一氧化二氮的回收和純化的制作方法
【專利摘要】本發明旨在通過包括但不限于濕法滌氣、吸附、液化、閃蒸或帶有回流的連續蒸餾的單元操作的組合從含有N2O的氣流回收和純化一氧化二氮，以生產不同等級的一氧化二氮。
【專利說明】一氧化二氮的回收和純化
[0001] 發明背景
[0002] 制造一氧化二氮（N20)的經典方法是通過硝酸銨分解。一氧化二氮是硝酸生產過 程中的副產物。一氧化二氮也在己二酸（尼龍制造中使用的兩種反應物之一）的合成中作 為副產物大量產生。
[0003] 己二酸是通過雙階段過程制造的二羧酸。第一制造階段通常包括環己烷的氧化以 形成環己酮和環己醇的混合物。第二階段包括將所述混合物用硝酸氧化以產生己二酸。一 氧化二氮作為硝酸氧化階段的副產物而產生。
[0004] 在實驗的基礎上，在己二酸的制備中N20產生的總的反應化學計量據估算約為每 千克產物〇· 3kg N20。
[0005] 由于具有如此大的量，來自于己二酸合成的副產物可以成為N20的主要商業來源。 然而，從來自于己二酸合成的廢氣流回收N 20需要移除各種雜質，例如氮的更高價氧化物、 二氧化碳、一氧化碳、氮、氧、氬、濕汽和有機雜質。目前，出于環保目的，大部分廢氣流在排 放之前分解。
[0006] 對于用于不同目的的一氧化二氮的回收和純化，或出于環保目的從工業廢氣流貧 化一氧化二氮，已進行了一些工作。
[0007] 在EP0636576A1中描述了一種常規的一氧化二氮純化系統和方法。更具體來說， 所述方法從在壓縮機中壓縮含氮、氧和水的一氧化二氮進料氣體開始。將一部分不含水的 一氧化二氮輸送到熱交換器，在其中將它冷凝成液體。將液化氣體導向精餾塔的頂部進行 進一步冷凝，并返回到精餾塔底部。將第二混合的氣-液一氧化二氮部分從熱交換器導向 精餾塔底部作為蒸發液體的加熱源。然后將同樣的一氧化二氮導出塔的底部并引向塔的中 部。從塔的底部獲取具有所需純度的最終產物。
[0008] 與這樣的系統相關的缺點之一在于它的復雜性，因為它包括三個熱交換器和兩個 精餾區。此外，所使用的壓縮機由于運行所需的潤滑油而可能成為次級污染源。
[0009] 在美國專利6080226中描述了涉及從含有一氧化二氮與氧氣和氮氣的混合物的 進料流中分離一氧化二氮的方法的一個發明。在所述方法中，通過利用貧氧氣流共吹掃的 變壓吸附（PSA)工藝對包含一氧化二氮的進料流進行純化，以產生高純度一氧化二氮流。 一氧化二氮被選擇性吸附，因此第一流出物流含有N 2和02。高純度一氧化二氮流可以引入 到用于生產己二酸的復合裝置中，以從稀釋廢物流回收一氧化二氮，并將回收的一氧化二 氮送到從芳香烴類生產苯酚的過程中。來自于苯酚生產步驟的未反應的一氧化二氮可以在 第二步或排氣PSA步驟中回收，并與來自于己二酸生產的副產物一氧化二氮廢物流的回收 結合用于一氧化二氮的整體回收，從而顯著減少己二酸生產的一氧化二氮排放。
[0010] 美國專利6348083B1教導了用于回收和/或純化包含在廢氣中的一氧化二氮的裝 置和方法。所述廢氣含有至少一部分一氧化二氮（N2o)和至少一種其他氣態化合物。所述 方法還教導了 ：（a)通過滲透分離廢氣流中包含的至少一部分一氧化二氮，以及（b)回收至 少一部分在步驟（a)中分離的氣態一氧化二氮。優選地，廢氣流的來源是使用排放廢氣的 工業過程的工業裝置，優選為用于生產己二酸的裝置、用于生產一氧化二氮的裝置、用于生 產乙醛酸的裝置或用于生產硝酸的裝置。
[0011] 與上述系統和其他相關技術系統相關聯的缺點在于它們不能移除二氧化碳雜質。 純化領域的技術人員公知，二氧化碳是最難從含有一氧化二氮的氣體中移除的雜質之一。
[0012] 另外，盡管可用于移除氮、氧、氫、一氧化碳和水雜質，但上述系統和其他相關技術 系統不能移除其他雜質例如氨和甲烷。一氧化碳、氨、甲烷和氫是輕質雜質。
[0013] 美國專利6370911B1提供了一種用于一氧化二氮純化的系統和方法，其中所述一 氧化二氮產物可被用于半導體制造。所述系統和方法包括第一子系統，其具有用于容納液 化的一氧化二氮的純化罐，與所述純化罐連通以接收、汽化并將一氧化二氮蒸氣輸送回到 純化罐的汽化器，布置在所述純化罐的遠端以接收一氧化二氮蒸氣的蒸餾塔，布置在所述 蒸餾塔上的冷凝器，其中輕質雜質被移除，并且不含輕質雜質的一氧化二氮被輸送到所述 汽化器并在其中轉化成蒸氣。第二子系統，具有第一干燥床容器，其布置在所述汽化器下游 以接收蒸氣并在其中使酸氣體反應，第二干燥床容器，其位于所述第一干燥床容器下游用 于移除蒸氣中的水和氨。第三子系統，其具產物罐（其中純化的一氧化二氮蒸氣在其中重 新冷凝），傳輸歧管（包括液體泵、液體過濾器和用于將純化的一氧化二氮分配到保存容器 的旁路）。所述發明允許移除雜質和顆粒物，以便可以將純度為99. 9998%或更高的超純一 氧化二氮產物輸送到使用位點。
[0014] 在本發明中，提供了通過濕法滌氣器吸收過程、吸附過程、閃蒸罐（flash drum)和 /或帶有回流的低溫蒸餾過程的組合，純化含有一氧化二氮的廢氣流或廢氣氣流的新的N20 生產方案。本發明生產了可用于不同目的的不同等級水平的一氧化二氮。
[0015] 發明簡沭
[0016] 一個方面，本發明提供了一種用于生產不同等級N20的系統，所述系統包括：
[0017] 含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合 物；
[0018] 濕法滌氣吸收裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質；
[0019] 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0020] 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水；
[0021] 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合 物；
[0022] 緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流；
[0023] 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N20和非冷凝 性氣體的氣體混合物以及液體混合物；
[0024] 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物輸送 到蒸餾裝置；
[0025] 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合 物，將含有N 20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N20 ;以 及
[0026] 罐，用于儲存和分配所述純化的液體N20 ;
[0027] 其中
[0028] 所述濕法滌氣吸收裝置包含堿滌氣裝置、酸滌氣裝置、水滌氣裝置或其組合；
[0029] 所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
[0030] 另一個方面，本發明提供了用于生產不同等級N20的另一種系統，所述系統包括：
[0031] 含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合 物；
[0032] 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0033] 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水；
[0034] 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合 物；
[0035] 緩沖罐，用于儲存來自所述吸附裝置的氣流；
[0036] 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N20和非冷凝 性氣體的氣體混合物以及液體混合物；
[0037] 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送到 蒸餾裝置；
[0038] 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合 物，將含有N 20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N20 ;以 及
[0039] 用于儲存和分配所述純化的液體N20的罐；
[0040] 其中所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
[0041] 再另一個方面，本發明提供了一種回收和純化一氧化二氮（N20)的方法，所述方法 包括
[0042] 提供含有隊0和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化 合物；
[0043] 通過濕法滌氣吸收從所述氣流移除所述重質雜質；
[0044] 通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0045] 通過冷卻和干燥裝置從所述壓縮的氣流移除所述濕汽或水；
[0046] 將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合 物；
[0047] 將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N20和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液 體混合物，
[0048] 將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置；
[0049] 將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置并從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所 述有機化合物，產生純化的液體N2o ;
[0050] 將含有N20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及
[0051] 將所述純化的液體N20輸送到用于儲存和分配的罐；
[0052] 其中所述濕法滌氣吸收移除所述重質雜質至低于500ppm。
[0053] 再另一個方面，本發明提供了一種回收和純化一氧化二氮（N20)的方法，所述方法 包括
[0054] 提供含有隊0和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化 合物；
[0055] 通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力；
[0056] 通過冷卻和干燥裝置從所述壓縮的氣流移除所述濕汽或水；
[0057] 將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合 物；
[0058] 將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N20和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液 體混合物，
[0059] 將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置；
[0060] 將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置并從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所 述有機化合物，產生純化的液體N 2o ;
[0061] 將含有N20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及
[0062] 將所述純化的液體N20輸送到用于儲存和分配的罐。
[0063] 所述氣流含有5. 0至99. 9體積％、優選地25. 0至60. 0體積％的N20。所述不同 等級的純化的N20具有99. 9%至99. 9999%的純度。
[0064] 所述輕質雜質選自隊、02、勵、〇^1'、!12、甲烷、(： 2及其組合；所述重質雜質選自〇)2、 N02、CO、H20、C2+及其組合；所述有機化合物選自甲烷、C 2+、CH4、c2及其組合；并且所述非冷 凝性氣體選自Ar、N 2、02、CO、N0、甲烷及其組合。
[0065] 所述氣體混合物被用于再生所述吸附裝置。所述吸附裝置包含至少兩個平行的 吸附床，每個床具有至少一層吸附劑；并且兩個平行的吸附床在連續切換運行（continuous swing operation)中交替使用。所述蒸饋裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個蒸饋塔或其 組合。
[0066] 附圖簡沭
[0067] 在形成了本說明書的實質性部分的附圖中示出了 ：
[0068] 圖1示出了用于從含有N20的廢氣流中回收和純化叫的系統的示意圖。
[0069] 圖2 (a)示出了 N20和C02在1. OMPa下的相圖。
[0070] 圖2 (b)示出了 N20和C02在2. 5MPa下的相圖。
[0071] 發明詳沭
[0072] 本發明旨在從含有一氧化二氮（N20)的氣流回收和純化N20,以生產不同純化等級 的一氧化二氮。氣流源可以來自于任何過程，例如來自于工業工藝過程。工業工藝過程的 好例子是來自于己二酸生產的廢氣流。
[0073] 氣流源含有5. 0至99. 9體積％的一氧化二氮，優選地20至70. 0體積％的一氧化 二氮，更優選地25. 0至60. 0體積％的一氧化二氮。
[0074] 來自于使用硝酸作為氧化劑的己二酸生產廠的廢氣流通常含有28. 0-55.0體 積％的一氧化二氮。
[0075] 富含N20的物流中的主要雜質包括，但不限于N2、0 2、H2、Ar、N0x(N(^PN02)、C0、C02、 濕汽、甲烷和其他痕量有機化合物。
[0076] 分子量等于或大于N20的雜質在后文中被稱為重質雜質。分子量小于N20的雜質 在后文中被稱為輕質雜質。
[0077] 輕質雜質包括但不限于N2、02、NO、CO、Ar、。重質雜質包括，但不限于C0 2、N〇2、 h2o。有機化合物包括，但不限于c2+、chjpc2。一般來說，甲烷和(： 2歸入輕質雜質，而C2+歸 入重質雜質。
[0078] 圖1示出了根據本發明的示例性實施方式的用于回收和純化N20的系統的示意 圖。用于回收和純化一氧化二氮的系統包括10個裝置。輸入到系統的輸入氣體被稱為"廢 氣流"，因為它是來自于其他過程例如來自于己二酸生產廠的廢氣流。
[0079] 圖1中的裝置2、3和4分別對應于濕法滌氣吸收裝置、壓縮機裝置和冷卻和干燥 裝置。這三個裝置主要用于從廢氣流1移除重質雜質和濕汽。重質雜質可以通過濕法滌氣 移除；濕汽可以在增壓后通過冷卻和干燥裝置移除。
[0080] 圖1中的裝置5和6分別對應于吸附裝置和緩沖罐。吸附裝置5用于將重質雜質、 濕汽和有機化合物進一步移除至痕量水平。來自于裝置5的氣流被儲存在緩沖罐6中。
[0081] 圖1中的液化裝置7被用于將來自于緩沖罐6的過程氣流至少部分地液化成含有 N20氣體和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混合物。釋放裝置8將所述氣體混合物排 回到裝置5。所述氣體混合物在裝置5中用作再生氣體。裝置8也將液體混合物進料到蒸 餾裝置9。
[0082] 非冷凝性氣體包括，但不限于Ar、N2、02、CO、N0、甲烷。因此，物流中的雜質通過將 它們作為所述非冷凝性氣體的一部分釋放而移除。
[0083] 圖1中的蒸餾裝置9包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔、或一個或 多個閃蒸罐與一個或多個帶有回流的蒸餾塔的組合。裝置9通過蒸餾來移除輕質雜質以產 生具有預定純度的一氧化二氮。裝置9還釋放含有N 20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體或將 其重循環到裝置3。
[0084] 圖1中的儲存罐裝置10儲存和分配來自于裝置9的具有不同純度等級的最終純 化的一氧化二氮。
[0085] 在這種系統中，通過使用來自于濕法滌氣吸收裝置2中的堿和水的濕法滌氣器的 吸收與來自于吸附裝置5的吸附的組合來移除重質雜質例如N0 2和C02。可以通過單獨使 用吸附裝置5來移除N02和C02。
[0086] 二氧化碳的分子量幾乎與一氧化二氮相同（C02 :44. 01，N20 :44. 01)。在 1. 0MPa(lMPa=106Pa)下的沸點差異僅為 1. 86°C (N20 :-38. 27°C，C02 :-40. 13°C )。通過蒸餾 將C02與N20分離是困難且無效的。最終產物中的C02濃度水平應該通過濕法滌氣和吸附 過程來控制，并同時移除其他重質雜質例如N0 2。
[0087] 由于C0和NO的分子量小于一氧化二氮，因此輕質雜質C0和NO通過液化裝置7 與釋放裝置8的組合，在作為非冷凝性氣體的一部分液化后被移除。它們可以通過閃蒸或 帶有回流的連續蒸餾進一步控制到痕量水平，并伴有甲烷、氬、氧和氮的移除。
[0088] 閃蒸是單階段連續操作，其中液體混合物被部分地氣化：產生的蒸氣和殘留的液 體處于平衡中，其隨后被分離并移除。在進入閃蒸罐之前，將進料預先加熱。由此可以將一 部分進料氣化。加熱的混合物然后通過減壓閥流向閃蒸罐，并發生蒸氣與液體之間的分離。 [0089] 閃蒸主要用于分離在廣泛不同的溫度下沸騰的組分。它對于具有相當的揮發性或 痕量水平的組分的分離是無效的，這需要使用帶有回流的連續蒸餾。
[0090] 對于高濃度一氧化碳（C0)來說，在氣體流中存在氧的情況下，可以應用在催化劑 上進行的一氧化碳向二氧化碳的催化轉化。然后通過堿和水濕法滌氣器移除產物C0 2。
[0091] 對于高濃度NO和N02來說，可以在濕法滌氣過程之前引入臭氧。臭氧將不溶性的 NO和N02快速氧化成可溶性的氧化化合物例如N205。臭氧通過將氧通過臭氧發生器按照需 要和在原位產生。
[0092] 在氣流中可能存在有機化合物，其可能來自于生產廠或來自于壓縮機（潤滑油）。 在這種系統中，有機化合物C 2+(C2+意思是具有超過2的碳數的有機化合物）可以在吸附裝 置5中通過吸附被移除至痕量水平。痕量的CH 4和C2 (C2意思是碳數等于2的有機化合物） 可以在裝置9中通過閃蒸或帶有回流的連續蒸餾與其他輕質雜質一起移除。
[0093] 本發明通過濕法滌氣吸收裝置2移除大部分重質雜質，包括但不限于C02和N0 2， 并通過吸附裝置5將產物中的重質雜質控制到痕量水平。富含N20的物流中的大部分Ar、 N2和02可以在液化后由釋放裝置8作為非冷凝性氣體分離。閃蒸罐或帶有回流的蒸餾塔 被用于進一步純化并降低輕質雜質濃度例如CO、NO、Ar、CH 4、N2和02，以滿足產物的容許限 量。
[0094] 系統提供了生產不同等級（例如工業級、醫藥級和電子級）的N20的靈活性，所述 N20的純度在90%至99. 999+%的范圍內，以滿足不同消費者的不同要求。
[0095] 下面詳細描述使用圖1中示出的系統來回收和純化N20的過程。
[0096] 將富含N20的廢氣流1進料到濕法滌氣吸收裝置2以移除大部分N02和C0 2。濕法 滌氣裝置包含堿滌氣器、酸滌氣裝置、水滌氣器及其串聯的組合。濕法滌氣裝置2的出口處 的N0 2和C02將被控制到預設值，例如低于500ppm(ppm表示以體積計的ΚΓ6)。
[0097] 在從氣流清除水滴后，使用單級或多級壓縮機裝置3將氣流增壓至預設壓力。
[0098] 所公開的系統需要較高壓力。如果輸入氣流的壓力低，需要在氣流進入吸附裝置 5之前將壓力增高。氣流的壓縮壓力主要由產物的壓力要求和整個生產過程的壓力降來決 定。
[0099] 例如，來自于己二酸生產過程的廢氣流的入口壓力通常為約0· 12-0. 20MPa。在 氣流進入吸附裝置5之前，需要將壓力增壓到2. 0至5. OMPa、優選2. 0至4. OMPa、更優選 3. OMPa 至 4. OMPa。
[0100] 在-20°C溫度下，一氧化二氮N20的飽和壓力為1. 801MPa。如果惰性氣體（非冷 凝性氣體例如氬、氮和氧）約為總氣體混合物的50. 0%，在-20°C下的運行壓力應該超過 3.602MPa以液化N20。通過不同運行裝置時的壓力降也應被考慮在內。
[0101] 在壓縮機裝置3的第二級（對于具有至少兩個級的壓縮機來說）的出口處，將所 述氣流與來自于裝置9的另一個物流（蒸氣）混合。然后將混合的氣流通過冷卻和干燥裝 置4。裝置4進一步降低溫度并移除冷凝的水或霧氣。
[0102] 吸附裝置5包括至少兩個吸附床。單層或多層的床裝填有不同種類的吸附劑，例 如活性炭、活性氧化鋁和13X分子篩。吸附裝置5移除濕汽、C0 2和N02至所需水平，并移除 可能來自于廢氣流或壓縮機潤滑劑的痕量有機化合物。
[0103] 吸附裝置也可用于移除痕量烴類C2+。
[0104] 在實踐中，出于安全性原因，也可使用無機分子篩代替活性炭來移除痕量有機化 合物。此外，對于連續運行來說，可以交替使用兩個平行的吸附床：一個處于吸附中，另一個 處于再生中。吸附過程是將產物中的C0 2和N02濃度降低至所需值的關鍵步驟。
[0105] 然后將來自于裝置5的氣流儲存在緩沖罐裝置6中。
[0106] 在預設壓力和溫度下，液化裝置7中的液化器將來自于裝置6的氣流部分液化。來 自于液化裝置7的含有氣體和液體兩者的兩相流體流被進料到釋放裝置8。
[0107] 裝置8分離非冷凝性氣體，其主要為氬氣、氮氣和氧氣以及痕量的CO、N0和甲烷。 然后將非冷凝性氣體送回（或釋放）到吸附裝置5以再生用過的吸附床（吹掃和冷卻）。 將來自于釋放裝置8底部的液體混合物進料到蒸餾裝置9,閃蒸罐或帶有回流的蒸餾塔。
[0108] 難以通過吸附完全移除的輕質烴類甲烷和C2可以在裝置9中與其他輕質雜質例 如C0和N0 -起通過閃蒸來移除。
[0109] 來自于裝置9的含有超過90體積％的N20和非冷凝性氣體的蒸氣被送回（或循 環）到壓縮機3的第二級。來自于裝置9的底部的作為純化的液體N 20的液體相被送到裝 置10進行儲存或分配。
[0110] 在該過程中存在一些熱交換器和混合器（在圖1中未不出），用于能量回收和氣 流的冷卻或加熱。來自于壓縮機的每個級的氣流通過冷卻水或其他冷卻介質（chilled media)進行冷卻；冷卻和干燥裝置以及液化裝置兩者中的壓縮機也通過冷卻水或其他冷 卻介質進行冷卻。在該過程中從釋放裝置8和裝置9出來的非冷凝性氣體和液體與氣流交 換熱量。
[0111] 從釋放裝置8出來的液體混合物與來自于吸附裝置5的氣流之間的熱交換的目的 在于提高進料到裝置9的液體混合物的溫度并降低用于液化的氣流的溫度。在熱交換后， 氣流被儲存在緩沖罐6中，并通過裝置7中的制冷機液化。液體混合物在熱交換后的溫度 是決定產物中輕質雜質水平的關鍵參數。被移除到蒸氣（以及殘留在液體中）的輕質雜質 的量取決于進入裝置9的進料的狀況，即多少進料作為蒸氣狀態進入，這反過來又由加熱 量來控制。換句話說，氣化程度影響蒸氣相和液體相中輕質雜質的濃度（分布）。
[0112] 作為實例，詳細描述了實現純度為99. 9%的一氧化二氮的生產的程序步驟。
[0113] 將壓力為0. 15MPa的富含N20的廢氣流進料到堿濕法滌氣器以移除大部分N02和 C0 2。添加水滌氣器以從氣流清除堿液滴。這兩個濕法滌氣的壓力降約為0.05MPa。作為控 制參數，在滌氣過程后N0 2和C02應該低于500. Oppm。使用泵將堿溶液和水分別進料到滌 氣器的上部。
[0114] 在分離堿液滴后，在即將進入壓縮機的第二級之前，將氣流與來自于蒸餾裝置9 的蒸氣（95. 6體積％的N20,壓力為1. OMPa，溫度為-39. 7。C)混合。
[0115] 采用雙級壓縮機將壓力從0· lOMPa增壓至1. OMPa (第一級）和至3. 04MPa (第二 級）。冷卻劑是用于將壓縮氣流從139. 2°C冷卻至38. 0°C的水。
[0116] 使用冷卻和干燥裝置將氣體冷卻至10°C并移除冷凝的水。
[0117] 使用一個熱交換器通過氣流與來自于釋放裝置8的非冷凝性氣體（32. 6體積％的 N20,壓力為1. IMPa，溫度為-66. 1°C )之間的熱交換，將氣流的溫度進一步降低至-1. 0°C。 然后將熱交換后的非冷凝性氣體用于吸附裝置5中用過的吸附床的再生（吹掃、再生、加熱 和冷卻）。將來自于緩沖罐6的氣流用于重新加壓用過的吸附床以用于下一個循環。
[0118] 兩個平行的吸附床是裝填有活性炭、活性氧化鋁、13X分子篩的多層床，分別用于 移除有機化合物（c 2+)、濕汽、二氧化碳、二氧化氮。從吸附床出來的氣流的關鍵參數是：co2 濃度低于1. Oppm,且N02濃度低于0. 5ppm。兩個平行的吸附床處于切換運行中：一個處于 吸附中，另一個處于再生中。
[0119] 將從吸附床出來的具有-l°c的氣流進料到另一個熱交換器，其中氣流經歷與來自 于釋放裝置8的底部的飽和液體的熱交換，以進行加熱并將溫度提高到預設值（從-66. 4°C 至-39. 7°C )，用于蒸餾裝置9處的閃蒸。
[0120] 液體溫度（或壓力）對于閃蒸罐的成功運行來說是關鍵的。在最后的熱交換后， 將-29. 2。C的氣流儲存在緩沖罐6中。然后將來自緩沖罐6的氣流送到液化裝置7,并在 液化裝置7中通過制冷機液化。
[0121] 將來自于液化裝置7的兩相流體流進料到釋放裝置8以分離并移除非冷凝性氣 體，其主要為氮、氬和氧以及痕量的C0、N0和有機化合物例如甲烷。將非冷凝性氣體進料到 吸附裝置以冷卻氣流。將來自于釋放裝置8底部的具有升高的溫度的液流送到閃蒸罐。閃 蒸分數（約60% )取決于操作條件和終產物中雜質的限制濃度。將具有痕量非冷凝性氣體 的蒸氣進料到壓縮機的第二級并在其中與氣流混合。液體相是產物，并被送到液體罐裝置 10。
[0122] 本領域技術人員將會理解，應該安裝一些檢測器以監測和測試濃度、溫度、流速和 壓力。 實施例
[0123] 基于數據庫和熱力學方法，通過商用軟件ASPEN Plus進行了一系列模擬。
[0124] 來自于使用硝酸作為氧化劑的己二酸生產廠的廢氣流通常含有28. 0-55.0體 積％的一氧化二氮。來自于典型己二酸工廠的廢氣流的組成列于表1中。在下面的模擬中 使用類似的廢氣流。
[0125] 應該指出，首先將來自于所述己二酸工廠的富含N20的廢氣流與空氣混合以通過 NOx的氧化產生稀釋的ΗΝ03并依次流過3個水滌氣器，然后將氣流送入液滴分離器以分離 液滴和氣溶膠。
[0126] 表1中示出的廢氣流的分析結果是來自于工廠中液滴分離器后的廢氣流的以干 重計的結果。在表1中，N0是NOx中的主要組分。
[0127] 表1廢氣流的分析結果（基于干重）
[0128]
【權利要求】
1. 一種用于生產不同等級隊〇的系統，所述系統包括： 含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物； 濕法滌氣吸收裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質； 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力； 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水； 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流； 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2o和非冷凝性氣 體的氣體混合物以及液體混合物； 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送往蒸餾 裝置； 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將 含有N20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N20 ;以及 用于儲存和分配所述純化的液體N2o的罐； 其中 所述濕法滌氣吸收裝置包含堿滌氣裝置、酸滌氣裝置、水滌氣裝置或其組合； 所述蒸餾裝置包含至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
2. -種用于生產不同等級隊0的系統，所述系統包括： 含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合物； 具有至少一個壓縮級的壓縮機，用于將所述氣流壓縮至預設壓力； 冷卻和干燥裝置，用于從所述氣流移除所述濕汽或水； 吸附裝置，用于從所述氣流移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 緩沖罐，用于儲存從所述吸附裝置出來的氣流； 液化裝置，用于將從所述緩沖罐出來的氣流至少部分地液化成含有N2o和非冷凝性氣 體的氣體混合物以及液體混合物； 釋放裝置，用于將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置并將所述液體混合物送往蒸餾 裝置； 蒸餾裝置，用于通過蒸餾從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有機化合物，將 含有N20和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機，并產生純化的液體N20 ;以及 用于儲存和分配所述純化的液體N2o的罐； 其中所述蒸餾裝置包括至少一個閃蒸罐、至少一個帶有回流的蒸餾塔或其組合。
3. 權利要求1或2的系統，其中所述氣流含有5. 0至99. 9體積％、優選地25. 0至60. 0 體積％的隊0。
4. 權利要求1-3中任一項的系統，其中所述輕質雜質選自N2、02、NO、CO、Ar、H 2、甲烷、 C2及其組合；所述重質雜質選自C02、N02、CO、H20、C 2+及其組合；所述有機化合物選自甲烷、 C2+、CH4、C2及其組合；并且所述非冷凝性氣體選自Ar、N 2、02、CO、NO、甲烷及其組合。
5. 權利要求1-4中任一項的系統，其中所述壓縮機具有至少兩個壓縮級，并且從所述 蒸餾裝置出來的蒸氣相氣體被釋放到第二級。
6. 權利要求1-5中任一項的系統，其中所述吸附裝置包括至少兩個平行的吸附床，每 個床具有至少一層吸附劑；并且兩個平行的吸附床在連續切換運行中交替使用；優選地所 述吸附劑選自分子篩、活性氧化鋁、活性炭及其組合；進一步優選所述分子篩選自13X、3A、 4八、54、0&乂、硅膠、￥型鈣沸石3型鋅沸石、具有高的二氧化硅與氧化鋁比率的分子篩，及其 混合物。
7. 權利要求1-6中任一項的系統，其中所述氣體混合物被用于再生所述吸附裝置。
8. 權利要求1-7中任一項的系統，其中所述蒸餾裝置包括至少一個閃蒸罐、至少一個 蒸餾塔或其組合。
9. 權利要求1-8中任一項的系統，其中所述不同等級的隊0具有99. 9%至99. 9999% 的純度。
10. 權利要求1-9中任一項的系統，其中所述氣流是來自于己二酸生產過程或硝酸生 產過程的廢氣流，優選地所述氣流具有28. 0至70. 0體積％的N20、1. 0至6. 0體積％的02、 20. 0至60. 0體積％的隊、0. 2至1. 0體積％的八1"、2至10. 0體積％的〇)2、0. 1至1. 0體積％ 的CO、1. Oppm至0· 5體積％的N02、1. Oppm至1. 0體積％的NO和1. Oppm至0· 1體積％的 烴類。
11. 權利要求1-10中任一項的系統，其中所述預設壓力在2. 0至5. OMPa、優選地在2. 0 至4. OMPa、最優選地在3. OMPa至4. OMPa的范圍內。
12. -種回收和純化一氧化二氮（N20)的方法，所述方法包括 提供含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合 物； 通過濕法滌氣吸收從所述氣流移除所述重質雜質； 通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力； 通過冷卻和干燥裝置從所述壓縮的氣流移除所述濕汽或水； 將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N20和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混 合物， 將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置； 將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置并從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有 機化合物并產生純化的液體N20 ; 將含有N2o和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及 將所述純化的液體N2o輸送到用于儲存和分配的罐； 其中所述濕法滌氣吸收移除所述重質雜質至低于500ppm。
13. -種回收和純化一氧化二氮（N20)的方法，所述方法包括 提供含有N20和雜質的氣流，所述雜質包含輕質和重質雜質、濕汽或水以及有機化合 物； 通過具有至少一個壓縮級的壓縮機將所述氣流壓縮至預設壓力； 通過冷卻和干燥裝置從所述壓縮的氣流移除所述濕汽或水； 將所述氣流通過吸附裝置以移除所述重質雜質、所述濕汽或水和所述有機化合物； 將所述氣流至少部分地液化以獲得含有N20和非冷凝性氣體的氣體混合物以及液體混 合物， 將所述氣體混合物排回到所述吸附裝置； 將所述液體混合物輸送到蒸餾裝置并從所述液體混合物移除所述輕質雜質和所述有 機化合物，產生純化的液體N20 ; 將含有N2o和非冷凝性氣體的蒸氣相氣體排回到所述壓縮機；以及 將所述純化的液體N2o輸送到用于儲存和分配的罐。
14. 權利要求12或13的方法，其中所述氣流含有5. 0至99. 9體積％、優選地25. 0至 60. 0體積％的N20。
15. 權利要求12-14中任一項的方法，其中所述輕質雜質選自N2、02、NO、CO、Ar、H 2、甲 烷、C2及其組合；所述重質雜質選自C02、N02、CO、H 20、C2+及其組合；所述有機化合物選自甲 烷、C2+、CH 4、C2及其組合；并且所述非冷凝性氣體選自Ar、N2、02、CO、NO、甲烷及其組合。
16. 權利要求12-15中任一項的方法，其中所述壓縮機具有至少兩個壓縮級，并且從所 述蒸餾裝置出來的蒸氣相氣體被釋放到第二級。
17. 權利要求12-16中任一項的方法，其中所述吸附裝置包含至少兩個平行的吸附 床，每個床具有至少一層吸附劑；并且兩個平行的吸附床在連續切換運行中交替使用；優 選地所述吸附劑選自分子篩、活性氧化鋁、活性炭及其組合；進一步優選地所述分子篩選自 13父、34、44、5八、0 &乂、硅膠、￥型鈣沸石3型鋅沸石、具有高的二氧化硅與氧化鋁比率的分子 篩，及其混合物。
18. 權利要求12-17中任一項的方法，其中所述氣體混合物被用于再生所述吸附裝置。
19. 權利要求12-18中任一項的方法，其中所述蒸餾裝置包括至少一個閃蒸罐、至少一 個蒸餾塔或其組合。
20. 權利要求12-19中任一項的方法，其中所述不同等級的N20具有99. 9 %至 99. 9999 %的純度。
21. 權利要求12-20中任一項的方法，其中所述氣流是來自于己二酸生產過程或硝酸 生產過程的廢氣流，優選地所述氣流具有28. 0至70. 0體積％的N20、1. 0至6. 0體積％的 02、20. 0至60. 0體積％的N2、0. 2至1. 0體積％的Ar、2至10. 0體積％的C02、0. 1至1. 0體 積％的CO、1. Oppm至0· 5體積％的N02、1. Oppm至1. 0體積％的NO和1. Oppm至0· 1體積％ 的烴類。
22. 權利要求12-21中任一項的方法，其中所述預設壓力在2. 0至5. OMPa、優選地在 2. 0至4. OMPa、更優選地在3. OMPa至3. 8MPa的范圍內。
【文檔編號】C01B21/22GK104229760SQ201310262637
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】修國華, 張鵬 申請人:氣體產品與化學公司