【技术实现步骤摘要】
本申请属于同位素分离，尤其涉及一种利用自来水制备氧18和重水的装置和方法。
技术介绍
1、自然界氧元素主要以16o、17o、18o三种稳定同位素的形式存在，天然丰度分别为99.76％、0.037％、0.204％。氢与氧18同位素结合的产物常被称为重氧水或者氧18水(h218o)，其理化性质与轻水基本相同。氧18是稳定同位素中应用最广泛的一种，氧18水也是pet显像药物上的专用试剂。
2、氧同位素的应用主要是利用其相似的理化性质，同位素之间可以相互取代而不影响原物质本身的性质。而氧18作为一种稳定同位素，其应用主要分为两大类，一是利用其相似的理化性质，作为“同位素示踪剂”，应用于生物体代谢、药物合成、物理、化学、生物医学、环境科学与水文地质学、化学反应机理等方面的研究；二是作为氟18核素的原料广泛应用于氟18正电子药物合成与分子影像研究。
3、稳定同位素氧18的分离方法主要有热扩散法、精馏、化学交换法、电解、激光法、膜分离法以及色谱法。然而，适用于工业生产的方法只有精馏法，包含no或者o2低温精馏法和水精馏法。其中，低温精馏对装置、建设要求极高、技术难度大、成本高等缺点受到限制；水精馏法分离主要是利用同位素分子之间的蒸气压(挥发度)差异，实现分离，水精馏法虽然具有能耗大的缺点，但其处理通量大、操作相对简便易于自动化。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种利用自来水制备氧18和重水的装置和方法，克服水精馏方法带来能耗大的缺点，降低生产成本，适用于核电以及民
2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、第一方面，本申请提供一种利用自来水制备氧18和重水的装置，包括依次串联的第一大塔、第二大塔、第一塔组、第二塔组、第六小塔、第七小塔和第八小塔，所述第八小塔通过管路连接电解槽；所述第一塔组包括并联的第一小塔、第二小塔和第三小塔，所述第二塔组包括并联的第四小塔和第五小塔；所述第一大塔和所述第二大塔对进入塔中大流量的自来水进行预浓缩，塔底得到的中间物料通过泵输送到所述第一塔组和所述第二塔组进行进中度浓缩，塔底浓缩物传输到下一级精馏塔中进行高度浓缩。
4、在一些实施例中，所述第一大塔的底部连接所述第二大塔的顶部、所述第二大塔的底部连接所述第一塔组的顶部、所述第一塔组的底部连接所述第二塔组的顶部、所述第二塔组的底部连接所述第六小塔的顶部、所述第六小塔的底部连接所述第七小塔的顶部、所述第七小塔的底部连接所述第八小塔的顶部。
5、在一些实施例中，所述第一大塔和所述第二大塔连接的第一管路上设有第一传输泵、第一流量计，所述第二大塔和所述第一塔组之间的第二管路上设有第二传输泵、第二流量计，所述第一塔组和所述第二塔组之间的第三管路上设有第三传输泵、第三流量计，所述第二塔组和所述第六小塔之间的第四管路上设有第四传输泵，所述第六小塔和所述第七小塔之间的第五管路上设有第五传输泵、第五流量计。
6、在一些实施例中，所述第一大塔的塔顶设有真空压力表，主要作用为监测整个级联工艺中精馏塔的压力，确保整个精馏塔内部的压力在一个恒定的值。
7、在一些实施例中，所述电解槽温度范围在10℃-25℃。
8、在一些实施例中，理论塔板数为3000-3500块。
9、在一些实施例中，精馏塔内布置有混装的规整填料与散堆填料。
10、在一些实施例中，塔体采用316l不锈钢，填料为表面修饰处理的规整斜纹丝网填料和散堆填料。
11、第二方面，本申请提供一种利用自来水制备氧18和重水的方法，包括：
12、步骤1：以自来水为原料，去除自来水中颗粒杂质；
13、步骤2：将步骤1过滤后的自来水利用反渗透膜进行反渗透；
14、步骤3：采用如权利要求1-8任一项所述的装置，以步骤2处理之后的自来水为原料，原料进入第一级的大塔进行预浓缩，在塔体得到的中间产物进入下一级精馏塔进行初浓缩，经多级串联精馏塔初浓缩之后的原料液分成多股进入下一级精馏塔，经过多级的并联精馏塔浓缩富集，在塔底得到的中间产物汇流进入下一级精馏塔，之后进行高浓缩富集；
15、步骤4：将精馏得到的高丰度重氧水通过电解池，在电解池的电极部位分别得到高纯氧18气体和氘气；
16、步骤5：将电解得到的高纯氧18气体和氘气净化除杂、冷凝，再与高纯氢气、高纯氧气通过贵金属氧化催化得到氧18水和重水。
17、步骤1中，通过膜过滤的方式去除自来水中的颗粒杂质。
18、步骤3中，压力控制在负压5kpa-30kpa，温度范围在313k-353k。
19、与现有技术相比，本申请提供的利用自来水制备氧18和重水的装置和方法具有以下有益效果：
20、本申请提供的方法耦合核电站富余蒸汽作为能源，降低水精馏方法带来能耗，从而降低生产成本，该方法适用于核电以及民用稳定同位素氧18与重水的生产。
21、本申请采用自来水为原料，原材料来源广泛易获取、价格低廉、无污染、清洁环保，整个生产过程是无污染、无害对环境友好，符合国家发展新质生产力的要求。
22、进一步地，本申请通过过滤、反渗透、串并联相结合的多级级联精馏工艺过程、电解池电解过程、化合氧化过程可以得到高纯度、高丰度的氧18水和重水。同时该方法耦合核电站蒸汽富余的特点，使得核电富余蒸汽资源的充分高效利用，降低精馏过程中高能耗带来的能源、环境问题。
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1.一种利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，包括依次串联的第一大塔(1a)、第二大塔(1b)、第一塔组、第二塔组、第六小塔(1h)、第七小塔(1i)和第八小塔(1j)，所述第八小塔(1j)通过管路连接电解槽；所述第一塔组包括并联的第一小塔(1c)、第二小塔(1d)和第三小塔(1e)，所述第二塔组包括并联的第四小塔(1f)和第五小塔(1g)；所述第一大塔(1a)和所述第二大塔(1b)对进入塔中大流量的自来水进行预浓缩，塔底得到的中间物料通过泵输送到所述第一塔组和所述第二塔组进行进中度浓缩，塔底浓缩物传输到下一级精馏塔中进行高度浓缩。
2.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，所述第一大塔(1a)的底部连接所述第二大塔(1b)的顶部、所述第二大塔(1b)的底部连接所述第一塔组的顶部、所述第一塔组的底部连接所述第二塔组的顶部、所述第二塔组的底部连接所述第六小塔(1h)的顶部、所述第六小塔(1h)的底部连接所述第七小塔(1i)的顶部、所述第七小塔(1i)的底部连接所述第八小塔(1j)的顶部。
3.根据权利要求1或2所述的利用自
4.根据权利要求3所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，所述第一大塔(1a)的塔顶设有真空压力表(4a)。
5.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，所述电解槽温度范围在10℃-25℃。
6.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，理论塔板数为3000-3500块。
7.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，精馏塔内布置有混装的规整填料与散堆填料。
8.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，塔体采用316L不锈钢，填料为表面修饰处理的规整斜纹丝网填料和散堆填料。
9.一种利用自来水制备氧18和重水的方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的利用自来水制备氧18和重水的方法，其特征在于，步骤1中，通过膜过滤的方式去除自来水中的颗粒杂质。
11.根据权利要求9所述的利用自来水制备氧18和重水的方法，其特征在于，步骤3中，压力控制在负压5kPa-30kPa，温度范围在313K-353K。
...【技术特征摘要】
1.一种利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，包括依次串联的第一大塔(1a)、第二大塔(1b)、第一塔组、第二塔组、第六小塔(1h)、第七小塔(1i)和第八小塔(1j)，所述第八小塔(1j)通过管路连接电解槽；所述第一塔组包括并联的第一小塔(1c)、第二小塔(1d)和第三小塔(1e)，所述第二塔组包括并联的第四小塔(1f)和第五小塔(1g)；所述第一大塔(1a)和所述第二大塔(1b)对进入塔中大流量的自来水进行预浓缩，塔底得到的中间物料通过泵输送到所述第一塔组和所述第二塔组进行进中度浓缩，塔底浓缩物传输到下一级精馏塔中进行高度浓缩。
2.根据权利要求1所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，所述第一大塔(1a)的底部连接所述第二大塔(1b)的顶部、所述第二大塔(1b)的底部连接所述第一塔组的顶部、所述第一塔组的底部连接所述第二塔组的顶部、所述第二塔组的底部连接所述第六小塔(1h)的顶部、所述第六小塔(1h)的底部连接所述第七小塔(1i)的顶部、所述第七小塔(1i)的底部连接所述第八小塔(1j)的顶部。
3.根据权利要求1或2所述的利用自来水制备氧18和重水的装置，其特征在于，所述第一大塔(1a)和所述第二大塔(1b)连接的第一管路上设有第一传输泵(2a)、第一流量计(3a)，所述第二大塔(1b)和所述第一塔组之间的第二管路上设有第二传输泵(2b)、第二流量计(3b)，所述第一塔组和所述第二塔组之间的第三管...
【专利技术属性】
技术研发人员：金爱平，邹正宇，尚宪和，熊小红，吴明亮，李昌达，郑奕，张鹏，沈沄，高新国，于拥军，胡玉乔，李世生，唐金金，
申请(专利权)人：中核核电运行管理有限公司，
类型：发明
国别省市：
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