專利名稱：甲基磺酰氟CH₃SO₂F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸CF₃SO₃H的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備三氟甲基磺酸CF3S03H的方法，特別涉及一種甲基磺酰氟 CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸CF3S03H的方法，屬于精細化工技術領域。
背景技術：
目前，三氟甲基磺酸是精細化工領域中合成功能型新穎化工產品的重要基礎原 料，是合成離子液體、氟表面活性劑和鋰離子電解質等的重要原料，具有廣泛的應用前景， 開發(fā)制備三氟甲基磺酸新的工藝方法和關鍵技術是構筑功能型、精細型、高效率精細氟化 工產品的重要研發(fā)領域。 三氟甲基磺酸，分子式為CF^03H，分子量為150.07，純凈的三氟甲基磺酸是一種 無色透明有剌激性氣味的可流動的液體，當混入少量雜質后顏色發(fā)黃。為吸濕液體，具有 強腐蝕性，在潮濕空氣中產生白煙，無火險性和爆炸危險性。吸入或落在皮膚和眼睛及呼 吸道粘膜時，會引起強烈灼傷。密度為1.696。熔點為-4(TC。沸點為162t:，折射率為 1.326-1.33。它是目前已知的最強酸，極易溶于水，易溶于乙醇和乙醚，也溶于丙酮和乙酸 乙酯，微溶于苯、己烷等非極性溶劑中。三氟甲基磺酸性質非常穩(wěn)定，主要作為中間體而廣 泛應用在醫(yī)藥產業(yè)，如核苷、抗生素、類固醇、蛋白質、配糖類和維生素等，是一種新型高效 的Friedel-Crafts節(jié)基化和環(huán)己基化反應的催化劑；在塑料產業(yè)中，用于催化化學合成反 應，作為一種齊聚聚合催化劑；也可用于硅橡膠改性；在電子化學工業(yè)中，可用于電子導電 性聚合物的生產，如三氟甲基磺酸鹽；在燃料產業(yè)中用作質子化反應催化劑；在農化行業(yè) 中，用于合成除草制劑和生長調節(jié)劑等，它及其鹽和酯具有廣泛的用途。 目前三氟甲基磺酸的制備主要有三種工藝方法一種是以二硫化碳為原料，與五
氟化碘反應生成三氟甲基二硫化物，然后與汞反應得三氟甲硫基汞(CF^hHg，后者經(jīng)過氧
化氫氧化即得三氟甲基磺酸，化學反應方程式為
<formula>formula see original document page 4</formula> 第二種是以二硫化碳為原料，與五氟化碘反應生成三氟甲基二硫化物，然后與氯
氣反應得三氟甲基磺酰氯，三氟甲基磺酰氯經(jīng)過水解反應即得三氟甲基磺酸，化學反應方
程式為
<formula>formula see original document page 4</formula> 第三種是以三氟甲基磺酸鉀CF3S03K與過量發(fā)煙硫酸!12504反應生成三氟甲基磺酸 CF3S03H，真空蒸出物便為三氟甲基磺酸CF3S03H，收率約80X。化學反應方程式為
CF3S03K+H2S04 — CF3S03H+K2S04 這些制備方法中，前兩種制備三氟甲基磺酸CF3S03H的工藝方法存在工藝步驟多， 三廢量大，產品質量低和生產成本高的缺陷；第三種制備三氟甲基磺酸CF3S03H的工藝方法 存在著原料成本高的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種工藝簡單、能量消耗少、產品質量 好、生產成本低的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸CF3S03H的方 法。 實現(xiàn)上述目的技術方案是一種甲基磺酰氟CH^(^F電化學氟化氣相產物制備三 氟甲基磺酸CF3S03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法 步驟如下 (1)降溫冷凝將甲基磺酰氟CH^(^F電化學氟化氣相產物進行降溫冷凝，使氣相 中的氟化氫HF冷凝為液相； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，氣相產物進入下
一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在吸收設備中，在氫氧化鉀KOH或氫氧化鈉NaOH或氫氧化鋇 Ba(0H)2的水溶液中加入上一步氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F 進行化學吸收； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣-液分離，氣相含有氫氣112 進一步回收利用，液相物料進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷
凝得到的水^0進行回收利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取將上一步產生的固相物料加入浸取劑，進行浸取操作； (7)固-液分離將上一步產生的物料進行固-液分離，固相進一步回收利用，液
相物料進入下一步； (8)置換反應將上一步得到的液相物料中加入鹽酸HC1或硫酸H^(V進行置換 反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和氯化鹽，或者生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和硫酸 ^! .; (9)固-液分離將上一步產生的物料進行固-液分離，固相進一步回收利用，液 相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸 CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用，殘余液進一步處理。
進一步，所述第一步降溫冷凝的操作溫度為-20°〇 01:，操作絕對壓力為
0. lMPa 1. 0MPa。 進一步，所述第三步化學吸收反應設備是釜式攪拌化學反應器、管式化學反應器 或化學吸收塔中的任意一種，操作條件是反應溫度20°C 120°C，反應絕對壓力0. IMPa 1.0MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鉀K0H或氫氧化鈉Na0H的摩爾比為1.0 : 2. 2 2. 8，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鋇Ba(0H)2的摩爾比為1.0 : 1. 2 1. 8。
進一步，所述第五步蒸發(fā)烘干的操作條件是蒸發(fā)溫度6(TC 12(TC，蒸發(fā)絕對壓 力0. OlMPa 0. lMPa。 進一步，所述第六步浸取中的浸取劑為丙酮或乙醇中的任意一種。 進一步，所述第八步置換反應設備是釜式攪拌化學反應器、管式化學反應器或靜
態(tài)混合器中的任意一種。 進一步，所述第八步置換反應的操作條件是反應溫度2(TC 8(rC，反應絕對壓 力0. lMPa 1. 0MPa，三氟甲基磺酸鉀CF3S03K或三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與鹽酸HC1的 摩爾比為1. 0 : 1. 2 1. 6，三氟甲基磺酸鉀CF3S03K或三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與硫酸 H2S04的摩爾比為1. 0 : 0. 6 0. 8，或三氟甲基磺酸鋇(CF3S03)2Ba與鹽酸HC1的摩爾比為 1.0 : 2. 4 3. 2，或三氟甲基磺酸鋇(CF3S03)2Ba與硫酸H2S04的摩爾比為1.0 : 1. 2 1. 6。 進一步，所述第十步減壓精餾的操作條件是溫度6(TC 162t:，絕對壓力
0. 001MPa 0. lMPa。
本發(fā)明的化學吸收反應方程式為CF3S02F+2K0H — CH3S03K+KF+H20CF3S02F+2Na0H — CH3S03Na+NaF+H20CF3S02F+Ba (OH) 2 — (CF3S03) 2Ba+BaF2+H20本發(fā)明的采用硫酸置換的反應方程式為2CF3S03K+H2S04 — 2CF3S03H+K2S042CF3S03Na+H2S04 — 2CF3S03H+Na2S04(CF3S03) 2Ba+H2S04 — 2CF3S03H+BaS04本發(fā)明的采用鹽酸置換的反應方程式為CF3S03K+HC1 — CF3S03H+KC1CF3S03Na+HCl — CF3S03H+NaCl(CF3S03) 2Ba+2HCl — 2CF3S03H+BaCl2實現(xiàn)本發(fā)明需要的主要工藝設備為化學吸收反應器、浸取設備、置換反應器、蒸
發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備等。
采用上述技術方案的好處是(1)、本發(fā)明將電化學反應的產物直接作為制備原
料，將電化學反應的產物直接作為制備三氟甲基磺酸CF3S03H的原料，有利于提高過程的經(jīng) 濟性，簡化分離和操作步驟，原料易得，原料成本低，簡化設備，減少設備投資，工藝路線短， 工藝簡單；(2)、將電化學反應過程與產物的分離精制以及CH3S(^F的衍生化相結合，有利 于提高過程中能量的利用，減少氣相產物分離過程中的冷凝能量的消耗，能量消耗少；(3)、 充分利用產物的特殊性，簡化工藝步驟，降低了生產成本，提高了工藝過程的安全性；(4)、 將氣相產物的除雜和尾氣的處理相結合，不必到后期專門對氣體進行處理就能排放，可回 收利用，實現(xiàn)了清潔化生產，便于工業(yè)化生產，無三廢產生，清潔、環(huán)保，各種副產物可以回 收利用，這大大節(jié)約了成本；(5)、本發(fā)明工藝方法制備的產品三氟甲基磺酸CF3S03H質量 好，收率高，在吸收并熱解過程中采用高溫、加壓條件，高溫有利于水解，加壓有利于提高過 程的吸收效率；(6)、將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物分離與制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的制備相結合，用氫氧化鉀KOH或氫氧化鈉NaOH或氫氧化鋇Ba (0H)2進行化學吸收，生成三氟甲基磺酸鉀CF3S03K或三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na或三氟甲基磺酸鋇(CF3S03) 2Ba 的三氟甲基磺酸鹽，再與鹽酸HC1或硫酸H2S04反應生成三氟甲基磺酸CF3S03H，這樣可依據(jù) 市場上這幾種三氟甲基磺酸鹽的價格和來源來提高三氟甲基磺酸CF3S03H的經(jīng)濟性，降低 生產成本；(7)、充分利用三氟甲基磺酸鹽溶于丙酮、乙醇、乙醚中的特性，對堿吸收后生成 的三氟甲基磺酸鹽，采用浸取的方法進行分離精制，得到三氟甲基磺酸鹽的有機溶劑，然后 用硫酸4504或鹽酸HC1進行置換反應，得到三氟甲基磺酸，進一步利用置換反應中生成的 氯化鹽或硫酸鹽難溶于有機溶劑的特性，采用固-液分離的方法除去，充分利用了產物和 副產物的溶解特性進行分離精制；(8)、將得到的有機溶劑進行減壓蒸餾，得到三氟甲基磺 酸CF3S03H產物，同時有機溶劑可充分回收利用。


附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
實施例一 主要設備釜式攪拌化學反應器、浸取設備、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。
主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鉀K0H、浸取劑丙酮、 鹽酸HC1。 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為0°C ，操作絕對壓力為1. OMPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝為 液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在釜式攪拌化學反應器中，在氫氧化鉀KOH的水溶液中加入上一
步氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反
應溫度20°C，反應絕對壓力0. lMPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鉀KOH的摩爾比為
1.0 : 2. 2 2. 8，氫氧化鉀KOH水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣_液分離，氣相含有氫氣H2
進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鉀CF^(y(、氟化鉀KF、水H^、氫氧化鉀KOH，含
有三氟甲基磺酸鉀CF3S03K的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度60°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. OlMPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H20進行回收 利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑丙酮，進行浸取操 作； (7)固_液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相中含有氫氧化鉀K0H和氟化鉀KF，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鉀CF3S03K的液相進 入下一步； (8)置換反應在釜式攪拌化學反應器中，將上一步得到的液相物料中加入鹽酸 HC1 ，進行置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和氯化鹽氯化鉀KC1 ，置換反應的操作 條件是反應溫度20°C ，反應絕對壓力0. lMPa，三氟甲基磺酸鉀CF3S03K與鹽酸HC1的摩爾比 為1. 0 : 1. 2 1. 6 ; (9)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出 輕組分浸取劑，然后在溫度80°C 83°C，絕對壓力0. 005MPa條件下收集三氟甲基磺酸 CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用，
殘余液進一步處理。
實施例二 主要設備管式化學反應器、浸取設備、置換反應器、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。 主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鈉NaOH、浸取劑乙醇、 鹽酸HC1。 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為-10°C ，操作絕對壓力為0. 8MPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝 為液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在管式化學反應器中，在氫氧化鈉NaOH的水溶液中加入上一步
氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反
應溫度60°C ，反應絕對壓力0. 5MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鈉NaOH的摩爾比為
1.0 : 2. 2 2. 8，氫氧化鈉NaOH水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣_液分離，氣相含有氫氣H2
進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鈉CF^03Na、氟化鈉NaF、水H^、氫氧化鈉NaOH，
含有三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度80°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. 05MPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H20進行回收 利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑乙醇，進行浸取操 作； (7)固_液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相中含 有氫氧化鈉NaOH和氟化鈉NaF，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na的液 相進入下一步；
8
(8)置換反應在管式化學反應器中，將上一步得到的液相物料中加入鹽酸HC1， 進行置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和氯化鹽氯化鈉NaCl，置換反應的操作條件 是反應溫度5(TC，反應絕對壓力0. 5MPa，三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與鹽酸HC1的摩爾比為 1. 0 : 1. 2 1. 6 ; (9)固_液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出 輕組分浸取劑，然后在溫度9(TC 92t:，蒸發(fā)絕對壓力0. 008MPa條件下收集三氟甲基磺酸 CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用，
殘余液進一步處理。
實施例三 主要設備化學吸收塔、浸取設備、靜態(tài)混合器、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。
主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鋇Ba (OH) 2、浸取劑丙 酮、鹽酸HC1。 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為-20°C ，操作絕對壓力為0. lMPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝 為液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在化學吸收塔中，在氫氧化鋇Ba(OHh的水溶液中加入上一步
氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反應
溫度120°C，反應絕對壓力1. OMPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鋇Ba(OH)2的摩爾比
為1. 0 : 1. 2 1. 8，氫氧化鋇Ba(OH)2水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣-液分離，氣相含有氫氣
H2進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鋇(CF^0》2Ba、氟化鋇Ba&、水H^、氫氧化鋇
Ba(0H)2，含有三氟甲基磺酸鋇(CF3S0^Ba的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度12(TC，蒸發(fā)絕對壓力0. lMPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H^進行回收 利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑丙酮，進行浸取操 作； (7)固_液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相中含 有氫氧化鋇Ba (OH) 2和氟化鋇BaF2，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鋇(CF3S03) 2Ba 的液相進入下一步； (8)置換反應在靜態(tài)混合器中，將上一步得到的液相物料中加入鹽酸HC1，進行 置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和氯化鹽氯化鋇Ba(Cl)2，置換反應的操作條件 是反應溫度80°C ，反應絕對壓力1. OMPa，三氟甲基磺酸鋇(CF3S03) 2Ba與鹽酸HC1的摩爾比
9為1. 0 : 2. 4 3. 2 ; (9)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出 輕組分浸取劑，然后在溫度160°C 162t:，絕對壓力0. lMPa條件下收集三氟甲基磺酸 CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用，
殘余液進一步處理。
實施例四 主要設備釜式攪拌化學反應器、浸取設備、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。
主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鉀KOH、浸取劑乙醇、 硫酸H2S(V 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為_5°C ，操作絕對壓力為0. 9MPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝 為液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在釜式攪拌化學反應器中，在氫氧化鉀KOH的水溶液中加入上一
步氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反
應溫度40°C ，反應絕對壓力0. 3MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鉀KOH的摩爾比為
1.0 : 2. 2 2. 8，氫氧化鉀KOH水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣_液分離，氣相含有氫氣H2
進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鉀CF^(y(、氟化鉀KF、水H^、氫氧化鉀KOH，含
有三氟甲基磺酸鉀CF3S03K的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度70°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. 03MPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H20進行回收 利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑乙醇，進行浸取操 作； (7)固_液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相中含 有氫氧化鉀KOH和氟化鉀KF，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鉀CF3S03K的液相進 入下一步； (8)置換反應在釜式攪拌化學反應器中，將上一步得到的液相物料中加入硫酸 H^(^進行置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和硫酸鹽硫酸鉀K^(^置換反應的操 作條件是反應溫度40°C ，反應絕對壓力0. 3MPa，三氟甲基磺酸鉀CF3S03K與硫酸H2S04的摩 爾比為1. 0 : 0. 6 0. 8 ; (9)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步；
(10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出 輕組分浸取劑，然后在溫度60°C 62°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. 001MPa條件下收集三氟甲基磺酸 CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用， 殘余液進一步處理。 本實施例四與實施例一基本相同，主要的不同的是在第六步浸取中選用的浸取劑
是乙醇，在第八步置換反應中選用的酸是硫酸H^(V 實施例五 主要設備管式化學反應器、浸取設備、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。 主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鈉NaOH、浸取劑丙酮、
硫酸H2S(V 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為-l(TC ，操作絕對壓力為0. 8MPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝 為液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在管式化學反應器中，在氫氧化鈉NaOH的水溶液中加入上一步
氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反
應溫度80°C ，反應絕對壓力0. 6MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鈉NaOH的摩爾比為
1.0 : 2. 2 2. 8，氫氧化鈉NaOH水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣-液分離，氣相含有氫氣112
進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鈉CF^03Na、氟化鈉NaF、水H^、氫氧化鈉NaOH，
含有三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度90°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. 06MPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H20進行回收 利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑丙酮，進行浸取操 作； (7)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固-液分離，固相中含 有氫氧化鈉NaOH和氟化鈉NaF，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na的液 相進入下一步； (8)置換反應在管式化學反應器中，將上一步得到的液相物料中加入硫酸H2S04， 進行置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和硫酸鹽硫酸鈉Na2S04，置換反應的操作條 件是反應溫度60°C ，反應絕對壓力0. 6MPa，三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與硫酸H2S04的摩爾比 為1. 0 : 0. 6 0. 8 ; (9)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固-液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出輕組分浸取劑，然后在蒸發(fā)溫度90°C 92°C ，蒸發(fā)絕對壓力0. 008MPa條件下收集三氟甲基 磺酸CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利 用，殘余液進一步處理。 本實施例五與實施例二基本相同，主要的不同的是在第六步浸取中選用的浸取劑
是丙酮，在第八步置換反應中選用的酸是硫酸H^(V 實施例六 主要設備化學吸收塔、浸取設備、靜態(tài)混合器、蒸發(fā)設備、冷卻設備、過濾設備。
主要原料甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物、氫氧化鋇Ba(OHh、浸取劑乙 醇、硫酸H2S(V 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S(^F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物為原料，所述方法步驟如下
(1)降溫冷凝在冷卻設備中，將甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物進行降 溫冷凝，降溫冷凝的操作溫度為_15°C ，操作絕對壓力為0. 5MPa，使氣相中的氟化氫HF冷凝 為液相氟化氫； (2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，含有三氟甲基磺
酰氟CF3S02F和氫氣H2的氣相進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用； (3)化學吸收在化學吸收塔中，在氫氧化鋇Ba(OHh的水溶液中加入上一步
氣_液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3S02F進行化學吸收，操作條件是反應
溫度IO(TC，反應絕對壓力0. 8MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鋇Ba(OH)2的摩爾比
為1. 0 : 1. 2 1. 8，氫氧化鋇Ba(OH)2水溶液的濃度為0. lmol/L至飽和濃度； (4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣-液分離，氣相含有氫氣
H2進一步回收利用，液相主要為三氟甲基磺酸鋇(CF^0》2Ba、氟化鋇Ba&、水H^、氫氧化鋇
Ba(0H)2，含有三氟甲基磺酸鋇(CF3S0^Ba的液相進入下一步； (5)蒸發(fā)烘干在蒸發(fā)設備中，將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，操作條件 是蒸發(fā)溫度IO(TC，蒸發(fā)絕對壓力0. 08MPa，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H^進行回 收利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步； (6)浸取在浸取設備中，將上一步產生的固相物料加入浸取劑乙醇，進行浸取操 作； (7)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固-液分離，固相中含 有氫氧化鋇Ba (OH) 2和氟化鋇BaF2，固相進一步回收利用，含有三氟甲基磺酸鋇(CF3S03) 2Ba 的液相進入下一步； (8)置換反應在靜態(tài)混合器中，將上一步得到的液相物料中加入硫酸H^(V進行 置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3S03H和硫酸鹽硫酸鋇BaS04，置換反應的操作條件是 反應溫度70°C ，反應絕對壓力0. 8MPa，三氟甲基磺酸鋇(CF3S03) 2Ba與硫酸H2S04的摩爾比 為1. 0 : 1. 2 1. 6 ; (9)固-液分離在過濾設備中，將上一步產生的物料進行固_液分離，固相進一 步回收利用，含有三氟甲基磺酸CF3S03H的液相進入下一步； (10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，在減壓精餾條件下，首先是析出 輕組分浸取劑，然后在蒸發(fā)溫度120°C 122t:，蒸發(fā)絕對壓力0. 009MPa條件下收集三氟甲
12基磺酸CF3S03H，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3S03H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán) 利用，殘余液進一步處理。 本實施例六與實施例三基本相同，主要的不同的是在第六步浸取中選用的浸取劑 是丙酮，在第八步置換反應中選用的酸是硫酸H^(V 除上述各實施例，本發(fā)明的實施方案還有很多，凡采用等同或等效替換的技術方 案，均在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種甲基磺酰氟CH3SO2F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸CF3SO3H的方法，是以甲基磺酰氟CH3SO2F電化學氟化氣相產物為原料，其特征在于所述方法步驟如下(1)降溫冷凝將甲基磺酰氟CH3SO2F電化學氟化氣相產物進行降溫冷凝，使氣相中的氟化氫HF冷凝為液相；(2)氣-液分離將上一步降溫冷凝得到的物料進行氣-液分離，氣相產物進入下一步，液相為氟化氫HF進一步回收利用；(3)化學吸收在吸收設備中，在氫氧化鉀KOH或氫氧化鈉NaOH或氫氧化鋇Ba(OH)2的水溶液中加入上一步氣-液分離后得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3SO2F進行化學吸收；(4)氣-液分離將上一步化學吸收得到的物料進行氣-液分離，氣相含有氫氣H2進一步回收利用，液相物料進入下一步；(5)蒸發(fā)烘干將上一步得到的液相物料進行蒸發(fā)烘干，蒸發(fā)的氣相產物經(jīng)過冷凝得到的水H2O進行回收利用，蒸發(fā)烘干后的固相進入下一步；(6)浸取將上一步產生的固相物料加入浸取劑，進行浸取操作；(7)固-液分離將上一步產生的物料進行固-液分離，固相進一步回收利用，液相物料進入下一步；(8)置換反應將上一步得到的液相物料中加入鹽酸HCl或硫酸H2SO4，進行置換反應，生成產物三氟甲基磺酸CF3SO3H和氯化鹽，或者生成產物三氟甲基磺酸CF3SO3H和硫酸鹽；(9)固-液分離將上一步產生的物料進行固-液分離，固相進一步回收利用，液相進入下一步；(10)減壓精餾將上一步的液相物料進行精餾，獲得氣相冷凝產品三氟甲基磺酸CF3SO3H，浸取劑返回第六步浸取步驟循環(huán)利用，殘余液進一步處理。
2. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第一步降溫冷凝的操作溫度為_20°C ot:，操作絕對壓 力為0. IMPa 1. 0MPa。
3. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第三步化學吸收反應設備是釜式攪拌化學反應器、管式 化學反應器或化學吸收塔中的任意一種，操作條件是反應溫度20°C 12(TC，反應絕對壓 力0. IMPa 1. 0MPa，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鉀KOH或氫氧化鈉NaOH的摩爾比為 1.0 : 2. 2 2. 8，三氟甲基磺酰氟CF3S02F與氫氧化鋇Ba(0H)2的摩爾比為1.0 : 1. 2 1. 8。
4. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF^03H的方法，其特征在于所述第五步蒸發(fā)烘干的操作條件是蒸發(fā)溫度6(TC 12(TC，蒸 發(fā)絕對壓力0. OlMPa 0. 1Mpa
5. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第六步浸取中的浸取劑為丙酮或乙醇中的任意一種。
6. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第八步置換反應設備是釜式攪拌化學反應器、管式化學 反應器或靜態(tài)混合器中的任意一種。
7. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第八步置換反應的操作條件是反應溫度20°C 80°C，反 應絕對壓力0. IMPa 1. OMPa，三氟甲基磺酸鉀CF3S03K或三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與鹽酸 HCl的摩爾比為l.O : 1.2 1.6，三氟甲基磺酸鉀CF3S(y(或三氟甲基磺酸鈉CF3S03Na與硫 酸4504的摩爾比為1.0 : 0. 6 0. 8，或三氟甲基磺酸鋇(CF3S0^Ba與鹽酸HCl的摩爾比 為l.O : 2. 4 3. 2，或三氟甲基磺酸鋇(CF3SO^Ba與硫酸H2S04的摩爾比為1.0 : 1. 2 1. 6。
8. 根據(jù)權利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸 CF3S03H的方法，其特征在于所述第十步減壓精餾的操作條件是溫度6(TC 162t:，絕對壓 力0. OOlMPa 0. lMPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲基磺酰氟CH3SO2F電化學氟化氣相產物制備三氟甲基磺酸CF3SO3H的方法，所述方法步驟如下(1)將甲基磺酰氟CH3SO2F電化學氟化氣相產物降溫冷凝；(2)氣一液分離；(3)氫氧化鉀KOH或氫氧化鈉NaOH或氫氧化鋇Ba(OH)2水溶液中加入上一步得到的氣相物料，對三氟甲基磺酰氟CF3SO2F化學吸收；(4)氣-液分離；(5)液相蒸發(fā)烘干；(6)將固相物料浸??；(7)固-液分離；(8)液相加入鹽酸HCl或硫酸H2SO4進行置換反應；(9)固-液分離；(10)液相精餾，得產品三氟甲基磺酸CF3SO3H。本發(fā)明好處成本低，工藝簡單，能量消耗少，清潔環(huán)保，產品質量好。
文檔編號C07C303/44GK101747240SQ200810243629
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權日2008年12月11日
發(fā)明者丁培興, 司宗飛, 徐曉強, 方劍慧, 李霞, 王一明, 王雅瓊, 許文林, 陶榮輝 申請人:張家港市國泰華榮化工新材料有限公司;揚州大學