[發明專利]低溫三氟化硼分離硼同位素的蜂巢分離塔及其分離方法

在審

• 申請號: 202111362994.8
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114028945A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 劉廣才;余威;袁福龍;王久富;王昆
• 申請（專利權）人: 黑龍江豪運藥業有限公司
• 主分類號: B01D59/04
• 分類號: B01D59/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 韓麗娜

本發明提出一種低溫三氟化硼分離硼同位素的蜂巢分離塔及其分離方法，蜂巢低溫硼同位素分離塔由若干管段縱向連接而成，相鄰管段間設置有氣相緩沖空間，每個管段縱向安裝有若干蜂巢管，每個蜂巢管內充滿θ環填料。解決了現有技術的低溫法三氟化硼精餾分離硼同位素工藝分離塔太高，工程投入大的技術問題，本發明采用低溫三氟化硼精餾分離同位素為單塔操作，控制相對簡單，以上原因本發明的分離裝置可做到超長周期超長穩定運行，該工藝充分滿足同位素分離的基本要求。隨著低溫制冷技術進步，三氟化硼低溫精餾分離硼同位素工藝，有望取代三氟化硼苯甲醚絡合物化學交換精餾工藝，成為今后硼同位素分離工業化生產裝置。

技術領域

本發明涉及一種低溫三氟化硼分離硼同位素的蜂巢分離塔及其分離方法，屬于分離硼同位素裝置技術領域。

背景技術

硼元素質子數為5，天然硼有兩種穩定同位素，中子數為5的同位素稱硼10同位素(簡稱硼10)，中子數是6的同位素稱硼11同位素(簡稱硼11)，天然硼中硼10同位素豐度為19.78％、硼11同位素豐度為80.22％。促進硼同位素分離迅速發展的主要原因在于硼同位素對熱中子吸收截面的巨大差別上：硼10對熱中子的吸收截面為3837巴，而硼11僅為0.005巴，天然豐度的硼對熱中子的吸收截面接近于750巴，因此硼10對熱中子的吸收截面是天然豐度硼的5倍多。這一特性被應用于作為核能反應堆的穩定運行的控制材料、核反應堆防輻射屏蔽材料及危險廢料的儲存運輸的包裝材料、武器裝備防輻射防護、癌癥的靶向治療等領域。而且高純度、高豐度硼11還可用于芯片生產。

目前硼同位素分離生產工藝有四種(實驗室還有其他方法)：三氟化硼乙醚絡合物化學交換精餾、三氟化硼甲醚絡合物化學交換精餾、常壓常溫三氟化硼苯甲醚絡合物化學交換精餾、三氟化硼低溫精餾。目前三氟化硼乙醚絡合物化學交換精餾、三氟化硼甲醚絡合物化學交換精餾工藝已經被淘汰。同位素分離對設備要求極高，對控制穩定性和可靠性要求更高，三氟化硼苯甲醚絡合物硼同位素分離需要五塔連續操作，一塔硼同位素分離操作已實屬困難，同時五塔間還要協調一致，整個過程難上加難，該工藝正被三氟化硼低溫精餾分離硼同位素技術所取代。

三氟化硼低溫精餾分離硼同位素，其兩種同位素硼10三氟化硼和硼11三氟化硼相對揮發度為1.006，相對揮發度非常小，要想將硼10三氟化硼和硼11三氟化硼通過精餾將其分開，精餾塔理論塔板數多達上仟塊之多，所建設的分離塔高達兩百米以上，設備占地面積大，工程投資巨大，生產成本高。

三氟化硼低溫精餾硼同位素分離精餾塔理論塔板數及塔高計算：

富集后產品硼10豐度98％以上，即塔頂輕組分濃度XD；副產物中硼10豐度6％以下，即塔底輕組分濃度XW。

全回流精餾塔最小理論板數N＝Lg{XD/[1-XD]*[1-XW]/XW}/lgα+1

N＝995(塊)

連續進料工程預計理論板數1200塊。

實際工程精餾塔工作板數需要1500塊。

常規工業塔塔高確定：

按現今工業高效規整絲網CY700考慮(每米理論板數7塊)，需要分離塔填料高度1500/7＝214米，考慮塔間分配器所占高度和塔頂、塔底所占高度，全塔總高度至少要214*1.3＝278米以上。同位素分離生產規模都比較小，塔徑在500-800mm以屬大直徑塔。如此之高的小直徑塔，工程土建建設投資巨大，即使如此，也很難保證塔的擺動在合理范圍之內。如不能很好控制塔的擺動，其精餾塔分離效率會大打折扣。

低溫法三氟化硼精餾分離硼同位素工藝，主要問題之一就是分離塔太高，工程投入大，如何降低分離塔高度成為該工藝能否工業化關鍵所在。

發明內容

本發明為了解決上述背景技術中提到的現有技術的低溫法三氟化硼精餾分離硼同位素工藝分離塔太高，工程投入大的技術問題，提出一種低溫三氟化硼分離硼同位素的蜂巢分離塔及其分離方法。