[发明专利]低温三氟化硼分离硼同位素的蜂巢分离塔及其分离方法

说明书

本发明提出一种低温三氟化硼分离硼同位素的蜂巢分离塔及其分离方法，蜂巢低温硼同位素分离塔由若干管段纵向连接而成，相邻管段间设置有气相缓冲空间，每个管段纵向安装有若干蜂巢管，每个蜂巢管内充满θ环填料。解决了现有技术的低温法三氟化硼精馏分离硼同位素工艺分离塔太高，工程投入大的技术问题，本发明采用低温三氟化硼精馏分离同位素为单塔操作，控制相对简单，以上原因本发明的分离装置可做到超长周期超长稳定运行，该工艺充分满足同位素分离的基本要求。随着低温制冷技术进步，三氟化硼低温精馏分离硼同位素工艺，有望取代三氟化硼苯甲醚络合物化学交换精馏工艺，成为今后硼同位素分离工业化生产装置。

技术领域

本发明涉及一种低温三氟化硼分离硼同位素的蜂巢分离塔及其分离方法，属于分离硼同位素装置技术领域。

背景技术

硼元素质子数为5，天然硼有两种稳定同位素，中子数为5的同位素称硼10同位素(简称硼10)，中子数是6的同位素称硼11同位素(简称硼11)，天然硼中硼10同位素丰度为19.78％、硼11同位素丰度为80.22％。促进硼同位素分离迅速发展的主要原因在于硼同位素对热中子吸收截面的巨大差别上：硼10对热中子的吸收截面为3837巴，而硼11仅为0.005巴，天然丰度的硼对热中子的吸收截面接近于750巴，因此硼10对热中子的吸收截面是天然丰度硼的5倍多。这一特性被应用于作为核能反应堆的稳定运行的控制材料、核反应堆防辐射屏蔽材料及危险废料的储存运输的包装材料、武器装备防辐射防护、癌症的靶向治疗等领域。而且高纯度、高丰度硼11还可用于芯片生产。

目前硼同位素分离生产工艺有四种(实验室还有其他方法)：三氟化硼乙醚络合物化学交换精馏、三氟化硼甲醚络合物化学交换精馏、常压常温三氟化硼苯甲醚络合物化学交换精馏、三氟化硼低温精馏。目前三氟化硼乙醚络合物化学交换精馏、三氟化硼甲醚络合物化学交换精馏工艺已经被淘汰。同位素分离对设备要求极高，对控制稳定性和可靠性要求更高，三氟化硼苯甲醚络合物硼同位素分离需要五塔连续操作，一塔硼同位素分离操作已实属困难，同时五塔间还要协调一致，整个过程难上加难，该工艺正被三氟化硼低温精馏分离硼同位素技术所取代。

三氟化硼低温精馏分离硼同位素，其两种同位素硼10三氟化硼和硼11三氟化硼相对挥发度为1.006，相对挥发度非常小，要想将硼10三氟化硼和硼11三氟化硼通过精馏将其分开，精馏塔理论塔板数多达上仟块之多，所建设的分离塔高达两百米以上，设备占地面积大，工程投资巨大，生产成本高。

三氟化硼低温精馏硼同位素分离精馏塔理论塔板数及塔高计算：

富集后产品硼10丰度98％以上，即塔顶轻组分浓度XD；副产物中硼10丰度6％以下，即塔底轻组分浓度XW。

全回流精馏塔最小理论板数N＝Lg{XD/[1-XD]*[1-XW]/XW}/lgα+1

N＝995(块)

连续进料工程预计理论板数1200块。

实际工程精馏塔工作板数需要1500块。

常规工业塔塔高确定：

按现今工业高效规整丝网CY700考虑(每米理论板数7块)，需要分离塔填料高度1500/7＝214米，考虑塔间分配器所占高度和塔顶、塔底所占高度，全塔总高度至少要214*1.3＝278米以上。同位素分离生产规模都比较小，塔径在500-800mm以属大直径塔。如此之高的小直径塔，工程土建建设投资巨大，即使如此，也很难保证塔的摆动在合理范围之内。如不能很好控制塔的摆动，其精馏塔分离效率会大打折扣。

低温法三氟化硼精馏分离硼同位素工艺，主要问题之一就是分离塔太高，工程投入大，如何降低分离塔高度成为该工艺能否工业化关键所在。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提到的现有技术的低温法三氟化硼精馏分离硼同位素工艺分离塔太高，工程投入大的技术问题，提出一种低温三氟化硼分离硼同位素的蜂巢分离塔及其分离方法。