異辛醇混酸硝化生產(chǎn)的硝酸異辛酯作為柴油十六烷值改進(jìn)劑，對(duì)柴油油品升級(jí)起著重要作用。其可以改善柴油的燃燒性能，縮短著火時(shí)間，提高機(jī)車(chē)熱工況動(dòng)力學(xué)，節(jié)油效果十分明顯。隨著油品的升級(jí)換代，硝酸異辛酯產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量勢(shì)必增加。由于硝酸異辛酯生產(chǎn)比較危險(xiǎn)，技術(shù)主要由法國(guó)SNPE、瑞士 BIAZZI 等少數(shù)軍工企業(yè)掌握。國(guó)內(nèi)，西安萬(wàn)德能源化學(xué)公司每年產(chǎn)能為1萬(wàn)噸。

目前大多數(shù)工廠生產(chǎn)硝酸異辛酯是在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行的以混酸作為硝化劑的方案。一般均采用混酸法，即在常溫或低于常溫的條件下，將異辛醇加入由硝酸和硫酸組成的混酸中，在制冷鹽水冷卻條件下使反應(yīng)系統(tǒng)保持低溫。這種生產(chǎn)方案反應(yīng)過(guò)程不易控制，放熱集中，易發(fā)生副反應(yīng)和過(guò)反應(yīng)，局部高溫還會(huì)導(dǎo)致硝酸分解產(chǎn)生大量的二氧化氮?dú)怏w，污染環(huán)境。局部熱點(diǎn)較多會(huì)產(chǎn)生巨大的安全隱患。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于硝酸異辛酯的合成工藝不斷做出改進(jìn)，旨在提高產(chǎn)品收率和純度的同時(shí)減小其工業(yè)化生產(chǎn)中存在的巨大安全隱患。微反應(yīng)器由于微米級(jí)通道提供了更大的比表面積和更高的傳熱系數(shù)，促進(jìn)了物料和熱量的均勻擴(kuò)散，降低了生產(chǎn)時(shí)的危險(xiǎn)性。對(duì)于傳統(tǒng)批次反應(yīng)工藝，微通道反應(yīng)器具有快速混合、高效傳熱、窄的停留時(shí)間分布、便于自動(dòng)控制、幾乎無(wú)放大效應(yīng)以及高的安全性能等優(yōu)勢(shì)，特別適用于放熱集中、安全性差的硝化反應(yīng)，滿(mǎn)足異辛醇硝化反應(yīng)過(guò)程對(duì)反應(yīng)裝置性能的要求。

合成路線(xiàn)：

連續(xù)流工藝流程：

1. 配料：異辛醇，發(fā)煙硝酸和濃硫酸均直接使用;

2.反應(yīng)器搭建：采用旋切管式反應(yīng)器，哈市合金材質(zhì)。使用三臺(tái)四氟隔膜泵分別從三種物料存儲(chǔ)罐抽取物料，物料B和物料C先經(jīng)預(yù)混合器混合后再打入旋切管式反應(yīng)器中，物料A直接泵入旋切管式反應(yīng)器中，反應(yīng)器出口與接收罐相連;

3.走料：反應(yīng)器搭建完成后，再次確認(rèn)各設(shè)備能否正常工作。確認(rèn)各設(shè)備可正常運(yùn)行后，將反應(yīng)腔體溫度設(shè)置為25 ℃，預(yù)混合器溫度設(shè)置為25℃，接收罐溫度設(shè)置為10 ℃，開(kāi)啟各設(shè)備進(jìn)行走料。反應(yīng)液在微通道中的停留時(shí)間為20 s，樣品經(jīng)反應(yīng)器流出后，取樣送GC檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

不同工藝結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比表：

連續(xù)流工藝與釜式工藝對(duì)比：

1. 降低了硝酸及硫酸的使用量。在釜式工藝中使用了1.3 eq濃硝酸，在旋切管式反應(yīng)器中使用1.2 eq濃硝酸即可完成該反應(yīng)。這是由于在旋切管式反應(yīng)器中，其傳質(zhì)能力都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于釜式反應(yīng)器的，所以可以降低催化作用的硫酸使用量。硫酸使用量的降低，即節(jié)約了成本，也降低了三廢量，使后處理成本大大降低。

2.縮短了反應(yīng)時(shí)間。在釜式反應(yīng)中，滴加和熟化的時(shí)間加起來(lái)約8-10 h，才能達(dá)到中控要求。在旋切管式反應(yīng)器中，由于其高效的傳質(zhì)和傳熱能力，在20 s停留時(shí)間下即可達(dá)到中控要求。

3. 混酸即配即用，降低了混酸儲(chǔ)存危險(xiǎn)。在釜式工藝中需要先配置混酸，然后滴加異辛醇。而在旋切管式反應(yīng)器中，硫酸和硝酸可直接泵入預(yù)混合器，實(shí)現(xiàn)了混酸的即配即用。這樣即減少了混酸配置過(guò)程中酸暴露風(fēng)險(xiǎn)和人員操作的風(fēng)險(xiǎn)，又可以降低混酸的存儲(chǔ)危險(xiǎn)。

4.持液量低，失控風(fēng)險(xiǎn)小。在釜式反應(yīng)中，熟化階段反應(yīng)物料約460 L，而在旋切管式反應(yīng)器中，持液量為1050 ml。當(dāng)發(fā)生不可控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，失控所導(dǎo)致的破壞力可以大大降低。

5.反應(yīng)選擇性略微提高。由多批次數(shù)據(jù)來(lái)看，微通道工藝的結(jié)果更加穩(wěn)定，選擇性?xún)?yōu)于釜式工藝?？赡苡袃煞矫嬖?，一方面是微通道反應(yīng)中換熱更均勻，反應(yīng)更加穩(wěn)定;另一方面是反應(yīng)生成的硝酸異辛酯可及時(shí)與混酸分離，避免了氧化和分解反應(yīng)的發(fā)生。

6.反應(yīng)控溫準(zhǔn)確，局部過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)小。在釜式反應(yīng)中，換熱主要通過(guò)釜壁進(jìn)行，因釜內(nèi)體積較大，在中部的反應(yīng)液，反應(yīng)放熱可能不能被及時(shí)轉(zhuǎn)移走，易造成局部溫度過(guò)高，這樣即會(huì)促進(jìn)氧化副反應(yīng)發(fā)生，也會(huì)增加失控的風(fēng)險(xiǎn)性。而在旋切管式反應(yīng)器中，由于換熱較好，不會(huì)造成局部溫度過(guò)高。

7.混酸可及時(shí)分離，氧化及分解危險(xiǎn)小。在釜式反應(yīng)中，需要等全部物料反應(yīng)完全后，才能進(jìn)行后處理步驟。而在連續(xù)流工藝后端可以直接與分離罐相接，可在線(xiàn)將反應(yīng)粗產(chǎn)品和混酸分離開(kāi)，這樣即避免了硝酸異辛酯被氧化的風(fēng)險(xiǎn)，也可降低被分解的危險(xiǎn)。