一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法与系统及得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸与流程

本发明涉及叔丁基丙烯酰胺磺酸的制备，尤其涉及一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法与系统及得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸。

背景技术：

1、amps(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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法与系统及得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸，所述方法可以微气泡的方式提高了汽液传质和反应的进行，有效降低了副反应，相应地显著降低了amps产品中杂质的含量。

2、其中，amps合成反应是气液固三相反应，在气体通入过程中，传质效率较低，局部异丁烯浓度高，在整体中分布不均，造成局部反应剧烈，副产物较多。根本原因是固定床反应器内的气泡尺度较大(一般为3-10mm)，故气液相界传质面积小，限制了传质效率。气泡尺度是决定气液反应面接触的重要参数，可决定气液反应速率。直径在小于1mm的气泡可称为微气泡，在气液反应过程中，微气泡能够强化气液传质及反应。

3、本发明一方面提供了一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法，具体体现在以下几个方面：

4、1.一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法，包括：(1)将丙烯腈分两部分，一部分丙烯腈与磺化剂混合形成液相混合物，另一部分丙烯腈与异丁烯混合形成微气泡混合物；(2)将所述微气泡混合物加入所述液相混合物中进行反应得到反应产物；(3)对所述反应产物进行熟化得到叔丁基丙烯酰胺磺酸。

5、2.根据上述1所述的方法，其中，所述磺化剂为硫酸，优选地，所述硫酸的浓度为98～102wt％。

6、3.根据上述1所述的方法，其中，

7、所述异丁烯与所述磺化剂的摩尔比为1:(0.8～1.2)，优选为1:(0.9～1.1)；和/或，

8、所述丙烯腈的总量与所述异丁烯的摩尔比为(5～25):1，优选为(7～18):1。

9、4.根据上述1所述的方法，其中，

10、所述一部分丙烯腈与所述磺化剂的混合于-20℃～0℃下进行，优选于-10℃～-4℃下进行；更优选地，在所述一部分丙烯腈与所述磺化剂混合时，所述一部分丙烯腈与所述磺化剂的摩尔比为(4～24):1；

11、和/或，

12、在形成所述微气泡混合物时，所述另一部分丙烯腈与所述异丁烯的摩尔流速比为(1～21):1。

13、5.根据上述1所述的方法，其中，所述微气泡混合物于汽液混合通道内形成；

14、优选地，所述异丁烯在加压后通过微气泡发生器进入所述汽液混合通道的一端，所述另一部分丙烯腈在加压后进入所述汽液混合通道的另一端，这样，加压后的异丙烯与加压后的另一部分丙烯腈在汽液混合通道内逆向接触形成所述微气泡混合物；

15、更优选地，所述微气泡为平均直径在1mm以下的微气泡。

16、6.根据上述1所述的方法，其中，

17、所述液相混合物先进入反应器内，所述微气泡混合物再自所述反应器的上部进入所述反应器；和/或，

18、在所述反应器内设置有搅拌装置。

19、7.根据上述1～6之一所述的方法，其中，

20、在步骤(2)中，所述反应的温度为10℃～55℃，优选为20℃～50℃；和/或，

21、在步骤(3)中，所述熟化的温度为20～50℃，熟化的时间为1～3h；和/或，

22、在步骤(3)所述熟化之后进行后处理，得到叔丁基丙烯酰胺磺酸；优选地，所述后化处理依次包括：固液分离、干燥和任选的重结晶。

23、本发明目的之二在于提供一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的系统，优选用于进行本发明第一方面所述方法，具体体现在以下几个方面：

24、8.一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的系统，包括反应器、汽液混合通道、汽液传输通道和微气泡发生器。

25、9.根据上述8所述的系统，其中，所述汽液混合通道为空心圆筒状；优选地，所述汽液混合通道的一端为异丁烯进料口，所述汽液混合通道的另一端为另一部分丙烯腈进料口；更优选地，在汽液混合通道的异丁烯进料口设置有所述微气泡发生器。

26、10.根据上述8或9所述的系统，其中，所述汽液传输通道的一端与所述汽液混合通道的中间段连通，所述汽液传输通道的另一端与所述反应器的上部连通；优选地，所述汽液传输通道为中空筒体结构。

27、本发明第三方面在于提供利用本发明第一方面所述方法或本发明第二方面所述系统得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸。

28、在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在下文中，各个技术方案之间原则上可以相互组合而得到新的技术方案，这也应被视为在本文中具体公开。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明所述方法提高了汽液传质和反应的进行，有效降低了副反应，相应地显著降低了amps产品中杂质的含量。

技术特征：

1.一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法，包括：(1)将丙烯腈分两部分，一部分丙烯腈与磺化剂混合形成液相混合物，另一部分丙烯腈与异丁烯混合形成微气泡混合物；(2)将所述微气泡混合物加入所述液相混合物中进行反应得到反应产物；(3)对所述反应产物进行熟化得到叔丁基丙烯酰胺磺酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磺化剂为硫酸，优选地，所述硫酸的浓度为98～102wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微气泡混合物于汽液混合通道内形成；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1～6之一所述的方法，其特征在于，

8.一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的系统，优选用于进行权利要求1～7之一所述方法，其中，所述系统包括反应器、汽液混合通道、汽液传输通道和微气泡发生器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述汽液混合通道为空心圆筒状；优选地，所述汽液混合通道的一端为异丁烯进料口，所述汽液混合通道的另一端为另一部分丙烯腈进料口；更优选地，在汽液混合通道的异丁烯进料口设置有所述微气泡发生器。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述汽液传输通道的一端与所述汽液混合通道的中间段连通，所述汽液传输通道的另一端与所述反应器的上部连通；优选地，所述汽液传输通道为中空筒体结构。

11.利用权利要求1～7之一所述方法或权利要求8～10之一所述系统得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸。

技术总结
本发明公开了一种制备叔丁基丙烯酰胺磺酸的方法与系统及得到的叔丁基丙烯酰胺磺酸，所述包括：(1)将丙烯腈分两部分，一部分丙烯腈与磺化剂混合形成液相混合物，另一部分丙烯腈与异丁烯混合形成微气泡混合物；(2)将所述微气泡混合物加入所述液相混合物中进行反应得到反应产物；(3)对所述反应产物进行熟化得到叔丁基丙烯酰胺磺酸。所述方法可以微气泡的方式提高了汽液传质和反应的进行，有效降低了副反应，相应地显著降低了AMPS产品中杂质的含量。

技术研发人员：李斗星,穆晓蕾,贾春革
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16