一種用于硼同位素分離的原料凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及以三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換反應(yīng)精餾分離硼同位素產(chǎn)品時，對原料苯甲醚和三氟化硼進(jìn)行凈化的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]硼有兩種穩(wěn)定的同位素，硼-10和硼-11，天然豐度分別為19.3%和80.7 %。硼-?ο對中子具有非常強(qiáng)的吸收能力，在核電、現(xiàn)代工業(yè)、軍事裝備及醫(yī)藥等方面的應(yīng)用日益廣泛。硼-11是一種潛在的熱核反應(yīng)材料，添加硼-11的鋼材可大幅提高耐高溫、耐輻射等性能。目前，我國使用的高豐度硼同位素產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。世界上生產(chǎn)硼同位素的方法主要有三種:乙醚-三氟化硼減壓交換蒸餾法；甲醚-三氟化硼減壓交換蒸餾法和苯甲醚-三氟化硼化學(xué)交換精餾法。而苯甲醚-三氟化硼化學(xué)交換精餾法是目前世界上生產(chǎn)硼同位素的主要方法。
[0003]苯甲醚-三氟化硼絡(luò)合物化學(xué)交換精餾法主要由絡(luò)合塔、精餾交換塔、裂解塔、苯甲醚除雜塔、苯甲醚干燥塔等組成，在絡(luò)合塔內(nèi)，上升的自然豐度的三氟化硼氣體與下降的絡(luò)合劑苯甲醚發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成苯甲醚-三氟化硼絡(luò)合物，絡(luò)合物進(jìn)入交換精餾塔繼續(xù)與三氟化硼氣體發(fā)生化學(xué)交換反應(yīng)，三氟化硼-?ο由氣相中逐漸轉(zhuǎn)移到液相中，最后三氟化硼-10在交換精餾塔塔底慢慢富集起來，達(dá)到分離的目的；富集三氟化硼-10的苯甲醚絡(luò)合物進(jìn)入裂解塔發(fā)生分解反應(yīng)，三氟化硼-10氣體被分離出來，其部分引入精餾交換塔的底部用于交換精餾塔的回流，部分作為產(chǎn)品收集，分解形成的苯甲醚液體將被除雜干燥后循環(huán)利用。
[0004]水和雜質(zhì)是硼同位素產(chǎn)品生產(chǎn)的大敵，水和雜質(zhì)主要通過原料苯甲醚和三氟化硼帶入。水在系統(tǒng)中會引發(fā)鏈?zhǔn)礁狈磻?yīng)，生成的一系列雜質(zhì)，并不斷累積增加，這些雜質(zhì)又會與目標(biāo)產(chǎn)品三氟化硼-1O(wBF3)生成在正常溫度下不能裂解的絡(luò)合物，這意味著寶貴的三氟化硼-10產(chǎn)品不斷被消耗，系統(tǒng)循環(huán)無法維持，交換精餾系統(tǒng)的物料平衡被打破，穩(wěn)定的精餾平衡無從建立；而且，大量的副產(chǎn)物會在裂解塔中生成焦油，堵塞系統(tǒng)。最終，使生產(chǎn)無法進(jìn)行下去。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于硼同位素分離的原料凈化方法，其在利用三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物化學(xué)交換精餾分離硼同位素產(chǎn)品時，對原料苯甲醚液體和三氟化硼氣體凈化的方法，可有效避免所述的副反應(yīng)，從而保證生產(chǎn)能夠連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。
[0006]上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]1、將購自市場的原料苯甲醚液體加熱至100°C _150°C，苯甲醚液體用栗送至反應(yīng)塔上部的液體分布器，與從反應(yīng)塔下部氣體分布器進(jìn)來的購自市場的三氟化硼氣體在填料中逆流接觸，三氟化硼與苯甲醚中的水反應(yīng)生成HF和硼酸(H3BO3)，HF則與苯甲醚反應(yīng)生成苯酚和氟甲烷(CH3F)等；HF、CH3F等隨三氟化硼氣體從填料塔頂出去，經(jīng)冷卻器冷卻，進(jìn)入低溫精餾塔進(jìn)行凈化處理，將三氟化硼氣體中的HF完全去除，CH3F含量< lOppm，得到凈化了的三氟化硼氣體。
[0008]含有硼酸、苯酚等雜質(zhì)的苯甲醚液體從反應(yīng)塔塔釜出來，由栗進(jìn)入精餾塔，在精餾過程中，從精餾塔塔釜去除硼酸、苯酚等雜質(zhì)，從精餾塔塔頂出來的苯甲醚純度達(dá)到99.999%，含水小于lOppm，所含苯酸等雜質(zhì)含量小于lOppm。
[0009]2、當(dāng)使用三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物為原料時，將三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物用栗直接輸送至絡(luò)合物裂解塔上部的液體分布器，絡(luò)合物裂解塔塔釜設(shè)有再沸器，將塔釜溫度控制在154°C以上，絡(luò)合物三氟化硼-苯甲醚在填料中受熱分解成三氟化硼氣體和苯甲醚；為確保三氟化硼氣體與水充分反應(yīng)，從低溫精餾塔塔頂將部分三氟化硼氣體引入裂解塔下部，絡(luò)合物裂解塔塔頂設(shè)有冷卻器，三氟化硼氣體被冷卻到室溫，少量苯甲醚蒸汽被冷凝成液體回流塔內(nèi)，三氟化硼氣體從塔頂出來進(jìn)入低溫精餾塔進(jìn)行凈化處理。
[0010]在裂解過程中，三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物中的水分與三氟化硼發(fā)生反應(yīng)生成HF和硼酸(H3BO3)，HF則與苯甲醚反應(yīng)生成苯酚和氟甲烷(CH3F)等；HF、CH3F等隨三氟化硼氣體從絡(luò)合物裂解塔頂部出去，經(jīng)冷卻器冷卻，進(jìn)入低溫精餾塔進(jìn)行凈化處理，將HF完全去除，CH3F含量< lOppm，得到凈化了的三氟化硼氣體。
[0011]含有硼酸、苯酚等雜質(zhì)的苯甲醚液體從絡(luò)合物裂解塔塔釜出來，進(jìn)入精餾塔，在精餾過程中，從精餾塔塔釜去除硼酸、苯酚等雜質(zhì)，從精餾塔塔頂出來的苯甲醚純度達(dá)到99.999%，含水小于lOppm，所含苯酸等雜質(zhì)含量小于lOppm。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:可將苯甲醚中的水分降至1ppm以下，將三氟化硼氣體中的HF完全去除、CH3F的含量< lOppm，用上述品質(zhì)的苯甲醚和三氟化硼來生產(chǎn)硼同位素產(chǎn)品，就有了可靠的保障。
【附圖說明】
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[0013]圖1是本發(fā)明中凈化苯甲醚液體和三氟化硼氣體的工藝流程圖；圖中I是電加熱器，2是反應(yīng)塔，3是冷卻器，4是低溫精餾塔，5是膨脹機(jī)，6是冷箱，7是精餾塔，8是再沸器。
[0014]圖2是本發(fā)明中凈化三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物的工藝流程圖；圖中I是絡(luò)合物裂解塔，2是再沸器，3是冷卻器，4是壓縮機(jī)，5是低溫精餾塔，6是精餾塔，7是膨脹機(jī)，8是冷箱。
【具體實(shí)施方式】
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[0015]1、將苯甲醚液體用栗輸送至電加熱器加熱至100°C _150°C，從反應(yīng)塔上部的液體分布器自上而下進(jìn)入反應(yīng)塔中；三氟化硼氣體經(jīng)壓縮機(jī)加壓至0.6Mpa(G)或0.7Mpa(G)或0.8Mpa(G)，從反應(yīng)塔下部的氣體分布器自下而上地進(jìn)入塔中，反應(yīng)塔塔頂壓力控制在
0.2Mpa(G)或0.3Mpa(G)或0.4Mpa(G);苯甲醚液體與三氟化硼氣體在填料中逆流接觸，苯甲醚中所含水分與三氟化硼氣體充分反應(yīng)，生成HF和硼酸(H3BO3), HF則與苯甲醚反應(yīng)生成苯酚和氟甲烷(CH3F)等；HF、CH3F等隨三氟化硼氣體從反應(yīng)塔頂部出來，經(jīng)冷卻器冷卻，進(jìn)入低溫精餾塔進(jìn)行凈化處理，將HF完全去除、CH3F含量< lOppm，得到凈化了的三氟化硼氣體；低溫精餾塔塔頂壓力控制在15kpa(G)或25kpa(G)或35kpa(G)或45kpa(G)或50kpa(G);反應(yīng)塔為填料塔，所用填料為聚四氟乙烯規(guī)整填料、陶瓷規(guī)整填料或其它規(guī)整、散堆填料；反應(yīng)塔還可以是篩板塔、泡罩塔或其它設(shè)備形式。
[0016]低溫精餾塔為填料塔，塔頂設(shè)有膨脹機(jī)和冷箱，三氟化硼氣體由低溫精餾塔中下部進(jìn)入塔內(nèi)，自下而上通過填料與自上而下的-101°C或-103°C或-105°C的三氟化硼液體逆流接觸，三氟化硼氣體降溫至-1orc從塔頂出來，一部分進(jìn)入膨脹機(jī)和冷箱冷凝成液體，作為回流進(jìn)入低溫精餾塔內(nèi)，另一部分進(jìn)入三氟化硼球罐作為生產(chǎn)硼同位素產(chǎn)品的原料，三氟化硼氣體中的微量雜質(zhì)HF、CH3F等以液體或固體形式，隨少量三氟化硼液體進(jìn)入反應(yīng)塔塔釜被排出，低溫精餾塔可以是填料塔或篩板塔、泡罩塔等設(shè)備形式；填料可以是聚四氟乙烯規(guī)整填料、陶瓷規(guī)整填料或其它規(guī)整、散堆填料；
[0017]含有硼酸、苯酚等雜質(zhì)的苯甲醚液體從反應(yīng)塔塔釜出來，由栗送進(jìn)入精餾塔中部，在精餾過程中，從精餾塔塔釜去除硼酸、苯酚等雜質(zhì)，從精餾塔塔頂出來的苯甲醚純度達(dá)到99.999%，含水小于lOppm，所含苯酚等雜質(zhì)含量小于lOppm，精餾塔塔釜溫度控制在154°C或157°C或160°C，精餾塔可以是填料塔或篩板塔、泡罩塔等設(shè)備形式；填料可以是聚四氟乙烯規(guī)整填料、陶瓷規(guī)整填料或其它規(guī)整、散堆填料。
[0018]苯甲醚氣體和三氟化硼液體的數(shù)量應(yīng)保證塔內(nèi)氣液接觸良好，三氟化硼與苯甲醚的摩爾比大于1:1。
[0019]2、當(dāng)使用三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物為原料生產(chǎn)硼同位素產(chǎn)品時，將三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物用栗直接輸送至絡(luò)合物裂解塔上部的液體分布器，絡(luò)合物裂解塔塔釜設(shè)有再沸器，將塔釜溫度控制在154°C以上，三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物在填料中受熱分解成三氟化硼氣體和苯甲醚；為確保三氟化硼氣體與水充分反應(yīng)，從低溫精餾塔塔頂將部分三氟化硼氣體引入到絡(luò)合物裂解塔下部；三氟化硼-苯甲醚絡(luò)合物中的水分與三氟化硼反應(yīng)生成HF和硼酸(H3BO3), HF則與苯甲醚反應(yīng)生成苯酚和氟甲烷(CH3F)等；絡(luò)合物裂解塔塔頂壓力控制在 15kpa(G)或 25kpa(G)或 35kpa(G)或 45kpa(G)或 50kpa(G)，HF、CH3F 等隨三氟化硼氣體從裂解塔頂部出來，經(jīng)絡(luò)合物裂解塔頂冷卻器冷卻，三氟化硼氣體被冷卻到室溫，少量苯甲醚蒸汽被冷凝成液體回流塔內(nèi)；三氟化硼氣體從冷卻器出來