一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种多氟有机化合物制备分离的系统及方法。本发明提出一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统，包括3个反应釜、4个精馏设备和多个产品储罐，所述4个精馏设备依次相连接；所述3个反应釜中，第一反应釜与第一精馏设备的原料入口连接；第二反应釜与第二精馏设备的原料入口连接；第三反应釜与第三精馏设备的原料入口连接；所述精馏设备的馏分出口与产品储罐的入口连接，产品储罐的出口与反应釜连接。本发明提出的方法，通过多次循环操作，可以得到C2、C4、C6、C8的单一组分全氟烷基碘，纯度达到99%以上，可根据市场需要，收集不同组分的高纯全氟烷基碘，作为中间产品出售，实现良好的经济效益。
【专利说明】一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无环的有机化合物领域，具体涉及一种多氟有机化合物制备分离的系统及方法。
【背景技术】
[0002]全氟烷基碘化物是有机氟化物中重要的一类，是合成众多有机氟化物的中间体，全氟烷基碘化物具有“两憎三高”(憎水、憎油、高热稳定性、高化学稳定性、高表面活性)的特点，由全氟烷基碘化物经过取代反应可以获得多种精细化学品，亦具有上述特点。其中C6~12的全氟烷基碘化物更具有使用价值，主要用在调聚反应、制备表面活性剂、氟整理剂和一些精细化学品的中间体。其中，CS及CS以上全氟烷基碘是制备当今应用最为广泛的含氟表面活性剂及织物整理剂的中间体之一。随表面活性剂的应用范围扩大，含氟表面活性剂也因其优异的化学特性而备受青睐。因此CS及CS以上全氟烷基碘的制备也成为热点。
[0003]传统的工艺是将C2~C6的全氟烷基碘混合后，在一个反应釜或在管式反应器内与四氟乙烯完成反应进一步合成CS或ClO以上的组分，这样会产生反应原料组成不稳定、操作条件差异大、产品收率较低、循环操作量明显增大等问题。
[0004]五氟碘乙烷(C2F5I)分子量246，室温下为无色气体，见光易分解，游离出单质碘，因这种不稳定的性质使其成为一种性能优良的调聚剂。是一种重要的含氟表面活性剂中间体，经过与四氟乙烯单体调聚后，可以得到化学性质活泼、用途广泛的多碳全氟烷基碘，因此该物质具有广阔的市场空间。在合成五氟碘乙烷过程中，生成物质较为复杂，其中以五氟碘乙烷为主要产品，同时产生全氟碘丁烷、全氟碘己烷以及全氟碘辛烷等多碳全氟烷基碘。因为多碳全氟烷基碘具有使用价值，应尽量回收提纯。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统。
[0006]本发明的另一个目的是提出一种制备和精馏分离多氟碘代烷的方法。
[0007]本发明上述目的通过以下技术方案来实现:
[0008]一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统，其包括3个反应釜、4个精馏设备和多个广品储te，
[0009]所述精馏设备均设置有顶部的馏分出口、中部的原料入口和下部的塔釜；所述4个精馏设备依次相连接；
[0010]所述3个反应釜中，第一反应釜与第一精馏设备的原料入口连接；第二反应釜与第二精馏设备的原料入口连接；第三反应釜与第三精馏设备的原料入口连接；
[0011 ] 所述精馏设备的馏分出口与产品储罐的入口连接，产品储罐的出口与反应釜连接。
[0012]其中，所述4个精馏设备中，前一个精馏设备的塔釜与下一个精馏设备的原料入口连接，构成依次连接，前一个精馏设备的塔釜内的产物进入后一个精馏设备进行精馏。
[0013]其中，所述三个精馏设备的馏分出口均连接有产品储罐。每个馏分出口连接一个产品储罐。产品储罐内的物质可以作为产品直接销售，也可以输送至第二和/或第三反应釜为反应的原料。
[0014]其中，所述第四精馏设备的塔釜连接有产品储罐。
[0015]所述系统包括4-8个产品储罐。
[0016]一种制备和精馏分离多氟碘代烷的方法，具体为:由3个反应釜和4个精馏设备同时进行I)至3)反应中的一个或多个:
[0017]I)五氟碘乙烷和四氟乙烯在第一反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第一精馏设备，由第一至第四精馏设备依次进行分离；
[0018]2)全氟碘丁烷和四氟乙烯在第二反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第二精馏设备，由第二至第四精馏设备依次进行分离；
[0019]3)全氟碘己烷和四氟乙烯在第三反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第三精馏设备，由第三至第四精馏设备依次进行分离。
[0020]其中，所述第一精馏设备分离得到的馏分再回到第二反应釜进行调聚反应；第二精馏设备分离得到的馏分再回到第三反应釜进行调聚反应。
[0021]其中，所述第二反应釜中全氟碘丁烷和四氟乙烯质量比为1:0.7-1 ;所述第三反应釜中全氟碘己烷和四氟乙烯质量比为1:0.3-0.8.
[0022]其中，第一反应釜操作压力为0.5~4MPa ;温度为20~80°C，反应时间20~480min，反应物为五氟碘乙烷与四氟乙烯，其质量比为8:10~15 ；
[0023]第二反应釜操作压力为0.5~4MPa，温度为20~80°C，
[0024]第三反应釜操作压力为0.5~4MPa ;温度为20~80°C。
[0025]所述第一精馏设备的操作压力为5~40KPa ;塔釜温度为10~60°C ；
[0026]所述第二精馏设备操作压力为5~40Kpa，塔釜温度为20~120°C ；
[0027]所述第三精馏设备操作压力为-90~20KPa ;塔釜温度为80~120°C ；
[0028]所述第四精馏设备操作压力为-90~20Kpa，塔釜温度为80~180°C。
[0029]其中，所述第一精馏设备分离12_15°C的馏分；所述第二精馏设备分离65_68°C的馏分；所述第三精馏设备分离116-118°C的馏分；所述第四精馏设备塔顶分离160-162°C的馏分，塔釜的产品进入产品储罐。
[0030]通过上述的方法，将五氟碘乙烷反应釜(第一反应釜)的反应产物，用泵输送至第一精馏设备中，分离出C2和C4及以上重组分；用泵将C4及以上重组分输送至第二精馏设备中，分离出C4和C6及以上重组分；用泵将C6及以上重组分输送至第三精馏设备中，分离出C6和CS及以上重组分；用泵将CS及以上重组分输送至第四精馏设备中，分离出CS和ClO及以上重组分，从而得到单一组分的C2、C4、C6、CS的全氟烷基碘。然后将单一组分的C2、C4、C6全氟烷基碘(馏分)分别输送至不同的反应釜再进行调聚反应，各釜反应产品再依次通过各组分对应的各精馏塔进行分离，得到单一组分全氟烷基碘，循环进行调聚反应，直至得到所需多碳全氟烷基碘。
[0031]本发明的有益效果为:
[0032]本发明提出的方法对五氟碘乙烷的反应产物进行分离，得到单组分的高纯C2、C4、C6、C8的全氟烷基碘，然后分步合成CS及以上的全氟烷基碘组分。此方法将调聚反应变成类似的加成反应，从而减少了副产物中的高沸组成。本工艺反应原料组成稳定，有利于确定操作条件，增大了产品收率，很大程度降低了循环操作量。同时，有市场需求时，作为单一组分的C2、C4、C6、C8全氟烷基碘，可以作为中间产品直接销售。
[0033]本发明提出的方法，通过多次循环操作，可以得到C2、C4、C6、CS的单一组分全氟烷基碘，纯度达到99%以上，可根据市场需要，收集不同组分的高纯全氟烷基碘，作为中间产品出售，实现良好的经济效益；
[0034]与传统工艺相比，本发明单循环操作收率可达50%以上，操作量明显减少；
[0035]本发明可以实现不同组分的有效分离，保证反应釜中反应物的单一性，操作条件稳定化，实现了批次产品间的组分稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明实施例1的加热和精馏分离系统；
[0037]图2为C2反应釜；
[0038]图3为C2收料槽。
[0039]图中I为C2反应釜，2为C4反应釜、3为C6反应釜，4为全氟烷基碘混合料贮槽，5为C2收料槽，6为1#精馏塔，7为塔釜，8为1#冷凝器，9为2#冷凝器，10为3#冷凝器，11为4#冷凝器，12为 2#精馏塔，13为3#精馏塔、14为4#精馏塔，15为ClO及以上收料槽，16为泵，17为四氟乙烯入口，18为C2全氟烷基碘入口，19为去C2反应釜的出口，20为去直接销售的出口。
【具体实施方式】
[0040]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0041]实施例1:制备和精馏分离系统
[0042]参见图1。制备和精馏分离多氟碘代烷的系统，包括3个反应釜，分别为C2反应釜1、C4反应釜2、C6反应釜3。4个精馏设备，分别为1#精馏塔6、2#精馏塔12、3#精馏塔13、4#精馏塔14。本系统还包括多个产品储罐，包括全氟烷基碘混合料贮槽4，C2收料槽5，C4收料槽，C6收料槽，C8收料槽(图中未编号)，ClO及以上收料槽15，以及泵16。
[0043]精馏塔均设置有顶部的馏分出口、中部的原料入口和下部的塔釜7 ;所述4个精馏塔依次相连接，即前一个精馏设备的塔釜与下一个精馏设备的原料入口连接。
[0044]所述3个反应釜中，C2反应釜与1#精馏塔的原料入口连接(图2);C4反应釜与2#精馏塔的原料入口连接；C6反应釜与3#精馏塔的原料入口连接；C2反应釜设置有四氟乙烯入口 17和C2全氟烷基碘入口 18。C4反应釜C6反应釜也设置两个入口。
[0045]精馏塔的馏分出口与产品储罐的入口连接，产品储罐的出口与反应釜连接。参见图3，1#精馏塔出料进入C2收料槽5，该收料槽的产品可以直接去直接销售(去直接销售出口 20)或去C2反应釜(去C2反应釜的出口 19)。系统中还设置有若干泵和管线，用于输送物料。
[0046]四个精馏设备的馏分出口均连接冷凝器8、9、10、11，然后连接有产品储罐。馏分通过位差直接放入储罐，产品储罐的出口通过泵输送到反应釜中，精馏塔底部塔釜连接有泵，将物料输送到下一精馏塔中进行再精馏。
[0047]第四精馏设备的塔釜连接有收料槽15。
[0048]实施例2:制备和精馏分离
[0049]利用实施例1的系统进行操作。
[0050]1.C2反应釜操作条件，压力2MPa ;温度30°C，反应时间80min，反应物组成为五氟碘乙烷800Kg，四氟乙烯1300Kg。调聚反应得到产物有全氟碘乙烷、全氟碘丁烷、全氟碘己烷、全氟碘辛烷(简称C2产品、C4产品、C6产品、C8产品)，以及更长碳链的碘代烷(简称Cn产品)。
[0051]C2反应釜产物依次进入1#，2#，3#，4#精馏塔进行分离。
[0052]1#精馏塔操作条件，压力:10KPa ;塔釜温度10°C，分离12_15°C的馏分得到C2产品(380Kg)。1#精馏塔分离得到的馏分先进入产品罐，通过泵的输送，再回到第二反应釜进行调聚反应。
[0053]2#精馏塔操作条件，压力:1KPa ;塔釜温度30°C，分离65_68°C的馏分得到C4产品(281Kg)。2#精馏塔分离得到的馏分先进入产品罐，通过泵的输送，再回到第三反应釜进行调聚反应。
[0054]3#精馏塔操作条件，压力:_40KPa ;塔釜温度:80°C，分离116-118°C的馏分得到C6 产品(181Kg)。
[0055]4#精馏塔操作条件，压力_60KPa ;温度:140°C，塔顶分离160-162°C的馏分得到C8 (IllKg)与塔釜 Cn 产品(130Kg)。
[0056]经检测，分离后各单一组分纯度在99%以上。在相同操作条件下多次重复试验，各个组分的产量相对偏差值在±8%以内，达到了稳定操作目的。
[0057]2.C4反应釜操作条件，压力:2MPa ;温度30°C，反应时间120min，反应物组成为全氟碘丁烷800Kg、四氟乙烯700Kg。
[0058]C4反应釜产物依次进入2#，3#，4#精馏塔进行分离。
[0059]2#精馏塔操作条件，压力:1KPa ;塔釜温度30°C，分离65_68°C的馏分得到C4产品(360Kg)。
[0060]3#精馏塔操作条件，压力:_40KPa ;塔釜温度:80°C，分离116_118°C的馏分得到C6 产品(260Kg)。
[0061]4#精馏塔操作条件压力_60KPa ;温度:140°C，塔顶分离160-162°C的馏分得到C8(150Kg)与塔釜 Cn 产品(160Kg)
[0062]经检测，分离后各单一组分纯度在99%以上。在相同操作条件下多次重复试验，各个组分产量的相对偏差值在±5%以内，达到了稳定操作目的。
[0063]3.C6反应釜操作条件，压力:2MPa ;温度:60°C，反应时间180min，反应物组成为全氟碘己烷800Kg，四氟乙烯380Kg。
[0064]C6反应釜产物依次进入3#’ 4#精馏塔进行分离。
[0065]3#精馏塔操作条件，压力:_40KPa ;塔釜温度:80°C，分离得到C6产品(378Kg)。
[0066]4#精馏塔操作条件压力_60KPa ;温度:140°C，塔顶分离得到C8产品(248Kg)，塔釜得到Cn产品(301Kg)。
[0067]通过上述的方法，将五氟碘乙烷反应釜的反应产物，用泵输送至1#精馏塔中，分离出C2和C4及以上重组分；用泵将C4及以上重组分输送至2#精馏塔中，分离出C4和C6及以上重组分；用泵将C6及以上重组分输送至3#精馏塔中，分离出C6和CS及以上重组分；用泵将CS及以上重组分输送至4#精馏塔中，分离出CS和ClO及以上重组分，从而得到单一组分的C2、C4、C6、C8的全氟烷基碘。然后将单一组分的C2、C4、C6全氟烷基碘(馏分)分别输送至不同的反应釜再进行调聚反应，各釜反应产品再依次通过各组分对应的各精馏塔进行分离，得到单一组分全氟烷基碘，循环进行调聚反应，直至得到所需多碳全氟烷基碘。经检测，分离后各单一组分纯度在99%以上。在相同操作条件下多次重复试验，各个组分产量的相对偏差值在±2%以内，达到了稳定操作目的。
[0068]实施例3:制备和精馏分离
[0069]利用实施例1的系统进行操作。
[0070]1.C2反应釜操作条件，压力:0.5MPa ;温度:20°C，反应时间200min，反应物组成为五氟碘乙烷800Kg，四氟乙烯1200Kg。调聚反应得到产物有全氟碘乙烷、全氟碘丁烷、全氟碘己烷、全氟碘辛烷(简称C2产品、C4产品、C6产品、C8产品)，以及更长碳链的碘代烷(简称Cn产品)。
[0071]C2反应釜产物依次进入1#，2#，3#，4#精馏塔进行分离。
[0072]1#精馏塔操作条件，压力:10KPa ;塔釜温度20°C，分离12_15°C的馏分得到C2产品(380Kg)。馏分先进入产品罐，通过泵的输送，再回到第二反应釜进行调聚反应。
[0073]2#精馏塔操作条件，压力:1KPa ;塔釜温度:40°C，分离65_68°C的馏分得到C4产品(281Kg)。2#精馏塔分离得到的馏分先进入产品罐，通过泵的输送，再回到第三反应釜进行调聚反应。
[0074]3#精馏塔操作条件，压力-1OKPa ;塔釜温度90°C，分离116_118°C的馏分得到C6产品(181Kg)。
[0075]4#精馏塔操作条件，压力-1OKPa ;塔釜温度150°C，塔顶分离160_162°C的馏分得到 C8 (IllKg)与塔釜 Cn 产品(130Kg)。
[0076]经检测，分离后各单一组分纯度均在99%以上。多次操作，各个组分产量的相对偏差值在±8%以内。
[0077]2.C4反应釜操作条件，压力2MPa ;温度30°C，反应时间120min，反应物组成为全氟碘丁烷800Kg，四氟乙烯800Kg。
[0078]C4反应釜产物依次进入2#’ 3#, 4#精馏塔进行分离。
[0079]2#精馏塔分离65_68°C的馏分得到C4产品(350Kg)。
[0080]3#精馏塔分离116_118°C的馏分得到C6产品(260Kg)。
[0081]4#精馏塔塔顶分离160-162°C的馏分得到C8产品(140Kg)，塔釜得到Cn产品(160Kg)
[0082]经检测，分离后各单一组分纯度在99%以上。多次操作，各个组分产量的相对偏差值在土 5%以内，达到稳定操作目的。
[0083]3.C6反应釜操作条件，压力:2MPa ;温度:60°C，反应时间180min，反应物组成为全氟碘己烷800Kg，四氟乙烯380Kg。
[0084]C6反应釜产物依次进入3#’ 4#精馏塔进行分离。
[0085]3#精馏塔分离得到C6产品(378Kg)。
[0086]4#精馏塔塔顶分离得到C8产品(248Kg)，塔釜得到Cn产品(301Kg)。
[0087]经检测，分离后各单一组分纯度在99%以上。多次操作各个组分产量的相对偏差值在土 2%以内，达到稳定操作目的。
[0088]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种制备和精馏分离多氟碘代烷的系统，其特征在于，包括3个反应釜、4个精馏设备和多个产品储罐； 所述精馏设备均设置有顶部的馏分出口、中部的原料入口和下部的塔釜；所述4个精馏设备依次相连接； 所述3个反应釜中，第一反应釜与第一精馏设备的原料入口连接；第二反应釜与第二精馏设备的原料入口连接；第三反应釜与第三精馏设备的原料入口连接； 所述精馏设备的馏分出口与产品储罐的入口连接，产品储罐的出口与反应釜连接。
2.权利要求1所述的系统，其特征在于，所述4个精馏设备中，前一个精馏设备的塔釜与下一个精馏设备的原料入口连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三个精馏设备的馏分出口均连接有产品储te。
4.如权利要求1~3任一所述的系统，其特征在于，所述第四精馏设备的塔釜连接有产品储te。
5.一种制备和精馏分离多氟碘代烷的方法，其特征在于，由3个反应釜和4个精馏设备同时进行I)至3)反应中的一个或多个: 1)五氟碘乙烷和四氟乙烯在第一反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第一精馏设备，由第一至第四精馏设备依次进行分离； 2)全氟碘丁烷和四氟乙烯在第二反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第二精馏设备，由第二至第四精馏设备依次进行分离； 3)全氟碘己烷和四氟乙烯在第三反应釜中进行调聚反应，得到的反应产物进入第三精馏设备，由第三至第四精馏设备依次进行分离。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一精馏设备分离得到的馏分再回到第二反应釜进行调聚反应；第二精馏设备分离得到的馏分再回到第三反应釜进行调聚反应。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第二反应釜中全氟碘丁烷和四氟乙烯质量比为1:0.7-1 ;所述第三反应釜中全氟碘己烷和四氟乙烯质量比为1:0.3-0.8。
8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于， 第一反应釜操作压力为0.5~4MPa ;温度为20~80°C，反应时间20~480min，反应物为五氟碘乙烷与四氟乙烯，其质量比为8:10~15 ； 第二反应釜操作压力为0.5~4MPa，温度为20~80°C， 第三反应釜操作压力为0.5~4MPa ;温度为20~80°C。
9.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一精馏设备的操作压力为5~40KPa ;塔釜温度为10~60°C ; 所述第二精馏设备操作压力为5~40Kpa，塔釜温度为20~120°C ； 所述第三精馏设备操作压力为-90~20KPa ;塔釜温度为80~120°C ； 所述第四精馏设备操作压力为-90~20Kpa，塔釜温度为80~180°C。
10.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一精馏设备分离12-15°C的馏分；所述第二精馏设备分离65-68°C的馏分；所述第三精馏设备分离116-118°C的馏分；所述第四精馏设备塔顶分离160-162°C的馏分，塔釜的产品进入产品储罐。
【文档编号】C07C19/16GK104072331SQ201310100123
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2013年3月26日
【发明者】张金刚, 李瑞涛, 陈千友, 胡有荣 申请人:四川西艾氟科技有限公司