專利名稱：聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化工生產(chǎn)方法和設備。
技術背景
三氧化二氮是一種酸性氧化物，有毒，可溶于苯、乙醚、氯仿(三氯甲烷)、四氯化碳(四氯甲烷)、酸堿不穩(wěn)定，常壓下即可分解為一氧化氮和二氧化氮。
三氧化二氮是亞硝酸的酸酐，亞硝酸由于不穩(wěn)定，一般制成亞硝酸鈉儲存，使用時加強酸即可生成，亞硝酸廣泛應用于化學反應，如亞硝化，重氮化反應，由于在亞硝酸鈉制成亞硝酸過程中需要加入水，強酸，且反應后有鈉離子出來，所以其應用有一定的局限性。 使用三氧化二氮代替亞硝酸進行亞硝化和重氮化，可以在無水狀態(tài)下進行，且反應后無鈉離子產(chǎn)生，還可以顯著減少廢水排放的總量，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，擁有較好的應用前景。但其生產(chǎn)還有缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，可同時生產(chǎn)得到上述兩種產(chǎn)物，且產(chǎn)物可直接作為成品出售或使用，設備成本低，效率高。
一種聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，包括以下步驟
①將質(zhì)量分數(shù)92 96 %的粗品四氧化二氮與質(zhì)量分數(shù)10 % 18 %的稀硝酸混合反應，反應在0. IMPa. G低壓下進行；
②反應完畢后的物料經(jīng)分離，將生成的NO氣體引出，液相為稀硝酸，再繼續(xù)加入質(zhì)量分數(shù)92 96%的粗品四氧化二氮混合反應；
③重復步驟②；
④反應完畢后的物料經(jīng)分離，將生成的NO氣體引出，與步驟②和③引出的NO氣體匯合；
⑤步驟④匯合后的NO氣體一部分通入預填好NaOH溶液的吸收塔，吸收其中少量的NO2,得到純NO氣體，從吸收塔頂部引出、壓縮后裝瓶；
⑥步驟④匯合后的NO氣體另一部分降至常溫，分離除去硝酸；得到原料NO氣體， 壓縮至 0. 32MPa. G，再冷卻至-25-30°C ；
⑦步驟⑥的原料NO氣體與質(zhì)量分數(shù)不低于99. 7%的純品液體N2O4在反應器中反應，其中原料NO氣體過量；反應壓力為0. 15 0. 3MPa.G(表壓)，反應溫度為-15°C _22°C ；
⑧步驟⑦反應完畢得到液體N2O3，其中含有過量的N0，減壓閃蒸析出溶解的N0，得到液體N2O3產(chǎn)品。
本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其中所述步驟①、 ②、③的反應在管式反應器中進行。
本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其中所述步驟⑦中的反應器為陶瓷規(guī)整填料塔。
本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其中所述步驟④引出NO氣體后的液相冷卻后得到濃度為40 60%的稀硝酸，回收稀釋后供步驟①、②、③使用。也可用于生產(chǎn)硝銨或濃硝酸的原料。
本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其中所述步驟⑤的吸收塔中NaOH溶液循環(huán)使用，并采出生成的NaN02。
本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其中所述步驟⑥中的冷卻步驟先采用冷凍鹽水冷卻，再采用氨冷。
本發(fā)明還提供一種專用于上述聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法的設備，包括管式反應器a，其后依次連接中間分離器a、水冷器a、管式反應器b、中間分離器b、水冷器b、管式反應器C、末端分離器和水冷器c ；中間分離器a、中間分離器b和末端分離器的頂部出口連通后有二個分支，一個分支后連接NO2吸收塔和NO充裝壓縮機，NO2 吸收塔底部連接吸收塔循環(huán)泵；另一個分支后依次連接水冷器d、除酸器、壓縮機、冷凍鹽水冷卻器、氨冷器、反應器。所述反應器為陶瓷規(guī)整填料塔。
本發(fā)明中涉及的化學反應有
1. 5N204+H20 = 2HN03+N0-Q,
這是一個放熱反應，反應速度較快，所以優(yōu)選采用管式反應器，并采用外移熱的方法，即管式反應器外再設置一個帶有冷卻液進出口的套管，將反應熱量即時帶走；反應在低壓下進行(O. IMPa. G)；
N204+2N0 = 2N203-Q,
這是一個放熱反應，反應物配比采用NO過量的方案。
本發(fā)明最后得到的液體三氧化二氮采用氨壓縮機制冷并部分使用冷凍鹽水作為載冷劑儲存隊03，儲存條件0. 01 0. 05MPa. G，-21 _15°C，液態(tài)儲存和運輸。
本發(fā)明是一種可同時生產(chǎn)出純NO氣體及液體三氧化二氮兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)方法， 且產(chǎn)物可直接作為成品出售或使用，設備成本低，效率高。還有如下技術效果
(1)本發(fā)明原料之一為稀硝酸(質(zhì)量分數(shù)為10% 18% )，此種濃度的稀硝酸在硝酸裝置中產(chǎn)生的廢酸，利用的成本高，排出又污染環(huán)境，本發(fā)明可將其變廢為寶，符合節(jié)能減排的國家政策；
(2)本發(fā)明采用管式反應器，確保了阻力降在合理的范圍內(nèi)，并減少了反應器的振動，防止出現(xiàn)液擊而引起安全事故；
(3)本發(fā)明采用液體N2O4作為原料與NO反應生產(chǎn)三氧化二氮，反應為鼓泡式氣液流接觸，相較于用NO與NO2的氣-氣流反應，反應更易操作，反應也更完全；
(4)從反應器出來的三氧化二氮產(chǎn)品溫度為_15°C _22°C，只需閃蒸出溶解的NO 后即可直接進入儲運工序。
本發(fā)明中所使用的單體設備均有市售。


圖1為本發(fā)明實施例1的設備的示意圖；其中
1 管式反應器a ;2 中間分離器a ;3 水冷器a ;4 管式反應器b ;5 中間分離器 b ；6 水冷器b ；7 管式反應器c ;8 末端分離器；9 水冷器c ；10 :N02吸收塔；11 吸收塔循環(huán)泵；12 =NO充裝壓縮機；13 水冷器d ；14 除酸器；15 壓縮機；16 冷凍鹽水冷卻器；17 氨冷器；18 反應器；19 調(diào)整罐。
具體實施方式
為進一步說明本發(fā)明，結合以下實施例具體說明
實施例1
一種用于聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法的設備，包括管式反應器al，其后依次連接中間分離器a 2、水冷器a 3、管式反應器b 4、中間分離器b 5、水冷器b 6、管式反應器c 7、末端分離器8和水冷器c 9;中間分離器a 2、中間分離器b 5和末端分離器8的頂部出口連通后有二個分支，一個分支后連接N02吸收塔10和NO充裝壓縮機12，N02吸收塔10底部連接吸收塔循環(huán)泵11 ；另一個分支后依次連接水冷器d 13、除酸器14、壓縮機15、冷凍鹽水冷卻器16、氨冷器17、反應器18。所述反應器18為陶瓷規(guī)整填料塔，其底部后連通至調(diào)整罐19。
此設備使用時的流程如下
①將粗品四氧化二氮(質(zhì)量分數(shù)92 96%)與稀硝酸(質(zhì)量分數(shù)為10% 18%) 混合后進入管式反應器a 1 ；
②在管式反應器a 1中，四氧化二氮與稀硝酸稀硝酸中的水反應，得到硝酸和一氧化氮，方程式如下
1. 5N204+H20 = 2HN03+N0-Q
這是一個放熱反應，反應速度較快，所以采用管式反應器，并采用外移熱的方法， 反應在低壓下進行(0. IMPa. G)；
③從管式反應器a 1出來的的物料進入中間分離器a 2，將生成的NO引出，液相為稀硝酸繼續(xù)進入管式反應器b 3；
④在管式反應器b 4中繼續(xù)加入粗品四氧化二氮，反應后物料進入中間分離器b 5，生成的NO引出，液相為稀硝酸繼續(xù)進入管式反應器c 7 ；
⑤在管式反應器c 7中繼續(xù)加入粗品四氧化二氮，反應后物料進入末級分離器8， 生成的NO引出與中間分離器a和中間分離器b出來的NO氣體匯合后進入N02吸收塔10， 液相冷卻后得到濃度為40 60%的稀硝酸，用于生產(chǎn)硝銨或濃硝酸的原料；
⑥在N02吸收塔10中，NO氣體中的少量N02被加入的NaOH溶液吸收，NO氣體從吸收塔頂部采出經(jīng)NO充裝壓縮機12壓縮后裝瓶后出售，NaOH經(jīng)循環(huán)泵11循環(huán)使用，并采出生成的NaN02 ；
⑦中間分離器a、b、c出來的NO氣體匯合后經(jīng)水冷器13后降至常溫后，并入除酸器14分離除去硝酸；
⑧從除酸器14出來的原料氣體經(jīng)壓縮機15 —級壓縮至0. 32MPa. G，再經(jīng)冷凍鹽水冷卻器16和氨冷器17，溫度降至-25°C _30°C后進入反應器18底部；
⑨在反應器18 (為陶瓷規(guī)整填料塔)中，純品液體N204 (質(zhì)量分數(shù)不低于99. 7 % ) 從頂部進入，與底部原料氣中的NO發(fā)生反應，方程式如下
N204+2N0 = 2N203-Q，
這是一個放熱反應，反應物配比采用NO過量的方案，NO氣體從反應器底部的鼓泡段加入，反應壓力為0. 15 0. 3MPa. G，反應溫度為-15°C _22°C，液體N204從頂部加入， 未被吸收的NO氣體溫度升高至-10 _8°C，混合新鮮原料氣進入除酸器14 ；
⑩從反應器18底部出來的液體N203中含有過量的N0，進入調(diào)整罐19中，減壓閃蒸后析出溶解的NO后，得到產(chǎn)品，進入產(chǎn)品儲運工序。
采用氨壓縮機制冷并部分使用冷凍鹽水作為載冷劑儲存N203，儲存條件0. 01 0. 05M Pa. G，-21 _15°C，液態(tài)儲存和運輸。
以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于包括以下步驟①將質(zhì)量分數(shù)92 96%的粗品四氧化二氮與質(zhì)量分數(shù)10% 18%的稀硝酸混合反應，反應在0. IMPa. G低壓下進行；②反應完畢后的物料經(jīng)分離，將生成的NO氣體引出，液相為稀硝酸，再繼續(xù)加入質(zhì)量分數(shù)92 96%的粗品四氧化二氮混合反應；③重復步驟②；④反應完畢后的物料經(jīng)分離，將生成的NO氣體引出，與步驟②和③引出的NO氣體匯合；⑤步驟④匯合后的NO氣體一部分通入預填好NaOH溶液的吸收塔，吸收其中少量的 NO2,得到純NO氣體，從吸收塔頂部引出、壓縮后裝瓶；⑥步驟④匯合后的NO氣體另一部分降至常溫，分離除去硝酸；得到原料NO氣體，壓縮至 0. 32MPa. G，再冷卻至 _25°C _30°C ；⑦步驟⑥的原料NO氣體與質(zhì)量分數(shù)不低于99.7%的純品液體N2O4在反應器中反應， 其中原料NO氣體過量；反應壓力為0. 15 0. 3MPa.G，反應溫度為-15°C _22°C ；⑧步驟⑦反應完畢得到液體隊03，其中含有過量的N0，減壓閃蒸析出溶解的N0，得到液體N2O3產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于所述步驟①、②、③的反應在管式反應器中進行。
3.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于所述步驟⑦中的反應器為陶瓷規(guī)整填料塔。
4.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于所述步驟④引出NO氣體后的液相冷卻后得到濃度為40 60%的稀硝酸，回收稀釋后供步驟①、②、③使用。
5.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于所述步驟⑤的吸收塔中NaOH溶液循環(huán)使用，并采出生成的NaN02。
6.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法，其特征在于所述步驟⑥中的冷卻步驟先采用冷凍鹽水冷卻，再采用氨冷。
7.用于權利要求1所述的聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法的設備， 其特征在于包括管式反應器a (1)，其后依次連接中間分離器乂2)、水冷器a (3)、管式反應器M4)、中間分離器b(5)、水冷器b(6)、管式反應器c(7)、末端分離器(8)和水冷器c(9)； 中間分離器乂2)、中間分離器b(5)和末端分離器(8)的頂部出口連通后有二個分支，一個分支后連接NO2吸收塔(10)和NO充裝壓縮機(12)，NO2吸收塔(10)底部連接吸收塔循環(huán)泵(11)；另一個分支后依次連接水冷器d(13)、除酸器(14)、壓縮機(15)、冷凍鹽水冷卻器 (16)、氨冷器(17)、反應器(18)。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其特征在于所述反應器(18)為陶瓷規(guī)整填料塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聯(lián)合生產(chǎn)純一氧化氮氣體和液體三氧化二氮的方法和設備，可同時生產(chǎn)得到上述兩種產(chǎn)物，且產(chǎn)物可直接作為成品出售或使用，設備成本低，效率高。
文檔編號C01B21/24GK102515123SQ20121000379
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者周皓, 陳林 申請人:安徽淮化股份有限公司