己二酸装置尾气回收N2O方案

2018-03-14闫虹张运虎佟恒军刘淞

石油石化节能 2018年1期

闫虹张运虎佟恒军刘淞

一氧化二氮，化学式为N2O，在大气中存留时间长，其温室效应潜值远大于CO2。其广泛应用在医药麻醉、食品悬浮剂、电子、娱乐、制药等领域，应用前景广阔，目前主要消费市场在华东、华南地区。随着信息技术行业的快速发展，N2O作为现代光电子、微电子、大型集成电路以及光纤制造领域重要的基础原料，需求量逐年增大，附加值高，经济效益显著[1]。

目前工业化的生产N2O技术主要分为三种，即硝酸铵热分解法、氨接触氧化法、尾气提纯法[1]，其中尾气提纯法具有原料来源容易、产品纯度高、成本低的优势，但研究较晚，近几年才受到各环保企业和科研院所的广泛关注。回收纯化尾气中的N2O的过程较为复杂，针对不同工艺过程尾气中N2O含量以及杂质组分的不同，需要联合吸附、精馏等多种处理单元才能得到高纯度的N2O[2]。介绍了尾气中分离N2O的研究现状，并结合辽阳石化己二酸尾气组成，提出一种分离N2O工业化可行方案。

1 己二酸尾气分离N2O研究现状

1.1 国外状况

国外德国巴斯夫和美国气体产品与化学公司相继开发了己二酸尾气分离N2O技术，其中巴斯夫欧洲公司2009年将己二酸车间尾气在有机溶剂中重复吸收、解析获得81.6%N2O，用作烯烃氧化剂[3]；美国气体产品与化学公司2014年利用干燥、吸附单元脱除尾气中水分和重组分杂质，然后利用精馏的方法分离脱除其他杂质，在塔底得到产品，产品纯度最高可达到99.999 9%[4]，该公司在2017年又公开了通过涤气、吸附、液化、闪蒸或回流的连续蒸馏的单元操作组合从含有N2O的气流中回收和纯化N2O，以生产不同等级的N2O的技术[5]。日本昭和电工在日本川崎建有一套从己二酸尾气中分离生产高纯度N2O的装置，年产量1200 t/a。2014年2月，日本昭和电工与韩国Dooam合资建设了一套产能600 t/a的装置，建成后，昭和电工高纯度N2O总供应能力即提高到1800 t/a。

1.2 国内状况

近年来，国内也有企业陆续开展了N2O提纯研究。

山东金博环保科技有限公司于2015年利用化学净化、吸附以及精馏的集成工艺脱除尾气中杂质后得到高纯N2O产品[6]，其中化学净化过程利用碱液脱除尾气中的酸性气体（CO2、NO2），吸附单元利用分子筛物理吸附脱除C2H2、NO、CO、H2O等杂质，最后利用精馏单元脱除其他相对挥发度大的组分后在塔底得到产品，产品纯度可以达到99.999 9%。

开封黄河空分集团有限公司2015年利用两级精馏过程完成尾气中N2O的回收纯化，通过脱轻、脱重两级精馏工艺，在脱轻塔底得到纯度达到99.999%的N2O产品[7]。

苏州金宏气体股份有限公司2015年通过两步吸附反应分别脱出CO2和氮氧化物，再通过精密过滤、增压以及两级精馏装置去除轻组分，最后经过第二次精馏，除掉重组分得到99.999%的N2O[8]。

上海交通大学2015年使用己二酸生产尾气制备高纯N2O的装置和方法，包括压缩机、吸收塔、吸附装置、低温精馏塔及低温精制塔，得到高浓度的N2O[9]。

成都巨涛油气工程有限公司2015年公开专利提出一种乙二酸尾气中氧化二氮分离提纯装置，包括洗涤净化装置、吸附净化装置、深冷液化装置、精馏提纯装置，经了解该公司与重庆华峰集团接触并已进行了生产装置的工业设计[10]。

中科瑞奥能源科技股份有限公司2016年公开的利用己二酸尾气生产液态N2O的装置专利中，通过液态分离、提纯等过程生产得到复合医用级N2O产品[11]。

1.3 工业应用情况

对于己二酸装置产生的尾气，我国的多数化工企业仍是采取高温或者催化分解的方式进行处理。从尾气中提取N2O的工业生产技术应用较少。据了解，山东金博环保科技有限公司在桓台县马桥镇工业集中区设有生产基地，正在建设氧化亚氮回收示范工程项目，预计产能2000 t/a，产品纯度设计值达99.999 9%，并已申请专利[12]；苏州金宏气体股份有限公司于2015年申请了专利技术，目前已在河南平顶山神马公司建立工业装置进行了生产应用；北京锐锋凡容环保科技有限公司也开发了该技术，与重庆华峰合作建立了生产装置已进行了工业应用。

辽阳石化14×104t/a己二酸装置尾气每年约产生43 160 t N2O，目前采用的是德国巴斯夫公司的催化分解技术，该技术引进德国史道勒公司工艺包技术，催化剂每两年更换一次，费用为2000万元。此装置于2008年3月建成投产，是目前国内最大的温室气体减排装置。该处理方式虽然可以解决环保问题，但副产资源的潜在价值和创效能力没有得到最大化发挥。若能采用己二酸尾气N2O分离技术，不仅能够满足环保要求，同时新产品N2O还能为企业带来经济效益。