RU2309788C2

RU2309788C2 - Method of the simultaneous enrichment of nitrogen oxyde(ii) with isotopes 18о, 17о, 15n

Info

Publication number: RU2309788C2
Application number: RU2005136387/15A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Борман (RU); Владимир Дмитриевич Борман; Виктор Михайлович Вецко (GE); Виктор Михайлович Вецко; Василий Георгиевич Голышев (RU); Василий Георгиевич Голышев; Всеволод Михайлович Журомский (RU); Всеволод Михайлович Журомский; Владимир Петрович Иванов (RU); Владимир Петрович Иванов; Евгений Владимирович Левин (RU); Евгений Владимирович Левин; Валерий Михайлович Немчинов (RU); Валерий Михайлович Немчинов; Александр Сергеевич Полевой (RU); Александр Сергеевич Полевой; Георгий Анатольевич Сулаберидзе (RU); Георгий Анатольевич Сулаберидзе; Александр Алексеевич Сысоев (RU); Александр Алексеевич Сысоев
Original assignee: Евгений Владимирович Левин; Владимир Дмитриевич Борман; Владимир Петрович Иванов
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-11-10
Also published as: RU2005136387A

Abstract

FIELD: atomic industry; medicine; agriculture; other industries; methods of production of the stable isotopes of nitrogen and oxygen.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the atomic industry, medicine, agriculture and other industries and may be used at production of the stable isotopes of nitrogen and oxygen. The low-temperature separating distillation columns are filled in with nitrogen oxide (II) of the parent composition. In the columns create the countercurrent liquid and gaseous circulating flows of nitrogen oxide (II). The gas flow of feeding of the nitrogen oxide (II) of the parent composition is fed into the intermediate point in height of the first column. Extractions of the gas streams execute from the upper and the lower parts of the columns. Extraction of the gas stream from the lower part of the first column is fed into the intermediate point in height of the second column. Extraction of the gas stream from the upper part of the second column is fed into the intermediate point in height of the third column. Maintain the equality of the gas streams fed into each column to the sum of the gas streams extracted from it. One of the extractions of gas streams from the third column is fed into the intermediate in height point of the additional low-temperature separating distillation column. Extractions of the gas streams from the lower parts of all the columns start with the delay concerning to the extractions of the gas streams from their upper parts. The invention ensures simultaneous production of the isotopes ¹⁸O, ¹⁷O and ¹⁵N at any rates of the reactions of the chemical isotopic exchange. Duration of the start transitional periods is reduced.

EFFECT: the invention ensures simultaneous production of the indicated above oxygen and nitrogen isotopes at any speeds of the reactions of the chemical isotopic exchange at the reduced duration of the start transitional periods.

14 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения изотопных смесей и может быть использовано при производстве стабильных изотопов азота и кислорода, а также в атомной, медицинской, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, где применяются изотопно-модифицированные соединения на основе атомов кислорода и азота.The invention relates to the field of separation of isotopic mixtures and can be used in the production of stable isotopes of nitrogen and oxygen, as well as in the nuclear, medical, agricultural and other industries where isotope-modified compounds based on oxygen and nitrogen atoms are used.

Для одновременного разделения изотопов кислорода и азота широко используют способ низкотемпературной дистилляции оксида азота (II) в последовательно соединенных противоточных колоннах. Элементарный изотопный разделительный эффект существует за счет различий давления насыщенных паров у разных изотопных модификаций молекул оксида азота (II) и является достаточно высоким для экономически выгодной практической реализации способа при производстве десятков килограмм в год изотопной продукции.For the simultaneous separation of oxygen and nitrogen isotopes, the method of low-temperature distillation of nitric oxide (II) in series-connected countercurrent columns is widely used. The elementary isotope separation effect exists due to differences in saturated vapor pressure between different isotopic modifications of nitric oxide (II) molecules and is high enough for the cost-effective practical implementation of the method in the production of tens of kilograms of isotope production per year.

Способ реализуют следующим образом. Дистилляционные колонны заполняют оксидом азота (II) исходного состава. Как правило, для заполнения колонн используют оксид азота природного или близкого к нему изотопного состава. В отдельных случаях для заполнения используют предварительно обогащенный оксид азота. В процессе заполнения в колоннах создают и далее поддерживают непрерывное во времени замкнутое противоточное течение жидкого и газообразного оксида азота, что служит для многократного умножения элементарного разделительного эффекта. Для этого в верхней части колонн постоянно осуществляют конденсацию поднимающихся вверх паров оксида азота, а в нижней части колонн производят постоянное испарение текущего сверху жидкого оксида азота. Для увеличения площади контакта фаз в колоннах используют насадку с высокой удельной поверхностью или устройства тарельчатого типа.The method is implemented as follows. Distillation columns are filled with nitric oxide (II) of the original composition. As a rule, nitric oxide of natural or isotopic composition close to it is used to fill the columns. In some cases, pre-enriched nitric oxide is used for filling. During the filling process, the columns create and then maintain a continuous continuous closed countercurrent flow of liquid and gaseous nitric oxide, which serves to multiply the elemental separation effect. To do this, in the upper part of the columns, the nitric oxide vapor rising upward is constantly condensed, and in the lower part of the columns, continuous liquid nitric oxide flowing from above is continuously evaporated. To increase the contact area of the phases in the columns, a nozzle with a high specific surface or a plate-type device is used.

В промежуточную по высоте точку одной из колонн подают газовый поток питания оксидом азота исходного изотопного состава. Для этого используют оксид азота природного изотопного состава или, в большинстве случаев, почти полностью восстановленные по изотопному составу обедненные отвалы текущего разделительного производства. Восстановление производят за счет реакций химического изотопного обмена при контакте обедненного газообразного оксида азота с азотной кислотой. Из верхней части этой колонны отбирают поток газообразного оксида азота (поток отвала), обедненный по целевым изотопным компонентам. Этот поток либо утилизируют, либо после изотопного восстановления используют в качестве питания той же колонны. Из нижней части колонны также отбирают поток газообразного оксида азота, обогащенный целевыми изотопными компонентами (см., например, T.R.Mills et al., Sep. Scie. and Techn., 24(5&6), pp.415-428, 1989).At a height intermediate point in one of the columns, a gas feed stream of nitric oxide of the initial isotopic composition is supplied. For this, nitric oxide of a natural isotopic composition is used or, in most cases, depleted dumps of the current separation production that are almost completely reduced by isotopic composition. The reduction is carried out due to chemical isotope exchange reactions upon contact of depleted gaseous nitric oxide with nitric acid. From the top of this column, a stream of gaseous nitric oxide (dump stream), depleted in the target isotopic components, is taken. This stream is either disposed of or, after isotopic reduction, is used as the feed of the same column. A stream of gaseous nitric oxide enriched in the desired isotopic components is also taken from the bottom of the column (see, e.g., T. R. Mills et al., Sep. Scie. And Techn., 24 (5 & 6), pp. 415-428, 1989).

Разделяемая изотопная смесь является шестикомпонентной, а большая часть целевых молекулярных компонентов имеет промежуточные величины давления насыщенных паров. За счет этого целевые компоненты достигают максимума обогащения в дистилляционной колонне также в промежуточных по ее высоте точках. Так, в одиночной дистилляционной колонне, питаемой оксидом азота исходного изотопного состава, при реализации чисто дистилляционного процесса концентрация изотопа ¹⁸О в отборе из ее нижней части теоретически не может превысить 99,6%. На практике труднодостижимой является величина концентрации 99%. Предельное значение концентрации изотопа ¹⁷О составляет величину около 15%. Концентрация изотопа ¹⁵N не может превысить 64%. Одновременное достижение предельного высокого обогащения по всем трем целевым изотопам невозможно. В тех случаях, когда на фоне чисто дистилляционного процесса самопроизвольно или искусственно возбуждается химический изотопный обмен, скорость которого пропорциональна концентрации примеси в виде диоксида азота NO₂, концентрация изотопа ¹⁵N может быть увеличена одновременно с концентрацией изотопа ¹⁸О, но при этом изотоп ¹⁷О с заметно высоким обогащением получен быть не может.The separated isotopic mixture is six-component, and most of the target molecular components have intermediate saturated vapor pressures. Due to this, the target components reach a maximum enrichment in the distillation column also at points intermediate in its height. So, in a single distillation column fed with nitric oxide of the initial isotopic composition, when a purely distillation process is realized, the concentration of the ¹⁸ O isotope in the selection from its lower part cannot theoretically exceed 99.6%. In practice, the concentration of 99% is difficult to achieve. The limiting value of the concentration of the ¹⁷ O isotope is about 15%. The concentration of the ¹⁵ N isotope cannot exceed 64%. The simultaneous achievement of the ultimate high enrichment in all three target isotopes is impossible. In those cases when, against the background of a purely distillation process, a chemical isotope exchange is excited spontaneously or artificially, the rate of which is proportional to the concentration of an impurity in the form of nitrogen dioxide NO ₂ , the concentration of the ¹⁵ N isotope can be increased simultaneously with the concentration of the ¹⁸ O isotope, but the ¹⁷ O isotope with a markedly high enrichment cannot be obtained.

Для одновременного получения продуктов с высоким обогащением по трем целевым изотопам ¹⁸О, ¹⁷О и ¹⁵N используют метод непрерывного последовательного разделения смеси в двух и более дистилляционных колоннах. Отбираемый из нижней части первой колонны газовый поток подают в промежуточную по высоте точку следующей колонны, в которой из верхней и нижней частей также осуществляют отборы газовых потоков, каждый из которых обогащен различными целевыми компонентами (см., например, Asashi Kitamoto and Masami Shimizu, in Proceedings International Conference on Stable Isotopes and Isotopic Effects, Carry Ie Rouct (France), 1999).To simultaneously obtain products with high enrichment for the three target isotopes ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N, the method of continuous sequential separation of the mixture in two or more distillation columns is used. The gas stream taken from the bottom of the first column is fed to a point of intermediate height in the next column, at which gas flows are also taken from the upper and lower parts, each of which is enriched with different target components (see, for example, Asashi Kitamoto and Masami Shimizu, in Proceedings International Conference on Stable Isotopes and Isotopic Effects, Carry Ie Rouct (France), 1999).

При недостаточном обогащении могут быть использованы последующие дополнительные колонны. Для сохранения материального баланса и поддержания стационарности процесса используют поддержание равенства подаваемых в каждую колонну газовых потоков сумме отбираемых из нее газовых потоков. Теоретически для одновременного получения изотопов ¹⁵N и ¹⁸О с концентрацией более 98% и изотопа ¹⁷О с концентрацией до 40% и выше достаточно трех колонн.With insufficient enrichment, subsequent additional columns may be used. To maintain the material balance and maintain the stationarity of the process, maintaining the equality of the gas flows supplied to each column with the sum of the gas flows taken from it is used. Theoretically, for the simultaneous production of ¹⁵ N and ¹⁸ O isotopes with a concentration of more than 98% and a ¹⁷ O isotope with a concentration of up to 40% and above, three columns are sufficient.

Наиболее близким по технической сути является способ обогащения оксида азота (II) изотопами ¹⁸О, ¹⁷О и ¹⁵N, включающий заполнение низкотемпературных разделительных дистилляционных колонн оксидом азота (II), создание в колоннах противоточных жидкостного и газового циркуляционных потоков оксида азота (II), подачу газового потока питания оксидом азота (II) исходного состава в промежуточную по высоте точку первой колонны, отбор газового потока из верхней части первой колонны, отбор газового потока из нижней части первой колонны и подачу его в промежуточную по высоте точку второй колонны, отбор газового потока из нижней части второй колонны, отбор газового потока из верхней части второй колонны и подачу его в промежуточную по высоте точку третьей колонны, отборы газовых потоков из верхней и нижней частей третьей колонны, поддержание равенства подаваемых в каждую колонну газовых потоков сумме отбираемых из нее газовых потоков (см., например, заявку на изобретение RU №2001132921, кл. B01D 59/28, 2003 г.). Схема коммутации газовых потоков между колоннами в известном способе приведена на фиг.1.The closest in technical essence is the method of enrichment of nitric oxide (II) with ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes, including filling low-temperature separation distillation columns with nitric oxide (II), creating countercurrent liquid and gas circulation flows of nitric oxide (II), the supply of a gas stream of feed of nitric oxide (II) of the initial composition to an intermediate height point of the first column, the selection of the gas stream from the upper part of the first column, the selection of the gas stream from the lower part of the first column and its supply to the point of the second column that is the highest in height, taking the gas stream from the lower part of the second column, taking the gas stream from the upper part of the second column and feeding it to the intermediate intermediate point of the third column, taking gas flows from the upper and lower parts of the third column, maintaining the equality of each column of gas flows, the sum of the gas flows taken from it (see, for example, patent application RU No. 20011132921, class B01D 59/28, 2003). The switching circuit of gas flows between the columns in a known method is shown in figure 1.

Используя газовый поток питания первой колонны оксидом азота (II) исходного состава, близкого к природному (концентрация изотопа ¹⁸О около 0,2%, изотопа ¹⁷О около 0,037% и изотопа ¹⁵N в интервале 0,32-0,365%), при реализации данного способа в отборе газового потока из нижней части второй колонны может быть получен изотоп ¹⁸О с концентрацией до 99%, в отборе газового потока из нижней части третьей колонны изотоп ¹⁵N с концентрацией до 99%, а в отборе газового потока из верхней части третьей колонны изотоп ¹⁷О с концентрацией более 40%.Using a gas stream supplying the first column with nitric oxide (II) of an initial composition close to natural (the concentration of the ¹⁸ O isotope is about 0.2%, the ¹⁷ O isotope is about 0.037% and the ¹⁵ N isotope is in the range of 0.32-0.365%), when implemented of this method in the selection of the gas stream from the bottom of the second column can be obtained isotope ¹⁸ O with a concentration of up to 99%, in the selection of the gas stream from the bottom of the third column isotope ¹⁵ N with a concentration of up to 99%, and in the selection of the gas stream from the top of the third isotope ¹⁷ O columns with a concentration of more than 40%.

Однако указанный способ обладает рядом недостатков.However, this method has several disadvantages.

Первым недостатком является то, что для одновременного получения трех высокообогащенных целевых изотопов в рассматриваемом способе необходимо использование рабочего вещества оксида азота (II) очень высокой чистоты, практически не содержащего примесей диоксида азота NO₂. При наличии примесей диоксида азота в рабочем веществе начинаются реакции химического изотопного обмена, приводящие к перераспределению изотопов между молекулами оксида азота (II) и нарушающие основной дистилляционный процесс разделения изотопов. Даже в случае использования исходного рабочего вещества очень высокой чистоты реакции химического изотопного обмена могут начаться вследствие неконтролируемых реакций диспропорционирования оксида азота (II) с образованием диоксида азота:The first disadvantage is that for the simultaneous production of three highly enriched target isotopes in the considered method, it is necessary to use a very high purity nitric oxide (II) working substance, practically free of nitrogen dioxide NO ₂ impurities. In the presence of impurities of nitrogen dioxide in the working substance, chemical isotope exchange reactions begin, leading to the redistribution of isotopes between the molecules of nitric oxide (II) and disrupting the main distillation process of isotope separation. Even in the case of using a very high-purity starting working substance, chemical isotope exchange reactions can begin due to uncontrolled disproportionation reactions of nitric oxide (II) with the formation of nitrogen dioxide:

В результате, при масштабах производства в несколько десятков килограммов изотопной продукции в год на трех колоннах выделение высокообогащенного изотопа ¹⁷O становится невозможным в течение длительного времени, измеряемого несколькими годами. Если химический изотопный обмен отсутствует, изотоп ¹⁷O выделяется в виде молекулярной композиции ¹⁴N¹⁷O в верхней части третьей колонны. При наличии изотопного обмена основное количество изотопа ¹⁷О перераспределяется в молекулярную композицию ¹⁵N¹⁷O, которая, если не производить специальных мероприятий по сокращению продолжительности переходных процессов, медленно накапливается в промежуточной по высоте области второй колонны. По истечении 2-3-х лет эта молекулярная композиция начинает накапливаться в объеме третьей колонны и по истечении последующих 1-2 лет его концентрация может заметно повыситься в газовом потоке, отбираемом из нижней части этой колонны. Параллельно с трудностями выделения высокообогащенного изотопа ¹⁷О при наличии изотопного обмена заметно (до 20-30%) снижается количество производимого высокообогащенного изотопа ¹⁸О.As a result, with the scale of production of several tens of kilograms of isotope production per year on three columns, the separation of the highly enriched ¹⁷ O isotope becomes impossible for a long time, measured in several years. If there is no chemical isotope exchange, the ¹⁷ O isotope is released as the molecular composition ¹⁴ N ¹⁷ O in the upper part of the third column. In the presence of isotopic exchange, the main amount of the ¹⁷ O isotope is redistributed into the molecular composition ¹⁵ N ¹⁷ O, which, unless special measures are taken to reduce the duration of the transient processes, slowly accumulates in the region of the second column that is intermediate in height. After 2-3 years, this molecular composition begins to accumulate in the volume of the third column and after the next 1-2 years, its concentration can significantly increase in the gas stream taken from the bottom of this column. In parallel with the difficulties in isolating the highly enriched ¹⁷ O isotope in the presence of isotopic exchange, the amount of the highly enriched ¹⁸ O isotope is significantly reduced (up to 20-30%)

Вторым недостатком является то, что для обеспечения высоких обогащений по целевым изотопам при использовании трех разделительных колонн требуется задание очень высокой точности поддержания малых величин газовых потоков, отводимых с концов колонн, и соответственно высокой точности поддержания величин потоков, подаваемых в колонны в виде питания. Это связано с тем, что каждая из колонн должна эксплуатироваться в режиме, близком к предельному по обогащению определенных компонентов. Для этого во второй и третьей колоннах необходимо подавать питание со строго заданным изотопным составом, который, в свою очередь, достигается строго заданными величинами отборов газовых потоков на предыдущих колоннах. Для известного способа с использованием трех колонн требуемая точность находится на уровне не хуже 1%. Например, при суммарной производительности по трем изотопам в виде оксида азота (II) около 50 кг/год величины газовых потоков, отводимых из нижних частей всех трех колонн, и потоков, отводимых из верхних частей второй и третьей колонн, лежат в диапазоне от 1,0 до 0,05 нормальных см³/с. Соответственно, абсолютная точность поддержания потоков должна быть не хуже диапазона ±(0,01-0,0005) нормальных см³/с. Достижение подобной точности для современных средств автоматизации является предельно трудной задачей.The second drawback is that to ensure high enrichment for the target isotopes when using three separation columns, it is necessary to set very high accuracy of maintaining small values of gas flows discharged from the ends of the columns, and, accordingly, high accuracy of maintaining the values of flows supplied to the columns in the form of power. This is due to the fact that each of the columns must be operated in a mode close to the maximum enrichment of certain components. For this, in the second and third columns, it is necessary to supply power with a strictly specified isotopic composition, which, in turn, is achieved by strictly specified values of the gas flow withdrawals on the previous columns. For the known method using three columns, the required accuracy is at least 1%. For example, with a total productivity of three isotopes in the form of nitric oxide (II) of about 50 kg / year, the values of gas flows discharged from the lower parts of all three columns and flows discharged from the upper parts of the second and third columns are in the range from 1, 0 to 0.05 normal cm ³ / s. Accordingly, the absolute accuracy of the flow maintenance should be no worse than the range of ± (0.01-0.0005) normal cm ³ / s. Achieving such accuracy for modern automation is an extremely difficult task.

Третьим недостатком известного способа, относящегося также ко всем двухфазным методам разделения изотопов, является то, что длительности пусковых переходных периодов, в течение которых достигается требуемое обогащение по целевым изотопным компонентам, очень велики и могут составить от нескольких месяцев до нескольких лет. Для их сокращения в течение переходного процесса всегда требуются специальные режимы изменения во времени величин отбираемых газовых потоков, которые, в свою очередь, определяются конкретной схемой организации способа разделения. При получении одного целевого компонента из многокомпонентной смеси изотопов использование специальных режимов может сократить переходный период до 2-3-х месяцев. При одновременном обогащении нескольких компонентов (в настоящем случае -трех) способ задания режимов изменения во времени величин отбираемых газовых потоков из опубликованных данных не известен. Его конкретизация весьма существенна, что, например, следует из приведенного выше примера по длительности переходных периодов при получении изотопа ¹⁷О. Если не использовать специальные режимы, высокообогащенный изотоп кислород ¹⁷О не может быть получен в течение 3-5 лет.The third disadvantage of the known method, which also applies to all two-phase isotope separation methods, is that the duration of the starting transition periods during which the required enrichment is achieved for the target isotopic components is very long and can range from several months to several years. To reduce them during the transition process, special modes of time-varying values of the selected gas flows are always required, which, in turn, are determined by the specific organization scheme of the separation method. Upon receipt of one target component from a multicomponent mixture of isotopes, the use of special modes can shorten the transition period to 2-3 months. With the simultaneous enrichment of several components (in the present case, three), the method for specifying the time-varying regimes of the values of the selected gas flows from the published data is not known. Its concretization is very significant, which, for example, follows from the above example on the duration of the transition periods upon receipt of the ¹⁷ O isotope. If you do not use special modes, the highly enriched oxygen ¹⁷ O isotope cannot be obtained within 3-5 years.

Задачей изобретения является обеспечение стабильного одновременного производства высокообогащенных изотопов ¹⁸О, ¹⁷O и ¹⁵N методом низкотемпературной дистилляции оксида азота (II).The objective of the invention is to ensure stable simultaneous production of highly enriched ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes by the method of low-temperature distillation of nitric oxide (II).

Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:

- обеспечение возможности одновременного производства изотопов ¹⁸О, ¹⁷O и ¹⁵N при любых скоростях реакций химического изотопного обмена на фоне основного дистилляционного процесса разделения;- providing the possibility of simultaneous production of ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes at any rates of chemical isotope exchange reactions against the background of the main distillation separation process;

- снижение требований по точности поддержания газовых потоков оксида азота (II), отводимых из верхних и нижних частей дистилляционных колонн;- reduced requirements for the accuracy of maintaining gas flows of nitric oxide (II) discharged from the upper and lower parts of the distillation columns;

- снижение продолжительности пусковых переходных периодов.- reduction in the duration of starting transition periods.

Указанные задача и технические результаты достигаются тем, что в способе обогащения оксида азота (II) изотопами ¹⁸О, ¹⁷О и ¹⁵N на трех дистилляционных колоннах, включающем заполнение низкотемпературных разделительных дистилляционных колонн оксидом азота (II), создание в колоннах противоточных жидкостного и газового циркуляционных потоков оксида азота (II), подачу газового потока питания оксидом азота (II) исходного состава в промежуточную по высоте точку первой колонны, отбор газового потока из верхней части первой колонны, отбор газового потока из нижней части первой колонны и подачу его в промежуточную по высоте точку второй колонны, отбор газового потока из нижней части второй колонны, отбор газового потока из верхней части второй колонны и подачу его в промежуточную по высоте точку третьей колонны, отборы газовых потоков из верхней и нижней частей третьей колонны, поддержание равенства подаваемых в каждую колонну газовых потоков сумме отбираемых из нее газовых потоков, обогащенную смесь, производимую в третьей дистилляционной колонне, подвергают разделению в дополнительной колонне. Для этого один из отборов газовых потоков третьей колонны подают в промежуточную по высоте точку дополнительной низкотемпературной разделительной дистилляционной колонны, из верхней и нижней частей которой осуществляют отборы газовых потоков, а начало отборов газовых потоков из нижних частей всех колонн производят с запаздыванием относительно начала отборов газовых потоков из их верхних частей.The specified task and technical results are achieved by the fact that in the method of enriching nitric oxide (II) with ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes on three distillation columns, including filling low-temperature separation distillation columns with nitric oxide (II), creating countercurrent liquid and gas columns circulating flows of nitric oxide (II), supplying a gas stream of feed with nitric oxide (II) of the initial composition to an intermediate height point of the first column, taking a gas stream from the top of the first column, taking gas from the lower part of the first column and supplying it to an intermediate height point of the second column, taking a gas stream from the lower part of the second column, taking the gas flow from the upper part of the second column and feeding it to an intermediate height point of the third column, taking gas flows from the upper and the lower parts of the third column, maintaining the equality of the gas flows supplied to each column with the sum of the gas flows taken from it, the enriched mixture produced in the third distillation column is subjected to separation into an additional column. For this, one of the gas flows of the third column is fed to an intermediate height point of an additional low-temperature separation distillation column, from the upper and lower parts of which gas flows are taken, and the beginning of gas flows from the lower parts of all columns is delayed relative to the start of gas flows from their tops.

Разделение обогащенной смеси в дополнительной колонне позволяет снизить требуемую точность поддержания величин газовых потоков, отводимых из колонн. Снижение требований к точности поддержания газовых потоков достигается тем, что использование разделения в дополнительной колонне обуславливает менее жесткие требования к ее разделительным характеристикам по сравнению с требованиями в предыдущих трех колоннах (третья разделительная колонна уже производит высокообогащенную смесь, более тонкое дополнительное разделение которой не требует жесткого задания величин выходящих газовых потоков). Поэтому одновременно могут быть снижены требования по точности для всех предыдущих колонн, задавая более низкий средний уровень точности поддержания потоков во всех колоннах. Кроме того, в случае присутствия изотопного обмена на фоне основного дистилляционного процесса использование дополнительного разделения смеси позволяет сохранить производительность всей разделительной установки по целевым изотопам ¹⁸O и ¹⁵N и минимизировать потери производительности по изотопу ¹⁷О. Начало отборов газовых потоков из нижних частей всех колонн с запаздыванием относительно начала отбора газовых потоков из их верхних частей позволяет в несколько раз сократить продолжительность пускового переходного периода для каждого целевого изотопа.The separation of the enriched mixture in an additional column allows you to reduce the required accuracy of maintaining the values of the gas flows discharged from the columns. Reducing the requirements for the accuracy of maintaining gas flows is achieved by the fact that the use of separation in an additional column leads to less stringent requirements for its separation characteristics compared to the requirements in the previous three columns (the third separation column already produces a highly enriched mixture, the finer additional separation of which does not require a hard task outgoing gas flows). Therefore, at the same time, accuracy requirements for all previous columns can be reduced by setting a lower average level of accuracy of maintaining flows in all columns. In addition, in the case of the presence of isotopic exchange against the background of the main distillation process, the use of additional separation of the mixture allows maintaining the performance of the entire separation unit for the target isotopes ¹⁸ O and ¹⁵ N and minimizing the loss of productivity for the isotope ¹⁷ O. Beginning of sampling of gas flows from the lower parts of all columns with delay relative to the start of the selection of gas flows from their upper parts allows several times to reduce the duration of the starting transition period for each Spruce isotope.

В тех случаях, когда химический изотопный обмен на фоне основного дистилляционного процесса отсутствует, в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны, в соответствии с п.2, формулы изобретения, подают отбор газового потока из нижней части третьей колонны (см, последнюю, шестую фазу последовательности коммутации газовых потоков на фиг.2). При этом в отборе газового потока из верхней части дополнительной колонны получают требуемое количество высокообогащенного изотопа ¹⁵N, а в отборе газового потока из ее нижней части дополнительное количество высокообогащенного изотопа ¹⁸О, что повышает производительность разделительной установки по этому изотопу (основное количество высокообогащенного изотопа ¹⁸О, как и в известном способе, получают в отборе газового потока из нижней части второй колонны). Изотоп ¹⁷O, как и в известном способе, получают в отборе газового потока из верхней части третьей колонны.In those cases when there is no chemical isotope exchange against the background of the main distillation process, a gas stream is taken from the lower part of the third column (see the last, sixth phase of the sequence) to the intermediate height point of the additional column, in accordance with claim 2, switching gas flows in figure 2). In this case, in the selection of the gas stream from the upper part of the additional column, the required amount of highly enriched isotope ¹⁵ N is obtained, and in the selection of the gas stream from its lower part, the additional amount of highly enriched isotope ¹⁸ O, which increases the productivity of the separation unit for this isotope (the main amount of the highly enriched isotope ¹⁸ O , as in the known method, receive in the selection of the gas stream from the bottom of the second column). The isotope ¹⁷ O, as in the known method, is obtained in the selection of the gas stream from the upper part of the third column.

В тех случаях, когда эффективная скорость химического изотопного обмена такова, что он заметно искажает характер массопереноса, формируемого основным дистилляционным процессом, в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны, в соответствии с п.3. формулы изобретения, подают отбор газового потока из верхней части третьей колонны (см. последнюю, шестую фазу последовательности коммутации газовых потоков на фиг.3). При этом целевые продукты получают в других потоках по сравнению со случаем отсутствия изотопного обмена: В отборе газового потока из нижней части второй колонны получают часть высокообогащенных изотопов ¹⁸О и ¹⁵N в виде молекулярной композиции ¹⁵N¹⁸O. Оставшуюся часть высокообогащенного изотопа ¹⁸О получают в отборе газового потока из нижней части третьей колонны, а оставшуюся часть высокообогащенного изотопа ¹⁵N получают в отборе газового потока из нижней части дополнительной колонны. Целевой изотоп ¹⁷O накапливается в объеме второй колонны и его выделение в обогащенном виде требует специальных мероприятий, которые описаны ниже.In those cases when the effective rate of chemical isotope exchange is such that it noticeably distorts the nature of the mass transfer formed by the main distillation process to an intermediate height point of the additional column, in accordance with paragraph 3. formulas of the invention, serves the selection of the gas stream from the upper part of the third column (see the last, sixth phase of the sequence of switching gas flows in figure 3). In this case, the target products are obtained in other streams compared with the case of isotope exchange absence: In the selection of the gas stream from the bottom of the second column, a part of the highly enriched ¹⁸ O and ¹⁵ N isotopes is obtained in the form of the molecular composition ¹⁵ N ¹⁸ O. The remaining part of the highly enriched ¹⁸ O isotope is obtained in the selection of the gas stream from the bottom of the third column, and the remaining part of the highly enriched isotope ¹⁵ N is obtained in the selection of the gas stream from the bottom of the additional column. The target ¹⁷ O isotope is accumulated in the volume of the second column and its isolation in enriched form requires special measures, which are described below.

В обоих случаях сокращение продолжительности пусковых переходных периодов достигается тем, что отборы газовых потоков из нижних частей всех колонн начинают с запаздыванием относительно начала отбора газовых потоков из их верхних частей (см. фиг.2, фиг.3). Для дополнительного сокращения продолжительности пусковых переходных периодов используют специальные мероприятия, характер которых определяется отсутствием или наличием химического изотопного обмена, а именно.In both cases, the reduction in the duration of starting transition periods is achieved by the fact that the selection of gas flows from the lower parts of all columns begins with a delay relative to the start of the selection of gas flows from their upper parts (see figure 2, figure 3). To further reduce the duration of starting transition periods, special measures are used whose nature is determined by the absence or presence of chemical isotope exchange, namely.

В тех случаях, когда химический изотопный обмен отсутствует в соответствии с п.5 формулы изобретения одновременно (здесь и далее «одновременность» операций включения-выключения потоков не носит абсолютного значения. Под «одновременностью» подразумевается интервал времени, превышение которого может привести к заметным изменениям количества рабочего вещества на определенных участках колонн, в основном в области испарителей внизу колонн. Например, если испаритель содержит 100 г жидкости, а потоки отборов и питания колонны заданы на уровне 0,1 г/мин, то одновременные изменения потоков допускают погрешности по времени около 50 минут, что не приведет к изменению количества жидкости в испарителе более чем на 5%.) с началом отбора газового потока из нижней части второй колонны временно прекращают отбор газового потока из ее верхней части, а подачу газового потока из верхней части второй колонны в промежуточную по высоте точку третьей колонны начинают одновременно с повторным началом отбора газового потока из верхней части второй колонны (см. третью и четвертую фазы последовательности коммутации газовых потоков на фиг.2). При этом отбор газового потока из нижней части первой колонны подают в промежуточную по высоте точку второй колонны сразу после его начала. Как только во вторую колонну начали подавать газовый поток из первой колонны, из ее верхней части начинают отбор газового потока, который может быть подан в систему сбора полупродуктов до повторного начала этого отбора (см. фиг.2). Временное прекращение отбора газового потока из верхней части второй колонны позволяет ускорить рост концентрации изотопа ¹⁸О и дополнительно сократить пусковой переходный период для получения высокообогащенного продукта с этим изотопом.In cases where the chemical isotope exchange is absent in accordance with claim 5 of the claims at the same time (hereinafter, the “simultaneity” of the on / off operations of flows is not absolute. By “simultaneity” is meant a time interval, the excess of which can lead to noticeable changes the amount of working substance in certain sections of the columns, mainly in the area of the evaporators at the bottom of the columns, for example, if the evaporator contains 100 g of liquid, and the flows of sampling and supply of the column are set at the level 0.1 g / min, then simultaneous changes in flows allow a time error of about 50 minutes, which will not lead to a change in the amount of liquid in the evaporator by more than 5%.) With the start of gas flow from the lower part of the second column, gas flow is temporarily stopped from its upper part, and the gas flow from the upper part of the second column to the intermediate height point of the third column begins simultaneously with the re-start of the gas flow from the upper part of the second column (see the third and fourth phases of the sequence of switching gas flows in figure 2). In this case, the selection of the gas stream from the lower part of the first column is fed to an intermediate height point of the second column immediately after it begins. As soon as the gas stream from the first column was started to be supplied to the second column, the gas stream is taken from its upper part, which can be fed into the intermediate product collection system before this selection is restarted (see FIG. 2). Temporarily stopping the selection of the gas stream from the upper part of the second column allows you to accelerate the increase in the concentration of the ¹⁸ O isotope and further reduce the starting transition period to obtain a highly enriched product with this isotope.

Когда химический изотопный обмен вносит заметные изменения в основной дистилляционный процесс, в соответствии с п.6. формулы изобретения, отбор газового потока из верхней части второй колонны начинают подавать в промежуточную по высоте точку третьей колонны с запаздыванием после его начала, а отбор газового потока из верхней части третьей колонны начинают подавать в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны также с запаздыванием после его начала и одновременно с началом отбора газового потока из нижней части третьей колонны (см. вторую - пятую фазы последовательности коммутации газовых потоков на фиг.3). Использование запаздывания подачи потоков в промежуточные точки третьей и дополнительной колонн приводит к тому, что в эти колонны в виде питания поступают изотопные смеси с меньшим содержанием нецелевых изотопов ¹⁴N и ¹⁶О (за время запаздывания эти потоки значительно обедняются наиболее летучей молекулярной композицией ¹⁴N¹⁶O) и служит для дополнительного сокращения пусковых переходных периодов. В течение периодов запаздывания отборы газовых потоков из верхних частей второй и третьей колонн могут быть поданы в систему сбора полупродуктов.When a chemical isotope exchange makes a noticeable change in the main distillation process, in accordance with paragraph 6. of the claims, the gas flow from the upper part of the second column begins to be supplied to the intermediate intermediate point of the third column with a delay after its beginning, and the gas flow from the upper part of the third column begins to be fed to the intermediate intermediate point of the additional column also with delay after its beginning and simultaneously with the beginning of the selection of the gas stream from the bottom of the third column (see the second to fifth phases of the sequence of switching gas flows in figure 3). The use of a delay in the supply of flows to the intermediate points of the third and additional columns leads to the fact that isotopic mixtures with a lower content of non-target isotopes ¹⁴ N and ¹⁶ O are supplied to these columns as a feed (during the delay time, these flows are significantly depleted in the most volatile molecular composition ¹⁴ N ¹⁶ O) and serves to further reduce starting transition periods. During periods of delay, gas stream withdrawals from the upper parts of the second and third columns may be fed to the intermediate product collection system.

Последний случай, связанный с наличием химического изотопного обмена, имеет варианты оптимизации. Так, в соответствии с п.9 формулы изобретения, если эффективная скорость изотопного обмена имеет промежуточные по величине значения, отбор газового потока из нижней части второй колонны целесообразно начинать со значения ниже номинального, постепенно увеличивая его до номинального значения (здесь и далее под «номинальными значениями» подразумеваются значения потоков, которые обеспечивают требуемые разделительные характеристики и производительности установки, работающей в стационарном состоянии, т.е. после завершения всех переходных процессов, по всем изотопным продуктам. Номинальное значение каждого потока определяется расчетным путем (см., например, Розен A.M. Теория разделения изотопов в колоннах. - М.: Атомиздат, 1960. -438 с.), постоянно и для каждой колонны имеет свое численное значение. Для случаев отсутствия или наличия изотопного обмена в дистилляционных колоннах номинальные значения потоков разные). Дополнительно, в соответствии с п.11 формулы изобретения отбор газового потока из нижней части третьей колонны целесообразно начинать со значения выше номинального, постепенно уменьшая его до номинального значения. Закон изменения указанных отборов газовых потоков для удобства управления можно регулировать в зависимости от изменения концентраций некоторых изотопных компонентов, которые поддаются прямому измерению. Например, в соответствии с п.10 формулы изобретения, изменение величины отбора из нижней части второй колонны можно производить пропорционально величине концентрации молекулярного компонента ¹⁵N¹⁸O в потоке этого отбора, а в соответствии с п.12 формулы изобретения изменение величины отбора из нижней части третьей колонны можно производить пропорционально величине концентрации молекулярного компонента ¹⁴N¹⁸О в потоке этого отбора.The latter case, associated with the presence of chemical isotope exchange, has optimization options. So, in accordance with paragraph 9 of the claims, if the effective isotope exchange rate is intermediate in magnitude, it is advisable to start the gas flow from the bottom of the second column from a value below the nominal, gradually increasing it to the nominal value (hereinafter, under “nominal values "means the values of flows that provide the required separation characteristics and performance of the installation, operating in a stationary state, ie after completion of all transient processes for all isotopic products. The nominal value of each stream is determined by calculation (see, for example, Rosen AM Theory of separation of isotopes in columns. - M .: Atomizdat, 1960. -438 pp.), constantly and for each column has its own numerical value. For cases of absence or presence of isotope exchange in distillation columns, the nominal flow values are different). Additionally, in accordance with paragraph 11 of the claims, the selection of the gas stream from the bottom of the third column, it is advisable to start from a value higher than the nominal, gradually reducing it to the nominal value. For ease of control, the law of variation of the indicated gas flow offsets can be controlled depending on changes in the concentrations of some isotopic components that can be directly measured. For example, in accordance with paragraph 10 of the claims, a change in the amount of selection from the lower part of the second column can be made proportional to the concentration of the molecular component ¹⁵ N ¹⁸ O in the flow of this selection, and in accordance with paragraph 12 of the claims, a change in the selection from the bottom the third column can be produced in proportion to the concentration of the molecular component ¹⁴ N ¹⁸ O in the stream of this selection.

Если же эффективная скорость изотопного обмена велика и приближается к предельной, при которой дальнейшее увеличение содержания двуокиси азота и, следовательно, скорости изотопнообменных реакций не влияет на характер массопереноса в колоннах, дополнительная оптимизация продолжительности переходных периодов не дает заметного результата и вышеуказанные отборы газовых потоков следует сразу задавать номинальной величиной.If the effective rate of isotopic exchange is large and approaches the limiting one, at which a further increase in the content of nitrogen dioxide and, consequently, the rate of isotope exchange reactions does not affect the character of mass transfer in the columns, additional optimization of the duration of the transition periods does not give a noticeable result and the above gas flow selection set by nominal value.

Как правило, на практике в первой колонне в каскаде из четырех колонн можно производить высокообогащенную изотопную продукцию. Для этого достаточно уменьшить величину отбора газового потока из ее нижней части. Поток отбора из нижней части колонны может содержать изотоп ¹⁸О с концентрацией до 99% в молекулярных модификациях ¹⁵N¹⁸O и ¹⁴N¹⁸O. Изотоп ¹⁷O с заметным обогащением в этом режиме получен быть не может. В тех случаях, когда химический изотопный обмен отсутствует, концентрация изотопа ¹⁵N в отборе также мала и составляет величину порядка 2%. Если эффективная скорость химического изотопного обмена велика, концентрация изотопа ¹⁵N может достигать нескольких десятков процентов. При эксплуатации первой колонны в таком «одиночном» режиме вторую, третью и дополнительную колонны целесообразно перевести в режим накопления целевых изотопов (см. фиг.5, фиг.6). Для этого, в соответствии с п.4. формулы изобретения, в течение того времени, когда отборы газового потока из нижних частей второй, третьей и дополнительной колонн не производят, из верхних частей этих колонн производят отборы, а в промежуточные по высоте точки колонн подают оксид азота (II) исходного состава (см. первую и вторую фазы последовательности коммутации газовых потоков на фиг.4 и фиг.5). Режим накопления может быть использован в течение требуемого по различным технологическим причинам времени, например при продолжительных тестовых испытаниях колонн или в тех случаях, когда временно представляет интерес только изотопная продукция в виде изотопа ¹⁸О. Режим накопления также выгоден тем, что дальше, при переводе каскада из четырех колонн на одновременное производства всех трех целевых изотопов, переходные периоды могут быть заметно сокращены по сравнению со случаем, когда режим накопления не используют.As a rule, in practice, in the first column in a cascade of four columns, highly enriched isotopic products can be produced. To do this, it is enough to reduce the amount of gas flow from its lower part. The sampling stream from the bottom of the column may contain an ¹⁸ O isotope with a concentration of up to 99% in molecular modifications of ¹⁵ N ¹⁸ O and ¹⁴ N ¹⁸ O. A ¹⁷ O isotope with significant enrichment in this mode cannot be obtained. In cases where there is no chemical isotope exchange, the concentration of the ¹⁵ N isotope in the selection is also low and amounts to about 2%. If the effective chemical isotope exchange rate is high, the concentration of the ¹⁵ N isotope can reach several tens of percent. When operating the first column in such a "single" mode, it is advisable to transfer the second, third and additional columns to the accumulation mode of the target isotopes (see Fig. 5, Fig. 6). For this, in accordance with paragraph 4. claims, during the time when gas flow is not taken from the lower parts of the second, third, and additional columns, selections are made from the upper parts of these columns, and nitric oxide (II) of the initial composition is supplied to the column intermediate in height points (see the first and second phases of the sequence of switching gas flows in figure 4 and figure 5). The accumulation mode can be used for the time required for various technological reasons, for example, during lengthy test tests of columns or in cases where only isotope products in the form of an ¹⁸ O isotope are temporarily of interest. The accumulation mode is also advantageous in that, further, when transferring the cascade of the four columns for the simultaneous production of all three target isotopes, transition periods can be markedly reduced compared with the case when the accumulation mode is not used.

Для перевода каскада колонн из режима накопления в режим производства трех изотопов используют специальные мероприятия, способы реализации которых определяются отсутствием или наличием химического изотопного обмена, а именно.To transfer the cascade of columns from the accumulation mode to the production mode of three isotopes, special measures are used whose implementation methods are determined by the absence or presence of chemical isotope exchange, namely.

В тех случаях, когда химический изотопный обмен на фоне основного дистилляционного процесса отсутствует, в соответствии с п.7. формулы изобретения после прекращения подачи потока оксида азота (II) исходного состава в промежуточные по высоте точки второй, третьей и дополнительной колонн отборы газового потока из верхних частей этих колонн прекращают. Далее начинают подачу отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны и одновременно на время прекращают отбор газового потока из верхней части первой колонны. Это служит для того, чтобы произвести ускоренное установление требуемого изотопного состава в нижней части первой колонны за счет вытеснения высокообогащенных наименее летучих молекулярных компонентов. При подаче отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны одновременно начинают отбор газового потока из верхней части второй колонны и подают его в промежуточную по высоте точку третьей колонны, где одновременно начинают отбор газового потока из ее верхней части. В целях сокращения переходных периодов отборы газового потока из нижних частей второй и третьей колонн некоторое время не производят. Далее с различными задержками по времени начинают отбор газового потока из верхней части первой колонны и отборы газового потока из нижних частей второй и третьей колонн. Как только отбор газового потока из нижней части третьей колонны начат, его сразу подают в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны, где одновременно начинают отбор газового потока из ее верхней части. В целях сокращения переходного периода отбор газового потока из нижней части дополнительной колонны начинают с задержкой после начала отбора из ее верхней части. По окончании указанных мероприятий каскад колонн приведен в стационарное рабочее состояние для производства трех целевых изотопов (см. фиг.4).In cases where there is no chemical isotope exchange against the background of the main distillation process, in accordance with paragraph 7. after the termination of the flow of nitric oxide (II) oxide of the initial composition to the intermediate height points of the second, third and additional columns, the selection of the gas stream from the upper parts of these columns is stopped. Then, the gas stream is started to be drawn from the lower part of the first column to the intermediate point of the second column, and at the same time, the gas stream is temporarily stopped from the upper part of the first column. This serves to accelerate the establishment of the required isotopic composition in the lower part of the first column by displacing the highly enriched least volatile molecular components. When filing a gas stream from the lower part of the first column to an intermediate height point of the second column, gas sampling from the upper part of the second column is simultaneously started and fed to a point of intermediate height in the third column, where gas is taken from the upper part at the same time. In order to reduce transition periods, gas flow is not taken from the lower parts of the second and third columns for some time. Then, with various time delays, the gas stream is taken from the upper part of the first column and the gas stream is taken from the lower parts of the second and third columns. As soon as the selection of the gas stream from the lower part of the third column is started, it is immediately fed to the intermediate in height point of the additional column, where at the same time the selection of the gas stream from its upper part begins. In order to reduce the transition period, the selection of the gas stream from the lower part of the additional column begins with a delay after the start of the selection from its upper part. At the end of these activities, the cascade of columns is brought into a stationary working state for the production of three target isotopes (see figure 4).

В тех случаях, когда эффективная скорость химического изотопного обмена заметно велика и он искажает характер массопереноса, формируемого основным дистилляционным процессом, в соответствии с п.8. формулы изобретения операции идентичны за исключением того, что после начала отбора газового потока из нижней части первой колонны и его подачи в промежуточную по высоте точку второй колонны, одновременно начинают отборы газовых потоков из верхних частей второй, третьей и дополнительной колонн. С их началом отборы из верхних частей второй и третьей колонн начинают подавать в промежуточные по высоте точки последующих колонн. В целях сокращения переходных периодов отборы газовых потоков из верхней части первой колонны и из нижних частей второй, третьей и дополнительной колонн начинают с различными задержками по времени. По окончании указанных мероприятий каскад колонн приведен в стационарное рабочее состояние для производства трех целевых изотопов (см.фиг.5).In those cases when the effective rate of chemical isotope exchange is noticeably high and it distorts the nature of the mass transfer formed by the main distillation process, in accordance with paragraph 8. the claims are identical except that after the start of the selection of the gas stream from the lower part of the first column and its supply to the intermediate height point of the second column, the gas flows from the upper parts of the second, third and additional columns begin simultaneously. With their beginning, selections from the upper parts of the second and third columns begin to be fed into the intermediate points of subsequent columns in height. In order to reduce the transition periods, the selection of gas flows from the upper part of the first column and from the lower parts of the second, third and additional columns begin with various time delays. At the end of these measures, the cascade of columns is brought into a stationary working state for the production of three target isotopes (see figure 5).

В тех случаях, когда эффективная скорость химического изотопного обмена заметно велика и он искажает характер массопереноса, формируемого основным дистилляционным процессом (в частности, при реализация процесса в соответствии с п.п.3, 6, 8 формулы изобретения), целевой изотоп ¹⁷O накапливается в объеме второй колонны и его выделение в обогащенном виде требует специальных мероприятий, реализацию которых осуществляют использованием операций, представленных в п.13 формулы изобретения (см. фиг.6). Для этого определяют время достижения требуемого накопление молекулярного компонента ^l5N¹⁷O в объеме второй колонны. Как правило, требуемое накопление должно соответствовать условию, что жидкостная задержка во второй колонне должна на 65-75% состоять из компонента ¹⁵N¹⁷O. Проще и надежнее всего этот момент времени можно определить в соответствии с п.14 формулы изобретения по результатам измерений во времени величины концентрации ¹⁵N¹⁷O в отборах газовых потоков из колонны и в газовом потоке отбора из нижней части первой колонны (по балансу между поступающим во вторую колонну и отводимым из нее количеством компонентом ¹⁵N¹⁷О).In cases where the effective rate of chemical isotope exchange is noticeably high and it distorts the nature of the mass transfer formed by the main distillation process (in particular, when the process is implemented in accordance with claims 3, 6, 8 of the claims), the target ¹⁷ O isotope accumulates in the volume of the second column and its separation in enriched form requires special measures, the implementation of which is carried out using the operations presented in paragraph 13 of the claims (see Fig.6). To do this, determine the time to achieve the desired accumulation of the molecular component ^l5 N ¹⁷ O in the volume of the second column. As a rule, the required accumulation should correspond to the condition that the liquid delay in the second column should be 65-75% composed of component ¹⁵ N ¹⁷ O. The easiest and most reliable time can be determined in accordance with paragraph 14 of the claims from the results of measurements in time concentration value of ¹⁵ N ¹⁷ O in the selection of gas streams from the column and in the gas stream from the bottom of the first column (according to the balance between the component ¹⁵ N ¹⁷ O coming into the second column and the quantity removed from it).

По достижении требуемого накопления молекулярного компонента ¹⁵N¹⁷O в объеме второй колонны подачу отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны прекращают. Сам отбор газового потока из нижней части первой колонны не прекращают, сохраняя его номинальное значение и подавая, например, в приемник полупродуктов тем самым изотопный состав в этом потоке остается неизменным во времени. Одновременно с прекращением подачи этого потока в промежуточную по высоте точку второй колонны в эту точку начинают подачу оксида азота (II) исходного состава, а отбор газового потока из ее верхней части прекращают. При этом в верхней части второй колонны идет накопление более летучих молекулярных компонентов (¹⁴N¹⁶O, ¹⁴N¹⁷O, ¹⁵N¹⁶O и ¹⁴N¹⁸О), которые вытесняют к низу колонны целевой компонент ¹⁵N¹⁷О и повышают его концентрацию в отборе газового потока из нижней части второй колонны. Одновременно с прекращением подачи отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны прекращают отборы газового потока из верхних и нижних частей третьей и дополнительной колонн. Это связано с тем, что источник питания третьей колонны (отбор газового потока из верхней части второй колонны) с этого момента времени перестал существовать, что в силу поддержания материальных балансов вынуждает прекратить вышеуказанные отборы. С этого момента времени третья и дополнительная колонны начинают эксплуатировать в «закрытом» режиме (без внешних потоков), при котором количество каждого изотопного компонента в объеме колонн не изменяется во времени, а по высоте колонн происходит незначительное дополнительное разделение. В верхних частях увеличивается концентрация более летучих компонентов (¹⁴N¹⁶O и ¹⁴N¹⁷O), а в нижних частях увеличивается концентрация менее летучих компонентов (¹⁵N¹⁸О и ¹⁵N¹⁷O). После того, как в отборе газового потока из нижней части второй колонны получен высокообогащенный компонент ¹⁵N¹⁷O, каскад колонн необходимо перевести в исходное состояние. Перевод в исходное состояние производят с помощью операций, минимизирующих продолжительности переходных периодов. Для этого прекращают подачу газового потока исходного состава в промежуточную по высоте точку второй колонны. Поскольку отбор газового потока из верхней части второй колонны на этот момент времени не производят, в силу условий материального баланса одновременно прекращают отбор газового потока из нижней части колонны. Вторая колонна, как третья и дополнительная колонны, находится в «закрытом» режиме разделения. Далее, через определенный промежуток времени осуществляют непосредственно перевод каскада колонн в исходное состояние. Для этого отбор газового потока из нижней части первой колонны подают в промежуточную по высоте точку второй колонны, одновременно начинают все отборы газовых потоков во второй, третьей и дополнительной колоннах и одновременно отборы газовых потоков из верхних частей второй и третьей колонн подают соответственно в промежуточные по высоте точки третьей и дополнительной колонны. После этого каскад колонн переведен в штатное рабочее состояние и величины отборов газового потока из всех колонн не изменяют до очередного достижения требуемого накопления молекулярного компонента ¹⁵N¹⁷O в объеме второй колонны. Далее с целью очередного извлечения изотопа ¹⁷О все операции повторяют в той же последовательности.Upon reaching the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column, the gas flow withdrawal from the lower part of the first column to the intermediate height point of the second column is stopped. Sampling of the gas stream from the bottom of the first column does not stop, preserving its nominal value and feeding, for example, to the intermediate product receiver, thereby the isotopic composition in this stream remains unchanged in time. Simultaneously with the cessation of the flow of this stream to an intermediate height point of the second column, the flow of nitric oxide (II) of the initial composition begins at this point, and the selection of the gas stream from its upper part is stopped. Moreover, in the upper part of the second column there is an accumulation of more volatile molecular components ( ¹⁴ N ¹⁶ O, ¹⁴ N ¹⁷ O, ¹⁵ N ¹⁶ O and ¹⁴ N ¹⁸ O), which displace the target component ¹⁵ N ¹⁷ O to the bottom of the column and increase its concentration in the selection of the gas stream from the bottom of the second column. Simultaneously with the cessation of the flow of gas flow from the lower part of the first column to the intermediate height point of the second column, gas flow from the upper and lower parts of the third and additional columns is stopped. This is due to the fact that the power source of the third column (gas stream withdrawal from the upper part of the second column) ceased to exist from this point in time, which, due to the maintenance of material balances, forces to stop the above selection. From this moment in time, the third and additional columns begin to operate in a “closed” mode (without external flows), in which the amount of each isotopic component in the volume of the columns does not change in time, and insignificant additional separation occurs along the height of the columns. In the upper parts, the concentration of more volatile components ( ¹⁴ N ¹⁶ O and ¹⁴ N ¹⁷ O) increases, and in the lower parts, the concentration of less volatile components ( ¹⁵ N ¹⁸ O and ¹⁵ N ¹⁷ O) increases. After the highly enriched component ¹⁵ N ¹⁷ O is obtained in the selection of the gas stream from the bottom of the second column, the cascade of columns must be returned to its original state. The resetting is carried out using operations that minimize the duration of transition periods. To do this, stop the flow of the gas stream of the initial composition to an intermediate height point of the second column. Since the selection of the gas stream from the upper part of the second column is not performed at this point in time, due to material balance conditions, the selection of the gas stream from the lower part of the column is simultaneously stopped. The second column, like the third and additional columns, is in a “closed” separation mode. Further, after a certain period of time, the cascade of columns is directly transferred to the initial state. To do this, the selection of the gas stream from the lower part of the first column is fed to a point of intermediate height in the second column, all gas flows in the second, third and additional columns are simultaneously started and simultaneously the gas flows from the upper parts of the second and third columns are fed into the intermediate ones, respectively points of the third and additional columns. After that, the cascade of columns is transferred to the normal operating state and the gas flow rates from all columns are not changed until the next achievement of the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column. Further, with the aim of the next extraction of the isotope ¹⁷ O, all operations are repeated in the same sequence.

Патентуемый способ поясняется прилагаемыми схемами, представленными на следующих фигурах:The patented method is illustrated by the accompanying diagrams presented in the following figures:

Фиг.1 Схема коммутации газовых потоков между колоннами в известном способе.Figure 1 Scheme of switching gas flows between columns in a known method.

Фиг.2 Схема и последовательность коммутации газовых потоков между колоннами при отсутсвии изотопного обмена.Figure 2 Scheme and sequence of switching gas flows between the columns in the absence of isotopic exchange.

Фиг.3 Схема и последовательность коммутации газовых потоков между колоннами при наличии изотопного обмена.Figure 3 Scheme and sequence of switching gas flows between columns in the presence of isotopic exchange.

Фиг.4 Схема перевода каскада колонн из режима производства одного изотопа ¹⁸О в первой колонне и режима накопления в остальных колоннах в режим производства трех изотопов ¹⁸О, ¹⁷O и ¹⁵N при отсутствии изотопного обмена.Figure 4 A diagram of the conversion of a cascade of columns from the production mode of one ¹⁸ O isotope in the first column and the accumulation mode in the remaining columns to the production mode of three ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes in the absence of isotopic exchange.

Фиг.5 Схема перевода каскада колонн из режима производства одного изотопа ¹⁸О в первой колонне и режима накопления в остальных колоннах в режим производства трех изотопов ¹⁸О, ¹⁷О и ¹⁵N при наличии изотопного обмена.Figure 5 A diagram of the conversion of a cascade of columns from the production mode of one ¹⁸ O isotope in the first column and the accumulation mode in the remaining columns to the production mode of three ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes in the presence of isotopic exchange.

Фиг.6 Схема и последовательность коммутации газовых потоков между колоннами для выделения обогащенного изотопа ¹⁷O при наличии изотопного обмена.Fig.6. Scheme and sequence of switching gas flows between columns for separation of the enriched ¹⁷ O isotope in the presence of isotopic exchange.

На чертежах цифрами обозначены колонны (первая, вторая, третья), стрелками - газовые потоки, дп - дополнительная колонна.In the drawings, the columns (first, second, third) are indicated by numbers, arrows indicate gas flows, dp indicates an additional column.

Конкретные примеры осуществления поясняют сущность патентуемого изобретения.Specific embodiments illustrate the essence of the patented invention.

Способ реализуется в каскаде из четырех дистилляционных колонн. Последовательность операций для случая отсутствия изотопного обмена следующая (реализация п.1 и п.п.2, 4, 5, 7 формулы изобретения):The method is implemented in a cascade of four distillation columns. The sequence of operations for the case of the absence of isotope exchange is as follows (implementation of claim 1 and claims 2, 4, 5, 7 of the claims):

- Колонны заполняют оксидом азота (II) с изотопным составом, близким к природному содержанию, и создают противоточные жидкостные и газовые циркуляционные потоки оксида азота (II) (далее NO).- The columns are filled with nitric oxide (II) with an isotopic composition close to the natural content and create countercurrent liquid and gas circulating flows of nitric oxide (II) (hereinafter NO).

- В промежуточную по высоте точку первой колонны непрерывно подают газовый поток питания оксидом азота (II) исходного состава. За счет того, что питающую смесь формируют отбором газового потока из верхней части первой колонны после восстановления ее изотопного состава, в питающей смеси существует незначительный дефицит по содержанию целевого изотопа ¹⁵N (концентрация на уровне 0,32% вместо 0,365% для природного содержания).- A gas feed stream of nitric oxide (II) of the initial composition is continuously supplied to a point of intermediate height in the first column. Due to the fact that the feed mixture is formed by taking a gas stream from the top of the first column after the restoration of its isotopic composition, there is a slight deficiency in the content of the target isotope ¹⁵ N (concentration at the level of 0.32% instead of 0.365% for the natural content).

- Номинальное значение потока питающей смеси составляет 18 тонн NO в год.- The nominal value of the feed mixture flow is 18 tons of NO per year.

- Из нижней части первой колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку второй колонны в виде потока питания. Номинальное значение отбора газовой смеси из нижней части первой колонны составляет P₁=52 кг NO в год.- From the bottom of the first column, a gas stream is selected and fed to a point of intermediate height in the second column in the form of a feed stream. The nominal value of the selection of the gas mixture from the lower part of the first column is P ₁ = 52 kg NO per year.

- Из верхней части первой колонны осуществляют отбор газового потока. Значение этого потока, как и всех остальных потоков, подаваемых и отводимых из колонн, определяется из условия поддержания равенства подаваемых в каждую колонну газовых потоков сумме отбираемых из нее газовых потоков.- From the top of the first column carry out the selection of the gas stream. The value of this flow, like all other flows supplied and withdrawn from the columns, is determined from the condition of maintaining the equality of the gas flows supplied to each column to the sum of the gas flows taken from it.

- Из нижней части второй колонны осуществляют отбор газового потока. Номинальное значение отбора составляет Р₂=21,3 кг NO в год.- From the bottom of the second column carry out the selection of the gas stream. The nominal value of the selection is P ₂ = 21.3 kg of NO per year.

- Из верхней части второй колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку третьей колонны в виде потока питания. Номинальное значение отбора составляет W₂=30,7 кг NO в год.- From the upper part of the second column, a gas stream is selected and supplied to a point of intermediate height in the third column in the form of a feed stream. The nominal selection value is W ₂ = 30.7 kg NO per year.

- Из верхней части третьей колонны осуществляют отбор газового потока. Номинальное значение отбора составляет W₃=4,0 кг NO в год.- From the upper part of the third column carry out the selection of the gas stream. The nominal sampling value is W ₃ = 4.0 kg NO per year.

- Из нижней части третьей колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны в виде потока питания (использование п.2 формулы изобретения). Номинальное значение отбора составляет Р₃=26,7 кг NO в год.- From the bottom of the third column, the gas stream is selected and fed to the intermediate height point of the additional column in the form of a feed stream (using claim 2 of the claims). The nominal value of the selection is P ₃ = 26.7 kg NO per year.

- Из верхней части дополнительной колонны осуществляют отбор газового потока с номинальным значением W₄=25,4 кг NO в год.- From the upper part of the additional columns carry out the selection of the gas stream with a nominal value of W ₄ = 25.4 kg of NO per year.

- Из нижней части дополнительной колонны осуществляют отбор газового потока с номинальным значением Р₄=1,3 кг NO в год.- From the bottom of the additional columns carry out the selection of the gas stream with a nominal value of P ₄ = 1.3 kg of NO per year.

В стационарном состоянии, после завершения всех переходных процессов, способ позволяет достигнуть следующих значений концентраций изотопных компонентов: В отборе Р₂ изотоп ¹⁸О с концентрацией не ниже 98%, в отборе W₃ изотоп ¹⁷O с концентрацией не ниже 40%, в отборе W₄ изотоп ¹⁵N с концентрацией не ниже 98% и в отборе P₄ изотоп ¹⁸О с концентрацией не ниже 96%. Для устойчивого поддержания получаемых значений концентраций изотопной продукции требуется поддержание величин потоков Р и W с точностью 2,5-3%.In a stationary state, after completion of all transient processes, the method allows to achieve the following concentrations of isotopic components: In the selection of P _{2, the} isotope ¹⁸ O with a concentration of not less than 98%, in the selection of W _{3 the} isotope of ¹⁷ O with a concentration of not less than 40%, in the selection of W ₄ isotope ¹⁵ N with a concentration of not less than 98% and in the selection of P ₄ isotope ¹⁸ O with a concentration of not less than 96%. To sustainably maintain the obtained concentrations of isotope products, it is necessary to maintain the fluxes P and W with an accuracy of 2.5-3%.

При реализации аналогичного способа с использованием только трех разделительных колонн точность поддержания потоков Р и W должна составлять не менее 1%. Уменьшение точности поддержания потоков патентуемого изобретения позволяет реализовать способ разделения более доступными и дешевыми средствами автоматики, увеличить продолжительность непрерывной реализации процесса в несколько раз и, кроме того, за счет снижения требований задания величин потоков, в отдельных случаях производить дополнительную изотопную продукцию в количестве до 1 кг в год.When implementing a similar method using only three separation columns, the accuracy of maintaining the flows P and W should be at least 1%. Reducing the accuracy of maintaining the flows of the patented invention allows to implement a separation method with more affordable and cheaper means of automation, to increase the duration of the continuous process several times and, in addition, by reducing the requirements for setting the flow values, in some cases to produce additional isotopic products in an amount of up to 1 kg in year.

При реализации приведенных выше операций способа для достижения стационарного режима обогащения требуется значительное время, связанное с медленными процессами массопереноса и накопления в колоннах. Если не использовать дополнительные мероприятия, направленные на ускорение процессов накопления отдельных изотопных компонентов, время установления по всем трем целевым изотопам составляет не менее 1,5-2 года. Для сокращения этого времени отборы газовых потоков из нижних частей всех колонн начинают с запаздыванием относительно отборов газовых потоков из их верхних частей (использование п.1. формулы изобретения). В первой колонне время запаздывания составляет 15-25 суток. Во второй колонне - 50-60 суток. В третьей колонне - 70-80 суток. В дополнительной колонне - 50-60 суток.When implementing the above operations of the method to achieve a stationary enrichment regime, considerable time is required associated with slow processes of mass transfer and accumulation in the columns. If you do not use additional measures aimed at accelerating the processes of accumulation of individual isotopic components, the establishment time for all three target isotopes is at least 1.5-2 years. To reduce this time, the selection of gas streams from the lower parts of all columns begins with a delay relative to the selection of gas streams from their upper parts (using claim 1. Of the claims). In the first column, the delay time is 15-25 days. In the second column - 50-60 days. In the third column - 70-80 days. In an additional column - 50-60 days.

Дополнительное (на 5-10 суток) сокращение времени достижения стационарного состояния реализуют, если одновременно с началом отбора газового потока из нижней части второй колонны временно, на 10-15 суток, прекращают отбор газового потока из ее верхней части, а подачу газового потока из верхней части второй колонны в промежуточную по высоте точку третьей колонны начинают одновременно с повторным началом отбора газового потока из верхней части второй колонны (использование п.5 формулы изобретения).An additional (by 5–10 days) reduction in the time to reach a stationary state is realized if, simultaneously with the start of gas flow extraction from the lower part of the second column, the gas flow is temporarily stopped for 10–15 days from its upper part and the gas flow is supplied from the upper parts of the second column to the intermediate height point of the third column begin simultaneously with the re-start of the gas flow from the upper part of the second column (using paragraph 5 of the claims).

В совокупности, при реализации мероприятий по п.п. 1, 2, 5 формулы изобретения плановая производительность по высокообогащенным изотопным компонентам достигается по следующему графику:In the aggregate, when implementing measures for items 1, 2, 5 of the claims, the planned performance for highly enriched isotopic components is achieved according to the following schedule:

- изотоп ¹⁸O-80 сут;- isotope ¹⁸ O-80 days;

- изотоп ¹⁷O - 140 сут;- ¹⁷ O isotope - 140 days;

- изотоп ¹⁵N - 200 сут.- isotope ¹⁵ N - 200 days.

В тех случаях, когда в течение ограниченного времени, определяемого различными технологическими условиями (например, при продолжительных тестовых испытаниях колонн или когда временно представляет интерес только изотопная продукция в виде изотопа ¹⁸О), первую колонну требуется перевести в режим производства высокообогащенного изотопа ¹⁸О, а затем перевести каскад колонн в режим одновременного производства всех трех изотопов (в штатный режим), используют операции, определяемые п.4. формулы изобретения. Для этого в нижней части первой колонны задают отбор продукта на уровне P₁=21 кг NO в год. Отборы газового потока из нижних частей второй, третьей и дополнительной колонн не производят, а в промежуточные по высоте точки каждой из этих колонн подают оксид азота (II) исходного сотава потоком величиной около 500 кг NO в год. Из верхних частей каждой из этих колонн производят отборы газового потока величиной 500 кг NO в год. За счет переходных процессов в отборах газового потока из верхних частей этих колонн концентрации целевых изотопов длительное время оказываются ниже концентраций питания и реализуется режим накопления целевых изотопов в объеме колонн. При этом скорость накопления изотопа ¹⁸О в объеме каждой колонны составляет около 0,5 кг/год, изотопа ¹⁷O - около 50 г/год и изотопа ¹⁵N - около 0,6 кг/год.In those cases when for a limited time determined by various technological conditions (for example, during long test tests of columns or when only isotopic products in the form of an ¹⁸ O isotope are temporarily of interest), the first column must be transferred to the production mode of a highly enriched ¹⁸ O isotope, and then transfer the cascade of columns to the simultaneous production of all three isotopes (in normal mode), use the operations defined in paragraph 4. claims To do this, in the lower part of the first column set the selection of the product at the level of P ₁ = 21 kg NO per year. No gas stream is taken from the lower parts of the second, third and additional columns, and nitric oxide (II) of the original soda stream is fed to the intermediate points of each of these columns with a stream of about 500 kg NO per year. From the upper parts of each of these columns, a gas stream of 500 kg of NO per year is sampled. Due to the transient processes in the selection of the gas stream from the upper parts of these columns, the concentrations of the target isotopes are for a long time lower than the concentration of nutrition and the accumulation mode of the target isotopes in the volume of the columns is implemented. Moreover, the accumulation rate of the ¹⁸ O isotope in the volume of each column is about 0.5 kg / year, the ¹⁷ O isotope is about 50 g / year and the ¹⁵ N isotope is about 0.6 kg / year.

Предварительно обогащенный изотопный состав во второй, третьей и дополнительной колоннах в дальнейшем позволяет сократить переходные периоды при переводе каскада колонн в штатный режим производства всех трех изотопов. Операцию перевода в случае отсутствия изотопного обмена осуществляют в соответствии с п.7 формулы изобретения, а именно.The pre-enriched isotopic composition in the second, third and additional columns in the future allows to reduce the transition periods when the cascade of columns is transferred to the normal production mode of all three isotopes. The transfer operation in the absence of isotope exchange is carried out in accordance with paragraph 7 of the claims, namely.

Первоначально прекращают подачу потока оксида азота (II) исходного состава в промежуточные по высоте точки второй, третьей и дополнительной колонн. Одновременно с этим на некоторое время (в масштабе технологических потребностей) прекращают отборы газового потока из верхних частей этих колонн. Затем увеличивают до величины 52 кг NO в год и начинают подачу отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны. Одновременно прекращают отбор газового потока из верхней части первой колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части второй колонны и подают его в промежуточную по высоте точку третьей колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части третьей колонны. После этого с задержкой по времени в 30-50 суток начинают отбор газового потока из верхней части первой колонны. С задержкой по времени в 20-40 суток начинают отбор газового потока из нижней части второй колонны и с задержкой по времени в 45-65 суток начинают отбор газового потока из нижней части третьей колонны. Отбор газового потока из нижней части третьей колонны одновременно с его началом подают в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части дополнительной колонны и с задержкой по времени в 45-60 суток начинают отбор газового потока из ее нижней части. При реализации указанных мероприятий плановая производительность по высокообогащенным изотопным компонентам достигается по следующему графику:Initially, the flow of nitric oxide (II) oxide of the initial composition is stopped at the intermediate height points of the second, third and additional columns. At the same time, for some time (on the scale of technological needs), gas withdrawals from the upper parts of these columns are stopped. Then increase to a value of 52 kg NO per year and begin the flow of gas flow from the lower part of the first column to the intermediate height point of the second column. At the same time, the gas flow is stopped from the upper part of the first column, the gas flow is started from the upper part of the second column at the same time and fed to the intermediate point of the third column, and the gas flow is taken from the upper part of the third column. After that, with a time delay of 30-50 days, the gas flow is taken from the upper part of the first column. With a time delay of 20–40 days, gas flow is taken from the bottom of the second column and with a time delay of 45–65 days, gas flow is taken from the bottom of the third column. The selection of the gas stream from the lower part of the third column simultaneously with its beginning serves in the intermediate point of height of the additional column, at the same time they begin the selection of the gas stream from the upper part of the additional column and with a time delay of 45-60 days begin the selection of the gas stream from its lower part. When implementing these measures, the planned performance for highly enriched isotopic components is achieved according to the following schedule:

- изотоп ¹⁸О - 40 сут;- ¹⁸ O isotope - 40 days;

- изотоп ¹⁷O - 100 сут;- ¹⁷ O isotope - 100 days;

- изотоп ¹⁵N - 140 сут.- isotope ¹⁵ N - 140 days.

Перевод каскада из режима получения изотопа ¹⁸О в первой колонне и режима накопления в остальных колоннах в режим производства всех трех изотопов оказывается заметно (примерно на 40 суток) более экономичным по времени по сравнению со случаем, когда режим накопления не используют.The transfer of the cascade from the production mode of the ¹⁸ O isotope in the first column and the accumulation mode in the remaining columns to the production mode of all three isotopes is noticeably (about 40 days) more economical in time compared to the case when the accumulation mode is not used.

Последовательность операций для случая присутствия изотопного обмена на фоне основного дистилляционного процесса разделения следующая (реализация п.1 и п.п.3, 4, 6, 8-14 формулы изобретения).The sequence of operations for the case of the presence of isotope exchange against the background of the main distillation separation process is as follows (implementation of claim 1 and claims 3, 4, 6, 8-14 of the claims).

- В промежуточную по высоте точку первой колонны непрерывно подают газовый поток питания оксидом азота (II) исходного состава.- A gas feed stream of nitric oxide (II) of the initial composition is continuously supplied to a point of intermediate height in the first column.

- Из нижней части первой колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку второй колонны в виде потока питания. Номинальное значение отбора газовой смеси из нижней части первой колонны составляет P₁=40 кг NO в год.- From the bottom of the first column, a gas stream is selected and fed to a point of intermediate height in the second column in the form of a feed stream. The nominal value of the selection of the gas mixture from the lower part of the first column is P ₁ = 40 kg NO per year.

- Из верхней части первой колонны осуществляют отбор газового потока.- From the top of the first column carry out the selection of the gas stream.

- Из нижней части второй колонны осуществляют отбор газового потока. Номинальное значение отбора составляет Р₂=15 кг NO в год.- From the bottom of the second column carry out the selection of the gas stream. The nominal value of the selection is P ₂ = 15 kg NO per year.

- Из верхней части второй колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку третьей колонны в виде потока питания. Номинальное значение отбора составляет W₂=25 кг NO в год.- From the upper part of the second column, a gas stream is selected and supplied to a point of intermediate height in the third column in the form of a feed stream. The nominal sampling value is W ₂ = 25 kg NO per year.

- Из верхней части третьей колонны осуществляют отбор газового потока и подают его в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны в виде потока питания (использование п.3 формулы изобретения). Номинальное значение отбора составляет W₃=18 кг NO в год.- From the upper part of the third column, the gas stream is selected and fed to the intermediate height point of the additional column in the form of a feed stream (using claim 3 of the claims). The nominal value of the selection is W ₃ = 18 kg NO per year.

- Из нижней части третьей колонны осуществляют отбор газового потока. Номинальное значение отбора составляет Р₃=7 кг NO в год.- From the bottom of the third column carry out the selection of the gas stream. The nominal value of the selection is P ₃ = 7 kg NO per year.

- Из верхней части дополнительной колонны осуществляют отбор газового потока с номинальным значением W₄=6 кг NO в год.- From the upper part of the additional columns carry out the selection of the gas stream with a nominal value of W ₄ = 6 kg NO per year.

- Из нижней части дополнительной колонны осуществляют отбор газового потока с номинальным значением P₄=12 кг NO в год.- From the bottom of the additional column carry out the selection of the gas stream with a nominal value of P ₄ = 12 kg NO per year.

В квазистационарном состоянии после завершения всех переходных процессов способ позволяет достигнуть следующих значений концентраций изотопных компонентов. В отборе Р₂ изотоп ¹⁸О и изотоп ¹⁵N с концентрацией не ниже 98%, в отборе P₃ изотоп ¹⁸О с концентрацией не ниже 98%, в отборе P₄ изотоп ¹⁵N с концентрацией не ниже 98%. Изотоп ¹⁷O длительное время медленно накапливается в объеме второй колонны и для его извлечения используют дополнительные операции.In a quasistationary state after completion of all transient processes, the method allows to achieve the following concentrations of isotopic components. In the selection of P _{2, the} isotope ¹⁸ O and the isotope ¹⁵ N with a concentration of not less than 98%, in the selection of P ₃ isotope ¹⁸ O with a concentration of not less than 98%, in the selection of P ₄ isotope ¹⁵ N with a concentration of not less than 98%. The ¹⁷ O isotope for a long time slowly accumulates in the volume of the second column and additional operations are used to extract it.

При реализации приведенных выше операций способа для достижения стационарного режима обогащения требуется значительное время, связанное с медленными процессами массопереноса и накопления в колоннах. Если не использовать дополнительные мероприятия, направленные на ускорение процессов накопления отдельных изотопных компонентов, время установления по всем трем целевым изотопам составляет не менее 2-3 лет. Для сокращения этого времени отборы газовых потоков из нижних частей всех колонн начинают с запаздыванием относительно отборов газовых потоков из их верхних частей (использование п.1. формулы изобретения). В первой колонне время запаздывания составляет 10-15 суток. Во второй колонне - 25-90 суток (конкретное время определяется текущей скоростью изотопного обмена). В третьей колонне - 65-75 суток. В дополнительной колонне - 20-25 суток.When implementing the above operations of the method to achieve a stationary enrichment regime, considerable time is required associated with slow processes of mass transfer and accumulation in the columns. If you do not use additional measures aimed at accelerating the processes of accumulation of individual isotopic components, the establishment time for all three target isotopes is at least 2-3 years. To reduce this time, the selection of gas streams from the lower parts of all columns begins with a delay relative to the selection of gas streams from their upper parts (using claim 1. Of the claims). In the first column, the delay time is 10-15 days. In the second column - 25-90 days (a specific time is determined by the current rate of isotopic exchange). In the third column - 65-75 days. In an additional column - 20-25 days.

Дополнительное (на 15-25 суток) сокращение времени достижения высоких обогащений реализуют, если отбор газового потока из верхней части второй колонны подают в промежуточную по высоте точку третьей колонны с запаздыванием примерно на 25-35 суток после его начала, а отбор газового потока из верхней части третьей колонны начинают подавать в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны также с запаздыванием одновременно с началом отбора газового потока из нижней части третьей колонны (использование п.6 формулы изобретения).An additional (by 15–25 days) reduction in the time to achieve high enrichments is realized if the gas stream is taken from the upper part of the second column to the intermediate point of the third column with a delay of about 25–35 days after it starts, and the gas stream is taken from the upper parts of the third column begin to be supplied to the intermediate point of height of the additional column also with delay simultaneously with the start of gas flow selection from the lower part of the third column (using claim 6 of the claims).

Кроме того, дальнейшее сокращение времени достижения высоких обогащений может быть оптимизировано в зависимости от скорости изотопного обмена. Если эффективная скорость изотопного обмена велика и приближается к предельной, при которой дальнейшее увеличение содержания двуокиси азота и, следовательно, скорости изотопно-обменных реакций не влияет на характер массопереноса в колоннах, дополнительная оптимизация продолжительности переходных периодов не дает заметного результата. Если эффективная скорость изотопного обмена имеет промежуточные по величине значения, возможны варианты дополнительной оптимизации продолжительности переходных периодов. Для этого, в соответствии с п.9 формулы изобретения, отбор газового потока из нижней части второй колонны целесообразно начинать со значения Р₂=7 кг NO в год, постепенно, в течение 100-400 суток увеличивая его до номинального значения Р₂=15 кг NO в год. Также, в соответствии с п.11 формулы изобретения, отбор газового потока из нижней части третьей колонны целесообразно начинать со значения Р₃=14 кг NO в год, постепенно, в течение 50-400 суток уменьшая его до номинального значения. Р₃=7 кг NO в год. Продолжительности указанных интервалов времени зависят от конкретной скорости изотопного обмена. Закон изменения указанных отборов газовых потоков для удобства управления можно регулировать в зависимости от изменения концентраций некоторых изотопных компонентов, которые поддаются прямому измерению. Например, в соответствии с п.10. формулы изобретения, изменение величины отбора из нижней части второй колонны можно производить пропорционально величине концентрации молекулярного компонента ¹⁵N¹⁸O в потоке этого отбора, а в соответствии с п.12. формулы изобретения изменение величины отбора из нижней части третьей колонны можно производить пропорционально величине концентрации молекулярного компонента ¹⁴N¹⁸О в потоке этого отбора. Концентрации измеряют массоспектрометрическим методом.In addition, a further reduction in the time to reach high enrichment can be optimized depending on the rate of isotopic exchange. If the effective rate of isotopic exchange is large and approaches the limit at which a further increase in the content of nitrogen dioxide and, consequently, the rate of isotope-exchange reactions does not affect the nature of mass transfer in the columns, additional optimization of the duration of the transition periods does not give a noticeable result. If the effective isotope exchange rate has intermediate values, options for additional optimization of the duration of transition periods are possible. For this, in accordance with paragraph 9 of the claims, it is advisable to start the selection of the gas stream from the bottom of the second column from a value of P ₂ = 7 kg NO per year, gradually increasing it to a nominal value of P ₂ = 15 over 100-400 days kg NO per year. Also, in accordance with paragraph 11 of the claims, it is advisable to start the selection of the gas stream from the bottom of the third column from a value of P ₃ = 14 kg NO per year, gradually reducing it to a nominal value over a period of 50-400 days. P ₃ = 7 kg NO per year. The durations of these time intervals depend on the specific rate of isotopic exchange. For ease of control, the law of variation of the indicated gas flow offsets can be controlled depending on changes in the concentrations of some isotopic components that can be directly measured. For example, in accordance with paragraph 10. of the claims, the change in the selection from the bottom of the second column can be made proportional to the concentration of the molecular component ¹⁵ N ¹⁸ O in the stream of this selection, and in accordance with paragraph 12. of the claims of the invention, the change in the selection from the lower part of the third column can be made proportional to the concentration of the molecular component ¹⁴ N ¹⁸ O in the stream of this selection. Concentrations are measured by mass spectrometric method.

В совокупности, при реализации указанных мероприятий примерно половинная производительность по высокообогащенным изотопным компонентам достигается по следующему графику:Together, when implementing these measures, approximately half the productivity of highly enriched isotopic components is achieved according to the following schedule:

- изотоп ¹⁸O - 75 сут;- isotope ¹⁸ O - 75 days;

- изотоп ¹⁵N - 75 сут.- isotope ¹⁵ N - 75 days.

А плановая производительность - по графику:And the planned performance is on schedule:

- изотоп ¹⁸О - 150 сут;- ¹⁸ O isotope - 150 days;

- изотоп ¹⁵N - 180 сут.- isotope ¹⁵ N - 180 days.

Для извлечения изотопа ¹⁷O используют следующие операции (см. п.13 формулы изобретения), а именно.The following operations are used to extract the ¹⁷ O isotope (see paragraph 13 of the claims), namely.

По истечении времени требуемого накопления молекулярного компонента ¹⁵N¹⁷O в объеме второй колонны, которое в среднем оценивается в 2 года, прекращают подачу отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны. Одновременно в промежуточную по высоте точку второй колонны начинают подачу оксида азота (II) исходного состава потоком Р₂=40 кг NO в год и одновременно прекращают отбор газового потока из верхних частей второй, третьей и дополнительной колонн. Одновременно прекращают отбор газового потока из нижних частей третьей и дополнительной колонн. С задержкой по времени в 10-15 сут прекращают отбор газового потока из нижней части второй колонны и одновременно прекращают подачу оксида азота (II) исходного состава в промежуточную по высоте точку этой колонны. Далее, с дополнительной задержкой по времени в 20-25 суток отбор газового потока из нижней части первой колонны Р₁=40 кг NO в год подают в промежуточную по высоте точку второй колонны, одновременно начинают все отборы газовых потоков во второй, третьей и дополнительной колоннах, одновременно отборы газовых потоков из верхних частей второй и третьей колонн подают соответственно в промежуточные по высоте точки третьей и дополнительной колонны. Вся операция занимает 30-40 суток. Далее величины отборов газового потока из всех колонн не изменяют до очередного достижения требуемого накопления молекулярного компонента ¹⁵N¹⁷O в объеме второй колонны. В течение первых 10-15 суток, когда на питание второй колонны подают оксид азота (II) исходного состава, в ее отборе получают изотоп ¹⁷O с переменным во времени составом. Максимальное значение концентрации изотопа составляет 80% и более, а среднее по времени значение составляет требуемые 40%. Проще и надежнее всего момент времени достижения требуемого накопления молекулярного компонента ¹⁵N¹⁷О в объеме второй колонны можно определить в соответствии с п.14 формулы изобретения по результатам массоспектрометрических измерений величины концентрации ¹⁵N¹⁷О в отборах газовых потоков из колонны и в газовом потоке отбора из нижней части первой колонны. По результатам измерений рассчитывается динамика накопления во времени как баланс между поступающим во вторую колонну и отводимым из нее количеством компонентов ¹⁵N¹⁷О. Требуемое накопление должно соответствовать условию, что жидкостная задержка во второй колонне должна на 65-75% состоять из компонента ¹⁵N¹⁷O. После этого производят извлечения изотопа ¹⁷O с использованием операций, регламентируемых п.13 формулы изобретения.After the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column, which is estimated at 2 years on average, has ceased, the gas stream is withdrawn from the bottom of the first column to a point of intermediate height in the second column. At the same time, the supply of nitric oxide (II) of the initial composition with a stream of P ₂ = 40 kg NO per year begins at a point of intermediate height in the second column and at the same time stops the selection of the gas stream from the upper parts of the second, third and additional columns. At the same time stop the selection of the gas stream from the lower parts of the third and additional columns. With a time delay of 10-15 days, the gas flow is stopped from the lower part of the second column and at the same time the flow of nitric oxide (II) of the initial composition to the intermediate height point of this column is stopped. Further, with an additional time delay of 20–25 days, the gas stream is taken from the lower part of the first column P ₁ = 40 kg NO per year to a point of intermediate height in the second column, all gas flows taken in the second, third and additional columns begin simultaneously , at the same time the selection of gas flows from the upper parts of the second and third columns are fed respectively to the intermediate in height points of the third and additional columns. The whole operation takes 30-40 days. Further, the values of the gas flow withdrawals from all columns are not changed until the next achievement of the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column. During the first 10-15 days, when nitric oxide (II) of the initial composition is fed to the second column, a ¹⁷ O isotope with a time-varying composition is obtained in its selection. The maximum value of the isotope concentration is 80% or more, and the average time value is the required 40%. The easiest and most reliable time to reach the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column can be determined in accordance with paragraph 14 of the claims according to the results of mass spectrometric measurements of the concentration of ¹⁵ N ¹⁷ O in the selection of gas streams from the column and in the gas stream from the bottom of the first column. The measurement results calculated dynamics of accumulation with time as the balance between supply to the second column and withdrawn therefrom amount components ¹⁵ N ¹⁷ O. Required accumulation must meet the condition that the liquid delay in the second column should be 65-75% of component ¹⁵ N ¹⁷ O. After that, the ¹⁷ O isotope is extracted using the operations regulated by claim 13.

В случае наличия изотопного обмена, первую колонну иногда требуется использовать в режиме производства высокообогащенного изотопа ¹⁸О, а затем перевести каскад колонн в режим одновременного производства всех трех изотопов (в штатный режим). Для этого используют операции, определяемые п.4. и п.8. формулы изобретения. Перевод в режим производства высокообогащенного изотопа ¹⁸О достигают тем, что в нижней части первой колонны задают отбор продукта на уровне Р₁=21 кг NO в год. Отборы газового потока из нижних частей второй, третьей и дополнительной колонн не производят, а в промежуточные по высоте точки каждой из этих колонн подают оксид азота (II) исходного сотава потоком величиной около 500 кг NO в год. Из верхних частей каждой из этих колонн производят отборы газового потока величиной 500 кг NO в год.In the case of isotope exchange, the first column is sometimes required to be used in the production mode of the highly enriched ¹⁸ O isotope, and then the cascade of columns is put into the mode of simultaneous production of all three isotopes (in the normal mode). To do this, use the operations defined in paragraph 4. and p. 8. claims The transfer to the production mode of the highly enriched ¹⁸ O isotope is achieved by the fact that in the lower part of the first column the product is selected at a level of P ₁ = 21 kg NO per year. No gas stream is taken from the lower parts of the second, third and additional columns, and nitric oxide (II) of the original soda stream is fed to the intermediate points of each of these columns with a stream of about 500 kg NO per year. From the upper parts of each of these columns, a gas stream of 500 kg of NO per year is sampled.

Операцию перевода в штатный режим в соответствии с п.8. формулы изобретения осуществляют следующим образом.The operation of the transfer to normal mode in accordance with paragraph 8. the claims are as follows.

После прекращения подачи потока оксида азота (II) исходного состава в промежуточные по высоте точки второй, третьей и дополнительной колонн отборы газового потока из верхних частей этих колонн также на некоторое время прекращают. После этого начинают подачу отбора газового потока из нижней части первой колонны в промежуточную по высоте точку второй колонны, одновременно прекращают отбор газового потока из верхней части первой колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части второй колонны и подают его в промежуточную по высоте точку третьей колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части третьей колонны и подают его в промежуточную по высоте точку дополнительной колонны, одновременно начинают отбор газового потока из верхней части дополнительной колонны. После чего с задержкой по времени 30-50 суток начинают отбор газового потока из верхней части первой колонны. С задержкой по времени 25-90 суток начинают отбор газового потока из нижней части второй колонны. С задержкой 65-75 суток начинают отбор газового потока из нижней части третьей колонны и с задержкой 20-25 суток начинают отбор газового потока из нижней части дополнительной колонны.After the flow of the nitric oxide (II) oxide feed of the initial composition to the intermediate points of the height of the second, third and additional columns is stopped, the gas flow from the upper parts of these columns is also stopped for some time. After that, the gas stream is taken from the lower part of the first column to an intermediate height point of the second column, the gas flow is stopped from the upper part of the first column at the same time, the gas flow is taken from the upper part of the second column and fed to the third intermediate height point columns, at the same time begin the selection of the gas stream from the upper part of the third column and feed it to the intermediate intermediate point of the additional column, at the same time begin the selection of the gas stream from top of the extra column. Then, with a time delay of 30-50 days, gas flow is taken from the upper part of the first column. With a time delay of 25-90 days, gas flow is taken from the lower part of the second column. With a delay of 65-75 days, the gas flow is taken from the lower part of the third column and with a delay of 20-25 days, the gas flow is started from the lower part of the additional column.

При реализации указанных мероприятий примерно половинная производительность по высокообогащенным изотопным компонентам достигается по следующему графику:When implementing these measures, approximately half the productivity of highly enriched isotopic components is achieved according to the following schedule:

- изотоп ¹⁸О - 65 сут;- ¹⁸ O isotope - 65 days;

- изотоп ¹⁵N - 65 сут.- isotope ¹⁵ N - 65 days.

- изотоп ¹⁸О - 140 сут;- ¹⁸ O isotope - 140 days;

- изотоп ¹⁵N - 170 сут.- isotope ¹⁵ N - 170 days.

Для извлечения изотопа ¹⁷О используют описанные выше операции, соответствующие п.13 формулы изобретения.To extract the isotope ¹⁷ O using the above operations, corresponding to paragraph 13 of the claims.

Claims

1. A method for the simultaneous enrichment of nitric oxide (II) with ¹⁸ O, ¹⁷ O and ¹⁵ N isotopes, comprising filling low-temperature separation distillation columns with nitric oxide (II), creating countercurrent liquid and gas circulating nitric oxide (II) circulating streams, supplying a gas stream feeding nitric oxide (II) of the initial composition to a height intermediate point of the first column, taking a gas stream from the top of the first column, taking a gas stream from the bottom of the first column and feeding it to a second intermediate height point column, taking a gas stream from the lower part of the second column, taking a gas stream from the upper part of the second column and supplying it to an intermediate height point of the third column, taking gas flows from the upper and lower parts of the third column, maintaining the equality of the gas flows supplied to each column the sum of the gas flows taken from it, characterized in that one of the gas flows of the third column is fed to an intermediate height point of an additional low-temperature separation distillation column, of the upper and lower portions which selects the gas streams, gas streams and the selections of the lower parts of all the columns start with a delay relative selections gas streams from their upper parts.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the intermediate height point of the additional column serves the selection of a gas stream from the bottom of the third column.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the intermediate height point of the additional column serves the selection of a gas stream from the upper part of the third column.

4. The method according to claim 1, characterized in that the part of the period of time when the gas stream is taken from the lower parts of the second, third and additional columns does not start and is delayed relative to the gas stream taken from their upper parts to the intermediate points of height columns are fed nitric oxide (II) of the original composition.

5. The method according to claim 2, characterized in that at the same time as the beginning of the selection of the gas stream from the lower part of the second column, the selection of the gas stream from its upper part is temporarily stopped, and the gas stream from the upper part of the second column to the intermediate height point of the third column begins simultaneously with the re-start of the selection of the gas stream from the upper part of the second column.

6. The method according to claim 3, characterized in that the selection of the gas stream from the upper part of the second column is served at an intermediate height point of the third column with a delay after it starts, and the selection of the gas stream from the upper part of the third column starts to be sent to an intermediate height point additional columns simultaneously with the beginning of the selection of the gas stream from the bottom of the third column.

7. The method according to claim 4, characterized in that after the flow of the nitric oxide (II) oxide of the initial composition is terminated to the intermediate points of the second, third and additional columns, the gas flow withdrawn from the upper parts of these columns is stopped, and then the gas extraction flow begins flow from the bottom of the first column to an intermediate height point of the second column, at the same time stop the selection of the gas stream from the top of the first column, at the same time begin the selection of the gas stream from the top of the second column and feed it to the point of the third column that is intermediate in height, at the same time they begin to take the gas stream from the upper part of the third column, after which, with various time delays, they begin to take the gas stream from the upper part of the first column, take the gas stream from the lower parts of the second and third columns, and take the gas stream from the lower part of the third column at the same time as its beginning serves in an intermediate height point of the additional column, at the same time begin the selection of the gas stream from the upper part of the additional column and with a delay in time, gas flow is taken from its lower part.

8. The method according to claim 4, characterized in that after the flow of the nitric oxide (II) oxide of the initial composition is stopped to the points of the second, third and additional columns intermediate in height, the gas flow from the upper parts of these columns is stopped, and then the gas is removed flow from the bottom of the first column to an intermediate height point of the second column, at the same time stop the selection of the gas stream from the top of the first column, at the same time begin the selection of the gas stream from the top of the second column and feed it to the point of third column, which is intermediate in height, at the same time they begin to take the gas stream from the upper part of the third column and feed it to the intermediate point in height of the additional column, at the same time they begin to take the gas stream from the upper part of the additional column, and then, with various time delays, they begin the gas stream from the upper part of the first column and the selection of the gas stream from the lower parts of the second, third and additional columns.

9. The method according to claim 6, characterized in that the selection of the gas stream from the bottom of the second column begins with a value lower than the value that provides the required separation characteristics of the installation in a stationary state, and gradually increase to the specified value.

10. The method according to claim 9, characterized in that the change in the amount of selection from the bottom of the second column is made proportional to the concentration of the molecular component ¹⁵ N ¹⁸ O in the stream of this selection.

11. The method according to claim 6, characterized in that the selection of the gas stream from the bottom of the third column begins with a value higher than the value that provides the required separation characteristics of the installation in a stationary state, and is gradually reduced to the specified value.

12. The method according to claim 11, characterized in that the change in the amount of selection from the bottom of the third column is made proportional to the concentration of the molecular component ¹⁴ N ¹⁸ O in the stream of this selection.

13. The method according to one of paragraphs.6, 9, 10-12, characterized in that after the time required for the accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column, a gas stream is taken from the bottom of the first column to a second intermediate height point the columns are stopped, at the same time, the nitrous oxide (II) of the initial composition begins to be supplied to the intermediate point of the second column at the same time, the gas stream is stopped from the upper parts of the second, third and additional columns at the same time, and the gas stream is not stopped at the same time the bottom of the third and additional columns, with a time delay, stop the selection of the gas stream from the lower part of the second column and simultaneously stop the supply of nitric oxide (II) of the initial composition to the intermediate height point of this column, with an additional time delay, the selection of the gas stream from the bottom the first column is fed to a point of intermediate height in the second column, at the same time all gas flows are taken in the second, third and additional columns, while gas flows are taken from the upper parts the second and third columns are fed respectively to the intermediate height points of the third and additional columns, then the gas flow rates from all columns are not changed until the next achievement of the required accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column, then all operations are repeated in the same sequence .

14. The method according to p. 13, characterized in that the accumulation of the molecular component ¹⁵ N ¹⁷ O in the volume of the second column is determined by the time measurements of the concentration of this component in the selection of gas streams from the column and in the gas stream from the bottom of the first column.