144 Detritiation Systems at ITER In principle tritiated water from the holding tanks is transferred to an electrolyzer3 and converted to gaseous hydrogen (and oxygen) through an electrolysis process. A small fraction of the hydrogen is transferred to the Isotope Separation System; most of the hydrogen is fed into the bottom of a Liquid Phase Catalytic Exchange (LPCE) column. At the top of the column fresh water at a flow rate comparable to the tritiated water feed flow rate is introduced. The detritiation and decontamination process is arranged in a counter flow mode along the LPCE column and promoted by a hydrophobic catalyst and an inert packing material. On the hydrophobic catalyst, molecular tritiated hydrogen exchanges with water vapor yielding tritiated water vapor and molecular hydrogen (protium). Distillation is supported inside of the LPCE column in sections (“scrubbing”) filled with an inert packing material: There tritiated water vapor interacts with regular liquid water to give regular water vapor and liquid tritiated water. Eventually a logarithmic tritium concentration profile is attained along the length of the LPCE column. The CECE process with an LPCE column thus has two liquid feed streams, namely tritiated water and fresh water. It is important to note that there is no liquid product: all the water is split into hydrogen and oxygen in the electrolyzers. Since the feed flow rates for fresh water and tritiated water are comparable the electrolyzer capacity required is roughly twice the tritiated water throughput. Three CECE/LPCE product streams need to be considered. The gaseous oxygen from the electrolyzer is released to the environment after removal of tritiated water vapor; the latter is simply returned into the process as liquid. The hydrogen stream generated by the electrolyzer is split into two streams. A small part is fed to the Isotope Separation System for tritium recovery; the main fraction is fed into the LPCE column, decontaminated and then discharged to the atmosphere. The link between the ITERWater Detritiation System and the cryogenic Isotope Separation System is further illustrated in Figure 6. En principe, l’eau tritiée provenant des cuves de stockage est transférée vers un électrolyseur3 puis transformée en hydrogène gazeux (et oxygène) par un procédé d’électrolyse. Une petite fraction de l’hydrogène est orientée vers le système de séparation isotopique, la majeure partie étant dirigée vers le fond d’une colonne d’échange catalytique en phase liquide (LPCE). De l’eau douce est introduite par le haut de la colonne à un débit comparable au débit d’arrivée de l’eau tritiée. Le processus de détritiation et de décontamination fonctionne selon un principe d’échange à contre-courant le long de la colonne LPCE et il est activé par un catalyseur hydrophobe et un garnissage inerte. Les échanges entre l’hydrogène tritié moléculaire et la vapeur d’eau sur le catalyseur hydrophobe produisent de la vapeur d’eau tritiée et de l’hydrogène moléculaire (protium). La distillation est effectuée à l’intérieur de la colonne LPCE, dans des zones remplies d’un garnissage inerte (« lavage ») A ce niveau, la vapeur d’eau tritiée interagit avec l’eau liquide ordinaire pour produire de la vapeur d’eau ordinaire et de l’eau tritiée liquide. Au final, on obtient un profil de concentration en tritium logarithmique sur toute la longueur de la colonne LPCE. Le procédé CECE sur colonne LPCE fait donc intervenir deux flux d’alimentation liquides : l’eau tritiée et l’eau douce. Il est important de souligner l’absence de produit liquide. En effet, la totalité de l’eau est décomposée en hydrogène et en oxygène dans les électrolyseurs. Les débits d’alimentation en eau douce et en eau tritiée étant comparables, la capacité des électrolyseurs doit être environ deux fois supérieure au débit d’eau tritiée. Trois flux de produits du procédé CECE/LPCE doivent être pris en compte. L’oxygène gazeux provenant de l’électrolyseur est rejeté dans l’environnement après élimination de la vapeur d’eau tritiée, cette dernière étant simplement réinjectée dans le processus sous forme liquide. Le flux d’hydrogène généré par l’électrolyseur est divisé en deux flux. Une petite partie est orientée vers les systèmes de séparation isotopique afin de récupérer le tritium alors que la fraction principale est dirigée vers la colonne LPCE, décontaminée puis rejetée dans l’atmosphère. La liaison entre le système de détritiation d’eau d’ITER et le système de séparation isotopique cryogénique est illustrée plus en détail à la figure 6. 3 The electrolyzers of the ITER Water Detritiation System are based on solid polymer membrane technology rather than on potassium hydroxide as an electrolyte. The production of liquid electrolyte waste is thereby strictly avoided. 3 Les électrolyseurs du système de détritiation d’eau d’ITER utilisent une technologie à membrane polymère solide plutôt que l’hydroxyde de potassium comme électrolyte. Cette solution permet d’éviter la production de résidus d’électrolyte liquides. (H2 O)l H2 H 2 (H2 O)v HT / H2 HT / H2 H2 , (HT) (H2 / HT)g (H2 / HT)l (H2 O)l + (HTO)l Fresh water supply to stack Liquid Phase Catalytic Exchange Column Cryogenic Distillation Column 1 Permeator Solid Polymer Electrolyzer Boiler Boiler Column 2 (Isotope Separation System) Figure 6: Block Diagram of ITER Water Detritiation and its Link to Isotope Separation Figure 6 : Schéma de principe du système de détritiation d’eau d’ITER et liaison avec la séparation isotopique
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