[发明专利]一种浓缩富集稳定同位素2H、18O、13C的方法和装置

说明书

[技术领域]

本发明涉及一种化工产品的生产方法和生产装置技术领域，具体地说是一种浓缩富集稳定同位素²H、¹⁸O、¹³C的方法和装置。

[背景技术]

自然界中，氢元素共有两种稳定同位素¹H（氕），²H（氘），原子量分别是1，2其天然丰度分别为99.985%，0.015%；自然界中，氧元素存在三种稳定同位素¹⁶O，¹⁷O，¹⁸O，其原子量分别为16，17，18，天然丰度分别为99.76%，0.04%，0.20%；自然界中，碳元素存在两种稳定同位素¹²C，¹³C原子量分别为12，13其天然丰度分别为99%，1%。上述每种同位素之间，除原子量差别外，具有几乎一样的物理性质和化学性质；另外，由于²H，¹⁸O，¹³C的半衰期均大于10¹⁵年，故也称为稳定同位素。相对于自然界中占绝大多数的轻同位素¹H，¹⁶O，¹²C，同位素²H，¹⁸O，¹³C也成为重同位素。

生产分离稳定同位素的方法有很多，早期主要有热扩散法、电解法、激光法、离心法和吸附法等，主要是年生产百克级同位素的小规模装置，用于研究领域的示踪应用；后来主要有化学交换法和精馏法等技术，年生产数公斤以上规模的装置，产品已开始用于医学、化学、生命科学等民用领域。发展到现在，主要以“热集成、高效率、大规模”为标志的化学交换法和精馏法等第三代分离浓缩技术，年生产百公斤以上同位素产品的规模，广泛应用到医学、生命科学、化学、环境科学、食品、防伪等各个领域。

目前，精馏法分离浓缩技术还存在许多不足之处：各塔采用相同的恒定操作压力，塔之间热量无法耦合利用，能耗高；塔内普遍采用单一的颗粒填料，不易于放大；大规模生产重²H，¹⁸O或¹³C同位素的装置需要串并联几十上百个塔，投资大；塔之间（串并联）级联技术复杂，控制操作困难；系统持液量大，系统平衡时间长等。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种浓缩富集稳定同位素²H、¹⁸O、¹³C的方法和装置。

为实现上述目的设计一种浓缩富集稳定同位素²H、¹⁸O、¹³C的方法，其包括以下步骤：

1）、原料纯化

将分别含有重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素的化合物为原料经过纯化处理；

2）、浓缩富集重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物

将步骤1）所纯化后的化合物分别加入由多级汽液传质塔串联而成的重同位素浓缩塔组中，在每级汽液传质塔内经过多次汽液两相传热传质过程，所述每级汽液传质塔内构成初始的液相，流到塔底后会被再沸器加热汽化构成初始汽相，下行的液相和上行的汽相在复合结构传质组件中连续逆流接触，在每一小段传质组件中会因汽液两相的传热而完成一次部分汽化和一次部分冷凝，在此过程中，重同位素会因相对挥发度小在下行的液相会被逐步浓缩富集出重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物；

步骤2）中所纯化后的重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物在每级汽液传质塔内经过200－400次汽液两相传热传质过程。

步骤1）中所述含有重氢同位素的化合物为：H₂O（水）、CH₂O（甲醛）、CH₄（甲烷）；所述含有重氧同位素的化合物为：H₂O（水）、CH₂O（甲醛）、CO（一氧化碳）、NO（一氧化氮）；所述含有重碳同位素的化合物为：CH₄（甲烷）、CO（一氧化碳）、CH₂O（甲醛）。

所述每级汽液传质塔的塔顶操作压力在50－760mmHg。

所述第1级汽液传质塔的塔顶操作压力均高于第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力，所述第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力均相同。