[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，本发明涉及从一氧化二氮、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。

背景技术

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(global warmingpotential，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US 6,348,083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(permeation module)(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％。