使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備高純一氧化二氮的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高純一氧化二氮制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備 高純一氧化二氮的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -氧化二氮（NitrousOxide)又稱笑氣，化學(xué)式N0,在室溫下穩(wěn)定，有輕微麻醉作 用，并能致人發(fā)笑。N0是一種氧化劑，在化學(xué)氣相沉積（CVD)工藝中，可用于制備摻雜二 氧化硅膜，在某些條件下，N20可代替高純冊(cè)13用來生產(chǎn)氮化硅掩蔽膜。半導(dǎo)體（IC)、LED、 TFT-IXD、光伏太陽能制造環(huán)節(jié)也需要高純N20。由于N20是主要的麻醉氣體，因此，N20生產(chǎn) 量很大，其中硝酸銨干法分解無污染被普遍采用，其它方法有氨磺酸法，氨催化氧化法等。 高純N 20則采用醫(yī)用笑氣為原料，經(jīng)過脫NH3、C02、H20、NO、N02等工藝，然后進(jìn)行低溫精餾除 去N20中的02、N2、氏等輕組份雜質(zhì)。
[0003] 常壓下N20的沸點(diǎn)（-88. 49°C )和凝固點(diǎn)（-90. 8°C )很接近，沸點(diǎn)隨壓力增大而 增大，凝固點(diǎn)則基本不隨壓力發(fā)生變化。為避免低溫精餾過程中n20發(fā)生凝固堵塞設(shè)備，低 溫精餾過程需要在高壓下進(jìn)行。為確保少量輕組分（特別是02)的徹底脫除，同時(shí)，由于醫(yī) 用笑氣的生產(chǎn)成本較高，N 20的純化過程需要達(dá)到高回收率，低溫精餾過程需要在高壓低溫 下進(jìn)行，這嚴(yán)重影響了高純N20的生產(chǎn)成本。
[0004] USP6370911B公開了一種對(duì)濃度較高的工業(yè)級(jí)液體笑氣精制的方法，包括（1) 液體汽化，（2)低溫精餾，（3)低溫吸附等步驟，主要是除去輕組分、氨和二氧化碳雜質(zhì)。 CN102046266B公開了一種低溫精餾與泡罩塔逆流吸收相結(jié)合的方法，目的實(shí)施除去溶解在 液體笑氣中的氧氣雜質(zhì)。CN101272844B采用變壓吸附PSA方法分離羥胺合成尾氣得到純化 的N20,較低溫精餾方法在能耗上進(jìn)步很大，但這需要特種吸附劑的研發(fā)和生產(chǎn)，并且需要 配套的兩個(gè)甚至多個(gè)PSA系統(tǒng)以完成N20的分離純化，生產(chǎn)成本較高。
[0005] 已二酸生產(chǎn)裝置副產(chǎn)一氧化二氮，一般每噸己二酸大約可產(chǎn)0. 28噸一氧化二氮， 尾氣中一氧化二氮含量接近50% (wt)，具有很好的回收利用價(jià)值。
[0006] 采用己二酸生產(chǎn)裝置的尾氣制備高純一氧化二氮，可以減少廢氣排放，具有直接 的經(jīng)濟(jì)效益。此外，在保證一定N20的回收率前題下，排放少部分N20可以提高低溫精餾塔 頂?shù)臏囟龋蠓档偷蜏鼐s過程的能耗，可以利用生產(chǎn)裝置尾氣排放前的處理工序，將剩 余的氮氧化物（N0和部分N20)作排放處理。
[0007] 眾所周知，低溫精餾的能耗主要消耗在塔頂冷凝，塔頂溫度越低則制冷機(jī)所需能 耗越大，增大塔內(nèi)操作壓力可以降低塔頂溫度?；亓髁吭龃笠矊?dǎo)致制冷機(jī)所需能耗增大，同 時(shí)塔頂?shù)妮p組分濃度越高則塔頂溫度越低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種產(chǎn)品純度高、降 低塔頂?shù)幕亓髁?，減小過程能耗使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備高純一氧化二氮的裝置和方法。
[0009] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] 使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備高純一氧化二氮的裝置，包括依次連接的壓縮機(jī)、吸收 塔、吸附裝置、低溫精餾塔及低溫精制塔，
[0011] 所述壓縮機(jī)的壓縮比為5~25,將壓力提高到1. 5~5.OMpa，以利于提高后續(xù)工 序的效率；
[0012] 所述吸收塔中采用堿性吸收劑，所述吸附裝置中采用堿性吸附劑，使用的堿性吸 收劑可以高效率除去廢氣中的酸性氣體，包括C02、N0和N02等。
[0013] 所述低溫精餾塔的塔頂產(chǎn)物為比一氧化二氮沸點(diǎn)低的輕組分，
[0014] 所述低溫精制塔的塔頂?shù)玫礁呒兌萵20。
[0015] 所述的低溫精餾塔設(shè)有中間冷凝器，具體來說，低溫精餾塔設(shè)置的塔板有10~50 塊，所述的中間冷凝器設(shè)在低溫精餾塔的中上位置。
[0016] 所述的堿性吸收劑為含量0.l-10wt%堿金屬氧化物的水溶液。
[0017] 優(yōu)選地，堿金屬氧化物采用鈉的氧化物。
[0018] 使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備高純一氧化二氮的方法，包括以下步驟：
[0019] (1)預(yù)處理工序：己二酸尾氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓到1. 5-5.OMPa后，進(jìn)入吸收塔，經(jīng)堿性 吸收劑吸收脫出尾氣中的酸性氣體雜質(zhì)，從吸收塔頂部出來，再經(jīng)換熱器冷凝脫水后，進(jìn)入 吸附裝置，進(jìn)一步脫水并經(jīng)堿性吸附劑除去剩余的微量co2雜質(zhì)，得到凈化處理的氣體；
[0020] (2)精制工序：從吸附裝置出來的凈化氣體，進(jìn)入低溫精餾塔，在低溫精餾塔的塔 頂除去沸點(diǎn)比一氧化二氮低的輕組分，塔底為含有高沸點(diǎn)雜質(zhì)的液體一氧化二氮物料，塔 底液體物料進(jìn)入所述低溫精制塔，從低溫精制塔塔頂?shù)玫礁呒兌萅20產(chǎn)品。
[0021] 從所述的吸附裝置出來的凈化氣體進(jìn)入所述低溫精餾塔的上部或頂部，從所述低 溫精餾塔底部出來的液體物料進(jìn)入所述低溫精制塔的下部或底部。
[0022] 所述的吸收塔的操作溫度為40~80 °C，所述的吸附裝置的操作溫度為5~50 °C。
[0023] 所述的低溫精餾塔的塔頂操作溫度為-50°C~-80°C，塔底操作溫度為-20°C~ l〇°C，所述的低溫精制塔的塔頂操作溫度為-30°C~0°C。
[0024] 在吸收塔、解吸塔、低溫精餾塔及低溫精制塔均具有塔頂冷凝器，另外解吸塔、低 溫精餾塔及低溫精制塔均具有塔底再沸器。
[0025] 低溫精餾塔和低溫精制塔的塔頂操作壓力在20_30bar。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明耦聯(lián)吸收、吸附和低溫精餾過程，可以脫除C02、N02等酸 性雜質(zhì)氣體，N2、02、NO等輕組分雜質(zhì)氣體，以及水分等重組分雜質(zhì)氣體，制得高純度N20氣 體。低溫精餾塔的塔頂馳放氣包含一定濃度的N20可以降低所需回流比，同時(shí)采用中間冷 凝器進(jìn)一步降低塔頂?shù)幕亓髁浚瑴p小過程能耗。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實(shí)施例1中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖中，C0MP為壓縮機(jī)、T1為吸收塔、T3為低溫精餾塔、T4為低溫精制塔、EX2為第 二換熱器、EX3為第三換熱器、ADS0R為吸附裝置、M-C為中間冷凝器、FEED-己二酸生產(chǎn)尾 氣、ABS0R吸收液。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 使用己二酸生產(chǎn)尾氣制備高純一氧化二氮的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，使用己二 酸生產(chǎn)裝置尾氣（組成見表1，處理量61. 5kmol/h，質(zhì)量流量2. 25t/h)制備高純一氧化二 氮，涉及的工藝設(shè)備包括壓縮機(jī)C0MP、吸收塔T1、換熱器、吸附裝置ADS0R、低溫精餾塔T3、 低溫精制塔T4及連接管路。其中吸收塔T1、低溫精餾塔T3、低溫精制塔T4都具有塔頂冷 凝器，低溫精餾塔T3、低溫精制塔T4都具有塔底再沸器，低溫精餾塔T3共有20塊理論塔 板，在第5塊理論板設(shè)有中間冷凝器M-C。
[0032] 表1、已二酸生產(chǎn)裝置的尾氣組成
[0033]
[0034] 工藝方法具體包括以下步驟：
[0035] (1)己二酸生產(chǎn)尾氣FEED經(jīng)壓縮機(jī)C0MP增壓后進(jìn)入吸收塔T1，吸收塔頂部氣體 進(jìn)入吸附裝置ADS0R，吸收塔T1采用堿性水溶液吸收己二酸生產(chǎn)尾氣中的酸性氣體雜質(zhì)， 在本實(shí)施例中，使用的堿性水溶液為5wt%的氧化鈉水溶液；
[0036] (2)吸收塔底部的吸收液進(jìn)入廢液處理工序；
[0037] (4)吸附裝置ADS0R采用具有脫水功能的分子篩吸附劑，包括3A、4A或5A分子篩 吸附劑，和堿性吸附劑，包括負(fù)載有堿金屬和堿土金屬吸附劑，還包括堿性離子交換樹脂， 吸附從吸收塔頂部輸送的氣體中的極性氣體雜質(zhì)，出來的氣流經(jīng)第二換熱器EX2和第三換 熱器EX3降溫后進(jìn)入低溫精餾塔T3,低溫精餾塔T3設(shè)有中間冷凝器M-C，T3塔頂?shù)鸟Y放氣 經(jīng)第三換熱器EX3回收冷量后經(jīng)處理后排放，馳放氣中N20質(zhì)量濃度9. 0% ;
[0038] (5)低溫精餾塔T3塔底液體流股進(jìn)入低溫精制塔T4，從T4塔頂?shù)玫礁呒兌?N20(純度5N，回收率92. 9% )，經(jīng)第三換熱器EX3回收冷量后產(chǎn)品灌裝；
[0039] (6)低溫精餾塔T4塔底含濕組分的液體流股經(jīng)第二換熱器EX2氣化后的氣流循環(huán) 進(jìn)入吸附裝置ADS0R;
[0040] 其中低溫精餾塔T3操作壓力25bar，頂部溫度-77. 1°C，頂部冷凝器冷卻功率 64kw，第5理論板溫度-36. 7°C，中間冷卻器冷卻功率120kw。以環(huán)境溫度25°C計(jì)，低溫精餾 塔T3制冷所需理論電耗為64kw。
[0041] 實(shí)施例2
[0042] 其他條件同實(shí)施例1，馳放氣中隊(duì)0質(zhì)量濃度小于0.01%，低溫精餾