使用己二酸生产尾气制备高纯一氧化二氮的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高纯一氧化二氮制备领域，尤其是涉及一种使用己二酸生产尾气制备 高纯一氧化二氮的装置和方法。
【背景技术】
[0002] -氧化二氮（NitrousOxide)又称笑气，化学式N0,在室温下稳定，有轻微麻醉作 用，并能致人发笑。N0是一种氧化剂，在化学气相沉积（CVD)工艺中，可用于制备掺杂二 氧化硅膜，在某些条件下，N20可代替高纯册13用来生产氮化硅掩蔽膜。半导体（IC)、LED、 TFT-IXD、光伏太阳能制造环节也需要高纯N20。由于N20是主要的麻醉气体，因此，N20生产 量很大，其中硝酸铵干法分解无污染被普遍采用，其它方法有氨磺酸法，氨催化氧化法等。 高纯N 20则采用医用笑气为原料，经过脱NH3、C02、H20、NO、N02等工艺，然后进行低温精馏除 去N20中的02、N2、氏等轻组份杂质。
[0003] 常压下N20的沸点（-88. 49°C )和凝固点（-90. 8°C )很接近，沸点随压力增大而 增大，凝固点则基本不随压力发生变化。为避免低温精馏过程中n20发生凝固堵塞设备，低 温精馏过程需要在高压下进行。为确保少量轻组分（特别是02)的彻底脱除，同时，由于医 用笑气的生产成本较高，N 20的纯化过程需要达到高回收率，低温精馏过程需要在高压低温 下进行，这严重影响了高纯N20的生产成本。
[0004] USP6370911B公开了一种对浓度较高的工业级液体笑气精制的方法，包括（1) 液体汽化，（2)低温精馏，（3)低温吸附等步骤，主要是除去轻组分、氨和二氧化碳杂质。 CN102046266B公开了一种低温精馏与泡罩塔逆流吸收相结合的方法，目的实施除去溶解在 液体笑气中的氧气杂质。CN101272844B采用变压吸附PSA方法分离羟胺合成尾气得到纯化 的N20,较低温精馏方法在能耗上进步很大，但这需要特种吸附剂的研发和生产，并且需要 配套的两个甚至多个PSA系统以完成N20的分离纯化，生产成本较高。
[0005] 已二酸生产装置副产一氧化二氮，一般每吨己二酸大约可产0. 28吨一氧化二氮， 尾气中一氧化二氮含量接近50% (wt)，具有很好的回收利用价值。
[0006] 采用己二酸生产装置的尾气制备高纯一氧化二氮，可以减少废气排放，具有直接 的经济效益。此外，在保证一定N20的回收率前题下，排放少部分N20可以提高低温精馏塔 顶的温度，大幅降低低温精馏过程的能耗，可以利用生产装置尾气排放前的处理工序，将剩 余的氮氧化物（N0和部分N20)作排放处理。
[0007] 众所周知，低温精馏的能耗主要消耗在塔顶冷凝，塔顶温度越低则制冷机所需能 耗越大，增大塔内操作压力可以降低塔顶温度。回流量增大也导致制冷机所需能耗增大，同 时塔顶的轻组分浓度越高则塔顶温度越低。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种产品纯度高、降 低塔顶的回流量，减小过程能耗使用己二酸生产尾气制备高纯一氧化二氮的装置和方法。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010] 使用己二酸生产尾气制备高纯一氧化二氮的装置，包括依次连接的压缩机、吸收 塔、吸附装置、低温精馏塔及低温精制塔，
[0011] 所述压缩机的压缩比为5~25,将压力提高到1. 5~5.OMpa，以利于提高后续工 序的效率；
[0012] 所述吸收塔中采用碱性吸收剂，所述吸附装置中采用碱性吸附剂，使用的碱性吸 收剂可以高效率除去废气中的酸性气体，包括C02、N0和N02等。
[0013] 所述低温精馏塔的塔顶产物为比一氧化二氮沸点低的轻组分，
[0014] 所述低温精制塔的塔顶得到高纯度n20。
[0015] 所述的低温精馏塔设有中间冷凝器，具体来说，低温精馏塔设置的塔板有10~50 块，所述的中间冷凝器设在低温精馏塔的中上位置。
[0016] 所述的碱性吸收剂为含量0.l-10wt%碱金属氧化物的水溶液。
[0017] 优选地，碱金属氧化物采用钠的氧化物。
[0018] 使用己二酸生产尾气制备高纯一氧化二氮的方法，包括以下步骤：
[0019] (1)预处理工序：己二酸尾气经压缩机增压到1. 5-5.OMPa后，进入吸收塔，经碱性 吸收剂吸收脱出尾气中的酸性气体杂质，从吸收塔顶部出来，再经换热器冷凝脱水后，进入 吸附装置，进一步脱水并经碱性吸附剂除去剩余的微量co2杂质，得到净化处理的气体；
[0020] (2)精制工序：从吸附装置出来的净化气体，进入低温精馏塔，在低温精馏塔的塔 顶除去沸点比一氧化二氮低的轻组分，塔底为含有高沸点杂质的液体一氧化二氮物料，塔 底液体物料进入所述低温精制塔，从低温精制塔塔顶得到高纯度N20产品。
[0021] 从所述的吸附装置出来的净化气体进入所述低温精馏塔的上部或顶部，从所述低 温精馏塔底部出来的液体物料进入所述低温精制塔的下部或底部。
[0022] 所述的吸收塔的操作温度为40~80 °C，所述的吸附装置的操作温度为5~50 °C。
[0023] 所述的低温精馏塔的塔顶操作温度为-50°C~-80°C，塔底操作温度为-20°C~ l〇°C，所述的低温精制塔的塔顶操作温度为-30°C~0°C。
[0024] 在吸收塔、解吸塔、低温精馏塔及低温精制塔均具有塔顶冷凝器，另外解吸塔、低 温精馏塔及低温精制塔均具有塔底再沸器。
[0025] 低温精馏塔和低温精制塔的塔顶操作压力在20_30bar。
[0026] 与现有技术相比，本发明耦联吸收、吸附和低温精馏过程，可以脱除C02、N02等酸 性杂质气体，N2、02、NO等轻组分杂质气体，以及水分等重组分杂质气体，制得高纯度N20气 体。低温精馏塔的塔顶驰放气包含一定浓度的N20可以降低所需回流比，同时采用中间冷 凝器进一步降低塔顶的回流量，减小过程能耗。
【附图说明】
[0027] 图1为实施例1中本发明的结构示意图。
[0028] 图中，C0MP为压缩机、T1为吸收塔、T3为低温精馏塔、T4为低温精制塔、EX2为第 二换热器、EX3为第三换热器、ADS0R为吸附装置、M-C为中间冷凝器、FEED-己二酸生产尾 气、ABS0R吸收液。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030] 实施例1
[0031] 使用己二酸生产尾气制备高纯一氧化二氮的装置，其结构如图1所示，使用己二 酸生产装置尾气（组成见表1，处理量61. 5kmol/h，质量流量2. 25t/h)制备高纯一氧化二 氮，涉及的工艺设备包括压缩机C0MP、吸收塔T1、换热器、吸附装置ADS0R、低温精馏塔T3、 低温精制塔T4及连接管路。其中吸收塔T1、低温精馏塔T3、低温精制塔T4都具有塔顶冷 凝器，低温精馏塔T3、低温精制塔T4都具有塔底再沸器，低温精馏塔T3共有20块理论塔 板，在第5块理论板设有中间冷凝器M-C。
[0032] 表1、已二酸生产装置的尾气组成
[0033]
[0034] 工艺方法具体包括以下步骤：
[0035] (1)己二酸生产尾气FEED经压缩机C0MP增压后进入吸收塔T1，吸收塔顶部气体 进入吸附装置ADS0R，吸收塔T1采用碱性水溶液吸收己二酸生产尾气中的酸性气体杂质， 在本实施例中，使用的碱性水溶液为5wt%的氧化钠水溶液；
[0036] (2)吸收塔底部的吸收液进入废液处理工序；
[0037] (4)吸附装置ADS0R采用具有脱水功能的分子筛吸附剂，包括3A、4A或5A分子筛 吸附剂，和碱性吸附剂，包括负载有碱金属和碱土金属吸附剂，还包括碱性离子交换树脂， 吸附从吸收塔顶部输送的气体中的极性气体杂质，出来的气流经第二换热器EX2和第三换 热器EX3降温后进入低温精馏塔T3,低温精馏塔T3设有中间冷凝器M-C，T3塔顶的驰放气 经第三换热器EX3回收冷量后经处理后排放，驰放气中N20质量浓度9. 0% ;
[0038] (5)低温精馏塔T3塔底液体流股进入低温精制塔T4，从T4塔顶得到高纯度 N20(纯度5N，回收率92. 9% )，经第三换热器EX3回收冷量后产品灌装；
[0039] (6)低温精馏塔T4塔底含湿组分的液体流股经第二换热器EX2气化后的气流循环 进入吸附装置ADS0R;
[0040] 其中低温精馏塔T3操作压力25bar，顶部温度-77. 1°C，顶部冷凝器冷却功率 64kw，第5理论板温度-36. 7°C，中间冷却器冷却功率120kw。以环境温度25°C计，低温精馏 塔T3制冷所需理论电耗为64kw。
[0041] 实施例2
[0042] 其他条件同实施例1，驰放气中队0质量浓度小于0.01%，低温精馏