[发明专利]一种制备氟磺酰亚胺酸的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备氟磺酰亚胺酸的方法及装置，属于精细化工领域。

背景技术

氟磺酰亚胺酸本身是重要的酸性物质，它在化学中有着非常高的实用价值。在有机化学中，主要用于酸催化反应。在无机化学中，主要用于稳定一些惰性离子等。另外氟磺酰亚胺酸是合成氟磺酰亚胺锂的重要物质，其纯度高低决定着氟磺酰亚胺锂的纯度。目前锂电池行业对氟磺酰亚胺锂的纯度要求很高，因此要求制备高纯度的氟磺酰亚胺酸。

制备氟磺酰亚胺酸的方法，已知例如下述的方法。

美国专利US5874616报道了氟烷基磺酰卤化物在非质子溶剂作用下和氟烷基磺酰胺反应制得氟磺基亚胺化合物，进行酸化后，通过减压蒸馏，可以得氟磺酰亚胺。由此得到的氟磺酰亚胺酸纯度较低，无法满足后续要求。

美国专利US20010021790报道了将1mol的无水氨、2mol的磺酰基卤化物和6mol碱金属氟化物放入反应器中，混合物在溶剂中反应，或者用1mol的铵盐、2mol的磺酰基卤化物和7mol碱金属氟化物放入反应器中，混合物在溶剂中进行反应，反应结束后，过滤氟化氢物，蒸出溶剂浓缩，得到产物磺酰亚胺金属盐，收率较高89%以上，再通过硫酸酸解，减压蒸馏，得到磺酰亚胺，同样是产品的纯度低。

中国专利CN200910057888.1报道了将三氟溴甲烷经亚磺化脱卤反应得到三氟甲磺酰溴，将三氟甲磺酰溴加入氨水中反应得到三氟甲磺酰胺，将其溶于烷基胺溶液中，继续加入三氟甲磺酰溴反应，反应结束后减压除去溶剂，将剩余物溶于二氯甲烷中，水洗后收集有机相得到二(三氟甲基磺酰)亚胺。使有机溶剂分离提纯二(三氟甲基磺酰)亚胺，存在着操作环境差，有易燃易爆的危险，对有机溶剂的纯度要求高，得到的产品纯度同样无法满足高纯的要求。

中国专利200810197929报道了将磺酰胺、二氯亚砜、氯磺酸按一定比例加入反应器中反应，反应结束后将亚胺化合物减压蒸出。反应时间长，纯度不够。

中国专利201010617057.8报道了全氟烷基磺酰亚胺的铵盐或季铵盐与溶剂配制成浓度为0.1％～30％的全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液，再经过阳离子转型制得全氟烷基磺酰亚胺酸溶液，得到产品纯度不够。

国内外先后报道了多种制备氟磺酰亚胺酸的方法，在这些方法制备的过程中，生成了难以和氟磺酰亚胺酸分离氟磺酸，仅通过减压蒸馏无法去除，而且多种氟磺酰亚胺酸在常温下为固体，在酸解和蒸馏过程中容易出现堵塞管道，给操作带来不便。使用有机溶剂萃取提纯，对有机溶剂的要求高，存在安全隐患，操作环境较差。另外用上述方法得到产品纯度大多只能达到99%，无法满足锂电池行业对其高纯度的要求。

发明内容

为了克服现有方法制备的氟磺酰亚胺酸纯度不够高、方法操作不便、安全性差的问题，本发明的目的在于提供一种制备氟磺酰亚胺酸的方法及装置，它有效地降低了氟磺酰亚胺酸中杂质的含量，提高了生产过程中的可操作性，提高了氟磺酰亚胺酸的纯度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制备氟磺酰亚胺酸的方法：所述方法步骤如下：

步骤1、制备粗品氟磺酰亚胺酸：粗品氟磺酰亚胺盐在二氧化硅的存在下，与质量浓度为98～105%的硫酸反应，反应温度为85～150℃,反应时间为1～4h，反应开始前通入氮气，反应结束后常压蒸馏，制得粗品氟磺酰亚胺酸；

粗品氟磺酰亚胺盐的纯度大于99%，其中F-≤0.05%，H₂O≤0.1%；粗品氟磺酰亚胺盐化学式如通式Ⅱ或Ⅲ所示：

M_aN(SO₂R_f¹)(SO₂R_f²)   （Ⅱ）

Ⅱ中R_f¹表示氟原子或氢原子全部被氟原子取代的碳原子数为1～4的烃基，R_f²表示氟原子或氢原子全部被氟原子取代的碳原子数为1～4的烃基，R_f¹和R_f²相同或不同，M_a表示锂、钠、钾或铯；