一氧化二氮

  

  

  

一氧化二氮可以用作火箭氧化劑。這比其他氧化劑優(yōu)勢(shì)化處是因?yàn)樗菬o(wú)毒的，在室溫下穩(wěn)定，易于儲(chǔ)存和相對(duì)安全地進(jìn)行飛行。第二個(gè)好處是可以很容易分解成呼吸的空氣。

在食品界中用于發(fā)泡劑和密封劑等。

大氣N2O的重要來(lái)源之一是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，在土壤中，N2O是由硝化、反硝化微生物產(chǎn)生，人們向農(nóng)田中施入過(guò)量氮肥，促進(jìn)微生物活動(dòng)，通過(guò)硝化、反硝化過(guò)程（nitrification and denitrification）使氮素轉(zhuǎn)化為N2O 。污水生物脫氮硝化和反硝化過(guò)程也會(huì)引起氧化亞氮的排放，溶解氧的限制、亞硝酸鹽的積累和羥胺的氧化都是導(dǎo)致氧化亞氮產(chǎn)生的原因。

便攜式氣相色譜法。

尾氣中一氧化二氮的脫除

脫除尾氣中N2O的方法主要有高溫分解法、 選擇性催化還原法和催化分解消除法。

高溫分解法是令N2O和燃料氣在高溫(1200～1500℃) 下反應(yīng)分解，這種技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，不需要催化劑，但是操作費(fèi)用較高，需要大量消耗燃料氣，且高溫反應(yīng)設(shè)備的維護(hù)難度較大。因此利用高溫分解 方法脫除化工尾氣中N2O組分在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受 到一定限制。目前，日本Asahi公司和著名化工公司DuPont已將此方法用于己二酸工廠中。

選擇性催化還原法通常選用氨或天然氣為還原劑，加入負(fù)載型貴金屬催化劑，根據(jù)還原劑和催 化劑的不同調(diào)節(jié)適宜的反應(yīng)溫度( 通常在 200 ～ 600℃ ) ，從而實(shí)現(xiàn)N2O的脫除。以Pd /FeAlPO-5 為催化劑，研究了 在不同活性組分含量以及溫度等條件下CH4還原N2O的效果。研究指出，以PdAlPO-5 為催化劑，373℃時(shí)，N2O轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90% 。

在沸石催化劑條件下CH4對(duì)N2O的還原效果，指出相比直接分解，還原劑的引入使N2O在同樣催化劑和溫度條件下的分解率大幅提高。在130℃ 時(shí)H2對(duì)N2O的消除率達(dá)到 90% 在 360℃ 時(shí)，CO 對(duì)N2O的分解率可以達(dá)到100% 。

催化還原法脫除N2O的技術(shù)在俄羅斯和美國(guó) 的硝酸工廠已有應(yīng)用案例。這種方法的脫除率較高，但隨脫除反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)引入新的雜質(zhì) (CO、CO2) 造成二次污染。其中還原劑的使用也會(huì)提高脫除過(guò)程的成本，因此該方法在商業(yè)應(yīng)用推廣過(guò)程中同樣會(huì)受到一定限制。特別的，如果天然氣作為汽車燃料的 技術(shù)被推廣使用，那么利用甲烷作還原劑處理汽車 尾氣中N2O的工藝可能會(huì)有較好的應(yīng)用前景。

催化裂解消除法是指在催化劑的作用下使N2O直接分解為O2和N2。由于 這種方法不需要引入其他參與脫除反應(yīng)的物質(zhì)，成 本較低且不會(huì)引起二次污染，因此引起研究者廣泛關(guān)注。N2O分解過(guò)程所需的活化能較高( 250kJ/mol) ，在沒有催化劑參與的條件下很難進(jìn)行，因此研 究的焦點(diǎn)主要集中在新型低溫高活性裂解催化劑的 研發(fā)。

自20世紀(jì)70年代開始，研究者研發(fā)了大量的可用于催化分解N2O的催化劑，較多研究已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中取得了理想的效果，目前已研發(fā)的催化劑依據(jù)活性組分的不同可以分為金屬氧化物催化劑、負(fù)載型貴金屬催化劑和金屬離子交換的分子篩三大類。金屬氧化物催化劑的催化活性較高，主要有過(guò)渡金屬氧化物(Co3O4、CoO、NiO) 、堿土金屬氧化物 (CaO、MgO) 和稀土金屬氧化物及其復(fù)合金屬氧化物等。

負(fù)載型貴金屬催化劑是較早用于分解N2O研 究的催化劑，并借助載體的大比表面積和活性組分的高分散性，得以適用于實(shí)際的工業(yè)過(guò)程。此類催化劑的活性受到活性組分和載體種類的共同影響。 目前常用的載體有 Al2O3、MgO、SiO2、TiO2 和 ZrO2等，常用的金屬有 Rh、Ru、Pd、Pt、Au 和In等。 分子篩催化劑多是以過(guò)渡金屬( Fe、Co、Ni、Cu、 Ru、Rh、Pd 等) 離子交換 ZSM-5、ZSM-11 以及X型 等分子篩而得到。 其中混合金屬氧化物催化劑活性較高且有較好 的熱穩(wěn)定性，已經(jīng)在工業(yè)過(guò)程中獲得實(shí)際應(yīng)用。

貴 金屬催化劑具有較高催化活性和良好的抗水抗硫性 能，但由于活性溫度窗口較窄限制了實(shí)際應(yīng)用。金屬離子交換的分子篩催化劑由于其更高的催化活性 而備受關(guān)注，但由于分子篩水熱穩(wěn)定性差，限制了其在實(shí)際工業(yè)過(guò)程的應(yīng)用。 目前利用直接催化分解的應(yīng)用案例較多，但長(zhǎng)期以來(lái)，該方法涉及的催化劑技術(shù)只掌握在少數(shù)發(fā) 達(dá)國(guó)家的幾家企業(yè)，如BASF、Invista、Radici等，且屬 于專利技術(shù)。

直至 2015 年，普恩科技公司與北京化 工大學(xué)合作開發(fā)的N2O分解催化劑試運(yùn)行成功，才標(biāo)志著N2O分解催化劑實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。 由于國(guó)內(nèi)N2O催化分解技術(shù)的研究起步較晚， 因此目前國(guó)內(nèi)硝酸、己二酸生產(chǎn)企業(yè)處理尾氣中N2O的工藝多為購(gòu)買國(guó)外催化劑相關(guān)產(chǎn)品。如中石 油江陽(yáng)石化分公司采用BASF公司開發(fā)的金屬氧化 物催化劑。河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司采 用Invista公司的催化劑產(chǎn)品。安徽淮化股份有 限公司和黑化集團(tuán)CDM項(xiàng)目均采用 Johnson Matthey 公司的催化劑產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)。

尾氣中一氧化二氮的回收利用

制備N2O的主要方法有硝酸銨熱分解法和氨 的接觸氧化法。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)N2O基本都 是采用硝酸銨干法分解的生產(chǎn)工藝，該工藝也是目 前國(guó)際通用化流程，但是設(shè)備成本較高。

直接制 備得到的產(chǎn)品純度通常較低，經(jīng)純化后純度達(dá)到 99% 的產(chǎn)品能夠滿足醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，但對(duì)于微 電子領(lǐng)域而言，這樣的純度遠(yuǎn)不能夠達(dá)到指標(biāo)要求。 在N2O產(chǎn)品純化方面，已有相關(guān)研究報(bào)道了以 低純度N2O為原料，利用純化工藝制備高純N2O的 方法，并對(duì)低純度原料氣中的各種雜質(zhì)脫除進(jìn)行了 相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。 多數(shù)化工企業(yè)為了達(dá)到環(huán)保要求，會(huì)在尾氣排 放前進(jìn)行N2O脫除處理。然而，考慮到N2O作為產(chǎn) 品的廣泛應(yīng)用前景以及直接制備該產(chǎn)品的成本問(wèn)題，當(dāng)尾氣中N2O含量較高時(shí)，如硝酸和己二酸生 產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的尾氣，選用直接脫除的處理方法雖 然可以滿足環(huán)保要求，卻也是一種對(duì)潛在資源的浪費(fèi)。因此，回收純化制備不同級(jí)別的N2O產(chǎn)品技術(shù) 已經(jīng)引起較多的關(guān)注，在滿足環(huán)保要求的同時(shí)，利用 副產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收益。目前，山東金博環(huán)?？萍加邢薰?司以及金宏氣體同河南平頂山神馬集團(tuán)公司合作正 在籌劃建設(shè)產(chǎn)能可觀的尾氣回收純化N2O的工程項(xiàng)目。

回收純化尾氣中的N2O組分的過(guò)程與以低純 度產(chǎn)品為原料制備高純產(chǎn)品的情況有所不同，針對(duì) 不同工藝過(guò)程尾氣中N2O含量以及雜質(zhì)組分的不 同，往往不能通過(guò)單一的純化單元純化得到滿足指 標(biāo)要求的高純N2O產(chǎn)品。

依化工過(guò)程不同，尾氣中所含雜質(zhì)組分也會(huì)相 應(yīng)不同，通常情況下會(huì)含有 CO2、CO、烴類、H2O、 NO、NO2、H2、N2 中的多種。吸附法是已有純化研究 中選用的主要方法，這對(duì)于純化少量低純度產(chǎn) 品的過(guò)程而言是可行的。但從操作和經(jīng)濟(jì)性的角度 考慮，并不適用于處理大量雜質(zhì)含量較高的化工尾 氣，此時(shí)依據(jù)所含雜質(zhì)具體情況通常需要聯(lián)合吸附、 精餾等多種處理單元以完成純化過(guò)程。

有專利技術(shù)利用化學(xué)凈化、吸附以及精餾的集成工藝脫除尾氣中雜質(zhì)后得到高純N2O產(chǎn)品。其中化學(xué)凈化過(guò)程利用堿液脫除尾氣中的酸性氣體( CO2、NO2 ) ，吸附單元利用分子篩物理吸附脫除C2H2、NO、CO、H2O等雜質(zhì)，最后利用精餾單元脫除其他相對(duì)揮發(fā)度大的組分后在塔底得到產(chǎn)品，產(chǎn)品純度可以達(dá)到 6N。也有專利技術(shù)首先利用干燥、吸附單元脫除尾氣中水分和重組分雜質(zhì)，然后利用精餾的方法分離脫除其他雜質(zhì)，在塔底得到產(chǎn)品，產(chǎn)品純度最高可達(dá)到 6N。