CN111205200A - 一种制备七氟异丁腈的方法及其装置 - Google Patents

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李前进
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Abstract

本发明公开了一种制备七氟异丁腈的方法及其装置，将七氟异丁酸甲酯加入到反应釜中，加入氨的醇溶液，控制反应温度低于0℃；反应2～5h，升温至60℃，当反应液七氟异丁酸甲酯含量＜0.1％时，反应结束，真空蒸馏除去甲醇溶剂，当反应釜内反应液甲醇含量＜1％时，解除真空；反应体系内加入二甲基甲酰胺/吡啶溶剂，控制反应温度低于0℃，加入脱水剂三氟乙酸酐，收集七氟异丁腈气体。该方法将中间体七氟异丁酰胺合成步骤、七氟异丁酰胺脱水制备七氟异丁腈步骤装置集于一体，无需经过中间体七氟异丁酰胺的转移，避免了水洗、萃取、重结晶等操作，直接合成七氟异丁腈，大大减少了设备投入、简化了操作流程，适合于工业化生产。

Description

一种制备七氟异丁腈的方法及其装置
技术领域
本发明涉及七氟异丁腈的合成装置，具体涉及通过七氟异丁酸酯氨化、脱水腈化合成七氟异丁腈的装置。
背景技术
七氟异丁腈是一类新型环保的绝缘气体材料，具有低沸点，高挥发性，电绝缘特性优异及环保性能好等特点，可做为电气设备绝缘体的电介质组合物。七氟异丁腈的温室效应指数(GWP)仅2210，远低于六氟化硫(GWP＝23500)，可用于替代传统六氟化硫绝缘气体，极大减少大气温室效应问题。七氟异丁腈已受到全球电气行业的广泛关注并开始得到应用。
US2015/0083979Al公开了以七氟异丁酸甲酯和氨气为原料生产七氟异丁基酰胺，随后酰胺脱水得到七氟异丁腈的技术方案。将七氟异丁酸甲酯和甲醇加入圆底烧瓶中，缓缓往烧瓶加入氨气，氨气添加完毕继续搅拌然后通过旋转蒸发将溶剂甲醇抽出，将烧瓶中余下的固体倒入瓶中。再将七氟异丁基酰胺溶入二甲基甲酰胺(DMF)中，然后将酰胺/溶剂混合物加入装有人工开关阀、热电偶、磁力搅拌器、干冰冷凝器、干冰冷凝接收器和加料漏斗的圆底烧瓶中，通过漏斗慢慢加入吡啶和三氟乙酸酐，收集得到七氟异丁腈。
CN 109748814 A公开了在水或有机溶剂中，七氟异丁酰氟与氨水溶液或氨气反应，反应结束后，将反应产物溶解于水中，加入碱使反应产物的水溶液呈碱性，减压状态下去除有机溶剂，再用二氯甲烷和/乙酸乙酯萃取水相，经分液和干燥后得到七氟异丁酰胺，再经脱水剂脱水后得到七氟异丁腈。
现有技术合成七氟异丁腈的方法虽有所不同，但多是反应釜中使用氨对七氟异丁酰基化合物(如七氟异丁酰氟、七氟异丁酸酯等)进行氨化合成分离得到七氟异丁酰胺，再使用脱水剂对处理得到的七氟异丁酰胺进行脱水制备七氟异丁腈。过程中需要对物料进行转移且使用到水洗、萃取、分液、干燥等多步骤操作，流程较长、设备复杂、操作难度大。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种制备七氟异丁腈的方法。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种该方法使用的合成装置。
为解决第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种制备七氟异丁腈的方法，将七氟异丁酸甲酯加入到反应釜中，加入氨的醇溶液，控制反应温度低于0℃；反应2～5h，升温至60℃，当反应液七氟异丁酸甲酯含量＜0.1％时，反应结束，真空蒸馏除去甲醇溶剂，当反应釜内反应液甲醇含量＜1％时，解除真空；反应体系内加入二甲基甲酰胺/吡啶溶剂，控制反应温度低于0℃，加入脱水剂三氟乙酸酐，收集七氟异丁腈气体。所述的氨指氨气，所述的醇包括甲醇、乙醇等，二甲基甲酰胺/吡啶摩尔比优选2～5∶1。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种该方法使用的装置：一种全氟异丁腈的合成装置，包括高低温循环机1、反应釜2、冷凝器3、溶剂回收罐4、冷冻收集罐5、液体输送泵6、视镜7、真空系统8，高低温循环机1连接于反应釜2的夹套，液体输送泵6连接于反应釜1顶部，反应釜1顶部出口通过三通分别连接冷凝器3和溶剂回收罐4，三通与溶剂回收罐4之间装有管式视镜7；冷凝器3出口通过另一个三通分别连接冷冻收集罐5和真空系统8。
进一步的，该装置还包括电气回路，电气回路包括反应釜压力、温度采集装置。该装置还可安装自动控制系统。
本发明所述反应釜、冷凝器、溶剂回收罐、冷冻收集罐优选采用316L不锈钢或钛合金材料，液体输送泵选用耐腐蚀、耐氧化、大流量的离心泵，隔膜泵或柱塞泵。
本发明的优点在于将中间体七氟异丁酰胺合成步骤、七氟异丁酰胺脱水制备七氟异丁腈步骤装置集于一体，无需经过中间体七氟异丁酰胺的转移，避免了水洗、萃取、重结晶等操作，直接合成七氟异丁腈，大大减少了设备投入、简化了操作流程，适合于工业化生产。
附图说明
图1为本发明七氟异丁腈合成装置的结构示意图。
其中：1是高低温循环机，2是反应釜，3是冷凝器，4是溶剂回收罐，5是冷冻收集罐，6是液体输送泵，7是管式视镜，8是真空系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1所示，一种七氟异丁腈的合成装置，包括高低温循环机1、反应釜2、冷凝器3、溶剂回收罐4、冷冻收集罐5、液体输送泵6、视镜7、真空系统8。高低温循环机连接于反应釜的夹套，液体输送泵6连接于反应釜顶部，反应釜顶部出口通过三通分别连接冷凝器3和溶剂回收罐4，三通与溶剂回收罐4之间装有管式视镜7；冷凝器3出口通过另一个三通分别连接冷冻收集罐5和真空系统8。顶部设有放空口与大气相连，操作时平衡溶剂收集罐内压力。该装置还包括电气回路，电气回路包括反应釜压力、温度采集装置和自动控制系统。本发明所述反应釜、冷凝器、溶剂回收罐、冷冻收集罐采用316L不锈钢或钛合金材料，液体输送泵选用耐腐蚀、耐氧化、大流量的离心泵，隔膜泵或柱塞泵。
七氟异丁腈制备：
将七氟异丁酸甲酯加入到反应釜中，开启搅拌，由液体输送泵连续加入1.5倍当量氨甲醇溶液，高低温循环机控制反应温度低于0℃；反应结束后，设定高低温循环机逐步升温至反应温度60℃，色谱检测反应釜内反应液七氟异丁酸甲酯含量＜0.1％视为反应结束，开启真空系统，打开溶剂回收罐与三通之间阀门，溶剂甲醇蒸馏后经过冷凝器冷凝收集至溶剂回收罐，冷凝器控制温度0～5℃，过程中通过真空系统调节真空度，控制溶剂甲醇的蒸发速度和回收速度，至视镜内观察无甲醇蒸出或通过色谱检测反应釜内反应液甲醇含量＜1％，关闭真空系统。通过液体输送泵加入一定比例的二甲基甲酰胺/吡啶溶剂后，高低温循环机控制反应温度低于0℃，液体输送泵连续缓慢加入脱水剂三氟乙酸酐，打开冷凝器出口阀，产生的七氟异丁腈气体通过冷凝器顶部，进入冷冻收集罐进行收集后灌装。产品纯度大于96％。

Claims (7)

1.一种制备七氟异丁腈的方法，将七氟异丁酸甲酯加入到反应釜中，加入氨的醇溶液，控制反应温度低于0℃；反应2～5h，升温至60℃，当反应液七氟异丁酸甲酯含量＜0.1％时，反应结束，真空蒸馏除去甲醇溶剂，当反应釜内反应液甲醇含量＜1％时，解除真空；反应体系内加入二甲基甲酰胺/吡啶溶剂，控制反应温度低于0℃，加入脱水剂三氟乙酸酐，收集七氟异丁腈气体。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的氨是指氨气。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的醇是指甲醇、乙醇。
4.根据权利要求1所述的方法，二甲基甲酰胺/吡啶摩尔比为2～5∶1。
5.一种权利要求1～4之一所述的方法使用的装置，包括高低温循环机(1)、反应釜(2)、冷凝器(3)、溶剂回收罐(4)、冷冻收集罐(5)、液体输送泵(6)、视镜(7)、真空系统(8)，高低温循环机(1)连接于反应釜(2)的夹套，液体输送泵(6)连接于反应釜(2)顶部，反应釜(2)顶部出口通过三通分别连接冷凝器(3)和溶剂回收罐(4)，三通与溶剂回收罐(4)之间装有管式视镜(7)；冷凝器(3)出口通过另一个三通分别连接冷冻收集罐(5)和真空系统(8)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是还包括电气回路，电气回路包括反应釜压力、温度采集装置。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征是该装置安装有自动控制系统。
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