一种丙烯中痕量笑气的去除方法与流程

本发明涉及特种气体提纯，具体涉及一种丙烯中痕量笑气的去除方法。

背景技术：

1、丙烯是一种易燃易爆的化合物，它毒性不大，但在空气中高浓度造成窒息。丙烯液体极度易燃，略有石油味，在水中漂浮，不溶。丙烯接触强氧化剂和强酸能引发燃烧和爆炸。并且丙烯能积聚静电，引燃其蒸汽。

2、高纯丙烯主要用作外延、沉积气体；作为成膜气体用于非晶硅碳生长，丙烯可在硅片等半导体器件上形成无定型碳，可以粘合光刻胶同时形成蚀刻保护膜，是一种半导体用关键气体。

3、丙烯杂质含量的高低不仅反映了丙烯生产过程的工艺操作水平，体现了丙烯作为产品的质量水平，影响着生产企业的社会和经济效益，而且对下游生产装置的工艺操作、设备运行乃至产品质量都将产生重要的影响和制约作用。做为高纯丙烯生产原料的工业级丙烯经常会有100ppb左右的痕量笑气组分，常规的精馏纯化工艺很难去除，含有笑气的高纯丙烯应用于半导体工艺过程受到限制，对高纯丙烯产品质量产生重大影响。

4、本申请提供一种低成本的去除工业丙烯中痕量笑气的工艺，使笑气组分含量降低至5ppb以下，保障以工业丙烯为原料生产高纯丙烯的产品质量，显然具有现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种丙烯中痕量笑气的去除方法，通过活性炭负载氧化亚铜催化剂，使丙烯与笑气发生反应来低成本的去除丙烯中的痕量笑气组分。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种丙烯中痕量笑气的去除方法，包括以下步骤：

3、s1、催化剂制备：先将活性炭进行预处理，获取活性炭颗粒；以活性炭颗粒为载体负载氧化亚铜，制备活性炭负载氧化亚铜催化剂；

4、s2、丙烯中痕量笑气的反应消除工艺：将步骤s1制备的活性炭负载氧化亚铜催化剂放入反应装置中，将原料通入反应装置中，控制反应温度为100～200℃，原料中丙烯与痕量笑气发生反应，获取反应后气体，反应后气体包括丙烯和生成的杂质；

5、s3、将步骤s2反应后的气体通入吸附精馏装置，通过吸附精馏装置对反应后的气体中生成的杂质进行去除。

6、优选地，生成的杂质包括易于被后续吸附精馏脱除的产物，具体包括二氧化碳、氮气、环氧丙烷、丙烯醛。

7、优选地，步骤s1中，活性炭进行预处理的方法包括：将活性炭用浓盐酸溶液浸泡，用纯水洗涤至中性后在烘箱中100℃～120℃烘干至恒重，获取活性炭颗粒。

8、优选地，步骤s1中以活性炭颗粒为载体负载氧化亚铜，制备活性炭负载氧化亚铜催化剂的方法包括：在0.02％醋酸亚铜的无水乙醇溶液中加入活性炭颗粒，超声搅拌至少2小时后取出活性炭，加入乙二醇溶液，超声搅拌至少10分钟后，加热到140℃，加入5％体积的纯水，继续加热到180℃反应2小时，冷却后过滤，用无水乙醇洗涤多次，60℃真空干燥至少2小时后再高温煅烧至少2小时，获得催化剂。

9、优选地，高温煅烧的温度为300～400℃，高温煅烧的时间为6～10小时。

10、优选地，所述反应装置与原料钢瓶和供气装置连接，包括固定床反应器、气相色谱仪、电加热控制箱和冷却器；所述原料钢瓶通过管道分别与气相色谱仪和固定床反应器的入口连接；所述固定床反应器的出口分别与气相色谱仪和吸附精馏装置连接，所述电加热控制箱与固定床反应器连接，所述冷却器位于所述固定床反应器的出口。

11、优选地，所述气相色谱仪包括带氦离子化检测器的气相色谱仪；所述电加热控制箱包括自动控温电加热夹套。

12、优选地，所述管道包括第一管道和与第一管道连通的第二管道，所述主管道与第二管道的连接处还设有第三管道，所述第一管道连接原料钢瓶和气相色谱仪，所述第二管道连接原料钢瓶和固定床反应器，所述第三管道将供气装置与第一管道、第二管道连通。

13、优选地，所述原料钢瓶的出口处设置有减压阀，所述第一管道上设置有阀门v7，所述第二管道上设置有阀门v2，所述第三管道上设置有阀门v1；

14、所述固定床反应器的出口与冷却器之间设置有阀门v3和阀门v5；

15、所述固定床反应器的出口与气相色谱仪之间设置有阀门v8，所述固定床反应器的出口与吸附精馏装置之间设置有阀门v6。

16、优选地，还包括阀门v4，所述阀门v4的一端与第二管道9连通，所述阀门v4的另一端与固定床反应器的出口连通，以达到短接固定床反应器进口和出口的目的，当气相色谱仪检测到原料中没有笑气组分时，原料可以不经过固定床反应器，而是通过阀门v4直接去下一个工段。

17、优选地，步骤s3之前需要检查反应装置的气密性，具体方法包括：打开阀门v1，通氮气0.8mpa检查反应装置的气密性，通过后向整个反应装置通氮气加抽真空置换至气相色谱仪检测氧气组分小于5ppm，再通氦气加抽真空置换至气相色谱仪检测氧气小于1ppm、氮气组分小于5ppm，后抽真空等待进原料。

18、优选地，步骤s3中，获取反应后气体的具体方法包括：打开原料钢瓶的瓶阀，调节减压阀控制出口压力0.45-0.55mpa，打开阀门v7检测原料中笑气含量，检测完毕关闭阀门v7，打开阀门v2使原料进入固定床反应器中；设置电加热控制箱温度100-200℃，当温度达到设定温度后，打开阀门v3和阀门v5，控制冷却器中冷媒的流量，使冷却器出口处反应后气体的温度小于30℃；

19、打开阀门v8用气相色谱仪检测固定床反应器中流出的反应后气体中笑气组分含量，当笑气组分含量小于5ppb时，打开阀门v6，反应后气体进入下游吸附精馏工段进一步提纯；持续通过气相色谱仪监测笑气组分含量控制温度压力流量，维持笑气组分含量小于5ppb。

20、优选地，阀门v6处还设有质量流量控制器，通过质量流量控制器控制原料流过固定床反应器的空速小于20h-1。

21、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

22、1.本发明通过活性炭负载氧化亚铜催化剂，使丙烯与笑气发生反应来低成本的去除丙烯中的痕量笑气组分，笑气组分含量降低至5ppb以下，保障以工业丙烯为原料生产高纯丙烯的产品质量，提升产品稳定性；

23、2.本发明公开的催化剂制备方法简单，材料易得，整个除杂阶段无需高温，除杂方法简单，效率较高，适于推广和使用。

技术特征：

1.一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，步骤s1中，活性炭进行预处理的方法包括：将活性炭用浓盐酸溶液浸泡，用纯水洗涤至中性后在烘箱中100℃～120℃烘干至恒重，获取活性炭颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，步骤s1中以活性炭颗粒为载体负载氧化亚铜，制备活性炭负载氧化亚铜催化剂的方法包括：在0.02％醋酸亚铜的无水乙醇溶液中加入活性炭颗粒，超声搅拌至少2小时后取出活性炭，加入乙二醇溶液，超声搅拌至少10分钟后，加热到140℃，加入5％体积的纯水，继续加热到180℃反应2小时，冷却后过滤，用无水乙醇洗涤多次，60℃真空干燥至少2小时后再高温煅烧至少2小时，获得催化剂。

4.根据权利要求3所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，高温煅烧的温度为300～400℃，高温煅烧的时间为6～10小时。

5.根据权利要求1所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，所述反应装置与原料钢瓶和供气装置连接，包括固定床反应器、气相色谱仪、电加热控制箱和冷却器；所述原料钢瓶通过管道分别与气相色谱仪和固定床反应器的入口连接；所述固定床反应器的出口分别与气相色谱仪和吸附精馏装置连接，所述电加热控制箱与固定床反应器连接，所述冷却器位于所述固定床反应器的出口。

6.根据权利要求5所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，所述管道包括第一管道和与第一管道连通的第二管道，所述主管道与第二管道的连接处还设有第三管道，所述第一管道连接原料钢瓶和气相色谱仪，所述第二管道连接原料钢瓶和固定床反应器，所述第三管道将供气装置与第一管道、第二管道连通。

7.根据权利要求6所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，所述原料钢瓶的出口处设置有减压阀，所述第一管道上设置有阀门v7，所述第二管道上设置有阀门v2，所述第三管道上设置有阀门v1；

8.根据权利要求7所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，步骤s3之前需要检查反应装置的气密性，具体方法包括：打开阀门v1，通氮气0.8mpa检查反应装置的气密性，通过后向整个反应装置通氮气加抽真空置换至气相色谱仪检测氧气组分小于5ppm，再通氦气加抽真空置换至气相色谱仪检测氧气小于1ppm、氮气组分小于5ppm，后抽真空等待进原料。

9.根据权利要求7所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，步骤s3中，获取反应后气体的具体方法包括：打开原料钢瓶的瓶阀，调节减压阀控制出口压力0.45-0.55mpa，打开阀门v7检测原料中笑气含量，检测完毕关闭阀门v7，打开阀门v2使原料进入固定床反应器中；设置电加热控制箱温度100-200℃，当温度达到设定温度后，打开阀门v3和阀门v5，控制冷却器中冷媒的流量，使冷却器出口处反应后气体的温度小于30℃；

10.根据权利要求7所述的一种丙烯中痕量笑气的去除方法，其特征在于，阀门v6处还设有质量流量控制器，通过质量流量控制器控制原料流过固定床反应器的空速小于20h-1。

技术总结
本发明公开了一种丙烯中痕量笑气的去除方法，包括以下步骤：先将活性炭进行预处理，获取活性炭颗粒；以活性炭颗粒为载体负载氧化亚铜，制备活性炭负载氧化亚铜催化剂；将活性炭负载氧化亚铜催化剂放入反应装置中，将原料通入反应装置中，控制反应温度为100～200℃，原料中丙烯与痕量笑气发生反应，获取反应后气体，反应后气体包括丙烯和生成的杂质；将反应后的气体通入吸附精馏装置，通过吸附精馏装置对反应后的气体中生成的杂质进行去除。本发明通过活性炭负载氧化亚铜催化剂，使丙烯与笑气发生反应来低成本的去除丙烯中的痕量笑气组分，笑气组分含量降低至5ppb以下，保障以工业丙烯为原料生产高纯丙烯的产品质量，提升产品稳定性。

技术研发人员：陶华,杨开乔,齐相前
受保护的技术使用者：金宏气体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12