[发明专利]一种重氧水分离装置间歇生产超轻水的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及稳定性同位素分离技术领域，更具体地涉及一种可在连续生产重氧水的同时间歇生产超轻水的同位素分离装置及其采用该装置的分离方法。

背景技术

自然界中的水分子是由2个氢原子和1个氧原子组成(H₂O)，氢元素有氕(¹H)、氘(²H即D)两种稳定性同位素和氚(³H即T)一种放射性同位素，天然丰度分别是99.985％、0.015％(150ppm)，氚天然丰度极低不到十亿分之一；氧元素有氧-16(¹⁶O)、氧-17(¹⁷O)、氧-18(¹⁸O)三种稳定性同位素，天然丰度分别是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，它们以不同比例存在于天然水中。

重氧水是指氧-18元素与普通氢元素构成的水，主要应用于生物体代谢、药物合成步骤控制、环境科学和水文地质学、化学链特性和化学反应机理等方面的研究，还可以作为核医学诊断试剂广泛应用于核医学诊断技术领域，尤其是PET(正电子发射断层显像)显像剂的合成。

超轻水又称低氘水或贫氘水，是指水中氘的丰度低于天然丰度(150ppm)的水，其英文名称是：Deuterium Depleted Water，简称为：DDW，主要用于制备高纯度氕气、核磁共振溶剂和防治癌症等疾病及保健的饮用水等。

目前，重氧水的制备方法及其装置主要有：水精馏法、低温精馏法、化学交换法、热扩散法等，工业生产以水精馏法为主。其中，水精馏法生产重氧水，是以天然水为原料，经多级塔级联(串联或串/并联)分离氧同位素，在末级级联塔的底部获得重氧水产品。

目前，超轻水的制备方法，曾经报道了硫化氢双温交换法和离心分离法。

当采用硫化氢双温交换法生产超轻水时，利用硫化氢和水之间的同位素交换反应，采用冷塔和热塔多级级联串接的方式实现重氢和超重氢的分离，液体原料水从冷塔顶部进入，自上而下流过冷、热交换塔；气体物料硫化氢从冷热塔之间加入，并在冷热塔中自下而上的进行循环，在交换塔中与液体物料形成对流，冷塔中重组分通过化学交换向液相转移而在液相中浓集，在冷塔底部液相中重组分的浓度达到最大值；浓缩了重组分的液体物料在流过热塔时再与上行的气体发生化学交换，重组分又向气相转移，从热塔排出的液相物料进入脱气塔脱除硫化氢后即得降低了重氢含量的制成品。所得到的超轻水氘含量在135ppm以下。

当采用离心分离法生产超轻水时，采用高温反应蒸汽锅炉、真空精馏塔和高速离心分离器得到超轻水，高温反应蒸汽锅炉通过蒸汽导管与真空精馏塔下部的液相区连通；真空精馏塔自上而上为真空缓冲区、气相区、液相区和浓缩区；气相区和液相区安装有铜质波纹板；真空精馏塔设有真空调节器；真空精馏塔底部的浓缩区下部通过导流管与高温反应蒸汽锅炉连接，以形成循环；真空精馏塔顶部的真空缓冲区处通过气体导管与高速离心分离器连接。所得到的超轻水氘含量在135ppm以下。

目前，国内外均没有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的相关报道，更没有可以同时获得重氧水和特定浓度超轻水的方法及其装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时获得重氧水和特定浓度超轻水的方法。

本发明的第二目的在于提供一种同时获得重氧水和特定浓度超轻水的装置。

本发明的第三目的在于提供一种本发明的装置的用途。

本发明中第一方面提供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)中分别或交替进行以下步骤：

(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)；