从含有一氧化二氮的气体混合物回收和纯化一氧化二氮的方法技术

本发明专利技术涉及从在例如通过热解硝酸铵的一氧化二氮(N2O)生产过程、己二酸生产过程、硝酸生产过程、和己内酰胺生产过程等的工业过程中产生的气体混合物回收和纯化一氧化二氮的方法。

Recovery and Purification of Nitrous Oxide from Gas Mixture Containing Nitrogen Monoxide

The present invention relates to a method for recovering and purifying nitrous oxide from gas mixtures produced in industrial processes such as nitrous oxide (N2O) production by pyrolysis of ammonium nitrate, adipic acid production, nitric acid production, and caprolactam production.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从含有一氧化二氮的气体混合物回收和纯化一氧化二氮的方法
本专利技术涉及从在例如通过硝酸铵的热解的一氧化二氮(N2O)生产过程、己二酸生产过程、硝酸生产过程、和己内酰胺生产过程等的工业过程中产生的气体混合物回收和纯化一氧化二氮的方法。特别地，本专利技术涉及从一氧化二氮、己二酸、硝酸和己内酰胺等的生产过程中产生的废气以高纯度和高收率回收一氧化二氮的方法。
技术介绍
近来，在半导体、LCD和OLED的微电子工艺中对一氧化二氮(N2O)的需求显著增加。一氧化二氮用于通过化学方法或等离子体沉积法通过与硅烷反应形成氧化硅层的过程。一氧化二氮还用于使薄硅膜氮化。一氧化二氮通过硝酸铵的热解在工业上生产。此时，需要纯化以通过从热解产物除去氮等杂质来获得高纯度的一氧化二氮。一氧化二氮包含于从例如己二酸生产过程、硝酸生产过程和己内酰胺生产过程等的过程产生的废气中。需要通过从含有一氧化二氮的气体混合物回收一氧化二氮来在工业上再利用一氧化二氮。一氧化二氮是代表性的温室气体之一，其全球增温潜势(globalwarmingpotential，GWP)比二氧化碳的高310倍。因此，通过回收和再利用一氧化二氮，不仅可以减少温室气体排放，而且可以获得经济效益。因此，需要建立一氧化二氮的回收/纯化方法从而从通过硝酸铵的热解产生的含有一氧化二氮的气体混合物和从己二酸、硝酸和己内酰胺的生产过程排放的含有一氧化二氮的废气以高效率获得一氧化二氮。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。至今专利中报道的高纯度一氧化二氮的回收和纯化的技术和方法如下。美国专利号US6,348,083描述了从生产己二酸、硝酸、乙醛酸、一氧化二氮或苯酚的工业过程中产生的废气回收和/或纯化一氧化二氮的方法和装置。在该专利中，废气含有浓度为气体的5体积％～99.9体积％的一氧化二氮以及选自由氮气、氧气和一氧化碳组成的组的至少一种气体杂质。废气通过一个或多个渗透模件(permeationmodule)(膜分离模件)，从而回收含有浓度为85体积％～90体积％的一氧化二氮的气体。然而，除了该专利中给出的杂质以外，在己二酸生产过程中产生的含有一氧化二氮的废气含有二氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、有机烃、和水蒸气。因此，使用该专利中提出的渗透模件的分离(膜分离)技术不足以有效除去此类杂质，表明以高收率回收用于半导体的高纯度一氧化二氮仅使用该方法是不成功的。此外，未清楚地说明用于该专利的渗透膜模件的分离膜材料和膜分离工序。美国专利公开号US2014/0366576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％的一氧化二氮的含有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50％。本专利技术人已详细研究从而克服现有专利提出的常规方法的缺点和问题。结果，本专利技术人通过将膜分离工序引入吸附工序中以除去杂质、和引入蒸馏工序中以回收高纯度的一氧化二氮来成功克服上述问题，所述膜分离工序可以通过从含有低浓度一氧化二氮的废气除去氮气或/和氧气来以高浓度浓缩一氧化二氮，导致完成了本专利技术。本专利技术涉及从气体混合物，即一氧化二氮、己二酸、硝酸和己内酰胺的生产过程中产生的废气以高收率(至少90％)回收可用于半导体的高纯度(至少99.999体积％)一氧化二氮的方法。由本专利技术人在本专利技术中提出的回收高纯度一氧化二氮的方法，与在先专利不同，是使用分离膜从氮气和/或氧气选择性地分离一氧化二氮的膜分离工序，并且包含浓缩高达80体积％～95体积％和通过蒸馏纯化以纯化至少99.999体积％的一氧化二氮的步骤，表明这是具有高收率(至少90％)的方法。本专利技术还包括除去难以通过膜分离和蒸馏来分离的杂质的吸附工序。即，本专利技术中提出的以高收率回收高纯度一氧化二氮的方法包括以下步骤：1)通过从含有低浓度的一氧化二氮的废气除去氮气和/或氧气来以高浓度浓缩一氧化二氮的膜分离工序，2)除去废气中所含的少量杂质的吸附工序，和3)从含有已通过上述膜分离工序和吸附工序浓缩和纯化的一氧化二氮的气体混合物分离高纯度一氧化二氮的蒸馏工序。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供从气体混合物，即一氧化二氮、己二酸、硝酸和己内酰胺的生产过程中生成的废气以高收率(至少90％)回收可用于半导体、LCD、和OLED生产过程的高纯度(至少99.999体积％)一氧化二氮的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一氧化二氮的回收和纯化方法，其包含以下步骤：预处理工序，其通过供给含有一氧化二氮的气体混合物或废气来除去选自由气体混合物中所含的微细水滴、微细油滴和微细颗粒杂质组成的组的杂质中的至少一种；膜分离工序，其通过除去完成上述预处理工序的气体混合物中所含的氮气和/或氧气来浓缩一氧化二氮；吸附工序，其通过吸附除去选自由完成上述膜分离工序的气体混合物中所含的二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃组成的组的杂质中的至少一种；和蒸馏工序，其通过完成上述吸附工序的气体混合物的压缩、冷却和蒸馏的一系列步骤来回收一氧化二氮。本专利技术还提供一氧化二氮的回收和纯化方法，其包括以下步骤：预处理工序，其通过供给含有一氧化二氮的气体混合物或废气来除去选自由气体混合物中所含的微细水滴、微细油滴和微细颗粒杂质组成的组的杂质中的至少一种；吸附工序，其通过吸附除去选自由完成上述预处理工序的气体混合物中所含的二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃组成的组的杂质中的至少一种；膜分离工序，其通过除去完成上述吸附工序的气体混合物中所含的氮气和/或氧气来浓缩一氧化二氮；和蒸馏工序，通过完成上述膜分离工序的气体混合物的压缩、冷却和蒸馏的一系列步骤来回收一氧化二氮。专利技术的效果本专利技术的一氧化二氮的回收和纯化方法有利于通过从一氧化二氮、己二酸、硝酸和己内酰胺的生产过程中产生的废气回收显示比二氧化碳高310倍的全球增温潜势(GWP)的一氧化二氮来有效减少温室气体。本专利技术的回收和纯化一氧化二氮的方法还促进以高纯度(至少99.999体积％)和高收率(至少90％)回收和纯化可用于半导体、LCD、和OLED生产过程的一氧化二氮。附图说明参考附图最好地理解本专利技术的优选实施方案的应用，其中：图1和图2是示出根据本专利技术的纯化一氧化二氮的方法的实例的示意图。图3是示出在根据本专利技术的纯化一氧化二氮的方法中包括三重膜分离装置(triplemembraneseparationdevice)的膜分离工序的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一氧化二氮的回收和纯化方法，其包括以下步骤：预处理工序，其通过供给含有一氧化二氮的气体混合物或废气来除去选自由所述气体混合物中所含的微细水滴、微细油滴和微细颗粒杂质组成的组的杂质中的至少一种；膜分离工序，其通过除去完成上述预处理工序的气体混合物中所含的氮气和/或氧气来浓缩一氧化二氮；吸附工序，其通过吸附除去选自由完成上述膜分离工序的气体混合物中所含的二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃组成的组的杂质中的至少一种；和蒸馏工序，其通过完成上述吸附工序的气体混合物的压缩、冷却和蒸馏的一系列步骤来回收一氧化二氮。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 KR 10-2016-00919201.一种一氧化二氮的回收和纯化方法，其包括以下步骤：预处理工序，其通过供给含有一氧化二氮的气体混合物或废气来除去选自由所述气体混合物中所含的微细水滴、微细油滴和微细颗粒杂质组成的组的杂质中的至少一种；膜分离工序，其通过除去完成上述预处理工序的气体混合物中所含的氮气和/或氧气来浓缩一氧化二氮；吸附工序，其通过吸附除去选自由完成上述膜分离工序的气体混合物中所含的二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃组成的组的杂质中的至少一种；和蒸馏工序，其通过完成上述吸附工序的气体混合物的压缩、冷却和蒸馏的一系列步骤来回收一氧化二氮。2.一种一氧化二氮的回收和纯化方法，其包括以下步骤：预处理工序，其通过供给含有一氧化二氮的气体混合物或废气来除去由所述气体混合物中所含的微细水滴、微细油滴和微细颗粒杂质组成的组的杂质中的至少一种；吸附工序，其通过吸附除去选自由完成上述预处理工序的气体混合物中所含的二氧化碳、二氧化氮、水蒸气和有机烃组成的组的杂质中的至少一种；膜分离工序，其通过除去完成上述吸附工序的气体混合物中所含的氮气和/或氧气来浓缩一氧化二氮；和蒸馏工序，其通过完成上述膜分离工序的气体混合物的压缩、冷却和蒸馏的一系列步骤来回收一氧化二氮。3.根据权利要求1或2所述的一氧化二氮的回收和纯化方法，其中所述含有一氧化二氮的气体混合物或废气为在选自由一氧化二氮生产过程、己二酸生产过程、硝酸生产过程、和己内酰胺生产过程组成的组的过程中产生的废气。4.根据权利要求1或2所述的一氧化二氮的回收和纯化方法，其中所述膜分离工序使用包含选自由聚砜系聚合物树脂、聚酰亚胺系聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：金顶薰，李寿福，朴仁濬，河钟郁，姜镐哲，张奉畯，李光远，陆信洪，李相九，朴保玲，
申请(专利权)人：韩国化学研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR