RU2701834C2 - Способ получения высокообогащенного изотопа 13C - Google Patents
Способ получения высокообогащенного изотопа 13C Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701834C2 RU2701834C2 RU2018106316A RU2018106316A RU2701834C2 RU 2701834 C2 RU2701834 C2 RU 2701834C2 RU 2018106316 A RU2018106316 A RU 2018106316A RU 2018106316 A RU2018106316 A RU 2018106316A RU 2701834 C2 RU2701834 C2 RU 2701834C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentration
- isotope
- carbon
- rectification
- separation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/28—Separation by chemical exchange
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изотопной химии, и может быть использовано для разделения изотопных смесей углерода при производстве стабильных изотопов низкотемпературной ректификацией оксида углерода (II), с целью получения 13С высокой концентрации, который может быть использован в химической, ядерной промышленности, медицинских исследованиях, в качестве меченых атомов. Cпособ получения высокообогащенного изотопа 13С включает предварительное концентрирование целевого изотопа криогенной ректификацией оксида углерода (II), полупродукт, полученный в результате предварительного концентрирования в каскаде ректификационных насадочных колонн с концентрацией по 13С 92% ат, подают в реактор изотопного обмена, в котором на катализаторе, полученном гидротермальным твердением алюмокальциевого цемента, содержащего оксиды CuO, ZnO, Al2O3, СаО, при комнатной температуре протекает реакция изотопного обмена 13C16O+12C18O↔13C18O+12C16O, затем полученную смесь охлаждают жидким азотом в теплообменнике, после чего осуществляют конечное концентрирование уравновешенной смеси молекул оксида углерода (II) в ректификационной колонне. Технический результата изобретения заключается в увеличении предела концентрирования целевого изотопа 13С при одновременном упрощении аппаратурного оформления процесса разделения изотопов углерода. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области изотопной химии и может быть использовано для разделения изотопных смесей углерода при производстве стабильных изотопов низкотемпературной ректификацией монооксида углерода, с целью получения 13С высокой концентрации, который может быть использован в химической, ядерной промышленности, медицинских исследованиях, в качестве меченых атомов.
Известен способ получения высокообогащенного изотопа 13С из CF2HCl с использованием лазерного разделения изотопов, включающий облучение в камере взаимодействия газообразного фреона инфракрасным лазерным излучением, очистку продуктов разложения от образовавшихся в результате многофотонной диссоциации паров хлористого водорода и выделение из оставшейся смеси фреона, обедненного 13С, окисление до двуокиси углерода полученного тетрафторэтилена, обогащенного 13С до первого уровня, и прохождение двуокиси углерода через вторую стадию обогащения, для разделения изотопов 13СО2 и 12СО2 и значительного увеличения относительной концентрации конечного продукта 13СО2, в котором в исходный продукт добавляют азот в соотношении фреон: азот в пределах (1:7)-(3:5), облучение проводят в камере взаимодействия, являющейся частью разделительного блока, помещенного в область оптического резонатора импульсно-периодического СО2-лазера, с одновременной очисткой облучаемой смеси от паров HCl и возвратом очищенной смеси в камеру взаимодействия, смесь облучают до первичного обогащения тетрафторэтилена на 10-40% ат. по 13С, после выделения обедненного фреона удаляют азот, а на заключительной стадии процесса осуществляют центробежное обогащение на каскаде газовых центрифуг до получения конечного продукта CO2 с высоким (более 99,0% ат.) содержанием изотопа 13С (Патент РФ №2144421, МПК B01D 59/00).
Несмотря на то, что данный способ позволяет получить продукт с высоким содержанием 13С, и пригоден для переработки больших масс сырья, он имеет ряд недостатков. К недостаткам этого способа относятся: сложность многократного умножения элементарного эффекта разделения; необходимость использования в качестве исходных, сложных по построению, специально синтезируемых для целей разделения изотопов углерода, дорогостоящих химических соединений; высокая стоимость и сложность разделительной аппаратуры, низкая производительность.
Известен способ разделения изотопов углерода, включающий: предварительное концентрирование целевого изотопа криогенной ректификацией оксида углерода (II) в непрерывно работающих ректификационных колоннах; последующее гидрирование предварительно обогащенного продукта до метана водородом, полученным при электролизе воды природного изотопного состава, в котором содержание дейтерия составляет 0,005% ат.; конечное концентрирование целевого изотопа в противоточных колоннах термодиффузией продукта гидрирования (метана) (Рабинович Г.Д. Разделение изотопов и других смесей термодиффузией. М.: Атомиздат. 1981 г, с. 98). Указанный способ обеспечивает концентрирование из изотопных смесей углерода, как стабильных (12С, 13С), так и радиоактивных (14С) изотопов. При концентрировании указанным способом 13С из природной изотопной смеси удается достичь содержания этого изотопа в продукте на уровне 99-99,8% ат.
К недостаткам этого способа следует отнести использование в нем на стадии гидрирования СО водорода, полученного при электролизе воды природного изотопного состава, а также проведение конечного концентрирования термодиффузией метана в колоннах. Получаемый электролизом воды водород содержит до 0.5% об. примесей, в том числе до 25 г/см влаги. Кроме влаги, в нем в качестве примесей присутствуют компоненты воздуха (O2, до 0,02% масс. N2, Ar), а также CO2. Указанные примеси, поступая вместе с водородом на стадию гидрирования СО, способны не только загрязнять получаемый при этом метан и, как следствие, оказывать в последующем вредное воздействие на работу термодиффузионных колонн (снижая их производительность, а также вызывая в условиях высоких температур коррозию конструкционных материалов), но и приводить к потере обогащенного продукта за счет химического взаимодействия (O2, H2O) с СО и СН4, а также за счет изотопного разбавления путем изотопного обмена и смешения с углеродом примесного CO2 природного изотопного состава. Наличие в используемом водороде указанных примесей, приводит к необходимости либо его глубокой химической очистки перед стадией гидрирования, либо к последующей глубокой химической очистке получаемого с его использованием метана, используемого затем для питания термодиффузионных колонн. Оба процесса сложны в аппаратурном оформлении, их реализация ведет к повышению себестоимости целевого изотопного продукта.
Известен способ получения изотопа 13С методом криогенной ректификации оксида углерода (II). Смесь изотопов углерода с содержанием 13С 1,104% ат. разделяют в каскаде ректификационных насадочных колонн. Процесс ректификации осуществляется в области криогенных температур (порядка 80 К) при давлении, близком к атмосферному (оптимальное давление 86,6 кПа). Способ характеризуется относительно большой величиной однократного коэффициента разделения (α(13СО-12СО)≈1,007), высокой скоростью межфазного изотопного обмена (Асатиани П.Я. Получение изотопа 13С методом ректификации окиси углерода // П.Я. Асатиани, В.А. Каминский, Е.Д. Озиашвили, Г.А. Тевзадзе. Isotopenpraxis, 4 Jahrgang, Heft 7/1968, с. 275-277).
Недостатком этого способа является невозможность достижения в нем высоких концентраций тяжелого изотопа углерода более 92% ат. вследствие присутствия в оксиде углерода молекул 13C16O и 12C18O, менее летучих, чем 12С16С, и чрезвычайно малая в условиях криогенной ректификации скорость реакции изотопного обмена 13C16O+12C18O↔13C18O+12C16O, что вызывает разбавление нижнего продукта углеродом 12С. Это ограничивает возможный уровень концентрации 13С в ректификационной колонне пределом менее 95% ат. В реально работающих колоннах этот уровень не превышает 92% ат.
Наиболее близким к заявленному способу, является способ разделения изотопов углерода, включающий предварительное концентрирование целевого изотопа криогенной ректификацией оксида углерода (II), гидрирование концентрата водородом с пониженным относительно - природного уровня содержанием дейтерия до метана и конечное концентрирование целевого изотопа в противоточных колоннах в форме метана, в котором в качестве водорода используют отвальный газ производства дейтерия криогенной ректификацией жидкого водорода природного изотопного состава, а конечное концентрирование осуществляют криогенной адсорбцией метана на цеолите (Патент РФ №2166982, МПК B01D 59/00). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Указанный способ разделения изотопов углерода позволяет получить продукт с концентрацией 13С не менее 99,95% ат., однако недостатком этого способа является то, что в качестве источника водорода используется отвальный газ производства дейтерия ректификацией жидкого водорода. Использование отвального газа(водорода) приводит к привязке данного способа к работающему производству по ректификации жидкого водорода (источник сырья), большим затратам на транспортировку водорода с одного производства на другое. Использование на стадии конечного концентрирования целевого изотопа разделение метана в противоточных адсорбционных колоннах, ведет к усложнению аппаратурного оформления процесса конечного концентрирования. Указанные выше недостатки, в совокупности приводят к большим капитальным и эксплуатационным затратам на реализацию процесса разделения изотопов углерода и, как следствие, высокую стоимость конечного продукта.
Целью изобретения является увеличение предела концентрирования целевого изотопа 13С при одновременном упрощении аппаратурного оформления процесса разделения изотопов углерода.
Заявленная цель достигается за счет того, что в способе получения высокообогащенного изотопа 13С, включающий предварительное концентрирование целевого изотопа криогенной ректификацией оксида углерода (II), полупродукт, полученный в результате предварительного концентрирования в каскаде ректификационных насадочных колонн с концентрацией по 13С 92% ат., подают в реактор изотопного обмена, в котором на катализаторе, полученном гидротермальным твердением алюмокальциевого цемента, содержащего оксиды CuO, ZnO, Al2O3, СаО, при комнатной температуре протекает реакция изотопного обмена 13C16O+12C18O↔13C18O+12C16O, затем полученную смесь охлаждают жидким азотом в теплообменнике, после чего осуществляют конечное концентрирование уравновешенной смеси молекул оксида углерода (II) в ректификационной колонне.
Смесь изотопов углерода с содержанием 13С 1,104% ат. разделяют в каскаде ректификационных насадочных колонн, затем полупродукт с концентрацией по 13С 92% ат, например, при помощи газодувного устройства, подается в реактор изотопного обмена, где на катализаторе при комнатной температуре протекает реакция изотопного обмена 13C16O+12C18O↔13C18O+12C16O.
Катализатор представляет собой сложную соль с атомарным распределением меди, цинка и алюминия, которая находится в прочной грануле, полученной гидротермальным твердением алюмокальциевого цемента, содержащего оксиды CuO, ZnO, Al2O3, СаО. Перед использованием, катализатор подвергается активации, заключающейся в прогреве катализатора в восстановительном газе, например в водороде, с последующим вакуумированием при температуре порядка 673 К.
Затем полученная смесь охлаждается жидким азотом до температуры порядка 77-81 К в теплообменнике, после чего уравновешенная смесь молекул оксида углерода (II) подается на конечное концентрирование в ректификационную колонну.
В таблице 1 представлен состав молекул оксида углерода (II), полученных после реализации заявленного способа, рассчитанный в предположении, что константа равновесия гомомолекулярного изотопного обмена равна единице, распределение изотопных молекул в уравновешенном газе соответствует равновероятностному.
Реализация заявленного способа исключает применение драгоценных металлов для катализатора или аппаратурного оформления реактора изотопного обмена. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет обеспечить конечное концентрирование целевого изотопа в более простой аппаратуре (одиночная ректификационная колонна) в виде рабочего вещества оксида углерода (II). Для его реализации, не требуется осуществлять какие-либо химические превращения оксида углерода (II) или использовать дополнительные реагенты. Указанные выше достоинства в совокупности обеспечивают снижение капитальных, а также эксплуатационных затрат на реализацию процесса разделения изотопов углерода, и как следствие, себестоимость целевого изотопа 13С.
Claims (1)
- Способ получения высокообогащенного изотопа 13С, включающий предварительное концентрирование целевого изотопа криогенной ректификацией оксида углерода (II), отличающийся тем, что полупродукт, полученный в результате предварительного концентрирования в каскаде ректификационных насадочных колонн с концентрацией по 13С 92% ат, подают в реактор изотопного обмена, в котором на катализаторе, полученном гидротермальным твердением алюмокальциевого цемента, содержащего оксиды CuO, ZnO, Al2O3, СаО, при комнатной температуре протекает реакция изотопного обмена 13C16O+12C18O↔13C18O+12C16O, затем полученную смесь охлаждают жидким азотом в теплообменнике, после чего осуществляют конечное концентрирование уравновешенной смеси молекул оксида углерода (II) в ректификационной колонне.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106316A RU2701834C2 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ получения высокообогащенного изотопа 13C |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106316A RU2701834C2 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ получения высокообогащенного изотопа 13C |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018106316A3 RU2018106316A3 (ru) | 2019-08-20 |
RU2018106316A RU2018106316A (ru) | 2019-08-20 |
RU2701834C2 true RU2701834C2 (ru) | 2019-10-01 |
Family
ID=67640762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018106316A RU2701834C2 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ получения высокообогащенного изотопа 13C |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2701834C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785869C1 (ru) * | 2022-09-20 | 2022-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения высокообогащенного изотопа углерода 13С |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2166982C2 (ru) * | 1999-03-04 | 2001-05-20 | АО "Росагрохим" | Способ разделения изотопов углерода |
RU2236895C2 (ru) * | 2002-04-10 | 2004-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ПО "Электрохимический завод" | Центробежный способ получения высокообогащенного изотопа 13с и устройство для проведения реакций изотопного обмена в каскаде газовых центрифуг |
CN105126835A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-09 | 上海化工研究院 | 用于碳同位素催化交换反应的催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-02-20 RU RU2018106316A patent/RU2701834C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2166982C2 (ru) * | 1999-03-04 | 2001-05-20 | АО "Росагрохим" | Способ разделения изотопов углерода |
RU2236895C2 (ru) * | 2002-04-10 | 2004-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ПО "Электрохимический завод" | Центробежный способ получения высокообогащенного изотопа 13с и устройство для проведения реакций изотопного обмена в каскаде газовых центрифуг |
CN105126835A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-09 | 上海化工研究院 | 用于碳同位素催化交换反应的催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БРЕЕВА Н.В. и др., Подбор и исследование катализаторов реакции изотопного уравновешивания в молекулах СО, "Катализ в промышленности", 2007, No.1, стр.47-55. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785869C1 (ru) * | 2022-09-20 | 2022-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения высокообогащенного изотопа углерода 13С |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018106316A3 (ru) | 2019-08-20 |
RU2018106316A (ru) | 2019-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1406837B1 (en) | Production of tetrafluorosilane | |
JPH10245210A (ja) | クリプトン・キセノン製造法 | |
JP6889644B2 (ja) | 酸素同位体置換方法及び酸素同位体置換装置 | |
Miller et al. | Infrared photochemistry of a volatile uranium compound with 10-. mu. absorption | |
RU2701834C2 (ru) | Способ получения высокообогащенного изотопа 13C | |
US4081339A (en) | Method of deuterium isotope separation and enrichment | |
US20170022059A1 (en) | Processes and apparatuses for reclamation and purification of tritium | |
US5785738A (en) | Process and plant for treatment of a gas mixture including ozone | |
TWI537214B (zh) | 藉由連續或半連續製程製造高純度鍺烷的方法 | |
JPH08173748A (ja) | 不活性ガスの精製方法および装置 | |
KR20030076390A (ko) | 삼플루오르화 질소의 제조에 있어서 nh3/hf 부산물을감소 또는 제거하는 방법 | |
US2169210A (en) | Recovery of olefin oxides from | |
RU2144421C1 (ru) | Способ получения высокообогащенного изотопа 13c | |
JP5620705B2 (ja) | 酸素同位体の濃縮方法および酸素同位体の濃縮装置 | |
EP0325273A1 (en) | Method for the enrichment of carbon 13 by means of laser irradiation | |
JP6172684B2 (ja) | 酸素同位体濃縮方法 | |
RU2228215C2 (ru) | Способ двухступенчатого лазерного получения высокообогащенного изотопа с-13 | |
RU2166982C2 (ru) | Способ разделения изотопов углерода | |
JPH0420914B2 (ru) | ||
Bondarenko et al. | Production of high-purity krypton and xenon. Purification from trace impurities | |
US3145079A (en) | Process for the preparation of purified hydrogen bromide gas by the use of activated arbon as catalyst | |
CA1160428A (en) | Process for the extraction of tritium from heavy water | |
EP0017020B1 (en) | Process for hydrogen isotope separation using hydrofluorocarbons | |
US4359368A (en) | Deuterium exchange between hydrofluorocarbons and amines | |
Parthasarathy et al. | Control strategies for laser separation of carbon isotopes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200221 |