一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法及反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及石油化工產(chǎn)品硝酸異辛酯的生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硝酸異辛酯的連續(xù)生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]硝酸異辛酯是一種性能優(yōu)良的柴油十六烷值改進(jìn)劑。工業(yè)上一般采用異辛醇硝化的方法進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中以硫酸為催化劑，將硝酸和異辛醇在反應(yīng)器內(nèi)直接硝化得到產(chǎn)品硝酸異辛酯和副產(chǎn)物水。硝酸異辛脂的生產(chǎn)反應(yīng)是一個(gè)典型的強(qiáng)放熱快速非均相反應(yīng)，反應(yīng)過程有如下特點(diǎn):第一，放熱量大，在以混酸做硝化劑時(shí)，混酸中的硫酸被反應(yīng)生成水稀釋也放出稀釋熱，硝化反應(yīng)的總熱效應(yīng)約為700kJ/kg醇；第二，反應(yīng)速度快，在溫度高于35°C時(shí)，反應(yīng)幾乎瞬間完成；第三，反應(yīng)過程非均相，密度較輕的原料異辛醇和硝酸異辛脂在上層有機(jī)相，硝酸、硫酸和水由于密度較重在下層酸相。第四，硝酸異辛酯在酸性條件下可產(chǎn)生“自加速反應(yīng)”，使反應(yīng)失控。因此在工業(yè)生產(chǎn)中，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、及時(shí)撤熱和及時(shí)將生成的硝酸異辛酯自酸性體系內(nèi)分離是保證過程安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。
[0003]關(guān)于合成硝酸異辛酯的方法的專利報(bào)道中，CN1031525A公開了一種采用混酸硝化的方法，該工藝采用噴射式反應(yīng)器強(qiáng)化兩相混合，利用冰鹽水對(duì)系統(tǒng)和產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，控制反應(yīng)在較低的溫度(10?25°C )和速度下進(jìn)行，以保證過程的安全性，收率為95?97%;但缺點(diǎn)為存在較大的安全隱患，反應(yīng)完成產(chǎn)生大量反應(yīng)熱后即進(jìn)行冷卻撤熱，操作不慎或冷卻介質(zhì)輸送故障，容易造成反應(yīng)器內(nèi)物料溫度急劇上升，導(dǎo)致反應(yīng)器爆炸；再一系統(tǒng)生產(chǎn)效率不高。CN1045773A公開一種生產(chǎn)工藝，優(yōu)點(diǎn)為無需外加冷卻系統(tǒng)，反應(yīng)溫度在30?80°C下進(jìn)行，為抑制副反應(yīng)須加入穩(wěn)定劑尿素和硝酸銨，反應(yīng)器內(nèi)物料停留時(shí)間50分鐘；缺點(diǎn)是采用釜式反應(yīng)器和熱水控溫，存在爆炸的安全隱患；外加添加劑限制了硫酸的循環(huán)利用；反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)生產(chǎn)效率較低。CN1814581A公開一種生產(chǎn)工藝，反應(yīng)過程中添加溶劑油、石油醚或鹵代烴作為惰性溶劑；缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，需0.5?I小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后需采用蒸餾工藝將生成的硝酸異辛酯與惰性溶劑進(jìn)行分離，增加其生產(chǎn)過程的危險(xiǎn)性，且增加能源消耗。CN101462962A公開一種生產(chǎn)工藝及微通道反應(yīng)器，采用微通道反應(yīng)器，降低混酸中硫酸的含量，改善了生產(chǎn)過程中的安全性；缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢硫酸未能循環(huán)使用。CN101698646A公開一種生產(chǎn)工藝，采用微管式反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是，反應(yīng)溫度控制在40?70°C，反應(yīng)體系溫度較高，存在“自加速反應(yīng)”的可能，引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢硫酸未能循環(huán)使用。CN103980125A公開一種生產(chǎn)工藝，采用微通道反應(yīng)器，解決了生產(chǎn)過程中廢硫酸的循環(huán)使用問題；缺點(diǎn)是廢硫酸循環(huán)使用需處理成濃度最低為90%，且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)為0.5?I小時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種硝酸異辛酯的連續(xù)生產(chǎn)工藝及這種生產(chǎn)工藝所用到的反應(yīng)器；解決現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、廢硫酸量大、反應(yīng)體系傳質(zhì)效率低的問題，以提高其經(jīng)濟(jì)性；解決生成的硝酸異辛酯在酸性體系內(nèi)存在時(shí)間長(zhǎng)的問題，以提高其工藝過程的本質(zhì)安全性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其硝化反應(yīng)過程是在特制的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，包括下述步驟:
[0006]a)啟動(dòng)反應(yīng)器，向反應(yīng)器冷卻單元內(nèi)通入冷媒。
[0007]b)向反應(yīng)器反應(yīng)單元內(nèi)通入質(zhì)量濃度為98%的硫酸。
[0008]c)按硫酸與硝酸的摩爾比為2.5?3.8的比例向反應(yīng)器反應(yīng)單元內(nèi)通入質(zhì)量濃度為97%的硝酸；同時(shí)按硝酸與異辛醇的摩爾比為1.05?1.15的比例向反應(yīng)器反應(yīng)單元內(nèi)通入質(zhì)量濃度為99.5%的異辛醇。
[0009]d)調(diào)節(jié)進(jìn)料流量以控制反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間在I?3分鐘。
[0010]e)調(diào)節(jié)冷媒流量，控制反應(yīng)體系內(nèi)的溫度在O?35°C。
[0011]f)自反應(yīng)器重組份出口流出的酸相，進(jìn)入聚集分離器進(jìn)行油-酸分離，油相(硝酸異辛酯粗品)去洗滌器鹽水洗滌；酸相(稀硫酸)去硫酸循環(huán)罐，循環(huán)使用。
[0012]g)循環(huán)使用硫酸的要求為質(zhì)量濃度在65?98%間。
[0013]h)自反應(yīng)器輕組份出口流出的輕相，進(jìn)入聚集分離器進(jìn)行油-酸分離，油相(硝酸異辛酯粗品)去洗滌器水洗滌；酸相(稀硫酸)去硫酸循環(huán)罐，循環(huán)使用。
[0014]i)出洗滌器的硝酸異辛酯粗品經(jīng)中和器中和再經(jīng)水洗至中性后，去干燥得成品。
[0015]作為優(yōu)選，硫酸與硝酸的摩爾比為3.2: 1，硝酸與異辛醇的摩爾比為1.1: I。
[0016]用于實(shí)現(xiàn)上述方法的反應(yīng)器包括冷卻單元、反應(yīng)單元和分離單元。
[0017]冷卻單元包括外殼、內(nèi)桶體、導(dǎo)流板和冷媒進(jìn)/出接管。
[0018]反應(yīng)單元包括電機(jī)、內(nèi)桶體、轉(zhuǎn)鼓、底部葉輪和物料進(jìn)/出接管。
[0019]分離單元包括電機(jī)、轉(zhuǎn)鼓、葉片、輕相收集腔、重相收集腔、檔板和輕組份出接管、重組份出接管。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021]a)采用特制反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)-冷卻-分離一體連續(xù)操作。
[0022]b)實(shí)現(xiàn)硫酸的直接回用，降低消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0023]c)采用特制反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)硫酸與硝酸異辛酯在反應(yīng)器內(nèi)的直接分離。大大縮短硝酸異辛酯在酸性體系內(nèi)的停留時(shí)間，提高了工藝的本質(zhì)安全性。
[0024]d)采用特制反應(yīng)器，強(qiáng)化了傳質(zhì)效果，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高了工藝的本質(zhì)安全，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法實(shí)施例的工業(yè)流程圖。
[0026]圖2是本發(fā)明中使用的特制反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，包括以下步驟:
[0029]a)啟動(dòng)反應(yīng)器電機(jī)，向反應(yīng)器的冷卻單元通入冷媒。
[0030]b)按反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間為1.5分鐘設(shè)定流量。
[0031]c)向反應(yīng)器的反應(yīng)單元，栗入質(zhì)量濃度為98%的硫酸。
[0032]d)當(dāng)反應(yīng)器的重組份出口流出重相時(shí)，按硫酸與硝酸的摩爾比為3.2的比率向反應(yīng)器的反應(yīng)單元內(nèi)栗入97%的硝酸。
[0033]e)按硝酸與異辛醇的摩爾比為1.1的比率向反應(yīng)器的反應(yīng)單元內(nèi)栗入99.5%的異辛醇。
[0034]f)調(diào)節(jié)冷媒流量，控制反應(yīng)體系的溫度在10?15°C。
[0035]g)自反應(yīng)器重組份出口流出的重相，進(jìn)入聚集分離器進(jìn)行油-酸分離，油相(硝酸異辛酯粗品)去洗滌器洗滌；酸相(稀硫酸)去硫酸循環(huán)罐，循環(huán)使用。
[0036]h)自反應(yīng)器輕組份出口流出的輕相，進(jìn)入聚集分離器進(jìn)行油-酸分離，油相(硝酸異辛酯粗品)去洗滌器洗滌；酸相(稀硫酸)去硫酸循環(huán)罐，循環(huán)使用。
[0037]i)在洗滌器內(nèi)硝酸異辛酯粗品與水?dāng)嚢杌旌希慈埶岷笕刖奂蛛x器進(jìn)行油/水分離，下層水相入廢水收集池；上層油相為硝酸異辛酯粗品進(jìn)入中和器。
[0038]j)在中和器內(nèi)加入10%的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)液入聚集分離器進(jìn)行油/水分離，下層水相入廢水收集池；上層油相為硝酸異辛酯粗品進(jìn)入洗滌器。
[0039]k)在洗滌器內(nèi)硝酸異辛酯粗品與水?dāng)嚢杌旌?，入聚集分離器，進(jìn)行油/水分離，下層水相入廢水收集池；上層油相為中性的硝酸異辛酯粗品進(jìn)入干燥器。
[0040]I)在干燥器內(nèi)硝酸異辛酯粗品與干燥的4A分子篩接觸，脫除殘余水份，得成品。所得成品，純度(GC)99.5%,收率:96.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于包括下述步驟: a)將質(zhì)量濃度為65?98%的硫酸連續(xù)通入反應(yīng)器，再將質(zhì)量濃度為97%的硝酸和質(zhì)量濃度為99.5%的異辛醇同時(shí)連續(xù)通入反應(yīng)器；在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行混合并發(fā)生酯化反應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)硫酸相和硝酸異辛酯相的分離。 b)自反應(yīng)器上部的一側(cè)流出硫酸相，經(jīng)聚集分離后，硫酸流入硫酸循環(huán)罐，再次栗入反應(yīng)器，重復(fù)使用，少量的硝酸異辛酯流入洗滌器中用水洗滌處理；自反應(yīng)器上部的另一側(cè)流出硝酸異辛酯相，經(jīng)聚集分離后，少量的硫酸流入硫酸循環(huán)罐，硝酸異辛酯流入洗滌器中用水洗滌處理；出洗滌器的硝酸異辛酯粗品再經(jīng)中和-洗滌一干燥得成品。2.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于:所述包含硫酸的重相進(jìn)入聚集分離器，分出少量的硝酸異辛酯，硫酸進(jìn)入硫酸循環(huán)罐循環(huán)使用。3.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于:所用的循環(huán)硫酸的質(zhì)量濃度為65?98%的硫酸。4.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于:通入反應(yīng)器的硫酸與硝酸的摩爾比為2.5?3.8: I ;硝酸與異辛醇的摩爾比為1.05?1.15: I。5.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于:反應(yīng)溫度控制在O ?35。。。6.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法，其特征在于:反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間為I?3分鐘。7.如權(quán)利要求1所述的硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法中所使用的反應(yīng)器，其特征在于:所使用的反應(yīng)器包括冷卻單元、反應(yīng)單元和分離單元；所述的冷卻單元包括外殼、內(nèi)桶體、導(dǎo)流板和冷媒進(jìn)/出接管；所述的反應(yīng)單元包括電機(jī)、內(nèi)桶體、轉(zhuǎn)鼓、底部葉輪和物料進(jìn)/出接管；所述的分離單元包括電機(jī)、轉(zhuǎn)鼓、葉片、輕相收集腔、重相收集腔、檔板和輕組份出接管、重組份出接管。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種硝酸異辛酯的連續(xù)制備方法及反應(yīng)器，包括以下步驟：將質(zhì)量濃度為65～98％的硫酸連續(xù)通入反應(yīng)器，再將硝酸和異辛醇同時(shí)連續(xù)通入反應(yīng)器；反應(yīng)器上部的一側(cè)流出酸相，另一側(cè)流出酯相；流出的酸相入硫酸循環(huán)罐，酯相流入洗滌器洗滌處理，再經(jīng)中和--洗滌--干燥得成品。所述方法硫酸與硝酸的摩爾比為2.5～3.8∶1；硝酸與異辛醇的摩爾比為1.05～1.15∶1；反應(yīng)溫度0～35℃；反應(yīng)器時(shí)間1～3分鐘；所使用反應(yīng)器的特點(diǎn)：冷卻單元、反應(yīng)單元和分離單元集合于一體；本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料；②本質(zhì)安全度高；③實(shí)現(xiàn)硫酸的循環(huán)使用；④生產(chǎn)效率高；⑤工藝簡(jiǎn)單，投資少，生產(chǎn)成本低。
【IPC分類】C07C203/04, C07C201/02, B01J19/18
【公開號(hào)】CN105130818
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510152100
【發(fā)明人】羅會(huì)芹
【申請(qǐng)人】羅會(huì)芹
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日