[发明专利]一种碳-14同位素的分离装置及分离方法

权利要求书

1.一种碳-14同位素的分离装置，其特征在于，包括若干级操作塔，

每一级所述操作塔均包括交换塔、气液分离装置和分解釜，其中所述气液分离装置通过气体管道一和液体管道一与该级交换塔的塔底连接，每一级的气液分离装置与该级的分解釜连接，且气液分离装置位于所述分解釜的上方，所述交换塔内填充有催化填料，其中每一级交换塔内均装有吸收剂，其中某一级交换塔内通入有含有¹⁴C的CO₂原料；

最后一级之前的每一级所述交换塔的塔底均通过级间输送泵与下一级所述交换塔的塔顶连接，最后一级交换塔的塔底与¹⁴CO₂收集装置连接，除第一级之外的每一级所述交换塔的塔顶均通过气体管道二与上一级所述交换塔的塔底连接，第一级所述分解釜的釜底通过液体输送泵与第一级交换塔的塔顶连接，第一级之外的其他级所述分解釜的釜底均通过液体管道二与第一级所述分解釜连接。

2.根据权利要求1所述的一种碳-14同位素的分离装置，其特征在于：每一级交换塔内的吸收剂为有机碱性化合物或者含有有机碱性化合物的溶液。

3.根据权利要求2所述的一种碳-14同位素的分离装置，其特征在于：所述有机碱为伯胺、仲胺、叔胺或者含氮芳环。

4.根据权利要求3所述的一种碳-14同位素的分离装置，其特征在于：所述的催化填料为金属或者金属氧化物、合金或者合金氧化物、高分子材料和无机材料中的一种或者多种。

5.利用权利要求4所述的一种碳-14同位素的分离装置分离出碳-14同位素的分离方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：先向每一级的交换塔内均投入吸收剂，并向其中一级交换塔内通入有含有¹⁴C的CO₂原料，其中CO₂通过前面的各级交换塔进入第一级交换塔内，与第一级交换塔内的吸收剂发生反应，反应式为R(l)+CO₂(g)=R-CO₂(l)，其中l表示液体，g表示气体；

S2：反应后的溶液在第一级交换塔的塔底分为两路，一路通过级间输送泵输送到下一级交换塔内，另外一路通过气液分离装置进入分解釜内，在分解釜内重新分解成¹²CO₂气体和吸收剂，反应式为R-CO₂(l)=R(l)+CO₂(g)，其中CO₂气体再次加入该级交换塔的塔底，吸收剂则通过液体输送泵输送到该级交换塔内用于吸收CO₂，如果第一级交换塔和通入气体原料的交换塔之间没有其他级交换塔，则执行S4，如果第一级交换塔和通入气体原料的交换塔之间有其他级交换塔，则执行S3；

S3：从第二级交换塔开始直至通入气体原料的交换塔之间每级交换塔内的溶液同样分为两路，一路继续通过级间输送泵输送到下一级交换塔内，另外一路通过该级气液分离装置进入该级分解釜内，在分解釜内分离出吸收剂后通过该级分解釜进入第一级分解釜内，分离出CO₂气体再次加入该级交换塔的塔底，通过该级塔顶进入前一级交换塔塔底，直至步骤S4；

S4：当从通入气体原料所在级交换塔前一级交换塔中的溶液进入通入气体原料所在级交换塔后，¹⁴CO₂和R-¹²CO₂(l)在催化填料的催化下进行同位素离子交换，交换反应如下：R-¹²CO₂(l)+¹⁴CO₂ (g)=R-¹⁴CO₂(l)+¹²CO₂(g)，在通入气体原料所在级交换塔至最后一级交换塔之间的每级交换塔内的溶液均分为两路，一路继续通过级间输送泵输送到下一级交换塔内，另外一路通过该级气液分离装置进入该级分解釜内，在分解釜内分离出的CO₂进入该级交换塔的塔底，并从该级交换塔塔顶进入前一级交换塔塔底；

S5：进入最后一级交换塔的R-¹⁴CO₂溶液和R-¹²CO₂全部通过气液分离装置进入分解釜内，在交换塔内发生分解，反应式为：R-¹²CO₂(l)=R(l)+¹²CO₂(g)、R-¹⁴CO₂(l)=R(l)+¹⁴CO₂(g)，其中¹²CO₂通过最后一级交换塔进入前一级交换塔的底部，¹⁴CO₂则从最后一级交换塔进入¹⁴CO₂收集装置，分离出吸收剂后通过该级分解釜进入第一级分解釜内。