一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法，该方法和工艺流程主要是利用四氧化二氮的饱和蒸汽压高、冰点和沸点温度范围窄（沸点21.15℃、冰点?11.23℃）的特点，不进行废气压缩的情况下，通过使用低温水冷机组提供冷量，将产生的冷能传递给乙二醇?水溶液，乙二醇?水溶液再把冷量传递至四氧化二氮废气，降低废气温度，使废气中四氧化二氮达到过饱和状态，从而实现四氧化二氮冷凝回收。本发明处理废气流量达到300m3/h，回收率≥80%，回收后的四氧化二氮纯度高于99.8%，相当水含量低于0.03%。本发明工艺流程简单，效益高，同时可作为生产少量高纯四氧化二氮的工艺方法。
【专利说明】
一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及液体推进剂废气处理领域，尤其涉及一种用于四氧化二氮废气冷凝回 收的方法，属于废气回收的工程化处理应用。
[0002] 技术背景
[0003] 四氧化二氮剧毒，且有腐蚀性，在大气压下，四氧化二氮的沸点为21.2°(：，熔点-11.2°C，密度(20 °C ) 1.446g/cm3，是一种优良的氧化剂，它的液态温度范围很窄，极易凝固 和蒸发。常温下的四氧化二氮饱和蒸汽压较高。饱和蒸汽中四氧化二氮和二氧化氮形成平 衡混合气体，相互转化。二氧化氮气体为棕红色，有神经麻醉性毒性，属中等毒性物质。四氧 化二氮是最重要的火箭推进剂之一，广泛应用于航天发射和武器装备科研试验领域。
[0004] 在转注、加注、库房回流、调温、各种设备调校等工作过程中，都会产生大量废气， 人员长期接触四氧化二氮废气可能引发发神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎证，短期大量吸 入会损害呼吸道，同时分解产生的二氧化二氮等氮氧化物在紫外线的作用下能强烈地破坏 臭氧层，破坏力不低于氟氯代烷。
[0005] 长期以来，四氧化二氮废气多通过高空排放，或燃烧，或溶液吸收等方式处理，既 增加了成本，造成了二次污染，同时也造成较大的能源浪费。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是公开一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法，便于对推进剂作 业中四氧化二氮废气进行冷凝回收处理，既减少环境污染、提高安全性，有可回收废气中有 用成分，减少资源浪费。
[0008] 本发明是通过以下技术方案来实现的： 1、技术原理 本发明的设计要点是利用四氧化二氮的饱和蒸汽压高、冰点和沸点温度范围窄（沸点 21.15°C、冰点-11.23°C )的特点，不进行废气压缩的情况下，通过使用低温水冷机组提供冷 量，将产生的冷能传递给乙二醇-水溶液，乙二醇-水溶液再把冷量传递至四氧化二氮废气， 降低废气温度，使废气中四氧化二氮达到过饱和状态，从而实现四氧化二氮冷凝回收。
[0009] 本发明中乙的二醇-水溶液既是中间热传递介质，也是蓄冷介质，保证系统平稳运 行。
[0010] 2、工艺流程 本发明的工艺流程如附图。
[0011] 工艺流程主要设备：低温水冷机组、废气冷却换热器、乙二醇溶液循环栗、乙二醇 溶液缓冲罐、冷凝液收集罐、气液分离器以及气动球阀、电动调节阀、温度计及其变送器、压 力表及其变送器、液位计及其变送器、涡街流量计、控制系统。
[0012] 工艺流程中含有三步骤的物质流路，实现冷量获取、热量传递、冷凝回收。
[0013] 第一步骤物质流路： 制冷剂循环流路，通过循环制冷剂，低温水冷机组不断把系统热量排至环境，把冷量传 至乙二醇-水溶液。
[0014] 第二步骤物质流路： 乙二醇-水溶液循环流路，通过循环栗提供循环动力，乙二醇-水溶液通过废气冷却换 热器，把低温水冷机组产生的冷量传至四氧化二氮废气，同时把从废气中得到的热量传至 低温水冷机组，周而复始循环，不断给四氧化二氮废气提供冷量，乙二醇-水溶液一方面实 现有效热传递，另一方面实现一定蓄冷，保证系统平稳运行。
[0015] 第三步骤物质流路： 四氧化二氮废气流路，四氧化二氮废气进入废气冷却换热器得到冷却，形成过饱和气 液混合物，进入气液分离器形成气液分离，产生的废气含有少量四氧化二氮，采用其他方式 处理后排放，产生的液体进入冷凝液收集罐，实现再次回收，等收集到一定容积，转至专门 贮存系统。
[0016] 本发明的优点及有益效果： 1、本发明研究了一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法和工艺流程，利用四氧化二 氮的饱和蒸汽压高，冰点和沸点温度范围窄（沸点21.15°C、冰点-11.23°C)的特点，在不进 行压缩的情况下，使用目前各种成熟的设备，降低四氧化二氮废气温度，使废气中四氧化二 氮达到过饱和状态，从而实现四氧化二氮冷凝回收。。
[0017] 2、本发明实现了废气中大部分四氧化二氮回收利用，在减少物质浪费的同时，又 减少了环境污染。若处理污染需要消耗能源，同时减少了能源消耗量。
[0018] 3、本发明用于四氧化二氮冷凝回收，处理量大，处理效果好，效率达到80%以上，每 100m 3废气中可回收四氧化二氮约为105kg，经济效益明显。
[0019] 4、本发明的安全性和自动化程度高，可实现自动控制，有自动联锁和手动操作控 制功能，确保系统安全。
[0020] 5、本发明同时是一种生产少量高纯四氧化二氮的工艺方法，回收后的四氧化二氮 纯度高于99.8%(理论纯度高于99.9%)、相当水含量低于0.03%。
[0021]
【附图说明】
[0022]图1为本发明的工艺流程图。
[0023]图中：1-气动球阀、2-温度计及变送器、3-涡街流量计、4-压力表及变送器、5-乙二 醇-水溶液缓冲罐、6-液位计及变送器、7-电动调节阀、8-低温水冷机组、9-乙二醇溶液循环 栗、10-废气冷却换热器、11-气液分离器、12-安全阀、13-截止阀、14-冷凝液收集罐。
[0024]
【具体实施方式】
[0025]下面以实现一套四氧化二氮废气入口温度为15 °C时、处理能为300m3/h的工艺流 程及装置进行具体描述。
[0026]装置采用撬装结构，主要设备安装于金属底座上，包括低温水冷机组8、废气冷却 换热器10、乙二醇-水溶液循环栗9、乙二醇-水缓冲罐5、冷凝液收集罐14、气液分离器11以 及气动球阀、电动调节阀、温度计及其变送器、压力表及变送器器、液位计及其变送器、涡街 流量计、控制系统等。
[0027] 1、技术指标 (1) 废气处理流量:200~300m3/h; (2) 回收效率：彡80%: (3) 回收的四氧化二氮纯度：彡99.8%;相当水含量:<0.03%。
[0028] 2、处理装置的主要工艺参数如表1。
[0029] 表1主要工艺参数表
【主权项】
1. 一种用于四氧化二氮废气双循环冷凝回收方法，其特征是：首先将四氧化二氮废气 送入废气冷却换热器和低温冷冻机组冷却处理，把乙二醇-水溶液降到-25°C~-20°C ;冷却 后的乙二醇-水溶液进入气液分离器，乙二醇-水溶液将冷量传递至四氧化二氮废气，降低 四氧化二氮废气温度，使四氧化二氮废气达到过饱和状态，经气液分离器处理后产生的废 气经二次处理后排放，产生的液体进入冷凝液收集罐回收。2. 如权利要求1所述的一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的方法，其特征是:利用四氧 化二氮的饱和蒸汽压高，冰点和沸点温度范围窄的特点，在不进行废气压缩的情况下，使用 目前成熟的设备，通过低冰点中间介质把低温水冷机组提供的冷量传递给四氧化二氮废 气，降低四氧化二氮废气温度，使四氧化二氮废气达到过饱和状态，实现四氧化二氮冷凝回 收。
【文档编号】B01D53/00GK105999981SQ201610530537
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】张立清, 李珍, 焦天恕, 武纬, 黄凌志, 候子文, 丛继信, 赵光瑞, 张光友
【申请人】中国人民解放军63605部队