[实用新型]多塔串联分离生产富集硼-10的装置

说明书

技术领域

本发明涉及分离技术领域，特别是同位素分离技术，适用于国防、军工、航空航天、核工业等领域，提供了不同丰度（丰度指同位素中某一类原子所占的比例）需要的富集¹⁰B的生产工艺。 

背景技术

稳定同位素硼-10（¹⁰B）因其具有独特的对中子的吸收特性在现代核工业、军事装备及医药等方面的应用日益广泛。富集¹⁰B产品包括不同丰度要求的硼-10酸，硼-10粉，碳化硼，氮化硼等系列产品，产业链长，产品应用领域广泛，特别是对缓解全球石化能源紧张的问题起到重要作用。该类产品应用到核能领域，使广泛开发应用经济、安全、清洁的核能资源成为可能。 

三氟化硼苯甲醚的化学交换精馏法是美国首创的工艺技术，于上世纪七十年代中期起步，1977年达产，2吨/年的生产规模，10硼丰度为92%。该工艺技术，因在常温、常压条件下操作，以及较高的分离系数而显现出优势。虽然原料制备苯甲醚络合物相比甲、乙醚络合物料的流程略长，但其基础物料苯甲醚是在生产体系中全流程中的循环使用，且最终产品为富集后的三氟化硼-10（¹⁰BF₃）和三氟化硼-11（¹¹BF₃），这两种物品均为附加值极高的终端技术产品，在成本和效益核算方面，较之甲、乙醚法具有明显优势，使生产成本低出许多。目前美国和格鲁吉亚都采用这种工艺技术路线。 

但是由于该工艺流程长、分部工序较多、操作较复杂，工业化生产难度较大。尤其要达到高丰度¹⁰B分离要求，所需化学交换塔理论板数多，塔高超百米，为降低设备高度要求，减小工业化实现难度，本发明采用多塔串联的形式实现了高丰度¹⁰B的富集生产，加快了工业化进程。 

发明内容

本发明将采用化学交换精馏法生产硼同位素。在生产过程中，采用三氟化硼-苯甲醚化学交换精馏工艺路线，上升的BF₃气体与下降的液相C₆H₅OCH₃·BF₃通过高效填料进行传质与交换，最后¹⁰B在塔底慢慢地富集起来，达到分离的目的。 

本发明的多塔串联分离生产富集硼-10（¹⁰B）的装置的技术方案如下： 

一种多塔串联分离生产富集硼-10的装置，其特征是以化学交换塔多塔串联的方式，来实现¹⁰B的富集生产；生产装置主要包括络合塔（2）、串联的化学交换塔（3）、裂解塔（4）；裂解塔塔顶设置有冷凝器（5）、塔底设置有加热釜；络合塔、各化学交换塔和裂解塔之间通过泵实现液相的连续流动。 

络合塔中喷淋而下的液相由泵打至第一根化学交换塔顶，从塔底流出后再经泵至第二根化学交换塔顶，直至从最后一根交换塔底出来的液相由泵打至裂解塔顶部，由裂解塔底部流出的液相通过换热器（6）换热后，由泵打至络合塔顶，从而形成液相在串联塔间的循环流动。 

本发明的多塔串联分离生产富集¹⁰B的方法，采用苯甲醚化学交换精馏法；BF₃原料气自络合塔底部进入，与塔顶喷淋而下的苯甲醚在10-25℃条件下，反生络合反应生产三氟化硼-苯甲醚液相络合物，由络合塔底部流出，经泵打入交换塔；经交换塔泵入裂解塔中的三氟化硼-苯甲醚液相络合物在140-170℃条件下发生裂解反应，裂解产生的BF₃气体经塔顶冷凝后，由交换塔底部进入，保持交换塔在20-30℃操作条件下，BF₃气体与三氟化硼-苯甲醚液相络合物逆流接触，发生化学交换反应，¹⁰B逐步在液相中富集，依次循环往复，直至 ¹⁰B丰度达到95%以上。 

采出方式可以通过¹⁰BF₃出口以¹⁰BF₃气体产品形式采出，或通过三氟化硼-苯甲醚液相络合物出口以三氟化硼-苯甲醚液相络合物产品形式采出。采出产品的形式可根据后续产品的需要来确定。¹¹BF₃气体出口为副产的富集¹¹BF₃气体采出口。 

化学交换塔可以是多根串联，根据需要和厂房确定塔的高度和个数。