在流動反應(yīng)器中連續(xù)合成硝酸異辛酯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在流動反應(yīng)器中連續(xù)合成硝酸異辛酯，具體來說，涉及使用90%的H2SO4在流動反應(yīng)器中連續(xù)合成硝酸異辛酯，且停留時間至少為5秒。
【背景技術(shù)】
[0002]硝酸異辛酯也稱為硝酸2-乙基己酯，是改善柴油的十六烷值(CN)的重要添加劑。更高的CN降低燃點，加速點火，改善發(fā)動機功率并減少燃料消耗。因此需要高效、安全和環(huán)境友好地生產(chǎn)硝酸異辛酯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種用于在連續(xù)流動反應(yīng)器中合成硝酸異辛酯(isooctyl nitrate)的方法,其包括使H2SO4-HNO3混酸在流動反應(yīng)器中流動，并使異辛醇流入所述流動反應(yīng)器，從而將所述異辛醇與所述H2SO4-HNO3-酸混合，并產(chǎn)生在所述反應(yīng)器中流動的反應(yīng)混合物流，同時將在所述反應(yīng)器中流動的反應(yīng)混合物流維持在下述含端值的溫度范圍中:-10°C到35°C。此外，在所述流動反應(yīng)器中的反應(yīng)混合物流的停留時間在5-40秒含端值的范圍之內(nèi)，且在所述H2SO4-HNO3混酸中的H2SO4是濃度在下述含端值范圍的H2SO4:85-95%。在其他或替代實施方式中，在所述H2SO4-HNO3混合物中的H2SO4是濃度在下述含端值范圍的H2SO4:88-92 %，或者濃度為90%的H2SO4。
[0004]其它替代或附加的方面(以附加步驟的形式，該步驟優(yōu)選地包含于任意或全部其它實施方式的步驟)包括收集反應(yīng)后H2SO4并將所述收集的H2SO4再次利用于所述H2SO4-HNO3混合物中。
[0005]本發(fā)明提供了在流動反應(yīng)器中合成硝酸異辛酯的方法，其中可取得非常高的轉(zhuǎn)化率(至少99.5%且最高達100%)和產(chǎn)率(至少99%且最高達100%)，并用濃度更小的H2SO4取代典型的98%H2S04，例如濃度在下述范圍的H2SO4:85-95% (含端值)，優(yōu)選地88-92% (含端值)，最優(yōu)選地90% (至典型工業(yè)公差內(nèi))。這允許回收和再利用H2SO4，因此降低了該方法的成本，并減少了該方法對環(huán)境的影響。
[0006]在以下的詳細描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實施方式而被認識。
[0007]應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都僅僅是示例性的，用來提供理解權(quán)利要求的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。所附附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。【附圖說明】了本發(fā)明的一個或多個實施方式，并與說明書一起用來解釋各種實施方式的原理和操作。
【附圖說明】
[0008]圖1是將通過本發(fā)明的方法執(zhí)行的反應(yīng)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明方法的一種實施方式的工藝圖。
[0010]圖3是用于實施本發(fā)明的方法的流動反應(yīng)器的一種實施方式的示意圖。
[0011]圖4是用于實施本發(fā)明的方法的流動反應(yīng)器的另一種實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明提供了用于在流動反應(yīng)器中從異辛醇和HNO3-H2SO4酸混合物生產(chǎn)硝酸異辛酯的連續(xù)方法。反應(yīng)的示意圖見圖1，工藝圖200見圖2，其包括流動反應(yīng)器100和其它工藝組件。優(yōu)選地使用無脈沖泵分別計量添加H2SO4 (進料Al)、ΗΝ03 (進料A2)和異辛醇(進料A3)這3種化學(xué)物質(zhì)。在這種情況下，通過使進料Al和A2 —起流動從而在反應(yīng)器模塊110中混合所述酸，來在流動反應(yīng)器100中制備HNO3-H2SO4酸混合物?；蛘?，可在上游批料中制備HNO3-H2SO4酸混合物然后用I個泵計量添加，在這種情況下，模塊110代表用于酸混合物(并因此不是所述流動反應(yīng)器100的一部分)的批料加工源110，該酸混合物流入(通過用虛線表示的單一泵泵送)所述流動反應(yīng)器100的模塊120，且在進料Al和A2上所示的泵不是必須的。無論哪種情況，使用了更低濃度的H2SO4,而不是典型的高濃度98%H2S04作為所述酸混合物的組分。所用H2SO4可具有如下的濃度范圍:85-95% (含端值)，優(yōu)選地88-92% (含端值)，最優(yōu)選地90%，至在典型工業(yè)公差之內(nèi)。無論在哪種情況下(酸混合是否發(fā)生在流動反應(yīng)器100中)，在本實施方式中都使所述酸混合物在流動反應(yīng)器100中流動，在(并進入)模塊120。
[0013]在本實施方式中，還將異辛醇作為進入模塊120的進料A3流入所述流動反應(yīng)器100，從而將所述異辛醇和所述H2SO4-HNO3混合物混合，并產(chǎn)生在該反應(yīng)器100中流動的反應(yīng)混合物流，在所示實施方式中該流開始于模塊120中。
[0014]將在所述流動反應(yīng)器中的反應(yīng)時間(在醇與酸混合物第一次接觸之后的“保留時間”或“停留時間”)控制在下述范圍:5-40秒(含端值)，優(yōu)選地10-20秒(含端值)。如果在該流動反應(yīng)器100中需要附加體積(長度)的流動路徑來取得這種停留時間，同時具有足夠的流速來獲得所需的生產(chǎn)和混合速率，可在模塊120的下游使用一個或多個附加模塊130 (用虛線表示，因為它是任選的)。優(yōu)選地使該反應(yīng)混合物流在通道內(nèi)流動，該通道被成形為在整個停留時間期間都引起混合。換句話說，在所示實施方式中，在模塊120中的所述酸混合物與醇接觸點的下游，優(yōu)選地將流動通道成形為沿著其整個長度引起混合，同時在模塊120之內(nèi)和在后續(xù)的流動反應(yīng)器模塊130之內(nèi)(如果有的話)誘導(dǎo)混合。
[0015]當(dāng)所述酸混合物和醇被混合并隨后在反應(yīng)器100中一起流動時，將該工藝的溫度范圍維持在下述溫度范圍之內(nèi):-10°C-35°c (含端值)，優(yōu)選地5°C-15°c (含端值)。這可通過使用圍繞所述反應(yīng)器100或在所述反應(yīng)器100中循環(huán)的冷卻的熱控制流體來實現(xiàn)，優(yōu)選并行的圍繞模塊120或在模塊120中和圍繞后續(xù)的模塊130 (如果有的話)或在后續(xù)的模塊130 (如果有的話)中循環(huán)。
[0016]流速范圍可從用于醇反應(yīng)物的0.25摩爾/分鐘(例如在康寧有限公司(CorningIncorporated)的組裝自“G1”流動模塊的高通量(Advanced-Flow?)反應(yīng)器中)延伸到用于醇反應(yīng)物的16摩爾/分鐘(例如在康寧有限公司(Corning Incorporated)的組裝自更大的“G4”流動模塊的高通量(Advanced Flow?)反應(yīng)器中)。如上所述，優(yōu)選地這樣設(shè)計反應(yīng)器，從而使該反應(yīng)混合物流在通道內(nèi)流動，該通道被成形為在整個停留時間期間都引起混合。在這些條件下，“G1”和“G4”流動反應(yīng)器(如下文實施例所述)中的系統(tǒng)壓力范圍是從0.2MPa到IMPa，并實現(xiàn)了安全和穩(wěn)定的工藝，因為系統(tǒng)壓力、產(chǎn)物溫度或者產(chǎn)物顏色都沒有改變。
[0017]在反應(yīng)之后，隨后將粗產(chǎn)物溶液在分離器/分離工藝140中分離，以獲得有機相，可用水性NaHC03洗滌和中和該有機相。干燥、過濾后，隨后可獲得純的產(chǎn)物。通過所述公開的方法，取得了大于99.5%的轉(zhuǎn)化率(且多達100% )，和取得了好于99% (且多達100% )
的產(chǎn)率。
[0018]因為將反應(yīng)溫度限制在小于或等于35°C的溫度，且因為反應(yīng)時間(停留時間)長的(5-40秒，優(yōu)選地10-20秒)，反應(yīng)更慢且更易于控制，并防止了熱失控。考慮到這么優(yōu)異的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率是用更低濃度的H2SO4,如只是90%H2S04 (而不是98% )來實現(xiàn)的，任選的可在收集裝置/工藝150中收集反應(yīng)后H2S04。然后，可在H2SO4-HNO3混合物中再次利用收集的H2SO4，作為所述公開的方法的一部分(如從收集裝置/工藝150到進料Al的虛線所示)，例如通過提純收集的H2SO4 ( —般地，其濃度低于該方法起點處所使用的濃度)或通過將一些收集的H2SO4和更高濃度的H2SO4混合，以提供所需的起始濃度。這種再利用可降低成本，改善該方法的環(huán)境性能。
[0019]應(yīng)注意，沒有在流動反應(yīng)器100中執(zhí)行的工藝和/或步驟，例如分離工藝/裝置140、(任選的)收集工藝/裝置150、和在裝置110中的酸混合，可優(yōu)先或適當(dāng)?shù)氖橇鲃有突蜷g歇型裝置/工藝。
[0020]作為使所述H2SO4-HNO3混合物在流動反應(yīng)器100中流動的其它選擇，還可包括:當(dāng)使該H2SO4-HNO3混合物在流動反應(yīng)器中流動時，使該H2SO4-HNO3混合物到達或?qū)⒃揌2SO4-HNO3混合物維持在-10°C-35°C (含端值)的溫度范圍中。如有需要，在所述流動反應(yīng)器100上游的部分制備H2SO4-HNO3混合物(即，在模塊110中)，然后還可為模塊110提供環(huán)繞該模塊110或在該模塊110中循環(huán)的熱控制流體。類似的，當(dāng)異辛醇在所述反應(yīng)器100中流動之時或之前，可使異辛醇到達和/或?qū)⑵渚S持在-10°C -350C (含端值)的溫度范圍。
[0021]需選擇酸混合物和醇的流速，使得在反應(yīng)/反應(yīng)產(chǎn)物流中H2SO4相對于異辛醇的摩爾比在下述范圍:1.5:1-2:1 (含端值)。還需選擇酸混合物和醇的流速，使得在反應(yīng)/反應(yīng)產(chǎn)物流中HNO3相對于異辛醇的摩爾比是1:1。
[0022]除了允許使用更低濃度的H2SO4，允許經(jīng)濟可行地回收和再利用H2SO4以外，本發(fā)明可以且優(yōu)選地的確實現(xiàn)了 100%的轉(zhuǎn)化率和大于99.5%的產(chǎn)率，優(yōu)選地為100%的產(chǎn)率。
[0023]實施例
[0024]在或通過以下實施例進一步闡述各個實施方式。在下述實施例中使用的反應(yīng)器100如圖3和4示意性所示。
[0025]圖3顯示了流動反應(yīng)器100,在本實施方式中，其包括可從康寧有限公司(CorningIncorporated)購買的“G1”