point donné pour la mesure de la productivité. La répétition de ce processus pour plusieurs positions permet de trouver rapidement 1'emplacement optimal pour un débit particulier d'eau d'alimentation additionnelle. Il sera remarqué qu'au moins une certaine augmentation de la productivité peut être obtenue par addition d'eau d'alimentation dans la partie inférieure de la tour chaude, même si elle n'est pas introduite• au point optimal initial.Cqsndant ïbnélio-ration obtenue par addition■d'eau d'alimentation en un point supérieur environ au tiers inférieur de la tour chaude est faible pour n'importe quelle application économiquement pratiquable concevable du procédé GS. L'augmentation de la production pouvant être obtenue par addition d'eau d'alimentation dans la partie inférieure de la tour chaude est fonction de l'augmentation du débit de liqueur de traitement à travers cette partie inférieure. L'augmentation théorique est d'environ 12 % pour un courant d'ali 69 11434 12, 200745.9 mentation additionnel de valeur infinie 'introduit à .l'emplacement optimal de la tour chaude d'une installation telle que celle de-Savannah River. Pour une utilisation possible de la même installation, si le débit d'eau additionnelle est augmenté de 200 % 5 de l'alimentation de la tour froide, l'augmentation de là récupération de DgO du fait de cette addition d'eau est d'environ 10 $>, Si le débit est Augmenté de 50 $ du débit d'alimentation de la tour froide, l'augmentation de la récupération est d'environ 7 % et si l'eau additionnelle augmente le débit dans la partie infé-10 rieure de 10 %, l'augmentation de la récupération est d'environ 2 %. Le débit optimal d'eau additionnelle dans la partie inférieure de la tour chaude d'une installation GS particulière pour obtenir une augmentation correspondante de la productivité 15 dépendde facteurs tels que le prix de la vapeur d'eau, lé prix de l'échangé thermique et les conditions spécifiques dépendant de l'installation particulière. Bien que la détermination du débit optimal soit relativement facile, quelques remarques générales concernant les facteurs influant sur cette détermination 20 sont utiles pour établir une valeur correcte. Il sera noté que comme l'alimentation additionnelle est introduite dans la tour chaude, il en résulte une certaine dépense pour faire arriver cette alimentation à la température de la tour chaude. De plus, un certain traitement préliminaire 25 de l'eau additionnelle d'alimentation peut être nécessaire bien que cela ne soit pas une condition aussi critique que dans le cas de l'alimentation habituelle à l'extrémité supérieure de la tour froide en raison de la partie limitée de la tour chaude dans laquelle a lieu cet écoulement. De plus, l'eau supplémen-30 taire ajoutée dans la tour chaude augmente directement le débit d'eau déchargé du système, ce qui augmente directement la quantité d'eau devant être séparée du H^S dissous avant son évacuation comme résidu. Cependant, le facteur principal influant sur les dépenses d'investissement et de fonctionnement, c'est-à-35 dire le débit de HgS gazeux, reste le même après l'addition qu'avant. Par suite, sous certaines conditions concevables et en aucune façon improbable, l'addition d'eau conformément à l'invention avec un débit pouvant atteindre 200 % du débit 69 11434 i? 2007459 d'eau d'alimentation pour la tour froide associée est intéressante du point de vue économique. A l'autre extrémité de la plage des additions, comme dans la plupart des cas un minimum d'équipement addi-5 tionnel est nécessaire pour permettre l'introduction de l'eau supplémentaire, par exemple des dispositifs de pompage, des canalisations et des dispositifs pour chauffer l'eau supplémentaire, une augmentation minimale de la productivité est évidemment nécessaire pour justifier l'utilisation d'eau 10 additionnelle selon l'invention. Un débit d'eau additionnelle d'environ 10 % du débit d'alimentation de la tour froide du premier étage pour augmenter la productivité d'environ 2 % peut être considéré comme la limite inférieure valable. Par suite, l'alimentation en eau additionnelle de la tour 15 chaude du premier étage entre 10 % et 200 % du débit d!alimentation en eau de la tour froide associée est un avantage particulier de la présente invention. Il doit être compris que l'eau additionnelle introduite dans le fond de la tour chaude 24 conformément à l'inven-20 tion, par exemple en 44, est en supplément des additions de vapeur d'eau pour la régulation de la température du courant normal, c'est-à-dire avant l'addition d'eau..Suivant les techniques antérieures, ces additions de vapeur d*eau ont été introduites dans l'extracteur, tel que celui indiqué en 58 sur la 25 figure unique. Le courant combiné de vapeur d'eau et de HpS entraîné dans cette vapeur sort de l'extracteur en 60 et est introduit dans la tour chaude en 62 sur le plateau pour lequel la concentration en deutérium concorde. En considérant à nouveau l'installation de Savannah River comme exemple spécifique, ce 30 plateau particulier est le cinquième au-dessus de la section d'humidification. Suivant la pratique actuelle .pour 18 installation de Savannah River, la quantité totale de vapeur d'eau introduite est divisée en deux courants, celui pénétrant dans 1'extrac-35 teur en 58 et le courant de by-pass 67. L'addition du courant de by-pass 67 à la combinaison initiale e.st due au fonctionnement ultérieur de la tour chaude à une température supérieure à la température prévue à l'origine, 1 'extracteur existant! à ce moment étant devenu insuffisant pour le débit total de vapeur 69 11434 if 2007459 d'eau nécessaire dans ces conditions. Les. deux courants de., vapeur à5 eau sont actuellement introduits en 6? sur le cinquième plateau de la tour froide. ïl sera remarqué que,conformément à la présente inven-5 tion, il est avantageux de réduire le débit de vapeur d'eau à-travérs l'extracteur 42 à la valeur réellement minimale nécessaire pour obtenir le degré désiré d'extraction et d'introduire la plus grande quantité possible du reste de la vapeur nécessaire (ayant la concentration naturelle en deutérium sur le même 10 plateau que celui sur lequel est envoyée l'eau additionnelle . par la canalisation 44. Cela est représenté sur la figure unique par la canalisation de vapeur d'eau ajoutée 66. La distribution optimale de la vapeur d'eau totale requise entre l'extracteur et la canalisation 66 peut être facilement déterminée d'après 15 les considérations générales précédentes. Bien que- le bénéfice le plus important soit obtenu avec le diagramme d'écoulement selon lar présente invention dans . une installation de production étudiée spécifiquement pour utiliser de diagramme, au moins une partie de ce bénéfice peut 20 être obtenue en utilisant l'invention pour une installation GS existant déjà. Les tours de contact liquidergaz prévues pour un débit particulier de gaz permettent en général un dJbit de liquide bien supérieur à celui imposé par les rapportsjoptimaux L/G pour le procédé GS avec pêu ou même sàns modification » 25 d'une importance appréciable. En supposant que les passagesde descente entre les plateaux aient des dimensions appropriées, l'augmentation du débit de liquide doit simplement augmenter légèrement la .pressiôn statique du liquide au-dessus des déversoirs des passages de descente. 30 Bien que,comme il été indiqué ci-dessus, l'eau addi tionnelle 44 puisse habituellement provenir de la même source que l'eau pénétrant à travers le conduit 32 dans la partie supérieure de la tour froide 26 et que, dans ces conditions, ces deux alimentations soient identiques en ce qui concerne la coiïcentra-35 tion en deiitérium, il n'est pas nécessaire que cette concentration soit exactement la même pour les deux. Par exemple, comme l'eau de traitement descendant à travers la tour.chaude 24 passe à travers une plaque où la concentration en'deutérium correspond à celle dans r'eau naturelle alimentant le système, toute l'eau 69 11434 15 2007459 peut être envoyée sur cette plaque et 1'eau-pour la tour froide peut être obtenue par recyclage de l'eau à partir de la plaque immédiatement supérieure (bien entendu avec le réglage nécessaire de la température). Il sera cependant observé que comme 5 la concentration du courant recyclé s'écarte seulement de la concentration naturelle de la valeur correspondant seulement à la différence entre deux plateaux, cette concentration est sensiblement celle de l'enrichissement naturel. Bien entendu, la description qui précède n'est pas 10 limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 69 11434 16 200745.9 REVENDICATIONS 1 - Un procédé d'échange d'un isotope à deux tempé-^ ratures pour concentrer un isotope d'un élément par son échange entre deux substances contenant cet élément, l'une en phase liquide et l'autre en phase gazeuse, dans un système comprenant 5 au moins une paire de tours de contact liquide-gaz maintenues -à des températures différentes et traversées par les deux substances. à contre-courant, la première des substances étant envoyée dans le premier étage du système avec une première concentration de l'isotope à concentrer, la concentration de cet iso-10 tope étant enrichie par échange préférentiel de l'isotope dans la première des tours de la paire du premier étage, la concentration de l'isotope dans cette, première substance étant appauvrie par échange dans la'seconde"des tours de la paire à une valeur inférieure à la première concentration dans une partie 15 particulière de la seconde tour et la première substance étant déchargée de la seconde tour comme résidu du traitement, la seconde substance circulant continuellement à travers la paire de tours à contre-courant de la première substance en boucle de recyclage pratiquement fermée et une partie du .courant de l'une 20 des substances, étant extraite de la partie du système dans laquelle l'isotope est concentré, caractérisé par l'augmentation du débit de la première substance à travers la partie particulière de la seconde tour par addition d'un courant additionnel de la première substance ayant pratiquement la première concen-25 tration en isotope. 2 - Un procédé d'échange d'un isotope à deux tempe-ratures pour la concentration de l'isotope deutérium par son échange entre de l'eau et de l'acide sulfhydrique dans un système comprenant au moins une paire de tours chaude et froide 30 de contact liquide-gaz à travers lesquelles l'eau liquide et l'acide sulfhydrique circulent à contre-courant, l'eau envoyée dans la tour froide du premier étage du système pratiquement à sa concentration naturelle en deutérium étant enrichie én deutérium par échange préférentiel de l'isotope dans la tour 35 froide du premier étage, étant appauvrie dë deutérium par échange de l'isotope dans la tour chaude associée jusqu'à une 69 11434 17 2007459 concentration, inférieure à la concentration naturelle dans la-partie inférieure de la tour,chaude et étant évacuée de.celle-ci comme résidu du traitement, 1facide fluorhydrique circulant continuellement à travers la paire de tours à contrê-courant 5 de l'eau et en circuit de recyclage pratiquement fermé et une partie du courant d'eau étant extraite de la partie du système dans laquelle le deutérium est concentré, caractérisé par l'augmentation du débit d'eau à travers la partie inférieure de li tour chaude par introduction dans celle-ci' d'un courant 10 additionnel d'eau ayant la concentration naturelle en deutérium. 3 - Un procédé d'échange d'un isotope à dèiax températures pour la concentration de l'isotope deutérium selon la revendication 2 caractérisé en ce que le débit additionnel d'eau ayant la concentration naturelle en deutérium est compris envi- 15 ron entre 10 % et 200 % du débit d'eau d'alimentation pour la ' ' tour froide. 4 - Un procédé d'échange d'un isotope à deux températures pour la concentration de l'isotope deutérium seion la revendication 2, caractérisé en cë que la partie inférieure de 20 la tour chaude constitue moins du tiers environ de la tour. 5 - Un procédé d'échange d'un Isotope à deux températures pour la concentration de l'isotope selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant additionnel d'eau ayant la concentration" naturelle en deutérium est inférieur 25 à environ 200 % du débit d'eau d'alimentation pour la tour froide et est introduit dans le tiers inférieur de la tour 1 - chaude •. 6 - Un procédé d'échange d'un isotope"à deux températures pour la concentration dei l'isotope selon la revèndi- 30 cation 2, caractérisé en ce que le courant additionnel d'eau ayant la concentration naturelle en deutérium est introduit environ au nivèaû de la tour chaude auquel la concentration du deutérium dans l'eau de traitement est approximativement la concentration naturelle en deutérium de l'eau. 35 7 - Un procédé d'échange d'un isotope à deux tempé ratures pour la concentration de l'isotope selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant additionnel d'eau ayant là concentration naturelle en deutérium comprend toute la vapeur d'eau-ajoutée dans la tour chaude en plus de celle uti- 40 Usée pour, extraire l'acide sulfhydrique dissous de l'eau constituant le résidu.