[发明专利]一种制备2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的微反应设备和方法

说明书

本发明涉及一种制备2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸的微反应设备和方法，该设备包括进料装置、微反应装置和老化结晶装置，所述进料装置与所述微反应装置连通，所述微反应装置与老化结晶反应装置连通，在所述微反应装置和老化结晶反应装置中，丙烯腈与磺化剂以及异丁烯反应生成反应产物。利用所述微反应设备制备2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸具有本质安全、反应高效，较现有技术大幅缩短反应过程所需时间，提高效率等优势。

技术领域

本发明属于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸合成技术领域，涉及一种制备2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的微反应设备和方法。

背景技术

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(2-Acrylamide-2-methylpropanesulfonic scid,AMPS)是一种的带有磺酸基团和酰胺基团的乙烯基单体，具有多功能性。磺酸基团使其具有染色亲和性，离子交换性和二价阳离子耐受性；酰胺基团使其对热、酸碱、水解具由较好的稳定性；双键使其可以均聚或者与其他单体共聚为具有特殊功能的材料，因此广泛应用于水处理、石油开采、纺织、涂料等领域。

目前的生产2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)工艺多为以丙烯腈(Acrylonitrile，AN)、发烟硫酸和异丁烯为原料在较温和的条件下进行反应制备。在现有的A MPS主要采用搅拌釜；生产工艺中，为了提高AMPS的纯度和收率，通常使用高浓度的硫酸，尤其是发烟硫酸作为磺化剂以减少原料中水分的影响。若原料中所含水未除干净，将与其他反应物反应生成副产物，如叔丁基丙烯酰胺(tert-butylacrylamide,N-tBAM)和丙烯酰胺(acrylamide,AAM)等。但是，当反应液中存在多余的SO₃时，SO₃就会与丙烯腈和异丁烯反应生成磺化副产物，如单磺化异丁烯、双磺化异丁烯等，这些磺化副产物的生成对于AMPS作为聚合物单体的聚合反应有显著的负面影响。同时由于高浓度硫酸粘度大，传统滴加时液滴大，需要长时间搅拌才能将SO₃与AN中的水分混合和反应，以最大限度去除水分，也使加入的SO₃稍过量的均匀分布在体系中。US 20100274048 A1公布了一种合成AMPS的方法，其中通过延长第一步硫酸和丙烯腈混合的时间来控制AMPS中副产物的含量。通常需要90分钟以上，这使得整个合成工艺时间增加。CN 102952052 A公布了一种合成AMPS的方法，通过加入酸酐来去除反应原料中的水分，从而有效抑制磺化副产物的产生，以较高收率获得较高纯度AMPS产品，但当原料中含水量较高时，需要添加较多酸酐，导致液体粘度明显增大，降低了液体流动性，不利于连续化操作；在目前的工业生产过程中，整个反应过程的所需时间在7-8小时；其中第一步在丙烯腈滴加硫酸及后续搅拌除水在3小时左右。CN 102952052 A公布的方法中，在第一步硫酸和丙烯腈混合后，第二步中将异丁烯通入混合液升温反应。通常AMPS合成的第二步进行的磺化反应放热量大，反应速度快，往往较难控制温度，现有工艺通过控制异丁烯的加入速率来控制反应温度，耗时长，且对于产品品质和生产安全性都具有较大的挑战性。磺化反应放热量大，特别是批次搅拌釜中进行的磺化反应危险性大，是重点监控的危险反应过程之一。国家安监总局文件安监总管三【2017】一号提到磺化反应等具有风险的反应，应优化升级工艺来降低风险，如微反应、连续流完成反应。同时连续磺化也属于国家发改委2019产业目录鼓励类中产业。

近年来也有AMPS的连续合成工艺，如CN104211622和US20100274048提到连续磺化工艺，但这些工艺是采用全混釜的操作方式，虽然连续进料，但未解决搅拌釜传热性能受限，釜内反应物存留量大，物料在釜内的停留时间长，存在潜在反应失控的危险等问题。在实际的应用中还不多。因此开发新的AMPS连续化合成工艺非常必要。

利用微反应器进行连续磺化合成AMPS，可以充分利用微反应器的特点：传热快，强化气液混合、吸收和反应，降低体系局部过热可能。从降低设备中反应物存留量和维持体系温度稳定两方面，提高了过程的安全性。同时通过强化物料混合，很好的控制体系的均匀性，减少杂质的产生。

发明内容