[发明专利]一种硝酸异辛酯的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及微反应技术硝化工艺，具体涉及一种将微混合器与管式反应器组合硝化异辛醇生产硝酸异辛酯的工艺。

背景技术

醇类硝化(亦有称为酯化)合成硝酸酯在工业上是极其危险的一类反应。其中，硝化甘油和硝酸异辛酯分别是军用和民用领域两个最具价值的产品。

硝酸异辛酯是一种重要的柴油燃料添加剂，提高柴油十六烷值(CN值)可以加速柴油点火、改善发动机性能。硝酸异辛酯的生产是个极其危险的反应过程，现有技术中，一般均采用混酸硝化异辛醇的方法进行生产，主要特征是用发烟硝酸与浓硫酸配制成混酸，以过量硝酸与异辛醇在低温下反应，传统反应过程是以缓慢滴加异辛醇于混酸中为特征。连续硝化工艺则以喷射硝化和管道式硝化为代表，包括先进的Nilssen-Brunnberg喷射硝化法和Hercules管道硝化法。西安近代化学所用压空喷射硝化工艺合成硝酸异辛酯，压空管与两原料管分别形成内外混合喷射器，混酸、醇与压空预混合，经喷喉、扩张段乳化成均匀的乳状液体进行硝化反应，然后通过冷却法分离。管道硝化法主要是将混酸和醇在T形管内混合，在管道硝化器内反应，再经冷却分离。

微反应技术合成硝酸异辛酯最早由中国科学院大连化学物理研究所公开，专利CN 101462962B在微通道反应器内硝化得到产品纯度99.5％，收率98.9％。专利CN 201410202348中也公开了一种采取微通道反应器合成硝酸异辛酯的方法，主要特征是在0-5℃下反应0.5-1小时，该专利并未公开在微通道反应器内如何实现如此高的停留时间(微通道反应器内较难操作1-2小时^-1的空速)，也未披露其专利实施效果。康宁公司也申请了在流动反应器内合成硝酸异辛酯的专利(CN104892425A)，主要采用88-92％的硫酸工艺，也取得了较好的专利实施效果。大连微凯化学在其专利CN 201510037012中公开了采用微混合器与列管反应器组合硝化工艺生产硝酸异辛酯，主要特征是将混酸配制与硝化反应连续在两套微混合器与列管反应器中先后进行，技术参数中硝酸与异辛醇摩尔比以1.0-1.02:1为优选条件，以及反应和产物接收皆在0-10℃间，该工艺反应物转化率高于99％，产品收率98％以上。

上述专利中，CN 101462962B原理性提出了微反应器硝化异辛醇的基本方法，但由于缺乏对过程分解机理和反应速度的认识，方法尚未完善；专利CN201410202348反应温度低，需采取低反应空速条件或构建很长的微通道结构，空时效率低；CN 104892425A由于采用了较低浓度的硫酸工艺，其混合酸中硝酸含量低，因而废酸量更大。专利CN 201510037012组合硝化工艺中列管反应器可能存在物料分布不均问题，对于硝酸酯安全生产过程，必需确保反应物均匀分布；由于其同样在0-10℃间反应，列管反应器体积大，硝化装置持液量高也带来安全隐患。

因此，异辛醇硝化生产硝酸异辛酯必需追求更为安全高效的反应技术，确保生产过程安全，产品优秀。

发明内容

本发明在充分研究硝化反应过程分解机制和反应动力学基础上，提出如下生产硝酸异辛酯的技术方案：

一种硝酸异辛酯的生产方法，主要生产设备包括由微混合器、微换热器和管式反应器构成的硝化单元，一个反应产物自动分离器，和一组用于洗涤反应产物的微混合器。其中，硝化单元微混合器具有入口通道阻力特性大于混合通道阻力特性的结构，优选地，该微混合器两个物料的入口通道阻力皆大于混合通道阻力与后续微换热器和管式反应器阻力之和，并且微混合器集成换热单元，该换热单元的微通道与混合通道按现有的错层式方式集成，可逆流或并流换热操作；所述微换热器的一个显著特征是热侧通道的水力直径小于冷侧通道水力直径；所述管式反应器为单管反应器，单管反应器可以按生产规模设计不同口径的尺寸结构，优选该单管反应器设置外套管，套管内通冷流体，用于控制管式反应器内的反应温度。