Brevet FR2422434A1 — publié le 19791109

L'invention se rapporte à un procédé de séparation des isotopes H, D, T de l'hydrogène afin d'en éliminer sélectivement certains d'un mélange, la séparation s'effectuant par une reaction catalytique d'échange par double décomposition entre les oxydes des isotopes et les isotopes gazeux, réaction suivie d'une distillation à basse température. Le problème spécifié ci-dessus se présente en ser vicedans les centrales nucléaires dans lesquelles il s'agit d'éliminer le tritium ou l'hydrogène de l'eau lourde utilisée dans ces centrales en modérateur ou réfrigérant. Le brevet français N" I 526 867, par exemple, décrit un traitement d'eau lourde contenant du tritium et de l'hydrogène et consistant à faire réagir chimiquement cette eau lourde avec du deutérium ayant été séparé, en phase gazeuse et en présence d'un catalyseur, le tritium et l'hydrogène se séparant de leurs oxydes pour passer jusqu'à un certain point par une réaction de double décomposition dans le deutérium gazeux. Ce deutérium subit ensuite une dissociation en ses différents composants par distillation à basse température. Ce procédé a les inconvénients majeurs suivants Lors de l'échange des isotopes, les oxydes des isotopes et les isotopes de l'hydrogène sont mélangés dans la phase gazeuse et il n'est possible de les déplacer qu'en courants parallèles pour leur faire subir la phase de réaction. A la fin de l'échange par double décomposition dans la zone de réaction, les oxydes des isotopes sont séparés des isotopes de l'hydrogène par condensation. La réaction d'échange entre les oxydes des isotopes et les isotopes peut éventuellement être exécutée plusieurs fois par étapes successives et il faut alors procéder à nouveau à une séparation des phases en aval de chaque zone d'échange. Il est possible d'obtenir de cette manière globalement un contre-courant. Ces étapes multiples exigent un appareillage et une technologie extrêmement élaborés et coûteux Il n'est possible ainsi d'abaisser, par exemple, la teneur en hydrogène et tritium de l'eau lourde qu'à 1/3. Il serait souhaitable dans de nombreux cas d'obtenir un tel abaissement à 1/10 ou 1/100, mais il n'est pas possible d'y parvenir sans engager des frais excessifs. Les oxydes des isotopes quittent dans ce cas le processus de préparation sous forme d'eau lourde séparée, tandis que le flux de deutérium enrichi en tritium et en hydrogène dans les étages d'échange est dissocié en ses isotopes de l'hydrogène dans une installation de distillation à basse température. Le deutérium ainsi séparé est recyclé dans le processus d'échange des isotopes et les pertes en deutérium sont compensées par apport de deutérium frais. Suivant un autre procédé connu en rapport avec l'invention et tel que décrit par exemple dans le brevet canadien NO 1 014 525, les oxydes liquides des isotopes sont amenés à subir une réaction de double décomposition à contrecourant avec les isotopes gazeux en présence d'un catalyseur insensible à l'eau et autorisant la circulation à contrecourants de deux phases. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 981 976, par exemple, décrit un catalyseur de ce type. Ce procédé a toutefois l'inconvénient majeur qu'en présence d'une forte teneur en tritium à l'extrémité inférieure de la colonne d'échange, il faut dissocier une grande partie des oxydes des isotopes à traiter en les isotopes de l'hydrogène par un procédé convenable, par exemple par électrolyse. L'inconvénient de cette électrolyse liée au processus d'échange à contre-courant réside dans l'importance de l'appareillage que nécessite cette installation ainsi que dans les matériaux dont la technique de production exige de grands moyens. Un autre inconvénient est que les isotopes de l'hydro- gène de la tête de la colonne d'échange doivent être retransformés en grande partie en oxydes pour êtrerecyclésdans le processus d'échange à contre-courant. L'invention a pour objet un procédé du type tel que spécifié, mais évitant les inconvénients des procédés connus décrits ci -dessus2 ctest-à-dire permettant la mise en oeuvre d'une technologie plus rentable que celle de l'art antérieur pour la séparation des isotopes H7 D, T de l'hydrogène en vue de l'élimination sélective de certains de ces isotopes d'un mélange. Selon une particularité essentielle de l'invention, la réaction de double décomposition s'effectue à contre courants,enprésence d'un catalyseur stable vis-à-vis des oxydes liquides des isotopes de lehydrogènejentre des oxydes liquides des isotopes et les isotopes gazeux de lthydrogène. Le catalyseur utilisé peut avantageusement être de type hydrophobe tel que décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis dlAmérique N" 3 981 976 cité ci-dessus. L'invention va être décrite en regard du schéma annexé à titre d'exemple nullement limitatif et illustrant le déroulement du processus. Un oxyde d'isotope de l'hydrogène devant être traité, par exemple de l'eau lourde contenant du tritium, arrive par une canalisation 1 en provenance d'une installation non représentée, par exemple d'un réacteur nucléaire, pour être dirigé dans une colonne 2 d'échange d'isotopes. Cette colonne contient un catalyseur hydrophobe sous forme solide. Un flux gazeux d'isotopes, pouvant consister, par exemple, en deutérium appauvri en d'autres isotopes, parvient par une canalisation 3 dans la colonne d'échange dans laquelle il est dirigé à contre-courant par rapport à l'oxyde. Le courant gazeux dtisotopes s'enrichit en tritium. L'oxyde appauvri en isotope , par exemple l'eau lourde appauvrie en tritium, est renvoyé par une canalisation 4, par exemple dans un réacteur nucléaire. Le courant gazeux d'isotopes enrichi dans la colonne d'échange est évacué de la tête de cette dernière par une canalisation 5 pour être dirigé sur une installation 6 de distillation à basse température de type connu. Il se produit dans la colonne une séparation des isotopes volatils légers et lourds de l'hydrogène. De l'hydrogène est, par exemple, prélevé à la tête de la colonne par une canalisation 7 et du tritium est prélevé au fond de la colonne par une canalisation 8. Le tritium radio-actif est ensuite entreposé de manière non représentée ou dirigé sur un autre lieu d'utilisation. L'isotope, par exemple le deutérium, débarrassé des autres isotopes de l'hydrogène, est recyclé par la canali- sation 3 dans la colonne d'échange 2. Le deutérium appauvri, recyclé sur la colonne d'échange 2, reçoit d'une canalisation 9 un apport de deutérium appauvri frais dans la proportion nécessaire à compenser le prélèvement des fractions volatiles légères et lourdes sur le circuit. Le procédé de l'invention permet, par exemple, d'abaisser la teneur en tritium d'un courant d'eau lourde à 1/10, cet abaissement pouvant atteindre 1/100. REVENDICATION Procédé de séparation des isotopes de l'hydrogène H, D, T afin d'en éliminer sélectivement certains d'un mélange, la séparation étant produite par réaction catalytique d'échange par double décomposition entre des oxydes des isotopes et les isotopes gazeux de l'hydrogène, cette réaction étant suivie d'une distillation à basse température, procédé caractérisé en ce que la réaction d'échange a lieu à contre-courantss en présence d'un catalyseur stable vis-à-vis des oxydes liquides des isotopes, entre oxydes liquides des isotopes et les isotopes gazeux de l'hydrogène.