[发明专利]一种连续化生产硝基甲烷的反应器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续化生产硝基甲烷的反应器及方法。

背景技术

硝基甲烷是最简单的脂肪族硝基化合物。甲基上的氢由于受到硝基影响，相当活泼，因此在精细化工领域有着广泛的应用。近年来，市场需求量增大，出口量逐年增多。目前国内生产硝基甲烷的方法主要有两种：一种是甲烷气相硝化法，将硝酸气化并与甲烷(天然气)按比例混合，在反应器中常压450～550℃条件下直接硝化。再经冷凝、吸收、粗馏、精馏得成品；另一种方法是硫酸二甲酯亚硝基取代法：经过硫酸二甲酯和亚硝酸钠取代、粗馏、精馏制得。

第一种方法所用原料甲烷(天然气)易燃易爆，不利于安全生产，副反应多，产品纯度低，能耗高，成本高。第二种方式具有工艺操作简单，原料易得，生产成本低，易于工业化生产等特点，属于目前普遍应用的硝基甲烷生产工艺。但是该反应属于强放热的可逆反应：降低温度有利于合成反应的进行，但是温度低，反应速率小，反应时间长；提高反应温度，又促使逆反应增加，原料亦发生分解。所以目前的生产方式大都采用在间歇反应釜中，向亚硝酸钠中缓慢滴加硫酸二甲酯的方法制备硝基甲烷，以控制反应所产生的强热效应。该制备方法收率低，一般在50％～55％；易生成副产物—亚硝酸甲酯；间歇生产，无法实现规模化的工业生产。

发明内容

本发明针对硫酸二甲酯取代法中强放热效应导致易发生副反应，产物纯度低、收率低的技术缺点，提供了一种连续化生产硝基甲烷的反应器及方法。该反应器及方法在实现连续化生产硝基甲烷的同时，能有效控制副反应的发生，促进产物的有效反应，提高产物收率和产品纯度。

具体地，本发明涉及：

(1)一种连续化生产硝基甲烷的反应器，其特征在于，该反应器包括n个串联的反应区，其中，

反应区一包括：壳体、设置在该壳体内的混合室及与该混合室连接的反应管，所述壳体上设置有与所述混合室连接的亚硝酸钠进口和硫酸二甲酯进口、与所述反应管连接的反应产物出口、以及移热介质进口和出口；

反应区二至反应区n的各反应区各自都包括：壳体、设置在该壳体内的混合室及与该混合室连接的反应管，所述壳体上设置有与所述混合室连接的上一个反应区反应产物的进口和硫酸二甲酯进口、与所述反应管连接的反应产物出口、以及移热介质进口和出口；

除最后一个反应区之外的其它反应区的所述反应产物出口与下一反应区的反应产物进口通过管道相连接。

(2)上述(1)所述的反应器，其特征在于，所述硫酸二甲酯进口管道末端装有水平圆形单层盘管，该盘管上排布有多个混流喷嘴，通过该混流喷嘴将硫酸二甲酯喷入混合室，该混流喷嘴离混合室底部距离为200～600mm。

(3)上述(1)或(2)所述的反应器，其特征在于，n个反应区整体呈直筒状结构。

(4)上述(1)至(3)中任意一项所述的反应器，其特征在于，所述反应管采用盘管式结构，盘管在壳体中内外缠绕层数为1～3层。

(5)上述(1)至(4)中任意一项所述的反应器，其特征在于，所述混合室为圆柱形，高径比为4～6:3。

(6)上述(1)至(5)中任意一项所述的反应器，其特征在于，所述亚硝酸钠进口与混合室的侧面下端通过管道相连接，硫酸二甲酯进口管道从混合室的底部中心伸入，混合室的出口在混合室的侧面上方，且与侧面进口水平方向夹角为180°。

(7)连续化生产硝基甲烷的方法，其特征在于，使用上述(1) 至(6)中任意一项所述的反应器，首先将亚硝酸钠溶液从反应区一的亚硝酸钠进口连续通入反应区一的混合室中，硫酸二甲酯采用多段进料的方式分别通过各反应区的硫酸二甲酯进口连续进入各反应区的混合室，所述反应器通过移热介质持续保温在反应温度下。

(8)上述(7)所述的方法，其中反应物硫酸二甲酯采用5段式进料，即，所述反应器包括5个串联的反应区。

(9)上述(7)或(8)所述的方法，其中硫酸二甲酯和亚硝酸钠的总进料摩尔比是1～5:1。

(10)上述(7)至(9)中任意一项所述的方法，其中，反应区一的硫酸二甲酯进料量为硫酸二甲酯总进料量的25％～60％，反应区二的硫酸二甲酯进料量为硫酸二甲酯总进料量的20％～50％，反应区三的硫酸二甲酯进料量为硫酸二甲酯总进料量的15％～40％，反应区四的硫酸二甲酯进料量为硫酸二甲酯总进料量的10％～30％，反应区五的硫酸二甲酯进料量为硫酸二甲酯总进料量的5％～20％。

附图说明

图1为本发明连续化生产硝基甲烷的反应器的优选实施方式之一的结构示意图。