本發(fā)明涉及低氘水的制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種液相催化交換工藝制備低氘水的方法及裝置。

背景技術(shù)：

氘是氫的穩(wěn)定同位素，不同于氫原子只有一個(gè)質(zhì)子，氘原子含有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，這也導(dǎo)致氫和氘的物理和化學(xué)性質(zhì)的一定差異。自然界中含有特定濃度的氘，其豐度約150ppm，氘濃度低于該濃度的水被稱(chēng)為低氘水。

人體內(nèi)有60-70％的成分為水，水參與了生命體內(nèi)幾乎所有的反應(yīng)，這其中也包括遺傳物質(zhì)dna的演化。dna控制分子系統(tǒng)的秩序，是機(jī)體衰老、癌癥和免疫失調(diào)的根本原因。氘化學(xué)鍵比氫鍵斷裂速率慢6倍以上，dna轉(zhuǎn)錄復(fù)制中的隨機(jī)錯(cuò)誤發(fā)生在氘鍵上，就更難被修復(fù)酶糾正，從而發(fā)生在dna上的錯(cuò)誤的保持和積累，會(huì)對(duì)機(jī)體代謝和遺傳產(chǎn)生一系列惡化影響。此外，氘置換氫原子在dna的螺旋結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，使得核糖核酸排列錯(cuò)亂，甚至導(dǎo)致基因突變，使得細(xì)胞產(chǎn)生缺陷的幾率增加，提高癌癥發(fā)生的可能性。

試驗(yàn)研究表明，低氘水不僅可以活化人體細(xì)胞，明顯促進(jìn)酶反應(yīng)；而且可以提高nk細(xì)胞活性值，增強(qiáng)人體免疫功能；同時(shí)，低氘水還可以抑制細(xì)胞癌變和癌細(xì)胞增殖，從而具有防癌保健功能。

目前，水-氫雙溫交換法是較大規(guī)模生產(chǎn)低氘水的辦法?；跉潆诜磻?yīng)中非等幾率平衡分布的特性，及交換反應(yīng)分離因子隨溫度升高而減少的原理，進(jìn)行氫氘的分離。冷塔內(nèi)氘從氣相向液相富集；熱塔內(nèi)氘由液相向氣相的相轉(zhuǎn)變加強(qiáng)，但分離因子減?。蛔罱K獲得濃縮的氘水和貧氘氫氣。但該法存在以下問(wèn)題：過(guò)程包括液相催化交換和相轉(zhuǎn)變過(guò)程，涉及高低溫塔之間的物料循環(huán)，流量、溫度等參數(shù)的操作控制復(fù)雜；工藝包括低溫塔和高溫塔，設(shè)備復(fù)雜，投資成本高；分離系數(shù)低，大規(guī)模生產(chǎn)需要多級(jí)并聯(lián)，生產(chǎn)低氘水成本較高。此外，也有采用蒸餾法制備低氘水的方法，但其分離系數(shù)較小，需要多級(jí)串聯(lián)處理，設(shè)備投入相對(duì)較大。

限于現(xiàn)有技術(shù)的不足，低氘水制備成本偏高，難以真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的生產(chǎn)。有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上低氘水制備工藝的不足，本發(fā)明提供了一種低氘水制備的系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方法，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低操作難度，并減少設(shè)備投資。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種液相催化交換工藝制備低氘水的方法，包括以下步驟：

將原料水和氫氣通入催化交換柱中進(jìn)行逆流反應(yīng)，得到富氘水、貧氘氫氣；

所述貧氘氫氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到低氘水；

所述催化交換柱采用多級(jí)串聯(lián)的催化交換柱段連接而成，各柱段高徑比不高于6-8，所述催化交換柱段內(nèi)混裝填充有pt基疏水催化劑和親水填料，所述pt基疏水催化劑和親水填料的體積比為1:3-4；

所述催化交換柱段內(nèi)還設(shè)置有氣體和液體分布器。

本發(fā)明提供的液相催化交換工藝制備低氘水的方法，在催化交換柱進(jìn)行液相催化交換反應(yīng)，催化交換柱為工藝核心反應(yīng)器，該反應(yīng)為氫-水同位素交換的一種反應(yīng)，是相轉(zhuǎn)變過(guò)程和催化交換兩個(gè)過(guò)程的耦合，最終實(shí)現(xiàn)氫氣中氘向水相的轉(zhuǎn)移，具體反應(yīng)如下：

相轉(zhuǎn)變：hdo(l)+h2o(v)→hdo(v)+h2o(l)

催化交換：hdo(v)+h2(g)→hd(g)+h2o(v)

耦合過(guò)程：hdo(l)+h2(g)→hd(g)+h2o(l)

本發(fā)明制備低氘水采用普通去離子水和高純氫氣，原料易獲取且有效控制了原料成本；催化交換柱內(nèi)填充pt基疏水催化劑和親水填料，并限定兩者混裝填料以及兩者的填裝體積比例，使其分別提供充足的催化交換表面和相轉(zhuǎn)變的表面，使得反應(yīng)高效進(jìn)行；催化交換柱內(nèi)部設(shè)置氣體和液體分布器，確保上行氫氣和下流液體的分布均勻，抑制液泛現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明通過(guò)限定催化交換柱的具體參數(shù)，使得反應(yīng)高效，且操作條件溫和，能耗低，工藝操作便捷，設(shè)備投資得到顯著控制。

進(jìn)一步地，pt基疏水催化劑和親水填料采用散裝填料方式，將pt基疏水催化劑負(fù)載在不銹鋼金屬氈上，并裁剪成θ環(huán)，而親水填料采用不銹鋼金屬絲網(wǎng)的θ環(huán)，以提升反應(yīng)原料的接觸和反應(yīng)效率。

本發(fā)明中的催化交換柱可以為一個(gè)，也可以為多個(gè)并聯(lián)設(shè)置，以增大低氘水的產(chǎn)量。

為了便于反應(yīng)的進(jìn)行，得到更多的低氘水，進(jìn)一步地，所述原料水和氫氣的摩爾比為1:0.5-1。

進(jìn)一步地，原料水和氫氣的反應(yīng)溫度為60±2℃，反應(yīng)壓力優(yōu)選為微正壓。原料水可采用催化交換柱底富氘水對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，工藝熱效率高。

進(jìn)一步地，所述氧化反應(yīng)采用貧氘氫氣與fe3o4反應(yīng)得到所述低氘水。

本發(fā)明還提供了實(shí)施上述液相催化交換工藝制備低氘水的方法的裝置，包括催化交換柱，所述催化交換柱的頂端入口與原料水供應(yīng)系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的頂端出口與氧化系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的底部入口與供氣系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的底部出口與富氘水儲(chǔ)存裝置連接；

所述原料水供應(yīng)系統(tǒng)包括原料水儲(chǔ)備裝置以及控制裝置；

所述供氣系統(tǒng)包括氫氣儲(chǔ)備裝置、惰性氣體儲(chǔ)備裝置及其控制裝置；

所述氧化系統(tǒng)與低氘水收集系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步地，所述催化交換柱上設(shè)置有加熱保溫層。更進(jìn)一步地，交換柱加熱保溫層由內(nèi)層的呈對(duì)稱(chēng)半圓環(huán)狀的加熱板和外層硅酸鋁纖維棉層組成，還包括與加熱帶連接的繼電器和pid溫控儀。

進(jìn)一步地，所述裝置還包括換熱系統(tǒng)；

所述換熱系統(tǒng)包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器和冷水機(jī)組；

所述第一冷凝器設(shè)置在所述原料水供應(yīng)系統(tǒng)和催化交換柱之間，所述第二冷凝器設(shè)置在所述催化交換柱與所述氧化系統(tǒng)之間，所述第三冷凝器位于所述氧化系統(tǒng)與所述低氘水收集系統(tǒng)之間。

優(yōu)選地，所述富氘水儲(chǔ)存裝置還與所述第二冷凝器連接，用于收集第二冷凝器冷凝的低氘氫氣中夾帶的水蒸氣。

進(jìn)一步地，述裝置還包括監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)包括液位傳感器、壓力傳感器、真空泵和真空規(guī)；

所述液位傳感器包括用于監(jiān)測(cè)原料水儲(chǔ)備裝置液位的第一液位傳感器、用于監(jiān)測(cè)富氘水儲(chǔ)存裝置液位的第二液位傳感器和用于監(jiān)測(cè)低氘水收集裝置液位的第三液位傳感器；

所述壓力傳感器包括監(jiān)測(cè)氫氣儲(chǔ)備裝置壓力的第一壓力傳感器和監(jiān)測(cè)惰性氣體儲(chǔ)備裝置壓力的第二壓力傳感器；

真空泵和真空規(guī)用于系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)抽真空及惰性氣體置換。

本發(fā)明設(shè)置抽空系統(tǒng)，可以在運(yùn)行前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，再進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

優(yōu)選地，所述惰性氣體采用氮?dú)狻?/p>

進(jìn)一步地，所述原料水供應(yīng)系統(tǒng)的控制裝置包括計(jì)量泵和管路閥門(mén)；

所述供氣系統(tǒng)的控制裝置包括氣體質(zhì)量流量計(jì)、減壓閥及管路閥門(mén)，用于為液相催化交換反應(yīng)提供高純氫氣，以及吹掃系統(tǒng)的惰性氣體。

氧化系統(tǒng)中的反應(yīng)裝置為固定床反應(yīng)器，固定床反應(yīng)器內(nèi)填充粒度小于300nm的鐵粉或fe3o4，固定床反應(yīng)器可以為一個(gè)也可以為多個(gè)，多個(gè)之間可以進(jìn)行切換，從而使得fe3o4不斷再生，以達(dá)到生產(chǎn)的需求。

作為優(yōu)選，所述氧化系統(tǒng)包括均與所述第二冷凝器連接的呈并聯(lián)關(guān)系的第一固定床反應(yīng)器和第二固定床反應(yīng)器、用于提供低氘水蒸汽的汽化器及連接管路的氣相閥門(mén)和液相閥門(mén)，所述第一固定床反應(yīng)器和所述第二固定床反應(yīng)器外部均設(shè)置有加熱器；

所述第一固定床反應(yīng)器和第二固定床反應(yīng)器內(nèi)填充粒度小于300nm的鐵粉或fe3o4，所述汽化器用于將固定床反應(yīng)器中填充的fe氧化為fe3o4。

本發(fā)明的貧氘氫氣氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套獨(dú)立的固定床反應(yīng)器，可以交替運(yùn)行，互不影響，一套固定床反應(yīng)器在進(jìn)行貧氘氫氣的氧化時(shí)，另一套進(jìn)行反應(yīng)介質(zhì)fe3o4再生，從而保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，提升了系統(tǒng)工作效率。

進(jìn)一步地，所述氧化系統(tǒng)還包括氫氣檢測(cè)器，所述氫氣檢測(cè)器用于檢測(cè)固定床反應(yīng)器出口的氫氣濃度，指導(dǎo)固定床反應(yīng)器切換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明以催化交換柱為工藝核心反應(yīng)器，并限定催化交換柱的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)水中氘向氣相中的轉(zhuǎn)移，整個(gè)工藝邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、設(shè)計(jì)完備、布局合理，使得反應(yīng)高效，且操作條件溫和，能耗低，工藝操作便捷，設(shè)備投資得到顯著控制。

(2)本發(fā)明制備低氘水采用原料為天然豐度的去離子水和高純氫氣，原料易獲取且有效控制了原料成本。

(3)本發(fā)明設(shè)置抽空系統(tǒng)，可以在運(yùn)行前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，再進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；采用催化交換柱底富氘水對(duì)原料水進(jìn)行預(yù)熱，工藝熱效率高。

(4)本發(fā)明的貧氘氫氣氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套獨(dú)立的固定床反應(yīng)器，可以交替運(yùn)行，互不影響，一套固定床反應(yīng)器在進(jìn)行貧氘氫氣的氧化時(shí)，另一套進(jìn)行反應(yīng)介質(zhì)fe3o4再生，從而保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，提升了系統(tǒng)工作效率。

(5)本發(fā)明采用上述裝置制備低氘水，若通入的原料水和氫氣的摩爾比為1:0.5，則生產(chǎn)的低氘水的濃度為30-50ppm；若通入的原料水和氫氣的摩爾比為1:1，則生產(chǎn)的低氘水的濃度為70-90ppm；并且該工藝可獲得原料水量80％以上的低氘水，可高效地生產(chǎn)低氘水。另外，本發(fā)明還可以通過(guò)多套催化交換柱并聯(lián)，顯著增大低氘水產(chǎn)量。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述所需要的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的工藝系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例采用第一固定床反應(yīng)器制備低氘水的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例采用第二固定床反應(yīng)器制備低氘水的流程示意圖；

圖中：

1-第一液相閥門(mén)，2-原料水罐，3-第一液位傳感器，4-第一氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，5-第二液相閥門(mén)，6-計(jì)量泵，7-第一冷凝器，8-催化交換柱，9-交換柱加熱保溫層，10-第二氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，11-第三液相閥門(mén)，12-富氘水箱，13-第二液位傳感器，14-第三氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，15-第四液相閥門(mén)，16-第一氣相閥門(mén)，17-第一壓力傳感器，18-氫氣儲(chǔ)罐，19-第二氣相閥門(mén)，20-第三氣相閥門(mén)，21-第二壓力傳感器，22-氮?dú)鈨?chǔ)罐，23-第四氣相閥門(mén)，24-減壓閥，25-氣體質(zhì)量流量計(jì)，26-第五氣相閥門(mén)，27-第六氣相閥門(mén)，28-真空泵，29-第七氣相閥門(mén)，30-真空規(guī)，31第八氣相閥門(mén)，32-第二冷凝器，33-第五液相閥門(mén)，34-第四氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，35-第九氣相閥門(mén)，36-第一固定床反應(yīng)器，37-第一固定床反應(yīng)器加熱器，38-第六液相閥門(mén)，39-第十氣相閥門(mén)，40-第二固定床反應(yīng)器，41-第二固定床反應(yīng)器加熱器，42-第七液相閥門(mén)，43-第三冷凝器，44-第八液相閥門(mén)，45-低氘水箱，46-第三液位傳感器，47-第五氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，48-第九液相閥門(mén)，49-第十液相閥門(mén)，50-液體質(zhì)量流量計(jì)，51-汽化器，52-第十一氣相閥門(mén)，53-第十二氣相閥門(mén)，54-冷水機(jī)組，55-第十一液相閥門(mén)，56-第十二液相閥門(mén)，57-氫氣檢測(cè)器，58-第十三氣相閥門(mén)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠(chǎng)商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本發(fā)明提供的液相催化交換工藝制備低氘水的方法，核心過(guò)程采用液相催化交換技術(shù)，其涉及原料水供應(yīng)系統(tǒng)、催化交換系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、貧氘氫氣氧化系統(tǒng)、低氘水收集系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。具體如圖1所示。

(1)原料水供應(yīng)系統(tǒng)

原料水供應(yīng)系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)連接，用于為催化交換系統(tǒng)提供待處理含氘水。原料水供應(yīng)系統(tǒng)包括第一液相閥門(mén)1、原料水罐2、第一液位傳感器3、第一氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)4、第二液相閥門(mén)5、計(jì)量泵6。原料水供應(yīng)系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)之間設(shè)置有第一冷凝器7。

(2)催化交換系統(tǒng)

催化交換系統(tǒng)包括催化交換柱8和交換柱加熱保溫層9，所述催化交換柱的頂端入口與原料水供應(yīng)系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的頂端出口與貧氘氫氣氧化系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的底部入口與供氣系統(tǒng)連接，所述催化交換柱的底部出口與富氘水儲(chǔ)存裝置連接。

本發(fā)明的催化交換柱為工藝核心反應(yīng)器，進(jìn)行液相催化交換反應(yīng)，該反應(yīng)為氫-水同位素交換的一種反應(yīng)，是相轉(zhuǎn)變過(guò)程和催化交換兩個(gè)過(guò)程的耦合，最終實(shí)現(xiàn)水中氘向氣相中的轉(zhuǎn)移，具體反應(yīng)如下：

相轉(zhuǎn)變：hdo(l)+h2o(v)→hdo(v)+h2o(l)

催化交換：hdo(v)+h2(g)→hd(g)+h2o(v)

耦合過(guò)程：hdo(l)+h2(g)→hd(g)+h2o(l)

在催化反應(yīng)過(guò)程中，所述液相催化交換反應(yīng)溫度為60℃，微正壓操作，氣液相進(jìn)料摩爾比g/l＝0.5～1；

催化交換柱內(nèi)部設(shè)置氣體和液體分布器，確保上行氫氣和下流液體的分布均勻，抑制液泛現(xiàn)象的發(fā)生；

所述催化交換柱內(nèi)填充pt基疏水催化劑和親水填料，分別提供催化交換和相轉(zhuǎn)變的表面，采用混裝填料方式，填料比為疏水催化劑：親水填料＝1:3；

交換柱加熱保溫層9由內(nèi)層的呈對(duì)稱(chēng)半圓環(huán)狀的加熱板和外層硅酸鋁纖維棉層組成，還包括與加熱帶連接的繼電器和pid溫控儀。

富氘水儲(chǔ)存裝置收集的液體為富氘水，儲(chǔ)存裝置為富氘水箱12。富氘水由催化交換柱的底部出口經(jīng)冷卻裝置如圖1中的第一冷凝器7后進(jìn)入富氘水箱12，催化交換柱8與第一冷凝器7之間設(shè)置第二氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)10，第一冷凝器7與富氘水箱12之間還設(shè)置第三液相閥門(mén)11。富氘水箱12分別與第二液位傳感器13、第三氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)14和第四液相閥門(mén)15連接，以便于監(jiān)測(cè)富氘水箱中的相關(guān)信息。

(3)供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)連接，包括氫氣儲(chǔ)備裝置氫氣儲(chǔ)罐18和惰性氣體儲(chǔ)備裝置-氮?dú)鈨?chǔ)罐22；

氫氣儲(chǔ)罐18的一側(cè)分別與第一氣相閥門(mén)16、第一壓力傳感器17連接，氫氣儲(chǔ)罐18通入催化交換柱的途徑中依次設(shè)置第二氣相閥門(mén)19、減壓閥24和氣體質(zhì)量流量計(jì)25；

同樣地，氮?dú)鈨?chǔ)罐22的一側(cè)分別與第三氣相閥門(mén)20、第二壓力傳感器21連接，氮?dú)鈨?chǔ)罐22通入催化交換柱的途徑中依次設(shè)置第四氣相閥門(mén)23、第五氣相閥門(mén)26、第六氣相閥門(mén)27；

在第四氣相閥門(mén)23和第五氣相閥門(mén)26之間設(shè)置三通連接到第二氣相閥門(mén)19和減壓閥24之間，第五氣相閥門(mén)26和第六氣相閥門(mén)27之間設(shè)置有真空泵28、第七氣相閥門(mén)29、真空規(guī)30，以使在開(kāi)始操作時(shí)，打開(kāi)真空泵和真空規(guī)及對(duì)應(yīng)管路閥門(mén)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理；

第一壓力傳感器17和第二壓力傳感器21分別監(jiān)測(cè)氫氣和氮?dú)鈨?chǔ)罐壓力；

通過(guò)設(shè)置氮?dú)夂蜌錃庵g的通路，用于為液相催化交換反應(yīng)提供高純氫氣，以及吹掃系統(tǒng)的惰性氮?dú)狻?/p>

(4)貧氘氫氣氧化系統(tǒng)

貧氘氫氣氧化系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)和低氘水收集系統(tǒng)連接。貧氘氫氣氧化系統(tǒng)包括均與第二冷凝器32連接的呈并聯(lián)關(guān)系的第一固定床反應(yīng)器36和第二固定床反應(yīng)器40、用于為固定床反應(yīng)器提供反應(yīng)溫度的第一固定床反應(yīng)器加熱器37和第二固定床反應(yīng)器加熱器41、用于提供蒸汽的汽化器51及連接管路的氣相和液相閥門(mén)；第二冷凝器32冷凝塔頂貧氘氫氣夾帶的水蒸氣。

固定床反應(yīng)器內(nèi)填充粒度小于300nm的鐵粉或fe3o4；其中一個(gè)固定床反應(yīng)器用于氧化催化交換柱頂部貧氘氫氣制備低氘水，fe3o4和h2(hd)反應(yīng)生成h2o(hdo)和fe；另一個(gè)固定床反應(yīng)器通入低氘水蒸汽將填充的fe氧化為fe3o4；直至第一個(gè)固定床反應(yīng)器中fe3o4全部轉(zhuǎn)變?yōu)閒e后，切換第二個(gè)填充fe3o4的固定床反應(yīng)器，第一個(gè)固定床反應(yīng)器通入低氘水蒸汽活化，從而實(shí)現(xiàn)固定床反應(yīng)器的切換循環(huán)使用；

連接管路的氣相和液相閥門(mén)具體見(jiàn)圖1中的第八氣相閥門(mén)31、第五液相閥門(mén)33、第四氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)34、第九氣相閥門(mén)35、第六液相閥門(mén)38、第十氣相閥門(mén)39、第七液相閥門(mén)42、第十一氣相閥門(mén)52、第十二氣相閥門(mén)53、第十三氣相閥門(mén)58。

(5)低氘水收集系統(tǒng)

低氘水收集系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)、貧氘氫氣氧化系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)連接，包括存儲(chǔ)貧氘氫氣氧化系統(tǒng)制備的低氘水的低氘水箱45以及管路閥門(mén)；

第三冷凝器43將固定床反應(yīng)器中產(chǎn)生的低氘水蒸汽冷凝獲得產(chǎn)品低氘水，然后經(jīng)第八液相閥門(mén)44通入低氘水箱45中；

低氘水箱45分別與第三液位傳感器46、第五氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)47和第九液相閥門(mén)48連接；

管路閥門(mén)具體地如圖1所示，包括第十液相閥門(mén)49、液體質(zhì)量流量計(jì)50。

(6)換熱系統(tǒng)

換熱系統(tǒng)與催化交換系統(tǒng)、原料水供應(yīng)系統(tǒng)、貧氘氫氣氧化系統(tǒng)、低氘水收集系統(tǒng)連接，包括第一冷凝器7、第二冷凝器32、第三冷凝器43和冷水機(jī)組54；

具體地說(shuō)，第一冷凝器7用于塔底高溫富氘水預(yù)熱塔頂原料含氘水，第二冷凝器32冷凝塔頂貧氘氫氣夾帶的水蒸氣，第三冷凝器43將固定床反應(yīng)器中產(chǎn)生的低氘水蒸汽冷凝獲得產(chǎn)品低氘水，冷水機(jī)組54為第二和第三冷凝器提供冷源；

(7)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)與其他所有系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)液位和壓力監(jiān)測(cè)、氘濃度測(cè)量、氫氣濃度檢測(cè)、系統(tǒng)抽真空等功能；

具體地說(shuō)，第一液位傳感器3、第二液位傳感器13和第三液位傳感器46分別監(jiān)測(cè)原料水箱、富氘水箱和低氘水箱液位；第一壓力傳感器17和第二壓力傳感器21監(jiān)測(cè)氫氣和氮?dú)鈨?chǔ)罐壓力；第一氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)4、第二氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)10、第三氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)14、第四氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)34、第五氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)47分別監(jiān)測(cè)原料水箱、催化交換柱底富氘水、富氘水箱、第二冷凝器冷凝含氘水及低氘水箱氘濃度；氫氣檢測(cè)器57檢測(cè)用于氧化貧氘氫制備低氘水的固定床反應(yīng)器出口的氫氣濃度，指導(dǎo)固定床反應(yīng)器切換；真空泵28和真空規(guī)30用于系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)抽真空及氮?dú)庵脫Q，排出體系所含空氣，確保安全生產(chǎn)。

冷水機(jī)組54為第二冷凝器32和第三冷凝器43提供冷源，第二冷凝器32和第三冷凝器43之間設(shè)置有第十一液相閥門(mén)55和第十二液相閥門(mén)56。

具體地，本發(fā)明采用第一固定床反應(yīng)器制備低氘水的流程示意圖如圖2所示。本發(fā)明采用第二固定床反應(yīng)器制備低氘水的流程示意圖如圖3所示。兩者制備的操作類(lèi)似，以第一固定床反應(yīng)器工作為例，具體進(jìn)行以下操作：

(1)安裝工藝系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保壓測(cè)試，直至符合氫氣操作安全要求；

(2)打開(kāi)真空泵和真空規(guī)及對(duì)應(yīng)管路閥門(mén)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，至真空度達(dá)到10pa以下，關(guān)閉真空泵和相應(yīng)閥門(mén)；

(3)體系抽真空后，對(duì)體系充氮至常壓；

(4)啟動(dòng)控溫裝置，對(duì)催化交換柱進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至60℃；同時(shí)對(duì)固定床反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)熱；

(5)預(yù)熱結(jié)束后，啟動(dòng)原料水供應(yīng)系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)，高純氫氣和天然豐度去離子水分別從催化交換柱底部和頂部引入交換柱，液相催化交換反應(yīng)開(kāi)始；

(6)同時(shí)開(kāi)啟貧氘氫氣氧化系統(tǒng)、低氘水收集系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)；

(7)監(jiān)測(cè)第一固定床反應(yīng)器出口氫氣濃度，氫氣達(dá)到100ppm時(shí)切換第二固定床反應(yīng)器進(jìn)行貧氘氫氣氧化，而對(duì)第一固定床反應(yīng)器通入低氘水蒸汽與fe進(jìn)行反應(yīng)，重新生成fe3o4備用，生成的h2(hd)循環(huán)通入第二固定床反應(yīng)器進(jìn)行氧化；監(jiān)測(cè)第二固定床反應(yīng)器出口氫氣濃度達(dá)到100ppm時(shí)，切換第一固定床反應(yīng)器，重復(fù)進(jìn)行；

(8)監(jiān)測(cè)第二、第三、第四和第五氘濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)氘濃度，直至氘濃度達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)低氘水；

(9)關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，首先關(guān)閉原料水供應(yīng)系統(tǒng)和氫氣供應(yīng)，同時(shí)通入氮?dú)?不凝氣從第十三氣相閥門(mén)排出)；關(guān)閉控溫裝置和冷水機(jī)組，直至溫度降至常溫，關(guān)閉系統(tǒng)閥門(mén)。

以上所述的工藝系統(tǒng)中，氣體閥門(mén)均為氣體隔膜閥，液體閥門(mén)均為液體球閥，保證準(zhǔn)確控制氣體和液體流動(dòng)的同時(shí)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

經(jīng)試驗(yàn)，本發(fā)明采用上述裝置制備低氘水，若通入的原料水和氫氣的摩爾比為1:0.5，則生產(chǎn)的低氘水的濃度在30-50ppm；若通入的原料水和氫氣的摩爾比為1:1，則生產(chǎn)的低氘水的濃度在70-90ppm；并且該工藝可獲得原料水量80％以上的低氘水，這是因?yàn)榉磻?yīng)物氫氣在高溫下會(huì)夾帶水蒸氣，因此，最后得到的低氘水不會(huì)達(dá)到100％的輸入水量。

盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。