1.本发明属于双氟磺酰亚胺的制备领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺的制备方法。
背景技术：
2.lifsi(双氟磺酰亚胺锂)由于阴离子结构大，阴离子与锂离子的作用力很弱，使得在有机溶剂中时，锂离子很容易从分子上游离出来，呈现高游离性。lifsi具有良好的导电性能，可以用于锂二次电池的电解质，具有十分重要应用前景和价值。hfsi(双氟磺酰亚胺)是生产lifsi的重要中间原料之一。
3.现有技术中，hfsi是以双氯磺酰亚胺酸和氟化剂，如氢氟酸、金属氟化物等含氟原料在催化剂的作用下，氟和氯交换，生成双氟磺酰亚胺。该工艺复杂，收率低，设备腐蚀严重。
4.微通道连续流反应器具有化学反应效率高，实验室小试和生产放大差距小等优点，而且且反应器材质设计为耐腐蚀、耐高温、高压材质，例如硅碳合金等，该类材质抗氟耐腐蚀、高温、高压，安全性高，特别适合含氟且高温的反应。
5.申请公布号为cn113880057a的中国发明专利申请公开了一种双氟磺酰亚胺的清洁生产工艺，其是使用间歇反应釜作为预反应装置，微通道反应器作为主反应装置，微通道反应器包含串联的第一温区和第二温区，两个温区均包含多个串联的反应模块；先将氨基磺酸、三氧化硫、氯化亚砜加入间歇反应釜进行反应，得到预反应液，然后将预反应液打入第一温区进行反应，得到双氯反应料液，再将双氯反应料液和氟化氢液体同时打入第二温区进行反应，得到双氟反应料液，经减压精馏，得到高纯度双氟磺酰亚胺产品。该方法基于微通道反应器，从双氯磺酰亚胺的合成开始，经过氟化氢高效氟代反应，精馏提纯得到高纯度双氟磺酰亚胺产品。
6.上述方法中，第一温区通过微通道反应得到双氯磺酰亚胺(双氯反应料液)，第二温区由双氯磺酰亚胺和氟化氢反应生成hfsi的温度达到90-120℃左右，此时氟化氢为气体状态，据以上现有技术记载：使用微通道反应器可以显著提高气液两相传质效率，不仅降低了氟化氢使用量，还使得氟化反应时间大幅缩短。该方法的反应收率、原料利用率等指标还有待进一步提高，以更好地适应工业化放大生产。
技术实现要素：
7.本发明的目的是提供一种双氟磺酰亚胺的制备方法，解决现有技术中氢氟酸与双氯磺酰亚胺反应效率低以及原料利用率低的问题。
8.为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
9.一种双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺混合，得到均相混合物；将所述均相混合物在反应器中进行反应，制得双氟磺酰亚胺。
10.无水氢氟酸和双氯磺酰亚胺不互溶，本发明加入双氟磺酰亚胺之后可以使三者呈
现一个均相状态，使氢氟酸和双氯磺酰亚胺更好地接触，提高反应效率。均相反应相对于气液两相反应能进一步提高反应效率，反应过程的稳定性、可控性好，更适应工业化放大生产。
11.在保证无水氢氟酸的溶解性并兼顾反应效率的前提下，优选地，无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺的摩尔比为(1～2)：(0.5～1)。
12.优选地，氢氟酸、双氯磺酰亚胺的摩尔比为(1～2)：1。采用本反应策略，原料控制在上述比例即可获得良好效果，在提高反应收率、产物纯度、简化后处理等方面表现优异。
13.为保证hfsi的生成反应高效进行，优选地，所述反应的温度为70～150℃。为进一步提高反应的经济性、避免高温可能对设备造成的腐蚀，优选地，所述反应的温度为75～100℃。
14.优选地，所述反应器为微通道反应器。三者形成的均相混合物在微通道反应器中发生均相反应，不仅反应效率高，而且可以改变现有技术大过量引入氟化氢而在后期再回收过量氟化氢的使用方式，提高原料氟化氢的利用率，减少后处理难度。
15.为进一步简化产品的分离纯化操作，保证产品的收率和纯度，优选地，将所述反应得到的液体产物进行蒸馏分离，获得双氟磺酰亚胺。
具体实施方式
16.本发明提供一种采用微通道连续流反应器制备双氟磺酰亚胺的方法，该方法反应效率高、操作简单、不腐蚀设备，具体包括以下步骤：
17.1)将双氯磺酰亚胺、双氟磺酰亚胺、无水氢氟酸按照一定比例混合，得到均相混合物；
18.2)将该均相混合物加入到反应器，在高温下反应，生成双氟磺酰亚胺。
19.反应方程式如下：
20.hn(so2cl)2+2hf
→
hn(so2f)2+2hcl
21.针对反应器为微通道反应器的情形，具体操作步骤如下：
22.1)将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺按照(1～2):(0.5～1):1的比例混合均匀，得到一个均匀物相混合物。
23.2)将微通道连续反应流反应模块温度调至70-150℃。
24.3)将该混合物通过连接有微通道连续反应流的蠕动泵，按照3-20ml/min的泵速，将混合物泵入微通道反应流；蠕动泵出料管使用冷冻浴降温，以对反应产物降温，方便收集。在微通道反应器中反应7-20min即可达到良好的反应效果。
25.4)收集反应产物，气体产物为氟化氢和氯化氢的混合物，用氟化钠颗粒吸收其中的氟化氢，生成氟化氢钠，剩余的氯化氢气体用碱液进行吸收。将液体产物经减压蒸馏，获得双氟磺酰亚胺产品。减压蒸馏的温度可设定为90～100℃，真空度可设定为-0.09mpa以上。
26.下面结合具体实施例对本发明的实施过程进行详细说明。
27.一、本发明的双氟磺酰亚胺的制备方法的具体实施例如下：
28.实施例1
29.本实施例的双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
30.1)将微通道反应管道清洗干净，连接好恒温浴和微通道连续流反应器以及各个管道；打开油浴，升温至100℃，待6块微通道连续反应流的温度升至100℃。
31.2)将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺按照摩尔比1.5:1:1的比例先后加入混合器中，混合均匀。
32.3)先将蠕动泵打开，调节蠕动泵泵速为10ml/min；开始向微通道中泵入混合液，反应总时间为7min，收集反应液，该反应液即为初级产物。
33.4)将初级产物在温度100℃、真空度-0.09mpa下蒸馏，蒸馏出轻组分为未氟化完全的单氟单氯磺酰亚胺，剩余重组分即为双氟磺酰亚胺。
34.实施例2
35.本实施例的双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
36.1)将微通道反应管道清洗干净，连接好恒温浴和微通道连续流反应器以及各个管道；打开油浴，升温至80℃，关闭前两块微通道反应块，其余4块微通道连续反应流的温度升至80℃
±
5℃。
37.2)将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺按照摩尔比1.2:0.5:1的比例先后加入混合器中，混合均匀。
38.3)先将蠕动泵打开，调节蠕动泵泵速为3ml/min；开始向微通道中泵入混合液，反应总时间为20min，收集反应液，该反应液即为初级产物。
39.4)将初级产物在温度100℃、真空度-0.09mpa下蒸馏，蒸馏出轻组分为未氟化完全的单氟单氯磺酰亚胺，剩余重组分即为双氟磺酰亚胺。
40.实施例3
41.本实施例的双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
42.1)将微通道反应管道清洗干净，连接好恒温浴和微通道连续流反应器以及各个管道；打开油浴，升温至80℃，待6块微通道连续反应流的温度升至80℃。
43.2)将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺按照摩尔比2:1:1的比例先后加入混合器中，混合均匀。
44.3)、先将蠕动泵打开，调节蠕动泵泵速为5ml/min；开始向微通道中泵入混合液，反应总时间为13min，收集反应液，该反应液即为初级产物。
45.4)将初级产物在温度100℃、真空度-0.09mpa下蒸馏，蒸馏出轻组分为未氟化完全的单氟单氯磺酰亚胺，剩余重组分即为双氟磺酰亚胺。
46.实施例4
47.本实施例的双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
48.1)将微通道反应管道清洗干净，连接好恒温浴和微通道连续流反应器以及各个管道；打开油浴，升温至75℃，微通道连续反应流的温度保持在75℃
±
5℃。
49.2)将无水氢氟酸、双氟磺酰亚胺、双氯磺酰亚胺按照摩尔比1.2:0.8:1的比例先后加入混合器中，混合均匀。
50.3)先将蠕动泵打开，调节蠕动泵泵速为3ml/min；开始向微通道中泵入混合液，反应总时间为20min，收集反应液，该反应液即为初级产物。
51.4)将初级产物在温度100℃、真空度-0.09mpa下蒸馏，蒸馏出轻组分为未氟化完全的单氟单氯磺酰亚胺，剩余重组分即为双氟磺酰亚胺。
52.基于以上反应原理，采用上述实施例的反应原料在常规反应器中进行反应，可获得相应的改善效果。
53.二、对比例
54.对比例1
55.本对比例的双氟磺酰亚胺的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤2)中，不加双氟磺酰亚胺，用两个蠕动泵分别进料。
56.对比例2
57.本对比例的双氟磺酰亚胺的制备方法，与实施例2的区别在于，步骤2)中，不加双氟磺酰亚胺，用两个蠕动泵分别进料。
58.对比例3
59.本对比例的双氟磺酰亚胺的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤2)中，使用溶剂乙腈替换双氟磺酰亚胺。步骤4)中，通过两步蒸馏完成产物分离，其中第一步蒸馏是在温度100℃、真空度-0.09mpa下进行，重组分为双氟磺酰亚胺，因为需要蒸馏出的馏分更多，所以需要的时间更长；第二步蒸馏对象为第一步蒸馏出的馏分，该馏分需要分离出乙腈和单氟单氯磺酰亚胺以及未反应的双氯磺酰亚胺，采用如下梯度蒸馏方案，先85℃常压蒸馏，蒸馏出轻组分乙腈，后进行90℃减压蒸馏，馏分为未氟化完全的单氟单氯磺酰亚胺，釜残为双氯磺酰亚胺。
60.三、实验例
61.本实验例测试各实施例所得双氟磺酰亚胺产品的纯度、收率、氯含量等指标，结果如表1所示。收率按照投入的双氯酸理论应该生成的双氟磺酰亚胺和实际生成的双氟磺酰亚胺的质量比计算。
62.表1双氟磺酰亚胺产品的性能指标
63.实例编号收率，％纯度，％氯含量，ppm实施例198.2％98.9％199实施例298.0％99.0％151实施例398.0％99.2％139实施例497.2％98.7％143对比例116.6％44.5％15349对比例222.5％48.2％7988对比例392.7％95.5％642
64.由表1的结果可知，对比例1、2不加hfsi，用两个蠕动泵分别进料，反应收率不到25％，而且蒸馏时间较长，蒸馏后纯度不到50％。本发明实施例的方法经过原料预混之后同时进料，具备均相反应特点，两种反应原料接触更好，反应更充分，不仅收率高，而且蒸馏效果更好，可方便获得较高的纯度。同时，氯含量低至200ppm以下，hfsi的整体品质优良。对比例3使用乙腈溶剂的方法，收率和产品纯度降低，氯含量升高，且增加了后处理难度。
65.综合来看，本发明的方法表现出原料利用率高、后处理难度低、反应效率高等特点，非常适于工业化生产。