一氧化氮气体的提纯方法、提纯装置和生产装置与流程

1.本发明是关于气体分离技术，特别是关于一种一氧化氮气体的提纯方法、提纯装置和生产装置。


背景技术：

2.目前，一氧化氮已在医学、电子、化工等各个领域发挥了独特的作用，在医学上用于临床实验辅助诊断及治疗，有机反应的稳定剂；在半导体中用于生产中的氧化、化学气相沉积工艺，并用作大气监测标准混合气；在化工领域中可用于制造硝酸、硅酮氧化膜及羰基亚硝酰，也可以用于人造丝的漂白剂、丙烯和二甲醚的安定剂、pvc生产中的紧急终止剂等，比如pvc生产中做为紧急终止剂的一氧化氮，在生产停电或出现紧急事故时迅速终止反应釜内pvc单体聚合，以防止釜内温度过高发生爆炸，而no较以往液态型终止助剂具有明显优势，它不需要n2作载气，结合pvc单体能力强、速度快、保质期长。但是，在现在广泛生产no气体的方法中均含有no2气体，no2气体与pvc单体结合形成爆炸鳌合物，存在很大的安全隐患，因此在使用时必须严格控制no气体中no2气体含量(≤50ppm),而no中no2，n2o杂质的去除正是国内外技术研究的主要方向和攻关难点。
3.现在生产no的方法有多种，目前应用最广泛的一种就是采用亚硝酸钠与稀硫酸反应制得no，其生产过程是将亚硝酸钠与稀硫酸在反应池中反应，生成硫酸钠和硝酸钠溶液以及no和h2o,同时还会产生如no2、n2o、n2、so2、h2o等杂质，有时还会存在少量的co2等，并且制得的no易与o2结合发生氧化反应生成no2，同时no在碱液存在或高温时自身会缓慢发生歧化反应生成no2和n2o，因此，no中去除no2、n2o是国内外技术研究的主要课题。
4.中国专利号为98108604.7指出山聚氨辈葡糖配体与pt、pd、fe、ni、cu、ag、zn等过度金属或他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no，可是得到的no纯度太低，不能满足高端需求。美国专利us3489515指出利用稀硝酸水溶液清洗一氧化氮气体流，水和二氧化氮反应生成硝酸和亚硝酸，再通过水清洗以清除杂质，但这种方法并不能充分降低no2的浓度，而通过低温蒸馏除去no2的方法也存在诸多弊端，不仅蒸馏设备成本高，而且还会消耗no。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种一氧化氮气体的提纯方法、提纯装置和生产装置，采用碱液吸收、气液分离、干燥和冷冻相结合的方法解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种no气体的纯化方法，所述纯化方法具有安全性高、设备简单、投入少、耗能少、成本低、工艺操作简单、产品纯度高等优点，得到纯度大于99.99％的产品。。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一氧化氮气体的提纯方法，包括如下步骤：预处理：对含no的原料气进行除杂、干燥；分离：将预处理后的原料气送入分离室，并顺
次地经过分离室设置的若干个急冷分段即获得纯净的目标气体，急冷分段所限定的温度为不高于该急冷分段所分离的目标气体的熔点。
8.在本发明的一个或多个实施方式中，预处理还包括对原料气的组成种类进行分析，以获取原料气的组成至少还包括如下一种或多种：no2、n2o、so2、co2、h2o。
9.在本发明的一个或多个实施方式中，对原料气的组成种类进行分析为通过气相色谱进行分析，确定原料气中的组成数n。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，依据原料气中的组成数n将分离室顺次地设置为m个急冷分段，其中m不大于n。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，分离室上沿原料气的进气方向，各急冷分段所限定的温度依次上升或者依次下降。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，分离室上针对各个急冷分段还采用控制相应区域冷媒介质提供的冷量，包括：采用同种冷媒时，控制各个急冷分段所对应的冷媒流量；或，采用不同种冷媒时，控制各个急冷分段所对应的冷媒流量或所采用的冷媒种类。优选的冷媒选自液氮、液氨、r32、r12、r134a、r407c等，这里所列举的冷媒，在本方案执行是可以择一，也可以针对各个急冷分段所进行分离的目标而分布选择不同的冷媒组合，也就是实现本分段目标物与其它部分的固液分离或液气分离等分离目标，而对各个急冷分段所采用的冷媒种类进行选择。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，各个急冷分段还设置有温度监控器以获取当前急冷分段的温度数据，温度数据反馈至于控制冷媒介质的控制器交互数据，控制器控制相应区域冷媒介质的流量或者种类。
14.在本发明的一个或多个实施方式中，分离室上针对各个急冷分段还分别设置固液分离器，固液分离器包括具有筛孔的过筛装置。
15.在本发明的一个或多个实施方式中，应用如前述的一氧化氮气体的提纯方法的提纯装置。
16.在本发明的一个或多个实施方式中，生产装置，至少包括反应器、如前述的提纯装置。
17.与现有技术相比，根据本发明实施方式的一氧化氮气体的提纯方法、提纯装置和生产装置，采用碱液吸收、气液分离和冷冻分离相结合的方法解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种no的纯化方法，利用各杂质和no熔点相差较大的特点采用冷冻法进行分离除去no中的no2、n2o、so2、co2等杂质，尤其是较难去除的no2、n2o，最终得到纯度99.99％的no产品，纯化方法具有安全性高、设备简单，投入少、耗能少、成本低、工艺操作简单、产品纯度高等优点。
附图说明
18.图1是根据本发明一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
20.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
21.本发明主要思路是采用冷冻物理方法工艺，利用no与no2、n2o、so2、co2、h2o等组分熔点的不同进行气体的分离提纯，解决了目前技术问题中no的歧化反应和歧化反应所产生的no2和n2o杂质的去除问题，其中no与no2、n2o、so2、co2、h2o熔点分别为：
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163.6℃、
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11℃、
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90.8℃、
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75.5℃、
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78.45℃、0℃；实施过程中通过采用冷冻物理方法，不仅解决了no中no2、n2o杂质难除的技术问题，同时也能将so2、co2、h2o这些杂质除去。
22.如图1所示，根据本发明优选实施方式的一氧化氮气体的提纯方法，其对反应器产生的主要成分为一氧化氮的原料气进行分离提纯。
23.在本发明的一种或多种实施方案中，由反应器经过nano2与h2so4混合反应获取的反应气，含有大量的酸性杂质气、水等，在精制前可以预先进行一次处理，也就是通过碱吸收、气液分离等预处理手段除去其中的大部分杂质气，从而获得杂质含量仅为少量残余的精制后的原料气。
24.在本发明的一种或多种实施方案中，针对原料气，可以依据化学原理预判其中的杂质气种类，也可以通过气相色谱等手段对其中杂质气含量和种类进行确认和验证，从而可以更为便利高效地确认本发明实施过程中，采用冷冻物理方法，在分离室内温度的设定，特别是需要进行多段分离时不同急冷分段的设置以及相应区段温度进行设定。比如当原料气中含有no、no2、n2o、so2、co2、h2o六类气体时，如需要对该六类组分进行单独分离，则至少应当将分离室设置6个急冷分段，并顺次地为该6个分段分布依据目标气体的熔点设置不同的工作温度，从而即可以满足通过固相分离的目的，相应分段的目标气体被凝固成固体而分离。当然为了操作的便利，这里的温度设置可以由原料气进气方向由高温段向低温段顺次设置，此时高熔点的其它被优先凝固分离。当然设置的急冷分段数量也可以少于原料气中的组分总数量，从而分离价值较高的部分。
25.在本发明的一种或多种实施方案中，为了满足对分离室中急冷分段的温度进行控制，将温度对应地控制在对应的目标气体的熔点或者凝固点，可以通过控制冷媒介质，如控制液氮在各个分段的冷凝器中的流量或者流速等来改善和调整，当然也可以对不同分段的冷媒进行调整，满足于当前分段的冷媒工作温度适当低于目标气体温度即可。依据应用目标的不同，相应急冷分段匹配的冷媒可以选自包括而不限于液氮、液氨、r32、r12、r134a、r407c等。
26.在本发明的一种或多种实施方案中，为了满足对各个急冷分段的温度精确控制，还可以在急冷分段设置用于感知当前温度状态的设备，如能够在超低温下运行的温度传感器等，当温度发生波动时则可以调整对该急冷分段进行冷却的冷凝器中的冷媒的流动速度，也就是调整当前状态下冷凝器所提供的冷量，比如当当前急冷分段的温度偏高时，则增加响应冷凝器中冷媒的流量，增加冷量，而降低温度至合适水平，反之亦然。这种温度控制手段可以被应用与一个急冷分段，也可以被应用于多个急冷分段，用于对分离室的整体状态进行调控。
27.在本发明的一种或多种实施方案中，为了提高对急冷分段的温度波动的响应精度和效率，可以在各急冷分段匹配的冷凝器的冷媒供应管路上设置电磁阀等能够对实时控制
信号进行即时响应的管阀。此时响应的电磁阀等管阀可以是电控的或者数控的，只要能够在监控的急冷分段发生温度波动时对冷媒供应管路的开关状态(如100％开启全力供应、50％开启限制性供应或者关闭等)进行调整。
28.在本发明的一种或多种实施方案中，当然这里的对每一急冷分段进行冷媒供应的冷媒供应管路可以是单管路供应，也可以是多管路并列供应，只要满足需求即可。
29.在本发明的一种或多种实施方案中，为了满足在线自动控制，还可以设置与管阀如电磁阀以及温度传感器等联动的控制器如微电脑或者plc等，控制器可以依据预设指令，按照传感器反馈的各急冷分段中温度状态而控制相应的管阀作出反应，即实现了在线实时对各急冷分段的工作状态进行调整。
30.在本发明的一种或多种实施方案中，为了对提纯后的一氧化氮产品质量进行监控，还可以在分离室的排气管路方向设置检测装置，当检测到气体质量不符合质量标准时，则将其倒入废气储罐，并在适当条件下返回到原料气进气位置进行再次处理。合格品则导入产品储罐。
31.在本发明的一种或多种实施方案中，如图1所示的生产装置包括反应装置、碱液吸收装置、气液分离装置、冷冻分离装置，在生产一氧化氮气体时，可以为如图所示的程序进行：nano2与h2so4混合在反应池中进行反应，将剩余的反应液和生成的na2so4和nano3溶液以及少量的co2、so2和小部分no2通过碱液吸收分离除去，大部分的no2、n2o、水蒸汽等随no气体进入干燥器中(干燥器中装的吸附剂是氧化钙、硅胶、5a分子筛、13x分子筛中的一种或两种及以上)，部分水分被吸收而除去，经过干燥器的no气体温度为
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15℃—35℃，压力为0.1mpa—1mpa,进入带有液氮盘管冷冻分离罐中，调节液氮的流量来控制分离罐的温度，分离罐的温度
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95℃—
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120℃，压力为0.01mpa—0.4mpa,no保持气体状态，no2、n2o、so2、co2、h2o形成固态，此时即可以视作设置一个急冷分段即可，分离的目标气即为no，而待温度压力稳定后，通过在线分析仪器进行分析，当no2、n2o等杂质含量小于10ppm时，气体从分离罐中进入合格产品缓冲罐，然后进行收集充装；当no2、n2o等杂质含量大于10ppm时，重新返回冷冻罐进行再次分离，再次的分析，直至合格为止。
32.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。