[發(fā)明專利]一種連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的反應(yīng)器及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710828198.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107857703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金福;唐強(qiáng);靳輝;任立軍;豐秀珍;姜順波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京凱瑞英科技有限公司;山東瑞奧材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C07C205/02
• 分類號(hào): C07C205/02;C07C201/10;B01J19/24
• 代理公司: 北京睿邦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11481
• 代理人: 徐丁峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的反應(yīng)器及方法。

背景技術(shù)

硝基甲烷是最簡(jiǎn)單的脂肪族硝基化合物。甲基上的氫由于受到硝基影響，相當(dāng)活潑，因此在精細(xì)化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，市場(chǎng)需求量增大，出口量逐年增多。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)硝基甲烷的方法主要有兩種：一種是甲烷氣相硝化法，將硝酸氣化并與甲烷(天然氣)按比例混合，在反應(yīng)器中常壓450～550℃條件下直接硝化。再經(jīng)冷凝、吸收、粗餾、精餾得成品；另一種方法是硫酸二甲酯亞硝基取代法：經(jīng)過(guò)硫酸二甲酯和亞硝酸鈉取代、粗餾、精餾制得。

第一種方法所用原料甲烷(天然氣)易燃易爆，不利于安全生產(chǎn)，副反應(yīng)多，產(chǎn)品純度低，能耗高，成本高。第二種方式具有工藝操作簡(jiǎn)單，原料易得，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，屬于目前普遍應(yīng)用的硝基甲烷生產(chǎn)工藝。但是該反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱的可逆反應(yīng)：降低溫度有利于合成反應(yīng)的進(jìn)行，但是溫度低，反應(yīng)速率小，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；提高反應(yīng)溫度，又促使逆反應(yīng)增加，原料亦發(fā)生分解。所以目前的生產(chǎn)方式大都采用在間歇反應(yīng)釜中，向亞硝酸鈉中緩慢滴加硫酸二甲酯的方法制備硝基甲烷，以控制反應(yīng)所產(chǎn)生的強(qiáng)熱效應(yīng)。該制備方法收率低，一般在50％～55％；易生成副產(chǎn)物—亞硝酸甲酯；間歇生產(chǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)硫酸二甲酯取代法中強(qiáng)放熱效應(yīng)導(dǎo)致易發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)物純度低、收率低的技術(shù)缺點(diǎn)，提供了一種連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的反應(yīng)器及方法。該反應(yīng)器及方法在實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的同時(shí)，能有效控制副反應(yīng)的發(fā)生，促進(jìn)產(chǎn)物的有效反應(yīng)，提高產(chǎn)物收率和產(chǎn)品純度。

具體地，本發(fā)明涉及：

(1)一種連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括n個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)區(qū)，其中，

反應(yīng)區(qū)一包括：殼體、設(shè)置在該殼體內(nèi)的混合室及與該混合室連接的反應(yīng)管，所述殼體上設(shè)置有與所述混合室連接的亞硝酸鈉進(jìn)口和硫酸二甲酯進(jìn)口、與所述反應(yīng)管連接的反應(yīng)產(chǎn)物出口、以及移熱介質(zhì)進(jìn)口和出口；

反應(yīng)區(qū)二至反應(yīng)區(qū)n的各反應(yīng)區(qū)各自都包括：殼體、設(shè)置在該殼體內(nèi)的混合室及與該混合室連接的反應(yīng)管，所述殼體上設(shè)置有與所述混合室連接的上一個(gè)反應(yīng)區(qū)反應(yīng)產(chǎn)物的進(jìn)口和硫酸二甲酯進(jìn)口、與所述反應(yīng)管連接的反應(yīng)產(chǎn)物出口、以及移熱介質(zhì)進(jìn)口和出口；

除最后一個(gè)反應(yīng)區(qū)之外的其它反應(yīng)區(qū)的所述反應(yīng)產(chǎn)物出口與下一反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)口通過(guò)管道相連接。

(2)上述(1)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述硫酸二甲酯進(jìn)口管道末端裝有水平圓形單層盤管，該盤管上排布有多個(gè)混流噴嘴，通過(guò)該混流噴嘴將硫酸二甲酯噴入混合室，該混流噴嘴離混合室底部距離為200～600mm。

(3)上述(1)或(2)所述的反應(yīng)器，其特征在于，n個(gè)反應(yīng)區(qū)整體呈直筒狀結(jié)構(gòu)。

(4)上述(1)至(3)中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)管采用盤管式結(jié)構(gòu)，盤管在殼體中內(nèi)外纏繞層數(shù)為1～3層。

(5)上述(1)至(4)中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述混合室為圓柱形，高徑比為4～6:3。

(6)上述(1)至(5)中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述亞硝酸鈉進(jìn)口與混合室的側(cè)面下端通過(guò)管道相連接，硫酸二甲酯進(jìn)口管道從混合室的底部中心伸入，混合室的出口在混合室的側(cè)面上方，且與側(cè)面進(jìn)口水平方向夾角為180°。

(7)連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的方法，其特征在于，使用上述(1) 至(6)中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，首先將亞硝酸鈉溶液從反應(yīng)區(qū)一的亞硝酸鈉進(jìn)口連續(xù)通入反應(yīng)區(qū)一的混合室中，硫酸二甲酯采用多段進(jìn)料的方式分別通過(guò)各反應(yīng)區(qū)的硫酸二甲酯進(jìn)口連續(xù)進(jìn)入各反應(yīng)區(qū)的混合室，所述反應(yīng)器通過(guò)移熱介質(zhì)持續(xù)保溫在反應(yīng)溫度下。

(8)上述(7)所述的方法，其中反應(yīng)物硫酸二甲酯采用5段式進(jìn)料，即，所述反應(yīng)器包括5個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)區(qū)。

(9)上述(7)或(8)所述的方法，其中硫酸二甲酯和亞硝酸鈉的總進(jìn)料摩爾比是1～5:1。

(10)上述(7)至(9)中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，反應(yīng)區(qū)一的硫酸二甲酯進(jìn)料量為硫酸二甲酯總進(jìn)料量的25％～60％，反應(yīng)區(qū)二的硫酸二甲酯進(jìn)料量為硫酸二甲酯總進(jìn)料量的20％～50％，反應(yīng)區(qū)三的硫酸二甲酯進(jìn)料量為硫酸二甲酯總進(jìn)料量的15％～40％，反應(yīng)區(qū)四的硫酸二甲酯進(jìn)料量為硫酸二甲酯總進(jìn)料量的10％～30％，反應(yīng)區(qū)五的硫酸二甲酯進(jìn)料量為硫酸二甲酯總進(jìn)料量的5％～20％。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明連續(xù)化生產(chǎn)硝基甲烷的反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式之一的結(jié)構(gòu)示意圖。