基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法
【專利摘要】基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法屬于同位素分離【技術(shù)領(lǐng)域】。主要是為解決甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)反應(yīng)交換精餾法真空帶料嚴(yán)重等問題而發(fā)明的。首先對(duì)甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行氣提干燥處理，將來自氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物連續(xù)加入第一個(gè)交換精餾塔塔釜，連續(xù)抽取前一交換精餾塔塔釜中的液體加入到后一塔塔頂，后一塔塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后連續(xù)進(jìn)入前一塔塔釜中；在減壓加熱精餾下，三氟化硼氣體和甲醚氣體進(jìn)入到冷凝器和捕集器的殼程，冷卻劑走冷凝器和捕集器的管程，將-60°C的甲醚溶液泵送至噴淋器，對(duì)三氟化硼氣體進(jìn)行噴淋，將三氟化硼氣體和甲醚氣體轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物。優(yōu)點(diǎn)是可解決真空(帶料問題。
【專利說明】基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于同位素分離【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)交換反應(yīng)精餾分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]硼有兩種穩(wěn)定的同位素，硼-10和硼-11,天然豐度分別為19-3%和80.7 %。硼-10對(duì)中子具有非常強(qiáng)的吸收能力，在核電、現(xiàn)代工業(yè)、軍事裝備及醫(yī)藥等方面的應(yīng)用日益廣泛。硼-11是一種潛在的熱核反應(yīng)材料，添加硼-11的鋼材可大幅提高耐高溫、耐輻射等性能。目前，我國(guó)使用的高豐度硼同位素產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。世界上生產(chǎn)硼同位素的方法主要有三種:乙醚-三氟化硼減壓交換蒸餾法、甲醚-三氟化硼減壓交換蒸餾法和苯甲醚-三氟化硼化學(xué)交換精餾法。
[0003]甲醚-三氟化硼絡(luò)合物的分解率比乙醚-三氟化硼絡(luò)合物的分解率要低20倍，操作真空度放寬100倍，故而它取代了乙醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼-10。美國(guó)的中試裝置數(shù)據(jù)為:交換精餾塔直徑76.2mm,高9.14mm，填料為Stedman。工業(yè)化生產(chǎn)裝置:塔直徑475mm，總高107米，材質(zhì)為蒙乃爾，填料為6.4mmCannon,理論板數(shù)380塊，回流比700: 1，含量為95%的硼-10生產(chǎn)能力為3t/a;系統(tǒng)含水的上限為0.01%，絡(luò)合物的分解率(127°C)為每天0.6%;用隔膜泵輸送，材質(zhì)為不銹鋼、蒙乃爾、聚三氟氯乙烯。1964年前蘇聯(lián)的格魯尼亞科學(xué)院報(bào)道的參數(shù):真空度20Kpa，柱高14.9mm，硼-10生產(chǎn)能力為1kg/a，1967年，前蘇聯(lián)采取二級(jí)精餾進(jìn)行了硼-10的分離，具體參數(shù)為:1號(hào)塔直徑128mm，塔高20.78m，2號(hào)塔直徑70_，塔高22.12m，壓力為20.27Kpa，溫度為100。。，硼-10生產(chǎn)能力為20kg/a。但該法不久又被三氟化硼-苯甲醚化學(xué)交換反應(yīng)精餾法所取代。這是由于三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法的操作條件是常溫常壓，比甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法更優(yōu)越。
[0004]甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法即將甲醚-三氟化硼絡(luò)合物加入精餾塔中，在減壓的條件下加熱蒸餾，此時(shí)，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分解，其蒸氣自下而上流動(dòng)，在塔頂冷凝器中冷凝重新生成了甲醚-三氟化硼絡(luò)合物液體，大部分回流到塔內(nèi)，回流的液體在塔內(nèi)自上而下的流動(dòng)，與向上流動(dòng)的蒸汽對(duì)流接觸，進(jìn)行化學(xué)交換反應(yīng)，使三氟化硼-10陸續(xù)由氣相進(jìn)到液相中，隨著向下流動(dòng)的液體進(jìn)入到塔釜中，而三氟化硼-11的絡(luò)合物也不斷的進(jìn)行交換反應(yīng)由液相轉(zhuǎn)到氣相繼而上升到塔頂，這樣，在塔頂?shù)睦淠褐胁粩喔患?11的絡(luò)合物，而流到塔釜中的液體被加熱重新汽化，與回流液進(jìn)行交換反應(yīng)。周而復(fù)始，上升氣體中含三氟化硼-11組分濃度越來越高，而向下流動(dòng)的液相中三氟化硼-10組分越來越高，從而達(dá)到分離目的。
[0005]傳統(tǒng)化學(xué)交換精餾法采用六個(gè)高度(15米以上)相同、直徑相同的精餾塔串聯(lián)，即在第一個(gè)塔內(nèi)連續(xù)投料，操作過程中連續(xù)抽取前一塔塔釜中的液體加入到后一塔的塔頂，后一塔塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后連續(xù)進(jìn)入前一塔的塔釜中，最終三氟化硼-10在最后一塔的塔釜中累積，三氟化硼-11在第一塔的塔頂中累積，從而達(dá)到分離的目的。該分離方法存在氣液接觸不佳，達(dá)到平衡時(shí)間長(zhǎng)、塔系統(tǒng)壓降高、系統(tǒng)循環(huán)量多、能耗大等缺點(diǎn)，同時(shí)生產(chǎn)能力低下、分離效率低、分離成本高等問題。
[0006]中國(guó)專利號(hào)為200610013467.5的發(fā)明專利公開了一種“三塔串聯(lián)單塔累積全回流批采交替操作分離硼-10的方法”，該方法采用三個(gè)高度相同、直徑相同的精餾塔串聯(lián)并結(jié)合儲(chǔ)液罐等設(shè)備進(jìn)行精餾，相對(duì)提高了分離效率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作麻煩。
[0007]中國(guó)專利號(hào)為“200910010817.6”的發(fā)明專利公開了一種“異徑塔分離硼-10同位素技術(shù)”，該方法采用三個(gè)串聯(lián)的高度相同、直徑遞減的精餾塔對(duì)甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行化學(xué)交換精餾，直接改變了液相、氣相的流量，增加液相與氣相對(duì)流接觸的機(jī)會(huì)，但操作困難，生產(chǎn)能力低，分離成本高。
[0008]在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，由于原料甲醚-三氟化硼絡(luò)合物中水含量高達(dá)0.03-0.05%,甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)反應(yīng)交換精餾法遇到了副反應(yīng)多、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的難題，而且真空帶料十分嚴(yán)重，生產(chǎn)難以為繼。真空帶料的原因在于三氟化硼的沸點(diǎn)為-100°c，甲醚的沸點(diǎn)為-25°C，不可能在交換精餾塔塔頂?shù)睦淠髦斜焕淠聛?，因而?huì)順著真空管線被抽出系統(tǒng)損失掉，只有當(dāng)三氟化硼與甲醚生成了甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，才能成為液態(tài)并回流到交換精餾塔內(nèi)。在實(shí)際的工業(yè)裝置中，受交換精餾塔塔頂?shù)目臻g和反應(yīng)物濃度的限制，三氟化硼氣體和甲醚不能全部轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，故而部分三氟化硼氣體被真空系統(tǒng)帶出，造成嚴(yán)重的損失浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高效率，減少副反應(yīng)和設(shè)備腐蝕，防止再沸器堵塞，避免真空帶料的基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法。
[0010]上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:所使用的設(shè)備包括若干個(gè)交換精餾塔，每個(gè)交換精餾塔都配置有塔釜再沸器和塔頂冷凝器、捕集器，冷凝器和捕集器均與真空系統(tǒng)相連，在各冷凝器和捕集器的殼層頂部分別加裝噴淋器，三氟化硼-11產(chǎn)品罐；
[0011]首先對(duì)甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行氣提干燥處理，方法是:將甲醚-三氟化硼絡(luò)合物泵送至氣提塔的頂部，從上至下進(jìn)行噴淋，與從氣提塔塔底進(jìn)入的氮?dú)庠谔盍现羞M(jìn)行逆流接觸，通過氮?dú)鈿馓崛コj(luò)合物中的水分和HF，氮?dú)鈴乃敵鰜恚?jīng)甲醚吸收其中的三氟化硼后放空，甲醚與三氟化硼生成甲醚-三氟化硼絡(luò)合物返回氣提塔氣提后循環(huán)利用；氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物去交換精餾塔，氣提干燥塔中，氮?dú)馀c甲醚-三氟化硼絡(luò)合物的摩爾比為2: 1-7: 1，適宜的比例為5:1 ;操作溫度為常溫，壓力為1Kpa(G)。
[0012]將來自氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物連續(xù)加入第一個(gè)交換精餾塔塔釜，連續(xù)抽取前一交換精餾塔塔釜中的液體加入到后一塔的塔頂，后一塔塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后連續(xù)進(jìn)入前一塔的塔釜中，三氟化硼-10不斷由氣相向液相累積，三氟化硼-11則不斷由液相向氣相累積，最終組分三氟化硼-10在最后一塔的塔釜中累積，組分三氟化硼-11在第一塔的塔頂中累積，從而達(dá)到分離的目的；
[0013]在減壓加熱精餾下，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分解，三氟化硼氣體和甲醚氣體進(jìn)入到冷凝器和捕集器的殼程，冷卻劑走冷凝器和捕集器的管程，將-60°C的甲醚溶液泵送至噴淋器，對(duì)三氟化硼氣體進(jìn)行噴淋，將三氟化硼氣體和甲醚氣體轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物是液體，因而被冷凝下來，回流到塔內(nèi)，避免了三氟化硼氣體和甲醚氣體因不能冷凝而被真空帶走，從而提高了收率，甲醚的加入極大地改善了交換塔內(nèi)的氣液接觸，可提高分離效率。
[0014]甲醚噴淋還可以采用填料塔、板式塔、浮閥塔、靜態(tài)混合器等工藝、設(shè)備形式加以實(shí)現(xiàn)。
[0015]甲醚的噴淋量分別為所對(duì)應(yīng)交換精餾塔內(nèi)三氟化硼氣體數(shù)量的1-5倍，甲醚通過冷凍，溫度控制在_50°C —70°C。
[0016]所述的精餾塔再沸器均采用微波、電磁等加熱方式，再沸器的高度為20mm-500mm，采用全陶瓷或其它材質(zhì)，以降低甲醚-三氟化硼絡(luò)合物在再沸器內(nèi)的停留時(shí)間，停留時(shí)間為1-30秒，絡(luò)合物在再沸器中瞬間被加熱升溫至60°C _120°C，分解成的三氟化硼氣體和甲醚快速離開再沸器，有效防止再沸器堵塞。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:由于對(duì)原料甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行干燥凈化，所以可去除絡(luò)合物中的水分和氫氟酸等雜質(zhì)，減少在交換精餾塔高溫區(qū)域的副反應(yīng)，降低設(shè)備腐蝕，從而提高收率，防止再沸器堵塞，延長(zhǎng)開車周期。
[0018]由于在冷凝器和捕集器的殼程頂部分別加裝了噴淋器，用-60°C的甲醚溶液對(duì)三氟化硼氣體進(jìn)行噴淋，將三氟化硼氣體轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物液體被冷凝下來回流到塔內(nèi)，可有效解決真空帶料問題，提高收率，同時(shí)改善交換精餾塔內(nèi)氣液接觸，可提高分離效率。
[0019]由于交換精餾塔再沸器均采用微波、電磁等加熱方式，再沸器的高度降低，減少了甲醚-三氟化硼絡(luò)合物、甲醚、三氟化硼等在再沸器高溫區(qū)域中的停留時(shí)間，分解成的三氟化硼氣體和甲醚快速離開再沸器，減少了副反應(yīng)，可有效防止再沸器結(jié)焦堵塞。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0020]附圖是本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0021 ] 參照附圖，所使用的設(shè)備包括若干個(gè)交換精餾塔6，每個(gè)交換精餾塔都配置有塔釜再沸器7和塔頂冷凝器2、捕集器I，冷凝器和捕集器均與真空系統(tǒng)4相連，在各冷凝器和捕集器的殼層頂部分別加裝噴淋器3，還包括三氟化硼-11產(chǎn)品罐5 ；
[0022]首先對(duì)甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行氣提干燥處理，方法是:將甲醚-三氟化硼絡(luò)合物泵送至氣提塔的頂部，從上至下進(jìn)行噴淋，與從氣提塔塔底進(jìn)入的氮?dú)庠谔盍现羞M(jìn)行逆流接觸，通過氮?dú)鈿馓崛コj(luò)合物中的水分和HF，氮?dú)鈴乃敵鰜?，?jīng)甲醚吸收其中的三氟化硼后放空，甲醚與三氟化硼生成甲醚-三氟化硼絡(luò)合物返回氣提塔氣提后循環(huán)利用；氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物去交換精餾塔，氣提干燥塔中，氮?dú)馀c甲醚-三氟化硼絡(luò)合物的摩爾比為2:1或3:1或4:1或5:1或6:1或7: 1，適宜的比例為5:1 ；操作溫度為常溫，壓力為1Kpa(G)。
[0023]將來自氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物連續(xù)加入第一個(gè)交換精餾塔塔釜，連續(xù)抽取前一交換精餾塔塔釜中的液體加入到后一塔的塔頂，后一塔塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后連續(xù)進(jìn)入前一塔的塔釜中，三氟化硼-10不斷由氣相向液相累積，三氟化硼-11則不斷由液相向氣相累積，最終組分三氟化硼-10在最后一塔的塔釜中累積，組分三氟化硼-11在第一塔的塔頂中累積，從而達(dá)到分離的目的；
[0024]在減壓加熱精餾下，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分解，三氟化硼氣體和甲醚氣體進(jìn)入到冷凝器和捕集器的殼程，冷卻劑走冷凝器和捕集器的管程，將_60°C的甲醚溶液泵送至噴淋器，對(duì)三氟化硼氣體進(jìn)行噴淋，將三氟化硼氣體和甲醚氣體轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物是液體，因而被冷凝下來，回流到塔內(nèi)，避免了三氟化硼氣體和甲醚氣體因不能冷凝而被真空帶走，從而提高了收率，甲醚的加入極大地改善了交換塔內(nèi)的氣液接觸，可提高分離效率。
[0025]甲醚噴淋還可以采用填料塔、板式塔、浮閥塔、靜態(tài)混合器等工藝、設(shè)備形式加以實(shí)現(xiàn)。
[0026]甲醚的噴淋量分別為所對(duì)應(yīng)交換精餾塔內(nèi)三氟化硼氣體數(shù)量的I倍或3倍或5倍，甲醚通過冷凍，溫度控制在_50°C或-60°C或_70°C。
[0027]所述的精餾塔再沸器均采用微波、電磁等加熱方式，再沸器的高度為20mm或10mm或200mm或300mm或400mm或500mm,采用全陶瓷或其它材質(zhì)，以降低甲醚-三氟化硼絡(luò)合物在再沸器內(nèi)的停留時(shí)間，停留時(shí)間為I秒或10秒或20秒或30秒，絡(luò)合物在再沸器中瞬間被加熱升溫至60°C或80°C或100°C或120°C，分解成的三氟化硼氣體和甲醚快速離開再沸器，有效防止再沸器堵塞。
【權(quán)利要求】
1.基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法，其特征是:所使用的設(shè)備包括若干個(gè)交換精餾塔￠)，每個(gè)交換精餾塔都配置有塔釜再沸器(7)和塔頂冷凝器(2)、捕集器(I)，冷凝器和捕集器均與真空系統(tǒng)(4)相連，在各冷凝器和捕集器的殼層頂部分別加裝噴淋器(3)，還包括三氟化硼-11產(chǎn)品罐(5)； 首先對(duì)甲醚-三氟化硼絡(luò)合物進(jìn)行氣提干燥處理，方法是:將甲醚-三氟化硼絡(luò)合物泵送至氣提塔的頂部，從上至下進(jìn)行噴淋，與從氣提塔塔底進(jìn)入的氮?dú)庠谔盍现羞M(jìn)行逆流接觸，通過氮?dú)鈿馓崛コj(luò)合物中的水分和HF，氮?dú)鈴乃敵鰜恚?jīng)甲醚吸收其中的三氟化硼后放空，甲醚與三氟化硼生成甲醚-三氟化硼絡(luò)合物返回氣提塔氣提后循環(huán)利用；氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物去交換精餾塔，氣提干燥塔中，氮?dú)馀c甲醚-三氟化硼絡(luò)合物的摩爾比為2: 1-7: 1，操作溫度為常溫，壓力為1Kpa(G); 將來自氣提塔塔釜的甲醚-三氟化硼絡(luò)合物連續(xù)加入第一個(gè)交換精餾塔塔釜，連續(xù)抽取前一交換精餾塔塔釜中的液體加入到后一塔的塔頂，后 塔塔頂蒸汽經(jīng)冷凝后連續(xù)進(jìn)入前一塔的塔釜中，三氟化硼-10不斷由氣相向液相累積，三氟化硼-11則不斷由液相向氣相累積，最終組分三氟化硼-10在最后一塔的塔釜中累積，組分三氟化硼-11在第一塔的塔頂中累積，從而達(dá)到分離的目的； 在減壓加熱精餾下，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分解，三氟化硼氣體和甲醚氣體進(jìn)入到冷凝器和捕集器的殼程，冷卻劑走冷凝器和捕集器的管程，將_60°C的甲醚溶液泵送至噴淋器，對(duì)三氟化硼氣體進(jìn)行噴淋，將三氟化硼氣體和甲醚氣體轉(zhuǎn)化為甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，甲醚-三氟化硼絡(luò)合物是液體，因而被冷凝下來，回流到塔內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法，其特征是:甲醚噴淋還可以采用填料塔、板式塔、浮閥塔、靜態(tài)混合器等工藝、設(shè)備形式加以實(shí)現(xiàn)。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法，其特征是:甲醚的噴淋量分別為所對(duì)應(yīng)交換精餾塔內(nèi)三氟化硼氣體數(shù)量的1-5倍，甲醚通過冷凍，溫度控制在_50°C —70°C。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于甲醚-三氟化硼絡(luò)合物分離硼同位素產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方法，其特征是:所述的精餾塔再沸器均采用微波、電磁等加熱方式，再沸器的高度為20mm-500mm，采用全陶瓷或其它材質(zhì)，以降低甲醚-三氟化硼絡(luò)合物在再沸器內(nèi)的停留時(shí)間，停留時(shí)間為1-30秒，絡(luò)合物在再沸器中瞬間被加熱升溫至60°C -120°C。
【文檔編號(hào)】B01D59/50GK104209003SQ201410415624
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】劉小秦, 王宏 申請(qǐng)人:劉小秦, 王宏