一种硅同位素连续化生产工艺方法与流程

1.本发明属于硅同位素分离领域，尤其是涉及一种硅同位素连续化生产工艺方法。


背景技术：

2.目前，实现硅同位素分离的方法主要有低温精馏法、气体离心法、激光法、化学交换法等。其中，化学交换法由于具有分离系数高、处理量大等优点，已成为最有希望实现硅同位素工业化分离的方法。
3.公开号为cn105524101a（公开日为2016年4月27日）的中国发明专利公开了一种四氟化硅络合物制备方法及其所采用的设备，以甲醇、乙醇或正丙醇为络合剂与四氟化硅发生络合反应，得到高络合度的四氟化硅络合物，但是该专利中采用间歇式操作方式，由于使用化学交换精馏法来生产硅同位素所需的设备数量非常多，工艺参数十分精密，如果采用间歇式工艺，每个批次产品产出后，都需要重新调整各类参数，操作极其复杂，且受限于控制水平原因，目前分离产品的丰度水平并不稳定。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种硅同位素连续化生产工艺方法，以连续式采出产品，配套相应的生产工艺参数，极大增加生产效率。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种硅同位素连续化生产工艺方法，所述硅同位素连续化生产工艺方法使用的硅同位素连续化生产装置包括作料塔，所述作料塔的塔釜进料口与四氟化硅气罐连通，作料塔的塔顶进料口与络合剂罐连通，作料塔的塔釜出料口与作料塔的塔顶循环口连通；络合塔，所述络合塔的塔釜进料口与作料塔的塔釜出料口连通；交换塔，所述交换塔依次连通设有多个，位于最前方的交换塔的塔顶进料口与络合塔的塔底出料口及作料塔的塔釜出料口连通，位于最前方的交换塔的塔顶回料口与络合塔的塔底循环口连通，位于前方的交换塔塔底出料口依次与位于后方的交换塔塔顶进料口连通，位于后方的交换塔塔顶回料口依次与位于前方的交换塔塔底循环口连通；分解塔，所述分解塔的中部进料口与位于最后方的交换塔塔底出料口连通；除杂塔，所述除杂塔的中部进料口与分解塔的塔釜出料口连通，除杂塔的上段出料口与络合塔的塔顶循环口连通；气液分离罐，所述气液分离罐的中部进料口与分解塔的塔顶出料口连通，气液分离罐的气相出料口与位于最后方的交换塔塔底循环口连通，气液分离罐的液相出料口与分解塔的塔釜循环口连通；所述硅同位素连续化生产工艺方法包括以下步骤：s1、将络合剂与四氟化硅依次注入作料塔进行反应，得到反应混合物，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到1.5-3时，将反应混合物注入络合塔；s2、反应混合物沿络合塔、交换塔、分解塔循环反应，得到络合产物；
s3、当络合产物中si28丰度达到目标丰度时，作料塔持续向位于最前方的交换塔中注入反应混合物，从络合塔底部采出si28产品，从位于最后方的交换塔底部采出副产物。
6.具体地说，包括以下步骤：s1、作料工段：在该工段内，首先向作料塔内通入络合剂，并开启作料塔塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，定时检测反应混合物的络合度，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔数之比达到1.5-3.0之间时，关闭塔身循环泵；s2、络合工段：将反应混合物打入络合塔，络合塔塔身上具有冷凝夹套，通过控制冷凝液体流量，从而保证络合塔内的温度在一定范围之间，在络合塔中生成络合物，然后顺次经过多个交换塔，然后进入分解塔，在分解塔的塔釜出料口得到络合剂，进而流入除杂塔，经过除杂的络合剂在除杂塔的上段出料口采出，流入络合塔塔顶循环口；在分解塔塔顶出料口得到四氟化硅气体，经过气体缓冲罐之后，进入位于最后方的交换塔塔底循环口，然后从后向前依次通过多个交换塔回到络合塔塔底循环口，并与蠢得络合剂在络合塔上进行络合反应，得到络合产物；s3、当体系内各个参数达到平稳之后，并且络合产物中si28丰度达到目标丰度时，作料塔持续向位于最前方的交换塔中注入反应混合物，从络合塔底部采出si28产品，从位于最后方的交换塔底部采出副产物。
7.优选地，分解塔与位于最后方的交换塔之间设有分解预热器，分解预热器的底部进料口与位于最后方的交换塔的塔底出料口连通，分解预热器的顶部出料口与分解塔的中部进料口连通。
8.优选地，气液分离罐与位于最后方的交换塔之间设有气相缓冲罐，所述气相缓冲罐的中部进料口与气液分离罐的气相出料口连通，气相缓冲罐的气相出料口与位于最后方的交换塔塔底循环口连通，气相缓冲罐底部的液相出料口与分解塔的塔釜循环口连通。
9.优选地，全部交换塔的填料段高度之和≥10米。
10.优选地，所述络合塔底部设有si28采出口，位于最后方的交换塔底部设有副产物采出口。
11.优选地，步骤s1中作料塔的塔身温度为0-100℃，塔内压力为90-300kpa，步骤s2中络合塔的塔内温度为0-100℃。
12.优选地，所述络合剂为苯甲醚或硼酸三甲酯。
13.优选地，所述目标丰度为99.5%以上。
14.优选地，分解预热器的工作温度为100-150℃，分解器的工作温度为150-300℃。
15.相对于现有技术，本发明所述的硅同位素连续化生产工艺方法具有以下优势：本发明所述的硅同位素连续化生产工艺方法能够实现工业生产并得到合格的商业化产品，持续化生产硅同位素产品，成本低，分离效率高，工艺操作简便，控制方法简单。
附图说明
16.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例所述的硅同位素连续化生产装置的结构示意图。
17.附图标记说明：1、作料塔；2、四氟化硅气罐；3、络合剂罐；4、络合塔；5、交换塔；6、分解塔；7、除杂塔；8、气液分离罐；9、分解预热器；10、气相缓冲罐；11、si28采出口；12、副产物采出口。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
20.如图1所示，本实施例中使用的硅同位素连续化生产装置，包括作料塔1、络合塔4、交换塔5、分解塔6、除杂塔7、气液分离罐8，作料塔1的塔釜进料口与四氟化硅气罐2连通，作料塔1的塔顶进料口与络合剂罐3连通，作料塔1的塔釜出料口与作料塔1的塔顶循环口连通，络合塔4的塔釜进料口与作料塔1的塔釜出料口连通，络合塔4底部设有si28采出口11，交换塔5依次连通设有三个，三个交换塔的填料段高度之和为10米，第一个交换塔的塔顶进料口与络合塔4的塔底出料口及作料塔1的塔釜出料口连通，第一个交换塔的塔顶回料口与络合塔4的塔底循环口连通，位于前方的交换塔塔底出料口依次与位于后方的交换塔塔顶进料口连通，位于后方的交换塔5塔顶回料口依次与位于前方的交换塔塔底循环口连通，第三交换塔底部设有副产物采出口12，分解塔6的中部进料口与第三交换塔塔底出料口连通，除杂塔7的中部进料口与分解塔6的塔釜出料口连通，除杂塔7的上段出料口与络合塔4的塔顶循环口连通，气液分离罐8的中部进料口与分解塔6的塔顶出料口连通，气液分离罐8的气相出料口与第三交换塔塔底循环口连通，气液分离罐8的液相出料口与分解塔6的塔釜循环口连通，分解塔6与第三交换塔之间设有分解预热器9，分解预热器9的底部进料口与第三交换塔5的塔底出料口连通，分解预热器9的顶部出料口与分解塔6的中部进料口连通，气液分离罐8与第三交换塔之间设有气相缓冲罐10，气相缓冲罐10的中部进料口与气液分离罐8的气相出料口连通，气相缓冲罐10的气相出料口与第三交换塔塔底循环口连通，气相缓冲罐10底部的液相出料口与分解塔6的塔釜循环口连通。
21.实施例1开启作料塔，并向作料塔内通入100kg苯甲醚，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入62kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在5
±
5℃，同时保证塔内压力维持在90
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到1.5时，将反应混合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在5
±
5℃。络合塔内生成的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。
22.实施例2开启作料塔，并向作料塔内通入100kg苯甲醚，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入32kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在45
±
5℃，同时保证塔内压力维持在150
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到2时，将反应混合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在45
±
5℃。络合塔内的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。
23.实施例3开启作料塔，并向作料塔内通入100kg苯甲醚，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入45kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在95
±
5℃，同时保证塔内压力维持在290
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到3时，将络合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在95
±
5℃。络合塔内的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。
24.实施例4开启作料塔，并向作料塔内通入100kg硼酸三甲酯，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入66kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在5
±
5℃，同时保证塔内压力维持在90
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到1.5时，将反应混合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在5
±
5℃。络合塔内生成的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔
底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。
25.实施例5开启作料塔，并向作料塔内通入100kg硼酸三甲酯，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入50kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在45
±
5℃，同时保证塔内压力维持在150
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到2时，将反应混合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在45
±
5℃。络合塔内的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。
26.实施例6开启作料塔，并向作料塔内通入100kg硼酸三甲酯，并开启塔身自循环泵，开启塔身冷凝，然后以一定流量通入33kg四氟化硅，在作料塔内发生络合反应生成反应混合物，保证塔身温度维持在在95
±
5℃，同时保证塔内压力维持在290
±
10kpa，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到3时，将络合物泵入络合塔。络合塔塔身上具有夹套。通过控制介质流量，从而保证络合塔内温度维持在在95
±
5℃。络合塔内的络合物通过物料泵打入交换塔，在交换塔中进行交换精馏，然后再通过物料泵将最后一根交换塔中的络合物打入分解预热器预热后进入分解器，其中分解器内生成的提浓后四氟化硅从分解器顶端进入最后一根交换塔内，然后顺次通过各个交换塔后，从络合塔底进入络合塔；在分解器内生成的络合剂则进入除杂塔，经过精馏提纯，得到纯净的络合剂，然后将络合剂打入络合塔的塔顶，与从络合塔底进入的四氟化硅气体发生络合反应。如此进行循环过程，当络合塔塔底的络合物中si28丰度≥99.5%后，关闭作料塔到络合塔的物料输送装置，并打开作料塔到交换塔的物料输送装置，并在络合塔塔底采出si28丰度≥99.5%的络合物产物和最后一个交换塔的塔底采出副产物，从而进行硅同位素连续生产。

技术特征：
1.一种硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于，所述硅同位素连续化生产工艺方法使用的硅同位素连续化生产装置包括作料塔，所述作料塔的塔釜进料口与四氟化硅气罐连通，作料塔的塔顶进料口与络合剂罐连通，作料塔的塔釜出料口与作料塔的塔顶循环口连通；络合塔，所述络合塔的塔釜进料口与作料塔的塔釜出料口连通；交换塔，所述交换塔依次连通设有多个，位于最前方的交换塔的塔顶进料口与络合塔的塔底出料口及作料塔的塔釜出料口连通，位于最前方的交换塔的塔顶回料口与络合塔的塔底循环口连通，位于前方的交换塔塔底出料口依次与位于后方的交换塔塔顶进料口连通，位于后方的交换塔塔顶回料口依次与位于前方的交换塔塔底循环口连通；分解塔，所述分解塔的中部进料口与位于最后方的交换塔塔底出料口连通；除杂塔，所述除杂塔的中部进料口与分解塔的塔釜出料口连通，除杂塔的上段出料口与络合塔的塔顶循环口连通；气液分离罐，所述气液分离罐的中部进料口与分解塔的塔顶出料口连通，气液分离罐的气相出料口与位于最后方的交换塔塔底循环口连通，气液分离罐的液相出料口与分解塔的塔釜循环口连通；所述硅同位素连续化生产工艺方法包括以下步骤：s1、将络合剂与四氟化硅依次注入作料塔进行反应，得到反应混合物，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到1.5-3时，将反应混合物注入络合塔；s2、反应混合物沿络合塔、交换塔、分解塔循环反应，得到络合产物；s3、当络合产物中si28丰度达到目标丰度时，作料塔持续向位于最前方的交换塔中注入反应混合物，从络合塔底部采出si28产品，从位于最后方的交换塔底部采出副产物。2.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：分解塔与位于最后方的交换塔之间设有分解预热器，分解预热器的底部进料口与位于最后方的交换塔的塔底出料口连通，分解预热器的顶部出料口与分解塔的中部进料口连通。3.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：气液分离罐与位于最后方的交换塔之间设有气相缓冲罐，所述气相缓冲罐的中部进料口与气液分离罐的气相出料口连通，气相缓冲罐的气相出料口与位于最后方的交换塔塔底循环口连通，气相缓冲罐底部的液相出料口与分解塔的塔釜循环口连通。4.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：全部交换塔的填料段高度之和≥10米。5.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：所述络合塔底部设有si28采出口，位于最后方的交换塔底部设有副产物采出口。6.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：步骤s1中作料塔的塔身温度为0-100℃，塔内压力为90-300kpa，步骤s2中络合塔的塔内温度为0-100℃。7.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：所述络合剂为苯甲醚或硼酸三甲酯。8.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：所述目标丰度为99.5%以上。9.根据权利要求1所述的硅同位素连续化生产工艺方法，其特征在于：分解预热器的工
作温度为100-150℃，分解器的工作温度为150-300℃。

技术总结
本发明提供了一种硅同位素连续化生产工艺方法，应用了新型硅同位素连续化生产装置和配套工艺参数，包括以下步骤：将络合剂与四氟化硅依次注入作料塔进行反应，当反应混合物中络合剂与四氟化硅的摩尔比达到1.5-3时，将反应混合物注入络合塔；反应混合物沿络合塔、交换塔、分解塔循环反应，得到络合产物；当络合产物中Si28丰度达到目标丰度时，作料塔持续向位于最前方的交换塔中注入反应混合物，从络合塔底部采出Si28产品，从位于最后方的交换塔底部采出副产物。本发明所述的硅同位素连续化生产工艺方法能够实现工业生产并得到合格的商业化产品，持续化生产硅同位素产品，成本低，分离效率高，工艺操作简便，控制方法简单。控制方法简单。控制方法简单。


技术研发人员：苑逸夫
受保护的技术使用者：深圳天和盛同位素新材料有限公司
技术研发日：2023.08.29
技术公布日：2023/10/8