同位素分离的低温精馏装置的制作方法

本申请涉及低温精馏领域，特别涉及一种同位素分离的低温精馏装置。

背景技术：

1、分离同位素的方法有许多种，如化学交换法、热扩散法、气体扩散法、激光法、电解法、吸附法、精馏法等。目前工业上生产c、h、o、n等同位素主要有化学交换法和精馏法等技术。

2、但同位素低温精馏分离系数较低，如分离13c同位素采用低温精馏co，在正常沸点下，12c16o/13c16o的分离系数只有1.0069，若采用ch4精馏，分离系数更低只有1.003。因此，若想富集较高丰度的13c同位素，则需要上千块理论塔板数，从而导致了同位素分离装置过高。由于同位素分离装置高达上百米，且精馏塔直径小，塔内液态流量小，所以要求塔体保温效果好，否则需要更大的回流比来弥补外界传入的热量损失。

3、日本东京气体有限公司(芳贺研一氏.世界最早采用甲烷蒸馏浓缩13c过程的实用化[j].化学装置，2001，7:7-11)建成的甲烷低温精馏分离13c同位素的工业化装置采用珠光砂绝热，这种方式绝热材料用量大、检修时需要将珠光砂扒出、长时间或低温下珠光砂容易松动造成局部绝热变差，当精馏塔很高时珠光砂对管道压迫冷热下容易出现压迫变形。

4、中国专利201010196785.6公开了一种同位素低温精馏装置，在结构上巧妙设计了铝箔辐射层、低温气体冷却屏及真空绝热三种技术，使得热传导、辐射传热、对流传热明显低于珠光砂的绝热效果。但是，为了富集较高丰度及高产量的同位素，通常需要多个精馏柱组成垂直级联，精馏装置过高，导致操作成本过高。

5、因此，需要提供一种提高同位素低温精馏分离系数并且能够缩短精馏塔高度的同位素分离装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种绝热性能好、分离效率高且可靠的同位素分离装置，并且能够缩短精馏塔高度。

2、为此，本申请提供一种低温精馏装置，包括冷凝器、精馏柱、再沸器，所述冷凝器设置在所述精馏柱之上，所述再沸器设置在所述精馏柱之下，所述精馏柱内填充有填料，所述低温精馏装置还包括同位素转换器，所述同位素转换器通过管线连接位于所述精馏柱侧壁的引入口和引出口从而与所述精馏柱内部相连通。

3、在一些实施方式中，所述同位素转换器内填装有选自由以下各项组成的组中一种或多种：分子筛；金属单质w、ta、cu、ni、fe、al、ru、pd、rh、pt、zr、mn、co、ti、cr、v、ce、ba、au和ag，以及所述金属单质的氧化物。

4、在一些实施方式中，所述装置进一步包括加热组件以加热所述同位素转换器。

5、在一些实施方式中，所述同位素转换器的工作温度为-200℃～1500℃。

6、在一些实施方式中，所述精馏柱内理论塔板数范围为20-2000。

7、在一些实施方式中，所述精馏柱的侧壁的外表面覆有多层聚氨酯喷铝薄膜层。

8、在一些实施方式中，所述聚氨酯喷铝薄膜层设有10～60层。

9、在一些实施方式中，所述装置进一步包括冷屏和真空罩，所述冷凝器、精馏柱、再沸器设置在所述真空罩内，所述冷屏设置在所述精馏柱与真空罩之间，且不与所述冷凝器、精馏柱、再沸器和真空罩接触。

10、在一些实施方式中，所述真空罩内的真空度维持在10-2～10-4pa。

11、本申请还提供一种精馏装置水平级联，包括多个上述任一项所述的低温精馏装置，其中，所述多个低温精馏装置各自的精馏柱串联。

12、本申请通过从精馏塔侧壁引入与精馏塔内部相连通的同位素转换器，增加了轻重同位素的分离系数，提高了精馏塔的分离性能，并且缩短了精馏塔的高度，此外，本申请的低温精馏装置还使用聚氨酯喷铝薄膜层、冷屏及真空绝三种技术，保证该装置优异的绝热性能，减少了热量损失，进一步提高了精馏塔的分离性能。

技术特征：

1.一种低温精馏装置，包括冷凝器、精馏柱、再沸器，所述冷凝器设置在所述精馏柱之上，所述再沸器设置在所述精馏柱之下，所述精馏柱内填充有填料，其特征在于，所述低温精馏装置还包括同位素转换器，所述同位素转换器通过管线连接位于所述精馏柱侧壁的引入口和引出口从而与所述精馏柱内部相连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述同位素转换器内填装有选自由以下各项组成的组中一种或多种：分子筛；金属单质w、ta、cu、ni、fe、al、ru、pd、rh、pt、zr、mn、co、ti、cr、v、ce、ba、au和ag，以及所述金属单质的氧化物。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置进一步包括加热组件以加热所述同位素转换器。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述同位素转换器的工作温度为-200℃～1500℃。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述精馏柱内理论塔板数范围为20-2000。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述精馏柱的侧壁的外表面覆有多层聚氨酯喷铝薄膜层。

7.根据权利要求6所述的装置，所述聚氨酯喷铝薄膜层设有10～60层。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的装置，进一步包括冷屏和真空罩，所述冷凝器、精馏柱、再沸器设置在所述真空罩内，所述冷屏设置在所述精馏柱与真空罩之间，且不与所述冷凝器、精馏柱、再沸器和真空罩接触。

9.根据权利要求8所述的装置，所述真空罩内的真空度维持在10-2～10-4pa。

10.一种精馏装置水平级联，包括多个根据权利要求1-9中任一项所述的低温精馏装置，其中，所述多个低温精馏装置各自的精馏柱串联。

技术总结
本申请涉及一种低温精馏装置，包括冷凝器、精馏柱、再沸器，冷凝器设置在精馏柱之上，再沸器设置在所述精馏柱之下，精馏柱内填充有填料，其中该低温精馏装置还包括同位素转换器，同位素转换器通过管线连接位于精馏柱侧壁的引入口和引出口从而与精馏柱内部相连通。本申请通过从精馏塔侧壁引入与精馏塔内部相连通的同位素转换器，增加了轻重同位素的分离系数，提高了精馏塔的分离性能，并且缩短了精馏塔的高度。

技术研发人员：胡石林,齐鑫,张平柱,吴全锋,吕卫星,叶一鸣,曾静,楚祯
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13