一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺的制作方法

1.一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，属于同位素分离技术领域。


背景技术：

2.硼元素的两种稳定同位素为
x
b和yb，化学交换法富集硼同位素的原理如下：
[0003][0004]
式中，r表示与b形成各种形态化合物(络合物)的单质元素或分子，d表示化合剂，d
·
br表示化合物或络合物。化学交换反应(1)的理论单级分离系数为α，用于硼同位素富集分离的大部分化学交换体系的分离系数α都很小，用于硼10富集的大部分交换体系的分离系数α介于1～1.060之间，在三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换法体系中分离系数α在1.028～1.041之间。分离系数α是温度t的函数，分离系数随温度的上升而减小。
[0005]
为了获得高丰度的硼同位素，如此小的单级分离系数α需要数百级交换，需要庞大的交换设备。有时考虑到规模化生产的经济技术指标，还要选择交换设备所需的最佳理论塔板数。美国、俄国等采用化学交换法分离技术制备硼同位素，该方法物料流通量大、分离系数较高、转相分解简便，产品质量稳定，适宜大规模工业化生产。
[0006]
三氟化硼苯甲醚的化学交换精馏法是美国首创的工艺技术，在中国专利cn102773016a公开的多塔串联分离生产富集硼-10的方法中，采用三氟化硼－苯甲醚化学交换精馏工艺路线，利用多塔串联分别实现了
10
b和
11
b的富集生产，经循环往复，
10
b逐渐在三氟化硼－苯甲醚中富集，相应的
11
b也富集在另一端的
11
bf3气体中。然而这种分离方式下，当
10
b或
11
b的丰度达到95％以后，b的转移趋向已很小，同位素分离的效率非常低，想要进一步提高丰度，需要增加的串联级数较多，效果不理想、性价比很低。


技术实现要素：

[0007]
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够对高丰度
10
b或
11
b进一步分离的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺。
[0008]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于，分离步骤为：
[0009]
1)将
10
b丰度达到90％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体；
[0010]
2)在干燥无氧的反应器内保温在75℃～85℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，开启气体搅动，bf3气体逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物；
[0011]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内精馏分离即得
10
bf3。
[0012]
本发明将高
10
b丰度的bf3以气体形式同时与甲醚和甲醇混合接触，气体状态的bf3分子之间相互作用的影响力大大降低，bf3分子几乎是单独与甲醚和甲醇接触；而
10
bf3本身
更易与甲醚形成络合物，在形成络合物时更多的形成
10
bf3甲醚络合物，甚至在形成络合物之后三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物之间也会进行同位素交换，使
10
bf3集中在三氟化硼-甲醚络合物中，而少量的
11
bf3集中在三氟化硼-甲醇络合物中；最后利用三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物的裂解温度不同，将
10
bf3和
11
bf3分离，从而实现
10
b丰度的再提升。
[0013]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤2)中所述的bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕8～10﹕0.5～3。在进行本硼同位素气体分离时，应尽量保证
10
bf3相较于甲醚过量，过量
10
bf3可以以三氟化硼-甲醇络合物的形式络合，能更好的保证分离的
10
bf3的丰度，过量的
10
bf3可通过循环操作继续回收，具体的可以根据分离的bf3气体的
10
b丰度进行调节。优选的用量搭配能够保证本硼同位素分离的效率。
[0014]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤2)中所述的气体搅动为利用反应器内设置的螺旋桨桨叶转动实现。利用螺旋桨桨叶的转动，将反应器内的物料形成气流，加快物料的接触，提高反应效率。
[0015]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤2)中所述的反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.2mpa～1.5mpa。保持反应器内的压力，有利于络合反应的正向进行，也能够提高反应效率。
[0016]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)中所述的裂解塔内裂解三氟化硼-甲醚络合物的温度为110℃～125℃。裂解温度超过三氟化硼-甲醚络合物的裂解温度即可实现分离，优选的裂解温度既能够保持三氟化硼-甲醚络合物的的裂解效率，又能防止三氟化硼-甲醇络合物发生裂解，可以保证生产效率的情况下更好的保持
10
bf3的丰度。
[0017]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)中所述的低温精馏塔内
10
bf3由塔顶采出，甲醚的采出温度为-25℃～-27℃。
10
bf3和甲醚的沸点相差较大，可以通过低温精馏塔轻松的精馏分离。
[0018]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)中裂解塔内三氟化硼-甲醚络合物裂解后剩余的三氟化硼-甲醇络合物直接作为副产。若得到的三氟化硼-甲醇络合物中
10
b和
11
b的量相当，或接近于自然含量，基本没有再次分离
10
b或
11
b的意义，三氟化硼-甲醇络合物可以直接作为副产，它是一种酯化试剂，可以用于乙酰苯胺的脱乙酰化。
[0019]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)中裂解塔内三氟化硼-甲醚络合物裂解后剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温裂解，裂解温度为140℃～180℃，裂解的bf3和甲醇经冷凝回收甲醇即可分离。若得到的三氟化硼-甲醇络合物中
11
b的丰度较高，可以将三氟化硼-甲醇络合物裂解得到高
11
b丰度的bf3。
[0020]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)分离出
11
bf3补充入前置工序多塔串联分离生产富集的
11
bf3气体中。高
11
b丰度的bf3可以收集或与前置工序多塔串联分离生产富集的
11
bf3气体混合，利用本分离工艺，互换甲醚和甲醇的用量，进一步进行分离。但是分离效果相较于
10
b分离略有不如。
[0021]
优选的，上述的应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，步骤3)分离出的
10
bf3、甲醚和甲醇重复步骤2)、3)2～4次。重复步骤2)、3)可以得到丰度更高的
10
bf3，具体重复次
数和物料配比可以根据丰度要求进行调整。
[0022]
与现有技术相比，本发明的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺所具有的有益效果是：本发明将高
10
b丰度的bf3以气体形式同时与甲醚和甲醇混合接触，气体状态的bf3分子之间相互作用的影响力大大降低，bf3分子几乎是单独与甲醚和甲醇接触；而
10
bf3本身更易与甲醚形成络合物，在形成络合物时更多的形成
10
bf3甲醚络合物，甚至在形成络合物之后三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物之间也会进行同位素交换，使
10
bf3集中在三氟化硼-甲醚络合物中，而少量的
11
bf3集中在三氟化硼-甲醇络合物中；最后利用三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物的裂解温度不同，将
10
bf3和
11
bf3分离，从而实现硼同位素分离。所得三氟化硼-甲醇络合物可以直接作为副产，用于乙酰苯胺的脱乙酰化。
具体实施方式
[0023]
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。为了体现出工艺条件对分离效果的影响，各实施例为了对比单次分离率，实施例中步骤2)、3)均没有体现重复。
[0024]
实施例1
[0025]
1)将
10
b丰度93.6％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0026]
2)在干燥无氧的反应器内保温在80℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕9.3﹕0.9；利用桨叶转动进行气体搅动，同时反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.3mpa；bf3气体在3h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0027]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至115℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-26℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为98.3％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温至160℃裂解为bf3和甲醇，甲醇冷凝回收后分离出高
11
b丰度的bf3。
[0028]
实施例2
[0029]
1)将
10
b丰度93.6％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0030]
2)在干燥无氧的反应器内保温在80℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕9.0﹕1.2；利用桨叶转动进行气体搅动，同时反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.4mpa；bf3气体在3h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0031]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至120℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-26℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为98.8％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物直接作为副产。
[0032]
实施例3
[0033]
1)将
10
b丰度93.6％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0034]
2)在干燥无氧的反应器内保温在80℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕9.4﹕0.8；利用桨叶转动进行气体搅动，同时反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.3mpa；bf3气体在3h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0035]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至120℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-26℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为96.9％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温至180℃裂解为bf3和甲醇，甲醇冷凝回收后分离出高
11
b丰度的bf3。
[0036]
实施例4
[0037]
1)将
10
b丰度90％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0038]
2)在干燥无氧的反应器内保温在75℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕8﹕3；利用桨叶转动进行气体搅动，同时反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.2mpa；bf3气体在4h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0039]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至110℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-25℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为95.7％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物直接作为副产。
[0040]
实施例5
[0041]
1)将
10
b丰度95％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0042]
2)在干燥无氧的反应器内保温在85℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕10﹕0.5；利用桨叶转动进行气体搅动，同时反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.5mpa；bf3气体在2.5h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0043]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至125℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-27℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为98.1％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温至140℃裂解为bf3和甲醇，甲醇冷凝回收后分离出高
11
b丰度的bf3。
[0044]
实施例6
[0045]
1)将
10
b丰度93.6％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体。
[0046]
2)在干燥无氧的反应器内保温在80℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕9.3﹕0.9；利用桨叶转动进行气体搅动，bf3气体在5h内逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物。
[0047]
3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温至115℃使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内，甲醚在-26℃采出，bf3由塔顶采出，所得bf3中
10
b的丰度为97.9％；剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温至160℃裂解为
bf3和甲醇，甲醇冷凝回收后分离出高
11
b丰度的bf3。
[0048]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于，分离步骤为：1)将
10
b丰度达到90％的三氟化硼－苯甲醚液相络合物在裂解塔内裂解分离出bf3气体；2)在干燥无氧的反应器内保温在75℃～85℃，然后充入bf3气体、甲醚以及预先汽化的甲醇，开启气体搅动，bf3气体逐渐与甲醚和甲醇络合形成三氟化硼-甲醚络合物和三氟化硼-甲醇络合物从而得到混合络合物；3)将混合络合物冷却后收集并转移至裂解塔内先升温使三氟化硼-甲醚络合物裂解为
10
bf3和甲醚，
10
bf3和甲醚转移至低温精馏塔内精馏分离即得
10
bf3。2.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤2)中所述的bf3气体、甲醚和汽化的甲醇的体积比为10﹕8～10﹕0.5～3。3.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤2)中所述的气体搅动为利用反应器内设置的螺旋桨桨叶转动实现。4.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤2)中所述的反应器内带压充入惰性气体以保持反应器内的压力在1.2mpa～1.5mpa。5.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)中所述的裂解塔内裂解三氟化硼-甲醚络合物的温度为110℃～125℃。6.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)中所述的低温精馏塔内
10
bf3由塔顶采出，甲醚的采出温度为-25℃～-27℃。7.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)中裂解塔内三氟化硼-甲醚络合物裂解后剩余的三氟化硼-甲醇络合物直接作为副产。8.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)中裂解塔内三氟化硼-甲醚络合物裂解后剩余的三氟化硼-甲醇络合物继续升温裂解，裂解温度为140℃～180℃，裂解的bf3和甲醇经冷凝回收甲醇即可分离。9.根据权利要求8所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)分离出
11
bf3补充入前置工序多塔串联分离生产富集的
11
bf3气体中。10.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，其特征在于：步骤3)分离出的
10
bf3、甲醚和甲醇重复步骤2)、3)2～4次。

技术总结
一种应用于硼同位素分离提高产品丰度的工艺，属于同位素分离技术领域。其特征在于，分离步骤为：将


技术研发人员：孙献冲 冯兴标 房涛 蔡杰京 赵东方 邹志勇 魏建设
受保护的技术使用者：山东成武易信环保科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/28