[发明专利]重氧水真空级联精馏工艺间歇生产超纯16O水的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及稳定性同位素分离技术领域，尤其是涉及一种连续生产重氧水同时间歇生产超纯¹⁶O水的同位素分离装置及分离方法。

背景技术

自然界中的氧元素有三种稳定的同位素，分别为¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，在天然水中的丰度分别为99.76％、0.04％、0.2％。由两个氢原子和一个氧原子可以构成多种稳定性同位素水分子，它们以不同的比例存在于天然水中。

重氧水是指¹⁸O元素与普通氢原子H构成的水，主要应用于PET(正电子断层扫描显像)显像剂的合成。同时还可以用于生物代谢、药物合成、环境地质等发面的研究。

¹⁶O水是指¹⁶O元素与普通氢原子H构成的水，主要应用于食品饮料。同时还可以用于化学机理、环境地质等方面的研究。

氧同位素获得方法很多，主要有热扩散、化学交换、膜分离及精馏法，工业生产以水精馏法为主。其中水精馏法生产重氧水产品，是以天然水为原料，经过多级精馏塔级联而成分离氧同位素，在第一级塔顶产出高纯度的¹⁶O水，在末级塔底产出高丰度重氧水产品。

中国专利CN101597031B公布了一种重氧水分离装置间歇生产超轻水的方法，包括如下步骤：(A)提供天然水原料(S₀)，所述原料(S₀)进入级联精馏装置(1)，其中，所述级联精馏装置(1)由多级精馏塔(T₁)～(T_N)连接而成，且N为3～10之间的整数；(B)所述天然水原料(S₀)在所述级联精馏装置(1)中分别进行以下步骤：(I)在多级精馏塔(T₁)～(T_N)中进行级联精馏，在所述第一级精馏塔(T₁)中进行部分回流或零回流操作，从而在末级精馏塔(T_N)的底部获得重氧水产品(S₄)；(II)在所述第一级精馏塔(T₁)中进行全回流操作，从而在第一级精馏塔(T₁)的顶部获得氘丰度在0.2PPM～125PPM之间的超轻水(S₃)，在末级精馏塔(T_N)的底部获得重氧水产品(S₄)。该发明采用同位素分离装置同时连续分离重氧水和间歇分离超轻水，同时可以根据需要获得特定浓度的重氧水和特定浓度的超轻水。但是该发明在第一级精馏塔(T₁)的顶部获得氘丰度在0.2PPM～125PPM之间的超轻水，而不能得到超纯¹⁶O水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时获得重氧水及超纯¹⁶O水的生产方法。

本发明的第二目的在于提供一种同时获得重氧水及超纯¹⁶O水的装置。

本发明的第三目的在于提供一种本发明装置的用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种重氧水真空级联精馏工艺间歇生产超纯¹⁶O水的方法，包括以下步骤：

(1)将天然水原料(F₀)引入真空级联精馏装置中，所述真空级联精馏装置由n级精馏塔(T₁)～(T_n)连接组成，且n为4～8之间的整数，所述的天然水原料(F₀)在第一级精馏塔(T₁)中引入；

(2)所述天然水原料(F₀)在所述真空级联精馏装置中分别进行以下过程：

(i)在n级精馏塔(T₁)～(T_n)内进行部分回流操作，在第n级精馏塔T_n的塔釜得到丰度>97％的重氧水(S₁);

(ii)在第一级精馏塔(T₁)中进行全回流操作，从第一级精馏塔(T₁)塔顶得到¹⁶O丰度为99.99％的超纯¹⁶O水(S₂)。

所述的天然水原料(F₀)在第一级精馏塔(T₁)的中段引入，从而增加了拨淡段，不仅提高了轻组分的纯度，还减少了原料天然水的消耗量。