使用己二酸生產尾氣制備高純一氧化二氮的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高純一氧化二氮制備領域，尤其是涉及一種使用己二酸生產尾氣制備 高純一氧化二氮的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] -氧化二氮（NitrousOxide)又稱笑氣，化學式N0,在室溫下穩定，有輕微麻醉作 用，并能致人發笑。N0是一種氧化劑，在化學氣相沉積（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13用來生產氮化硅掩蔽膜。半導體（IC)、LED、 TFT-IXD、光伏太陽能制造環節也需要高純N20。由于N20是主要的麻醉氣體，因此，N20生產 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則采用醫用笑氣為原料，經過脫NH3、C02、H20、NO、N02等工藝，然后進行低溫精餾除 去N20中的02、N2、氏等輕組份雜質。
[0003] 常壓下N20的沸點（-88. 49°C )和凝固點（-90. 8°C )很接近，沸點隨壓力增大而 增大，凝固點則基本不隨壓力發生變化。為避免低溫精餾過程中n20發生凝固堵塞設備，低 溫精餾過程需要在高壓下進行。為確保少量輕組分（特別是02)的徹底脫除，同時，由于醫 用笑氣的生產成本較高，N 20的純化過程需要達到高回收率，低溫精餾過程需要在高壓低溫 下進行，這嚴重影響了高純N20的生產成本。
[0004] USP6370911B公開了一種對濃度較高的工業級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。 CN102046266B公開了一種低溫精餾與泡罩塔逆流吸收相結合的方法，目的實施除去溶解在 液體笑氣中的氧氣雜質。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步很大，但這需要特種吸附劑的研發和生產，并且需要 配套的兩個甚至多個PSA系統以完成N20的分離純化，生產成本較高。
[0005] 已二酸生產裝置副產一氧化二氮，一般每噸己二酸大約可產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值。
[0006] 采用己二酸生產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 的經濟效益。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 頂的溫度，大幅降低低溫精餾過程的能耗，可以利用生產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所需能 耗越大，增大塔內操作壓力可以降低塔頂溫度。回流量增大也導致制冷機所需能耗增大，同 時塔頂的輕組分濃度越高則塔頂溫度越低。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種產品純度高、降 低塔頂的回流量，減小過程能耗使用己二酸生產尾氣制備高純一氧化二氮的裝置和方法。
[0009] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0010] 使用己二酸生產尾氣制備高純一氧化二氮的裝置，包括依次連接的壓縮機、吸收 塔、吸附裝置、低溫精餾塔及低溫精制塔，
[0011] 所述壓縮機的壓縮比為5~25,將壓力提高到1. 5~5.OMpa，以利于提高后續工 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物為比一氧化二氮沸點低的輕組分，
[0014] 所述低溫精制塔的塔頂得到高純度n20。
[0015] 所述的低溫精餾塔設有中間冷凝器，具體來說，低溫精餾塔設置的塔板有10~50 塊，所述的中間冷凝器設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] 優選地，堿金屬氧化物采用鈉的氧化物。
[0018] 使用己二酸生產尾氣制備高純一氧化二氮的方法，包括以下步驟：
[0019] (1)預處理工序：己二酸尾氣經壓縮機增壓到1. 5-5.OMPa后，進入吸收塔，經堿性 吸收劑吸收脫出尾氣中的酸性氣體雜質，從吸收塔頂部出來，再經換熱器冷凝脫水后，進入 吸附裝置，進一步脫水并經堿性吸附劑除去剩余的微量co2雜質，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，進入低溫精餾塔，在低溫精餾塔的塔 頂除去沸點比一氧化二氮低的輕組分，塔底為含有高沸點雜質的液體一氧化二氮物料，塔 底液體物料進入所述低溫精制塔，從低溫精制塔塔頂得到高純度N20產品。
[0021] 從所述的吸附裝置出來的凈化氣體進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] 與現有技術相比，本發明耦聯吸收、吸附和低溫精餾過程，可以脫除C02、N02等酸 性雜質氣體，N2、02、NO等輕組分雜質氣體，以及水分等重組分雜質氣體，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，同時采用中間冷 凝器進一步降低塔頂的回流量，減小過程能耗。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實施例1中本發明的結構示意圖。
[0028] 圖中，C0MP為壓縮機、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-己二酸生產尾 氣、ABS0R吸收液。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0030] 實施例1
[0031] 使用己二酸生產尾氣制備高純一氧化二氮的裝置，其結構如圖1所示，使用己二 酸生產裝置尾氣（組成見表1，處理量61. 5kmol/h，質量流量2. 25t/h)制備高純一氧化二 氮，涉及的工藝設備包括壓縮機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塊理論板設有中間冷凝器M-C。
[0032] 表1、已二酸生產裝置的尾氣組成
[0033]
[0034] 工藝方法具體包括以下步驟：
[0035] (1)己二酸生產尾氣FEED經壓縮機C0MP增壓后進入吸收塔T1，吸收塔頂部氣體 進入吸附裝置ADS0R，吸收塔T1采用堿性水溶液吸收己二酸生產尾氣中的酸性氣體雜質， 在本實施例中，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，出來的氣流經第二換熱器EX2和第三換 熱器EX3降溫后進入低溫精餾塔T3,低溫精餾塔T3設有中間冷凝器M-C，T3塔頂的馳放氣 經第三換熱器EX3回收冷量后經處理后排放，馳放氣中N20質量濃度9. 0% ;
[0038] (5)低溫精餾塔T3塔底液體流股進入低溫精制塔T4，從T4塔頂得到高純度 N20(純度5N，回收率92. 9% )，經第三換熱器EX3回收冷量后產品灌裝；
[0039] (6)低溫精餾塔T4塔底含濕組分的液體流股經第二換熱器EX2氣化后的氣流循環 進入吸附裝置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。以環境溫度25°C計，低溫精餾 塔T3制冷所需理論電耗為64kw。
[0041] 實施例2
[0042] 其他條件同實施例1，馳放氣中隊0質量濃度小于0.01%，低溫精餾