CN113117618B - 一种连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法 - Google Patents

一种连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法。所述连续流动反应装置包括依次连通的夹套换热器、计量泵、第一微通道反应器、第一气液分离系统、第二微通道反应器、第二气液分离系统、第三微通道反应器、第三气液分离系统、脱轻塔和精馏塔，还包括液体增压系统、质量流量计和尾气吸收系统。本发明采用三组微通道反应器+气液分离系统串联，汽化的氟化氢分成三股分别打入第一、第二和第三微通道反应器，及时将反应产生的HCl气体排出体系，降低了反应压降，提高了反应的选择性，持续补充AHF使得反应更加充分，提高了单程转化率，缩短了反应时间，减少了副反应的发生。

Description

一种连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰) 亚胺的方法
技术领域：
本发明涉及氟化工锂电池电解质技术领域，具体涉及一种连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法。
背景技术：
双(氟磺酰)亚胺(cas：14984-73-7)，分子式HN(SO2F)2，简称HFSI。是一种强酸，其盐及离子液体已被证实在催化领域、电解质领域、氟化试剂领域具有广泛应用，尤其是其锂盐(LiFSI)已被证实特别适用于电池和超级电容器。
已公开的LiFSI合成方法很多，如专利US2004097757中记载，是采用HClSI直接与氟化锂LiF反应制备LiFSI，该方法直接产生大量的腐蚀性气体氟化氢，同时过量LiF与LiFSI难彻底分离，产品F离子含量高，影响产品品质。
专利US2013331609,US2012041233,EP2415757,US2011034716,CN101747242A公开的LiFSI的合成方法是先合成HClSI，然后由其与氟代金属盐MFX反应，制备相应的双氟磺酰亚胺盐中间体，该中间体再与氢氧化锂LiOH或碳酸锂Li2CO3进行阳离子交换制得LiFSI，缺陷在于阳离子交换达到平衡后很难继续进行完全，未反应完全的中间体难以与LiFSI完全分离，从而无法得到高品质的产品。
现有最为经济有效的方法是采用HFSI直接与LiOH或Li2CO3反应，生成LiFSI。因此合成和提纯中间体HFSI便成了制备LiFSI的关键。
专利US2012/0020867 A1，CN 102378755A，CN 107986248A公开了使用磺酰氟和氨气(或氟化铵)制备双(氟磺酰)亚胺的方法，该反应为放热反应，存在快速升压现象，副反应多，产物为双(氟磺酰)亚胺与三乙胺的络合物，产品提纯困难，原料腐蚀性强，对设备要求高，三废高，不符合绿色化工理念。
专利US 8337797，US 9156692，US 5916475报导了氟磺酸和尿素合成双(氟磺酰)亚胺的方法，该方法需要使用PTFE反应器，在120～130℃条件下完成，危险性大，对设备要求高，且反应有HF生成，产品收率40％左右，不适合工业化生产。
文献B.Krumm et al,Inorg.chem.1998,37,6295和专利ZL 201210262032.X公开了AsF3和SbF3制备双(氟磺酰)亚胺的合成方法，由于As剧毒，副产物SbCl3容易升华，HFSI提纯困难，该方法也不是制备HFSI的优选方案。
专利CN 200980111233.6报导了选用氟磺酸、氯磺酸、甲基磺酸、三氟甲磺酸等与双(氟磺酰)亚胺盐制备双(氟磺酰)亚胺的方法，通过实验发现氯磺酸参与反应容易发生副反应，不易得到高纯HFSI。氟磺酸有强腐蚀性，价格昂贵，供应商很少，并且氟磺酸与HFSI的沸点相差较少，用减压蒸馏方式分离HFSI与过量或没反应完的氟磺酸很难，毕竟两者沸点相差不大，因此想得到高纯度的HFSI较困难。甲基磺酸、三氟甲磺酸价格太贵，对设备要求也很高，不利于工业化生产。
制备HFSI最简单的反应之一是使HClSI与氟化氢反应，专利CN 200910063820.4、CN 201410112056.6和CN 201480035708.9公开了选用HF对双(氯磺酰)亚胺进行氟化反应制备双(氟磺酰)亚胺的方法，密闭条件下会出现快速升压现象，产品收率约70％，对设备要求高，危险性大。美国第7,919,629号专利的实施例10公开了在各种温度下HClSI与无水HF的反应。最佳产率是在130℃下反应2小时得到的55％。在30℃和50℃下反应12小时后观察到一些反应(<10％产率)。该专利的发明人观察到氟磺酸作为降解产物出现。总结出“…使用HF合成HFSI并不令人满意”。
综上所述，这些专利报道的HFSI氟化方法普遍存在副产物难分离，高温高压反应环境，收率低，三废高，耗能高，安全风险高，亟待以开发相对安全/或简单的高产率制备高纯HFSI的方法。
发明内容：
为了解决AHF合成HFSI工艺中，反应条件苛刻，副产物多，产物收率低，釜式反应存在放大效应的技术难题，本发明提供了一种快速、高收率、高选择性、安全、连续流动制备高纯HFSI的连续流动反应装置及基于该装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法。
本发明的第一个目的是提供一种连续流动反应装置，包括依次连通的夹套换热器、计量泵、第一微通道反应器、第一气液分离系统、第二微通道反应器、第二气液分离系统、第三微通道反应器、第三气液分离系统、脱轻塔和精馏塔，还包括液体增压系统、质量流量计和尾气吸收系统，所述液体增压系统通过质量流量计分别与第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器连通，所述液体增压系统与质量流量计之间设有第一截止阀，所述质量流量计与第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器之间分别设有第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，所述第一气液分离系统、第二气液分离系统和第三气液分离系统分别与尾气吸收系统连通。
所述的尾气吸收系统优选为装有碱液的容器。容器可以为烧瓶、塑料盆等任何能够装碱液的容器。
所述的碱液优选为质量分数5％的KOH溶液。
本发明的第二个目的是提供一种基于所述的连续流动反应装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法，包括以下步骤：
将双(氯磺酰)亚胺与反应促进剂混合形成物料1装入夹套换热器中，经计量泵泵入第一微通道反应器中，流速为18-36ml/min，打开第一截止阀和第二截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第一微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第一气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器中，打开第三截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第二微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第二气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器中，打开第四截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第三微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第三气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔和精馏塔纯化得到双(氟磺酰)亚胺。
优选，所述的反应促进剂选自乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、丁基膦酸二丁酯、正戊腈、己二腈、苯乙腈中的一种或几种。
优选，所述的反应促进剂的添加量为双(氯磺酰)亚胺质量的2.7％-6.6％。
优选，所述的分离得到的反应液C经脱轻塔和精馏塔纯化得到双(氟磺酰)亚胺具体为：分离得到的反应液C经脱轻塔脱去沸点低于双(氟磺酰)亚胺的组分，然后进入精馏塔，在2mmHg条件下进行精馏，收集39～42℃的馏分，得到双(氟磺酰)亚胺。
微通道反应器的夹心结构设计相比釜式反应器换热效率提高了约1000倍，内部心形加挡板结构的通道设计相较于釜式机械搅拌传质效率提高了约100倍，在1mm微通道内完成的高效传质传热可以实现快速高选择性高收率制备HFSI的过程。产生的HCl气体通过气液分离系统及时移出反应体系，使串联模块压降维持在0.5～1.0MPa，在反应温度80℃-120℃条件下，反应总停留时间约为10-20min，单程转化率即可达到77.2％～96.2％，得到的HFSI混合液直接进入脱轻塔和精馏塔纯化，快速连续高收率得到高纯HFSI。
本发明采用三组微通道反应器+气液分离系统串联，汽化的氟化氢分成三股分别打入第一、第二和第三微通道反应器，及时将反应产生的HCl气体排出体系，降低了反应压降，提高了反应的选择性，持续补充AHF使得反应更加充分，提高了单程转化率，缩短了反应时间，减少了副反应的发生。
本发明的方法克服了从HClSI制备HFSI工艺过程繁琐，副产多，收率低，三废高，产品难纯化的问题，工艺流程设计简单，产品收率高，纯度高，适合工业化转化，具有较高的AHF利用率，低三废，低能耗，是一种安全、环保制备HFSI的合成方法，产生良好的经济效益。
本发明的技术效果：1.采用微通道流动工艺合成HFSI，单个反应模块持液量仅8ml，相对釜式合成工艺安全性能得到极大提高；2.采用微通道流动工艺高效传质传热的特点在10～30min内实现了快速高选择性高收率制备高纯HFSI的目的；3.采用添加腈类、胺类或膦类反应促进剂的方式显著提高了合成转化率和产品收率；4.采用微通道与气液分离系统串联的模式，及时将反应产生的HCl排出体系，降低了反应压降，提高了反应的选择性。5.本发明采用HClSI与AHF直接氟化制备高纯HFSI，工艺路线简单，可操作性强，原料价格便宜，工业化生产成本低。
附图说明：
图1为实施例1的连续流动反应装置结构示意图；
附图标记说明：1-夹套换热器，2-计量泵，3-第一微通道反应器，4-第一气液分离系统，5-第二微通道反应器，6-第二气液分离系统，7-第三微通道反应器，8-第三气液分离系统，9-脱轻塔，10-精馏塔，11-液体增压系统，12-质量流量计，13-尾气吸收系统，14-第一截止阀，15-第二截止阀，16-第三截止阀，17-第四截止阀。
具体实施方式：
下面的实施例用来说明本发明的几个具体的实施方式，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
在实施例中，第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器购自康宁微通道反应器技术有限公司(G1-SiC)。第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器均包括一个预热模块和1个由3个串联的反应模块(心型)组成的反应模块组。
实施例1
如图1所示，本发明的连续流动反应装置，包括依次连通的夹套换热器1、计量泵2、第一微通道反应器3、第一气液分离系统4、第二微通道反应器5、第二气液分离系统6、第三微通道反应器7、第三气液分离系统8、脱轻塔9和精馏塔10，还包括液体增压系统11、质量流量计12和尾气吸收系统13，所述液体增压系统11通过质量流量计12分别与第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7连通，所述液体增压系统11与质量流量计12之间设有第一截止阀14，所述质量流量计12与第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7之间分别设有第二截止阀15、第三截止阀16和第四截止阀17，所述第一气液分离系统4、第二气液分离系统6和第三气液分离系统8分别与尾气吸收系统13连通。尾气吸收系统13为装有碱液的烧瓶，碱液为质量分数5％的KOH溶液。
使用上述的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为80℃。将双(氯磺酰)亚胺(分子式HN(SO2Cl)2，简称HClSI)与乙腈混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，乙腈的添加量为HClSI质量的2.7％。无水氟化氢(简称AHF)通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为30ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至80℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量5g/min，反应温度80℃，反应停留时间为1.1min，压降维持在0.25MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至80℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量5g/min，反应温度80℃，反应停留时间为1min，压降维持在0.22MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至80℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量5g/min，反应温度80℃，反应停留时间为1min，压降维持在0.15MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率95.0％，反应液C中Cl含量0.89％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于双(氟磺酰)亚胺(简称HFSI)的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集40℃的馏分，得到纯度99.9％HFSI，产量48.0g/min，收率94.6％。
实施例2
使用实施例1的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为90℃。将HClSI与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，DMF的添加量为HClSI质量的3.3％。无水AHF通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为24ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至90℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度90℃，反应停留时间为54s，压降维持在0.24MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至90℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度90℃，反应停留时间为55s，压降维持在0.21MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至90℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度90℃，反应停留时间为55s，压降维持在0.132MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率96.2％，反应液C中Cl含量0.69％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于HFSI的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集40℃的馏分，得到纯度99.8％HFSI，产量39.1g/min，收率96.5％。
实施例3
使用实施例1的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为120℃。将HClSI与丁基膦酸二丁酯(DBBP)混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，DBBP的添加量为HClSI质量的5.7％。无水AHF通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为24ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至120℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度120℃，反应停留时间为53s，压降维持在0.25MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至120℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度120℃，反应停留时间为53s，压降维持在0.22MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至120℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量4g/min，反应温度120℃，反应停留时间为53s，压降维持在0.18MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率85.8％，反应液C中Cl含量2.56％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于HFSI的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集39℃的馏分，得到纯度99.7％HFSI，产量34.8g/min，收率85.9％。
实施例4
使用实施例1的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为100℃。将HClSI与正戊腈混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，正戊腈的添加量为HClSI质量的4.5％。无水AHF通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为36ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至100℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量6g/min，反应温度100℃，反应停留时间为80s，压降维持在0.26MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至100℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量6g/min，反应温度100℃，反应停留时间为80s，压降维持在0.23MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至100℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量6g/min，反应温度100℃，反应停留时间为80s，压降维持在0.18MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率77.2％，反应液C中Cl含量4.09％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于HFSI的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集41℃的馏分，得到纯度99.8％HFSI，产量47.0g/min，收率77.3％。
实施例5
使用实施例1的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为110℃。将HClSI与己二腈混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，己二腈的添加量为HClSI质量的6.5％。无水AHF通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为18ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量3g/min，反应温度110℃，反应停留时间为40s，压降维持在0.22MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量3g/min，反应温度110℃，反应停留时间为40s，压降维持在0.20MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量3g/min，反应温度110℃，反应停留时间为40s，压降维持在0.12MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率94.5％，反应液C中Cl含量0.98％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于HFSI的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集42℃的馏分，得到纯度99.8％的HFSI，产量28.7g/min，收率94.4％。
实施例6
使用实施例1的连续流动反应装置连续流动制备高纯HFSI，具体步骤如下：
设定第一微通道反应器3、第二微通道反应器5和第三微通道反应器7的反应温度为110℃。将HClSI与苯乙腈混合形成物料1装入夹套换热器1中预热至60℃，苯乙腈的添加量为HClSI质量的6.6％。无水AHF通过液体增压系统11加压至1.2MPa备用。
将夹套换热器1中预热后的物料1经计量泵2泵入第一微通道反应器3中，流速为23ml/min，经第一微通道反应器3的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待物料1充满反应模块组时，打开第一截止阀14和第二截止阀15，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第一微通道反应器3的反应模块组中，AHF流量3.7g/min，反应温度110℃，反应停留时间为50s，压降维持在0.24MPa，反应后经第一气液分离系统4进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器5中，经第二微通道反应器5的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待反应液A充满反应模块组时，打开第三截止阀16，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第二微通道反应器5的反应模块组中，AHF流量3.7g/min，反应温度110℃，反应停留时间为50s，压降维持在0.19MPa，反应后经第二气液分离系统6进行气液分离，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器7中，经第三微通道反应器7的预热模块加热至110℃后进入反应模块组，待反应液B充满反应模块组时，打开第四截止阀17，经液体增压系统11加压汽化的AHF经质量流量计12进入第三微通道反应器7的反应模块组中，AHF流量3.7g/min，反应温度110℃，反应停留时间为50s，压降维持在0.15MPa，反应后经第三气液分离系统8进行气液分离，在第三气液分离系统8底部取样(即反应液C)，单程转化率84.9％，反应液C中Cl含量2.7％，分离的HCl气体通入尾气吸收系统13吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔9脱去沸点低于HFSI的组分，然后进入精馏塔10，在2mmHg条件下进行精馏，收集40℃的馏分，得到纯度99.9％HFSI，产量33.0g/min，收率84.8％。
本实施例的HFSI合成工艺具有以下优势：1.工艺选用的反应液是HClSI与AHF直接氟化反应制得，原子利用率高，工艺路线简单，原料价格便宜，工业化生产成本低；2.采用微通道连续流动合成工艺可显著减小放大效应，可快速实现产品的量产放大；3.反应通过添加催化量活性组分，主要指腈类、膦类或胺类试剂显著提高了合成收率，缩短了反应时间，减少了副反应的发生；4.反应通过气液分离工艺及时脱除反应生成HCl气体，提高了单程转化率，具有很高的工业化价值；5.反应完成后采用连续精馏纯化方式，得到的最终产品品质好，纯度高，产率高，符合锂电池电解液领域应用需求。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于连续流动反应装置的流动合成双(氟磺酰)亚胺的方法，其特征在于，所述的连续流动反应装置包括依次连通的夹套换热器、计量泵、第一微通道反应器、第一气液分离系统、第二微通道反应器、第二气液分离系统、第三微通道反应器、第三气液分离系统、脱轻塔和精馏塔，还包括液体增压系统、质量流量计和尾气吸收系统，所述液体增压系统通过质量流量计分别与第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器连通，所述液体增压系统与质量流量计之间设有第一截止阀，所述质量流量计与第一微通道反应器、第二微通道反应器和第三微通道反应器之间分别设有第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，所述第一气液分离系统、第二气液分离系统和第三气液分离系统分别与尾气吸收系统连通；
所述的方法，包括以下步骤：
将双(氯磺酰)亚胺与反应促进剂混合形成物料1装入夹套换热器中，经计量泵泵入第一微通道反应器中，流速为18-36ml/min，打开第一截止阀和第二截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第一微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第一气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液A进入第二微通道反应器中，打开第三截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第二微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第二气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液B进入第三微通道反应器中，打开第四截止阀，经液体增压系统加压汽化的氟化氢经质量流量计进入第三微通道反应器中，氟化氢流量3-6g/min，反应温度80℃-120℃，反应停留时间为40～80s，反应后经第三气液分离系统进行气液分离，分离的气体通入尾气吸收系统吸收，分离得到的反应液C经脱轻塔和精馏塔纯化得到双(氟磺酰)亚胺。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的尾气吸收系统为装有碱液的容器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的碱液为质量分数5％的KOH溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的反应促进剂选自乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、丁基膦酸二丁酯、正戊腈、己二腈、苯乙腈中的一种或几种。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的反应促进剂的添加量为双(氯磺酰)亚胺质量的2.7％-6.6％。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的分离得到的反应液C经脱轻塔和精馏塔纯化得到双(氟磺酰)亚胺具体为：分离得到的反应液C经脱轻塔脱去沸点低于双(氟磺酰)亚胺的组分，然后进入精馏塔，在2mmHg条件下进行精馏，收集39～42℃的馏分，得到双(氟磺酰)亚胺。
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