CN102218291A - 化学反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学反应的方法，主要解决以往技术中存在目的产物选择性低、副反应产物含量高的技术问题。本发明通过采用在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行的技术方案，较好地解决了该问题，可用于化学反应的工业生产中。

Description

化学反应的方法
技术领域
本发明涉及一种化学反应的方法，特别是关于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。
背景技术
化学反应在石化工业、化学工业、石油化工、生物化工及环境工程等方面都有着极其广泛的应用。几乎所有的化学反应都存在着内外扩散的问题，如反应物料之间的扩散、反应物料与催化剂之间的扩散、产物与催化剂之间的扩散等。由于传质效果差，在常规重力场中扩散问题成为阻碍化学反应顺利进行的主要因素。在实际应用中常规重力场下的化学反应普遍存在着以下缺点：1、传质慢；2、物料的停留时间长，副产物多，生产效率低；3、能耗大；4、化学反应设备体积大。
根据英国帝国化学工业公司(ICI)提出的EP0023745A3专利，提到旋转床可用于吸收、解析、蒸馏等过程，但没有公开工业化规模的应用技术。
CN1064338A公开了利用旋转床进行油田注水脱氧的方法；CN1116146A公开了一种在超重力场下制备超微颗粒的方法；CN1116185A公开了利用旋转床超重力场装置作为反应器，制备超细碳酸钙的方法；CN1341694A公开了采用超重力旋转填充床技术制备纳米氢氧化镁的新工艺；这些技术成功地将旋转床应用于工业规模的制备过程。
尽管如此，由于超重力场技术是八十年代初才出现的新技术，其内部机理还在继续探索，应用开发研究仍在不断进行，新的应用领域还在不断的开拓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往文献中存在的选择性低、副反应产物含量高的技术问题，提供一种新的化学反应的方法。该方法具有选择性高、副反应低的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种化学反应的方法，其特征在于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。
上述技术方案中化学反应包括水解反应、酯化反应、缩合反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、聚合反应、烷基化反应、羰基化反应。化学反应优选为包括水解反应、酯化反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、烷基化反应、羰基化反应。化学反应更优选为制备C1～C4烷基亚硝酸酯的酯化反应。化学反应最优选为制备C1～C2烷基亚硝酸酯的酯化反应。
上述技术方案中重力场装置的转子的转速为50～8000rpm，优选转速范围为100～6000rpm。
由于超重力场装置可以强化传递与反应过程，在超重力场反应器中进行化学反应，可强化反应物料之间、反应物料与催化剂之间及产物与催化剂之间的传质，减少扩散对化学反应过程的影响，使反应物迅速离开反应环境，促使反应物向产物方向移动，从而克服常重力场中化学反应存在的缺点，达到提高反应效率，提高选择性，减少副产物的生成，减少设备体积，降低能耗的效果。同时，由于传热过程的强化使反应热迅速被移出，使化学反应更加平稳进行。
本发明的方法具有以下优点：
1、由于在超重力场装置中进行化学反应，极大地强化了传质过程，减少或消除了反应物料之间，反应物料与催化剂之间，以及反应产物与催化剂之间的扩散过程对催化反应的影响，从而缩短了反应时间，使单位时间的处理能力提高十几倍乃至上百倍，反应效率大大地提高，设备的尺寸大大地减小，降低了能耗，减少了设备的投资。
2、由于反应物料在超重力场装置中的停留时间缩短(小于0.5秒)，所以副产物明显减少，选择性明显提高，产品的质量明显提高。
3、由于在超重力场中强化了气液相的传质过程，使气体与液体在微观上能充分混合，气体更易溶于液相中，因而能降低反应压力，使一些高压、高温气液相反应可以在较低压力和温度下进行，进而降低能耗，解决了高压高温反应的材质问题和工程放大问题，可节省大量投资。
附图说明
图1是气液相逆流接触超重力场装置示意图。
图2是气液相并流接触超重力场装置示意图。
图1中1-气体入口 2-旋转填料或催化剂层 3-气体出口 4-进液口 5-电机轴 6-液体分布器 7-出液口 8-进液口管线 9-出液管路。
图2中1-气体出口 2-旋转填料或催化剂层 3-气体入口 4-进液口 5-电机轴 6-液体分布器 7-出液口 8-进液口管线 9-出液管路。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的方法。
如图1所示，气液两相采用逆流接触的方式进行化学反应。含有反应物料的气体通过气体入口1沿切向引入超重力场装置，在压力差的作用下穿过高速旋转的旋转填料或催化剂层2与由置于超重力场装置反应器中心的液体分布器6喷出的含有反应物料的液相逆流接触，气液两相在高速旋转的旋转填料或催化剂层中强烈混合、湍动进行传质与反应，反应后的气相由超重力场装置反应器的气体出口3引出，反应后的液相被高速甩出后经出液口7引出，气液两相各自进入后处理系统或做它用。
如图2所示，气液两相采用并流接触的方式进行化学反应。气液两相分别由超重力场装置反应器的中心的气体入口3和进液口4引入，共同穿过高速旋转的旋转填料或催化剂层2，气液两相在高速旋转的旋转填料或催化剂层中强烈混合、湍动进行传质与反应，反应后的气相由超重力场装置反应器的气体出口1引出，反应后的液相被高速甩出后经出液口7引出，气、液两相分别进入后处理系统或做它用。
【实施例1】
在超重力反应器中进行甲醇、氧气与NO酯化反应生产亚硝酸甲酯。采用附图1所示超重力反应器装置。
含NO原料气体的气体量为100m3/h，其中，NO的浓度为10％v(其余为氮气)，氧气的气体量2m3/h，两股气体通过气体入口1进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转填料2，旋转填料转速调至2000rpm。甲醇溶液通过进液口管线8经进液口4引入液体分布器6及旋转填料2的内侧，气体中NO与甲醇摩尔比为1∶10，气体和液体在填料中逆流接触，反应生成的含有亚硝酸甲酯的气体流出物通过气体出口3排出，反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为20℃，压力为0.1MPa，其结果为，亚硝酸甲酯的选择性为99.97％，氧气的转化率为100％。
【实施例2】
在超重力反应器中进行乙醇、氧气与NO酯化反应生产亚硝酸乙酯。采用附图2所示超重力反应器装置。
含NO原料气体的气体量为100m3/h，其中，NO的浓度为15％v(其余为氮气)，氧气的气体量3m3/h，两股气体通过气体入口3进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转填料2，旋转填料转速调至2000rpm。乙醇溶液通过进液口管线8经进液口4引入液体分布器6及旋转填料2的内侧，气体中NO与乙醇摩尔比为1∶8，气体和液体在填料中并流接触，反应生成的含有亚硝酸乙酯的气体流出物通过气体出口1排出，反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为30℃，压力为0.1MPa，其结果为，亚硝酸乙酯的选择性为99.95％，氧气的转化率为100％。
【实施例3】
在超重力反应器中进行裂解汽油苯乙炔除氢。采用附图1所示超重力反应器装置。
用θ氧化铝为载体，用负载法制备负载量为13％的镍催化剂，液相原料为以重量百分比计，含40％苯乙烯，10％乙苯，0.1％苯乙炔的碳八馏分为原料，气体为氢气，催化剂固定在旋转填料上。
氢气通过气体入口1进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转催化剂层2，旋转催化剂层转速调至3000rpm。含苯乙炔的碳八馏分溶液通过进液口管线8经进液口4引入液体分布器6及旋转催化剂2的内侧，氢气/苯乙炔摩尔比为3∶1，气体和液体在催化剂中逆流接触，未反应的氢气通过气体出口3排出，除去苯乙炔的反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为40℃，压力为0.3MPa，停留时间为0.1秒，其结果为，苯乙烯的损失率为0.1％，反应流出物中苯乙炔的含量为1ppm。
【比较例1】
按照实施例1相同的条件及反应原料，只是采用固定床反应器，其结果为：亚硝酸甲酯的选择性为90.5％，硝酸的含量为1000ppm。
【比较例2】
按照实施例2相同的条件及反应原料，只是采用固定床反应器，其结果为：亚硝酸乙酯的选择性为89.5％，硝酸的含量为1500ppm。

Claims (7)

1.一种化学反应的方法，其特征在于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。
2.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应包括水解反应、酯化反应、缩合反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、聚合反应、烷基化反应、羰基化反应。
3.根据权利要求2所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为包括水解反应、酯化反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、烷基化反应、羰基化反应。
4.根据权利要求3所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为制备C1～C4烷基亚硝酸酯的酯化反应。
5.根据权利要求4所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为制备C1～C2烷基亚硝酸酯的酯化反应。
6.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述超重力场装置的转子的转速为50～8000rpm。
7.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述超重力场装置的转子的转速为100～6000rpm。
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