一种利用CO低温精馏分离稳定同位素13C的三级级联装置的制作方法

本发明属于碳的稳定同位素分离，更具体的说是涉及一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置。

背景技术：

1、碳-13(13c)是碳元素的一种同位素，其原子核内含有6个质子和7个中子，原子核外有6个核外电子，显电中性。自然界中碳元素含两种稳定同位素，13c为1.11％，12c为98.89％。由于碳、氢、氧和氮是有机化合物以及生命机体中最常见的元素，采用无放射性的13c作为示踪原子对研究有机化学反应和生物化学反应将更为方便，故而得到广泛的应用。20世纪70年代开发了一种方法，即二氧化碳/氨基甲酸酯体系的化学交换法，可在常温常压下操作，但其丰度只有65％，分离13c最有效方法是一氧化碳低温精馏法，采用竖直级联塔，但想要提高13c的丰度，就需要增高竖直级联塔的高度，如果要得到99％的13c，竖直级联塔的高度需要达到上千米，施工难度极大，所以现有技术中缺少一种可以分离高丰度13c的设备。

2、因此，如何提供一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，具有塔与塔之间无动力输送自然回流，水平级联塔高度低，施工难度低，可以直接得到99％的13c产品的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，包括：原料气净化设备、第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔、第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器；所述原料气净化设备通过管路与第一精馏塔的一侧连通，所述第一冷凝器与第一精馏塔的顶部连通，所述第二冷凝器与第二精馏塔的顶部连通，所述第三冷凝器与第三精馏塔的顶部连通，所述第一精馏塔的底部通过管路与第二冷凝器连通，所述第二精馏塔的底部通过管路与第三冷凝器连通，所述第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔的底部均设置有再沸器，所述第三精馏塔的一侧连接有出料管道，所述原料气依次经过原料气净化设备、第一精馏塔、第二冷凝器、第二精馏塔、第三冷凝器、第三精馏塔最终由出料管道输出同位素13c。

4、进一步地，所述第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔的内部均倾斜设置有多组金属丝网波纹填料板，且多个所述金属丝网波纹填料板关于精馏塔的中轴线对称分为左右两组，左右两组所述金属丝网波纹填料板相互交错设置。

5、进一步地，所述第一精馏塔与第二冷凝器连通的管路上安装有第一电磁阀和第一流量计。

6、进一步地，所述第二精馏塔与第三冷凝器连通的管路上安装有第二电磁阀和第二流量计。

7、进一步地，所述第二冷凝器与第二精馏塔连通的管路还与原料气净化设备的输出端连通，且连通的管路上安装有第三电磁阀和第三流量计，所述第三冷凝器与第三精馏塔连通的管路还与第一精馏塔与第二冷凝器连通的管路连通，且连通的管路上安装有第四电磁阀和第四流量计。

8、进一步地，所述第一精馏塔与第二冷凝器连通的管路上安装有同位素扰频器a。

9、进一步地，所述第二精馏塔与第三冷凝器连通的管路上安装有同位素扰频器b。

10、进一步地，所述原料气净化设备包括：原料气贮存钢瓶、减压阀、第五流量计、分子筛常温吸附器、化学净化柱和分子筛低温吸附器；所述原料气贮存钢瓶通过管路与分子筛常温吸附器连通，所述原料气贮存钢瓶与分子筛常温吸附器连通的管路上安装有减压阀和第五流量计，所述分子筛常温吸附器通过管路与化学净化柱连通，所述化学净化柱通过管路与分子筛低温吸附器连通，所述分子筛低温吸附器与第一精馏塔的一侧连通。

11、本发明的有益效果在于：

12、本发明结构简单，使用方便，co原料气自原料气贮存钢瓶流向分子筛常温吸附器，脱去其中大部分h2o和co2，再经过化学净化柱进一步脱除h2o、co2和o2，而后再通入分子筛低温吸附器，深度脱除剩余的h2o、co2和o2以及微量n2和ar，原料气完成净化后通入至第一精馏塔内部，第一精馏塔内气相向上流动，经过第一冷凝器冷凝，回到第一精馏塔内作为喷淋液，第一精馏塔底部的液体在再沸器的作用下汽化为气体向上与喷淋液通过金属丝网波纹填料板进行传热、传质，而后从第一精馏塔中取出一部分蒸汽，在压力的作用下进入第二冷凝器，液化为液体，进入第二精馏塔，第二精馏塔底部的液体在再沸器的作用下汽化为气体向上，通过金属丝网波纹填料板进行传热、传质，而后再从第二精馏塔中取出一部分蒸汽，在压力的作用下进入第三冷凝器，第三精馏塔底部的液体在再沸器的作用下汽化为气体向上，通过金属丝网波纹填料板进行传热、传质，并最终从出料管道输出同位素13c；从而使得本发明具有塔与塔之间无动力输送自然回流，水平级联塔高度低，施工难度低，可以直接得到99％的13c产品的优点。

技术特征：

1.一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，包括：原料气净化设备、第一精馏塔(1)、第二精馏塔(2)、第三精馏塔(3)、第一冷凝器(4)、第二冷凝器(5)和第三冷凝器(6)；所述原料气净化设备通过管路与第一精馏塔(1)的一侧连通，所述第一冷凝器(4)与第一精馏塔(1)的顶部连通，所述第二冷凝器(5)与第二精馏塔(2)的顶部连通，所述第三冷凝器(6)与第三精馏塔(3)的顶部连通，所述第一精馏塔(1)的底部通过管路与第二冷凝器(5)连通，所述第二精馏塔(2)的底部通过管路与第三冷凝器(6)连通，所述第一精馏塔(1)、第二精馏塔(2)和第三精馏塔(3)的底部均设置有再沸器，所述第三精馏塔(3)的一侧连接有出料管道，所述原料气依次经过原料气净化设备、第一精馏塔(1)、第二冷凝器(5)、第二精馏塔(2)、第三冷凝器(6)、第三精馏塔(3)最终由出料管道输出同位素13c。

2.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第一精馏塔(1)、第二精馏塔(2)和第三精馏塔(3)的内部均倾斜设置有多组金属丝网波纹填料板，且多个所述金属丝网波纹填料板关于精馏塔的中轴线对称分为左右两组，左右两组所述金属丝网波纹填料板相互交错设置。

3.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第一精馏塔(1)与第二冷凝器(5)连通的管路上安装有第一电磁阀(7)和第一流量计(8)。

4.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第二精馏塔(2)与第三冷凝器(6)连通的管路上安装有第二电磁阀(9)和第二流量计(10)。

5.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第二冷凝器(5)与第二精馏塔(2)连通的管路还与原料气净化设备的输出端连通，且连通的管路上安装有第三电磁阀(11)和第三流量计(12)，所述第三冷凝器(6)与第三精馏塔(3)连通的管路还与第一精馏塔(1)与第二冷凝器(5)连通的管路连通，且连通的管路上安装有第四电磁阀(13)和第四流量计(14)。

6.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第一精馏塔(1)与第二冷凝器(5)连通的管路上安装有同位素扰频器a(15)。

7.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述第二精馏塔(2)与第三冷凝器(6)连通的管路上安装有同位素扰频器b(16)。

8.根据权利要求1所述的一种利用co低温精馏分离稳定同位素13c的三级级联装置，其特征在于，所述原料气净化设备包括：原料气贮存钢瓶(17)、减压阀(18)、第五流量计(19)、分子筛常温吸附器(20)、化学净化柱(21)和分子筛低温吸附器(22)；所述原料气贮存钢瓶(17)通过管路与分子筛常温吸附器(20)连通，所述原料气贮存钢瓶(17)与分子筛常温吸附器(20)连通的管路上安装有减压阀(18)和第五流量计(19)，所述分子筛常温吸附器(20)通过管路与化学净化柱(21)连通，所述化学净化柱(21)通过管路与分子筛低温吸附器(22)连通，所述分子筛低温吸附器(22)与第一精馏塔(1)的一侧连通。

技术总结本发明公开了一种利用CO低温精馏分离稳定同位素<supgt;13</supgt;C的三级级联装置，属于碳的稳定同位素分离技术领域，所述原料气净化设备通过管路与第一精馏塔的一侧连通，所述第一冷凝器与第一精馏塔的顶部连通，所述第二冷凝器与第二精馏塔的顶部连通，所述第三冷凝器与第三精馏塔的顶部连通，所述第一精馏塔的底部通过管路与第二冷凝器连通，所述第二精馏塔的底部通过管路与第三冷凝器连通，所述第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔的底部均设置有再沸器，所述第三精馏塔的一侧连接有出料管道。本发明具有塔与塔之间无动力输送自然回流，水平级联塔高度低，施工难度低，可以直接得到99％的<supgt;13</supgt;C产品的优点。技术研发人员：徐鹏飞,吴希,胡石林,张平柱,阮皓,曾智斌受保护的技术使用者：安徽中核桐源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4