一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法与流程

1.本发明属于高纯气体制备提纯技术领域，具体涉及一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法。

背景技术：

2.一氧化氮是一种无无味的气体，化学式为no，分子量为30.01，常温常压下的沸点为-151.8℃，微溶于水，可溶于乙醇和二硫化碳等溶剂，其液体和固体呈蓝。一氧化氮的化学性质活泼，在空气中易被氧化为二氧化氮，在碱液或者加压条件下可发生歧化反应生成二氧化氮和氧化亚氮。
3.一氧化氮在化工、环保、医疗、科研等诸多领域都有着广泛的应用，例如，在硝酸工业中作为中间体、在聚氯乙烯生产中作为阻聚剂控制聚合程度、用作航天推进剂的添加剂、用作人造丝的漂白剂、用作大气监测的标准气、用于临床诊断和等等。高纯一氧化氮在半导体行业中主要用于硅的表面氧化形成氮氧化膜和化学气相淀积等工艺。尤其随着半导体行业的快速发展，对一氧化氮纯度的要求在不断提高，纯度一般要求达到3.5n至4n。
4.目前，工业上制备一氧化氮的方法包括氨氧化法、热解法、酸解法等等。氨氧化法制硝酸是十分成熟的工业技术，但通过氨氧化法制取一氧化氮仍存在转化率低、产品纯度低的问题，反应所得气体含有较多二氧化氮、氧化亚氮、氮气、水蒸气、二氧化硫等杂质，需要进一步纯化。
5.公开号为us5417950的专利采用脱铝的y型沸石、zsm-5型沸石、zsm-11型沸石、zsm-20型沸石、硅质岩-1和硅质岩-2及其混合物作为吸附剂脱除氮氧化物杂质。但这些吸附剂同时也会促进一氧化氮气体发生歧化反应，产生新的二氧化氮和氧化亚氮，导致一氧化氮产品无法达到很高的纯度。
6.公开号为cn201010614546.8的专利采用低温精馏的方法脱除杂质，得到了纯度为3n的一氧化氮产品。该方法使用了大量液氮作为低温精馏的制冷剂，成本高昂。而且凝聚态一氧化氮是一种敏感的爆炸物，遭受冲击或发生不稳定分解可能导致爆炸，存在安全隐患。
7.因此，开发一种高效可靠的高纯一氧化氮气体的制备和纯化方法是十分必要的。

技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，该方法高效可靠，可推广应用。
9.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.s1、生成一氧化氮，将氨气和空气通入氨氧化炉，氨氧化炉的反应温度控制在800℃～900℃，反应压力为0.15mpa～0.2mpa，氨气与空气的摩尔比为1：8.5～10.3，氨气和空气穿过铂网催化剂发生氨氧化反应，生成一氧化氮及其他杂质产物，其他杂质产物包括一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。反应方程式如下：
11.4nh3+5o2＝4no+6h2o
12.4nh3+3o2＝2n2+6h2o
13.2no+o2＝2no214.s2、冷却吸收，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度至40℃以下，优选为28℃，对液相产物进行分离，剩余气体由下部通入吸收塔，经亚铁离子络合物溶液吸收气体中的一氧化氮，得到吸收液；
15.s3、制得粗品，将s2得到的吸收液进行升温到107℃后，通入解吸塔中进行解吸解吸，得到一氧化氮粗品气；
16.s4、得到产品，对s3中的一氧化氮粗品气进行吸附处理，吸附剂为经稀硝酸预处理后的硅胶吸附剂除去杂质，得到一氧化氮产品，一氧化氮产品的纯度不低于99.992％。
17.本发明与现有技术相比具有以下优点：
18.1、本发明的整体反应和纯化工艺路线成熟可控。吸收过程采用亚铁离子络合物溶液作为吸收液能有效地富集一氧化氮，吸附除杂采用酸化处理的硅胶吸附剂，有效抑制了一氧化氮的歧化反应，制得的一氧化氮产品纯度不低于99.99％。
19.2、本发明所使用的工艺能与氨氧化制硝酸工艺进行耦合，实现氮氧化物尾气的再利用，大大减少了原工艺流程污染物的排放。
20.下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
22.实施例一
23.本发明提供一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，包括如下步骤：
24.s1、生成一氧化氮，将氨气和空气通入氨氧化炉，氨氧化炉的反应温度控制在800℃，反应压力为0.15mpa，氨气与空气的摩尔比为1：8.5，氨气和空气穿过铂网催化剂发生氨氧化反应，原料气的流量为11.3nm3/h，生成一氧化氮及其他杂质产物，其他杂质产物包括一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。
25.s2、冷却吸收，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度28℃，对液相产物进行分离，剩余气体由下部通入吸收塔，浓度为3mol/l的亚铁离子络合物溶液由塔顶喷淋入吸收塔，吸收气体中的一氧化氮，得到吸收液；
26.s3、制得粗品，对s2得到的吸收液进行升温到107℃后，通入解吸塔中进行解吸，得到一氧化氮粗品气；
27.s4、得到产品，对s3中的一氧化氮粗品气进行吸附处理，吸附剂为经稀硝酸预处理后的硅胶吸附剂除去杂质，得到一氧化氮产品，一氧化氮产品的纯度为99.992％。
28.检测杂质含量结果如下：
29.氧化亚氮为52ppm，氧气为2.2ppm，氮气为3.6ppm，水蒸气为1.1ppm，二氧化碳为0.3ppm，二氧化硫为0.2ppm。
30.实施例二
31.本发明提供一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，包括如下步骤：
32.s1、生成一氧化氮，将氨气和空气通入氨氧化炉，氨氧化炉的反应温度控制在850℃，反应压力为0.18mpa，氨气与空气的摩尔比为1：9.7，氨气和空气穿过铂网催化剂发生氨氧化反应，原料气的流量为12.7nm3/h，生成一氧化氮及其他杂质产物，其他杂质产物包括一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。
33.s2、冷却吸收，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度28℃，对液相产物进行分离，剩余气体由下部通入吸收塔，浓度为3mol/l的亚铁离子络合物溶液由塔顶喷淋入吸收塔，吸收气体中的一氧化氮，得到吸收液；
34.s3、制得粗品，对s2得到的吸收液进行升温到107℃后，通入解吸塔中进行解吸，得到一氧化氮粗品气；
35.s4、得到产品，对s3中的一氧化氮粗品气进行吸附处理，吸附剂为经稀硝酸预处理后的硅胶吸附剂除去杂质，得到一氧化氮产品，一氧化氮产品的纯度为99.993％。
36.检测杂质含量结果如下：
37.氧化亚氮为44ppm，氧气为1.8ppm，氮气为3.3ppm，水蒸气为1.0ppm，二氧化碳为0.2ppm，二氧化硫为0.2ppm。
38.实施例三
39.本发明提供一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，包括如下步骤：
40.s1、生成一氧化氮，将氨气和空气通入氨氧化炉，氨氧化炉的反应温度控制在800℃，反应压力为0.2mpa，氨气与空气的摩尔比为1：10.3，氨气和空气穿过铂网催化剂发生氨氧化反应，原料气的流量为13.4nm3/h，生成一氧化氮及其他杂质产物，其他杂质产物包括一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。
41.s2、冷却吸收，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度28℃，对液相产物进行分离，剩余气体由下部通入吸收塔，浓度为3mol/l的亚铁离子络合物溶液由塔顶喷淋入吸收塔，吸收气体中的一氧化氮，得到吸收液；
42.s3、制得粗品，对s2得到的吸收液进行升温到107℃后，通入解吸塔中进行解吸，得到一氧化氮粗品气；
43.s4、得到产品，对s3中的一氧化氮粗品气进行吸附处理，吸附剂为经稀硝酸预处理后的硅胶吸附剂除去杂质，得到一氧化氮产品，一氧化氮产品的纯度为99.995％。
44.检测杂质含量结果如下：
45.氧化亚氮为28ppm，氧气为2.5ppm，氮气为3.3ppm，水蒸气为1.1ppm，二氧化碳为0.3ppm，二氧化硫为0.3ppm。
46.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：

1.一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、生成一氧化氮，将氨气和空气通入氨氧化炉，氨氧化炉的反应温度控制在800℃～900℃，反应压力为0.15mpa～0.2mpa，氨气与空气的摩尔比为1：8.5～10.3，氨气和空气穿过铂网催化剂发生氨氧化反应，生成一氧化氮及其他杂质产物，其他杂质产物包括一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、水蒸气、二氧化碳和二氧化硫；s2、冷却吸收，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度至40℃以下，对液相产物进行分离，剩余气体通入吸收塔，经亚铁离子络合物溶液吸收气体中的一氧化氮，得到吸收液；s3、制得粗品，对s2得到的吸收液进行升温解吸，得到一氧化氮粗品气；s4、得到产品，对s3中的一氧化氮粗品气进行吸附处理，除去杂质，得到一氧化氮产品。2.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，s2中，将s1中生成的一氧化氮及其他杂质产物的温度至28℃。3.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，s2中，剩余气体由下部通入吸收塔。4.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，s4中，所使用的吸附剂为，经稀硝酸预处理后的硅胶吸附剂。5.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，其特征在于，s4中得到的一氧化氮产品的纯度不低于99.992％。

技术总结

本发明提供了一种高纯一氧化氮气体的制备提纯方法，包括如下步骤：S1、生成一氧化氮，将原料通入氨氧化炉进行反应，生成一氧化氮及其他产物；S2、冷却吸收，对一氧化氮及其他产物进行降温分离，剩余气体通入吸收塔得到吸收液；S3、制得粗品，对吸收液升温解吸，得到一氧化氮粗品气；S4、得到产品，对一氧化氮粗品气进行吸附除杂，得到一氧化氮产品。本发明采用亚铁离子络合物溶液作为吸收液能有效地富集一氧化氮，吸附除杂采用的硅胶吸附剂，有效抑制了一氧化氮的歧化反应，提高了产品纯度；本发明所使用的工艺能与氨氧化制硝酸工艺进行耦合，实现氮氧化物尾气的再利用，大大减少了原工艺流程污染物的排放。工艺流程污染物的排放。