[发明专利]一种硝酸异辛酯的合成方法及微通道反应器

说明书

技术领域

本发明涉及硝酸异辛酯(2-EHN)的合成，具体地说是一种硝酸异 辛酯的合成方法及微通道反应器；在常温常压条件下，利用微通道反应 器来合成硝酸异辛酯。

背景技术

硝酸异辛酯是一种提高柴油十六烷值的重要添加剂。在低温条件下， 硝酸异辛酯受热分解产生活性自由基，从而能够引发一系列氧化链式反 应。因此硝酸异辛酯作为添加剂加入柴油中后，可以大大降低柴油自燃 活化能，改善着火性能，提高十六烷值。

以硫酸作为催化剂，硝酸和异辛醇进行硝化反应生成硝酸异辛酯。 反应方程式如下：

HNO₃+CH₃(CH₂)₃CH(C₂H₅)CH₂OH→CH₃(CH₂)₃CH(C₂H₅)CH₂ONO₂+H₂O

硝化反应速度快，放热量大；当混酸作为硝化剂时，硫酸被反应所 生成的水稀释，也会大量放热。如果这些热量不及时移除，将直接导致 反应温度迅速上升，不仅引发大量氧化副反应，还将造成硝酸或者反应 所生成的硝酸异辛酯分解，产生有毒气体，污染环境，更严重时甚至发 生爆炸。

关于硝酸异辛酯合成方法的专利有US2768964(1956年)，公开了 一种减压共沸蒸出酯和水的方法，这种方法对于合成低沸点硝酸酯有较 高收率，但对于高沸点硝酸酯只有约50wt％收率；US4479905(1984年) 公开了一种连续硝化乙氧基及异辛醇混合物的方法；CN1031525A(1989 年)公开了一种采用混酸硝化的方法，该方法使硝化反应在常温下进行， 收率为95～97％。以上方法都需要大量的制冷装置以迅速带走反应放出 的大量热量。这些合成方法投入大并且存在巨大安全隐患，操作稍有不 慎，反应温度就会迅上升，引起爆炸。CN1023558C公开了一种不需要 冷却系统，在略高于常温反应温度下(30～80℃)，以尿素或硝胺类等含 氮物质作为稳定剂的方法。但实践中，在反应温度范围内硝酸有可能分 解，引起氧化副反应，产品收率低于95％。CN1814581A公开了一种通 过添加惰性溶剂减少集中放热的方法。以上两种加入添加剂的方法都存 在着操作步骤和后续分离步骤增加，原料成本上升的问题。上述所有方 法都是在传统反应器内进行。

微反应技术是一种20世纪90年代初期兴起的，是现代化工学科前 沿，集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体，移植集成电路 和为传感器制造技术的一种高新技术。由于特征尺度微型化，其传热、 传质速率较常规尺度化工设备提高1～3个数量级。微反应技术具有许多 内在的、独特的优点：高传质速率；快速直接放大(模块结构、并行放大)； 内在安全和过程可控；过程连续和高度集成；分散和柔性生产。

特别是对于放热集中的硝化反应，微通道反应器高传热、传质速率 的特点具有传统反应器不可比拟的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在常温条件下，无需添加剂就可制备高 收率、高纯度硝酸异辛酯的方法，以及这种方法所要用到的微反应器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种在制备硝酸异辛酯的方法，在带有至少两个进口和一个出口的 微反应器中进行硝化反应，包括下列步骤：

1)配制混酸溶液，备用，其中硝酸和硫酸摩尔比值为0.3～1.0；

2)将混酸溶液和异辛醇液体分别经由能精确控制流速的平流泵(严 格控制流速，使它们受到泵压处理，使平流泵中的物流以控制的速度排 出泵的底部)输送至微通道反应器的两个入口；

微通道反应器的空速范围在1000～10000h^-1；

混酸溶液与异辛醇液体控制一定的体积流量比，以保持硝酸和异辛 醇摩尔比为0.9～1.5；

2)两股液体在微通道反应器中接触并混合发生反应后，从反应器的 出口处流出进入沉积槽；

3)沉积槽中的反应产物静止，分离，洗涤并干燥