專利名稱：硝酸異辛酯的生產(chǎn)工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的硝酸異辛酯生產(chǎn)工藝屬于化工產(chǎn)品硝酸酯生產(chǎn)方法。硝酸異辛酯是一種高效的柴油十六烷值改進劑。
現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)硝酸異辛酯的方法，一般均采用混酸法，即在常溫或低于常溫(10～25℃或-10～10℃)的條件下，將異辛醇加入由硝酸和硫酸組成的混酸中，在制冷鹽水冷卻條件下使反應(yīng)系統(tǒng)保持低溫，反應(yīng)物再注入冷水中分層，將酯層洗滌。該過程中，為了防止氧化支鏈副反應(yīng)，必須在低溫下進行，要穩(wěn)定地持續(xù)保持低溫操作必須有冷凍劑，而這種裝置投資較大，耗能也比較高。美國專利US2768964(56年)提出了一種減壓下共沸蒸出酯和水的方法，此方法用于合成低沸點的硝酸酯有較高收率，但對于高沸點的硝酸酯僅有50%左右的產(chǎn)率。美國專利US4479905(84年)提出了連續(xù)硝化乙氧基乙醇及異辛醇混合物的方法，在低溫下操作，混酸配比為水∶硝酸∶硫酸等于12∶20∶68;中國專利CN1031525A(89年)提出了在40℃以下(最佳條件25℃以下)，混酸配比為水∶硝酸∶硫酸等于7～13∶20～25∶62～68，收率為95～97℃。
以上都是需要以制冷裝置產(chǎn)生冷源的低溫法，由于反應(yīng)過程是放熱的，為保持系統(tǒng)的低溫條件，就得不斷地取走熱量，如果發(fā)生故障而使冷媒供應(yīng)中斷時，或在常溫下放置就會使貯槽廢液中的有機物氧化變質(zhì)而不能循環(huán)使用，排出則會對環(huán)境造成危害。同時在酯和水的分離過程中采用共沸蒸餾，耗能比較高。
本發(fā)明的目的在于提出一種不需要制冷系統(tǒng)，又不需要較高能耗的減壓共沸分離酯和水的設(shè)備;以及生產(chǎn)過程更加簡單可靠、成本低、收率高的硝酸異辛酯的生產(chǎn)方法。
發(fā)明的概述為達到上述目的，本發(fā)明采取了略高于常溫的反應(yīng)溫度，控制在值熱能(熱水、低壓蒸汽或其它熱源)來維持這種略高于常溫的條件是很容易的，也經(jīng)濟合理，因而不需要現(xiàn)有技術(shù)中龐大復(fù)雜不經(jīng)濟的制冷系統(tǒng)。為了抑制較高溫度下副反應(yīng)的發(fā)生，本工藝采用尿素或硝銨等含氨物質(zhì)作為穩(wěn)定劑，選擇的混酸濃度配比為硝酸12～50%，硫酸25～61%，水20～30%。其較佳配比為硝酸13～48%，硫酸28～61%，水22～30%。
實施本發(fā)明可在釜式、溢流式或噴射式反應(yīng)器中進行，既可以采用間歇操作，也可采取連續(xù)操作。反應(yīng)器采用耐酸材料制成，由于反應(yīng)是微放熱的，當反應(yīng)熱不足以維持所需反應(yīng)溫度時，應(yīng)向反應(yīng)器供給熱水或其它低值熱源，以維持較佳反應(yīng)溫度。尿素的加入量為混酸重量的1～6%。
上述反應(yīng)產(chǎn)物的粗酯先經(jīng)過分離器，利用重度差將酯和廢酸分開，再經(jīng)堿洗、水洗，如果采用與本發(fā)明為共同申請人的堿洗、水洗一塔化的簡化設(shè)備專利技術(shù)，可節(jié)水80%，使成本進一步降低，又可減少排水造成的污染。然后將酯層引入高效的物理脫水器，使產(chǎn)品脫水干燥，該脫水器是一個容器，如圖2所示，含水的粗酯液進入脫水器，在脫水膜(16)(本發(fā)明用毛氈材料，也可用其它親油疏水材料)的作用下水被阻留，由排水口(15)脫出，酯被誘導(dǎo)通過脫水膜(16)進入產(chǎn)品室(17)，然后由產(chǎn)品出口(18)排入產(chǎn)品罐。最終硝酸異辛酯收率可達99.5%。
本發(fā)明的效果本工藝比已有技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性。發(fā)明的目的已經(jīng)達到，首先是避免使用復(fù)雜的制冷系統(tǒng)，節(jié)省了設(shè)備投資和操作費用，并由于可以充分利用其本身的反應(yīng)熱，從而大大節(jié)約了能源，當選擇最恰當?shù)牟僮鳁l件時，可以完全不向系統(tǒng)供應(yīng)熱源，或者所供熱源可以利用廉價的低值熱能。本發(fā)明物理脫水器用于該過程比已有技術(shù)中使用真空干燥等方法投資少、能耗低、操作簡便，所得酯產(chǎn)品脫水收率可提高10%強。另外由于本工藝采取比已有技術(shù)較低的硫酸濃度和加入了含氨的穩(wěn)定劑，因而增強了反應(yīng)過程的安全性，在濃硫酸的環(huán)境中硝酸本身易分解并產(chǎn)生熱量使溫度升高，而高溫下硝酸分解加劇，這樣的惡性循環(huán)是極不安全的因素，并且不易采取有效的控制措施，這在以往的硝酸酯生產(chǎn)歷史上是有教訓的。而本工藝一方面由穩(wěn)定劑起抑制作用，另一方面，一旦發(fā)現(xiàn)溫度升高也容易采取有效的控制措施，比如向系統(tǒng)內(nèi)注水，由于水本身溫度一般低于常溫而本工藝正常反應(yīng)溫度高于常溫，這樣使用一般工業(yè)用水即可容易地控制反應(yīng)溫度。而在現(xiàn)有技術(shù)的條件下，由于正常反應(yīng)的溫度處于低溫，冷凍鹽水的溫度與反應(yīng)溫度之差很小，要迅速取走大量的反應(yīng)熱是很難做到的。
本發(fā)明反應(yīng)后的廢酸，由于可在常溫下較長時期貯存，而不致引起有機物氧化變質(zhì)不能回用，所以減少了廢酸的處理量便于廢酸的循環(huán)使用。
說明書


圖1是釜式的硝酸異辛酯生產(chǎn)工藝流程圖，圖中1.濃硝酸計量罐，2.濃硫酸計量罐，3.醇計量罐，4.5.混酸罐，6.7.8.反應(yīng)釜，9.分離器，10.堿洗、水洗塔，11.物理脫水器，12.13.計量泵。
圖2是物理脫水器結(jié)構(gòu)簡圖，圖中14.進料口，15.排水口，16.脫水隔膜，17.產(chǎn)品室，18.產(chǎn)品出口。
實施例(見圖1)1.采用三個溢流反應(yīng)釜(6.7.8)，經(jīng)濃硝酸計量罐和濃硫酸計量罐(1.2)按比例(硝酸19%，硫酸59%)配制的混液進入混酸罐(4.5)，用計量泵(12.13)將加入穩(wěn)定劑(尿素)3份的混酸196份和異辛酯49份連續(xù)注入反應(yīng)釜(6.7.8)，反應(yīng)溫度70℃，平均停留時間為50分鐘，由反應(yīng)釜(8)溢出的反應(yīng)物料進入分離器(9)，分離器底部排出的廢酸大部分返回反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)使用，小部分去廢酸處理，分離器頂部溢出的酯相進入堿洗、水洗塔(10)，該塔上部注入水，中部注入堿液，經(jīng)洗滌后的粗酯由該塔頂部溢出進入物理脫水器(11)，水由排水口(15)排出，經(jīng)脫水后的精酯去產(chǎn)品包裝。所獲硝酸異辛酯產(chǎn)品純度為99.56%，收率為98.00%。
2.采用間歇法，在帶有攪拌器的釜式反應(yīng)器中，加入混酸140升，穩(wěn)定劑尿素4公斤，其濃度配比為硝酸48%，硫酸26%，水26%，反應(yīng)釜夾套用熱水循環(huán)加熱，加入異辛醇80升，維持反應(yīng)溫度50℃，加料時間約40分鐘，持續(xù)攪拌1小時以上，然后靜置分層，移去酸液，將酯層水洗、堿洗，直至PH47為止，進入物理脫水器進行脫水干燥。產(chǎn)品純度為99.0%，收率為98.5%。
使用本發(fā)明的工藝方法制得的硝酸異辛酯，其質(zhì)量指標已達到國際標準。經(jīng)試驗證明，對提高柴油十六烷值有明顯效果。
權(quán)利要求
1.一種硝酸異辛酯的生產(chǎn)工藝，該化合物用一般的原料異辛醇和HNO3，在催化劑H2SO4作用下，經(jīng)反應(yīng)、分離、水洗、堿洗、脫水干燥等工藝制備而成。其結(jié)構(gòu)為
其特征在于①反應(yīng)溫度為30～80℃；②反應(yīng)器中的混酸濃度配比為硝酸12～50%，硫酸25～61%，水20～30%；③反應(yīng)需加入控制副反應(yīng)的穩(wěn)定劑；④反應(yīng)產(chǎn)物硝酸異辛酯的水洗、堿洗采用與本發(fā)明為共同申請人的堿洗、水洗一塔化的簡化設(shè)備專利技術(shù)/或一般技術(shù)；⑤使用高效的物理脫水器/或一般技術(shù)用于粗產(chǎn)品的脫水干燥。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于較佳工藝條件為反應(yīng)溫度50～75℃;混酸的濃度配比硝酸13～48%，硫酸28～61%，水22～30%。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是穩(wěn)定劑可以用尿素、硝銨等含氨物質(zhì)，尿素的添加量占混酸重量的1-6%。
4.按權(quán)利要求1所述的高效脫水設(shè)備，其特征是用于干燥脫水的材料可以是毛氈或其它親油疏水材料。
全文摘要
本發(fā)明的硝酸異辛酯生產(chǎn)工藝是屬于硝酸酯的生產(chǎn)方法，采用略高于常溫的反應(yīng)溫度和合適的硝酸與硫酸的混合配比，采用高效的物理脫水干燥，產(chǎn)品純度高、收率高。所獲產(chǎn)品經(jīng)試驗證明對柴油十六烷值有明顯改進。
文檔編號C07C203/04GK1045773SQ90105260
公開日1990年10月3日 申請日期1990年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月28日
發(fā)明者高洪順, 吳繼敏, 岳秀英, 張忠智, 孫福年 申請人:齊魯石油化工公司研究院