[发明专利]由甲烷和SO3生产无水甲磺酸的方法

说明书

本发明涉及一种制造无水甲磺酸(MSA)的方法，并涉及通过所述方法制成的甲磺酸及其用途。

本发明涉及一种制造无水甲磺酸(MSA)的方法，并涉及通过所述方法制成的甲磺酸及其用途。

甲磺酸(H₃CSO₃H，MSA)，类似于其它链烷磺酸，是用于许多不同工艺，例如用于电镀工艺、用于化学工艺或用于清洁应用，或例如用于半导体工业或用作除锈除垢剂的强有机酸。

甲磺酸的高纯度对许多应用是关键的。同时，能量需求、环境影响和投资成本应尽可能低以提供有成本竞争力的方法。

最近的很有前途的方法描述了通过使甲烷和SO3反应来生产MSA(例如WO 2004/041399、WO 2015/071455)。公布的数据显示，在合成过程中形成许多副产物以增加提纯无水MSA的努力并因此使这样的方法低效和昂贵。

WO 2004/041399描述了一种将甲烷转化成含氧衍生物，例如转化成MSA的方法。以高收率实现MSA的合成。关于该反应的选择性，据称“该方法仅生成极少量的副产物”和“在许多情况下MSA是在液相中发现的唯一产物”。

在实施例章节中，据称通过1H NMR(液体产物)和通过气相色谱法分析样品。在分析前用水稀释液体反应产物。除了在气相中没有检测到二氧化碳的信息外，没有给出NMR或GC分析的结果。WO 2004/041399没有指示如何提纯MSA。

相同作者在WO 2007/136425中使用二甲基磺酰基过氧化物(dimethylsulfonylperoxyde)(DMSP)作为自由基引发剂时也强调了在合成后不存在任何显著量的副产物。提到的唯一潜在副产物是硫酸，但没有量化其量。仍然没有给出关于MSA的提纯的任何指示。

WO 2015/071455描述了用作由甲烷和SO3生产MSA中的自由基引发剂的烷基磺酰基过氧化物，和使用这种引发剂由链烷和SO3生产链烷磺酸，尤其是由甲烷和SO3生产MSA的方法。提到可例如通过萃取、结晶、蒸馏或色谱法进行粗产物的提纯。提纯粗制MSA的优选方法是蒸馏。但是，没有给出关于如何将反应混合物输送到蒸馏、这样的蒸馏装置可能看起来如何和可施加哪些操作条件的信息。

来自相同申请人的WO 2018/146153描述了相同反应，但仍然没有给出是否形成任何副产物和如果形成副产物，其浓度如何的信息。提出通过蒸馏提纯粗制MSA，但没有给出关于如何将反应混合物输送到蒸馏、这样的蒸馏装置可能看起来如何和可施加哪些操作条件的信息。

在其文章“Environmental assessment of alternative MSA production usingdirect activation of methane”(Journal of Cleaner Production,202(2018),第1179–1191页)中，S.Kappenthuler等人描述了在释放合成压力后，在蒸馏前用水处理过量SO3以形成硫酸。蒸馏产生MSA(99.5％纯度)和80/20比的硫酸/MSA混合物。但是，该出版物没有提供关于副产物、提纯装置和操作条件的进一步信息。

WO 2018/208701提出一种从由烃、甲磺酸和SO3组成的进料料流中回收纯化形式的无水甲磺酸的方法。这种方法的关键步骤首先是释放合成的压力，然后使蒸馏的进料料流与反应性添加剂接触，所述反应性添加剂能与SO3反应以在蒸馏前从进料料流中除去SO3并将其转化成沸点高于三氧化硫的沸点的反应产物。如果水是反应性添加剂，形成硫酸。在所述公开中没有明示或暗示反转反应或提纯步骤的顺序。

尽管反应性添加剂的加入简化蒸馏，但其需要巨大的努力将在压力释放后以气体形式从反应混合物中析出的甲烷与酸性化合物，即SO3分离，例如在洗涤塔中使用苛性碱溶液进行洗涤。