CN211338811U

CN211338811U - 一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统

Info

Publication number: CN211338811U
Application number: CN201921796649.3U
Authority: CN
Inventors: 赵铎; 史红军; 陈聚良; 李晓峰; 郑黎; 易明玉; 董哲; 刘立军; 李延民; 王海林; 潘海坡; 段文蕊
Original assignee: HENAN SHENMA NYLON CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HENAN SHENMA NYLON CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2029-10-24

Abstract

本实用新型公开一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，包括通过管道依次连接的压缩机、第一水洗塔、第二水洗塔、有机洗涤塔、净化塔、换热器、冷凝器I、分离罐、精馏塔和产品冷凝器，压缩机的进口和原料尾气进气管道相连，第二水洗塔的洗涤用水由去离子水源提供，第一水洗塔的洗涤用水由第二水洗塔提供，所述换热器设有第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，所述冷凝器I设有气体进口、气体出口、制冷剂进口、制冷剂出口，净化塔的气体通过换热器的第一换热通道后进入冷凝器I中，还包括用于对精馏塔顶部的气体进行冷凝的冷凝器II，以及用于对冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器提供冷量的制冷机。

Description

一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统

技术领域

本发明属于尾气回收领域，具体涉及一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统。

背景技术

一氧化二氮（Nitrous Oxide），又称笑气，无色有甜味的气体，化学式为N₂O，是一种氧化剂。一氧化二氮高温下能分解成氮气和氧气，在一定条件下能支持燃烧（同氧气），但在室温下稳定，有轻微的麻醉作用，并能致人发笑，主要应用于食品工业、电子工业和医学等领域。

一氧化二氮是一种化学性质稳定的温室气体，其全球变暖潜能值(GWP)约为CO₂的300倍，是一种潜在的导致温室效应和臭氧层减少的气体。大气中N₂O主要来自农业排放、化石燃料燃烧、生物质燃烧和废水。环己酮生产装置的氨肟化反应尾气的主要组分是一氧化二氮、氮气和少量氧气。传统的工艺方法是将经过冷却、尾气吸收塔吸收后含有大量N₂O的尾气放空直接排放到空气中，造成了严重的环境污染和资源浪费。对一氧化二氮的治理引起了各国环保组织的高度重视。

然而，从含有一氧化二氮的废气回收和纯化可用于半导体、LCD、和OLED工业的高纯度一氧化二氮的方法尚未广泛应用于工业。美国专利公开号US 2014/0366576描述了一种方法，其包括用于从含有一氧化二氮、杂质、水分和有机烃的废气纯化一氧化二氮的湿法洗涤、吸附、液化、闪蒸或回流连续蒸馏。在此，通过湿法洗涤除去二氧化碳和二氧化氮，通过吸附除去痕量杂质例如二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃。然后，液化气体。在排放器(emitter)中分离包含浓度为30体积%的一氧化二氮的含有一氧化二氮的气体混合物和包含浓度为约98体积%的一氧化二氮的含有一氧化二氮的液体混合物。将包含浓度为约98体积%的一氧化二氮的含有一氧化二氮的液体混合物加入蒸馏设备以获得至少99.999体积%纯度的高纯度一氧化二氮。然而，在上述专利中，未使用浓缩将送至排放器的含有一氧化二氮的气体混合物的装置。因此，包含浓度为30体积%的一氧化二氮的气体混合物在通过蒸馏设备前从排放器排放至空气中。因此，如上述专利的实施例所示，一氧化二氮的回收率低至供给至纯化工序的己二酸废气中所含的总一氧化二氮含量的约5%。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，可实现一氧化二氮的多次循环回收。

基于上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，包括通过管道依次连接的压缩机、第一水洗塔、第二水洗塔、有机洗涤塔、净化塔、换热器、冷凝器I、分离罐、精馏塔和产品冷凝器，压缩机的进口和原料尾气进气管道相连，第二水洗塔的洗涤用水由去离子水源提供，第一水洗塔的洗涤用水由第二水洗塔提供，所述换热器设有第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，所述冷凝器I设有气体进口、气体出口、制冷剂进口、制冷剂出口，净化塔的气体出口通过管道和换热器的第一换热通道进口相连，第一换热通道出口通过管道和冷凝器I的气体进口相连，冷凝器I的气体出口通过管道和分离罐的气体进口相连，分离罐的气体出口和精馏塔的气体进口相连，精馏塔的气体出口和产品冷凝器相连；还包括用于对精馏塔顶部的气体进行冷凝的冷凝器II，以及用于对冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器提供冷量的制冷机。

进一步地，所述净化塔由并联设置的净化塔I和净化塔II组成，冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器的制冷剂进口分别通过管道和制冷机的制冷剂出口相连，冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器的制冷剂出口分别通过管道和制冷机的制冷剂进口相连，制冷机的热量从精馏塔下部进入精馏塔被冷却后返回至制冷机。

进一步地，所述去离子水源和第二水洗塔之间、第二水洗塔和第一水洗塔之间均设有用以泵入洗涤用水的水洗泵，有机液再生塔和有机洗涤塔之间设有有机洗涤泵。

进一步地，分离罐的顶部通过管道和换热器的第二换热通道的进口相连，第二换热通道的出口通过管道分别与净化塔I和净化塔II相连，冷凝器II设有两个气体出口，一个气体出口通过管道和精馏塔的上部相连，另一个气体出口通过管道和换热器的第三换热通道相连，第三换热通道通过管道和压缩机相连。

进一步地，所述第一水洗塔的底部设有废水排出管道，净化塔的底部、精馏塔的底部均设有废气排出管道，有机液再生塔的上部设有废气排出管道。

进一步地，所述制冷剂为R23。

进一步地，所述有机液再生塔的底部设有饱和蒸气压为0.4~0.5MPa的水蒸气进口和出口。

本实用新型用的管道和设备使用超洁净材质，焊接处进行了抛光处理，避免其他杂质对产品质量污染。

本系统能够产出99.9999%电子级一氧化二氮，过程简单，易于控制，原料消耗、能量消耗小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，图中，1.压缩机，2.第一水洗塔，3.水洗泵II，4.水洗泵I，5.第二水洗塔，6.有机洗涤塔，7.净化塔I，8.净化塔II，9.有机液再生塔，10.有机洗涤泵，11.制冷机，12.精馏塔，13.产品冷凝器，14.冷凝器I，15.换热器，16.冷凝器II，17.分离罐，100. 原料尾气进气管道，200.废水排出管道，120/800/900. 废气排出管道，700.进气总管路，701/702.支路管道，703. 再生管道，704/705.支路，901.低压蒸汽进口管道，902. 低压蒸汽出口管道。

具体实施方式

如图1所示，一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，包括通过管道依次连接的压缩机1、第一水洗塔2、第二水洗塔3、有机洗涤塔6、净化塔、换热器15、冷凝器I14、分离罐17、精馏塔12和产品冷凝器13，压缩机1的进口和原料尾气进气管道100相连，具体地，所述净化塔由并联设置的净化塔I 7和净化塔II 8组成，第一水洗塔2的下部设有气体进口，压缩机1的出口通过管道和第一水洗塔2下部的气体进口相连，第一水洗塔2的顶部设有气体出口，第一水洗塔2的上部设有液体进口，第一水洗塔2的气体出口和第二水洗塔5下部的气体进口相连，第二水洗塔5的上部、底部、顶部分别设有液体进口、液体出口和气体出口，第二水洗塔5的液体出口通过水洗泵I4和第一水洗塔2的液体进口相连，去离子水源通过水洗泵II3和第二水洗塔5上部的液体进口相连，第二水洗塔5的气体出口通过管道和有机洗涤塔6下部的气体进口相连，有机洗涤塔6的上部、底部、顶部分别设有液体进口、液体出口和气体出口，有机洗涤塔6的气体出口通过管道分别和净化塔I7以及净化塔II8下部的气体进口相连，有机洗涤塔6的的液体出口通过管道和有机液再生塔9的液体进口相连，有机液再生塔9通过管道和有机洗涤塔6的液体进口相连，且有机液再生塔9和有机洗涤塔6之间的管道上设有有机洗涤泵10，净化塔I7和净化塔II8的顶部设有气体出口，净化塔I7和净化塔II8的气体出口分别连接有支路管路701和702，支路管路701和支路管路702上均设有阀门，且支路管路701和支路管路702并联连接至进气总管路700上，所述换热器15设有第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，进气总管路700和换热器15的第一换热通道进口相连，第一换热通道出口通过管道和冷凝器I14的气体进口相连，冷凝器I14的气体出口通过管道和分离罐17的气体进口相连，分离罐17的气体出口和精馏塔12的气体进口相连，精馏塔12的气体出口和产品冷凝器13相连；还包括用于对精馏塔12顶部气体进行冷凝的冷凝器II16，以及用于对冷凝器I14、冷凝器II16和产品冷凝器13提供冷量的制冷机11。

分离罐17的顶部通过管道和换热器15的第二换热通道的进口相连，第二换热通道的出口设有再生管道703，再生管道703的末端设有支路704和705，支路704和705上分别设有阀门，支路704的末端连接在支路管路701上，支路705的末端连接在支路管路702上，冷凝器II16设有两个气体出口，一个气体出口通过管道和精馏塔12的上部相连，另一个气体出口通过换热器15的第三换热通道后和压缩机1相连。

所述第一水洗塔2的底部设有废水排出管道200，净化塔I7和净化塔II8的底部、精馏塔12的底部分别设有废气排出管道800和120。

所述制冷剂为R23。

所述有机液再生塔9的底部设有饱和蒸气压为0.4~0.5MPa的水蒸气进口管道901和出口管道902，有机液再生塔9的上部设有废气排出管道900。

本实用新型的工作过程如下：一氧化二氮占比35~45v%的原料尾气进入压缩机1，混合气体的压力被升至3.0-6.0MPa，进入第一水洗塔2中，用来自第二水洗塔5底部由水洗泵I4送过来的去离子水，初步洗脱气体中富含的NO₂和NO，再进入第二水洗塔5由水洗泵II3送入的导电率小于0.5μs/cm的去离子水进行二次水洗，进一步洗脱气体中富含的NO₂和NO，将NO₂和NO的总和脱除至50PPm以下。第一水洗塔2和第二水洗塔5采用不锈钢规整填料（两水洗塔高均为19米，下部有一定液位，填料高度12米，距下部5米，距顶部2米），以减少塔径和塔高，减少设备制造成本。用去离子水作为洗涤液可减少废水排放，因为洗涤后的废水，和从压缩机1处排出的废酸，可送入工业园区内的硝酸装置回收利用，减少的废液的排放。

混合气从第二水洗塔5顶部流出，进入有机洗涤塔6，在有机洗涤塔6中由有机洗涤泵10送来的有机洗涤液，进行进一步的洗涤，脱除酸性气体，此处洗涤液是由MDEA（N-甲基二乙醇胺）与AMDP（2-氨基-2-甲基-1-丙醇）、AMPD(2-氨基-2-甲基-1.3-丙二醇)、MMEA（N-甲基单乙醇胺）三者中的一种或两种组成的有机液（MDEA在有机液中占70v%，因此，当有机液组成为两种时，另一种占30v%，当有机液组成为三种时，MDEA在有机液中占70v%，按照AMDP、AMPD、MMEA书写顺序，在先的占20v%，在后的占10v%，具体如，有机洗涤液由MDEA和AMPD按照体积比7:3组成或者由N-甲基二乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1.3-丙二醇和N-甲基单乙醇胺按照体积比7:2:1组成，将上述有机液用去离子水稀释成60v%左右即得有机洗涤液，有机洗涤液泵入有机洗涤塔6的溶液量为15m³/h，有机洗涤塔6内气体的流量为3000m³/h）。此洗涤液将酸性气体脱除到10ppm以下。吸收了酸性气体的有机液体靠压力进入有机液再生塔9，进入有机液再生塔9的管道上设置有SIS系统，以防止有机液再生塔9的压力超高，而引起安全事故。在有机液再生塔9中的有机液由于压力的骤降，会闪蒸一部分酸性气体，另一部分在有机液再生塔9中用150~160℃蒸汽加热，让酸性气体脱出，酸性气体排入工业园区内的放空系统。而有机液得到再生，进行循环重复利用。有机液的循环利用，大大的减少了废液的排放达到了减排的效果。

脱除了酸性气体的混合气进入净化塔I 7或净化塔II 8，在净化塔中脱除C₂H₂、痕量的酸性气体、H₂O和其他的有机物。净化塔I 7和净化塔II 8采用一个工作，一个再生的设计，设置有多个程控阀门，让净化塔I 7和净化塔II 8按设定好的时间自动切换操作。净化塔I 7和净化塔II 8的再生采取高温再生的方法，用从换热器15中排出的不凝气加热至150-200℃再生。避免了用其他再生介质污染净化塔，减少了装置运行成本。净化塔内部的下部填充有占塔高1/3的活性氧化铝，活性氧化铝层的上部填充有占塔高2/3的13X分子筛，将H₂O、CO₂、NO₂、有机物等物质脱除在0.1PPm以下。

净化后的气体进入换热器15，在换热器15内和从冷凝器II16、从分离罐17出来的-70~-90℃冷的不凝气换热，进行预冷至-20~-40℃后进入冷凝器I14，在冷凝器I14中温度降至-50~-70℃，将N₂O液化，液化后的含量95%的N₂O减压到1.5MPa后进入分离罐17进行气液分离，-50~-70℃冷的不凝气进入换热器15，液体进入精馏塔12，在精馏塔12中-60℃低温精馏，去除轻组分CH₄、O₂、N₂、H₂等，在精馏塔12中间部抽出N₂O气体，在产品冷凝器13中由制冷机11提供冷量冷凝至-50℃，进入产品储罐，产品储罐中N₂O气体的纯度为99.9999%，N₂O气体的回收率50%，精馏塔12回流比控制在10:1。

制冷机11采用R23作为制冷剂，制冷剂R23出制冷机的温度为-70℃，为冷凝器I14、冷凝器II16和产品冷凝器13提供冷量，在冷凝器I14、冷凝器II16、产品冷凝器13入口处设置有制冷阀和膨胀阀，进行膨胀制冷。制冷机11出口压缩的50℃的R23气体通入精馏塔12底部，为精馏塔12提供热源，R23在精馏塔12底部被冷凝，温度变为-20~-40℃，返回制冷机11的高压端，再次冷却后进行膨胀制冷。不需要为精馏塔12提供额外的热量。而制冷机11又从精馏塔12回收了冷量，避免了能量浪费，达到节能减排的目的。

换热器15：在换热器15内将从冷凝器II16、分离罐17出来的冷的不凝气的冷量回收，使其排出温度上升到10-20℃，将冷量传给换热器15的进料，避免了冷量浪费，达到节能减排的目的。

Claims

1.一种从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，包括通过管道依次连接的压缩机、第一水洗塔、第二水洗塔、有机洗涤塔、净化塔、换热器、冷凝器I、分离罐、精馏塔和产品冷凝器，压缩机的进口和原料尾气进气管道相连，第二水洗塔的洗涤用水由去离子水源提供，第一水洗塔的洗涤用水由第二水洗塔提供，所述换热器设有第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，所述冷凝器I设有气体进口、气体出口、制冷剂进口、制冷剂出口，净化塔的气体出口通过管道和换热器的第一换热通道进口相连，第一换热通道出口通过管道和冷凝器I的气体进口相连，冷凝器I的气体出口通过管道和分离罐的气体进口相连，分离罐的气体出口和精馏塔的气体进口相连，精馏塔的气体出口和产品冷凝器相连；还包括用于对精馏塔顶部的气体进行冷凝的冷凝器II，以及用于对冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器提供冷量的制冷机，有机洗涤塔的上部、底部分别设有液体进口和液体出口，有机洗涤塔的液体出口通过管道和有机液再生塔的液体进口相连，有机液再生塔通过管道和有机洗涤塔的液体进口相连。

2.根据权利要求1所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，所述净化塔由并联设置的净化塔I和净化塔II组成，冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器的制冷剂进口分别通过管道和制冷机的制冷剂出口相连，冷凝器I、冷凝器II和产品冷凝器的制冷剂出口分别通过管道和制冷机的制冷剂进口相连，制冷机的热量从精馏塔下部进入精馏塔被冷却后返回至制冷机。

3.根据权利要求1所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，所述去离子水源和第二水洗塔之间、第二水洗塔和第一水洗塔之间均设有用以泵入洗涤用水的水洗泵，有机液再生塔和有机洗涤塔之间设有有机洗涤泵。

4.根据权利要求2所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，分离罐的顶部通过管道和换热器的第二换热通道的进口相连，第二换热通道的出口通过管道分别与净化塔I和净化塔II相连，冷凝器II设有两个气体出口，一个气体出口通过管道和精馏塔的上部相连，另一个气体出口通过管道和换热器的第三换热通道相连，第三换热通道通过管道和压缩机相连。

5.根据权利要求1所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，所述第一水洗塔的底部设有废水排出管道，净化塔的底部、精馏塔的底部均设有废气排出管道，有机液再生塔的上部设有废气排出管道。

6.根据权利要求1或2所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，所述制冷剂为R23。

7.根据权利要求1所述从工业尾气中回收电子级一氧化二氮的系统，其特征在于，所述有机液再生塔的底部设有饱和蒸气压为0.4~0.5MPa的水蒸气进口和出口。