专利名称：化学反应的方法
技术领域：
本发明涉及一种化学反应的方法，特别是关于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。
背景技术：
化学反应在石化工业、化学工业、石油化工、生物化工及环境工程等方面都有着极其广泛的应用。几乎所有的化学反应都存在着内外扩散的问题，如反应物料之间的扩散、反应物料与催化剂之间的扩散、产物与催化剂之间的扩散等。由于传质效果差，在常规重力场中扩散问题成为阻碍化学反应顺利进行的主要因素。在实际应用中常规重力场下的化学反应普遍存在着以下缺点1、传质慢；2、物料的停留时间长，副产物多，生产效率低；3、能耗大；4、化学反应设备体积大。根据英国帝国化学工业公司(ICI)提出的EP0023745A3专利，提到旋转床可用于吸收、解析、蒸馏等过程，但没有公开工业化规模的应用技术。CN1064338A公开了利用旋转床进行油田注水脱氧的方法；CN1116146A公开了一种在超重力场下制备超微颗粒的方法；CN1116185A公开了利用旋转床超重力场装置作为反应器，制备超细碳酸钙的方法；CN1341694A公开了采用超重力旋转填充床技术制备纳米氢氧化镁的新工艺；这些技术成功地将旋转床应用于工业规模的制备过程。尽管如此，由于超重力场技术是八十年代初才出现的新技术，其内部机理还在继续探索，应用开发研究仍在不断进行，新的应用领域还在不断的开拓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往文献中存在的选择性低、副反应产物含量高的技术问题，提供一种新的化学反应的方法。该方法具有选择性高、副反应低的优点。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种化学反应的方法，其特征在于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。上述技术方案中化学反应包括水解反应、酯化反应、缩合反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、聚合反应、烷基化反应、羰基化反应。化学反应优选为包括水解反应、酯化反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、烷基化反应、羰基化反应。化学反应更优选为制备C1 C4烷基亚硝酸酯的酯化反应。化学反应最优选为制备C1 C2烷基亚硝酸酯的酯化反应。上述技术方案中重力场装置的转子的转速为50 SOOOrpm，优选转速范围为 100 6000rpm。由于超重力场装置可以强化传递与反应过程，在超重力场反应器中进行化学反应，可强化反应物料之间、反应物料与催化剂之间及产物与催化剂之间的传质，减少扩散对化学反应过程的影响，使反应物迅速离开反应环境，促使反应物向产物方向移动，从而克服常重力场中化学反应存在的缺点，达到提高反应效率，提高选择性，减少副产物的生成，减少设备体积，降低能耗的效果。同时，由于传热过程的强化使反应热迅速被移出，使化学反应更加平稳进行。本发明的方法具有以下优点1、由于在超重力场装置中进行化学反应，极大地强化了传质过程，减少或消除了反应物料之间，反应物料与催化剂之间，以及反应产物与催化剂之间的扩散过程对催化反应的影响，从而缩短了反应时间，使单位时间的处理能力提高十几倍乃至上百倍，反应效率大大地提高，设备的尺寸大大地减小，降低了能耗，减少了设备的投资。2、由于反应物料在超重力场装置中的停留时间缩短(小于0.5秒)，所以副产物明显减少，选择性明显提高，产品的质量明显提高。3、由于在超重力场中强化了气液相的传质过程，使气体与液体在微观上能充分混合，气体更易溶于液相中，因而能降低反应压力，使一些高压、高温气液相反应可以在较低压力和温度下进行，进而降低能耗，解决了高压高温反应的材质问题和工程放大问题，可节省大量投资。
图1是气液相逆流接触超重力场装置示意图。图2是气液相并流接触超重力场装置示意图。图1中1-气体入口 2-旋转填料或催化剂层3-气体出口 4-进液口 5-电机轴 6_液体分布器7-出液口 8-进液口管线9-出液管路。图2中1-气体出口 2-旋转填料或催化剂层3-气体入口 4-进液口 5_电机轴 6_液体分布器7-出液口 8-进液口管线9-出液管路。下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的方法。如图1所示，气液两相采用逆流接触的方式进行化学反应。含有反应物料的气体通过气体入口 1沿切向引入超重力场装置，在压力差的作用下穿过高速旋转的旋转填料或催化剂层2与由置于超重力场装置反应器中心的液体分布器6喷出的含有反应物料的液相逆流接触，气液两相在高速旋转的旋转填料或催化剂层中强烈混合、湍动进行传质与反应， 反应后的气相由超重力场装置反应器的气体出口 3引出，反应后的液相被高速甩出后经出液口 7引出，气液两相各自进入后处理系统或做它用。如图2所示，气液两相采用并流接触的方式进行化学反应。气液两相分别由超重力场装置反应器的中心的气体入口 3和进液口 4引入，共同穿过高速旋转的旋转填料或催化剂层2，气液两相在高速旋转的旋转填料或催化剂层中强烈混合、湍动进行传质与反应， 反应后的气相由超重力场装置反应器的气体出口 1引出，反应后的液相被高速甩出后经出液口 7引出，气、液两相分别进入后处理系统或做它用。实施例1在超重力反应器中进行甲醇、氧气与NO酯化反应生产亚硝酸甲酯。采用附图1所示超重力反应器装置。含NO原料气体的气体量为100m3/h，其中，NO的浓度为10% ν (其余为氮气)，氧气的气体量2m3/h，两股气体通过气体入口 1进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转填料2，旋转填料转速调至2000rpm。甲醇溶液通过进液口管线8经进液口 4引入液体分布器6及旋转填料2的内侧，气体中NO与甲醇摩尔比为1 10，气体和液体在填料中逆流接触，反应生成的含有亚硝酸甲酯的气体流出物通过气体出口 3排出，反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口 7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为20°C， 压力为0. IMPa，其结果为，亚硝酸甲酯的选择性为99. 97%，氧气的转化率为100%。
实施例2在超重力反应器中进行乙醇、氧气与NO酯化反应生产亚硝酸乙酯。采用附图2所示超重力反应器装置。含NO原料气体的气体量为100m3/h，其中，NO的浓度为15% ν (其余为氮气)，氧气的气体量3m3/h，两股气体通过气体入口 3进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转填料2，旋转填料转速调至2000rpm。乙醇溶液通过进液口管线8经进液口 4引入液体分布器6及旋转填料2的内侧，气体中NO与乙醇摩尔比为1 8，气体和液体在填料中并流接触，反应生成的含有亚硝酸乙酯的气体流出物通过气体出口 1排出，反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口 7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为30°C， 压力为0. IMPa，其结果为，亚硝酸乙酯的选择性为99. 95%，氧气的转化率为100%。实施例3在超重力反应器中进行裂解汽油苯乙炔除氢。采用附图1所示超重力反应器装置。用θ氧化铝为载体，用负载法制备负载量为13%的镍催化剂，液相原料为以重量百分比计，含40%苯乙烯，10%乙苯，0. 苯乙炔的碳八馏分为原料，气体为氢气，催化剂固定在旋转填料上。氢气通过气体入口 1进入超重力反应器，在压差作用下，扩散进入旋转催化剂层 2，旋转催化剂层转速调至3000rpm。含苯乙炔的碳八馏分溶液通过进液口管线8经进液口 4引入液体分布器6及旋转催化剂2的内侧，氢气/苯乙炔摩尔比为3 1，气体和液体在催化剂中逆流接触，未反应的氢气通过气体出口 3排出，除去苯乙炔的反应后的液体流出物通过超重力反应器的出液口 7通过出液管路9排出。其中，超重力反应器反应温度为40V， 压力为0. 3MPa，停留时间为0. 1秒，其结果为，苯乙烯的损失率为0. 1%，反应流出物中苯乙炔的含量为lppm。比较例1按照实施例1相同的条件及反应原料，只是采用固定床反应器，其结果为亚硝酸甲酯的选择性为90. 5%，硝酸的含量为lOOOppm。比较例2按照实施例2相同的条件及反应原料，只是采用固定床反应器，其结果为亚硝酸乙酯的选择性为89. 5%，硝酸的含量为1500ppm。
权利要求
1.一种化学反应的方法，其特征在于在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行， 或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行。
2.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应包括水解反应、 酯化反应、缩合反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、聚合反应、烷基化反应、羰基化反应。
3.根据权利要求2所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为包括水解反应、酯化反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、烷基化反应、羰基化反应。
4.根据权利要求3所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为制备C1 C4烷基亚硝酸酯的酯化反应。
5.根据权利要求4所述化学反应的方法，其特征在于所述的化学反应为制备C1 C2烷基亚硝酸酯的酯化反应。
6.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述超重力场装置的转子的转速为 50 8000rpm。
7.根据权利要求1所述化学反应的方法，其特征在于所述超重力场装置的转子的转速为 100 6000rpm。
全文摘要
本发明涉及一种化学反应的方法，主要解决以往技术中存在目的产物选择性低、副反应产物含量高的技术问题。本发明通过采用在非催化剂存在下化学反应在超重力场中进行，或在催化剂存在下，化学反应在超重力场中进行的技术方案，较好地解决了该问题，可用于化学反应的工业生产中。
文档编号B01J19/18GK102218291SQ20101014693
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者刘俊涛, 张惠明, 李蕾 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院