一种回收和纯化一氧化二氮的装置的制造方法
【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装置。
【背景技术】
[0002]一氧化二氮，俗称笑气，化学式为N2O,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系统，该系统包括含有N2O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;具有至少一个压缩级的压缩机，用于将所述气流压缩至预设压力；冷却和干燥装置，用于从所述气流移除所述湿汽和水;吸附装置，用于从所述气流移除所述重质装置、所述湿汽或水和所述有机化合物;缓冲罐，用于储存从所述吸附装置出来的气流;液化装置，用于将从所述缓冲罐出来的气流至少部分地液化成含有N2O和非冷凝性气体的气体混合物及液体混合物;释放装置，用于将所述气体混合物排回到所述吸附装置并将所述液体混合物送往蒸馏装置;蒸馏装置，用于通过蒸馏从所述液体混合物移除所述轻质杂质和所述有机化合物，将含有N2O和非冷凝性气体的蒸汽相气体排回到所述压缩机，并产生纯化的液体N2O;以及用于储存和分配所述纯化的液体N2O的罐;其中所述蒸馏装置包括至少一个闪蒸罐、至少一个带有回流的蒸馏塔或其组合;进一步，该系统还包括湿法涤气吸收装置，用于从所述气流中移除所述重质杂质。
[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N2O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装置和吸附装置来控制，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湿法涤气器的吸收和吸附装置的组合来移除重质杂质NO2和C02，然而，申请人认为，简单通过湿法涤气器和吸附装置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装置，其包括:
[0007]第一洗涤装置，设置有第一洗涤液入口和第一洗涤液出口，底部设置有废气流入口，顶部设置有气流出口；
[0008]第一吸附装置，设置有气流入口和气流出口，所述第一吸附装置的气流入口与所述第一洗涤装置的气流出口想连通；
[0009]第二洗涤装置，设置有第二洗涤液入口和第二洗涤液出口，底部设置有气流入口，顶部设置有气流出口；所述第二洗涤装置的气流入口与所述第一吸附装置的气流出口相连通；
[0010]第二吸附装置，设置有气流入口和气流出口，所述第二吸附装置的气流入口与所述第二洗涤装置的气流出口相连通；
[0011 ]第一压缩装置，设置有气流入口和气流出口，所述第一压缩装置的气流入口与所述第二吸附装置的气流出口相连通；
[0012]气液分离装置，包括换热器、第一气液分离器和第二气液分离器，所述换热器的第一气流入口与所述第一压缩装置的气流出口相连通;所述第一气液分离器的气流入口与所述换热器的第一出口相连通;所述第二气液分离器的液体入口与所述第一气液分离器的液体出口相连通；
[0013]精馏装置，包括第一精馏塔和第二精馏塔，所述第一精馏塔中部设置有液体入口，且与所述第二气液分离器的液体出口相连通;所述第二精馏塔顶部设置有气体出口，中部设置有液体入口，所述第二精馏塔的液体入口与设置在所述第一精馏塔的底部的液体出口相连通;所述第一精馏塔和所述第二精馏塔顶部和底部分别设置有冷凝器和再沸器。
[0014]进一步，还包括高压膨胀机、低压膨胀机和第三气液分离器;所述第一气液分离器顶部设置有气流出口，其与所述换热器上设置的第二气流入口相连通;所述换热器上还设置有第二气流出口，其与所述高压膨胀机上设置的气流入口相连通;所述高压膨胀机上设置的气流出口与所述换热器上设置的第三气流入口相连通，所述换热器上设置的第三出口与所述第三气液分离器上设置的气流入口相连通，且在所述第三气液分离器顶部和下部分别设置有气流出口和液体出口 ；所述第三气液分离器的气流出口通过所述低压膨胀机与所述换热器上设置的第四气流入口相连通;所述第二气液分离器上的气流出口与所述换热器上的第四气流入口相连通;所述换热器上还设置有第四气流出口与尾气处理系统相连通。
[0015]进一步，还包括精密过滤器，所述精密过滤器设置有气流进口和气流出口，其分别与所述第二吸附装置的气流出口和所述第一压缩装置的气流入口相连通;所述精密过滤器的滤芯的孔径尺寸为0.01-0.2μπι。
[0016]优选地，所述精密过滤器为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μπι、0.05-0.Ιμπι和0.01-0.05μπι。
[0017]优选地，所述金属烧结过滤器为不锈钢烧结过滤器。
[0018]进一步，还包括第二压缩装置，所述第二压缩装置设置有废气流入口和气流出口，所述第二压缩装置的气流出口与所述第一洗涤装置的废气流入口相连通。
[0019]优选地，所述第一精馏塔设置有气流出口，且与所述换热器上设置的第四气流入口相连通。
[0020]优选地，所述第一压缩装置和所述第二压缩装置为无油压缩机。
[0021]优选地，所述第一洗涤装置和第二洗涤装置为两个并联的洗涤塔;所述第一吸附装置和所述第二吸附装置为两个并联的吸附塔。
[0022]优选地，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;所述第一吸附装置使用的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:
[0023]所述Cu-BTC的具体分子式如下:Cu2(BTC)3t3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(NO3)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10ml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;所述第二洗涤液为重量浓度为1wt %-25wt %的氢氧化钠溶液、重量浓度为80wt % -99wt %的二乙醇胺溶液或重量浓度为15wt%-25wt%的氨水溶液;所述第二吸附装置使用的吸附剂是分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料。
[0024]优选地，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1:5-1:10;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1:5-1:10。
[0025]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0026](I)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，通过设置第一洗涤装置和第一吸附装置，其所使用的第一洗涤液和第一吸附剂主要用以脱除和吸附废气流中的二氧化碳;接着通过设置第二洗涤装置和第二吸附装置，其所使用的第二洗涤液和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;通过以上设备之间的协同配合，使得气流中的二氧化碳、氮氧化物以及水汽处于痕