[发明专利]一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的方法及装置

权利要求书

1.一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置，包括依次连接的氧气净化系统、氧18同位素精馏系统和充装系统，还包括连接上述三个系统的电气控制系统和抽真空系统，其特征在于：所述氧18同位素精馏系统包括依次逐级串联的规整填料塔(51)和逐级串联的散堆填料塔(52)，所述各级规整填料塔(51)之间并联设置有一个以上子塔；所述规整填料塔(51)的最后一级和散堆填料塔(52)的第一级之间连接有裂解重组机构；所述规整填料塔(51)还连接有氮气循环机构；所述各级规整填料塔(51)和各级散堆填料塔(52)均连接有二次精馏机构(10)；

所述氮气循环机构包括氮气换热器(15)、氮气管道和静液柱、回气管道，所述氮气管道穿过氮气换热器并与子塔底部的氮气再沸器(7)连通，所述回气管道连通子塔顶部的冷凝器(5)和氮气换热器(15)；所述静液柱的两端分别连通氮气再沸器(7)和冷凝器(5)；

所述二次精馏机构(10)包括依次连接的外排过滤装置、液氧过滤器(13)、液氧回前级塔分配器(14)；所述外排过滤装置与各级规整填料塔(51)、各级散堆填料塔(52)上排气口连接。

2.根据权利要求1所述的一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置，其特征在于：所述裂解重组机构包括裂解重组催化装置(30)、催化电加热器(29)，所述催化电加热器(29)连接在裂解重组催化装置(30)底部；所述裂解重组催化装置(30)各催化管依次首尾连通且平行排列；所述串联的散堆填料塔(52)底部设置有电加热再沸器(9)。

3.根据权利要求1所述的一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置，其特征在于：所述氮气再沸器(7)底部设置有与静液柱连通的液氮存储空间(47)，所述氮气管道连通氮气汇集管(43)，所述氮气汇集管通过氮气配流装置(45)连通氮气再沸器(7)底部的换热毛细管(46)；所述换热毛细管(46)与氮气汇集管(43)存在于液氧再沸分离空间(44)内。

4.根据权利要求1所述的一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置，其特征在于：所述氧气净化系统包括与进气口通过管道、阀门依次连接的空分氧气流量计(1)、空分氧气净化装置(3)；所述空分氧气净化装置(3)包括连通的除重组分塔(35)、除轻组分塔(32)，所述除重组分塔(35)设置在空分氧气净化装置(3)下部，除轻组分塔(32)设置在空分氧气净化装置(3)上部；所述除重组分塔(35)由上至下依次包括金属丝网波纹填料(33)、再沸蒸发器(36)；除轻组分塔(32)由下至上依次包括冷凝蒸发器(34)、金属丝网波纹填料(33)、冷凝器(31)。

5.一种利用权利要求1所述的一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置的操作方法，包括以下步骤：

步骤一、排查装置、装置管道异常；

步骤二、检验电气控制系统；

步骤三、氮气吹扫管道，置换空气并抽真空以达到预设真空度；

步骤四、循环步骤三3至5次；

步骤五、氧气净化系统过滤杂质气体，提高气体氧含量；

步骤六、逐层经过串联的规整填料塔(51)和串联的散堆填料塔(52)对氧气、液氧进行提纯；检验氧同位素丰度是否合格，不合格的重复步骤六、合格的进入步骤七；

步骤七、裂解重组催化装置(30)提高目标氧同位素丰度；

步骤八、不同充装口充装目标氧同位素产品。

6.根据权利要求5所述的一种工业级利用低温精馏生产18O同位素的装置的操作方法，其特征在于：所述氧18同位素精馏系统第一级精馏塔底部通入净化后的氧气，通过循环氮气提供的热量蒸发塔底液体，经过初步精馏后的气体多次通过后续多级精馏塔重复精馏；精馏后的氧气经裂解重组后由后级精馏塔得到目标氧同位素。