CN105502317A - 一种回收和纯化一氧化二氮的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回收和纯化一氧化二氮的装置，包括所述第一洗涤装置、第一吸附装置、第二洗涤装置、第二吸附装置、气液分离装置和精馏装置，通过上述各种装置的顺序连接和协同作用，使用所述第一洗涤液和所述第一吸附剂优先将废气流中的二氧化碳脱除至痕量水平，甚至更少，接着再使用所述第二洗涤液和所述第二吸附剂出去氮氧化合物和水汽，并通过所述第一压缩装置进行增压，以方便气流通过所述气液分离装置并将含有80％-98％的一氧化二氮液体混合物送入所述精馏装置，首先通过第一次精馏，去除轻组分，而经过第二次精馏，去除重组分，避免了现有技术通过闪蒸或者蒸馏取闪蒸罐或者蒸馏塔底作为最终产品而导致产品中重组分含量多，降低了一氧化二氮的品质。

Description

一种回收和纯化一氧化二氮的装置

技术领域

本发明涉及一氧化二氮领域，具体涉及从含有一氧化二氮的混合气中回收和纯化一氧化二氮的装置。

背景技术

一氧化二氮，俗称笑气，化学式为N₂O,因其具有麻醉、氧化、助燃的作用，而在工业上被广泛应用。在工业上，制造一氧化二氮的经典方法是通过硝酸铵分解，即使是通过上述分解的方式，得到的一氧化二氮的浓度在95％左右，为了更好的应用一氧化二氮，往往需要对其纯化。而同时，在硝酸的生成过程中，或者在己二酸(尼龙单体)的生产过程中，一氧化二氮作为副产物大量产生。而一氧化二氮同时又是温室气体，直接将含有一氧化二氮的副产物废气排到空中将会产生严重的温室效应，出于环保的目的，人们在将上述废气流在排放大气前将其大部分分解，虽然说经过分解，上述废气流可以排放，但是，上述废气流中的成分没有得到利用，浪费掉了，尤其是所含的大量的一氧化二氮。

上述废气流除一氧化二氮外包含多种杂质，如氮的高价化合物、二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、氩气、湿汽和有机杂质等，其中一氧化二氮的含量可高达20％-50％，可以看出，如果将上述废气流中的杂质去掉，也就是将上述废气流中的一氧化二氮回收并进行纯化同时将其施以工业应用，既达到了环保的目的，又使一氧化二氮得到了有效利用，一举两得。对于上述设想，已有相关研究人员进行了相关研究，如中国专利文献CN104229760A公开了一氧化二氮的回收和纯化的系统，该系统包括含有N₂O和杂质的气流，所述杂质包含轻质和重质杂质、湿汽或水以及有机化合物；具有至少一个压缩级的压缩机，用于将所述气流压缩至预设压力；冷却和干燥装置，用于从所述气流移除所述湿汽和水；吸附装置，用于从所述气流移除所述重质装置、所述湿汽或水和所述有机化合物；缓冲罐，用于储存从所述吸附装置出来的气流；液化装置，用于将从所述缓冲罐出来的气流至少部分地液化成含有N₂O和非冷凝性气体的气体混合物及液体混合物；释放装置，用于将所述气体混合物排回到所述吸附装置并将所述液体混合物送往蒸馏装置；蒸馏装置，用于通过蒸馏从所述液体混合物移除所述轻质杂质和所述有机化合物，将含有N₂O和非冷凝性气体的蒸汽相气体排回到所述压缩机，并产生纯化的液体N₂O；以及用于储存和分配所述纯化的液体N₂O的罐；其中所述蒸馏装置包括至少一个闪蒸罐、至少一个带有回流的蒸馏塔或其组合；进一步，该系统还包括湿法涤气吸收装置，用于从所述气流中移除所述重质杂质。

上述技术通过包括但不限于湿法涤气、吸附、液化、闪蒸或带有回流的连续蒸馏的单元操作的组合从含有N₂O的气流回收一氧化二氮，以生产不同等级的一氧化二氮。但是，上述技术中，最终产物中的二氧化碳浓度水平通过湿法涤气装置和吸附装置来控制，并同时移除其他重质杂质如NO₂,即在上述技术中，将废气流通过碱和水的湿法涤气器的吸收和吸附装置的组合来移除重质杂质NO₂和CO₂，然而，申请人认为，简单通过湿法涤气器和吸附装置来出去重质杂质效果不理想，且在整个过程中亦没有去除废气流中细微粒子的技术。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的一氧化二氮的回收和纯化技术去除重质杂质不理想的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其包括：

第一洗涤装置，设置有第一洗涤液入口和第一洗涤液出口，底部设置有废气流入口，顶部设置有气流出口；

第一吸附装置，设置有气流入口和气流出口，所述第一吸附装置的气流入口与所述第一洗涤装置的气流出口想连通；

第二洗涤装置，设置有第二洗涤液入口和第二洗涤液出口，底部设置有气流入口，顶部设置有气流出口；所述第二洗涤装置的气流入口与所述第一吸附装置的气流出口相连通；

第二吸附装置，设置有气流入口和气流出口，所述第二吸附装置的气流入口与所述第二洗涤装置的气流出口相连通；

第一压缩装置，设置有气流入口和气流出口，所述第一压缩装置的气流入口与所述第二吸附装置的气流出口相连通；

气液分离装置，包括换热器、第一气液分离器和第二气液分离器，所述换热器的第一气流入口与所述第一压缩装置的气流出口相连通；所述第一气液分离器的气流入口与所述换热器的第一出口相连通；所述第二气液分离器的液体入口与所述第一气液分离器的液体出口相连通；

精馏装置，包括第一精馏塔和第二精馏塔，所述第一精馏塔中部设置有液体入口，且与所述第二气液分离器的液体出口相连通；所述第二精馏塔顶部设置有气体出口，中部设置有液体入口，所述第二精馏塔的液体入口与设置在所述第一精馏塔的底部的液体出口相连通；所述第一精馏塔和所述第二精馏塔顶部和底部分别设置有冷凝器和再沸器。

进一步，还包括高压膨胀机、低压膨胀机和第三气液分离器；所述第一气液分离器顶部设置有气流出口，其与所述换热器上设置的第二气流入口相连通；所述换热器上还设置有第二气流出口，其与所述高压膨胀机上设置的气流入口相连通；所述高压膨胀机上设置的气流出口与所述换热器上设置的第三气流入口相连通，所述换热器上设置的第三出口与所述第三气液分离器上设置的气流入口相连通，且在所述第三气液分离器顶部和下部分别设置有气流出口和液体出口；所述第三气液分离器的气流出口通过所述低压膨胀机与所述换热器上设置的第四气流入口相连通；所述第二气液分离器上的气流出口与所述换热器上的第四气流入口相连通；所述换热器上还设置有第四气流出口与尾气处理系统相连通。

进一步，还包括精密过滤器，所述精密过滤器设置有气流进口和气流出口，其分别与所述第二吸附装置的气流出口和所述第一压缩装置的气流入口相连通；所述精密过滤器的滤芯的孔径尺寸为0.01-0.2μm。

优选地，所述精密过滤器为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μm、0.05-0.1μm和0.01-0.05μm。

优选地，所述金属烧结过滤器为不锈钢烧结过滤器。

进一步，还包括第二压缩装置，所述第二压缩装置设置有废气流入口和气流出口，所述第二压缩装置的气流出口与所述第一洗涤装置的废气流入口相连通。

优选地，所述第一精馏塔设置有气流出口，且与所述换热器上设置的第四气流入口相连通。

优选地，所述第一压缩装置和所述第二压缩装置为无油压缩机。

优选地，所述第一洗涤装置和第二洗涤装置为两个并联的洗涤塔；所述第一吸附装置和所述第二吸附装置为两个并联的吸附塔。

优选地，所述第一洗涤液是聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚中的一种或几种的混合溶剂；所述第一吸附装置使用的吸附剂是金属有机骨架材料，主要用于吸附二氧化碳，具体的说是，所述第一吸附剂是以铜、铁、锌等金属元素为连接点，有机配体位支撑的金属有机骨架材料，如Fe-BTC、Cu-BTC、MIL-53(Fe)或ZIF-8(Zn)等，其可以从现有的生产厂家(如：BASF)购买,或者自己生产，以Cu-BTC为例进行介绍：

所述Cu-BTC的具体分子式如下：Cu₂(BTC)₃。具体的制备方法如下：本方法采用溶剂热法进行制备，当然还可以采用其他的方法制备；使用原料如下：Cu(NO₃)₂、乙醇、去离子水、H₃BTC(均苯三甲酸)；首先，将7.021gCu(NO₃)₂溶于25ml去离子水中配成硝酸铜溶液；接着，取3.063gH₃BTC与25ml乙醇混合，搅拌30min；最后，将硝酸铜溶液倒入H₃BTC乙醇溶液中，室温下搅拌30min后放入装有聚四氟乙烯内衬的100ml不锈钢反应釜中，95℃下密封反应15h，后冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到晶体Cu₂(BTC)₃；所述第二洗涤液为重量浓度为10wt％-25wt％的氢氧化钠溶液、重量浓度为80wt％-99wt％的二乙醇胺溶液或重量浓度为15wt％-25wt％的氨水溶液；所述第二吸附装置使用的吸附剂是分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料。

优选地，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔为板式塔；所述第一精馏塔的运行参数为：温度为-45℃--15℃，压力为1.0Mpa-3.0Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5-1:10；所述第二精馏塔的运行参数为温度为-40℃--10℃，压力为0.8Mpa-3.5Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5-1:10。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，通过设置第一洗涤装置和第一吸附装置，其所使用的第一洗涤液和第一吸附剂主要用以脱除和吸附废气流中的二氧化碳；接着通过设置第二洗涤装置和第二吸附装置，其所使用的第二洗涤液和第二吸附剂主要用以脱除和吸附氮氧化物和水汽，并同时吸附部分有机化合物和剩余的二氧化碳；通过以上设备之间的协同配合，使得气流中的二氧化碳、氮氧化物以及水汽处于痕量水平，以至于在气流中不存在，这就避免了现有技术中仅因通过碱涤气装置和吸附床对二氧化碳和氮氧化物进行吸附导致最终产品中二氧化碳和氮氧化物含量高的问题；通过设置蒸馏装置，即设置了两个串联的精馏塔，所述第一精馏塔对经过两次气液分离后的液体进行精馏，然后取塔底液体进入第二精馏塔进行二次精馏，这样通过第一次精馏，气流中的氧气、氮气、氩气等轻组分杂质被去掉，而经过第二次精馏，精馏出一氧化二氮，而塔底的水、颗粒状杂质、二氧化碳、二氧化氮等重组分被除掉，避免了现有技术通过闪蒸或者蒸馏取闪蒸罐或者蒸馏塔底作为最终产品而导致产品中重组分含量多，降低了一氧化二氮的品质；进而，通过上述各种装置的顺序连接和协同作用，使得本发明装置最终获得的一氧化二氮中的杂质种数少，且含量低。

(2)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，所述第一气液分离器顶部气流出口的气体再次经过所述换热器换热后，经过所述气体高压膨胀机进行膨胀制冷，进而进入所述换热器的第三气流入口，为所述换热器提供冷源，达到了其他冷源介质如水或盐水难以达到的低温，同时操作简单；进一步，上述气体给所述换热器降温后，进入第三气液分离器，部分液化成60％-98％的一氧化二氮液体经所述第三气液分离器的液体出口进入储槽作为工业级一氧化二氮使用，同时，所述第三气液分离器中的未液化的气流经出口，并经低压膨胀机进行膨胀降温进一步经所述换热器的第四气流进口进如所述换热器作为补充冷源为所述换热器进行降温，最后经所述换热器上的第四气流出口进入尾气处理系统进行处理；同时，所述第二气液分离器上的气流出口与所述换热器上的第四气流入口相连通，即经过所述第二气液分离器的未液化的气体进一步进入所述换热器进一步换热后并经第四气流出口进入尾气处理系统；综上，本发明装置不仅可以生产高纯度的一氧化二氮，还可以在进行精馏之前就可以生产不同纯度的一氧化二氮，且有效了利用了各个设备中未液化的气流与所述换热器进行换热，使得本发明装置中的冷能量达到了最佳的循环利用，节约了能源，同时避免了现有技术中生产不同浓度的一氧化二氮时都需要闪蒸罐或者蒸馏塔进行闪蒸或者蒸馏，简化了生产装备。

(3)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，还包括精密过滤器，且所述精密过滤器的滤芯的尺寸为0.01-0.2μm，通过设置该精密过滤器，可以有效去除气流中本身携带或者经过各个装备时再次携带的颗粒杂质，进而避免上述杂质在气流运动中损伤后续设备，同时降低了最终产品中的杂质含量。

(4)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，进一步，所述精密过滤器为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μm、0.05-0.1μm和0.01-0.05μm，通过梯度设置三个串联的金属烧结过滤器，且设置其滤芯的尺寸如上，使得对经过气流的过滤效果最佳，在不影响过滤速度的情况下，能够大大降低最终产品中的颗粒杂质含量。

(5)本发明的一种回收和纯化一氧化二氮的装置，首先，通过设置第一洗涤液为聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚中的一种或几种的混合溶剂将废气流中的二氧化碳脱除至500至1000ppm；接着，通过设置在所述第一吸附装置中以金属有机骨架材料将继续吸附二氧化碳直至1-10ppm；然后，通过设置第二洗涤液为10wt％-25wt％的氢氧化钠溶液、80wt％-99wt％的二乙醇胺溶液或15wt％-25wt％的氨水溶液将气流中的二氧化碳的含量脱除至1-10ppm，氮氧化合物含量为0-2ppm；然后，通过所述第二吸附装置中的分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料形成的吸附剂将气流中的水汽吸附至0-5ppm；综上，通过使用上述优选地洗涤液和吸附剂，以及利用上述顺序可以在废气流在液化精馏之前已经将二氧化碳、氮氧化合物和水汽脱除至很低的痕量水平，避免了后续精馏过程中不会因为因二氧化碳与一氧化二氮沸点基本相同而导致难以分离而导致最终产品中二氧化碳含量高的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施1所述的回收和纯化一氧化二氮的装置图；

图2是本发明实施2所述的回收和纯化一氧化二氮的装置图；

图3是本发明实施3所述的回收和纯化一氧化二氮的装置图；

图4是本发明实施4所述的回收和纯化一氧化二氮的装置图；

图中附图标记表示为：1-第一洗涤装置；2-第一吸附装置；3-第二洗涤装置；4-第二吸附装置；5-第一压缩装置；6-换热器；611-第一气流入口；612-第一出口；621-第二气流入口；622-第二气流出口；631-第三气流入口；632-第三出口；641-第四气流入口；642-第四气流出口；7-第一气液分离器；8-第二气液分离器；9-第一精馏塔；10-第二精馏塔；11-冷凝器；12-再沸器；13-高压膨胀机；14-低压膨胀机；15-第三气液分离器；16-精密过滤器；18-第一循环泵；19-第一储槽；20-第二循环泵；21-第二储槽；22-气体分配器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种回收和纯化一氧化二氮的装置，包括按序连接的第一洗涤装置1、第一吸附装置2、第二洗涤装置3、第二吸附装置4、第一压缩装置5、气液分离装置以及精馏装置。

所述第一洗涤装置1为现有技术中任何使用洗涤液主要将废气流中二氧化碳脱除掉的装置，在本实施例中，所述第一洗涤装置1为第一洗涤塔，主要包括塔身以及设置在塔身内的塔板组成，所述塔板可以根据废气流中二氧化碳的含量来设置，如3-8级，优选6级；所述第一洗涤塔设置有第一洗涤液入口和第一洗涤液出口，底部设置有废气流入口，顶部设置有气流出口；在本实施例中，所述第一洗涤液为聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚中的一种或几种形成的混合溶剂，优选地，所述第一洗涤液为体积比为1:1:1的聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚混合溶剂，所述第一洗涤液按比例配好后，储存在第一储槽19内，并通过第一循环泵18将所述第一洗涤液从设置在所述第一洗涤塔上部的所述第一洗涤液入口送入所述第一洗涤塔，在所述第一洗涤液下降的过程中，所述废气流经设置在所述第一洗涤塔下部的所述废气流入口进入所述第一洗涤塔，并自下而上与所述第一洗涤液充分混合反应，此时，二氧化碳被脱除至500-1000ppm，并经设置在所述第一洗涤塔顶部的所述气流出口流出；所述第一洗涤塔的个数可以根据经过每一个第一洗涤塔后的气流中的二氧化碳含量来确定，如串联的两个；为了连续生产，所述第一洗涤塔还可以设置成并联的形式，如并联的两个或者两组串联的两个。

所述第一吸附装置2为现有技术中任何使用吸附剂主要将气流中二氧化碳脱除掉的装置，在本实施例中，所述第一吸附装置2为第一吸附塔，主要包括塔身以及设置在塔身内的塔板组成，所述塔板可以根据经过所述第一洗涤塔后的气流中的二氧化碳的含量以及所使用的吸附剂来设置，如2-8级，优选5级；在所述塔板上设置有第一吸附剂，所述第一吸附剂为现有技术中主要能够吸附二氧化碳的固体吸附剂，在本实施例中，所述第一吸附剂为金属有机骨架材料；所述第一吸附塔设置有气流入口和气流出口，所述第一吸附塔的的气流入口与所述第一洗涤塔的气流出口相连通，在经过所述第一吸附塔吸附后的气流中的二氧化碳含量为1-10ppm；所述第一吸附塔的个数可以根据经过每一个第一吸附塔后的气流中的二氧化碳含量来确定，如串联的两个；为了连续生产，所述第一吸附塔还可以设置成并联的形式，如并联的两个或者两组串联的两个。

所述第二洗涤装置3为现有技术中任何使用洗涤液主要将气流中氮氧化合物(主要为NO₂、NO)脱除掉的装置，在本实施例中，所述第二洗涤装置3为第二洗涤塔，主要包括塔身以及设置在塔身内的塔板组成，所述塔板可以根据气流中氮氧化合物的含量来设置，如3-8级，优选4级；所述第二洗涤塔设置有第二洗涤液入口和第二洗涤液出口，底部设置有气流入口，顶部设置有气流出口，所述第二洗涤塔的气流入口与所述第一吸附塔的气流出口相连通；在本实施例中，所述第二洗涤液为重量浓度为10wt％-25wt％的氢氧化钠溶液、重量浓度为80wt％-99wt％的二乙醇胺溶液或重量浓度为15wt％-25wt％的氨水溶液，优选地，所述第二洗涤液为重量浓度为10wt％-25wt％的氢氧化钠溶液，所述第二洗涤液按比例配好后，储存在第二储槽21内，并通过第二循环泵20将所述第二洗涤液从设置在所述第二洗涤塔上部的所述第二洗涤液入口送入所述第二洗涤塔，在所述第二洗涤液下降的过程中，所述气流经设置在所述第二洗涤塔下部的所述气流入口进入所述第二洗涤塔，并自下而上与所述第二洗涤液充分混合反应，此时，二氧化碳的含量为1-10ppm，氮氧化合物的含量为0-2ppm，最后气流经设置在所述第二洗涤塔顶部的所述气流出口流出；所述第二洗涤塔的个数可以根据经过每一个第二洗涤塔后的气流中的氮氧化合物的含量来确定，如串联的两个；为了连续生产，所述第二洗涤塔还可以设置成并联的形式，如并联的两个或者两组串联的两个。

所述第二吸附装置4为现有技术中任何使用吸附剂主要将气流中水汽脱除掉的装置，如吸附塔、干燥塔等；在本实施例中，所述第二吸附装置4为第二吸附塔，主要包括塔身以及设置在塔身内的塔板组成，所述塔板可以根据经过所述第二洗涤塔后的气流中的水汽的含量以及所使用的吸附剂来设置，如2-8级，优选5级；在所述塔板上设置有第二吸附剂，所述第二吸附剂为现有技术中主要能够吸附水汽的固体吸附剂，在本实施例中，所述第二吸附剂为分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料，优选地，所述第二吸附剂为体积比为1:1:1的分子筛、氧化铝和硅胶形成的的混合填料；所述第二吸附塔设置有气流入口和气流出口，所述第二吸附塔的的气流入口与所述第二洗涤塔的气流出口相连通，经过上述混合填料吸附后的气流中的水汽的含量低至0-5ppm；所述第二吸附塔的个数可以根据经过每一个第二吸附塔后的气流中的水汽含量来确定，如串联的两个；为了连续生产，所述第二吸附塔还可以设置成并联的形式，如并联的两个或者两组串联的两个。

所述第一压缩装置5，用以将经过所述第二吸附装置4的气流压缩至预设的压力在1.0-3.0Mpa，温度为15-40℃，使得上述气流能够有效通过后续装置；其设置有气流入口和气流出口，所述第一压缩装置5的气流入口与所述第二吸附装置4的气流出口相连通；为了避免在气流在压缩过程中再次携带废气流中不曾有过的杂质，在本实施例中，所述第一压缩装置5为无油压缩机，同时，为了实现预设压力，所述无油压缩机可以设置为多级数，如3级。

所述气液分离装置，包括换热器6、第一气液分离器7和第二气液分离器8；所述换热器6的第一气流入口611与所述第一压缩装置5的气流出口相连通；所述第一气液分离器7的气流入口与所述换热器6的第一出口612相连通，所述第一气流入口611在所述换热器6内与所述第一出口612相连通；所述第二气液分离器8的液体入口与所述第一气液分离器7的液体出口相连通；通过控制经过换热器6后的气流的温度在-50--20℃，接着经过两级气液分离，液体中的一氧化二氮的含量固定在70％-98％；同时，为了避免所述所述第一气液分离器7和第二气液分离器8中分离后的气体组分污染大气，所述第一气液分离器7和第二气液分离器8上设置的气体出口分别与尾气处理系统(图中未显示)相连通；其中，两级气液分离的分离温度为-40--15℃。

所述精馏装置，包括第一精馏塔9和第二精馏塔10，所述第一精馏塔9和第二精馏塔10可以为现有技术的中任何能够承受低温精馏的精馏塔；在本实施例中，所述第一精馏塔9和第二精馏塔10为板式塔，主要包括塔身以及设置在塔身内的塔板组成，所述塔板的数目可以根据运行参数具体设置；所述第一精馏塔9中部设置有液体入口，其与所述第二气液分离器7的液体出口相连通，且在所述第一精馏塔9顶部和底部分别设置有冷凝器11和再沸器12，即经过所述第二气液分离器7分离后的液体(含有70％-98％一氧化二氮的气体)进入所述第一精馏器9进行蒸馏，所述第一精馏塔9的运行参数如下：温度为-45℃-15℃，压力为1.0Mpa-3.0Mp,塔板数为50-100，回流比为1:5至1:10；优选地，温度为-20℃，压力为2.0Mpa,塔板数为100，回流比为1:8，在上述运行参数下，气流中的氧气、氮气、氩气等轻组分由设置在所述第一精馏塔9顶部的气体出口排出并与尾气处理系统(图中未示出)相连通，而在所述第一精馏塔9底部余下的液体中，氧气含量小于0.1ppm，氮气含量小于0.1ppm，氩气含量小于0.1ppm，一氧化碳含量小于0.1ppm，一氧化氮含量小于0.1ppm；接着，上述液体经设置在所述第二精馏塔10中部的液体入口进入所述第二精馏塔10内进行二次蒸馏，所述二精馏塔10顶部和底部分别设置有冷凝器11和再沸器12，且所述第二精馏塔10的运行参数如下：温度为-40℃--10℃，压力为0.8Mpa-3.5Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5至1:10；优选地，温度为-25℃，压力为2.8Mpa，塔板数为80，回流比为1:10；在上述运行参数下，所述第二精馏塔10底部的水、颗粒状杂质、二氧化碳、氮氧化合物(主要是二氧化氮)等重组分经设置在所述第二精馏塔10底部的液体出口排出进入后续处理系统，而在所述第二精馏塔10顶部获得的是纯度为99.999％的一氧化二氮，经设置在所述第二精馏塔10顶部的气体出口进入后续处理系统进行液化、储存、装瓶处理。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其是在实施例1的基础上做的一种改进，还包括高压膨胀机13、低压膨胀机14和第三气液分离器15；在本实施例中，所述第一气液分离器7上设置的气流出口与所述换热器6上设置的第二气流入口621相连通；所述换热器6上还设置有第二气流出口622，其两端分别与所述第二气流入口621在所述换热器6内的端部和所述高压膨胀机13上设置的气流入口相连通；所述高压膨胀机13上设置的气流出口与所述换热器6上设置的第三气流入口631相连通，且所述第三气流入口631与在所述换热器6内与第三出口632相连通，所述第三出口632与所述第三气液分离器15上设置的气流入口相连通，且在所述第三气液分离器15顶部和下部分别设置有气流出口和液体出口；所述第三气液分离器15的气流出口通过所述低压膨胀机14与所述换热器6上设置的第四气流入口641相连通；所述第二气液分离器8上的气流出口与所述换热器6上的第四气流入口641相连通；所述换热器6上还设置有第四气流出口642分别与所述第四气流入口641在所述换热器6内的端部和尾气处理系统(图中未示出)相连通。

优选地，所述第二分离器7的气体出口、所述低压膨胀机14上设置的气体出口和所述第一精馏塔9上的气体出口经过气体分配器22与所述换热器上的第四气流入口641相连通。

通过设置所述高压膨胀机13，所述第一气液分离器7的气体出口的气流经所述第二气流入口621进入所述换热器6进行换热，接着经所述第二气流出口622进入所述所述高压膨胀机13进行气体膨胀制冷，得到-66.9--40℃的冷源气体作为冷源经所述第三气流入口631进入所述换热器6，热交换后，经所述第三气液分离器15，所述第三气液分离器15的液化温度为-40--15℃，部分液化得到60％-98％纯度的液态一氧化二氮产品经所述第三气液分离器15的液体出口进入储槽，且未液化的气体经所述第三气液分离器15的气体出口进入所述低压膨胀机14进行膨胀降温得到-64.98--30℃的气体并结合所述第二气液分离器8的气流出口处的气流和所述第一精馏塔9的气体出口处的气流经所述气体分配器22一起返回所述第四气流入口641再次在所述换热器6内进行热交换，最后经所述第四气流出口642进入尾气处理系统。

在本实施例中，可以不经过精馏即可得到纯度较低的一氧化二氮产品，工艺简单，同时，所述换热器6所需要的冷源通过设置所述高压膨胀机13、低压膨胀机14以及冷却未液化气体的循环热交换，有效的利用了资源。

实施例3

如图3所示，本实施例提供一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其是在实施例1的基础上做的一种改进，还包括精密过滤器16，所述精密过滤器设置有气流进口和气流出口，其分别与所述第二吸附装置4的气流出口和所述第一压缩装置的气流入口相连通；为了有效去除气流中本身携带或者在处理过程中另行携带的颗粒状杂质，所述精密过滤器16的滤芯的孔径尺寸为0.01-0.2μm；优选地，所述精密过滤器16为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μm、0.05-0.1μm和0.01-0.05μm，通过梯度设置三个串联的金属烧结过滤器，且设置其滤芯的尺寸如上，使得对经过气流的过滤效果最佳，在不影响过滤速度的情况下，能够大大降低最终产品中的颗粒杂质含量。

优选地，所述金属烧结滤芯为不锈钢烧结滤芯。

实施例4

如图4所示，本实施例提供一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其是在实施例2的基础上做的一种改进，还包括精密过滤器16，所述精密过滤器设置有气流进口和气流出口，其分别与所述第二吸附装置4的气流出口和所述第一压缩装置的气流入口相连通；为了有效去除气流中本身携带或者在处理过程中另行携带的颗粒状杂质，所述精密过滤器16的滤芯的孔径尺寸为0.01-0.2μm；优选地，所述精密过滤器16为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μm、0.05-0.1μm和0.01-0.05μm，通过梯度设置三个串联的金属烧结过滤器，且设置其滤芯的尺寸如上，使得对经过气流的过滤效果最佳，在不影响过滤速度的情况下，能够大大降低最终产品中的颗粒杂质含量。

优选地，所述金属烧结滤芯为不锈钢烧结滤芯。

实施例5

本实施例提供一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其是在实施例3或4的基础上做的一种改进，还包括第二压缩装置(图中未示出)，所述第二压缩装置设置有废气流入口和气流出口，所述第二压缩装置的气流入口与所述第一洗涤装置1的废气流入口相连通。设置所述第二压缩装置的目的是提供具有一定压力和温度的废气流，使其容易通过所述第一洗涤装置1、第一吸附装置2、第二洗涤装置3、第二吸附装置4以及所述精密过滤器16，且在气流流动过程中的杂质成分容易被吸附而脱除，且容易过滤；为了避免在气流在压缩过程中再次携带废气流中不曾有过的杂质，在本实施例中，所述第二压缩装置为无油压缩机，同时，为了实现预设压力，所述无油压缩机可以设置为多级数，如2级；优选地，所述第二压缩装置使得所述废气流的压力位0.5-3Mpa，温度为15-40℃。

需要说明的是，在本发明中的废气流中，轻组分包括但不限于N₂、O₂、NO、CO、Ar、H₂、CH₄、C₂等，重组分包括但不限于CO₂、NO₂、H₂O、C₂ ⁺等；在本发明的装置中，应该安装一些检测器、开关和取样口等辅助设施用以检测和测试浓度、温度、流速和压力等，在此并不一一赘述；在本发明中，各个装置尤其是洗涤和吸附装置，本文中描述为其主要与某一成分进行反应、吸附，在反应和吸附过程中，洗涤液和吸附剂也会与别的某一或者某几个成分发生反应或吸附，因为在那一过程，某一或者几个成分含量已经很低或者已经被前边装置反应或者吸附掉，因此在描述中忽略掉。

进一步，在以上实施例中，所述金属有机骨架材料为Cu₂(BTC)₃(巴斯夫公司生产)。

测试例

将实施例1-5所述设备用以对含有一氧化二氮的废气混合物进行回收和提纯，其中，使用的废气流为生产己二酸时产生的含有41.50％一氧化二氮的废气混合物，其含有组分的测定主要通过气相色谱-电子捕获检测器、气相色谱-热导检测器以及氮氧化物分析仪这些仪器测定；通过对所述第二精馏塔10顶部产物中的一氧化二氮进行测定得到一氧化二氮的纯度在99.999％以上，甚至可以达到99.9999％，进而可以看出，本发明方法可以得到高纯度的一氧化二氮产品；同时，通过对所述第三气液分离器中得到的一氧化二氮粗品进行检测，其浓度在60-98％，可以满足一般的电子产品制作需要；最后，通过增加精密过滤的步骤，以及产物为精馏塔顶部产出，从而加大降低了产品中颗粒状杂质的存在，进而增加了一氧化二氮的纯度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，包括：

第一洗涤装置(1)，设置有第一洗涤液入口和第一洗涤液出口，底部设置有废气流入口，顶部设置有气流出口；

第一吸附装置(2)，设置有气流入口和气流出口，所述第一吸附装置(2)的气流入口与所述第一洗涤装置(1)的气流出口想连通；

第二洗涤装置(3)，设置有第二洗涤液入口和第二洗涤液出口，底部设置有气流入口，顶部设置有气流出口；所述第二洗涤装置(3)的气流入口与所述第一吸附装置(2)的气流出口相连通；

第二吸附装置(4)，设置有气流入口和气流出口，所述第二吸附装置(4)的气流入口与所述第二洗涤装置(3)的气流出口相连通；

第一压缩装置(5)，设置有气流入口和气流出口，所述第一压缩装置(5)的气流入口与所述第二吸附装置(4)的气流出口相连通；

气液分离装置，包括换热器(6)、第一气液分离器(7)和第二气液分离器(8)，所述换热器(6)的第一气流入口(611)与所述第一压缩装置(5)的气流出口相连通；所述第一气液分离器(7)的气流入口与所述换热器(6)的第一出口(612)相连通；所述第二气液分离器(8)的液体入口与所述第一气液分离器(7)的液体出口相连通；

精馏装置，包括第一精馏塔(9)和第二精馏塔(10)，所述第一精馏塔(9)中部设置有液体入口，且与所述第二气液分离器(8)的液体出口相连通；所述第二精馏塔(10)顶部设置有气体出口，中部设置有液体入口，所述第二精馏塔(10)的液体入口与设置在所述第一精馏塔(9)的底部的液体出口相连通；所述第一精馏塔(9)和所述第二精馏塔(10)顶部和底部分别设置有冷凝器(11)和再沸器(12)。

2.根据权利要求1所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，还包括高压膨胀机(13)、低压膨胀机(14)和第三气液分离器(15)；所述第一气液分离器(7)顶部设置有气流出口，其与所述换热器(6)上设置的第二气流入口(621)相连通；所述换热器(6)上还设置有第二气流出口(622)，其与所述高压膨胀机(13)上设置的气流入口相连通；所述高压膨胀机(13)上设置的气流出口与所述换热器(6)上设置的第三气流入口(631)相连通，所述换热器(6)上设置的第三出口(632)与所述第三气液分离器(15)上设置的气流入口相连通，且在所述第三气液分离器(15)顶部和下部分别设置有气流出口和液体出口；所述第三气液分离器(15)的气流出口通过所述低压膨胀机(14)与所述换热器(6)上设置的第四气流入口(641)相连通；所述第二气液分离器(8)上的气流出口与所述换热器(6)上的第四气流入口(641)相连通；所述换热器(6)上还设置有第四气流出口(642)与尾气处理系统相连通。

3.根据权利要求1或2所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，还包括精密过滤器(16)，所述精密过滤器(16)设置有气流进口和气流出口，其分别与所述第二吸附装置(4)的气流出口和所述第一压缩装置(5)的气流入口相连通；所述精密过滤器(16)的滤芯的孔径尺寸为0.01-0.2μm。

4.根据权利要求3所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述精密过滤器(16)为三个串联的金属烧结过滤器，其使用的金属烧结滤芯的孔径尺寸分别为0.2-0.1μm、0.05-0.1μm和0.01-0.05μm。

5.根据权利要求3所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，还包括第二压缩装置(17)，所述第二压缩装置(17)设置有废气流入口和气流出口，所述第二压缩装置(17)的气流出口与所述第一洗涤装置(1)的废气流入口相连通。

6.根据权利要求2所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述第一精馏塔(9)设置有气流出口，且与所述换热器(6)上设置的第四气流入口(641)相连通。

7.根据权利要求5所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述第一压缩装置(5)和所述第二压缩装置(17)为无油压缩机。

8.根据权利要求1所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述第一洗涤装置(1)和第二洗涤装置(3)为两个并联的洗涤塔；所述第一吸附装置(2)和所述第二吸附装置(4)为两个并联的吸附塔。

9.根据权利要求1所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述第一洗涤液是聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇三甲醚和聚乙二醇四甲醚中的一种或几种的混合溶剂；所述第一吸附装置(2)使用的吸附剂是金属有机骨架材料；所述第二洗涤液为重量浓度为10wt％-25wt％的氢氧化钠溶液、重量浓度为80wt％-99wt％的二乙醇胺溶液或重量浓度为15wt％-25wt％的氨水溶液；所述第二吸附装置(4)使用的吸附剂是分子筛、氧化铝和硅胶中的一种或几种的混合填料。

10.根据权利要求3所述的回收和纯化一氧化二氮的装置，其特征在于，所述第一精馏塔(9)和所述第二精馏塔(10)为板式塔；所述第一精馏塔(9)的运行参数为：温度为-45℃--15℃，压力为1.0Mpa-3.0Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5-1:10；所述第二精馏塔(10)的运行参数为温度为-40℃--10℃，压力为0.8Mpa-3.5Mpa，塔板数为50-100，回流比为1:5-1:10。