李虎林

（上?；ぱ芯吭?上海穩(wěn)定性同位素工程技術(shù)研究中心，上海 200062）

碳、氮、氧穩(wěn)定同位素在臨床診斷、藥物研究、農(nóng)業(yè)研究、環(huán)境保護(hù)、食品安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用［1－4］，特別是近年來快速發(fā)展的13C－尿素呼氣試驗(yàn)檢測(cè)幽門螺桿菌及18O用于PET掃描腫瘤檢測(cè)技術(shù)的普及推廣，極大地推動(dòng)了穩(wěn)定同位素分離技術(shù)的進(jìn)步。精餾法是穩(wěn)定性同位素分離的主要方法，幾乎所有的小原子量穩(wěn)定同位素都可以通過精餾的方法實(shí)現(xiàn)分離。與化學(xué)交換法相比，精餾法的汽、液回流是純物理過程，沒有化學(xué)試劑消耗，同時(shí)具有分離能力大的優(yōu)點(diǎn)，所以在大規(guī)模同位素分離中，精餾具有熱擴(kuò)散法、化學(xué)交換法、色譜分離法、氣體擴(kuò)散法、膜分離法所不具有的優(yōu)勢(shì)，從而在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著同位素分離技術(shù)的不斷進(jìn)步，13C、15N、18O 穩(wěn)定同位素的生產(chǎn)成本在逐年下降，一些新的同位素低溫精餾技術(shù)正在顛覆傳統(tǒng)的方法，生產(chǎn)規(guī)模大幅提高、生產(chǎn)成本顯著下降，從而進(jìn)一步促進(jìn)了下游同位素標(biāo)記化合物應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

13C、15N、18O 的生產(chǎn)基本上20年出現(xiàn)一次大的進(jìn)步，生產(chǎn)能力實(shí)現(xiàn)了從百克級(jí)的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模（1950—1970年）、到數(shù)公斤級(jí)批量生產(chǎn)（1970—1990年），以及百公斤級(jí)大規(guī)模生產(chǎn)（1990年—至今）三個(gè)階段的跨越。與生產(chǎn)能力相對(duì)應(yīng)，在分離技術(shù)方面也實(shí)現(xiàn)了三次顯著的提升。為此，本文將以熱擴(kuò)散法、色譜法、離子交換法為代表的分離方法稱之為“第一代”分離技術(shù)，以化學(xué)交換法、精餾法為代表的分離方法稱之為“第二代”分離技術(shù)，以物料循環(huán)利用、能源耦合、節(jié)能減排等現(xiàn)代規(guī)?；a(chǎn)為特點(diǎn)的分離方法稱之為“第三代”分離技術(shù)。

1 穩(wěn)定同位素13C的分離

穩(wěn)定性同位素13C生產(chǎn)方法有熱擴(kuò)散法、化學(xué)交換法、氣體擴(kuò)散法、低溫精餾法、激光法等。穩(wěn)定同位素13C－呼氣試驗(yàn)臨床檢測(cè)疾病的普及應(yīng)用，對(duì)13C的分離提出了低成本、規(guī)模化的要求。

熱擴(kuò)散法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、級(jí)聯(lián)容易的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)具有耗電量大、生產(chǎn)能力低的缺點(diǎn)，所以不適于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)［5］。

化學(xué)交換法分離13C的體系有HCN／NaCN氣液交換體系、CO2／碳酸鹽氣液交換體系、氰醇／CN－液液萃取交換體系、CO2／氨基甲酸酯等［6－7］。HCN／NaCN 和氰醇／CN－體系由于劇毒而沒有被采用；CO2／碳酸鹽體系由于反應(yīng)速率太慢沒有使用價(jià)值；CO2／氨基甲酸酯化學(xué)交換體系由于生產(chǎn)能力低，僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模生產(chǎn)。

氣體擴(kuò)散法能耗高、投資大，難以與別的輕元素同位素分離方法相競(jìng)爭(zhēng)，目前主要應(yīng)用于核燃料鈾同位素的濃縮。

激光法具有很好的潛力，但是技術(shù)尚未成熟，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用還需時(shí)日。

低溫精餾技術(shù)已經(jīng)被各國普遍接受，目前工業(yè)化的生產(chǎn)裝置都是采用低溫精餾技術(shù)，采用的體系有CO和CH4。

CO低溫精餾分離13C的典型裝置是美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室［8］于1978年建立的一座年產(chǎn)8kg／a 99%13C 的工廠（原設(shè)計(jì)能力 為20kg／a），即 Cola－Colita裝置，其工藝流程示意圖示于圖1。該裝置的主塔由兩段組成，第一級(jí)由6根塔徑為5cm、長100m的多管塔并列組成，第二級(jí)為長100m、塔徑為5cm的一根塔構(gòu)成；兩級(jí)垂直并接，總高度為200m。該塔充填當(dāng)量直徑為50mm的Propak散堆填料，HETP為7cm，填料持液量約3 000mol（7.64%），平衡時(shí)間為5個(gè)月，產(chǎn)品為年產(chǎn)11.9kg豐度為81.92%13C。主塔81.92%的13C產(chǎn)品經(jīng)過如下同位素轉(zhuǎn)化反應(yīng)：

轉(zhuǎn)化后的氣體進(jìn)入副塔進(jìn)一步低溫精餾濃縮，最終得到年產(chǎn)8kg 99% 的凈13C產(chǎn)品。副塔高55m，塔徑為5cm，其中23m為提取段、32m為濃縮段。Cola－Colita精餾裝置垂直懸掛于200m深的地洞中，施工難度極大。

由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)需求小，該套裝置于1992年停產(chǎn)，此后幾經(jīng)轉(zhuǎn)讓，現(xiàn)在歸屬于Spectra氣體公司，繼續(xù)進(jìn)行同位素生產(chǎn)。Spectra氣體公司是一家專業(yè)從事特殊氣體的公司，建立于1980年。2001年該公司并購了 Martek Biosciences公司的同位素生化試劑業(yè)務(wù)部，從而成為當(dāng)前世界上最大的氘代試劑、3He及同位素標(biāo)記生化試劑的專業(yè)生產(chǎn)商。

圖1 Cola－Colita裝置示意圖［7］

目前世界上13C最大的生產(chǎn)商是美國CIL公司，該公司成立于1980年，于1990年建立了一座年產(chǎn)30kg豐度達(dá)99%13C的CO低溫精餾生產(chǎn)裝置，1997年，經(jīng)過擴(kuò)產(chǎn)達(dá)到年產(chǎn)120kg13C的低溫精餾裝置，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。該公司同時(shí)建立了另外一座年產(chǎn)120kg的裝置，根據(jù)市場(chǎng)需求，可以滿足年產(chǎn)240kg13C豐度達(dá)99%的生產(chǎn)需求。該公司生產(chǎn)的穩(wěn)定同位素標(biāo)記試劑達(dá)8 000多種。

日本 Tokyo Gas Co.［9］利用自己豐富的液化天然氣資源，于1988—1999年建立了以甲烷為介質(zhì)的低溫精餾中試裝置，其工藝流程示于圖2。中試裝置由原料前處理段、13CH4濃縮段及12CCH4濃縮段三部分組成。前處理段采用液氮冷凝，用一座吸收塔除去高沸點(diǎn)氣體、一座具有200塊理論板的精餾塔除去低沸點(diǎn)氣體，得到99.999 9%的高純CH4原料氣。13CH4濃縮段由30m高的三組塔組成，其中第一組由7根塔并列而成，采用它們自己開發(fā)的填料，第一塔的設(shè)計(jì)理論板數(shù)為1 000塊、第二塔為1 200塊、第三塔為1 000塊。12CCH4濃縮塔理論板數(shù)為1 300塊。產(chǎn)品為99%的13CH4及99.9%的12CCH4。該中試裝置消耗液氮150kg／h，原料處理量520 L／h，得到99.999 9%的高純 CH4494.6L／h、95%的13CH40.4L／h、99.9%的12CCH45L／h。精餾塔溫度－172～164℃，塔內(nèi)壓力為40.5～81.1kP。該裝置對(duì)比了低溫氣體屏加聚氨酯保溫及真空多層絕熱的兩種不同保溫形式，認(rèn)為后者比前者減少漏熱20%。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，第一塔理論板數(shù)實(shí)際達(dá)到1 290塊、第三塔為1 300塊，為設(shè)計(jì)值的1.6倍。

在中試的基礎(chǔ)上，Tokyo Gas Co.于2001年建成了年產(chǎn)100kg13CH4的生產(chǎn)裝置［10］。他們的工業(yè)化生產(chǎn)裝置采用了珠光砂絕熱，考慮到風(fēng)的載荷及防震等因素后，仿照美國將細(xì)長的精餾塔置于地洞中。由于技術(shù)保密的原因，具體的技術(shù)參數(shù)沒有公開。甲烷精餾在原料利用上實(shí)現(xiàn)零排放、能源利用上充分實(shí)現(xiàn)再利用，所以其生產(chǎn)成本具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

上?；ぱ芯吭河?007年在國內(nèi)率先建立了一套采用CO低溫精餾法分離穩(wěn)定性同位素13C的試驗(yàn)裝置［11］。CO原料氣經(jīng)凈化后進(jìn)入低溫精餾塔，被塔頂?shù)囊旱淠骼淠?，在塔釜被加熱氣化，如此?shí)現(xiàn)汽液交換回流，塔頂CO被剝淡后由真空泵抽走。液氮由儲(chǔ)槽進(jìn)入冷凝器，吸收CO冷凝熱后汽化，揮發(fā)的氮?dú)庥烧婵毡贸樽?。產(chǎn)品由塔釜取出。塔體用多層絕熱保溫，外面為高真空夾套。

裝置的生產(chǎn)能力為500g／a 10%凈13C，液氮消耗500L／d，CO為500L／d。精餾塔工作溫度為75～81K、塔壓46～92kPa、噴淋密度為3～12mL／（cm2·min），每米理論板數(shù)為25塊。低溫精餾工段所需冷源由液氮貯槽流入冷凝器，揮發(fā)的氮?dú)馀趴眨淠鲏毫?3～92kPa。操作壓力由真空泵維持。該技術(shù)的特點(diǎn)是精餾塔采用高真空＋多層絕熱，真空室真空度好于0.5mPa；原料氣采用化學(xué)凈化結(jié)合分子篩凈化流程，水分、二氧化碳等雜質(zhì)低于1×10－6；填料為自己開發(fā)的專用高效規(guī)整填料PACK－13C；換熱器是自己開發(fā)的同位素分離專用鋁制板翅式換熱器；采用膜式干釜控制技術(shù)；同位素實(shí)現(xiàn)水平多塔級(jí)聯(lián)形式布置；分離裝置通過計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化［12－13］；整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖2 Tokyo Gas Co.13CH4精餾中試裝置

通過CO低溫精餾試驗(yàn)表明，這種新型高比表面積絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料比傳統(tǒng)散堆填料具有更高的分離能力，當(dāng)氣體動(dòng)能因子F在0.1～1.0m／s（kg／m3）0.5時(shí)，試驗(yàn)每米理論板數(shù)為25～28塊。試驗(yàn)裝置的全回流平衡時(shí)間為4d、開車濃縮時(shí)間為23～30d、極限濃縮達(dá)到15%13C、達(dá)到年產(chǎn)500g（每天1.6g）10%凈13C的生產(chǎn)能力。試驗(yàn)填料的單位比表面積分離功為美國及羅馬尼亞填料的2倍、英國Prochem及前蘇聯(lián)填料的4倍、英國Harwell裝置填料的6.7倍；單位比表面積理論板數(shù)約為美國及羅馬尼亞填料的2倍、英國Prochem及前蘇聯(lián)填料的4倍。通過經(jīng)濟(jì)核算，該產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)裝置在經(jīng)濟(jì)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力［14］。

2 穩(wěn)定同位素15N的分離

穩(wěn)定同 位素15N 工業(yè)應(yīng) 用主要是 NO／HNO3化學(xué)交換法及NO低溫精餾法。美、蘇、德、日、中都建立了自己的生產(chǎn)裝置。

前蘇聯(lián)NO－HNO3化學(xué)交換法生產(chǎn)15N裝置建立在格魯吉亞的梯比利斯同位素中間工廠［15］，該工廠是一座高63m的15層塔樓，樓內(nèi)分別安裝有分離硼、氮、氧、磷、氖、氬、氪等同位素的分離裝置。NO－HNO3化學(xué)交換裝置是一兩塔級(jí)聯(lián)，其直徑分別為126mm和26mm，塔內(nèi)對(duì)應(yīng)的填料層高為17m和18m，年產(chǎn)4.5kg 99%的15N。

原民主德國［16］于1975年4月由國家科學(xué)院萊比錫同位素及輻射中心研究所與化學(xué)聯(lián)合企業(yè)比特爾菲勒德（Bitterfeld）合作在沃勒芬（Wolfen）工廠建立了四塔級(jí)聯(lián)裝置，單套生產(chǎn)能力達(dá)到10kg豐度達(dá)99%的15N。這也是迄今為止，單套生產(chǎn)能力最大的NO－HNO3化學(xué)交換生產(chǎn)15N 裝 置。

上海化工研究院從20世紀(jì)60年代開始研究NO／HNO3化學(xué)交換法分離15N，目前已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)30kg的規(guī)模。

最早實(shí)現(xiàn)低溫精餾分離15N的方法是采用NO體系，該方法于1960年首先由瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，后被其他國家工業(yè)化應(yīng)用。美國Los Alamos實(shí)驗(yàn)室1965年建立第一套工業(yè)化裝置，1975年建立了一座工業(yè)規(guī)模的2塔級(jí)聯(lián)NO低溫精餾裝置［17］，其分離工藝示于圖3。塔高分別為45和82m，可以同時(shí)生產(chǎn)18～20kg豐度98%的15N、1kg豐 度40%17O 以 及13kg豐 度95%18O。該套裝置成為當(dāng)時(shí)產(chǎn)能最大的工廠。后來在美國和格魯吉亞都建立了NO低溫精餾裝置。但由于NO劇毒、氮氧化物體系極易爆炸，成為制約其應(yīng)用的最大的缺點(diǎn)。ISOTEC公司，作為Sigma－Aldrich的全資子公司，一直從事穩(wěn)定同位素的分離及標(biāo)記化合物開發(fā)，他們先后建有6套 NO 低溫精餾分離同位素15N、18O裝置。2003年9月21日凌晨，其中一套NO低溫精餾塔組發(fā)生泄漏，大量毒氣從真空泵排出，他們關(guān)閉了真空泵進(jìn)口閥，臨時(shí)接入一根管道抽汽化的氮氧化物，約2h后突然爆炸，爆炸導(dǎo)致旁邊26t重的用于低溫精餾分離13C的CO壓力容器發(fā)生位移、管道破裂，引起二次爆炸。據(jù)估計(jì)，每套塔組內(nèi)有227kg的NO，當(dāng)時(shí)有3套NO低溫精餾塔組在運(yùn)行，事故之后，該公司用于分離15N的NO低溫精餾裝置被勒令關(guān)停。其實(shí)早在1975年，美國LANL實(shí)驗(yàn)室的NO精餾塔就發(fā)生過一次爆炸；1995年，ISOTEC的NO精餾塔之前發(fā)生過3次小的爆炸，但一直沒有查明原因。

圖3 NO低溫精餾分離15N、18O工藝圖

迫于世界能源短缺的壓力，很多國家都將核電作為重要的能源解決途徑。然而，核電站產(chǎn)生的大量長壽命核廢料的處理困擾著世界。采用快中子堆（FR）及加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng)（ADS）是最有效的嬗變技術(shù)，主流核電國家都在研究ADS技術(shù)。由于氮化物燃料在其熱傳導(dǎo)性和擁有高重金屬密度方面更具有優(yōu)越性，因此，日本正在研究把15N－氮化物燃料用于該系統(tǒng)的高速增殖爐。為了解決現(xiàn)有15N生產(chǎn)能力低、成本高的缺點(diǎn)，日本酸素公司開展了低溫精餾氮?dú)夥蛛x15N的研究［18］，其工藝流程示于圖4。雖然N2蒸餾法的分離系數(shù)（1.004）比NO精餾法的分離系數(shù)（1.03）低，但是該體系無毒、安全，且原料和冷源都是空分系統(tǒng)的副產(chǎn)品，所以極具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。在氮的低溫精餾中，首先得到濃縮的是14N15N，他們成功實(shí)現(xiàn)了如下重氮同位素在分子內(nèi)的再分布催化轉(zhuǎn)化研究：

反應(yīng)后的氣體繼續(xù)精餾，從而克服了僅僅依靠低溫精餾難以實(shí)現(xiàn)高豐度15N的技術(shù)壁壘。低溫精餾氮是將來大規(guī)模生產(chǎn)15N的最具競(jìng)爭(zhēng)力的手段，不遠(yuǎn)的將來，必將取代NO低溫精餾法及硝酸／氧化氮化學(xué)交換法。據(jù)日本酸素公司估計(jì)，該方法規(guī)模生產(chǎn)的15N有望低于1 300日元／克，達(dá)到了在ADS核反應(yīng)堆中大量應(yīng)用的成本要求。

3 穩(wěn)定同位素18O的分離

穩(wěn)定同位素18O的分離方法也有很多，如熱擴(kuò)散法、化學(xué)交換法、激光法、膜分離法、色譜法、精餾法等。適于工業(yè)應(yīng)用的只有精餾法，包括NO低溫精餾法、水精餾法及O2低溫精餾法。

NO低溫精餾法由于分離系數(shù)高、可以同時(shí)生產(chǎn)18O和15N而最早得到工業(yè)生產(chǎn)。美國、德國、格魯吉亞都建有NO低溫精餾裝置。如前文所述，出于安全考慮，世界最大的生產(chǎn)國美國關(guān)停了NO低溫精餾裝置。目前精餾法在工業(yè)上占有絕對(duì)主導(dǎo)地位。

1960年以色列的威茲曼科學(xué)研究院［19］建立了當(dāng)時(shí)最大的水精餾法生產(chǎn)17O和18O工廠。該座同位素分離工廠下設(shè)兩個(gè)工段。第一工段為水蒸餾級(jí)聯(lián)，它由36根填料精餾塔構(gòu)成，塔直徑從2cm到15cm不等，塔的長度從10m到15m不等，按串、并聯(lián)復(fù)雜形式連接起來。生產(chǎn)能力為每年6kg 98%～99%的18O 以及每年1.5kg 25%的17O。第二工段由兩個(gè)熱擴(kuò)散級(jí)聯(lián)組成，被加熱物質(zhì)為第一工段產(chǎn)品經(jīng)電解后得到的富集了17O的氧氣，其產(chǎn)品達(dá)90%的17O。

近年來，隨著18O 的需求增加，主要的18O 同位素生產(chǎn)企業(yè)都達(dá)到了百公斤級(jí)的規(guī)模。最具代表的是美國的CIL公司建立了年產(chǎn)250kg18O的水精餾裝置，成為世界上最大的18O 供應(yīng)商。

上?；ぱ芯吭河?002年開始水精餾分離18O研究，2005年達(dá)到年產(chǎn)20kg，經(jīng)過擴(kuò)產(chǎn)目前達(dá)到年產(chǎn)60kg18O的生產(chǎn)規(guī)模。國內(nèi)江蘇常熟華益埃索托普公司也具有精餾法生產(chǎn)60kg18O 的裝置 。

圖4 低溫精餾氮分離15N工藝流程圖

除了傳統(tǒng)的NO、水精餾外，各國都沒有停止新技術(shù)的開發(fā)，其中已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的是低溫氧精餾法分離18O。

英國Prochem公司很早就用低溫精餾氧來分離18O，但是只能得到25%的豐度。2001年，Nippon Sanso Co.建立了世界上第一座工業(yè)化的氧氣低溫精餾分離高豐度18O生產(chǎn)工廠［20］。該公司通過同位素?cái)_頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)重氧同位素的再分布：

通過催化轉(zhuǎn)化，克服了之前難以得到高豐度18O的缺陷。使得這一古老的分離技術(shù)煥發(fā)了青春，一躍成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)方法。

Nippon Sanso Co.低溫精餾裝置采用空分裝置成熟的鋁合金規(guī)整填料，已經(jīng)建立了該種填料完整的數(shù)據(jù)庫，并建立了計(jì)算軟件。采用塔徑37mm、塔高14m的單塔中試裝置，測(cè)定了散堆填料的傳質(zhì)性能數(shù)據(jù)，用蒸餾計(jì)算程序評(píng)價(jià)散堆填料的性能。在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，他們建立了由13座塔組成的工業(yè)化裝置，前6根塔充填規(guī)整填料、后7根塔充填散堆填料，塔高均為60m，冷箱高70m，組成梯形級(jí)聯(lián)，如圖5所示。原料為千葉氧中心五井工廠來的高純氧，另外在2座深度凈化塔內(nèi)得到99.999 999%的超純氧，該套裝置的生產(chǎn)規(guī)模為100kg／年、18O豐度達(dá)97%。起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是207d，該起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間包括過程中裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算啟動(dòng)時(shí)間為180d）。

圖5 Nippon Sanso Co.的低溫精餾裝置

該套裝置充分借助了Nippon Sanso Co.在低溫氣體分離工程技術(shù)領(lǐng)域多年的技術(shù)成果，保溫方式為龐大的低溫冷箱［57］，級(jí)聯(lián)間無動(dòng)力輸送設(shè)備。前級(jí)塔底的氣體通過壓差推動(dòng)流到后級(jí)塔頂部；后級(jí)塔頂部的氣體經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后依靠重力作用流到前級(jí)塔底部作為回流。級(jí)與級(jí)之間不用動(dòng)力設(shè)備，便于長期運(yùn)行。低溫級(jí)聯(lián)原理圖示于圖6。

鑒于在物料循環(huán)利用、能源消耗低、單位生產(chǎn)能力高等工藝技術(shù)上的先進(jìn)性，低溫氧精餾生產(chǎn)18O的技術(shù)必將改變傳統(tǒng)NO低溫精餾及水精餾二分天下的格局，并極有可能在規(guī)?；a(chǎn)中后來居上。

美國CIL公司于2000年開工建設(shè)，2002年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)250kg18O的生產(chǎn)裝置，成為當(dāng)今世界上最大的18O供應(yīng)商。目前世界上碳、氮、氧同位素的主要生產(chǎn)情況列于表1。

圖6 低溫級(jí)聯(lián)原理圖

表1 世界碳、氮、氧同位素的主要生產(chǎn)情況

4 結(jié)束語

在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，近20年來，碳、氮、氧穩(wěn)定同位素分離技術(shù)發(fā)生了革命性的飛躍。與傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)規(guī)模小、能耗大、成本高相反，當(dāng)前的第三代技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新，具有以下特點(diǎn)：

1）分離物料實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用、零排放。如日本東京煤氣公司采用低溫精餾甲烷分離13C工藝，其原料為工業(yè)煤氣，廢料并入民用燃?xì)庀到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)利用，零排放。日本酸素公司低溫精餾氧分離18O裝置，其原料就是空分的副產(chǎn)品氧氣，同位素分離后的廢料作為高純氣體銷售，物料全部利用，同樣零排放。

2）能源高度耦合、低能耗。如日本東京煤氣公司低溫精餾甲烷分離13C裝置，其冷源為液化天然氣的潛熱，目前各國CO低溫精餾分離13C液氮制冷循環(huán)工藝的應(yīng)用，日本酸素公司低溫精餾分離18O裝置采用液氮制冷循環(huán)，同時(shí)與空分系統(tǒng)熱量耦合。

3）環(huán)境友好。目前追求的分離技術(shù)都要求環(huán)境友好，如美國迫于環(huán)保壓力關(guān)停了多套NO低溫精餾生產(chǎn)18O、15N 裝置；水精餾法生產(chǎn)18O具有原料廉價(jià)、無污染、條件溫和的特點(diǎn)；日本酸素公司正在開發(fā)的低溫精餾氮?dú)夥蛛x15N工藝，由于在原料上與能源上與空分裝置高度耦合，可以實(shí)現(xiàn)零排放?？梢?，節(jié)能減排、環(huán)境友好的“綠色化工”是當(dāng)今世界的主流。

4）規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)品成本大幅降低。最近10年建立的同位素生產(chǎn)裝置均達(dá)到了上百公斤級(jí)水平，如日本東京煤氣公司100kg13C裝置、日本酸素公司100kg18O裝置，美國劍橋公司250kg18O 工廠、120kg13C工廠等。因此，規(guī)?；a(chǎn)，也是同位素生產(chǎn)企業(yè)降低成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。

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