CN103980125A - 硝酸异辛酯的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硝酸异辛酯的合成方法，包括以下步骤：配制混合酸溶液，将质量比为90％的浓硫酸溶液与质量比为98％的浓硝酸溶液进行混合成混合酸溶液，所述混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为1.5～2.5∶1，备用，这种硝酸异辛酯的合成方法通过废酸循环系统，实现了资源的有效利用；反应温度较低，应用区域广泛，可广泛适用于我国北方城市；低温反应下，反应物选择性较好，副产物较少，有利于后期废水处理，易于达到国家二级排放标准；硝酸异辛酯的成品收率较高，工艺系统简单，生产成本较低，易于实现。

Description

硝酸异辛酯的合成方法

技术领域

本发明涉及硝酸异辛酯生产工艺技术领域，尤其涉及一种硝酸异辛酯的合成方法。

背景技术

燃油添加剂可改变燃油的某些性质，使之有利于改善燃烧，以达到降低内燃机尾气有害物的排放量与节能目的，又不用增加装置或改变车辆和内燃机的结构，可以提高柴油醇在低速低负荷下的燃料能量利用率，从而提高燃烧效率，降低污染物排放，因此，近年来逐渐被广泛应用。硝酸异辛酯作为目前广泛应用的着火促进剂之一，属于无灰型助燃剂，具有消烟、助燃，无二次污染等优点，但其生产过程中存在很多安全问题，因此研发新的安全性较高的生产工艺有利于硝酸异辛酯行业的发展，有利于提高内燃机的燃烧效率和降低污染物排放，从而有利于大气污染控制，给汽车和大气污染治理行业带来新的发展机遇。

现有技术中，生产硝酸异辛酯的方法一般均采用混酸法，化学反应机理为：

2H₂SO₄+HNO₃→NO₂ ⁺+2HSO₄ ^-+H₃ ⁺O

2HSO₄ ^-+H⁺+H₃ ⁺O→2H₂SO₄+H₂O

由反应机理可知，硫酸在反应前后没有消耗，只是起到催化剂的作用。

硝酸异辛脂的生产反应是一个典型的强放热快速非均相反应，反应过程有如下特点：第一、反应速度快，在温度高于35℃时，反应几乎瞬间完成；第二、反应热集中，放热量大，在以混酸做硝化剂时，混酸中的硫酸被反应生成水稀释也放出稀释热，硝化反应的总热效应约为700kJ/kg醇；第三、反应过程非均相，密度较轻的原料异辛醇和硝酸异辛脂在上层有机相，硝酸、硫酸和水由于密度较重在下层酸相。这样大的热量如不及时快速移除，势必会使反应温度迅速上升，不仅会引起氧化副反应，使产品质量变坏，同时还将造成硝酸分解，产生大量红棕色二氧化氮气体，污染周围环境，严重时甚至发生爆炸。在工业生产中，迅速及时撤热和强化两相混合是保证过程安全生产和提高生产效率的关键。

关于合成烷基硝酸酯的方法的专利报道中，国外专利有：US2768964，公开了一种减压共沸蒸出酯和水的方法，这种方法用于合成低沸点的硝酸酯有较好的产率，但对于高沸点的硝酸酯只有50(重量％)左右的产率。国内专利有：CN1031525A公开了一种采用混酸硝化的方法，该工艺采用喷射式反应器强化两相混合，利用冰盐水对系统和产品进行冷却，控制反应在较低的温度(10～25℃)和速度下进行，以保证过程的安全性，收率为95～97％。但缺点为一、需要外加复杂的低温制冷系统来移出反应热，投资成本和操作能耗较高；二、存在较大的安全隐患，反应完成产生大量反应热后即进行冷却撤热，操作不慎或冷却介质输送故障，容易造成反应器内物料温度急剧上升，导致反应器爆炸；三、为控制热量的平稳释放和撤除，反应须控制在较低的温度下进行，导致系统生产效率不高。CN1045773A公开一种生产工艺，优点为无需外加冷却系统，反应温度在30～80℃下进行，为抑制副反应须加入稳定剂尿素和硝酸铵，反应器内物料停留时间50分钟，缺点是一、采用釜式反应器和热水控温，导致系统存料量大，撤热效率低，存在由操作不慎或冷却故障而引发反应器飞温爆炸的安全隐患；二、外加添加剂容易造成酸污染，不利于废酸的循环利用；三、反应时间较长，系统生产效率较低。CN1023558C同样公开了不需要制冷系统，而采用略高于常温的反应温度，为抑制较高温度下副反应发生，采用尿素或硝铵类含氨物质作为稳定剂，反应在30～80℃下进行。但实践中这种方法在此温度范围，硝酸有可能分解，引起氧化副反应，使产品质量不合格，产品收率也很难保持在95％以上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中制备硝酸异辛酯的工艺存在集中释放反应热存在较高的安全隐患，生产效率低、产品收率不高、资源浪费严重的问题，本发明提供了一种硝酸异辛酯的合成方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硝酸异辛酯的合成方法，包括以下步骤：

a)配制混合酸溶液，将质量比为90％的浓硫酸溶液与质量比为98％的浓硝酸溶液进行混合成混合酸溶液，所述混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为1.5～2.5：1，备用；

b)将质量比为99.5％的异辛醇溶液和混合酸溶液作为原料液分别从两个不同的入口输送进微通道反应器中，通过调控异辛醇溶液和混合酸溶液的体积流量比来控制硝酸与异辛醇的摩尔比为1.2～1.4:1；

c)异辛醇溶液与混合酸溶液在微通道反应器中接触、混合并发生酯化反应，反应温度为0～5℃，反应时间为0.5～1小时；

d)酯化反应结束后，反应产物从微通道反应器的出口流入到油酸分离器中，反应产物在油酸分离器中静置分层，分离出包含硫酸的水相排入废酸循环系统中，分离出包含硝酸异辛酯的有机相进行水洗、碱洗、再水洗至中性，再进行蒸馏和干燥后得到最终产物硝酸异辛酯。

为了进一步提高资源的利用率，减少资源浪费，所述包含硫酸的水相排入废酸循环系统中进行处理，得到质量比为90％的浓硫酸溶液，并输入到微通道反应器中，作为催化剂循环利用。

作为优选，从而提高硝酸异辛酯的收率，所述混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为2：1。

为了进一步提高硝酸异辛酯的收率，步骤b)中通过调控异辛醇溶液和混合酸溶液的体积流量比来控制硝酸与异辛醇的摩尔比为1.3:1。

本发明的有益效果是，这种硝酸异辛酯的合成方法通过废酸循环系统，实现了资源的有效利用；反应温度较低，应用区域广泛，可广泛适用于我国北方城市；低温反应下，反应物选择性较好，副产物较少，有利于后期废水处理，易于达到国家二级排放标准；硝酸异辛酯的成品收率较高，工艺系统简单，生产成本较低，易于实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明硝酸异辛酯的合成方法最优实施例的工业流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明提供了一种硝酸异辛酯的合成方法，包括以下步骤：

a)配制混合酸溶液，将质量比为90％的浓硫酸溶液与质量比为98％的浓硝酸溶液进行混合成混合酸溶液，混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为2：1，备用；

b)将质量比为99.5％的异辛醇溶液和混合酸溶液作为原料液分别从两个不同的入口输送进微通道反应器中，通过调控异辛醇溶液和混合酸溶液的体积流量比来控制硝酸与异辛醇的摩尔比为1.3:1；

c)异辛醇溶液与混合酸溶液在微通道反应器中接触、混合并发生酯化反应，反应温度为3℃，反应时间为50分钟；

d)酯化反应结束后，反应产物从微通道反应器的出口流入到油酸分离器中，反应产物在油酸分离器中静置分层，分离出包含硫酸的水相排入废酸循环系统中进行处理，得到质量比为90％的浓硫酸溶液，并输入到微通道反应器中，作为催化剂循环利用，分离出包含硝酸异辛酯的有机相进行水洗、碱洗、再水洗至中性，再进行蒸馏和干燥后得到最终产物硝酸异辛酯。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种硝酸异辛酯的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)配制混合酸溶液，将质量比为90％的浓硫酸溶液与质量比为98％的浓硝酸溶液进行混合成混合酸溶液，所述混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为1.5～2.5：1，备用；

b)将质量比为99.5％的异辛醇溶液和混合酸溶液作为原料液分别从两个不同的入口输送进微通道反应器中，通过调控异辛醇溶液和混合酸溶液的体积流量比来控制硝酸与异辛醇的摩尔比为1.2～1.4:1；

c)异辛醇溶液与混合酸溶液在微通道反应器中接触、混合并发生酯化反应，反应温度为0～5℃，反应时间为0.5～1小时；

d)酯化反应结束后，反应产物从微通道反应器的出口流入到油酸分离器中，反应产物在油酸分离器中静置分层，分离出包含硫酸的水相排入废酸循环系统中，分离出包含硝酸异辛酯的有机相进行水洗、碱洗、再水洗至中性，再进行蒸馏和干燥后得到最终产物硝酸异辛酯。

2.如权利要求1所述的硝酸异辛酯的合成方法，其特征在于：所述包含硫酸的水相排入废酸循环系统中进行处理，得到质量比为90％的浓硫酸溶液，并输入到微通道反应器中，作为催化剂循环利用。

3.如权利要求2所述的硝酸异辛酯的合成方法，其特征在于：所述混合酸溶液中硫酸与硝酸的摩尔比为2：1。

4.如权利要求3所述的硝酸异辛酯的合成方法，其特征在于：步骤b)中通过调控异辛醇溶液和混合酸溶液的体积流量比来控制硝酸与异辛醇的摩尔比为1.3:1。