一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置和生产方法

文档序号：729169 发布日期：2021-04-20 浏览：20次 >En<

阅读说明：本技术 一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置和生产方法 (Production device and production method of tert-butyl acrylamide sulfonic acid ) 是由李斗星穆晓蕾贾春革齐兰芝于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置,包括依次连接的微通道反应器、反应发生装置和固液分离装置,其中,所述微通道反应器的内径为0.1mm～20mm,长度为0.1m～10m。本发明通过使用微通道反应器混合硫酸和丙烯腈,使得硫酸与丙烯腈的放热对反应的影响减小到最少,而且提高了物料混合的均匀性,显著减少副产物生成,提高产品质量。(The invention provides a production device of tert-butyl acrylamide sulfonic acid, which comprises a microchannel reactor, a reaction generating device and a solid-liquid separation device which are sequentially connected, wherein the inner diameter of the microchannel reactor is 0.1-20 mm, and the length of the microchannel reactor is 0.1-10 m. The invention mixes the sulfuric acid and the acrylonitrile by using the microchannel reactor, so that the influence of the heat release of the sulfuric acid and the acrylonitrile on the reaction is reduced to the minimum, the uniformity of material mixing is improved, the generation of byproducts is obviously reduced, and the product quality is improved.)

技术领域

本发明涉及化工产品的生产工艺技术领域，具体涉及一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置和生产方法。

背景技术

叔丁基丙烯酰胺磺酸(2-Acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid，以下简称AMPS)是应用最广泛的聚合单体之一。其分子结构中具有碳碳双键、酰胺基和磺酸官能团，其均聚和共聚物有许多特殊的性质，具有广阔的应用前景，可广泛应用于油田化学、水处理剂、纤维合成、涂料、医药水凝胶等领域。

如JP 2904444、JP 2904465和JP 81533062所公开的，AMPS最常见的合成方法是将过量的丙烯腈兼作反应溶剂，并于低温下加入发烟硫酸，然后在搅拌下通入异丁烯使其反应，产物AMPS从混合液中析出，得到泥浆状产物，经过干燥后，可以得到AMPS粗品。所述粗品经过乙酸水溶液提纯后得到纯品，再经过碱性试剂中和后，得到AMPS盐类单体，将其与丙烯酰胺进行聚合反应，能够生产三次采油用助剂，具有高分子量，高粘度的特点。

但是，由于AMPS合成过程中，丙烯腈与硫酸混合以及异丁烯的加入都是放热过程，极易使局部反应温度升高，杂质的控制变的困难。AMPS生产过程中杂质的控制直接影响到聚合物的分子量，高品质的AMPS作为单体的聚合物拥有更大的分子量，应用领域也更广。

因此，目前存在的问题是急需研究开发一种能显著降低叔丁基丙烯酰胺磺酸中的杂质含量的生产方法。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置和生产方法，通过使用微通道反应器混合硫酸和丙烯腈，使得硫酸与丙烯腈的放热对反应的影响减小到最少，而且提高了物料混合的均匀性，显著减少副产物生成，提高产品质量。

本发明一方面提供一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置，包括依次连接的微通道反应器、反应发生装置和固液分离装置，其中，所述微通道反应器的内径为0.1mm～20mm，长度为0.1m～10m。

根据本发明，所述微通道反应器的内径为1mm～10mm，长度为1m～5m。

根据本发明，所述微通道反应器提供硫酸和丙烯腈混合的场所。

本申请的发明人经研究发现，与传统反应器相比，微通道反应器在传质传热方面具有显著优势，并可有效提高反应效率，降低副反应的发生，易于操作和控制。将具有特定尺寸的微通道反应器用于硫酸和丙烯腈混合，使得硫酸与丙烯腈的放热对反应的影响减小到最少，而且提高了物料混合的均匀性，显著减少副产物生成，提高产品质量。

根据本发明，反应发生装置可以是任何能够提供异丁烯和硫酸和丙烯腈发生反应的场所的装置，例如反应釜和三口烧瓶。

根据本发明，固液分离装置可以是任何能够实现固液分离的装置。

本发明另一方面提供一种叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产方法，利用上述的生产装置进行下述步骤：

a)使硫酸和丙烯腈在微通道反应器内混合，得到混合液；

b)在第一进料温度下，将所述混合液通入到反应发生装置中，之后调整到第二进料温度，将异丁烯通入到反应发生装置中，从而使所述混合液和所述异丁烯发生反应，得到反应液；

c)对所述反应液进行熟化处理，得到熟化液；以及

d)使所述熟化液在固液分离装置中发生固液分离，得到粗品叔丁基丙烯酰胺磺酸。

根据本发明，反应发生装置可以是本领域常用的能够提供反应发生场所的装置，例如但不限于三口烧瓶和反应釜。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤a)中，所述硫酸的浓度为98％～103％，优选为100％～102％；所述丙烯腈的含水量为0.05％～1.00％，优选为0.20％～0.70％。

根据本发明，硫酸的浓度为98％～100％意味着硫酸中游离SO₃的含量为0；硫酸的浓度大于100％意味着硫酸中含有游离SO₃。例如，硫酸的浓度为100.23％是指硫酸中游离SO₃的含量为1％，硫酸的浓度为100.45％是指硫酸中游离SO₃的含量为2％，硫酸的浓度为100.68％是指硫酸中游离SO₃的含量为3％，硫酸的浓度为100.9％是指硫酸中游离SO₃的含量为4％，硫酸的浓度为101.13％是指硫酸中游离SO₃的含量为5％，硫酸的浓度为101.35％是指硫酸中游离SO₃的含量为6％，硫酸的浓度为101.58％是指硫酸中游离SO₃的含量为7％，硫酸的浓度为101.8％是指硫酸中游离SO₃的含量为8％，硫酸的浓度为102.03％是指硫酸中游离SO₃的含量为9％，硫酸的浓度为102.25％是指硫酸中游离SO₃的含量为10％，硫酸的浓度为102.48％是指硫酸中游离SO₃的含量为11％，硫酸的浓度为102.7％是指硫酸中游离SO₃的含量为12％，硫酸的浓度为102.93％是指硫酸中游离SO₃的含量为13％。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述硫酸的通入速率为1g/h～50g/h，优选为2g/h～25g/h；所述丙烯腈的通入速率为4g/h～400g/h，优选为30g/h～200g/h。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤a)中，所述混合的温度为-20℃～0℃。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤b)中，所述混合液与所述异丁烯的质量比为(5～25):1，优选为(8～18):1。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤b)中，所述异丁烯的通入速率为0.5g/h～25g/h，优选为2g/h～25g/h。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤b)中，所述第一进料温度为-20℃～0℃；所述第二进料温度为0℃～55℃。

在本发明的一些优选的实施方式中，步骤c)中，所述熟化处理的温度为10℃～55℃，时间为1h～3h。

根据本发明，步骤d)中，所述分离的方法为任何能够实现液固分离的方法，如过滤法，包括常压过滤法、真空过滤法，或者离心分离等，将生成的浆状产物冷至室温，经过滤后得到滤饼和滤液。对滤饼进行真空干燥，所述真空干燥的条件可以为常规条件，如干燥温度可以为50～130℃，干燥压力可以为小于30KPa，得到的干燥产物为AMPS粗品。

在本发明的一些优选的实施方式中，在所述步骤d)之后，还包括对所述粗品叔丁基丙烯酰胺磺酸进行精制，从而得到纯品叔丁基丙烯酰胺磺酸的步骤。

根据本发明，所述精制的方法可以为常规的AMPS纯化方法。优选地，如US 4337215中公开的方法。将AMPS粗品与含水量为3～20重量％的醋酸水溶液混合，所述AMPS粗品与醋酸水溶液的重量比为1:10～1:3，将混合物加热到85℃～105℃直至AMPS粗品溶解，然后将得到的混合液冷却3～5小时，过滤并真空干燥，所述真空干燥的条件可以与前述真空干燥的条件相同，干燥后即可得到AMPS纯品，纯品纯度一般大于99重量％。在重结晶过程中，可以在AMPS粗品溶解后，通过减压蒸馏蒸出部分水和醋酸，能够提高重结晶过程的收率。

在AMPS的制备过程中，会有副反应发生，并产生甲基丙烯磺酸等副产物，这些副产物对AMPS应用于聚合反应时有不利影响。本发明通过使用微通道反应器，使得在硫酸与丙烯腈，以及异丁烯与丙烯腈接触时的放热对反应的影响减小到最少，而且可以提高整个过程的物料的均匀性，显著减少副产物生成。与现有技术相比，发明提供的方法无需向反应体系中引入其他物质，只需控制反应过程中丙烯腈、硫酸、异丁烯的加入方式，就可以有效地减少反应过程中产生的副产物，尤其是磺化副产物，使得到的AMPS产品的副产品显著减少，可以有效提高以AMPS为聚合单体的聚合物的分子量。

利用本发明所提供的叔丁基丙烯酰胺磺酸的生产装置生产叔丁基丙烯酰胺磺酸，得到的粗品AMPS收率在89％以上，经常规方法精制后，得到的纯品AMPS纯度在99％以上。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。

用液相色谱分析得到的AMPS粗品和纯品以及AMPS钠盐类单体纯品的纯度。液相色谱的分析条件为：Zorbax SAX色谱柱，流动相为0.1mol/L KH₂PO₄溶液，流速为1.0mL/min，紫外检测器。AMPS粗品和纯品与AMPS盐类单体纯品的纯度由于在液相色谱中，以离子形式进行检测，因此实施例和对比例得到的提纯纯度具有可比性。

根据异丁烯原料的加入量和获得的AMPS粗品的重量，计算AMPS粗品的收率。

对AMPS粗品进行精制的方法为：将AMPS粗产品使用10％的醋酸水溶液进行重结晶，得到高纯AMPS。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

通过两个微量进料泵分别将硫酸和丙烯腈打入到Y型微混和器，而后使硫酸和丙烯腈在微通道反应器(内径为8mm，长度为1m)中进行混合，混合过程中，温度保持在-5℃，丙烯腈(含水量小于0.5％)的加入速率为66g/h，硫酸(浓度为100.9％)的加入速率为12.2g/h，混合1h后得到混合液。

在-5℃下，使混合液直接进入用于反应的三口烧瓶中。混合液进料1h后停止进料。之后调整反应温度到40℃，以7g/h的加入速率通入异丁烯，使异丁烯和混合液进行反应，1h后停止通入异丁烯，制得反应液。

异丁烯加入完成后，使反应液在40℃下在三口烧瓶中继续熟化1h。

然后将反应液进行真空过滤。过滤后得到滤饼和滤液，对滤饼进行真空干燥，干燥温度为100℃，干燥压力为10KPa，干燥后得到粗品AMPS。之后对粗品AMPS进行精制，得到纯品AMPS。