[发明专利]用于连续制备聚乙二醇二硝酸酯的设备和方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及可与可燃烃类燃料共同使用的燃料添加剂，例如聚乙二醇(PEG)或聚乙二醇二硝酸酯(PEGDN)。具体地，本公开涉及使用连续工艺制备上述燃料添加剂的设备和方法。

背景技术

将燃料与燃料添加剂一起在内燃机汽缸中燃烧是现代实践，其中燃料添加剂有助于保护发动机免受氧化腐蚀，以及提供一定程度的润滑和十六烷控制。在某些发动机中，燃料包括添加剂，使得燃料和添加剂通过给定气缸的相同喷嘴注入；相反，在其他发动机中，通过使用每个气缸的多个喷嘴，将添加剂与烃类燃料分别注入气缸。

聚乙二醇二硝酸酯(PEGDN)是用于烃类燃料的已知添加剂。此外，已知的做法以表1中提供的两步化学工艺制造PEG硝酸酯。

表1：已知的PEGDN制造工艺

在表1中，“R”表示包括乙二醇的分子团。

在P.Agrawal和R.D.Hodgson的已知出版物“爆炸物有机化学(Organic Chemistry of Explosives)(2007)”中描述了由硫酸和硝酸生成的混合酸，其仍然是工业制备硝酸酯的最重要的试剂：

通常，用混合酸和硝酸的硝化是放热的。因此，在大规模的情况下，总有潜在的热失控问题和相关的爆炸危险。因此，在工业规模上，多元醇的混合酸硝化需要严格控制，包括：

(i)远程处理；

(ii)精心制造的反应器；和

(iii)防爆建筑物。

此外，常规硝化通常遵循批次或半批次方法，其中反应物的混合和反应本身非常缓慢地进行。美国康宁公司(Corning Incorporated USA)也要求保护使用他们改进型流动反应器的连续工艺。然而，专门针对PEGDN的制备，不允许轻易放大规模的最重要的问题中的一些包括：(i)传热面积不足，(ii)不均匀的系统，主要是由于不混溶的底物和低效的混合，导致质量传递限制，(iii)转化程度、产率和选择性的批次间变化，(iv)延长的反应时间，(v)在非常低的温度下的反应以降低发热速率，(vi)使用过量的硝化剂，主要是占据大量体积的废酸，必须进行中和，从而需要大量的水并产生无机盐。

此外，产物分离可能是与多元醇的混合酸硝化有关的常见问题。从该方法出现混合酸残留物，相关的含水洗出物经常含有相当大量的溶解的硝酸酯，呈现安全和浪费问题；乙二醇二硝酸酯可溶于水至0.5g/100ml的程度。

因此，需要更有效地解决了上述问题的改进的制备燃料添加剂的设备和方法，燃料添加剂例如基于乙二醇硝酸盐，例如PEG。

发明概述

本公开寻求提供用于制备硝酸酯，例如聚乙二醇二硝酸酯的改进设备。

根据一方面，提供了用于以连续方式制备聚乙二醇二硝酸酯(PEGDN)的反应设备，其特征在于，所述反应设备包括

空间上设置在一个或多个平面结构中的一系列反应池，多个反应池构成

进料准备部分，其具有用于向酸组合物和二醇组合物的反应池连续提供酸组合物和二醇组合物的进料流，

硝化部分，其中所述酸组合物和所述二醇组合物以连续方式在反应池中反应以产生反应组合物，和

猝灭和中和部分，其具有用于冷却反应池的冷却布置的进料，以避免空间反应热点，从而防止在反应设备内发生热失控；以及用于提供碱性组合物的多个进料，以至少部分地中和所述反应组合物以使至少一部分聚乙二醇二硝酸酯从反应组合物的溶液中沉淀；和

用于提取聚乙二醇二硝酸盐沉淀物的分离布置。

在一实施方案中，酸组合物包括稀硝酸和浓硫酸的混合物。

任选地，所述稀硝酸的浓度为50重量％至70重量％。

更任选地，稀硝酸的浓度为大致60重量％。

在一实施方案中，所述酸组合物包括浓度为80重量％至99重量％的硝酸。

任选地，所述硝酸浓度为96重量％至98重量％。

在一实施方案中，二醇组合物包括在PEG150-PEG800范围内的PEG。

在一实施方案中，所述碱性组合物包括氢氧化铵，其以足够的量加入到所述反应组合中以中和所述反应组合物。

任选地，所述反应组合物在中和时的pH值为4至12。

在一实施方案中，所述分离布置可操作地使用疏水性溶剂分离所述PEGDN和硝酸铵。

任选地，所述疏水性溶剂是二氯甲烷、己烷、戊烷或硅酮之一。

在一实施方案中，用于冷却布置的进料使用施加到空间上邻近所述一系列反应池的区域的冷却剂。