2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成中試研究

上?；ol 38 No10Shanghai Chemical IndustryOct.2013技術(shù)進(jìn)步2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成中試研究胡永玲李猛韓大維黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院(黑龍江哈爾濱150040)摘要介紹了以丙烯腈、發(fā)煙硫酸、異丁烯為原料,一步反應生產(chǎn)2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的中試研究。該工藝主要由合成、精制、溶劑回收三個(gè)單元組成,其中原料投料摩爾比為丙烯腈:發(fā)煙硫酸:異丁烯=7:1:1,加酸反應溫度10℃,時(shí)間3h;通入異丁烯反應溫度40℃,時(shí)間25h。粗產(chǎn)品收率不低于90%,精制收率不低于65%,精制后可得質(zhì)量分數大于9%的AMP產(chǎn)品。關(guān)鍵詞2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸丙烯腈發(fā)煙硫酸異丁烯中試中圖分類(lèi)號TQ227430前言1試驗部分2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一種1.1主要原料白色晶體,熔點(diǎn)185℃,溶于水,其水溶液呈酸性,溶丙烯腈:一級品,含量≥9%,大慶石化總廠(chǎng)化于二甲基甲酰胺,部分溶于甲醇、乙醇,難溶于丙酮,工二廠(chǎng);發(fā)煙硫酸:分析純,含游離硫酸酐(SO3)5%微有酸味。普通級AMS主要用于水處理、造紙、涂北京順義縣李逐化工廠(chǎng);異丁烯:一級品,含量料、表面活性劑、化纖、塑料、油田化學(xué)品等方面。纖99.5%,吉林市錦江油化廠(chǎng);醋酸:一級品,含量≥維級高純度AMPS主要用作聚丙烯腈和改性聚丙烯99%,大慶石化總廠(chǎng)化工二廠(chǎng)。腈聚合的第三單體。丙烯腈加入AMPS后,能顯著(zhù)改12工藝流程善腈綸的染色特性,可染各種顏色,能增加回潮率,AMPS中試裝置由合成反應、產(chǎn)品精制和溶劑增進(jìn)產(chǎn)品的光澤、色度,延長(cháng)生產(chǎn)設備的維修期,可回收三部分組成。反應采用常壓低溫一步直接合成替代目前使用的價(jià)格昂貴的苯乙烯磺酸鈉和甲基丙法,產(chǎn)品精制用溶劑重結晶法,用蒸餾法回收溶劑,烯磺酸鈉。由于這些優(yōu)點(diǎn),美國、英國、意大利、印度三部分均為間歇操作,工藝流程如圖1所示。等許多腈綸廠(chǎng)都采用AMFS。13分析方法AMPS的合成始于1961年,美國 Lubrizol公司氣相色譜法分析丙烯腈、異丁烯的純度含量;化在20世紀70年代首先采用兩步法實(shí)現工業(yè)化生學(xué)法測定發(fā)煙硫酸、溶劑含量;液相色譜分析粗產(chǎn)品產(chǎn)。前 Rohm and hass公司提出了一步法合成及產(chǎn)品純度;釆用GB/T472-2011《化工產(chǎn)品密AMPS工藝。70年代末期日本日東化學(xué)公司采用一度、相對密度的測定》測定產(chǎn)品密度;產(chǎn)品折光指數步法實(shí)現了工業(yè)化生產(chǎn)。我國開(kāi)展AMPS合成研究測定采用GB6488-2008《液體化工產(chǎn)品折光率起步較晚,90年代初期,我國一些科研院所相繼開(kāi)的測定》;產(chǎn)品色度測定采用鉑鈷比色法[GB/T展了AMPS合成的技術(shù)研發(fā),黑龍江省科學(xué)院石油3143-1982《液體化學(xué)產(chǎn)品顏色測定法( Hazen單化學(xué)研究院率先進(jìn)行AMPS實(shí)驗室研究工作,并將位-鉑-鈷色號)》]。實(shí)驗室成果進(jìn)行了工業(yè)放大試驗,產(chǎn)品質(zhì)量達到并2結果與討論超過(guò)美國 Lubrizol公司產(chǎn)品質(zhì)量標準。本研究詳細闡述了2-丙烯酰胺-2-甲基丙21AMPS合成磺酸的合成中試過(guò)程。反應釜酉烯腈在擋拌下用冷凍液冷中國煤化工第一作者簡(jiǎn)介:胡永玲女1974年生學(xué)士副研究員畢業(yè)于大連理工CNMHG合成研究發(fā)表論文10余篇第10期胡永玲等:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成中試研究9烯腈溶劑發(fā)煙硫酸異丁烯小反應器粗AMPS離心機干燥機精制釜丙烯腈回收產(chǎn)品包裝精品AMmS千燥機離心機溶劑回收圖1AMPS中試生產(chǎn)工藝流程圖卻至一定溫度,維持該溫度向丙烯腈中滴加發(fā)煙硫真空干燥器干燥3h,得純品AM'S。表2為AMP酸,滴畢,升溫至一定值將異丁烯加熱汽化,維持一精制結果,并考察了溫度對精制收率的影響。定壓力,向反應液通入一定量異丁烯,通畢,在該溫表2AMPS精制結果度下繼續反應1h,降至室溫,維持1h,反應結束。反序號AMS加入量kg溫度/℃產(chǎn)量/ AMPs收率(%)應物料全部進(jìn)入離心機過(guò)濾,濾液去蒸餾釜回收丙11200012.206l.0烯腈,濾餅送真空干燥器干燥3h,得粗AMPS。實(shí)驗20.00考察了反應溫度、時(shí)間對產(chǎn)品收率的影響,見(jiàn)表1。1320.0014.1070表1AMPS反應結果20.0013.4067.0序號磺化反應條件加成反應條件AMPS收率1520.0063.8溫度/C時(shí)間h溫度/℃時(shí)間h(%)20.0010212.3061.5l11~123.010-252085.9711.25210~113.010~4025923013.0065.06~73.010~402.520.0010214.0570.0411~12335~42.592.5720.0010213.2593.18注:*為回收醋酸66~83.035-402.5醋酸溶液溶解產(chǎn)品的全部溶解溫度與醋酸濃度711~123.010~382.5及液固比有關(guān),醋酸含水量低,液固比高,溶解溫度8·10~123.035-402592.51低,提純后產(chǎn)品收率低。由表2中試結果可看出回收3.035~42.593.46醋酸不影響精制結果,收率變化較大與粗產(chǎn)品質(zhì)量10°10~123.035~402.591.79有關(guān)。精制后產(chǎn)品符合聚合級質(zhì)量要求精制平均收注:*從母液中回收丙烯腈率為65%左右,最好可達70%由表1可知,低溫對磺化反應有利,溫度高,產(chǎn)2.3溶劑回收品顏色發(fā)黃收率偏低。受中試冷卻介質(zhì)條件限制,AMPS的合成是在過(guò)量丙烯腈存在下進(jìn)行的,溫度無(wú)法降到5℃以下,而小試結果顯示5℃以下實(shí)際丙烯腈耗量為理論量的7~9倍。因此必須考慮更佳。加成反應溫度恒定有利,溫度波動(dòng)大,產(chǎn)品質(zhì)過(guò)量丙烯腈的回收應用。產(chǎn)品精制過(guò)程中母液也需量不穩定。根據中試試驗結果得出,磺化反應溫度要回收并循環(huán)使用。10℃加成反應溫度40℃為最佳反應條件。試驗得2.3.1丙烯腈回收利用出回收丙烯腈不影響反應收率。小試中曾做過(guò)回收丙烯腈合成AMPS的試驗,22AMPs精制證明與新鮮原料相同,中試將離心過(guò)濾母液進(jìn)行蒸采用溶劑重結晶法精制AMFS,將一定量粗餾的丙烯腈直接與新鮮丙烯腈混合使用。蒸餾條件:AMPS送入精制釜按一定比例加入醋酸溶劑在攪真空度66凵中國煤化工溫度46℃。拌下加熱至結晶全溶冷卻至較低溫度維持1h離232溶劑醋| CNMHG心分離出結晶,濾液去蒸餾釜回收醋酸再用,濾餅在粗產(chǎn)品精制溶劑為含一定量水的醋酸溶液,采上?；さ?8卷用精餾塔回收。精餾條件:真空度9066~94.66kPa表4AMPS原料消耗定額塔釜溫度70℃、塔頂溫度60℃。試驗證明,回收醋原材料質(zhì)量分數(%)消耗定額酸中含有小于3%的水,不影響回用。丙烯腈0.7024產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的工業(yè)試用發(fā)煙硫酸(含SO3)50.51分析精制后所得產(chǎn)品,并與進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行比較,異丁烯0.40見(jiàn)表3。試驗所得AMPS達到了美國 Lubrizol公司產(chǎn)醋酸0.37品的質(zhì)量標準。表3中試產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品相比較3設備選材和三廢處理美國 Lubrizol公司技術(shù)指標中試產(chǎn)品規格眾所周知,用于聚合反應的單體對金屬含量要產(chǎn)品規格求嚴格,本試驗合成反應工藝采用發(fā)煙硫酸為原料,外觀(guān)自由流動(dòng)白色結晶自由流動(dòng)白色而發(fā)煙硫酸有腐蝕性,易造成環(huán)境污染和設備腐蝕。結晶粉末設備選材上要考慮強酸的腐蝕,相關(guān)設備應選擇不體積密度(kgL0.48-0.540.49銹鋼及耐腐蝕的合成材料。溶劑回收工段產(chǎn)生一部不揮發(fā)物(%)≥99.0分含丙烯腈及溶劑醋酸的釜殘,釜殘為固體但極易水含量(%)≤0.5溶于水(最新研究表明,該部分釜殘經(jīng)簡(jiǎn)單處理可直鐵含量Ax109接作為工業(yè)熔雪劑使用),該廢水處理工藝并不復酸值270~280雜,但單獨處理成本較高。若建生產(chǎn)裝置,可考慮選185分解熔點(diǎn)/℃擇有廢水集中處理或可直接經(jīng)焚燒爐燃燒的廠(chǎng)家。182(實(shí)測181分解)色度APHA結論≤100(25%去離子水溶液)由丙烯腈、異丁烯、發(fā)煙硫酸為原料一步合成中試試驗所生產(chǎn)的AMPS產(chǎn)品經(jīng)上海東華大學(xué)AMPS,生產(chǎn)工藝路線(xiàn)可行,所生產(chǎn)的AMPS產(chǎn)品達(原上海紡織大學(xué))和中國石油集團公司撫順?lè )止镜搅诉M(jìn)口產(chǎn)品的質(zhì)量標準。粗產(chǎn)品收率不低于腈綸裝置試用,作為聚丙烯腈的第三單體,可替代價(jià)90%。經(jīng)試用可以滿(mǎn)足油田化學(xué)品生產(chǎn)的需要。精制格昂貴的苯乙烯磺酸鈉和甲基丙烯磺酸鈉,該產(chǎn)品提純后,純度在99%以上,達到聚合級要求,可用作為國內腈綸工業(yè)提供了新的第三單體來(lái)源。腈綸第三單體,替代進(jìn)口A(yíng)MPS產(chǎn)品。擴大生產(chǎn)既有2.5原料消耗定額良好的社會(huì )效益,又能獲得可觀(guān)的經(jīng)濟效益。生產(chǎn) I t AMPS產(chǎn)品耗電400kWh,消耗循環(huán)參考文獻(略)水15t,其它原料消耗定額見(jiàn)表4。收稿日期:2013年7月Pilot Research on Synthesis of 2-Acrylamido-2Methylpropanesulfonic AcidHu yongling Li Meng Han daweiAbstract: Introduces the pilot research of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid(AMPS) production by onestep reaction from acrylonitrile, oleum and isobutylene. The process includes three units, synthesis, purification and soluions recovery. The mole ratio of acrylontrile, oleum and isobutylene is 7: 1: 1. The temperature of adding acid is 10 C,reacting for 3 hours; the temperature of adding isobutylene is 40 C, and reacting for 2.5 hours. The yield of raw product isnot less than 90%, the yield of purification is not less than 65%, and the mass fraction of AMPS after purification is中國煤化工Key words: 2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid; AcrylonitrileCNMHG