[发明专利]一种生产高浓碳－13二氧化碳的方法及系统

摘要

一种生产高浓碳－13二氧化碳的方法及系统，属于稳定同位素碳－13生产技术领域。为了克服现有技术不足，降低生产成本，本发明公开了一种用天然二氧化碳为原料、以二氧化碳/二正丁胺/辛烷为同位素交换工作体系、采取冷热回流措施的工业化生产同位素浓度超过99％以上的高浓碳－13方法及系统。本发明采取了原料气预饱和、提取工段及釜液循环等技术措施，既使原料气用量和溶剂消耗量减少了99％左右，又稳定了系统工作溶液的浓度，从而提高了同位素浓缩效果，降低了生产成本。另外，本发明还采用了带直接换热－冷液淋洗段的热回流塔并降低了操作温度及其控制要求，不但杜绝了结晶堵塞现象的发生，操作方便稳定，而且节约能耗。

主权项

1.一种生产高浓碳-13二氧化碳的方法，其特征在于：该方法用少量市售钢瓶二氧化碳为原料，以二氧化碳/二正丁胺/辛烷为碳同位素交换工作体系，通过浓缩工段和提取工段这两个工段的冷热回流，使得二氧化碳和由二正丁胺/辛烷溶液吸收二氧化碳而生成的氨基甲酸酯/辛烷溶液发生碳同位素交换，实现循环回流分离碳-12和碳-13的过程；1)浓缩工段在浓缩工段中，将提取工段中的热回流塔分解得到的二氧化碳与少量具有天然丰度的二氧化碳的汇流物作为浓缩工段的原料，送入第1级浓缩塔上方的第1级冷回流塔底部，自下而上流动，与由第1级浓缩塔下方第1级热回流塔分解而得的二正丁胺/辛烷溶液逆流接触，生成氨基甲酸酯/辛烷溶液；然后让所述氨基甲酸酯/辛烷溶液进入第1级浓缩塔塔顶自上而下流动，与来自第2级浓缩塔塔顶的二氧化碳逆流接触进行碳的同位素交换反应，使得往下流动的氨基甲酸酯/辛烷溶液中碳-13浓度不断升高，而向上流动的二氧化碳中碳-13浓度不断剥淡，从第1级浓缩塔塔顶流出所述浓缩工段的二氧化碳中的碳-13浓度略低于天然丰度，将这股二氧化碳作为提取工段的原料，送至提取工段中第1级提取塔的塔底，继续供同位素交换反应使用，以便进一步提取其中的碳-13；从第1级浓缩塔塔底流出的氨基甲酸酯/辛烷溶液，其中碳-13浓度已获得一定程度的提高，让其流入第1级浓缩塔下方的第1热回流塔，受热分解得二正丁胺/辛烷溶液和碳-13浓度获得一定程度提高的二氧化碳；所述分解得的二正丁胺/辛烷溶液自第1级热回流塔塔底流出，经冷却器后用计量泵送回第1级浓缩塔上方第1级冷回流塔塔顶，循环使用；所述碳-13浓度获得一定程度提高的二氧化碳从第1级热回流塔塔顶流出后直接进入第2级浓缩塔上方的第2级冷回流塔塔底，作为浓缩工段第2级以后浓缩碳-13的原料；如此继续下去，在浓缩工段最后级浓缩塔下方的最后级热回流塔塔顶获得所需同位素浓度的碳-13二氧化碳产品；在浓缩工段中，将各冷回流塔塔顶流出的吸收过剩的二氧化碳分别与所对应级别的浓缩塔塔顶出来的二氧化碳汇合，返回到前级浓缩塔塔底，供同位素交换反应用；2)提取工段在提取工段中，将提取工段中热回流塔塔底流出的二正丁胺/辛烷溶液，经冷却器后用计量泵送到提取工段中冷回流塔塔顶，自上而下流动，与来自最后级提取塔塔顶出来的二氧化碳逆流接触，生成氨基甲酸酯/辛烷溶液；所述氨基甲酸酯/辛烷溶液又流回最后级提取塔塔顶，与浓缩塔工作原理相同，在所述提取塔中同样发生碳的同位素交换反应，气相向上流，碳-13同位素浓度不断剥淡，液相往下流，碳-13同位素浓度逐渐提高，从提取塔塔底流出的液体直接用计量泵全部送至前级提取塔塔顶，如此继续下去，从第1级提取塔塔底流出的氨基甲酸酯/辛烷溶液，其中的碳-13同位素浓度已经恢复到天然丰度，流入提取工段的热回流塔，分解得到的具有天然丰度的二氧化碳被作为上述浓缩工段的原料来源之一，它占原料总量的99％以上；从所述浓缩工段第1级浓缩塔塔顶流出二氧化碳，其中碳-13浓度略低于天然丰度，将这股二氧化碳作为提取工段的原料，送至提取工段中的第1级提取塔塔底，由于碳同位素交换反应作用，使得第1提取塔塔底处的液相碳-13同位素浓度恢复到天然丰度；气相在提取塔中向上流动中其中的碳-13同位素浓度不断下降，出第1级提取塔塔顶后直接导入第2级提取塔塔底，继续剥淡其中的碳-13浓度，如此继续下去，在最后级提取塔塔顶获得碳-13同位素浓度足够低的二氧化碳，即碳-12二氧化碳，经提取工段中的冷回流塔吸收回流后，过剩的一小部分作为尾气经洗涤恒压后排出。