专利名称：联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法
技术领域：
本发明涉及一种化工生产方法和设备。
技术背景
三氧化二氮是一种酸性氧化物，有毒，可溶于苯、乙醚、氯仿(三氯甲烷)、四氯化碳(四氯甲烷)、酸碱不稳定，常压下即可分解为一氧化氮和二氧化氮。
三氧化二氮是亚硝酸的酸酐，亚硝酸由于不稳定，一般制成亚硝酸钠储存，使用时加强酸即可生成，亚硝酸广泛应用于化学反应，如亚硝化，重氮化反应，由于在亚硝酸钠制成亚硝酸过程中需要加入水，强酸，且反应后有钠离子出来，所以其应用有一定的局限性。 使用三氧化二氮代替亚硝酸进行亚硝化和重氮化，可以在无水状态下进行，且反应后无钠离子产生，还可以显著减少废水排放的总量，实现清洁生产，拥有较好的应用前景。但其生产还有缺陷。发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，可同时生产得到上述两种产物，且产物可直接作为成品出售或使用，设备成本低，效率高。
一种联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，包括以下步骤
①将质量分数92 96 %的粗品四氧化二氮与质量分数10 % 18 %的稀硝酸混合反应，反应在0. IMPa. G低压下进行；
②反应完毕后的物料经分离，将生成的NO气体引出，液相为稀硝酸，再继续加入质量分数92 96%的粗品四氧化二氮混合反应；
③重复步骤②；
④反应完毕后的物料经分离，将生成的NO气体引出，与步骤②和③引出的NO气体汇合；
⑤步骤④汇合后的NO气体一部分通入预填好NaOH溶液的吸收塔，吸收其中少量的NO2,得到纯NO气体，从吸收塔顶部引出、压缩后装瓶；
⑥步骤④汇合后的NO气体另一部分降至常温，分离除去硝酸；得到原料NO气体， 压缩至 0. 32MPa. G，再冷却至-25-30°C ；
⑦步骤⑥的原料NO气体与质量分数不低于99. 7%的纯品液体N2O4在反应器中反应，其中原料NO气体过量；反应压力为0. 15 0. 3MPa.G(表压)，反应温度为-15°C _22°C ；
⑧步骤⑦反应完毕得到液体N2O3，其中含有过量的N0，减压闪蒸析出溶解的N0，得到液体N2O3产品。
本发明的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其中所述步骤①、 ②、③的反应在管式反应器中进行。
本发明的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其中所述步骤⑦中的反应器为陶瓷规整填料塔。
本发明的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其中所述步骤④引出NO气体后的液相冷却后得到浓度为40 60%的稀硝酸，回收稀释后供步骤①、②、③使用。也可用于生产硝铵或浓硝酸的原料。
本发明的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其中所述步骤⑤的吸收塔中NaOH溶液循环使用，并采出生成的NaN02。
本发明的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其中所述步骤⑥中的冷却步骤先采用冷冻盐水冷却，再采用氨冷。
本发明还提供一种专用于上述联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法的设备，包括管式反应器a，其后依次连接中间分离器a、水冷器a、管式反应器b、中间分离器b、水冷器b、管式反应器C、末端分离器和水冷器c ；中间分离器a、中间分离器b和末端分离器的顶部出口连通后有二个分支，一个分支后连接NO2吸收塔和NO充装压缩机，NO2 吸收塔底部连接吸收塔循环泵；另一个分支后依次连接水冷器d、除酸器、压缩机、冷冻盐水冷却器、氨冷器、反应器。所述反应器为陶瓷规整填料塔。
本发明中涉及的化学反应有
1. 5N204+H20 = 2HN03+N0-Q,
这是一个放热反应，反应速度较快，所以优选采用管式反应器，并采用外移热的方法，即管式反应器外再设置一个带有冷却液进出口的套管，将反应热量即时带走；反应在低压下进行(O. IMPa. G)；
N204+2N0 = 2N203-Q,
这是一个放热反应，反应物配比采用NO过量的方案。
本发明最后得到的液体三氧化二氮采用氨压缩机制冷并部分使用冷冻盐水作为载冷剂储存队03，储存条件0. 01 0. 05MPa. G，-21 _15°C，液态储存和运输。
本发明是一种可同时生产出纯NO气体及液体三氧化二氮两种产品的生产方法， 且产物可直接作为成品出售或使用，设备成本低，效率高。还有如下技术效果
(1)本发明原料之一为稀硝酸(质量分数为10% 18% )，此种浓度的稀硝酸在硝酸装置中产生的废酸，利用的成本高，排出又污染环境，本发明可将其变废为宝，符合节能减排的国家政策；
(2)本发明采用管式反应器，确保了阻力降在合理的范围内，并减少了反应器的振动，防止出现液击而引起安全事故；
(3)本发明采用液体N2O4作为原料与NO反应生产三氧化二氮，反应为鼓泡式气液流接触，相较于用NO与NO2的气-气流反应，反应更易操作，反应也更完全；
(4)从反应器出来的三氧化二氮产品温度为_15°C _22°C，只需闪蒸出溶解的NO 后即可直接进入储运工序。
本发明中所使用的单体设备均有市售。
图1为本发明实施例1的设备的示意图；其中
1 管式反应器a ;2 中间分离器a ;3 水冷器a ;4 管式反应器b ;5 中间分离器 b ；6 水冷器b ；7 管式反应器c ;8 末端分离器；9 水冷器c ；10 :N02吸收塔；11 吸收塔循环泵；12 =NO充装压缩机；13 水冷器d ；14 除酸器；15 压缩机；16 冷冻盐水冷却器；17 氨冷器；18 反应器；19 调整罐。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明
实施例1
一种用于联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法的设备，包括管式反应器al，其后依次连接中间分离器a 2、水冷器a 3、管式反应器b 4、中间分离器b 5、水冷器b 6、管式反应器c 7、末端分离器8和水冷器c 9;中间分离器a 2、中间分离器b 5和末端分离器8的顶部出口连通后有二个分支，一个分支后连接N02吸收塔10和NO充装压缩机12，N02吸收塔10底部连接吸收塔循环泵11 ；另一个分支后依次连接水冷器d 13、除酸器14、压缩机15、冷冻盐水冷却器16、氨冷器17、反应器18。所述反应器18为陶瓷规整填料塔，其底部后连通至调整罐19。
此设备使用时的流程如下
①将粗品四氧化二氮(质量分数92 96%)与稀硝酸(质量分数为10% 18%) 混合后进入管式反应器a 1 ；
②在管式反应器a 1中，四氧化二氮与稀硝酸稀硝酸中的水反应，得到硝酸和一氧化氮，方程式如下
1. 5N204+H20 = 2HN03+N0-Q
这是一个放热反应，反应速度较快，所以采用管式反应器，并采用外移热的方法， 反应在低压下进行(0. IMPa. G)；
③从管式反应器a 1出来的的物料进入中间分离器a 2，将生成的NO引出，液相为稀硝酸继续进入管式反应器b 3；
④在管式反应器b 4中继续加入粗品四氧化二氮，反应后物料进入中间分离器b 5，生成的NO引出，液相为稀硝酸继续进入管式反应器c 7 ；
⑤在管式反应器c 7中继续加入粗品四氧化二氮，反应后物料进入末级分离器8， 生成的NO引出与中间分离器a和中间分离器b出来的NO气体汇合后进入N02吸收塔10， 液相冷却后得到浓度为40 60%的稀硝酸，用于生产硝铵或浓硝酸的原料；
⑥在N02吸收塔10中，NO气体中的少量N02被加入的NaOH溶液吸收，NO气体从吸收塔顶部采出经NO充装压缩机12压缩后装瓶后出售，NaOH经循环泵11循环使用，并采出生成的NaN02 ；
⑦中间分离器a、b、c出来的NO气体汇合后经水冷器13后降至常温后，并入除酸器14分离除去硝酸；
⑧从除酸器14出来的原料气体经压缩机15 —级压缩至0. 32MPa. G，再经冷冻盐水冷却器16和氨冷器17，温度降至-25°C _30°C后进入反应器18底部；
⑨在反应器18 (为陶瓷规整填料塔)中，纯品液体N204 (质量分数不低于99. 7 % ) 从顶部进入，与底部原料气中的NO发生反应，方程式如下
N204+2N0 = 2N203-Q，
这是一个放热反应，反应物配比采用NO过量的方案，NO气体从反应器底部的鼓泡段加入，反应压力为0. 15 0. 3MPa. G，反应温度为-15°C _22°C，液体N204从顶部加入， 未被吸收的NO气体温度升高至-10 _8°C，混合新鲜原料气进入除酸器14 ；
⑩从反应器18底部出来的液体N203中含有过量的N0，进入调整罐19中，减压闪蒸后析出溶解的NO后，得到产品，进入产品储运工序。
采用氨压缩机制冷并部分使用冷冻盐水作为载冷剂储存N203，储存条件0. 01 0. 05M Pa. G，-21 _15°C，液态储存和运输。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于包括以下步骤①将质量分数92 96%的粗品四氧化二氮与质量分数10% 18%的稀硝酸混合反应，反应在0. IMPa. G低压下进行；②反应完毕后的物料经分离，将生成的NO气体引出，液相为稀硝酸，再继续加入质量分数92 96%的粗品四氧化二氮混合反应；③重复步骤②；④反应完毕后的物料经分离，将生成的NO气体引出，与步骤②和③引出的NO气体汇合；⑤步骤④汇合后的NO气体一部分通入预填好NaOH溶液的吸收塔，吸收其中少量的 NO2,得到纯NO气体，从吸收塔顶部引出、压缩后装瓶；⑥步骤④汇合后的NO气体另一部分降至常温，分离除去硝酸；得到原料NO气体，压缩至 0. 32MPa. G，再冷却至 _25°C _30°C ；⑦步骤⑥的原料NO气体与质量分数不低于99.7%的纯品液体N2O4在反应器中反应， 其中原料NO气体过量；反应压力为0. 15 0. 3MPa.G，反应温度为-15°C _22°C ；⑧步骤⑦反应完毕得到液体队03，其中含有过量的N0，减压闪蒸析出溶解的N0，得到液体N2O3产品。
2.根据权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于所述步骤①、②、③的反应在管式反应器中进行。
3.根据权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于所述步骤⑦中的反应器为陶瓷规整填料塔。
4.根据权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于所述步骤④引出NO气体后的液相冷却后得到浓度为40 60%的稀硝酸，回收稀释后供步骤①、②、③使用。
5.根据权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于所述步骤⑤的吸收塔中NaOH溶液循环使用，并采出生成的NaN02。
6.根据权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法，其特征在于所述步骤⑥中的冷却步骤先采用冷冻盐水冷却，再采用氨冷。
7.用于权利要求1所述的联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法的设备， 其特征在于包括管式反应器a (1)，其后依次连接中间分离器乂2)、水冷器a (3)、管式反应器M4)、中间分离器b(5)、水冷器b(6)、管式反应器c(7)、末端分离器(8)和水冷器c(9)； 中间分离器乂2)、中间分离器b(5)和末端分离器(8)的顶部出口连通后有二个分支，一个分支后连接NO2吸收塔(10)和NO充装压缩机(12)，NO2吸收塔(10)底部连接吸收塔循环泵(11)；另一个分支后依次连接水冷器d(13)、除酸器(14)、压缩机(15)、冷冻盐水冷却器 (16)、氨冷器(17)、反应器(18)。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述反应器(18)为陶瓷规整填料塔。
全文摘要
本发明涉及一种联合生产纯一氧化氮气体和液体三氧化二氮的方法和设备，可同时生产得到上述两种产物，且产物可直接作为成品出售或使用，设备成本低，效率高。
文档编号C01B21/24GK102515123SQ20121000379
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者周皓, 陈林 申请人:安徽淮化股份有限公司