CN1023558C - 硝酸异辛酯的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的硝酸异辛酯生产工艺是属于硝酸酯的生产方法，采用略高于常温的反应温度和合适的硝酸与硫酸的混合配比，采用高效的物理脱水干燥，产品纯度高、收率高。该工艺设备投资省、成本低、操作安全，易于工业应用推广。所获产品经试验证明对柴油十六烷值有明显改进。

Description

本发明的硝酸异辛酯生产工艺属于化工产品硝酸酯生产方法。硝酸异辛酯是一种高效的柴油十六烷值改进剂。

现有技术中生产硝酸异辛酯的方法，一般均采用混酸法，即在常温或低于常温（10～25℃或-10～10℃）的条件下，将异辛醇加入由硝酸和硫酸组成的混酸中，在制冷盐水冷却条件下使反应系统保持低温，反应物再注入冷水中分层，将酯层洗涤。该过程中，为了防止氧化支链副反应，必须在低温下进行，要稳定地持续保持低温操作必须有冷冻剂，而这种装置投资较大，耗能也比较高。美国专利US2768964（56年）提出了一种减压下共沸蒸出酯和水的方法，此方法用于合成低沸点的硝酸酯有较高收率，但对于高沸点的硝酸酯仅有50%左右的产率。美国专利US4479905（84年）提出了连续硝化乙氧基乙醇及异辛醇混合物的方法，在低温下操作，混酸配比为水∶硝酸∶硫酸等于12∶20∶68中国专利CN1031525A（89年）提出了在40℃以下（最佳条件25℃以下）;混酸配比为水∶硝酸∶硫酸等于7～13∶20～25∶62～68，收率为95～97℃。

以上都是需要以制冷装置产生冷源的低温法，由于反应过程是放热的，为保持系统的低温条件，就得不断地取走热量，如果发生故障而使冷媒供应中断时，或在常温下放置就会使贮槽废液中的有机物氧化变质而不能循环使用，排出则会对环境造成危害。同时在酯和水的分离过程中采用共沸蒸馏，耗能比较高。

本发明的目的在于提出一种不需要制冷系统，又不需要较高能耗的减压共沸分离酯和水的设备;以及生产过程更加简单可靠、成本低、收率高的硝酸异辛酯的生产方法。

发明的概述

为达到上述目的，本发明采取了略高于常温的反应温度，控制在值热能（热水、低压蒸汽或其它热源）来维持这种略高于常温的条件是很容易的，也经济合理，因而不需要现有技术中庞大复杂不经济的制冷系统。为了抑制较高温度下副反应的发生，本工艺采用尿素或硝铵等含氨物质作为稳定剂，选择的混酸浓度配比为：硝酸12～50%，硫酸25～61%，水20～30%。其较佳配比为：硝酸13～48%，硫酸28～61%，水22～30%。

实施本发明可在釜式、溢流式或喷射式反应器中进行，既可以采用间歇操作，也可采取连续操作。反应器采用耐酸材料制成，由于反应是微放热的，当反应热不足以维持所需反应温度时，应向反应器供给热水或其它低值热源，以维持较佳反应温度。尿素的加入量为混酸重量的1～6%。

上述反应产物的粗酯先经过分离器，利用重度差将酯和废酸分开，再经碱洗、水洗，如果采用与本发明为共同申请人的碱洗、水洗一塔化的简化设备专利技术，可节水80%，使成本进一步降低，又可减少排水造成的污染。然后交酯层引入高效的物理脱水器，使产品脱水干燥，该脱水器是一个容器，如图2所示，含水的粗酯液进入脱水器，在脱水膜（16）（本发明用毛毡材料，也可用其它亲油 疏水材料）的作用下水被阻留，由排水口（15）脱出，酯被诱导通过脱水膜（16）进入产品室（17），然后由产品出口（18）排入产品罐。最终硝酸异辛酯收率可达99.5%。

本发明的效果

本工艺比已有技术具有明显的优越性。发明的目的已经达到，首先是避免使用复杂的制冷系统，节省了设备投资和操作费用，并由于可以充分利用其本身的反应热，从而大大节约了能源，当选择最恰当的操作条件时，可以完全不向系统供应热源，或者所供热源可以利用廉价的低值热能。本发明物理脱水器用于该过程已有技术中使用真空干燥等方法投资少、能耗低、操作简便，所得酯产品脱水收率可提高10%强。另外由于本工艺采取比已有技术较低的硫酸浓度和加入了含氨的稳定剂，因而增强了反应过程的安全性，在浓酸的环境中硝酸本身易分解并产生热量使温度升高，而高温下硝酸分解加剧，这样的恶性循环是极不安全的因素，并且不易采取有效的控制措施，这在以往的硝酸酯生产历史上是有教训的。而本工艺一方面由稳定剂起抑制作用，另一方面，一旦发现温度升高也容易采取有效的控制措施，比如向系统内注水，由于水本身温度一般低于常温而本工艺正常反应温度高于常温，这样使用一般工业用水即可容易地控制反应温度。而在现有技术的条件下，由于正常反应的温度处于低温，冷冻盐水的温度与反应温度之差很小的，要迅速取走大量的反应热是很难做到的。

本发明反应后的废酸，由于可在常温下较长时期贮存，而不致引起有机物氧化变质能回用，所以减少了废酸的处理量，便于废酸的循环使用。

说明书附图说明：

图1是釜式的硝酸异辛酯生产工艺流程图，图中：

1.浓硝酸计量罐，2.浓硫酸计量罐，3.醇计量罐，4.5.混酸罐，6.7.8.反应釜，9.分离器，10.碱洗、水洗塔，11.物理脱水器，12.13.计量泵。

图2是物理脱水器结构简图，图中：

14.进料口，15.排水口，16.脱水隔膜，17.产品室，18.产品出口。

实施例：（见图1）

1.采用三个溢流反应釜（6.7.8），经浓硝酸计量罐和浓硫酸计量罐（1.2）按比例（硝酸19%，硫酸59%）配制的混液进入混酸罐（4.5），用计量泵（12.13）将加入稳定剂（尿素）3份的混酸196份和异辛酯49份连续注入反应釜（6.7.8），反应温度70℃，平均停留时间为50分钟，由反应釜（8）溢出的反应物料进入分离器（9），分离器底部排出的废酸大部分返回反应系统循环使用，小部分去废酸处理，分离器顶部溢出的酯相进入碱洗、水洗塔（10），该塔上部注入水，中部注入碱液，经洗涤后的粗酯由该塔顶部溢出进入物理脱水器（11），水由排水口（15）排出，经脱水后的精酯去产品包装。所获硝酸异辛酯产品纯度为99.56%，收率为98.00%。

2.采用间歇法，在带有搅拌器的釜式反应器中，加入混酸140升，稳定剂尿素4公斤，其浓度配比为硝酸48%，硫酸26%，水26%，反应釜夹套用热水循环加热，加入异辛醇80升，维持反应温度50℃，加料时间约40分钟，持续搅拌1小时以上，然后静置分层，移去酸液，将酯层水洗、碱洗，直至pH＝7为止，进入物理脱水器进行脱水干燥。产品纯度为99.0%，收率为98.5%。

使用本发明的工艺方法制得的硝酸异辛酯，其质量指标已达到国际标准。经试验证明，对提高柴油十六烷值有明显效果。

Claims (4)

1、一种硝酸异辛酯的生产工艺，该化合物用一般的原料：异辛醇和HVO₃，在催化剂H₂SO₄作用下，经反应、分离、水洗、碱洗、脱水干燥等工艺制备而成，其结构为：

其特征在于：

①反应温度为30～80℃；

②反应器中的混酸浓度配比为：硝酸12～50%，硫酸25～61%，水20～30%；

③反应需加入控制副反应的含氮物质尿素作稳定剂；

④反应产物硝酸异辛酯进行水洗、碱洗；

⑤使用物理脱水器进行脱水干燥。

2、如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于较佳工艺条件为：反应温度50～75℃;混酸的浓度配比：硝酸13～48%，硫酸28～61%，水22～30%。

3、按权利要求1所述的方法，其特征是稳定剂尿素的添加量占混酸重量的1～6%。

4、按权利要求1所述的方法，其特征是使用了一个干燥脱水材料为毛毡或其它亲油疏水材料的物理脱水器。