CN102556987B - 一种一氧化氮气体的纯化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一氧化氮气体的纯化方法，包括用稀硫酸分解亚硝酸钠、碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。本发明的有益效果是：可以在纯化一氧化氮的过程中有效地利用热源和冷源，精简了精馏设备复杂的工艺流程。达到应有的效果，气体纯度在99.9％以上。

Description

一种一氧化氮气体的纯化方法
技术领域
本发明涉及一种气体纯化方法，尤其是一种一氧化氮气体的纯化方法，使用该纯化方法可以制备出纯度达99.9％的一氧化氮气体。
背景技术
现有生产一氧化氮的方法有多种，美国专利US3663167指出利用氨气在空气中氧化制备，但此种方法所需的条件较高、难以实现；美国US5670127指出利用硝酸与二氧化硫反应产生一氧化氮气体，此方法的缺点在于杂质(二氧化硫)的含量过多，清除比较麻烦。
由于一氧化氮易于与氧气结合发生氧化反应生成二氧化氮，同时一氧化氮在碱液存在或高温时自身会缓慢发生歧化反应生成二氧化氮和氧化亚氮，因此现今国内外有多项技术研究意在从一氧化氮气体流中清除二氧化氮、氧化亚氮，中国专利号为98108604.7指出由聚氨基葡糖配体与Pt、Pd、Fe、Ni、Cu、Ag、Zn等过度金属或它们的盐类生成的络合物作为NO气体吸附剂，再通过加热稀释来得到浓度≥95％的一氧化氮，可是一氧化氮纯度太低不能用于高端需求。
另有一些使用吸附剂从一氧化氮气体流中清除二氧化氮杂质的报道，如US2568396和US41495858指出使用活性焦炭或活性木炭，但这些吸附剂共有的缺点就是易于促进一氧化氮气体发生歧化反应，导致二氧化氮和氧化亚氮杂质含量增加。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可有效地提高一氧化氮的纯度，降低能耗，可以有效地阻止一氧化氮发生歧化反应的一氧化氮气体的纯化方法。
本发明的技术方案是：一种一氧化氮气体的纯化方法，包括用稀硫酸分解亚硝酸钠、碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
优选的是，所述5A-13X分子混合分子筛由5A分子筛与13X分子筛按照质量比1∶1混合组成。
优选的是，所述冷凝器位于精馏塔的中部，冷凝器的工作温度为-90～-88℃。
优选的是，所述精馏过程中精馏塔中部的温度为-140℃～-130℃，精馏塔顶部的温度为-145～-152℃，精馏塔内的工作压力是表压0.05～0.1MPa。
优选的是，所述收集经精馏处理后的气体是冷冻收集，冷冻收集的冷媒是液氮。
本发明的有益效果是：可以在纯化一氧化氮的过程中有效地利用热源和冷源，精简了精馏设备复杂的工艺流程。达到应有的效果，气体纯度在99.9％以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
以下为本发明工艺涉及的化学反应式：
H2SO4+2NaNO2＝Na2SO4+2HNO2(不稳定分解)
2HNO2＝NO2↑+NO↑+H2O
3NO2+H2O＝NO+2HNO3
HNO3+NaNO2＝NaNO3+HNO2
以上化学式的综合反应式为：H2SO4+3NaNO2＝Na2SO4+NaNO3+2NO↑+H2O
本发明的主要杂质有：H2O、NOCl、CO2、SO2、N2、NO2和N2O。
一氧化氮气体的纯化方法，如图1所示，包括如下步骤：
1.向NO反应生成装置中投入亚硝酸钠与稀硫酸物料，制备出纯度为95～99％的一氧化氮气体，将NO气体依次通过碱液洗涤装置、气液分离装置、干燥装置、5A-13X混合分子筛吸附器，为了保持整个系统的表压在0.1～0.2MPa范围内，需要使部分NO气体进入精馏塔；
2.打开精馏塔的液氮控制阀门，让-196℃的液氮经精馏塔的热交换器进入精馏塔，液氮的冷量通过热交换使精馏塔塔中的NO气体逐步降低温度而液化，液化后的NO液体从精馏塔的顶端下降，控制精馏塔塔顶温度在-145～-152℃范围内。
3.液氮经精馏塔的热交换器吸热后，汽化为低温氮气，氮气通过管道将剩余的冷量传递给5A-13X混合分子筛，所述管道从5A-13X混合分子筛吸附器的内部穿过。5A-13X混合分子筛可部分吸附CO2、H2O、NO2、SO2、NOCl、N2O、N2等杂质。
4.伴随着化学反应的不断进行生成的NO气体也不断导入位于精馏塔内中下部的冷凝器，对NO气体进行预冷凝分离，冷凝器的温度控制在-90～-88℃范围内，由于塔顶液态NO的下降和气态NO在精馏塔的中部相互结合而发生气液热交换，从而促使NO气体上升，N2O、NO2等高沸点(相对NO而言)杂质的液化而下降至塔釜。
5.上升至塔顶的NO气体中如果存在有含量大于100PPm的N2O气体杂质时，可通过调节精馏塔上部的回流阀，控制回流比为1/5，使部分液态NO直接下流到精馏塔中部，低温液态NO与上升的气态NO进行进一步的热交换，可提高上升至塔顶的气态NO的纯度，馏塔塔内的工作压力是表压0.05～0.1MPa，精馏塔中部温度保持在-140℃～-130℃范围内。
6.将塔顶的NO气体通过液氮冷冻回收到铝制气瓶中(铝合金耐低温抗高压)，在液氮温区NO被冻结成固体，通过抽真空可进一步去除部分杂质，低温回收的固体NO通过吸收热量直接汽化充装气瓶，NO气体纯化处理后其中的杂质的含量范围为：H2O＜1PPm，CO2＜10PPm，N2＜50PPm，N2O＜50PPm，NO2＜100PPm，NOCl＜1PPm，SO2＜1PPm，NO气体的纯度为达到99.9％以上。
实施例1
用浓度为30％的20.0kg稀硫酸分解9.0kg的亚硝酸钠和2.0kg水的混合物生成NO气体，NO气体经碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括工作温度为-90～-88℃的冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
本实施例中气体处理后，通过水分仪分析水分含量在1PPm，CO2通过色谱仪分析含量在10PPm左右，NO2通过比色法分析在100PPm以下，N2O的含量在50PPm以下，N2的含量在50PPm以下，SO2和NOCl的含量均在1PPm以下。
实施例2
用浓度为35％的17.0kg稀硫酸分解9.0kg的亚硝酸钠和3.0kg水的混合物生成NO气体，NO气体经碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括工作温度为-90～-88℃的冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
本实施例中气体处理后，通过水分仪分析水分含量在1PPm，CO2通过色谱仪分析含量在10PPm左右，NO2通过比色法分析在100PPm以下，N2O的含量在50PPm以下，N2的含量在50PPm以下，SO2和NOCl的含量均在1PPm以下。
实施例3
用浓度为40％的150kg稀硫酸分解90kg的亚硝酸钠和30kg水的混合物生成NO气体，NO气体经碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括工作温度为-90～-88℃的冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
本实施例中气体处理后，通过水分仪分析水分含量在1PPm，CO2通过色谱仪分析含量在10PPm左右，NO2通过比色法分析在100PPm以下，N2O的含量在50PPm以下，N2的含量在50PPm以下，SO2和NOCl的含量均在1PPm以下。
实施例4
用浓度为45％的1330kg稀硫酸分解900kg的亚硝酸钠和300kg水的混合物生成NO气体，NO气体经碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括工作温度为-90～-88℃的冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
本实施例中气体处理后，通过水分仪分析水分含量在1PPm，CO2通过色谱仪分析含量在10PPm左右，NO2通过比色法分析在100PPm以下，N2O的含量在50PPm以下，N2的含量在50PPm以下，SO2和NOCl的含量均在1PPm以下。
实施例5
用浓度为40％的190kg稀硫酸分解114kg亚硝酸钠和38kg水的混合物生成NO气体，NO气体经碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括工作温度为-90～-88℃的冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，精馏过程中的回流比是0.2，收集经精馏处理后的气体。
本实施例中气体处理后，通过水分仪分析水分含量在1PPm，CO2通过色谱仪分析含量在10PPm左右，NO2通过比色法分析在100PPm以下，N2O的含量在50PPm以下，N2的含量在50PPm以下，SO2和NOCl的含量均在1PPm以下。

Claims (1)

1.一种一氧化氮气体的纯化方法，包括用稀硫酸分解亚硝酸钠、碱液吸收、气液分离、干燥分离得到气体，其特征是：经干燥的气体通过5A-13X分子混合分子筛吸附区，所述5A-13X混合分子筛由5A分子筛与13X分子筛按照质量比1:1混合组成；将吸附处理后的一氧化氮气体导入包括冷凝器的精馏塔对一氧化氮进行精馏处理，其步骤包括：
1)在精馏塔中，所述一氧化氮气体与-196℃的液氮换热液化后，从精馏塔的顶端下降，且精馏塔顶部的温度为-145～-152℃；
2)换热后的液氮经精馏塔的热交换器吸热后汽化为低温氮气，并通过管道将剩余的冷量传递给5A-13X混合分子筛以除去杂质；
3)将生成的NO气体导入精馏塔中下部的冷凝器中，对NO气体进行预冷凝分离，冷凝器的工作温度为-90～-88℃，气态NO和塔顶下降的液态NO在精馏塔中部相互结合发生气液热交换，促使塔底NO气体上升；
4)上升至塔顶的NO气体中如果存在含量大于100PPm的N2O气体杂质时，调节回流比为1/5，使部分液态NO直接下流到精馏塔中部，与上升的气态NO进行进一步的热交换，以提高上升至塔顶气态NO的纯度，其中，精馏塔中部的温度为-140℃～-130℃，精馏塔内的工作压力为0.05～0.1MPa；
将塔顶的NO气体通过液氮冷冻回收至铝制气瓶中，在液氮温区NO被冻结成固体，并通过抽真空去除冻结成固体的NO中的杂质。
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