一种回收和纯化一氧化二氮的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一氧化二氮领域，具体涉及从含有一氧化二氮的混合气中回收和纯化一氧化二氮的方法。
【背景技术】
[0002]—氧化二氮，俗称笑气，化学式为N20，因其具有麻醉、氧化、助燃的作用，而在工业上被广泛应用。在工业上，制造一氧化二氮的经典方法是通过硝酸铵分解，即使是通过上述分解的方式，得到的一氧化二氮的浓度在95%左右，为了更好的应用一氧化二氮，往往需要对其纯化。而同时，在硝酸的生成过程中，或者在己二酸(尼龙单体)的生产过程中，一氧化二氮作为副产物大量产生。而一氧化二氮同时又是温室气体，直接将含有一氧化二氮的副产物废气排到空中将会产生严重的温室效应，出于环保的目的，人们在将上述废气流在排放大气前将其大部分分解，虽然说经过分解，上述废气流可以排放，但是，上述废气流中的成分没有得到利用，浪费掉了，尤其是所含的大量的一氧化二氮。
[0003]上述废气流除一氧化二氮外包含多种杂质，如氮的高价化合物、二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、氩气、湿汽和有机杂质等，其中一氧化二氮的含量可高达20 % -50 %，可以看出，如果将上述废气流中的杂质去掉，也就是将上述废气流中的一氧化二氮回收并进行纯化同时将其施以工业应用，既达到了环保的目的，又使一氧化二氮得到了有效利用，一举两得。对于上述设想，已有相关研究人员进行了相关研究，如中国专利文献CN104229760A公开了一氧化二氮的回收和纯化的方法，该方法包括提供含有N20和杂质的气流，所述杂质包含轻质和重质杂质、湿汽或水以及有机化合物；通过具有至少一个压缩级的压缩机将所述气流压缩至预设压力；通过冷却和干燥装置从所述压缩的气流移除所述湿汽或水；将所述气流通过吸附装置以移除所述重质杂质、所述湿汽或水和所述有机化合物；将所述气流至少部分的液化以获得含有N20和非冷凝性气体的气体混合物以及液体混合物，将所述气体混合物排回到所述吸附装置；将所述液体混合物输送到蒸馏装置并从所述液体混合物移除所述轻质杂质和所述有机化合物并产生纯化的液体N20 ;将含有N20和非冷凝性气体的蒸气相气体排回到所述压缩机；以及将所述纯化的液体队0输送到用于储存和分配的罐；其中，所述湿法涤气吸收移除所述重质杂质至低于500ppm。进一步，该方法还包括通过湿法涤气吸收从所述气流移除所述重质杂质的步骤。
[0004]上述技术通过包括但不限于湿法涤气、吸附、液化、闪蒸或带有回流的连续蒸馏的单元操作的组合从含有n20的气流回收一氧化二氮，以生产不同等级的一氧化二氮。但是，上述技术中，最终产物中的二氧化碳浓度水平通过湿法涤气过程和/或吸附过程来控制，并同时移除其他重质杂质如no2,即在上述技术中，将废气流通过碱和水的混合溶液的吸收过程和/或通过吸附剂的组合来移除重质杂质NOjP CO 2，然而，申请人认为，简单通过湿法涤气过程和吸附过程来出去重质杂质效果不理想，且在整个过程中亦没有去除废气流中细微粒子的技术。
【发明内容】
[0005]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的一氧化二氮的回收和纯化技术去除重质杂质不理想的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种回收和纯化一氧化二氮的方法，其包括:
[0007](1)、将废气流通过第一洗涤装置，利用第一洗涤液与二氧化碳吸附反应后，得到气体混合物A ；
[0008](2)将所述气体混合物A通过第一吸附装置，利用第一吸附剂与二氧化碳发生吸附后，得到气体混合物B;
[0009](3)将所述气体混合物B通过第二洗涤装置，利用第二洗涤液与氮氧化物和二氧化碳发生反应后，得到气体混合物C ;
[0010](4)将所述气体混合物C通过第二吸附装置，利用第二吸附剂与水汽发生吸附后，得到气体混合物D ;
[0011](5)使用第一压缩装置将所述气体混合物D压缩至预设压力，得到气体混合物E ;
[0012](6)将所述气体混合物E通过换热器进行热交换得到气液混合物E1，接着将所述气液混合物E1通过第一气液分离器得到气体混合物E11和液体混合物E12，接着将液体混合物E12通过第二气液分离器得到气体混合物E121和液体混合物E122 ;
[0013](7)将所述液体混合物E122经过第一精馏塔进行精馏得到气体混合物FI 1和液体混合物F12，接着将液体混合物F12经过第二精馏塔进行精馏得到产物F121和液体混合物F122。
[0014]进一步，步骤￠)中还包括:所述气体混合物E11进入所述换热器进行热交换后，进入高压膨胀机进行膨胀制冷得到混合物E21，所述混合物E21进入所述换热器中作为制冷冷源在进行热交换后，进入第三气液分离器进行气液分离得到气体混合物E211和液体混合物E212，所述气体混合物E211进入低压膨胀机进行膨胀制冷后进入所述换热器内作为补充冷源，在进行热交换后进入尾气处理系统；所述气体混合物E121和所述气体混合物F11进入所述换热器内作为补充冷源，在进行热交换后进入尾气处理系统。
[0015]进一步，步骤(4)中还包括将所述气体混合物D经过精密过滤器进行精密过滤的步骤；所述精密过滤器的滤芯的尺寸为0.01-0.2 μπι。
[0016]优选地，所述精密过滤的步骤为三级过滤，且所述精密过滤器(16)的滤芯的尺寸分别为 0.2-0.1 μπι、0.05-0.1 μπι 和 0.01-0.05 μπι。
[0017]进一步，所述废气流在进入所述第一洗涤装置之前，还包括对其进行压缩增压的步骤，压缩增加后，所述废气流的压力为0.5-3.0Mpa，温度为15-40°C。
[0018]其中，所述第一洗涤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种或几种的混合溶剂；所述第一吸附剂是金属有机骨架材料，主要用于吸附二氧化碳，具体的说是，所述第一吸附剂是以铜、铁、锌等金属元素为连接点，有机配体位支撑的金属有机骨架材料，如Fe-BTC、Cu-BTC、MIL-53 (Fe)或ZIF-8 (Zn)等，其可以从现有的生产厂家(如:BASF)购买，或者自己生产，以Cu-BTC为例进行介绍:
[0019]所述Cu-BTC的具体分子式如下:Cu2(BTC)3。具体的制备方法如下:本方法采用溶剂热法进行制备，当然还可以采用其他的方法制备；使用原料如下:Cu(N03)2、乙醇、去离子水、H3BTC(均苯三甲酸)；首先，将7.021g Cu(N03)2溶于25ml去离子水中配成硝酸铜溶液；接着，取3.063g H3BTC与25ml乙醇混合，搅拌30min ;最后，将硝酸铜溶液倒入H3BTC乙醇溶液中，室温下搅拌30min后放入装有聚四氟乙烯内衬的100ml不锈钢反应釜中，95°C下密封反应15h，后冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到晶体Cu2 (BTC) 3。
[0020]所述第二洗涤液为重量浓度为10wt% _25wt%的氢氧化钠溶液、重量浓度为80wt% _99被％的二乙醇胺溶液或重量浓度为15wt% _25wt%的氨水溶液；所述第二吸附剂是分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料。
[0021]优选地，步骤(5)中，所述气体混合物E的压力为0.5-3.0Mpa，温度为15_40°C。
[0022]优选地，步骤￠)中，所述气液混合物E1的温度为-50—20°C ;所述气液混合物E1在所述第一气液分离器中的分离温度为-40—20°C ;液体混合物E12在所述第二气液分离器中的分离温度为-40—15°C。
[0023]优选地，步骤(7)中，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔为板式塔；所述第一精馏塔的运行参数为:温度为_45°C -15°C，压力为1.0Mpa-3.0Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5至1:10 ;所述第二精馏塔的运行参数为温度为-40°C -10°C，压力为0.8Mpa_3.5Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5至1:10。
[0024]优选地，所述混合物E21的温度为-66.9-40°C ;所述混合物E21热交换完后在所述第三气液分离器中的分离温度为-45--15Γ ;所述气体混合物E211在所述低压膨胀机内进行膨胀制冷后的温度为-64.98-30°C。
[0025]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0026](1)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的方法，将废气流通过所述第一洗涤装置，利用第一洗涤液与二氧化碳吸附反应后，得到气体混合物A ;将所述气体混合物A通过第一吸附装置，利用第一吸附剂与二氧化碳发生吸附后，得到气体混合物B ;所述第一洗涤液和所述第一吸附剂主要用以脱除和吸附废气流中的二氧化碳；接着将所述气体混合物B通过第二洗涤装置得到气体混合物C，接着所述气体混合物C进入第二吸附装置得到气体混合物D，其中，所述第二洗涤装置使用的第二洗涤液和所述第二吸附装置使用的第二吸附剂主要用以脱除和吸附氮氧化物和水汽，并同时吸附部分有机化合物和剩余的二氧化碳；通过以上步骤之间的协同配合，使得气流中的二氧