專利名稱：雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮－15的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)高濃氮-15硝酸的方法，屬于高濃氮-15硝酸生產(chǎn)技術領域。
背景技術：
天然界所有含氮物質(zhì)中的氮元素均由兩種穩(wěn)定同位素氮-14和氮-15組成的，它們的天然含量(稱天然豐度)分別為99.635％和0.365％，原子結構差別僅在于原子核的中子數(shù)目不同，氮-15比氮-14多一個中子。由于它們的核外性質(zhì)相同，化學性質(zhì)及絕大多數(shù)物理性質(zhì)完全相同，所以氮-15是氮元素最好的示蹤劑。氮元素是有機生命體的主要組成元素，而氮-15又是穩(wěn)定同位素(即沒有放射性危害問題)，可以直接用于人體，所以在醫(yī)、藥、生物化學和生命科學等科學領域中得到了廣泛的應用，具有重要的經(jīng)濟和社會效益，是為人類造福的和平利用原子能一個組成部分。
工業(yè)化生產(chǎn)氮-15的現(xiàn)有技術有-154℃一氧化氮低溫精餾和常溫常壓氧化氮/硝酸化學交換等方法?；瘜W交換法較為簡便生產(chǎn)成本低，是當今生產(chǎn)氮-15的主要方法。
現(xiàn)有的化學交換法存在如下缺點(1)生產(chǎn)裝置頂部排出的有毒氧化氮，只能送回緊鄰的硝酸廠回收處理，沒有硝酸廠的地方就無法使用此方法。如果用堿吸收回收，則因回收產(chǎn)物價值不高，而影響氮-15產(chǎn)品成本。(2)原料硝酸利用率低，最高不超過(1.055-1)/1.055＝5.21％，此處1.055是常溫常壓氧化氮與硝酸化學交換濃縮氮-15的分離系數(shù)，為一常數(shù)，因此需消耗較大量的原料硝酸(10摩爾濃度的稀硝酸)，對于年產(chǎn)30公斤高濃氮-15產(chǎn)品而言10摩爾硝酸年用量約2340噸。(3)返回硝酸廠的氧化氮中氮-15同位素濃度已低于原料硝酸中的氮-15同位素濃度(即天然豐度)，硝酸廠需另設一裝置回收它，由它“再合成”的“回收硝酸”也不能混入硝酸廠正常硝酸產(chǎn)品貯槽中，須另行存放，因為氮-15生產(chǎn)系統(tǒng)用的原料硝酸(氮-15的來源)必須是硝酸廠的正常產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點，降低生產(chǎn)成本，并使生產(chǎn)規(guī)模不受限制，本發(fā)明提供了一種雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法。
本發(fā)明的一種方案為雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程，在濃縮工段中，設有按級聯(lián)方式連接的濃縮塔，以及與所述濃縮塔相對應的底回流器，所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下所述濃縮工段的原料為所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸與原料硝酸的匯流物，所述硝酸匯流物中的氮-15同位素濃度為天然豐度；讓所述硝酸匯流物在所述濃縮塔中自上而下流動，并與通過所述底回流器的底回流反應后返回濃縮塔的自下而上流動的氧化氮逆流接觸進行氮的同位素化學交換反應，使得往下流動的硝酸中氮-15濃度不斷升高，最終可得所需濃度的氮-15硝酸產(chǎn)品；從第1級濃縮塔塔頂流出所述濃縮工段的氧化氮氣體中，氮-15濃度略低于天然豐度，將這股氧化氮氣體作為提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，繼續(xù)供同位素化學交換反應使用，以便進一步提取其中的氮-15；在提取工段中，設有頂回流器和一座提取塔，所述提取工段執(zhí)行的步驟如下用去離子水和氧氣做原料，將流出所述提取塔頂部并進入頂回流器底部的氧化氮在所述頂回流器內(nèi)回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作為尾液排出系統(tǒng)外，大部分則回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流動，繼續(xù)與從上述濃縮工段頂部流出的氧化氮進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，使得往上流動的氧化氮氣體中氮-15濃度不斷降低，最后流出提取塔頂部進入所述的頂回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流動的氮-14硝酸則因同位素交換效應，使得其中氮-15濃度不斷提升，流至塔底時已經(jīng)恢復到天然豐度；然后將所述恢復到天然豐度的硝酸與原料硝酸相匯合，送入濃縮工段的第1級濃縮塔頂部，作為濃縮工段的原料。
本發(fā)明的另一種方案為雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程，在濃縮工段中，設有按級聯(lián)方式連接的濃縮塔，以及與所述濃縮塔相對應的底回流器，所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下所述濃縮工段的原料為所述提取工段的最后一級提取塔中流至底部的回收硝酸與原料硝酸的匯流物，所述硝酸匯流物中的氮-15同位素濃度為天然豐度；讓所述硝酸匯流物在所述濃縮塔中自上而下流動，并與通過所述底回流器的底回流反應后返回濃縮塔的自下而上流動的氧化氮逆流接觸進行氮的同位素化學交換反應，使得往下流動的硝酸中氮-15濃度不斷升高，最終可得所需濃度的氮-15硝酸產(chǎn)品；從第1級濃縮塔塔頂流出所述濃縮工段的氧化氮氣體中，氮-15濃度略低于天然豐度，將這股氧化氮氣體作為提取工段的氮-15原料，送至提取工段最后一級提取塔的底部，繼續(xù)供同位素化學交換反應使用，以便進一步提取其中的氮-15；在提取工段中，設有頂回流器，以及按級聯(lián)方式連接的提取塔，所述提取工段執(zhí)行的步驟如下用去離子水和氧氣做原料，將流出第1級提取塔頂部并進入頂回流器底部的氧化氮在所述頂回流器內(nèi)回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作為尾液排出系統(tǒng)外，大部分則回流入所述的第1級提取塔，所述氮-14硝酸在第1級提取塔中自上而下流動，繼續(xù)與從第2級提取塔頂部流出的氧化氮進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應；從第1級提取塔底部流出的回收硝酸送入第2級提取塔的頂部，所述回收硝酸在第2級提取塔中與從第3級提取塔頂部流出的氧化氮進行前述反應，依次類推；在各級提取塔中，氣相從下往上流動，其中氮-15同位素濃度不斷降低；液相自上而下流動，其中氮-15同位素濃度不斷上升；如此繼續(xù)下去，上述氮-15同位素濃度不斷得以提升的回收硝酸最終在最后一級提取塔中與從濃縮工段頂部流出的氧化氮相遇，進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，流至塔底時其中的氮-15同位素濃度已經(jīng)恢復到天然豐度，與原料硝酸匯合后泵入濃縮工段的第1級濃縮塔頂部，作為濃縮工段的原料。
本發(fā)明所述方法還包括將生產(chǎn)硫酸過程中的半成品二氧化硫用管道輸?shù)剿鰸饪s工段的底回流器中參與底回流反應的步驟，以及將底回流反應產(chǎn)生的稀硫酸用管道送回硫酸生產(chǎn)車間作為生產(chǎn)濃硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步驟。
在本發(fā)明中，在所述的提取工段中提取塔是逆流氣液傳質(zhì)塔，操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
在本發(fā)明中，所述的頂回流器操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，反應物在所述的反應填料層內(nèi)呈氣體自下而上流動、液體從上往下流動的逆流形式接觸反應的，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
在本發(fā)明中，所述的氮-15硝酸產(chǎn)品從最后級濃縮塔塔底流出液中用計量泵或電磁擺動漏斗計量取出。
本發(fā)明是在依附于硝酸工廠、單(底)化學回流的氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15方法的基礎上進行改進的，原來需排放到硝酸工廠的氮-15同位素濃度還很高(大于0.346％)的氧化氮尾氣，如果就此排出系統(tǒng)，則會大量浪費原料硝酸中的氮-15資源。本發(fā)明增設了提取工段，提取工段中有以水和氧氣為原料的頂回流器，將氧化氮尾氣合成的回收硝酸，返回系統(tǒng)循環(huán)利用；提取工段中還有提取塔，將回收的氮-14硝酸中氮-15濃度恢復到天然豐度，從而替代了絕大部分原料硝酸，原料硝酸的利用率可提高到95％以上，使得原料硝酸用量降低至現(xiàn)有技術的1/25左右。
現(xiàn)有化學交換技術的底回流反應需要較大數(shù)量的二氧化硫，傳統(tǒng)做法是向硫酸廠購買2噸裝的鋼瓶二氧化硫。鋼瓶二氧化硫運到氮-15生產(chǎn)現(xiàn)場，需要運輸費用；鋼瓶吊卸、安裝到生產(chǎn)流程中、空瓶吊裝上車等，均需增加人工費用；為了防止供應脫節(jié)，還得需要較大場地貯放一定數(shù)量鋼瓶，需要場地費；還需要鋼瓶租用費和年檢費等。此外，底回流反應還產(chǎn)生銷路不暢的60％濃度的稀硫酸，如不及時處理將會影響正常生產(chǎn)，這就限制了生產(chǎn)規(guī)模的擴大。本發(fā)明將上述氮-15生產(chǎn)裝置與硫酸生產(chǎn)裝置聯(lián)合，將硫酸生產(chǎn)過程中半成品二氧化硫用管道輸?shù)剿鰸饪s工段的底回流器中，把底回流反應產(chǎn)生的稀硫酸用管道送回硫酸生產(chǎn)車間，作為生產(chǎn)濃硫酸所需的三氧化硫吸收液使用，變“廢”為寶。對于硫酸廠而言，不但沒有損失硫元素，而且底回流反應還為硫酸廠完成了兩個步驟的加工，獲得進一步的半成品稀硫酸，也就是說，對于這樣的氮-15生產(chǎn)方法，硫酸廠沒有花費額外的費用，而氮-15濃縮工段則可節(jié)省大量操作費用。故該部分的發(fā)明既可進一步降低氮-15生產(chǎn)成本，又可克服因副產(chǎn)品稀硫酸銷路不暢和二氧化硫供應不上而限制氮-15生產(chǎn)規(guī)模擴大的困難。


圖1.是本發(fā)明的第一個實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合圖1來說明本發(fā)明的第一個實施例，也是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
本發(fā)明的第一個實施例所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15方法通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程。
在濃縮工段2中，設有按級聯(lián)方式連接的若干級濃縮塔21、22、……2m(m＝1～4)，以及對應的底回流器211、221、……2ml和計量泵212、222、……2m2；在本實施例中，還利用了硫酸生產(chǎn)車間中的硫酸生產(chǎn)裝置3。硫酸生產(chǎn)裝置3通過二氧化硫總管31和支管311、312、……31m(m＝1～4)將二氧化硫分別引入底回流器211、221、……2ml，而底回流反應產(chǎn)生的稀硫酸則分別經(jīng)稀硫酸支管321、322、……32m匯入稀硫酸總管32，送回硫酸生產(chǎn)裝置3。
所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下原料硝酸從原料酸貯槽4經(jīng)原料酸計量泵41精確計量(流量以F表示)加到最后一級提取塔1n底部，與該塔流至底部的硝酸匯合，流入計量泵1n1的進口，經(jīng)過計量泵1nl送入第1濃縮塔21的頂部，作為第1級濃縮塔21的原料(也是整個濃縮工段2的原料)，該股物流中的氮-15同位素濃度為天然豐度，經(jīng)第1濃縮塔21的濃縮作用，流至塔底時，其中氮-15同位素濃度有了一定的提高，流出塔底后被計量泵212精確分割出一部分2112，作為第2濃縮塔22的原料，進一步濃縮氮-15；第1濃縮塔21塔底流出液的其余部分經(jīng)管道2111流入第1底回流器211的上部。去離子水從去離子水貯槽8經(jīng)去離子水總管82和支管821滴入第1底回流器211參與底回流反應，二氧化硫從硫酸生產(chǎn)裝置3，經(jīng)二氧化硫總管31、二氧化硫支管311進入第1底回流器211，與底回流器內(nèi)的硝酸進行回流反應，反應生成物為氧化氮氣體和副產(chǎn)物稀硫酸，稀硫酸經(jīng)支管321匯入稀硫酸總管32送回硫酸生產(chǎn)裝置3，作生產(chǎn)濃硫酸所需的三氧化硫吸收液使用；氧化氮從第1底回流器211頂部出來，經(jīng)管道2113返回本級濃縮塔21底部，供同位素化學交換反應使用，氧化氮氣體在第1級濃縮塔21內(nèi)自下而上流動，氮-15同位素濃度不斷下降，到達塔頂時略低于天然豐度(但大于0.346％)，流出濃縮塔21塔頂后用管道213送到提取工段1的最后提取塔1n的底部，供同位素化學交換反應用，以便進一步提取其中的氮-15，所以該股物流就是提取工段1的氮-15原料流。
濃縮工段中的第2級濃縮塔22，在接受加料流2112后，經(jīng)歷了與第1級濃縮塔21及第1底回流器211相同的反應，第2級濃縮塔22部分底流出液2212被送到第3級繼續(xù)濃縮氮-15，第2級濃縮塔22頂部出來的氧化氮氣體223返回前級繼續(xù)剝淡其中的氮-15濃度。依次類推，可在最后級濃縮塔2m底部流出液中獲得所需濃度的高濃氮-15硝酸產(chǎn)品，用產(chǎn)品計量泵2m2或電磁擺動漏斗出料機構計量取出產(chǎn)品(流量以P表示)并儲于氮-15硝酸產(chǎn)品貯槽5中。
濃縮工段中諸設備操作參數(shù)基本上與現(xiàn)有技術相同，如操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.05Mpa，液相噴淋密度為0.3～4ml/cm2.min，硝酸濃度為10摩爾。
在提取工段1中，設有頂回流器11、提取塔12、13、……1n(n＝2～5)和計量泵121、131、……1n1。
所述的頂回流器操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，反應物在所述的反應填料層內(nèi)呈氣液逆流接觸形式反應，反應熱由冷卻水移去，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min，化學反應式如下2NO+O2＝2NO2+熱量3NO2+H2O＝2HNO3+NO+熱量在本實施例中，提取塔采用四級提取塔級聯(lián)的方式，即四級提取塔之間是按如下方式連接的第1級提取塔12塔頂硝酸進口與所述的頂回流器11氮-14硝酸出口相接，塔頂尾氣氧化氮出口122與所述的頂回流器11尾氣氧化氮進氣口相連；第1提取塔12塔底硝酸出口與計量泵121進口連接，從計量泵121出來的硝酸加到第2提取塔13塔頂，作為第2級提取塔13加料液使用，第1級提取塔12塔底氧化氮進口與第2級提取塔13塔頂氧化氮出口132相接；依次類推，最后一級提取塔15的硝酸流出液依靠計量泵151加到所述的濃縮工段中第1濃縮塔塔頂，作為濃縮工段加料液使用，而從所述的濃縮工段中第1濃縮塔塔頂排放出的氧化氮213(即濃縮工段的尾氣)則用管道引入最后一級提取塔的塔底氧化氮進氣口。
所述的提取塔可采用逆流氣液傳質(zhì)塔，操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，氣液兩相在填料層內(nèi)進行逆流接觸氮同位素化學交換反應15NO+H14NO3＝14NO+H15NO3分離系數(shù)α＝1.055液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
所述提取工段執(zhí)行的步驟如下在頂回流器11底部加入氧氣71(來自氧氣鋼瓶組或液氧儲罐7)，在頂回流器11頂部加入去離子水81(來自去離子水貯槽8)，將流出第1級提取塔12頂部并進入頂回流器11底部的氧化氮122在所述頂回流器的反應填料層內(nèi)作氣液逆流接觸反應，回收成反應產(chǎn)物為氮-15濃度足夠低的硝酸(稱氮-14硝酸或回收硝酸)，它流出后被分割成兩個部分，絕大部分為111流回第1提取塔12頂部，其余小部分112被計量(流量以W表示)排出系統(tǒng)作為副產(chǎn)品(也稱尾液)儲于氮-14硝酸貯槽6中。從全系統(tǒng)硝酸流的物料衡算知，W＝F-P，而P＜＜F，所以W≈F。
所述氮-14硝酸在第1級提取塔12中自上而下流動，繼續(xù)與從第2級提取塔13頂部流出的氧化氮132進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應。從第1級提取塔12底部流出的回收硝酸經(jīng)計量泵121送到第2級提取塔13的頂部，此回收硝酸在第2級提取塔13中與從第3級提取塔14頂部流出的氧化氮142進行前述反應，依次類推。在各級提取塔中，氣相從下往上流動，其中氮-15同位素濃度不斷降低；液相自上而下流動，其中氮-15同位素濃度不斷上升。如此繼續(xù)下去，上述氮-15同位素濃度不斷得以提升的回收硝酸最終在最后一級提取塔15中與從濃縮工段頂部流出的氧化氮213相遇，進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，流至塔底時其中的氮-15同位素濃度已經(jīng)恢復到天然豐度，與原料硝酸匯合后泵入濃縮工段的第1級濃縮塔21頂部，作為濃縮工段的原料。
下面介紹本發(fā)明所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法的第二個實施例，通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程。
在濃縮工段中，設有按級聯(lián)方式連接的濃縮塔，以及與所述濃縮塔相對應的底回流器，所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下所述濃縮工段的原料為所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸與原料硝酸的匯流物，所述硝酸匯流物中的氮-15同位素濃度為天然豐度；讓所述硝酸匯流物在所述濃縮塔中自上而下流動，并與通過所述底回流器的底回流反應后返回濃縮塔的自下而上流動的氧化氮逆流接觸進行氮的同位素化學交換反應，使得往下流動的硝酸中氮-15濃度不斷升高，最終可得所需濃度的氮-15硝酸產(chǎn)品；從第1級濃縮塔塔頂流出所述濃縮工段的氧化氮氣體中，氮-15濃度略低于天然豐度，將這股氧化氮氣體作為提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，繼續(xù)供同位素化學交換反應使用，以便進一步提取其中的氮-15；在提取工段中，設有頂回流器和一座提取塔，所述提取工段執(zhí)行的步驟如下用去離子水和氧氣做原料，將流出所述提取塔頂部并進入頂回流器底部的氧化氮在所述頂回流器內(nèi)回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作為尾液排出系統(tǒng)外，大部分則回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流動，繼續(xù)與從上述濃縮工段頂部流出的氧化氮進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，使得往上流動的氧化氮氣體中氮-15濃度不斷降低，最后流出提取塔頂部進入所述的頂回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流動的氮-14硝酸則因同位素交換效應，使得其中氮-15濃度不斷提升，流至塔底時已經(jīng)恢復到天然豐度；然后將所述恢復到天然豐度的硝酸與原料硝酸相匯合，送入濃縮工段的第1級濃縮塔頂部，作為濃縮工段的原料。
下面，以列表方式描述實施本發(fā)明的另一個具體實施例的工藝參數(shù)。以氮-15天然豐度為0.365％10摩爾濃度市售硝酸為原料，在濃縮工段中使用兩級濃縮塔，在提取工段中使用一座提取塔，日產(chǎn)3.65毫升10摩爾氮-15硝酸(其中氮-15同位素濃度≥99％)。
表1.日產(chǎn)3.65毫升10摩爾氮-15硝酸，氮-15濃度≥99％，生產(chǎn)裝置工藝參數(shù)表


權利要求
1.雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述方法通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程，在濃縮工段中，設有按級聯(lián)方式連接的濃縮塔，以及與所述濃縮塔相對應的底回流器，所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下所述濃縮工段的原料為所述提取工段的提取塔中流至底部的回收硝酸與原料硝酸的匯流物，所述硝酸匯流物中的氮-15同位素濃度為天然豐度；讓所述硝酸匯流物在所述濃縮塔中自上而下流動，并與通過所述底回流器的底回流反應后返回濃縮塔的自下而上流動的氧化氮逆流接觸進行氮的同位素化學交換反應，使得往下流動的硝酸中氮-15濃度不斷升高，最終可得所需濃度的氮-15硝酸產(chǎn)品；從第1級濃縮塔塔頂流出所述濃縮工段的氧化氮氣體中，氮-15濃度略低于天然豐度，將這股氧化氮氣體作為提取工段的氮-15原料，送至提取工段中的提取塔的底部，繼續(xù)供同位素化學交換反應使用，以便進一步提取其中的氮-15；在提取工段中，設有頂回流器和一座提取塔，所述提取工段執(zhí)行的步驟如下用去離子水和氧氣做原料，將流出所述提取塔頂部并進入頂回流器底部的氧化氮在所述頂回流器內(nèi)回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作為尾液排出系統(tǒng)外，大部分則回流入所述的提取塔，所述氮-14硝酸在提取塔中自上而下流動，繼續(xù)與從上述濃縮工段頂部流出的氧化氮進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，使得往上流動的氧化氮氣體中氮-15濃度不斷降低，最后流出提取塔頂部進入所述的頂回流器中，回收成氮-14硝酸；而向下流動的氮-14硝酸則因同位素交換效應，使得其中氮-15濃度不斷提升，流至塔底時已經(jīng)恢復到天然豐度；然后將所述恢復到天然豐度的硝酸與原料硝酸相匯合，送入濃縮工段的第1級濃縮塔頂部，作為濃縮工段的原料。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述方法還包括將生產(chǎn)硫酸過程中的半成品二氧化硫用管道輸?shù)剿鰸饪s工段的底回流器中參與底回流反應的步驟，以及將底回流反應產(chǎn)生的稀硫酸用管道送回硫酸生產(chǎn)車間作為生產(chǎn)濃硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步驟。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于在所述的提取工段中提取塔是逆流氣液傳質(zhì)塔，操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述的頂回流器操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，反應物在所述的反應填料層內(nèi)呈氣體自下而上流動、液體從上往下流動的逆流形式接觸反應的，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述的氮-15硝酸產(chǎn)品從最后級濃縮塔塔底流出液中用計量泵或電磁擺動漏斗計量取出。
6.雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述方法通過濃縮工段和提取工段這兩個工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程，在濃縮工段中，設有按級聯(lián)方式連接的濃縮塔，以及與所述濃縮塔相對應的底回流器，所述濃縮工段執(zhí)行的步驟如下所述濃縮工段的原料為所述提取工段的最后一級提取塔中流至底部的回收硝酸與原料硝酸的匯流物，所述硝酸匯流物中的氮-15同位素濃度為天然豐度；讓所述硝酸匯流物在所述濃縮塔中自上而下流動，并與通過所述底回流器的底回流反應后返回濃縮塔的自下而上流動的氧化氮逆流接觸進行氮的同位素化學交換反應，使得往下流動的硝酸中氮-15濃度不斷升高，最終可得所需濃度的氮-15硝酸產(chǎn)品；從第1級濃縮塔塔頂流出所述濃縮工段的氧化氮氣體中，氮-15濃度略低于天然豐度，將這股氧化氮氣體作為提取工段的氮-15原料，送至提取工段最后一級提取塔的底部，繼續(xù)供同位素化學交換反應使用，以便進一步提取其中的氮-15；在提取工段中，設有頂回流器，以及按級聯(lián)方式連接的提取塔，所述提取工段執(zhí)行的步驟如下用去離子水和氧氣做原料，將流出第1級提取塔頂部并進入頂回流器底部的氧化氮在所述頂回流器內(nèi)回收成氮-14硝酸，然后分出一小部分作為尾液排出系統(tǒng)外，大部分則回流入所述的第1級提取塔，所述氮-14硝酸在第1級提取塔中自上而下流動，繼續(xù)與從第2級提取塔頂部流出的氧化氮進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應；從第1級提取塔底部流出的回收硝酸送入第2級提取塔的頂部，所述回收硝酸在第2級提取塔中與從第3級提取塔頂部流出的氧化氮進行前述反應，依次類推；在各級提取塔中，氣相從下往上流動，其中氮-15同位素濃度不斷降低；液相自上而下流動，其中氮-15同位素濃度不斷上升；如此繼續(xù)下去，上述氮-15同位素濃度不斷得以提升的回收硝酸最終在最后一級提取塔中與從濃縮工段頂部流出的氧化氮相遇，進行氣液兩相逆流接觸式的氮同位素化學交換反應，流至塔底時其中的氮-15同位素濃度已經(jīng)恢復到天然豐度，與原料硝酸匯合后泵入濃縮工段的第1級濃縮塔頂部，作為濃縮工段的原料。
7.根據(jù)權利要求6所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述方法還包括將生產(chǎn)硫酸過程中的半成品二氧化硫用管道輸?shù)剿鰸饪s工段的底回流器中參與底回流反應的步驟，以及將底回流反應產(chǎn)生的稀硫酸用管道送回硫酸生產(chǎn)車間作為生產(chǎn)濃硫酸所需的三氧化硫吸收液使用的步驟。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于在所述的提取工段中提取塔是逆流氣液傳質(zhì)塔，操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述的頂回流器操作溫度為20～35℃，操作壓力為表壓0.01～0.03Mpa，反應物在所述的反應填料層內(nèi)呈氣體自下而上流動、液體從上往下流動的逆流形式接觸反應的，液相噴淋密度為0.5～3ml/cm2.min。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮-15的方法，其特征在于所述的氮-15硝酸產(chǎn)品從最后級濃縮塔塔底流出液中用計量泵或電磁擺動漏斗計量取出。
全文摘要
雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮－15的方法，屬于高濃氮－15硝酸生產(chǎn)技術領域。為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點，降低生產(chǎn)成本，并使生產(chǎn)規(guī)模不受限制，本發(fā)明提供了一種雙化學回流氧化氮/硝酸化學交換生產(chǎn)氮－15的方法。該方法通過濃縮工段和提取工段的化學回流，使得氧化氮和硝酸發(fā)生同位素化學交換，實現(xiàn)循環(huán)回流分離過程。所述提取工段的關鍵步驟為用去離子水和氧氣做原料，在頂回流器內(nèi)將尾氣氧化氮回收成氮－14硝酸，然后將大部分回收硝酸回流入提取塔，使其自上而下流動，繼續(xù)與氧化氮進行氮同位素化學交換反應，回收硝酸流至塔底時其中氮－15同位素濃度已經(jīng)恢復到天然豐度，然后與原料硝酸相匯合，作為濃縮工段的原料。
文檔編號C01B21/02GK1986391SQ20051013242
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權日2005年12月23日
發(fā)明者楊國華 申請人:楊國華