一種叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種叔丁基丙烯酰胺磺酸的生產(chǎn)方法，包括：1）形成含有磺化劑的丙烯腈溶液；2）將溶液連續(xù)地通入所述臥式攪拌反應(yīng)器中與異丁烯接觸，形成漿狀產(chǎn)物；3）所述漿狀產(chǎn)物過濾得到含叔丁基丙烯酰胺磺酸的濾餅和濾液；4）對步驟3）得到的濾餅進(jìn)行干燥，得到叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物；5）使用醋酸水溶液對步驟4）得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物進(jìn)行重結(jié)晶純化，得到質(zhì)量含量為99.3%以上的叔丁基丙烯酰胺磺酸和剩余廢液；6）將步驟3）中的濾液和/或步驟4中的剩余廢液蒸發(fā)后得到廢渣，將廢渣與處理溶劑混合接觸，然后進(jìn)行固液分離，得到叔丁基丙烯酰胺磺酸和叔丁基丙烯酰胺。
【專利說明】一種叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)化合物的生產(chǎn)方法，具體涉及一種叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]叔丁基丙烯酰胺磺酸(分子式C7H13NO4S,以下簡稱ATBS)是一種多功能水溶性陰離子單體，由于分子結(jié)構(gòu)具有碳碳雙鍵和對鹽不敏感的磺酸基，因此易于聚合，而且其均聚和共聚物有許多特殊的性質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于油田化學(xué)、水處理劑、化纖、塑料、印染、涂料、表面活性劑、抗靜電劑、陶瓷、照相、洗滌助劑、離子交換樹脂、氣體分離膜、電子工業(yè)等領(lǐng)域。
[0003]目前最典型的生產(chǎn)ATBS的工藝，是以丙烯腈，發(fā)煙硫酸和異丁烯為原料在較溫和的條件下進(jìn)行反應(yīng)制備ATBS。美國專利US3544597首先報道了這種制備酰胺基磺酸類化合物的方法，并得到了純度較高的單體，但反應(yīng)條件較為苛刻。日本日東化學(xué)公司(DE2904444A1, DE2904465A1)改進(jìn)了上述方法，并提出了獲得更高純度ATBS的技術(shù)方案。該專利所述的方法是將過量的丙烯腈兼作反應(yīng)溶劑，在惰性氣體氣氛中于低溫下加入發(fā)煙硫酸，在攪拌下通入異丁烯，使其反應(yīng)，產(chǎn)物ATBS從混合液中析出，得到泥漿狀產(chǎn)物，然后加入醋酸升溫，蒸出過量丙烯腈，再加入一定量水，升溫至90°C以上使其溶解，再放入冷水中，使產(chǎn)物結(jié)晶析出，并用醋酸洗凈，再用60°C熱風(fēng)干燥，即得到高純單體。現(xiàn)有工藝經(jīng)過改進(jìn)，在得到泥漿狀產(chǎn)物后，進(jìn)行過濾，進(jìn)而進(jìn)行真空干燥，然后將粗產(chǎn)品使用醋酸水溶液進(jìn)行重結(jié)晶提純，得到高純度產(chǎn)品。
[0004]在現(xiàn)有的ATBS生產(chǎn)工藝中，粗產(chǎn)品過濾的濾液經(jīng)過回收后，會產(chǎn)生副產(chǎn)物為叔丁基丙烯酰胺的副產(chǎn)物。另外在重結(jié)晶過程過濾后的廢液中含有大量的ATBS和叔丁基丙烯?；撬釣橹鞯姆磻?yīng)副產(chǎn)物。在現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用兩種方法進(jìn)行處理，一是首先使用堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，然后送入生化池進(jìn)行生化，以達(dá)到排放要求；第二種方法是采用焚燒的方法進(jìn)行處理。這兩種方法不但不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且會增加生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提供一種叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)方法，其包含叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)廢液的回收方法。
[0006]本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的方法中產(chǎn)生的大量含有副產(chǎn)物叔丁基丙烯酰胺的廢液(此處簡稱為“反應(yīng)廢液”)。在現(xiàn)有技術(shù)中的對反應(yīng)廢液處理方法不但不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且會增加生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明提供了一種反應(yīng)廢液的綜合利用方法，該方法包括溶劑沖洗、攪拌、過濾和溶劑回收等步驟。
[0008]本發(fā)明提供了一種叔丁基丙烯酰胺磺酸的生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
[0009]I)將丙烯腈與磺化劑混合，形成含有磺化劑的丙烯腈溶液；
[0010]2)提供臥式攪拌反應(yīng)器，并將步驟I)得到混合溶液連續(xù)地通入所述臥式攪拌反應(yīng)器中與異丁烯接觸，形成漿狀產(chǎn)物；
[0011]3)所述漿狀產(chǎn)物從臥式攪拌反應(yīng)器中連續(xù)的流出并經(jīng)過濾得到含叔丁基丙烯酰胺磺酸的濾餅和濾液；
[0012]4)對步驟3)得到的濾餅進(jìn)行干燥，得到質(zhì)量含量為96.0%以上的叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物；
[0013]5)使用醋酸水溶液對步驟4)得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物進(jìn)行重結(jié)晶純化，得到質(zhì)量含量為99.3%以上的叔丁基丙烯酰胺磺酸和剩余廢液；
[0014]其中，將步驟3)中的濾液和/或步驟4中的剩余母液蒸發(fā)后得到的廢渣與處理溶劑混合接觸，然后進(jìn)行固液分離，并將分離得到的固體進(jìn)行干燥從而得到叔丁基丙烯酰胺磺酸，將分離得到的液體進(jìn)行蒸餾回收溶劑從而得到叔丁基丙烯酰胺。
[0015]在發(fā)明的回收方法中，反應(yīng)回收廢渣來源主要來源于兩部分，第一部分廢渣來自于上游生產(chǎn)裝置中的產(chǎn)品濾液，所述濾液中包含叔丁基丙烯酰胺和叔丁基丙烯酰胺磺酸的含量為3-15重量％ ;第二部分廢渣來自叔丁基丙烯酰胺磺酸產(chǎn)品重結(jié)晶過程中過濾后剩余廢液，所述剩余廢液中的叔丁基丙烯酰胺和叔丁基丙烯酰胺磺酸的含量為5-30質(zhì)量％。
[0016]所述產(chǎn)品濾液為將反應(yīng)得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸產(chǎn)品從反應(yīng)產(chǎn)物的混合物中過濾后剩余的液體物質(zhì)。
[0017]在發(fā)明的回收方法的一個優(yōu)選實施方式中，所述兩部分廢液在處理過程中可以混合后再與溶劑混合后進(jìn)行處理，或者所述兩部分廢液分別與所述溶劑混合進(jìn)行回收。
[0018]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟2)中所述臥式反應(yīng)器包括:
[0019]釜體；
[0020]夾套，所述夾套包裹在釜體的外側(cè)，用于控制釜體內(nèi)部的溫度；
[0021]攪拌器，所述攪拌器設(shè)置于釜體內(nèi)部，用于將反應(yīng)物混合；以及
[0022]附件，所述附件設(shè)置于釜體內(nèi)側(cè)側(cè)壁。
[0023]在上述臥式反應(yīng)器中，優(yōu)選所述釜體長徑比為1.5?10，優(yōu)選的長徑比為3?7。
[0024]在上述臥式反應(yīng)器中，優(yōu)選所述釜體的側(cè)壁的軸向分布有通氣管路，用于將汽化后異丁烯通入所述釜體。
[0025]在上述臥式反應(yīng)器中，優(yōu)選所述攪拌器包括:
[0026]驅(qū)動裝置，用于為攪拌器提供動力；
[0027]設(shè)置于釜內(nèi)軸向方向的攪拌軸，所述攪拌軸的軸向上至少固定有一組徑向的攪拌槳，每個攪拌槳至少有兩片槳葉。
[0028]在上述臥式反應(yīng)器中，優(yōu)選所述附件包括熱電偶和/或壓力表。
[0029]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟I)中所述丙烯腈與磺化劑混合的溫度為-15°C到 10°〇，優(yōu)選-10-01:。
[0030]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，將步驟2)中的物料加入到臥式反應(yīng)釜中，異丁烯通入摩爾速率與步驟I)中加入磺化劑的摩爾速率的比值是1:1?1.3:1。
[0031]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述臥式反應(yīng)器內(nèi)的溫度在10?45°C。
[0032]在本發(fā)明中，所述處理溶劑選擇主要依據(jù)是對叔丁基丙烯酰胺有良好的溶解性能，而不溶解ATBS。優(yōu)選自以下化合物中的一種或多種:氯仿、丙酮、乙基叔丁基醚和乙酸坐寸O
[0033]所述混合可以選用攪拌等方式，以使溶劑與廢液充分接觸，通常攪拌時間在5min-600mino
[0034]在發(fā)明的回收方法的一個優(yōu)選實施方式中，所述固液分離的方法為任何能夠?qū)崿F(xiàn)液固分離的方法，如過濾法，包括常壓過濾法、真空過濾法等。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，過濾后得到的濾餅，可以通過真空干燥的方法進(jìn)行干燥以獲得產(chǎn)品，所述真空干燥的條件可以為常規(guī)條件，如干燥溫度可以為50-130°C，干燥壓力可以為小于30KPa，得到的干燥產(chǎn)物主要成分為ATBS，含量高于95%。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，過濾后得到的濾液，進(jìn)行蒸餾或者精餾操作后，可以進(jìn)行回收，然后對蒸餾或精餾后的產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步干燥，獲得第二種產(chǎn)品，主要成分為叔丁基丙烯酰胺。選擇精餾或者蒸餾操作，主要依據(jù)溶劑的組成和對過程的要求。
[0037]本發(fā)明提供的叔丁基丙烯酰胺磺酸生產(chǎn)廢液的回收方法，是將廢液中兩種主要成分分離，從而獲得兩種有用產(chǎn)品，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

【具體實施方式】
[0038]下面通過實施例對本發(fā)明的方法做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的范圍并不限于以下實施例。
[0039]通過液相色譜(LC)，與標(biāo)樣比較，從而確定主要組成和純度，液相色譜的分析條件為:Zorbax SAX色譜柱，流動相為0.lmol/L KH2PO4溶液，流速為1.0mL/min，紫外檢測器。
[0040]實施例1
[0041]本實施例用于說明本發(fā)明提供的ATBS的生產(chǎn)方法。
[0042](I)在混合器中加入含水0.25質(zhì)量％的丙烯腈496g，并將溫度降低到_5°C，然后加入73.6g SO3含量為3%的發(fā)煙硫酸，攪拌均勻后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)操作。具體方法為:將含水0.25%的丙烯腈由計量泵以248.0g/h的流速通過流量計加入到上述混合器中，同時加入發(fā)煙硫酸，其中游離SO3質(zhì)量含量為3%,由計量泵以36.8g/h流速通過計量計加入,得到混合液。
[0043](2)混合液經(jīng)混合器中部溢流口連續(xù)流入臥式反應(yīng)器中，臥式反應(yīng)器有三個異丁烯進(jìn)氣管路，將異丁烯汽化后，以總流速11.5g/h連續(xù)加入到臥式反應(yīng)器中，控制反應(yīng)器內(nèi)溫度為37?38°C。反應(yīng)所得白色漿液由臥式反應(yīng)器右部的溢流口進(jìn)入100ml底部開口的燒瓶中，連續(xù)3小試收集到產(chǎn)品漿液590g，經(jīng)離心，干燥后得到白色結(jié)晶粉末狀產(chǎn)品151.0g和濾液，以發(fā)煙硫酸計，液相色譜法檢測后，產(chǎn)品純度為98.5% (質(zhì)量)，產(chǎn)品合成收率為96.6% (質(zhì)量)。
[0044]3)對ATBS粗產(chǎn)品使用10%的醋酸水溶液進(jìn)行重結(jié)晶，得到高純ATBS，純度為99.5% (質(zhì)量)以及剩余廢液。
[0045]4)在步驟2)中得到的合成過程得到濾液以及步驟3)中重結(jié)晶過程過濾后得到的廢液混合，經(jīng)過蒸發(fā)可以得到含ATBS和叔丁基丙烯酰胺的廢渣。將多次過程收集的150gATBS混合廢渣的ATBS質(zhì)量含量為85.5%，叔丁基丙烯酰胺的質(zhì)量含量為12.0%，并含有一定量的其他雜質(zhì)。將所述廢渣加入到丙酮中，在常溫下進(jìn)行攪拌120min，攪拌完成后，使用離心過濾機(jī)進(jìn)行過濾。將濾餅進(jìn)行真空干燥干燥溫度為100°C，干燥壓力為1KPa (表壓)，得到干燥后的濾餅共131.5g，主要成分是ATBS，通過液相色譜分析純度為96.7% (質(zhì)量);將濾液減壓蒸餾，溶劑進(jìn)行冷凝回用，蒸餾后得到的固體主要成分是叔丁基丙烯酰胺，共18.3g，通過液相色譜分析純度為97.9% (質(zhì)量)。
[0046]實施例2
[0047]步驟I) -3)與實施例1相同，在步驟4)中使用氯仿作為處理溶劑，將濾餅進(jìn)行真空干燥干燥溫度為100°c，干燥壓力為1KPa (表壓)，得到干燥后的濾餅共130.2g，主要成分是ATBS，通過液相色譜分析純度為98.3% (質(zhì)量)；將濾液減壓蒸餾，溶劑進(jìn)行冷凝回用，蒸餾后得到的固體主要成分是叔丁基丙烯酰胺，共19.4g，通過液相色譜分析純度為95.0%(質(zhì)量)。
[0048]實施例3
[0049]步驟1)-3)與實施例1相同，在步驟4)中的攪拌時間固定為300min，將濾餅進(jìn)行真空干燥干燥溫度為100°C，干燥壓力為1KPa (表壓)，得到干燥后的濾餅共130.4g，主要成分是ATBS，通過液相色譜分析純度為97.2%(質(zhì)量);將濾液減壓蒸餾，溶劑進(jìn)行冷凝回用，蒸餾后得到的固體主要成分是叔丁基丙烯酰胺，共19.4g，通過液相色譜分析純度為96.2%(質(zhì)量)。
[0050]實施例4
[0051]步驟I)-3)與實施例1相同，在步驟4)中將攪拌時間固定為15min，將濾餅進(jìn)行真空干燥干燥溫度為100°C，干燥壓力為1KPa (表壓)，得到干燥后的濾餅共134.Sg，主要成分是ATBS，通過液相色譜分析純度為95.2%(質(zhì)量);將濾液減壓蒸餾，溶劑進(jìn)行冷凝回用，蒸餾后得到的固體主要成分是叔丁基丙烯酰胺，共14.9g，通過液相色譜分析純度為97.0%(質(zhì)量)。
【權(quán)利要求】
1.一種叔丁基丙烯酰胺磺酸的生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟: 1)將丙烯腈與磺化劑混合，形成含有磺化劑的丙烯腈溶液； 2)提供臥式攪拌反應(yīng)器，并將步驟I)得到混合溶液連續(xù)地通入所述臥式攪拌反應(yīng)器中與異丁烯接觸，形成漿狀產(chǎn)物； 3)所述漿狀產(chǎn)物從臥式攪拌反應(yīng)器中連續(xù)的流出并經(jīng)過濾得到含叔丁基丙烯酰胺磺酸的濾餅和濾液； 4)對步驟3)得到的濾餅進(jìn)行干燥，得到質(zhì)量含量為96.0%以上的叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物； 5)使用醋酸水溶液對步驟4)得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸粗產(chǎn)物進(jìn)行重結(jié)晶純化，得到質(zhì)量含量為99.3%以上的叔丁基丙烯酰胺磺酸和剩余廢液； 其中，將步驟3)中的濾液和/或步驟4)中的剩余母液蒸發(fā)后得到的廢渣與處理溶劑混合接觸，然后進(jìn)行固液分離，并將分離得到的固體進(jìn)行干燥從而得到叔丁基丙烯酰胺磺酸，將分離得到的液體進(jìn)行蒸餾回收溶劑從而得到叔丁基丙烯酰胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述臥式反應(yīng)器包括: 釜體； 夾套，所述夾套包裹在釜體的外側(cè)，用于控制釜體內(nèi)部的溫度； 攪拌器，所述攪拌器設(shè)置于釜體內(nèi)部，用于將反應(yīng)物混合；以及 附件，所述附件設(shè)置于釜體內(nèi)側(cè)側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述釜體長徑比為1.5?10，優(yōu)選的長徑比為3?7。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述釜體的側(cè)壁的軸向分布有通氣管路，用于將汽化后異丁烯通入所述釜體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述攪拌器包括: 驅(qū)動裝置，用于為攪拌器提供動力； 設(shè)置于釜內(nèi)軸向方向的攪拌軸，所述攪拌軸的軸向上至少固定有一組徑向的攪拌槳，每個攪拌槳至少有兩片槳葉。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述附件包括熱電偶和/或壓力表。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述方法，其特征在于，步驟I)中所述丙烯腈與磺化劑混合的溫度為-15°C到10°C，優(yōu)選-10-0°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述方法，其特征在于，將步驟2)中的物料加入到臥式反應(yīng)釜中，異丁烯通入摩爾速率與步驟I)中加入磺化劑的摩爾速率的比值是1:1?1.3:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述方法，其特征在于，所述臥式反應(yīng)器內(nèi)的溫度在10 ?45°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述方法，其特征在于，所述處理溶劑選自以下化合物中的一種或多種:氯仿、丙酮、乙基叔丁基醚和乙酸。
【文檔編號】C07C303/02GK104250218SQ201310268069
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】李斗星, 齊蘭芝, 黃鳳興, 穆曉蕾, 賈春革 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院