用于生產不同等級n2o的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型是生產不同等級N2O的系統(tǒng)，包括含雜質和N2O氣流；壓縮氣流的壓縮機；移除濕汽或水的冷卻干燥裝置；移除重質雜質、濕汽或水和有機物的吸附裝置；儲存來自吸附裝置氣流的緩沖罐；將來自緩沖罐的氣流至少部分液化成氣體和液體混合物的液化裝置；將氣體混合物排回吸附裝置并將液體混合物送往蒸餾裝置的釋放裝置；經蒸餾從液體混合物移除輕質雜質和有機物，將含N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回壓縮機并產生純化液體N2O的蒸餾裝置；和用于儲存和分配純化液體N2O的罐；及任選的從氣流移除重質雜質的濕法滌氣吸收裝置；其中蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶回流的蒸餾塔或其組合；濕法滌氣吸收裝置包含堿滌氣裝置、酸滌氣裝置、水滌氣裝置或其組合。
【專利說明】用于生產不同等級N2O的系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及N2O的回收和純化的領域，特別地涉及用于產生不同等級的N2O的系統(tǒng)。
_2] 發(fā)明背景
[0003]制造一氧化二氮(N2O)的經典方法是通過硝酸銨分解。一氧化二氮是硝酸生產過程中的副產物。一氧化二氮也在己二酸(尼龍制造中使用的兩種反應物之一)的合成中作為副產物大量產生。
[0004]己二酸是通過雙階段過程制造的二羧酸。第一制造階段通常包括環(huán)己烷的氧化以形成環(huán)己酮和環(huán)己醇的混合物。第二階段包括將所述混合物用硝酸氧化以產生己二酸。一氧化二氮作為硝酸氧化階段的副產物而產生。
[0005]在實驗的基礎上，在己二酸的制備中N2O產生的總的反應化學計量據估算約為每千克產物0.3kg N2Oo
[0006]由于具有如此大的量，來自于己二酸合成的副產物可以成為N2O的主要商業(yè)來源。然而，從來自于己二酸合成的廢氣流回收N2O需要移除各種雜質，例如氮的更高價氧化物、二氧化碳、一氧化碳、氮、氧、氬、濕汽和有機雜質。目前，出于環(huán)保目的，大部分廢氣流在排放之前分解。
[0007]對于用于不同目的的一氧化二氮的回收和純化，或出于環(huán)保目的從工業(yè)廢氣流貧
化一氧化二氮，已進行了一些工作。
[0008]在EP0636576A1中描述了一種常規(guī)的一氧化二氮純化系統(tǒng)和方法。更具體來說，所述方法從在壓縮機中壓縮含氮、氧和水的一氧化二氮進料氣體開始。將一部分不含水的一氧化二氮輸送到熱交換器，在其中將它冷凝成液體。將液化氣體導向精餾塔的頂部進行進一步冷凝，并返回到精餾塔底部。將第二混合的氣-液一氧化二氮部分從熱交換器導向精餾塔底部作為蒸發(fā)液體的加熱源。然后將同樣的一氧化二氮導出塔的底部并引向塔的中部。從塔的底部獲取具有所需純度的最終產物。
[0009]與這樣的系統(tǒng)相關的缺點之一在于它的復雜性，因為它包括三個熱交換器和兩個精餾區(qū)。此外，所使用的壓縮機由于運行所需的潤滑油而可能成為次級污染源。
[0010]在美國專利6080226中描述了涉及從含有一氧化二氮與氧氣和氮氣的混合物的進料流中分離一氧化二氮的方法的一個發(fā)明。在所述方法中，通過利用貧氧氣流共吹掃的變壓吸附(PSA)工藝對包含一氧化二氮的進料流進行純化，以產生高純度一氧化二氮流。一氧化二氮被選擇性吸附，因此第一流出物流含有N2和02。高純度一氧化二氮流可以引入到用于生產己二酸的復合裝置中，以從稀釋廢物流回收一氧化二氮，并將回收的一氧化二氮送到從芳香烴類生產苯酚的過程中。來自于苯酚生產步驟的未反應的一氧化二氮可以在第二步或排氣PSA步驟中回收，并與來自于己二酸生產的副產物一氧化二氮廢物流的回收結合用于一氧化二氮的整體回收，從而顯著減少己二酸生產的一氧化二氮排放。
[0011]美國專利6348083B1教導了用于回收和/或純化包含在廢氣中的一氧化二氮的裝置和方法。所述廢氣含有至少一部分一氧化二氮(N2O)和至少一種其他氣態(tài)化合物。所述方法還教導了: (a)通過滲透分離廢氣流中包含的至少一部分一氧化二氮，以及(b)回收至少一部分在步驟(a)中分離的氣態(tài)一氧化二氮。優(yōu)選地，廢氣流的來源是使用排放廢氣的工業(yè)過程的工業(yè)裝置，優(yōu)選為用于生產己二酸的裝置、用于生產一氧化二氮的裝置、用于生產乙醛酸的裝置或用于生產硝酸的裝置。
[0012]與上述系統(tǒng)和其他相關技術系統(tǒng)相關聯(lián)的缺點在于它們不能移除二氧化碳雜質。純化領域的技術人員公知，二氧化碳是最難從含有一氧化二氮的氣體中移除的雜質之一。
[0013]另外，盡管可用于移除氮、氧、氫、一氧化碳和水雜質，但上述系統(tǒng)和其他相關技術系統(tǒng)不能移除其他雜質例如氨和甲烷。一氧化碳、氨、甲烷和氫是輕質雜質。
[0014]美國專利6370911B1提供了一種用于一氧化二氮純化的系統(tǒng)和方法，其中所述一氧化二氮產物可被用于半導體制造。所述系統(tǒng)和方法包括第一子系統(tǒng)，其具有用于容納液化的一氧化二氮的純化罐，與所述純化罐連通以接收、汽化并將一氧化二氮蒸氣輸送回到純化罐的汽化器，布置在所述純化罐的遠端以接收一氧化二氮蒸氣的蒸餾塔，布置在所述蒸餾塔上的冷凝器，其中輕質雜質被移除，并且不含輕質雜質的一氧化二氮被輸送到所述汽化器并在其中轉化成蒸氣。第二子系統(tǒng)，具有第一干燥床容器，其布置在所述汽化器下游以接收蒸氣并在其中使酸氣體反應，第二干燥床容器，其位于所述第一干燥床容器下游用于移除蒸氣中的水和氨。第三子系統(tǒng)，其具有產物罐(其中純化的一氧化二氮蒸氣在其中重新冷凝)，傳輸歧管(包括液體泵、液體過濾器和用于將純化的一氧化二氮分配到保存容器的旁路)。所述發(fā)明允許移除雜質和顆粒物，以便可以將純度為99.9998%或更高的超純一氧化二氮產物輸送到使用位點。
[0015]在本實用新型中，提供了通過濕法滌氣器吸收過程、吸附過程、閃蒸罐(flashdrum)和/或帶有回流的低溫蒸餾過程的組合，純化含有一氧化二氮的廢氣流或廢氣氣流的新的N2O生產方案。本實用新型生產了可用于不同目的的不同等級水平的一氧化二氮。
[0016]
【發(fā)明內容】

[0017]一個方面，本實用新型提供了一種用于生產不同等級N2O的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0018]含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物；
[0019]濕法滌氣吸收裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質；
[0020]具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0021]冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水；
[0022]吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物；
[0023]緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流；
[0024]液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物；
[0025]釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置；
[0026]蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N2O ；以及[0027]罐，用于儲存和分配所述純化的液體N2O ；
[0028]其中
[0029]所述濕法滌氣吸收裝置包含堿滌氣裝置、酸滌氣裝置、水滌氣裝置或其組合；
[0030]所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
[0031]另一個方面，本實用新型提供了用于生產不同等級N2O的另一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0032]含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物；
[0033]具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0034]冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水；
[0035]吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物；
[0036]緩沖罐，用于儲存來自所述吸附裝置的氣流；
[0037]液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物；
[0038]釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送到蒸餾裝置；
[0039]蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N2O ；以及
[0040]用于儲存和分配所述純化的液體N2O的罐；
[0041]其中所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
[0042]再另一個方面，本實用新型提供了一種回收和純化一氧化二氮(N2O)的方法，所述方法包括
[0043]提供含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物；
[0044]通過濕法滌氣吸收從所述氣流移除所述重質雜質；
[0045]通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0046]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；
[0047]將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物；
[0048]將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物，
[0049]將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置；
[0050]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雜質和所述有機化合物，產生純化的液體N2O ；
[0051]將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及
[0052]將所述純化的液體N2O輸送到用于儲存和分配的罐；
[0053]其中所述濕法滌氣吸收移除所述重質雜質至低于500ppm。[0054]再另一個方面，本實用新型提供了一種回收和純化一氧化二氮(N2O)的方法，所述方法包括
[0055]提供含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物；
[0056]通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0057]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；
[0058]將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物；
[0059]將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物，
[0060]將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置；
[0061]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雜質和所述有機化合物，產生純化的液體N2O ；
[0062]將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及
[0063]將所述純化的液體N2O輸送到用于儲存和分配的罐。
[0064]所述氣流含有5.0至99.9體積％、優(yōu)選地25.0至60.0體積％的N2O。所述不同等級的純化的N2O具有99.9%至99.9999%的純度。
[0065]所述輕質雜質選自N2、02、N0、C0、Ar、H2、甲烷、C2及其組合；所述重質雜質選自C02、NO2, CO、H2O, C2+及其組合；所述有機化合物選自甲烷、C2+、CH4, C2及其組合；并且所述非冷凝性氣體選自Ar、N2, 02、CO、NO、甲烷及其組合。
[0066]在一實施方案中，所述壓縮機具有至少兩個壓縮級，并且從所述蒸餾裝置出來的蒸氣相氣體被釋放到第二級。
[0067]所述氣體混合物被用于再生所述吸附裝置。所述吸附裝置包含至少兩個平行的吸附床，每個床具有至少一層吸附劑；并且兩個平行的吸附床在連續(xù)切換運行(continuousswing operation)中交替使用。所述蒸懼裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個蒸懼塔或其組合。
[0068]在一實施方案中，所述吸附劑選自分子篩、活性氧化鋁、活性炭及其組合。
[0069]在一實施方案中，所述分子篩選自13X、3A、4A、5A、CaX、硅膠、Y型鈣沸石、X型鋅沸石、具有高的二氧化硅與氧化鋁比率的分子篩及其混合物。
[0070]在一實施方案中，所述氣流是來自于己二酸生產過程或硝酸生產過程的廢氣流，其中所述氣流具有28.0至70.0體積％的N20、1.0至6.0體積％的02、20.0至60.0體積％的N2、0.2至1.0體積％的Ar、2至10.0體積％的C02、0.1至1.0體積％的CO、1.0ppm至
0.5體積％的NO2> 1.0ppm至1.0體積％的NO和1.0ppm至0.1體積％的烴類。
[0071]在一實施方案中，所述預設壓力在2.0至5.0MPa、優(yōu)選地在2.0至4.0MPa、更優(yōu)選地在3.0MPa至3.8MPa的范圍內。
[0072]【專利附圖】

【附圖說明】
[0073]在形成了本說明書的實質性部分的附圖中示出了:
[0074]圖1示出了用于從含有N2O的廢氣流中回收和純化N2O的系統(tǒng)的示意圖。
[0075]? 2(a)示出了 N2O 和 CO2 在 1.0MPa 下的相圖。[0076]a 2(b)示出了 N2O 和 CO2 在 2.5MPa 下的相圖。
[0077]【具體實施方式】
[0078]本實用新型旨在從含有一氧化二氮(N2O)的氣流回收和純化N2O,以生產不同純化等級的一氧化二氮。氣流源可以來自于任何過程，例如來自于工業(yè)工藝過程。工業(yè)工藝過程的好例子是來自于己二酸生產的廢氣流。
[0079]氣流源含有5.0至99.9體積％的一氧化二氮，優(yōu)選地20至70.0體積％的一氧化二氮，更優(yōu)選地25.0至60.0體積％的一氧化二氮。
[0080]來自于使用硝酸作為氧化劑的己二酸生產廠的廢氣流通常含有28.0-55.0體
積％的一氧化二氮。
[0081]富含N2O的物流中的主要雜質包括，但不限于N2、02、H2、Ar、N0x(N0和NO2) XOXO2,濕汽、甲烷和其他痕量有機化合物。
[0082]分子量等于或大于N2O的雜質在后文中被稱為重質雜質。分子量小于N2O的雜質在后文中被稱為輕質雜質。
[0083]輕質雜質包括但不限于N2、02、NO、CO、Ar、H2。重質雜質包括,但不限于C02、NO2>H2O0有機化合物包括，但不限于C2+、CHjPC2。一般來說，甲烷和C2歸入輕質雜質，而C2+歸入重質雜質。
[0084]圖1示出了根據本實用新型的示例性實施方式的用于回收和純化N2O的系統(tǒng)的示意圖。用于回收和純化一氧化二氮的系統(tǒng)包括10個裝置。輸入到系統(tǒng)的輸入氣體被稱為“廢氣流”，因為它是來自于其他過程例如來自于己二酸生產廠的廢氣流。
[0085]圖1中的裝置2、3和4分別對應于濕法滌氣吸收裝置、壓縮機裝置和冷卻和干燥裝置。這三個裝置主要用于從廢氣流I移除重質雜質和濕汽。重質雜質可以通過濕法滌氣移除；濕汽可以在增壓后通過冷卻和干燥裝置移除。
[0086]圖1中的裝置5和6分別對應于吸附裝置和緩沖罐。吸附裝置5用于將重質雜質、濕汽和有機化合物進一步移除至痕量水平。來自于裝置5的氣流被儲存在緩沖罐6中。
[0087]圖1中的液化裝置7被用于將來自于緩沖罐6的過程氣流至少部分地液化成含有N2O氣體和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物。釋放裝置8將所述氣體混合物排回到裝置5。所述氣體混合物在裝置5中用作再生氣體。裝置8也將液體混合物進料到蒸餾裝置9。
[0088]非冷凝性氣體包括，但不限于Ar、N2、O2、CO、NO、甲燒。因此，物流中的雜質通過將它們作為所述非冷凝性氣體的一部分釋放而移除。
[0089]圖1中的蒸餾裝置9包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔、或一個或多個閃蒸罐與一個或多個帶有回流的蒸餾塔的組合。裝置9通過蒸餾來移除輕質雜質以產生具有預定純度的一氧化二氮。裝置9還釋放含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體或將其重循環(huán)到裝置3。
[0090]圖1中的儲存罐裝置10儲存和分配來自于裝置9的具有不同純度等級的最終純
化的一氧化二氮。
[0091]在這種系統(tǒng)中，通過使用來自于濕法滌氣吸收裝置2中的堿和水的濕法滌氣器的吸收與來自于吸附裝置5的吸附的組合來移除重質雜質例如NO2和0)2?？梢酝ㄟ^單獨使用吸附裝置5來移除NO2和CO2。[0092]二氧化碳的分子量幾乎與一氧化二氮相同(CO2:44.01，N2O:44.01)。在
1.0MPa(lMPa = IO6Pa)下的沸點差異僅為 1.86°C (N2O:-38.27°C,CO2:-40.13。。)。通過蒸餾將CO2與N2O分離是困難且無效的。最終產物中的CO2濃度水平應該通過濕法滌氣和吸附過程來控制,并同時移除其他重質雜質例如NO2。
[0093]由于CO和NO的分子量小于一氧化二氮，因此輕質雜質CO和NO通過液化裝置7與釋放裝置8的組合，在作為非冷凝性氣體的一部分液化后被移除。它們可以通過閃蒸或帶有回流的連續(xù)蒸餾進一步控制到痕量水平，并伴有甲烷、氬、氧和氮的移除。
[0094]閃蒸是單階段連續(xù)操作，其中液體混合物被部分地氣化:產生的蒸氣和殘留的液體處于平衡中，其隨后被分離并移除。在進入閃蒸罐之前，將進料預先加熱。由此可以將一部分進料氣化。加熱的混合物然后通過減壓閥流向閃蒸罐，并發(fā)生蒸氣與液體之間的分離。
[0095]閃蒸主要用于分離在廣泛不同的溫度下沸騰的組分。它對于具有相當?shù)膿]發(fā)性或痕量水平的組分的分離是無效的，這需要使用帶有回流的連續(xù)蒸餾。
[0096]對于高濃度一氧化碳(CO)來說，在氣體流中存在氧的情況下，可以應用在催化劑上進行的一氧化碳向二氧化碳的催化轉化。然后通過堿和水濕法滌氣器移除產物co2。
[0097]對于高濃度NO和NO2來說，可以在濕法滌氣過程之前引入臭氧。臭氧將不溶性的NO和NO2快速氧化成可溶性的氧化化合物例如N205。臭氧通過將氧通過臭氧發(fā)生器按照需要和在原位產生。
[0098]在氣流中可能存在有機化合物，其可能來自于生產廠或來自于壓縮機(潤滑油)。在這種系統(tǒng)中，有機化合物C2+(C2+意思是具有超過2的碳數(shù)的有機化合物)可以在吸附裝置5中通過吸附被移除至痕量水平。痕量的CH4和C2 (C2意思是碳數(shù)等于2的有機化合物)可以在裝置9中通過閃蒸或帶有回流的連續(xù)蒸餾與其他輕質雜質一起移除。
[0099]本實用新型通過濕法滌氣吸收裝置2移除大部分重質雜質，包括但不限于CO2和NO2,并通過吸附裝置5將產物中的重質雜質控制到痕量水平。富含N2O的物流中的大部分Ar、N2和O2可以在液化后由釋放裝置8作為非冷凝性氣體分離。閃蒸罐或帶有回流的蒸餾塔被用于進一步純化并降低輕質雜質濃度例如CO、NO、Ar、CH4, N2和02，以滿足產物的容許限量。
[0100]系統(tǒng)提供了生產不同等級(例如工業(yè)級、醫(yī)藥級和電子級)的N2O的靈活性，所述N2O的純度在90%至99.999+%的范圍內，以滿足不同消費者的不同要求。
[0101]下面詳細描述使用圖1中示出的系統(tǒng)來回收和純化N2O的過程。
[0102]將富含N2O的廢氣流I進料到濕法滌氣吸收裝置2以移除大部分NO2和C02。濕法滌氣裝置包含堿滌氣器、酸滌氣裝置、水滌氣器及其串聯(lián)的組合。濕法滌氣裝置2的出口處的NO2和CO2將被控制到預設值,例如低于500ppm(ppm表示以體積計的10_6)。
[0103]在從氣流清除水滴后，使用單級或多級壓縮機裝置3將氣流增壓至預設壓力。
[0104]所公開的系統(tǒng)需要較高壓力。如果輸入氣流的壓力低，需要在氣流進入吸附裝置5之前將壓力增高。氣流的壓縮壓力主要由產物的壓力要求和整個生產過程的壓力降來決定。
[0105]例如，來自于己二酸生產過程的廢氣流的入口壓力通常為約0.12-0.20MPa。在氣流進入吸附裝置5之前，需要將壓力增壓到2.0至5.0MPa、優(yōu)選2.0至4.0MPa、更優(yōu)選
3.0MPa 至 4.0MPa。[0106]在_20°C溫度下，一氧化二氮N2O的飽和壓力為1.80IMPaο如果惰性氣體(非冷凝性氣體例如氬、氮和氧)約為總氣體混合物的50.0%，在-20°C下的運行壓力應該超過
3.602MPa以液化N20。通過不同運行裝置時的壓力降也應被考慮在內。
[0107]在壓縮機裝置3的第二級(對于具有至少兩個級的壓縮機來說)的出口處，將所述氣流與來自于裝置9的另一個物流(蒸氣)混合。然后將混合的氣流通過冷卻和干燥裝置4。裝置4進一步降低溫度并移除冷凝的水或霧氣。
[0108]吸附裝置5包括至少兩個吸附床。單層或多層的床裝填有不同種類的吸附劑，例如活性炭、活性氧化鋁和13X分子篩。吸附裝置5移除濕汽、CO2和NO2至所需水平，并移除可能來自于廢氣流或壓縮機潤滑劑的痕量有機化合物。
[0109]吸附裝置也可用于移除痕量烴類C2+。
[0110]在實踐中，出于安全性原因，也可使用無機分子篩代替活性炭來移除痕量有機化合物。此外，對于連續(xù)運行來說，可以交替使用兩個平行的吸附床:一個處于吸附中，另一個處于再生中。吸附過程是將產物中的CO2和NO2濃度降低至所需值的關鍵步驟。
[0111]然后將來自于裝置5的氣流儲存在緩沖罐裝置6中。
[0112]在預設壓力和溫度下，液化裝置7中的液化器將來自于裝置6的氣流部分液化。來自于液化裝置7的含有氣體和液體兩者的兩相流體流被進料到釋放裝置8。
[0113]裝置8分離非冷凝性氣體，其主要為氬氣、氮氣和氧氣以及痕量的CO、NO和甲烷。然后將非冷凝性氣體送回(或釋放)到吸附裝置5以再生用過的吸附床(吹掃和冷卻)。將來自于釋放裝置8底部的液體混合物進料到蒸餾裝置9，閃蒸罐或帶有回流的蒸餾塔。
[0114]難以通過吸附完全移除的輕質烴類甲烷和C2可以在裝置9中與其他輕質雜質例如CO和NO —起通過閃蒸來移除。
[0115]來自于裝置9的含有超過90體積％的N2O和非冷凝性氣體的蒸氣被送回(或循環(huán))到壓縮機3的第二級。來自于裝置9的底部的作為純化的液體N2O的液體相被送到裝置10進行儲存或分配。
[0116]在該過程中存在一些熱交換器和混合器(在圖1中未不出)，用于能量回收和氣流的冷卻或加熱。來自于壓縮機的每個級的氣流通過冷卻水或其他冷卻介質(chilledmedia)進行冷卻；冷卻和干燥裝置以及液化裝置兩者中的壓縮機也通過冷卻水或其他冷卻介質進行冷卻。在該過程中從釋放裝置8和裝置9出來的非冷凝性氣體和液體與氣流交換熱量。
[0117]從釋放裝置8出來的液體混合物與來自于吸附裝置5的氣流之間的熱交換的目的在于提高進料到裝置9的液體混合物的溫度，并降低用于液化的氣流的溫度。在熱交換后，氣流被儲存在緩沖罐6中，并通過裝置7中的制冷機液化。在熱交換后的液體混合物溫度是決定產物中輕質雜質水平的關鍵參數(shù)。被移除到蒸氣(以及殘留在液體中)的輕質雜質的量取決于進入裝置9的進料的狀況，即多少進料作為蒸氣狀態(tài)進入，這反過來又由加熱量來控制。換句話說，氣化程度影響蒸氣相和液體相中輕質雜質的濃度(分布)。
[0118]作為實例，詳細描述了實現(xiàn)純度為99.9%的一氧化二氮的生產的程序步驟。
[0119]將壓力為0.15MPa的富含N2O的廢氣流進料到堿濕法滌氣器以移除大部分NO2和C02。添加水滌氣器以從氣流清除堿液滴。這兩個濕法滌氣的壓力降約為0.05MPa。作為控制參數(shù)，在滌氣過程后NO2和CO2應該低于500.0ppm。使用泵將堿溶液和水分別進料到滌氣器的上部。
[0120]在分離堿液滴后，在即將進入壓縮機的第二級之前，將氣流與來自于蒸餾裝置9的蒸氣(95.6體積％的N2O,壓力為1.0MPa，溫度為-39.7V )混合。
[0121]采用雙級壓縮機將壓力從0.1OMPa增壓至1.0MPa(第一級)和至3.04MPa(第二級)。冷卻劑是用于將壓縮氣流從139.2°C冷卻至38.(TC的水。
[0122]使用冷卻和干燥裝置將氣體冷卻至10°C并移除冷凝的水。
[0123]使用一個熱交換器，通過氣流與來自于釋放裝置8的非冷凝性氣體(32.6體積％的N2O,壓力為1.1MPa，溫度為-66.1°C )之間的熱交換，將氣流的溫度進一步降低至-1.(TC。然后將熱交換后的非冷凝性氣體用于吸附裝置5中用過的吸附床的再生(吹掃、再生、加熱和冷卻)。將來自于緩沖罐6的氣流用于重新加壓用過的吸附床以用于下一個循環(huán)。
[0124]兩個平行的吸附床是裝填有活性炭、活性氧化鋁、13X分子篩的多層床，分別用于移除有機化合物(C2+)、濕汽、二氧化碳、二氧化氮。從吸附床出來的氣流的關鍵參數(shù)是=CO2濃度低于1.0ppm,且NO2濃度低于0.5ppm。兩個平行的吸附床處于切換運行中:一個處于吸附中，另一個處于再生中。
[0125]將從吸附床出來的具有_1°C的氣流進料到另一個熱交換器，其中氣流經歷與來自于釋放裝置8的底部的飽和液體的熱交換，以進行加熱并將溫度提高到預設值(從-66.40C至-39.7V )，用于蒸餾裝置9處的閃蒸。
[0126]液體溫度(或壓力)對于閃蒸罐的成功運行來說是關鍵的。在最后的熱交換后，將-29.20C的氣流儲存在緩沖罐6中。然后將來自緩沖罐6的氣流送到液化裝置7，并在液化裝置7中通過制冷機液化。
[0127]將來自于液化裝置7的兩相流體流進料到釋放裝置8以分離并移除非冷凝性氣體，其主要為氮、氬和氧以及痕量的C0、N0和有機化合物例如甲烷。將非冷凝性氣體進料到吸附裝置以冷卻氣流。將來自于釋放裝置8底部的具有升高的溫度的液流送到閃蒸罐。閃蒸分數(shù)(約60%)取決于操作條件和終產物中雜質的限制濃度。將具有痕量非冷凝性氣體的蒸氣進料到壓縮機的第二級并在其中與氣流混合。液體相是產物，并被送到液體罐裝置10。
[0128]本領域技術人員將會理解，應該安裝一些檢測器以監(jiān)測和測試濃度、溫度、流速和壓力。
實施例
[0129]基于數(shù)據庫和熱力學方法，通過商用軟件ASPEN Plus進行了一系列模擬。
[0130]來自于使用硝酸作為氧化劑的己二酸生產廠的廢氣流通常含有28.0-55.0體積％的一氧化二氮。來自于典型己二酸工廠的廢氣流的組成列于表I中。在下面的模擬中使用類似的廢氣流。
[0131]應該指出，首先將來自于所述己二酸工廠的富含N2O的廢氣流與空氣混合以通過NOx的氧化產生稀釋的HNO3并依次流過3個水滌氣器，然后將氣流送入液滴分離器以分離液滴和氣溶膠。
[0132]表I中示出的廢氣流的分析結果是來自于工廠中液滴分離器后的廢氣流的以干重計的結果。在表1中，NO是NOx中的主要組分。
[0133]表1廢氣流的分析結果(基于干重)
[0134]
【權利要求】
1.一種用于生產不同等級N2O的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括: 含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物； 濕法滌氣吸收裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質； 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力； 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水； 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流； 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物； 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送往蒸餾裝置； 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N2O ；以及用于儲存和分配所述純化的液體N2O的罐； 其中 所述濕法滌氣吸收裝置包含堿滌氣裝置、酸滌氣裝置、水滌氣裝置或其組合； 所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
2.一種用于生產不同等級·N2O的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括: 含有N2O和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物； 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力； 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水； 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流； 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2O和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物； 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送往蒸餾裝置； 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將含有N2O和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N2O ；以及用于儲存和分配所述純化的液體N2O的罐； 其中所述蒸餾裝置包括至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
3.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機具有至少兩個壓縮級，并且從所述蒸餾裝置出來的蒸氣相氣體被釋放到第二級。
4.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述吸附裝置包括至少兩個平行的吸附床，每個床具有至少一層吸附劑；并且兩個平行的吸附床在連續(xù)切換運行中交替使用。
5.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣體混合物被用于再生所述吸附>j-U ρ?α裝直。
6.根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述吸附劑選自分子篩、活性氧化鋁、活性炭及其組合。
7.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述分子篩選自13X、3A、4A、5A、CaX、硅膠、Y型鈣沸石、X型鋅沸石、具有高的二氧化硅與氧化鋁比率的分子篩及其混合物。
8.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述蒸餾裝置包括至少一個閃蒸罐、至少一個蒸餾塔或其組合。
9.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述不同等級的N2O具有99.9%至99.9999%的純度。
10.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣流是來自于己二酸生產過程或硝酸生產過程的廢氣流。
11.根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預設壓力在2.0至5.0MPa的范圍內。
12.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預設壓力在2.0至4.0MPa的范圍內。
13.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預設壓力在3.0MPa至4.0MPa的范圍內。·
【文檔編號】C01B21/22GK203639158SQ201320375675
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權日:2013年6月18日
【發(fā)明者】修國華, 張鵬 申請人:氣體產品與化學公司