专利名称：双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮－15的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产高浓氮-15硝酸的方法，属于高浓氮-15硝酸生产技术领域。
背景技术：
天然界所有含氮物质中的氮元素均由两种稳定同位素氮-14和氮-15组成的，它们的天然含量(称天然丰度)分别为99.635％和0.365％，原子结构差别仅在于原子核的中子数目不同，氮-15比氮-14多一个中子。由于它们的核外性质相同，化学性质及绝大多数物理性质完全相同，所以氮-15是氮元素最好的示踪剂。氮元素是有机生命体的主要组成元素，而氮-15又是稳定同位素(即没有放射性危害问题)，可以直接用于人体，所以在医、药、生物化学和生命科学等科学领域中得到了广泛的应用，具有重要的经济和社会效益，是为人类造福的和平利用原子能一个组成部分。
工业化生产氮-15的现有技术有-154℃一氧化氮低温精馏和常温常压氧化氮/硝酸化学交换等方法。化学交换法较为简便生产成本低，是当今生产氮-15的主要方法。
现有的化学交换法存在如下缺点(1)生产装置顶部排出的有毒氧化氮，只能送回紧邻的硝酸厂回收处理，没有硝酸厂的地方就无法使用此方法。如果用碱吸收回收，则因回收产物价值不高，而影响氮-15产品成本。(2)原料硝酸利用率低，最高不超过(1.055-1)/1.055＝5.21％，此处1.055是常温常压氧化氮与硝酸化学交换浓缩氮-15的分离系数，为一常数，因此需消耗较大量的原料硝酸(10摩尔浓度的稀硝酸)，对于年产30公斤高浓氮-15产品而言10摩尔硝酸年用量约2340吨。(3)返回硝酸厂的氧化氮中氮-15同位素浓度已低于原料硝酸中的氮-15同位素浓度(即天然丰度)，硝酸厂需另设一装置回收它，由它“再合成”的“回收硝酸”也不能混入硝酸厂正常硝酸产品贮槽中，须另行存放，因为氮-15生产系统用的原料硝酸(氮-15的来源)必须是硝酸厂的正常产品。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，降低生产成本，并使生产规模不受限制，本发明提供了一种双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法。
本发明的一种方案为双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程，在浓缩工段中，设有按级联方式连接的浓缩塔，以及与所述浓缩塔相对应的底回流器，所述浓缩工段执行的步骤如下所述浓缩工段的原料为所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸与原料硝酸的汇流物，所述硝酸汇流物中的氮-15同位素浓度为天然丰度；让所述硝酸汇流物在所述浓缩塔中自上而下流动，并与通过所述底回流器的底回流反应后返回浓缩塔的自下而上流动的氧化氮逆流接触进行氮的同位素化学交换反应，使得往下流动的硝酸中氮-15浓度不断升高，最终可得所需浓度的氮-15硝酸产品；从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的氧化氮气体中，氮-15浓度略低于天然丰度，将这股氧化氮气体作为提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，继续供同位素化学交换反应使用，以便进一步提取其中的氮-15；在提取工段中，设有顶回流器和一座提取塔，所述提取工段执行的步骤如下用去离子水和氧气做原料，将流出所述提取塔顶部并进入顶回流器底部的氧化氮在所述顶回流器内回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作为尾液排出系统外，大部分则回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流动，继续与从上述浓缩工段顶部流出的氧化氮进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，使得往上流动的氧化氮气体中氮-15浓度不断降低，最后流出提取塔顶部进入所述的顶回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流动的氮-14硝酸则因同位素交换效应，使得其中氮-15浓度不断提升，流至塔底时已经恢复到天然丰度；然后将所述恢复到天然丰度的硝酸与原料硝酸相汇合，送入浓缩工段的第1级浓缩塔顶部，作为浓缩工段的原料。
本发明的另一种方案为双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程，在浓缩工段中，设有按级联方式连接的浓缩塔，以及与所述浓缩塔相对应的底回流器，所述浓缩工段执行的步骤如下所述浓缩工段的原料为所述提取工段的最后一级提取塔中流至底部的回收硝酸与原料硝酸的汇流物，所述硝酸汇流物中的氮-15同位素浓度为天然丰度；让所述硝酸汇流物在所述浓缩塔中自上而下流动，并与通过所述底回流器的底回流反应后返回浓缩塔的自下而上流动的氧化氮逆流接触进行氮的同位素化学交换反应，使得往下流动的硝酸中氮-15浓度不断升高，最终可得所需浓度的氮-15硝酸产品；从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的氧化氮气体中，氮-15浓度略低于天然丰度，将这股氧化氮气体作为提取工段的氮-15原料，送至提取工段最后一级提取塔的底部，继续供同位素化学交换反应使用，以便进一步提取其中的氮-15；在提取工段中，设有顶回流器，以及按级联方式连接的提取塔，所述提取工段执行的步骤如下用去离子水和氧气做原料，将流出第1级提取塔顶部并进入顶回流器底部的氧化氮在所述顶回流器内回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作为尾液排出系统外，大部分则回流入所述的第1级提取塔，所述氮-14硝酸在第1级提取塔中自上而下流动，继续与从第2级提取塔顶部流出的氧化氮进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应；从第1级提取塔底部流出的回收硝酸送入第2级提取塔的顶部，所述回收硝酸在第2级提取塔中与从第3级提取塔顶部流出的氧化氮进行前述反应，依次类推；在各级提取塔中，气相从下往上流动，其中氮-15同位素浓度不断降低；液相自上而下流动，其中氮-15同位素浓度不断上升；如此继续下去，上述氮-15同位素浓度不断得以提升的回收硝酸最终在最后一级提取塔中与从浓缩工段顶部流出的氧化氮相遇，进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，流至塔底时其中的氮-15同位素浓度已经恢复到天然丰度，与原料硝酸汇合后泵入浓缩工段的第1级浓缩塔顶部，作为浓缩工段的原料。
本发明所述方法还包括将生产硫酸过程中的半成品二氧化硫用管道输到所述浓缩工段的底回流器中参与底回流反应的步骤，以及将底回流反应产生的稀硫酸用管道送回硫酸生产车间作为生产浓硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步骤。
在本发明中，在所述的提取工段中提取塔是逆流气液传质塔，操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
在本发明中，所述的顶回流器操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，反应物在所述的反应填料层内呈气体自下而上流动、液体从上往下流动的逆流形式接触反应的，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
在本发明中，所述的氮-15硝酸产品从最后级浓缩塔塔底流出液中用计量泵或电磁摆动漏斗计量取出。
本发明是在依附于硝酸工厂、单(底)化学回流的氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15方法的基础上进行改进的，原来需排放到硝酸工厂的氮-15同位素浓度还很高(大于0.346％)的氧化氮尾气，如果就此排出系统，则会大量浪费原料硝酸中的氮-15资源。本发明增设了提取工段，提取工段中有以水和氧气为原料的顶回流器，将氧化氮尾气合成的回收硝酸，返回系统循环利用；提取工段中还有提取塔，将回收的氮-14硝酸中氮-15浓度恢复到天然丰度，从而替代了绝大部分原料硝酸，原料硝酸的利用率可提高到95％以上，使得原料硝酸用量降低至现有技术的1/25左右。
现有化学交换技术的底回流反应需要较大数量的二氧化硫，传统做法是向硫酸厂购买2吨装的钢瓶二氧化硫。钢瓶二氧化硫运到氮-15生产现场，需要运输费用；钢瓶吊卸、安装到生产流程中、空瓶吊装上车等，均需增加人工费用；为了防止供应脱节，还得需要较大场地贮放一定数量钢瓶，需要场地费；还需要钢瓶租用费和年检费等。此外，底回流反应还产生销路不畅的60％浓度的稀硫酸，如不及时处理将会影响正常生产，这就限制了生产规模的扩大。本发明将上述氮-15生产装置与硫酸生产装置联合，将硫酸生产过程中半成品二氧化硫用管道输到所述浓缩工段的底回流器中，把底回流反应产生的稀硫酸用管道送回硫酸生产车间，作为生产浓硫酸所需的三氧化硫吸收液使用，变“废”为宝。对于硫酸厂而言，不但没有损失硫元素，而且底回流反应还为硫酸厂完成了两个步骤的加工，获得进一步的半成品稀硫酸，也就是说，对于这样的氮-15生产方法，硫酸厂没有花费额外的费用，而氮-15浓缩工段则可节省大量操作费用。故该部分的发明既可进一步降低氮-15生产成本，又可克服因副产品稀硫酸销路不畅和二氧化硫供应不上而限制氮-15生产规模扩大的困难。
图1.是本发明的第一个实施例的工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合图1来说明本发明的第一个实施例，也是本发明的一个优选实施例。
本发明的第一个实施例所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15方法通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程。
在浓缩工段2中，设有按级联方式连接的若干级浓缩塔21、22、……2m(m＝1～4)，以及对应的底回流器211、221、……2ml和计量泵212、222、……2m2；在本实施例中，还利用了硫酸生产车间中的硫酸生产装置3。硫酸生产装置3通过二氧化硫总管31和支管311、312、……31m(m＝1～4)将二氧化硫分别引入底回流器211、221、……2ml，而底回流反应产生的稀硫酸则分别经稀硫酸支管321、322、……32m汇入稀硫酸总管32，送回硫酸生产装置3。
所述浓缩工段执行的步骤如下原料硝酸从原料酸贮槽4经原料酸计量泵41精确计量(流量以F表示)加到最后一级提取塔1n底部，与该塔流至底部的硝酸汇合，流入计量泵1n1的进口，经过计量泵1nl送入第1浓缩塔21的顶部，作为第1级浓缩塔21的原料(也是整个浓缩工段2的原料)，该股物流中的氮-15同位素浓度为天然丰度，经第1浓缩塔21的浓缩作用，流至塔底时，其中氮-15同位素浓度有了一定的提高，流出塔底后被计量泵212精确分割出一部分2112，作为第2浓缩塔22的原料，进一步浓缩氮-15；第1浓缩塔21塔底流出液的其余部分经管道2111流入第1底回流器211的上部。去离子水从去离子水贮槽8经去离子水总管82和支管821滴入第1底回流器211参与底回流反应，二氧化硫从硫酸生产装置3，经二氧化硫总管31、二氧化硫支管311进入第1底回流器211，与底回流器内的硝酸进行回流反应，反应生成物为氧化氮气体和副产物稀硫酸，稀硫酸经支管321汇入稀硫酸总管32送回硫酸生产装置3，作生产浓硫酸所需的三氧化硫吸收液使用；氧化氮从第1底回流器211顶部出来，经管道2113返回本级浓缩塔21底部，供同位素化学交换反应使用，氧化氮气体在第1级浓缩塔21内自下而上流动，氮-15同位素浓度不断下降，到达塔顶时略低于天然丰度(但大于0.346％)，流出浓缩塔21塔顶后用管道213送到提取工段1的最后提取塔1n的底部，供同位素化学交换反应用，以便进一步提取其中的氮-15，所以该股物流就是提取工段1的氮-15原料流。
浓缩工段中的第2级浓缩塔22，在接受加料流2112后，经历了与第1级浓缩塔21及第1底回流器211相同的反应，第2级浓缩塔22部分底流出液2212被送到第3级继续浓缩氮-15，第2级浓缩塔22顶部出来的氧化氮气体223返回前级继续剥淡其中的氮-15浓度。依次类推，可在最后级浓缩塔2m底部流出液中获得所需浓度的高浓氮-15硝酸产品，用产品计量泵2m2或电磁摆动漏斗出料机构计量取出产品(流量以P表示)并储于氮-15硝酸产品贮槽5中。
浓缩工段中诸设备操作参数基本上与现有技术相同，如操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.05Mpa，液相喷淋密度为0.3～4ml/cm2.min，硝酸浓度为10摩尔。
在提取工段1中，设有顶回流器11、提取塔12、13、……1n(n＝2～5)和计量泵121、131、……1n1。
所述的顶回流器操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，反应物在所述的反应填料层内呈气液逆流接触形式反应，反应热由冷却水移去，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min，化学反应式如下2NO+O2＝2NO2+热量3NO2+H2O＝2HNO3+NO+热量在本实施例中，提取塔采用四级提取塔级联的方式，即四级提取塔之间是按如下方式连接的第1级提取塔12塔顶硝酸进口与所述的顶回流器11氮-14硝酸出口相接，塔顶尾气氧化氮出口122与所述的顶回流器11尾气氧化氮进气口相连；第1提取塔12塔底硝酸出口与计量泵121进口连接，从计量泵121出来的硝酸加到第2提取塔13塔顶，作为第2级提取塔13加料液使用，第1级提取塔12塔底氧化氮进口与第2级提取塔13塔顶氧化氮出口132相接；依次类推，最后一级提取塔15的硝酸流出液依靠计量泵151加到所述的浓缩工段中第1浓缩塔塔顶，作为浓缩工段加料液使用，而从所述的浓缩工段中第1浓缩塔塔顶排放出的氧化氮213(即浓缩工段的尾气)则用管道引入最后一级提取塔的塔底氧化氮进气口。
所述的提取塔可采用逆流气液传质塔，操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，气液两相在填料层内进行逆流接触氮同位素化学交换反应15NO+H14NO3＝14NO+H15NO3分离系数α＝1.055液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
所述提取工段执行的步骤如下在顶回流器11底部加入氧气71(来自氧气钢瓶组或液氧储罐7)，在顶回流器11顶部加入去离子水81(来自去离子水贮槽8)，将流出第1级提取塔12顶部并进入顶回流器11底部的氧化氮122在所述顶回流器的反应填料层内作气液逆流接触反应，回收成反应产物为氮-15浓度足够低的硝酸(称氮-14硝酸或回收硝酸)，它流出后被分割成两个部分，绝大部分为111流回第1提取塔12顶部，其余小部分112被计量(流量以W表示)排出系统作为副产品(也称尾液)储于氮-14硝酸贮槽6中。从全系统硝酸流的物料衡算知，W＝F-P，而P＜＜F，所以W≈F。
所述氮-14硝酸在第1级提取塔12中自上而下流动，继续与从第2级提取塔13顶部流出的氧化氮132进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应。从第1级提取塔12底部流出的回收硝酸经计量泵121送到第2级提取塔13的顶部，此回收硝酸在第2级提取塔13中与从第3级提取塔14顶部流出的氧化氮142进行前述反应，依次类推。在各级提取塔中，气相从下往上流动，其中氮-15同位素浓度不断降低；液相自上而下流动，其中氮-15同位素浓度不断上升。如此继续下去，上述氮-15同位素浓度不断得以提升的回收硝酸最终在最后一级提取塔15中与从浓缩工段顶部流出的氧化氮213相遇，进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，流至塔底时其中的氮-15同位素浓度已经恢复到天然丰度，与原料硝酸汇合后泵入浓缩工段的第1级浓缩塔21顶部，作为浓缩工段的原料。
下面介绍本发明所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法的第二个实施例，通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程。
在浓缩工段中，设有按级联方式连接的浓缩塔，以及与所述浓缩塔相对应的底回流器，所述浓缩工段执行的步骤如下所述浓缩工段的原料为所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸与原料硝酸的汇流物，所述硝酸汇流物中的氮-15同位素浓度为天然丰度；让所述硝酸汇流物在所述浓缩塔中自上而下流动，并与通过所述底回流器的底回流反应后返回浓缩塔的自下而上流动的氧化氮逆流接触进行氮的同位素化学交换反应，使得往下流动的硝酸中氮-15浓度不断升高，最终可得所需浓度的氮-15硝酸产品；从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的氧化氮气体中，氮-15浓度略低于天然丰度，将这股氧化氮气体作为提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，继续供同位素化学交换反应使用，以便进一步提取其中的氮-15；在提取工段中，设有顶回流器和一座提取塔，所述提取工段执行的步骤如下用去离子水和氧气做原料，将流出所述提取塔顶部并进入顶回流器底部的氧化氮在所述顶回流器内回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作为尾液排出系统外，大部分则回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流动，继续与从上述浓缩工段顶部流出的氧化氮进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，使得往上流动的氧化氮气体中氮-15浓度不断降低，最后流出提取塔顶部进入所述的顶回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流动的氮-14硝酸则因同位素交换效应，使得其中氮-15浓度不断提升，流至塔底时已经恢复到天然丰度；然后将所述恢复到天然丰度的硝酸与原料硝酸相汇合，送入浓缩工段的第1级浓缩塔顶部，作为浓缩工段的原料。
下面，以列表方式描述实施本发明的另一个具体实施例的工艺参数。以氮-15天然丰度为0.365％10摩尔浓度市售硝酸为原料，在浓缩工段中使用两级浓缩塔，在提取工段中使用一座提取塔，日产3.65毫升10摩尔氮-15硝酸(其中氮-15同位素浓度≥99％)。
表1.日产3.65毫升10摩尔氮-15硝酸，氮-15浓度≥99％，生产装置工艺参数表
权利要求
1.双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述方法通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程，在浓缩工段中，设有按级联方式连接的浓缩塔，以及与所述浓缩塔相对应的底回流器，所述浓缩工段执行的步骤如下所述浓缩工段的原料为所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸与原料硝酸的汇流物，所述硝酸汇流物中的氮-15同位素浓度为天然丰度；让所述硝酸汇流物在所述浓缩塔中自上而下流动，并与通过所述底回流器的底回流反应后返回浓缩塔的自下而上流动的氧化氮逆流接触进行氮的同位素化学交换反应，使得往下流动的硝酸中氮-15浓度不断升高，最终可得所需浓度的氮-15硝酸产品；从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的氧化氮气体中，氮-15浓度略低于天然丰度，将这股氧化氮气体作为提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，继续供同位素化学交换反应使用，以便进一步提取其中的氮-15；在提取工段中，设有顶回流器和一座提取塔，所述提取工段执行的步骤如下用去离子水和氧气做原料，将流出所述提取塔顶部并进入顶回流器底部的氧化氮在所述顶回流器内回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作为尾液排出系统外，大部分则回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流动，继续与从上述浓缩工段顶部流出的氧化氮进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，使得往上流动的氧化氮气体中氮-15浓度不断降低，最后流出提取塔顶部进入所述的顶回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流动的氮-14硝酸则因同位素交换效应，使得其中氮-15浓度不断提升，流至塔底时已经恢复到天然丰度；然后将所述恢复到天然丰度的硝酸与原料硝酸相汇合，送入浓缩工段的第1级浓缩塔顶部，作为浓缩工段的原料。
2.根据权利要求1所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述方法还包括将生产硫酸过程中的半成品二氧化硫用管道输到所述浓缩工段的底回流器中参与底回流反应的步骤，以及将底回流反应产生的稀硫酸用管道送回硫酸生产车间作为生产浓硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于在所述的提取工段中提取塔是逆流气液传质塔，操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
4.根据权利要求1或2所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述的顶回流器操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，反应物在所述的反应填料层内呈气体自下而上流动、液体从上往下流动的逆流形式接触反应的，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
5.根据权利要求1或2所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述的氮-15硝酸产品从最后级浓缩塔塔底流出液中用计量泵或电磁摆动漏斗计量取出。
6.双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述方法通过浓缩工段和提取工段这两个工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程，在浓缩工段中，设有按级联方式连接的浓缩塔，以及与所述浓缩塔相对应的底回流器，所述浓缩工段执行的步骤如下所述浓缩工段的原料为所述提取工段的最后一级提取塔中流至底部的回收硝酸与原料硝酸的汇流物，所述硝酸汇流物中的氮-15同位素浓度为天然丰度；让所述硝酸汇流物在所述浓缩塔中自上而下流动，并与通过所述底回流器的底回流反应后返回浓缩塔的自下而上流动的氧化氮逆流接触进行氮的同位素化学交换反应，使得往下流动的硝酸中氮-15浓度不断升高，最终可得所需浓度的氮-15硝酸产品；从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的氧化氮气体中，氮-15浓度略低于天然丰度，将这股氧化氮气体作为提取工段的氮-15原料，送至提取工段最后一级提取塔的底部，继续供同位素化学交换反应使用，以便进一步提取其中的氮-15；在提取工段中，设有顶回流器，以及按级联方式连接的提取塔，所述提取工段执行的步骤如下用去离子水和氧气做原料，将流出第1级提取塔顶部并进入顶回流器底部的氧化氮在所述顶回流器内回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作为尾液排出系统外，大部分则回流入所述的第1级提取塔，所述氮-14硝酸在第1级提取塔中自上而下流动，继续与从第2级提取塔顶部流出的氧化氮进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应；从第1级提取塔底部流出的回收硝酸送入第2级提取塔的顶部，所述回收硝酸在第2级提取塔中与从第3级提取塔顶部流出的氧化氮进行前述反应，依次类推；在各级提取塔中，气相从下往上流动，其中氮-15同位素浓度不断降低；液相自上而下流动，其中氮-15同位素浓度不断上升；如此继续下去，上述氮-15同位素浓度不断得以提升的回收硝酸最终在最后一级提取塔中与从浓缩工段顶部流出的氧化氮相遇，进行气液两相逆流接触式的氮同位素化学交换反应，流至塔底时其中的氮-15同位素浓度已经恢复到天然丰度，与原料硝酸汇合后泵入浓缩工段的第1级浓缩塔顶部，作为浓缩工段的原料。
7.根据权利要求6所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述方法还包括将生产硫酸过程中的半成品二氧化硫用管道输到所述浓缩工段的底回流器中参与底回流反应的步骤，以及将底回流反应产生的稀硫酸用管道送回硫酸生产车间作为生产浓硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于在所述的提取工段中提取塔是逆流气液传质塔，操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
9.根据权利要求6或7所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述的顶回流器操作温度为20～35℃，操作压力为表压0.01～0.03Mpa，反应物在所述的反应填料层内呈气体自下而上流动、液体从上往下流动的逆流形式接触反应的，液相喷淋密度为0.5～3ml/cm2.min。
10.根据权利要求6或7所述的双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮-15的方法，其特征在于所述的氮-15硝酸产品从最后级浓缩塔塔底流出液中用计量泵或电磁摆动漏斗计量取出。
全文摘要
双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮－15的方法，属于高浓氮－15硝酸生产技术领域。为了克服现有技术存在的缺点，降低生产成本，并使生产规模不受限制，本发明提供了一种双化学回流氧化氮/硝酸化学交换生产氮－15的方法。该方法通过浓缩工段和提取工段的化学回流，使得氧化氮和硝酸发生同位素化学交换，实现循环回流分离过程。所述提取工段的关键步骤为用去离子水和氧气做原料，在顶回流器内将尾气氧化氮回收成氮－14硝酸，然后将大部分回收硝酸回流入提取塔，使其自上而下流动，继续与氧化氮进行氮同位素化学交换反应，回收硝酸流至塔底时其中氮－15同位素浓度已经恢复到天然丰度，然后与原料硝酸相汇合，作为浓缩工段的原料。
文档编号C01B21/02GK1986391SQ20051013242
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者杨国华 申请人:杨国华