一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产氧同位素水的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氧同位素分离系统，包括一个纯化单元和三个分离单元，该三个分离单元分别为第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元；纯化单元是由至少一个纯化装置组成；纯化单元的出料口与第一分离单元的进料口连接；第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元均具有轻组分出料端和重组分出料端；第一分离单元的重组分出料端与第二分离单元的进料口连接，第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口连接。本发明专利技术还公开了一种利用氧同位素分离系统生产氧同位素水的方法。该系统对氧同位素的分离效率较高，可以同时生产低氧十七水、高氧十七水和高氧十八水，并且所获得的氧同位素水的纯度较高。氧同位素水的纯度较高。氧同位素水的纯度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产氧同位素水的方法


[0001]本专利技术涉及同位素分离
，特别涉及一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产同位素水的方法。

技术介绍

[0002]目前，核电站常规运行过程中产生的液态及气态排出物中，
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C(半衰期5730年)是最受关注也是最为重要的放射性核素，因其在所有排放核素中对公众产生的照射剂量最大，且放射性污染效应持久性存在。
[0003]核电站中
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C的主要来源是冷却水中的氧十七同位素受到中子辐射产生的。自然界中，氧有
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O、
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O、
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O三种稳定同位素，其天然丰度分别为99.759％、0.037％和0.204％，其中，氧十七同位素受到中子照射，会产生
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C同位素。其反应途径如下：
[0004]17
O+n
→
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C+4He
[0005]目前全球
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C同位素本底逐年升高，因此急需要降低其产出。其中一种最主要的方式就是降低冷却水中的
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O含量，也就是需要使用低氧十七水作为原料，所谓低氧十七水，就是指水中氧十七同位素丰度低于天然水中氧十七丰度的水。
[0006]而高丰度氧十七水可用于药物标记，或者用于核磁共振试剂制备；高丰度氧十八水则可以作为PET/CT中放射性
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F核素的原材料，也可作为示踪剂。
[0007]不同水同位素性质之间差异较小，H
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O和H
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O的分离系数比H
216
O和H
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O的分离系数还要小，而
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O的天然丰度又只有0.037％，导致氧十七同位素的分离难度比氧十八同位素的分离难度还要大。
[0008]现有的分离系统一般采用精馏法实现同位素分离；精馏法分离氧同位素主要依靠不同氧同位素标记的分子在相同温度下相对挥发度的不同进行分离，该相对挥发度以分离系数α作为表征。以水分子为例，在40℃
‑
90℃条件下达到气液相平衡状态时，气相中H
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O的含量比液相中H
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O的含量高，而气相中H
217
O的含量比液相中H
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O的含量低，也就是说比较“重”的H
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O在液相中富集，而比较“轻”的H
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O在气相中富集。
[0009]但是，现有的分离系统分离效率较低，分离纯度低，不能同时生产纯度较高的不同氧同位素水。

技术实现思路

[0010]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产氧同位素水的方法，该系统对氧同位素的分离效率较高，可以同时生产低氧十七水、高氧十七水和高氧十八水，并且所获得的氧同位素水的纯度较高。
[0011]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0012]一种氧同位素分离系统，包括一个纯化单元和三个依次连接的分离单元，该三个分离单元分别为第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元；所述纯化单元是由至少一
个纯化装置组成；纯化单元的出料口与第一分离单元的进料口连接；每个分离单元包括至少一级精馏塔或至少一级渗透汽化膜分离器；
[0013]第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元均具有轻组分出料端和重组分出料端；第一分离单元的重组分出料端与第二分离单元的进料口连接，第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口连接。
[0014]进一步地，第二分离单元的轻组分出料端与第一分离单元的回流口连接。
[0015]进一步地，所述纯化单元是由活性炭吸附装置、离子交换树脂装置、反渗透装置、EDI电除盐装置中的一种或两种以上组成。
[0016]更进一步地，所述纯化单元是由一个活性炭吸附装置和一个反渗透装置组成。
[0017]进一步地，第一分离单元和第二分离单元分别包括至少一级精馏塔；所述第三分离单元包括至少一级渗透汽化膜分离器。
[0018]更进一步地，所述第一分离单元的重组分出料端处连接有塔底再沸器，第一分离单元和第二分离单元的轻组分出料端处均连接有塔顶冷凝器；第一分离单元和第二分离单元的重组分出料端处均连接有塔底再沸器；第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口之间设有预热器；第三分离单元的轻组分出料端处连接有透过侧冷凝器。
[0019]更进一步地，所述第一分离单元和第二分离单元中的精馏塔的级数为1～21级；精馏塔的级数为至少两级时，相邻两级的精馏塔的塔顶和塔底之间连接有气相管路和液相管路；第三分离单元中的渗透汽化膜分离器的级数为1～3级。
[0020]进一步地，精馏塔的塔高为1m～100m；精馏塔的塔径为0.01m～10m。
[0021]进一步地，精馏塔的进料量为0.01kg/h～10000kg/h，精馏塔的回流比为1
‑
1000；精馏塔的工质为水时，所述精馏塔的塔顶压力为30mmHg～500mmHg。
[0022]进一步地，所述渗透汽化膜分离器的参数为：膜下游为高真空，压强为2Pa
‑
50Pa；预热器的加热温度为30～80℃；透过侧冷凝器的冷却温度为
‑
80℃～
‑
30℃。
[0023]本专利技术进一步提供了一种利用上述氧同位素分离系统生产氧同位素水的方法，其具体过程为：首先，原水进入纯化单元，纯化单元将原水中的有机物及无机盐去除，然后，经过纯化后的水进入第一分离单元中，经过第一分离单元的分离后，由第一分离单元的轻组分出料端得到第一轻组分水，由第一分离单元的重组分出料端得到第一重组分水；由第一分离单元得到的第一重组分水进入第二分离单元，经过第二分离单元的分离后，由第二分离单元的轻组分出料端得到第二轻组分水，由第二分离单元的重组分出料端得到第二重组分水；第二轻组分水回流至第一分离单元；第二重组分水进入第三分离单元中，经过第三分离单元的分离后，由第三分离单元的轻组分出料端得到第三轻组分水，由第三分离单元的重组分出料端得到第三重组分水。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术首先利用纯化单元将原水中的有机物及无机盐去除，然后利用三个分离单元对纯化后的水进行分离；其中，由第一分离单元的轻组分出料端可以得到第一轻组分水，即为低氧十七水(高纯度氧十六水)，由第一分离单元的重组分出料端得到第一重组分水，该第一重组分水包含了氧十六水、氧十七水和氧十八水；第一重组分水进入第二分离单元进行分离；由第二分离单元的轻组分出料端得到第二轻组分水，该第二轻组分水包含了氧十六水和氧十七水，这部分第二轻组分水回流到第一分离单元中，对其中的氧十六水进一步回流分离；由第二分离单元的重组分出料端得到第二重组分水，
该第二重组分水包含了氧十七水和氧十八本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧同位素分离系统，其特征在于：包括一个纯化单元和三个依次连接的分离单元，该三个分离单元分别为第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元；所述纯化单元是由至少一个纯化装置组成；纯化单元的出料口与第一分离单元的进料口连接；每个分离单元包括至少一级精馏塔或至少一级渗透汽化膜分离器；第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元均具有轻组分出料端和重组分出料端；第一分离单元的重组分出料端与第二分离单元的进料口连接，第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口连接。2.根据权利要求1所述的一种氧同位素分离系统，其特征在于：第二分离单元的轻组分出料端与第一分离单元的回流口连接。3.根据权利要求1所述的一种氧同位素分离系统，其特征在于：所述纯化单元是由活性炭吸附装置、离子交换树脂装置、反渗透装置、EDI电除盐装置中的一种或两种以上组成。4.根据权利要求1所述的一种氧同位素分离系统，其特征在于：第一分离单元和第二分离单元分别包括至少一级精馏塔；所述第三分离单元包括至少一级渗透汽化膜分离器。5.根据权利要求4所述的一种氧同位素分离系统，其特征在于：第一分离单元和第二分离单元的轻组分出料端处均连接有塔顶冷凝器；第一分离单元和第二分离单元的重组分出料端处均连接有塔底再沸器；第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口之间设有预热器；第三分离单元的轻组分出料端处连接有透过侧冷凝器。6.根据权利要求5所述的一种氧同位素分离系统，其特征在于：所述第一分离单元和第二分离单元中的精馏塔的级数为1～21级；精馏塔的级数为至少两级时，相邻两级的精馏塔的塔顶和塔底之间连接有气相管路和液相管路；第三分...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂媛，徐志红，陈伟，邬伟，沈佳宇，
申请(专利权)人：苏州思萃同位素技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：