一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法与流程

1.本发明属于有机物分离纯化技术领域，具体涉及一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法。


背景技术：

2.2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸是一种带有磺酸基团的乙烯基单体，分子式c7h13no4s，具有良好的稳定性，分解温度210℃，其钠盐分解温度329℃，水溶液中分解速度慢，其钠盐水溶液在高的ph值在条件下，具有优良的耐水性能，在酸性条件下，其共聚物的抗水解性能远远高于聚丙烯酰胺。
3.此外，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸是一种多功能水溶性阴离子单体，极易自聚和其它烯烃类单体共聚，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸共聚物广泛应用于油田化学、水处理、合成纤维、印染、塑料、吸水涂料、造纸、生物医药、磁性材料及化妆品等各种领域。
4.目前，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的合成方法有一步法和二步法，所用原料都是发烟硫酸、丙烯腈、异丁烯，二步法是在合成釜中加丙烯腈，然后滴加硫酸，最后通异丁烯混合反应得合成浆料，然后在通过物料方法分离；一步法为丙烯腈与硫酸在混酸釜中连续混合得混酸液，然后连续泵入合成釜中与异丁烯混合反应，生产合成浆料溢流入暂存罐，然后在进行物理方法分离，每步都是连续的；具体的反应原理为：丙烯腈+硫酸（so3）+异丁烯
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2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸。
5.随着2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸在油田降失水剂等方面的广泛应用，要求2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的共聚物要有更大的平均分子量，因而对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸进行纯化就显得非常重要，通过对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸产品进行质谱、核磁分析，所含的杂质主要有丙烯腈、丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺、甲基烯丙基磺酸，其中丙烯腈、n-叔丁基丙烯酰胺、甲基烯丙基磺酸对共聚影响巨大，必须去除，从而保证2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酰胺在高端领域的应用。
6.目前对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸纯化的工艺主要有以下两种：（1）以甲醇或乙醇或去离子水做溶剂通过2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酰胺在不同溶剂中，不同温度下的溶解度不同，析出从而达到纯化的目的，但此种方法，阻聚剂用量较大，同时在这三种溶剂中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸高温稳定性差，易失去双键，对生产的稳定性造成影响，不利于生产的稳定操作；（2）2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸在醋酸含水量为5%-10%（质量分数）时，稳定性较好，同样根据温度不同，溶解度不同，分离纯化2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸，目前应用的厂家较多，但缺点为设备投资较多，处理工艺繁琐，能耗较大。
7.因此，发展一种新的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，能够在简化纯化过程的同时，降低对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的生产稳定性的影响，是目前急需解
决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，能够简化纯化过程的同时，降低对2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的生产稳定性的影响。
9.为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，包括预处理，转化，后处理。
10.所述预处理，将未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体加入丙酮中，然后向丙酮中加入碘化钠，以300-320rpm的搅拌速度搅拌30-35min后过滤，将滤渣在60-65℃下烘干，得到初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的质量分数为95.5-96.5%,丙烯酰胺的质量分数为1.8-2.2%，n-叔丁基丙烯酰胺的质量分数为1.1-1.3%，丙胺的质量分数为0.4-0.6%，甲基烯丙基磺酸的质量分数为0.22-0.26%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的二聚体（或三聚体）的质量分数为0.04-0.06%，阻聚剂的含量为30-40ppm；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体与丙酮的重量比为1:2-2.5；所述丙酮与碘化钠的重量比为10:0.8-1。
11.所述转化，将合成釜的温度控制到10-15℃，然后在搅拌下将初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸缓慢投入装有38-42%氢氧化钠水溶液的合成釜中得到混合物料，控制投入速度为100-120g/min，然后将合成釜的温度控制在38-42℃后将混合物料的ph值调至9-10，向混合物料中加入对苯二酚，稳定剂，1-1.2h后降温至9-10℃，此时，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐析出，通过过滤得到过滤后的母液和固体钠盐，然后通入干燥机中，于110-120℃情况下真空干燥得精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐，分析、包装、入库；所述稳定剂的制备方法为：将聚乙烯醇1788，阿拉伯胶，聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，升温至60-65℃，然后以200-220rpm的搅拌速度搅拌20-25min，得到初级混合液，将初级混合液进行微波震荡，控制微波震荡的强度为60-80w，微波震荡的时间为35-40min，微波震荡结束后得到混合液，然后对混合液进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾干燥过程中的真空度为0.02-0.04mpa，进风温度为115-120℃，出风温度为65-70℃，真空喷雾干燥结束得到稳定剂；其中，所述初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1-1.2；所述对苯二酚，稳定剂，混合物料的重量比为1:2-3:10000；所述真空干燥过程中的真空度为0.02-0.03mpa，真空干燥时间为3-3.2h，真空干燥后2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐中的含水量《0.05%。
12.所述后处理，对过滤后的母液进行分析，从而确定丙烯酸钠含量，当丙烯酸钠含量小于5%时，将过滤后的母液进行套用，即将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与38-42%氢氧化钠水溶液投入过滤后的母液中，控制2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与38-42%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1-1.2；投入的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和38-42%氢
氧化钠水溶液中的氢氧化钠的总重量等于分离出精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐重量，然后进行转化操作，得到套用后母液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐；当套用后母液中丙烯酸钠含量≥5%时，此时将母液的ph调节为9-9.5，单体含量为49.5-50.5%，作为普通钠盐出售。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法制备的精品钠盐，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐含量能达到99.87-99.91%，不挥发物能达到99.94-99.96%，铁离子能降低至3-5ppm，阻聚剂能降低至800-900ppm，水分能降低至0.02-0.03%；（2）本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法制备的普通钠盐，活性单体含量为49.5-50.5%，25℃下的ph为9-9.5，铁离子含量能降低至3-4ppm，阻聚剂含量为80-100ppm；（3）本发明的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，通过母液套用，实现零排放；（4）工艺投资少，生产成本较小，产品能够达到精制纯化的效果。
具体实施方式
14.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
15.实施例1一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，具体为：1.预处理：将未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体加入丙酮中，然后向丙酮中加入碘化钠，以300rpm的搅拌速度搅拌30min后过滤，将滤渣在60℃下烘干，得到初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的质量分数为95.5%,丙烯酰胺的质量分数为1.8%，n-叔丁基丙烯酰胺的质量分数为1.1%，丙胺的质量分数为0.4%，甲基烯丙基磺酸的质量分数为0.22%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的二聚体（或三聚体）的质量分数为0.04%，阻聚剂的含量为30ppm；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体与丙酮的重量比为1:2；所述丙酮与碘化钠的重量比为10:0.8。
16.2.转化：将合成釜的温度控制到10℃，然后在搅拌下将初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸缓慢投入装有38%氢氧化钠水溶液的合成釜中得到混合物料，控制投入速度为100g/min,然后将合成釜的温度控制在38℃后将混合物料的ph值调至9，向混合物料中加入对苯二酚，稳定剂，1h后降温至9℃，此时，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐析出，通过过滤得到过滤后的母液和固体钠盐，然后通入干燥机中，于110℃情况下真空干燥得精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐，分析、包装、入库；所述稳定剂的制备方法为：将聚乙烯醇1788，阿拉伯胶，聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，升温至60℃，然后以200rpm的搅拌速度搅拌20min，得到初级混合液，将初级混合液进行微波震荡，控制微波震荡的强度为60w，微波震荡的时间为35min，微波震荡结束后得到混合液，然后对混合液进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾干燥过程中的真空度为0.02mpa，
进风温度为115℃，出风温度为65℃，真空喷雾干燥结束得到稳定剂；其中，所述初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1；所述对苯二酚，稳定剂，混合物料的重量比为1:2:10000；所述真空干燥过程中的真空度为0.02mpa，真空干燥时间为3h，真空干燥后2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐中的含水量《0.05%。
17.3.后处理：对过滤后的母液进行分析，从而确定丙烯酸钠含量，当丙烯酸钠含量《5%时，将过滤后的母液进行套用，即将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与38%氢氧化钠水溶液投入过滤后的母液中，控制2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与38%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1；投入的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和38%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的总重量等于分离出精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐重量，然后进行转化操作，得到套用后母液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐。
18.当套用后母液中丙烯酸钠含量≥5%时，此时将母液的ph调节为9，单体含量为49.5%，作为普通钠盐出售。
19.制备的精品钠盐和普通钠盐的指标如下：精品钠盐：普通钠盐：实施例2一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，具体为：1.预处理：将未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体加入丙酮中，然后向丙酮中加入碘化钠，以310rpm的搅拌速度搅拌32min后过滤，将滤渣在62℃下烘干，得到初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸
的质量分数为96%,丙烯酰胺的质量分数为2%，n-叔丁基丙烯酰胺的质量分数为1.2%，丙胺的质量分数为0.5%，甲基烯丙基磺酸的质量分数为0.24%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的二聚体（或三聚体）的质量分数为0.05%，阻聚剂的含量为35ppm；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体与丙酮的重量比为1:2.2；所述丙酮与碘化钠的重量比为10:0.9。
20.2.转化：将合成釜的温度控制到12℃，然后在搅拌下将初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸缓慢投入装有40%氢氧化钠水溶液的合成釜中得到混合物料，控制投入速度为110g/min,然后将合成釜的温度控制在40℃后将混合物料的ph值调至9，向混合物料中加入对苯二酚，稳定剂，1.1h后降温至9℃，此时，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐析出，通过过滤得到过滤后的母液和固体钠盐，然后通入干燥机中，于115℃情况下真空干燥得精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐，分析、包装、入库；所述稳定剂的制备方法为：将聚乙烯醇1788，阿拉伯胶，聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，升温至62℃，然后以210rpm的搅拌速度搅拌22min，得到初级混合液，将初级混合液进行微波震荡，控制微波震荡的强度为70w，微波震荡的时间为37min，微波震荡结束后得到混合液，然后对混合液进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾干燥过程中的真空度为0.03mpa，进风温度为117℃，出风温度为67℃，真空喷雾干燥结束得到稳定剂；其中，所述初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1.1；所述对苯二酚，稳定剂，混合物料的重量比为1:2.5:10000；所述真空干燥过程中的真空度为0.02mpa，真空干燥时间为3.1h，真空干燥后2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐中的含水量《0.05%。
21.3.后处理：对过滤后的母液进行分析，从而确定丙烯酸钠含量，当丙烯酸钠含量《5%时，将过滤后的母液进行套用，即将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液投入过滤后的母液中，控制2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1.1；投入的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的总重量等于分离出精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐重量，然后进行转化操作，得到套用后母液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐。
22.当套用后母液中丙烯酸钠含量≥5%时，此时将母液的ph调节为9.2，单体含量为50.3%，作为普通钠盐出售。
23.制备的精品钠盐和普通钠盐的指标如下：精品钠盐：
普通钠盐：实施例3一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，具体为：1.预处理：将未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体加入丙酮中，然后向丙酮中加入碘化钠，以320rpm的搅拌速度搅拌35min后过滤，将滤渣在65℃下烘干，得到初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的质量分数为96.5%,丙烯酰胺的质量分数为2.2%，n-叔丁基丙烯酰胺的质量分数为1.3%，丙胺的质量分数为0.6%，甲基烯丙基磺酸的质量分数为0.26%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸的二聚体（或三聚体）的质量分数为0.06%，阻聚剂的含量为40ppm；所述未纯化的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体与丙酮的重量比为1:2.5；所述丙酮与碘化钠的重量比为10:1。
24.2.转化：将合成釜的温度控制到15℃，然后在搅拌下将初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸缓慢投入装有42%氢氧化钠水溶液的合成釜中得到混合物料，控制投入速度为120g/min,然后将合成釜的温度控制在42℃后将混合物料的ph值调至10，向混合物料中加入对苯二酚，稳定剂，1.2h后降温至10℃，此时，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐析出，通过过滤得到过滤后的母液和固体钠盐，然后通入干燥机中，于120℃情况下真空干燥得精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐，分析、包装、入库；所述稳定剂的制备方法为：将聚乙烯醇1788，阿拉伯胶，聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，升温至65℃，然后以220rpm的搅拌速度搅拌25min，得到初级混合液，将初级混合液
进行微波震荡，控制微波震荡的强度为80w，微波震荡的时间为40min，微波震荡结束后得到混合液，然后对混合液进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾干燥过程中的真空度为0.04mpa，进风温度为120℃，出风温度为70℃，真空喷雾干燥结束得到稳定剂；其中，所述初级处理后的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与40%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1.2；所述对苯二酚，稳定剂，混合物料的重量比为1:3:10000；所述真空干燥过程中的真空度为0.03mpa，真空干燥时间为3.2h，真空干燥后2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐中的含水量《0.05%。
25.3.后处理：对过滤后的母液进行分析，从而确定丙烯酸钠含量，当丙烯酸钠含量《5%时，将过滤后的母液进行套用，即将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与42%氢氧化钠水溶液投入过滤后的母液中，控制2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸与42%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的摩尔比为1:1.2；投入的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和42%氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的总重量等于分离出精品2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐重量，然后进行转化操作，得到套用后母液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸钠盐。
26.当套用后母液中丙烯酸钠含量≥5%时，此时将母液的ph调节为9.5，单体含量为50.5%，作为普通钠盐出售。
27.制备的精品钠盐和普通钠盐的指标如下：精品钠盐：普通钠盐：对比例1
采用实施例1所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，其不同之处在于：省略第1步预处理，制备的精品钠盐和普通钠盐的指标如下：精品钠盐：普通钠盐：对比例2采用实施例1所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸单体纯化方法，其不同之处在于：第2步转化中省略稳定剂的加入，制备的精品钠盐和普通钠盐的指标如下：精品钠盐：普通钠盐：