一種回收和純化一氧化二氮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一氧化二氮領(lǐng)域，具體涉及從含有一氧化二氮的混合氣中回收和純化一氧化二氮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—氧化二氮，俗稱笑氣，化學(xué)式為N20，因其具有麻醉、氧化、助燃的作用，而在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。在工業(yè)上，制造一氧化二氮的經(jīng)典方法是通過硝酸銨分解，即使是通過上述分解的方式，得到的一氧化二氮的濃度在95%左右，為了更好的應(yīng)用一氧化二氮，往往需要對其純化。而同時，在硝酸的生成過程中，或者在己二酸(尼龍單體)的生產(chǎn)過程中，一氧化二氮作為副產(chǎn)物大量產(chǎn)生。而一氧化二氮同時又是溫室氣體，直接將含有一氧化二氮的副產(chǎn)物廢氣排到空中將會產(chǎn)生嚴重的溫室效應(yīng)，出于環(huán)保的目的，人們在將上述廢氣流在排放大氣前將其大部分分解，雖然說經(jīng)過分解，上述廢氣流可以排放，但是，上述廢氣流中的成分沒有得到利用，浪費掉了，尤其是所含的大量的一氧化二氮。
[0003]上述廢氣流除一氧化二氮外包含多種雜質(zhì)，如氮的高價化合物、二氧化碳、一氧化碳、氮氣、氧氣、氬氣、濕汽和有機雜質(zhì)等，其中一氧化二氮的含量可高達20 % -50 %，可以看出，如果將上述廢氣流中的雜質(zhì)去掉，也就是將上述廢氣流中的一氧化二氮回收并進行純化同時將其施以工業(yè)應(yīng)用，既達到了環(huán)保的目的，又使一氧化二氮得到了有效利用，一舉兩得。對于上述設(shè)想，已有相關(guān)研究人員進行了相關(guān)研究，如中國專利文獻CN104229760A公開了一氧化二氮的回收和純化的方法，該方法包括提供含有N20和雜質(zhì)的氣流，所述雜質(zhì)包含輕質(zhì)和重質(zhì)雜質(zhì)、濕汽或水以及有機化合物；通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預(yù)設(shè)壓力；通過冷卻和干燥裝置從所述壓縮的氣流移除所述濕汽或水；將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質(zhì)雜質(zhì)、所述濕汽或水和所述有機化合物；將所述氣流至少部分的液化以獲得含有N20和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物，將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置；將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置并從所述液體混合物移除所述輕質(zhì)雜質(zhì)和所述有機化合物并產(chǎn)生純化的液體N20 ;將含有N20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及將所述純化的液體隊0輸送到用于儲存和分配的罐；其中，所述濕法滌氣吸收移除所述重質(zhì)雜質(zhì)至低于500ppm。進一步，該方法還包括通過濕法滌氣吸收從所述氣流移除所述重質(zhì)雜質(zhì)的步驟。
[0004]上述技術(shù)通過包括但不限于濕法滌氣、吸附、液化、閃蒸或帶有回流的連續(xù)蒸餾的單元操作的組合從含有n20的氣流回收一氧化二氮，以生產(chǎn)不同等級的一氧化二氮。但是，上述技術(shù)中，最終產(chǎn)物中的二氧化碳濃度水平通過濕法滌氣過程和/或吸附過程來控制，并同時移除其他重質(zhì)雜質(zhì)如no2,即在上述技術(shù)中，將廢氣流通過堿和水的混合溶液的吸收過程和/或通過吸附劑的組合來移除重質(zhì)雜質(zhì)NOjP CO 2，然而，申請人認為，簡單通過濕法滌氣過程和吸附過程來出去重質(zhì)雜質(zhì)效果不理想，且在整個過程中亦沒有去除廢氣流中細微粒子的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)的一氧化二氮的回收和純化技術(shù)去除重質(zhì)雜質(zhì)不理想的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種回收和純化一氧化二氮的方法，其包括:
[0007](1)、將廢氣流通過第一洗滌裝置，利用第一洗滌液與二氧化碳吸附反應(yīng)后，得到氣體混合物A ；
[0008](2)將所述氣體混合物A通過第一吸附裝置，利用第一吸附劑與二氧化碳發(fā)生吸附后，得到氣體混合物B;
[0009](3)將所述氣體混合物B通過第二洗滌裝置，利用第二洗滌液與氮氧化物和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)后，得到氣體混合物C ;
[0010](4)將所述氣體混合物C通過第二吸附裝置，利用第二吸附劑與水汽發(fā)生吸附后，得到氣體混合物D ;
[0011](5)使用第一壓縮裝置將所述氣體混合物D壓縮至預(yù)設(shè)壓力，得到氣體混合物E ;
[0012](6)將所述氣體混合物E通過換熱器進行熱交換得到氣液混合物E1，接著將所述氣液混合物E1通過第一氣液分離器得到氣體混合物E11和液體混合物E12，接著將液體混合物E12通過第二氣液分離器得到氣體混合物E121和液體混合物E122 ;
[0013](7)將所述液體混合物E122經(jīng)過第一精餾塔進行精餾得到氣體混合物FI 1和液體混合物F12，接著將液體混合物F12經(jīng)過第二精餾塔進行精餾得到產(chǎn)物F121和液體混合物F122。
[0014]進一步，步驟￠)中還包括:所述氣體混合物E11進入所述換熱器進行熱交換后，進入高壓膨脹機進行膨脹制冷得到混合物E21，所述混合物E21進入所述換熱器中作為制冷冷源在進行熱交換后，進入第三氣液分離器進行氣液分離得到氣體混合物E211和液體混合物E212，所述氣體混合物E211進入低壓膨脹機進行膨脹制冷后進入所述換熱器內(nèi)作為補充冷源，在進行熱交換后進入尾氣處理系統(tǒng)；所述氣體混合物E121和所述氣體混合物F11進入所述換熱器內(nèi)作為補充冷源，在進行熱交換后進入尾氣處理系統(tǒng)。
[0015]進一步，步驟(4)中還包括將所述氣體混合物D經(jīng)過精密過濾器進行精密過濾的步驟；所述精密過濾器的濾芯的尺寸為0.01-0.2 μπι。
[0016]優(yōu)選地，所述精密過濾的步驟為三級過濾，且所述精密過濾器(16)的濾芯的尺寸分別為 0.2-0.1 μπι、0.05-0.1 μπι 和 0.01-0.05 μπι。
[0017]進一步，所述廢氣流在進入所述第一洗滌裝置之前，還包括對其進行壓縮增壓的步驟，壓縮增加后，所述廢氣流的壓力為0.5-3.0Mpa，溫度為15-40°C。
[0018]其中，所述第一洗滌液是聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚中的一種或幾種的混合溶劑；所述第一吸附劑是金屬有機骨架材料，主要用于吸附二氧化碳，具體的說是，所述第一吸附劑是以銅、鐵、鋅等金屬元素為連接點，有機配體位支撐的金屬有機骨架材料，如Fe-BTC、Cu-BTC、MIL-53 (Fe)或ZIF-8 (Zn)等，其可以從現(xiàn)有的生產(chǎn)廠家(如:BASF)購買，或者自己生產(chǎn)，以Cu-BTC為例進行介紹:
[0019]所述Cu-BTC的具體分子式如下:Cu2(BTC)3。具體的制備方法如下:本方法采用溶劑熱法進行制備，當然還可以采用其他的方法制備；使用原料如下:Cu(N03)2、乙醇、去離子水、H3BTC(均苯三甲酸)；首先，將7.021g Cu(N03)2溶于25ml去離子水中配成硝酸銅溶液；接著，取3.063g H3BTC與25ml乙醇混合，攪拌30min ;最后，將硝酸銅溶液倒入H3BTC乙醇溶液中，室溫下攪拌30min后放入裝有聚四氟乙烯內(nèi)襯的100ml不銹鋼反應(yīng)釜中，95°C下密封反應(yīng)15h，后冷卻至室溫，過濾，洗滌，干燥，得到晶體Cu2 (BTC) 3。
[0020]所述第二洗滌液為重量濃度為10wt% _25wt%的氫氧化鈉溶液、重量濃度為80wt% _99被％的二乙醇胺溶液或重量濃度為15wt% _25wt%的氨水溶液；所述第二吸附劑是分子篩、氧化鋁和硅膠中的一種或幾種的混合填料。
[0021]優(yōu)選地，步驟(5)中，所述氣體混合物E的壓力為0.5-3.0Mpa，溫度為15_40°C。
[0022]優(yōu)選地，步驟￠)中，所述氣液混合物E1的溫度為-50—20°C ;所述氣液混合物E1在所述第一氣液分離器中的分離溫度為-40—20°C ;液體混合物E12在所述第二氣液分離器中的分離溫度為-40—15°C。
[0023]優(yōu)選地，步驟(7)中，所述第一精餾塔和所述第二精餾塔為板式塔；所述第一精餾塔的運行參數(shù)為:溫度為_45°C -15°C，壓力為1.0Mpa-3.0Mpa，塔板數(shù)為50-100，回流比為1:5至1:10 ;所述第二精餾塔的運行參數(shù)為溫度為-40°C -10°C，壓力為0.8Mpa_3.5Mpa，塔板數(shù)為50-100，回流比為1:5至1:10。
[0024]優(yōu)選地，所述混合物E21的溫度為-66.9-40°C ;所述混合物E21熱交換完后在所述第三氣液分離器中的分離溫度為-45--15Γ ;所述氣體混合物E211在所述低壓膨脹機內(nèi)進行膨脹制冷后的溫度為-64.98-30°C。
[0025]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0026](1)本發(fā)明的一種回收和純化一氧化二氮的方法，將廢氣流通過所述第一洗滌裝置，利用第一洗滌液與二氧化碳吸附反應(yīng)后，得到氣體混合物A ;將所述氣體混合物A通過第一吸附裝置，利用第一吸附劑與二氧化碳發(fā)生吸附后，得到氣體混合物B ;所述第一洗滌液和所述第一吸附劑主要用以脫除和吸附廢氣流中的二氧化碳；接著將所述氣體混合物B通過第二洗滌裝置得到氣體混合物C，接著所述氣體混合物C進入第二吸附裝置得到氣體混合物D，其中，所述第二洗滌裝置使用的第二洗滌液和所述第二吸附裝置使用的第二吸附劑主要用以脫除和吸附氮氧化物和水汽，并同時吸附部分有機化合物和剩余的二氧化碳；通過以上步驟之間的協(xié)同配合，使得氣流中的二氧