СПОСОБ ОЧИСТКИ АКРИЛАМИДО-2-МЕТИЛ-2-ПРОПАНСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2023 года по МПК C07C303/44 C07C309/15 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (ATBS) посредством непрерывной перегонки.

Уровень техники

Акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота, также известная как ATBS, представляет собой акриловый мономер с функцией сульфоновой кислоты, имеющий формулу:

[Хим. 1]

Он широко используется в качестве добавки в акриловых волокнах или, альтернативно, в качестве исходного материала для получения полимеров, применяемых в качестве диспергирующих веществ, загустителей, флокулянтов или суперабсорбентов в различных секторах, таких как нефтяная промышленность, строительство, текстильная промышленность, обработка воды (обессоливание морской воды, добывающая промышленность и т. д.) или косметических средствах.

Реакция, осуществляемая в способе получения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, соответствует приведенной ниже схеме реакции, в которой акрилонитрил присутствует в избытке, так, чтобы одновременно быть растворителем для реакции и реагентом. Акрилонитрил контактирует с дымящей серной кислотой (олеум) и изобутиленом.

[Хим. 2]

Акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота не растворяется в растворителе, представляющем собой акрилонитрил. В результате продукт реакции находится в форме суспензии кристаллов в реакционном растворителе.

В качестве примеров в документах US 6448347 и CN 102351744 описан способ получения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в соответствии с непрерывным режимом.

Затем акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту отделяют от акрилонитрила, обычно посредством фильтрации, и затем высушивают. Высушивание акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты необходимо для уменьшения количества акрилонитрила и акриламида, остающихся в кристалле. Фактически, поскольку эти два соединения классифицируются как канцерогенные компоненты CMR, необходимо провести эффективную фильтрацию с последующим высушиванием, чтобы получить минимально возможное содержание этих двух соединений.

Очень часто требуется дополнительная стадия очистки, поскольку примеси, даже при низких концентрациях, сильно влияют на полимеризацию, а также на качество получаемого полимера, в частности на его молекулярную массу и уровень веществ, нерастворимых в воде.

Таким образом, в документе WO 2009/072480, который относится к способу получения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, объясняется, что примеси 2-метил-2-пропенилсульфоновой кислоты (IBSA) и 2-метилиден-1,3-пропилендисульфоновой кислоты (IBDSA) сильно влияют на полимеризацию при значениях больше определенной концентрации.

Существует множество способов очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. В большинстве случаев акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота повторно растворяется в горячем растворителе с получением насыщенного раствора. При охлаждении получают кристаллы высокой чистоты.

Полученные таким образом кристаллы затем высушивают в вакууме, чтобы дополнительно улучшить их чистоту за счет удаления остаточного растворителя.

В документе US 4337215 описан способ очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством перекристаллизации из уксусной кислоты посредством растворения под действием высокой температуры и кристаллизации вследствие охлаждения в диапазоне температур. Несмотря на хорошую степень чистоты полученной 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, способ, выход которого ограничен, включает несколько стадий растворения/охлаждения и требует обработки уксусной кислотой, используемой для ее восстановления, посредством перегонки перед повторным использованием в новой порции для перекристаллизации 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты. Описываемый способ является «серийным», т. е. в периодическом режиме.

В документе CN 103664709 описан способ получения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, который позволяет отказаться от этой длительной и дорогостоящей стадии высушивания. Стадию высушивания заменяют стадией промывания ледяной уксусной кислотой, в которой ATBS не растворяется. Хотя этот способ позволяет сократить продолжительность синтеза акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, потребление растворителя и тепловая энергия, необходимые для очистки посредством перекристаллизации, все еще слишком велики. Описываемый способ относится к «серийному» типу.

Во всех этих способах используется насыщенный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, растворенный в растворителе, требующий стадии растворения кристаллов под действием высокой температуры, что обуславливает добавление стадии с большими затратами энергии и создает различные проблемы, связанные с использованием растворителя (риск при обращении, транспортировке и хранении растворителя, разрушение используемого оборудования, связанное с природой растворителя, воздействие на окружающую среду).

В данном контексте существует необходимость в разработке новых способов, соответствующих стандартам QHSE (качество, здоровье, безопасность и окружающая среда).

Политика в области качества, здоровья, безопасности и окружающей среды (QHSE) является областью компетенции, включающей определение и соблюдение производственных стандартов компании с особым вниманием к рабочей среде сотрудников, оборудованию и уважению к окружающей среде.

- Качество: сохранение хорошего качества предлагаемой продукции.

- Здоровье и безопасность: сниженные риски для сотрудников и объектов.

- Окружающая среда: более экологически благоприятные способы с меньшим воздействием на окружающую среду.

Заявитель неожиданно обнаружил, что проблемы, описанные выше, могут быть решены с помощью способа очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, осуществляемого непрерывно посредством перегонки водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты при пониженном давлении.

Целью настоящего изобретения является обеспечение нового способа очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, отвечающего требованиям QHSE.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получать кристаллы кислоты очень хорошего качества, снижая при этом риски, ассоциированные с обращением с токсичными растворителями, и уменьшая воздействие на окружающую среду способа очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способу очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством непрерывной перегонки.

Настоящее изобретение также относится к способу получения 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (ATBS), включающему стадию очистки указанной акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение дополнительно относится к использованию кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, для получения соли или раствора солей акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Настоящее изобретение также относится к использованию кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, для получения полимеров.

Наконец, изобретение также относится к полимерам, полученным из акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты или ее солей, полученных из кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты или ее солей, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, а также к использованию этих полимеров при добыче нефти и газа, при обработке воды, при обработке шлама, при производстве бумаги, в строительстве, в горнодобывающей промышленности, при составлении косметических средств, при составлении моющих средств, при изготовлении текстильных изделий или в сельском хозяйстве.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть включен во все уже существующие способы получения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Способ очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Настоящее изобретение направлено на способ очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, включающий следующие последовательные стадии:

1) получение суспензии кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством перегонки водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, 2) выделение кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством отделения твердой/жидкой фаз из указанной суспензии, характеризующееся тем, что стадию перегонки осуществляют непрерывно и при давлении ниже атмосферного.

Как следует из названия, очищенная акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота в соответствии с настоящим изобретением находится в форме кислоты.

Термин «последовательные стадии» обозначает стадии, следующие друг за другом в хронологическом порядке. Другими словами, последовательные стадии осуществляются в указанном порядке и не могут быть взаимозаменены. С другой стороны, одна или более промежуточных стадий необязательно могут быть включены между двумя последовательными стадиями.

Термин «водный раствор» означает раствор на водной основе, который, как правило, не содержит твердых частиц акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Тем не менее, возможно, что в указанном растворе присутствует небольшое количество твердых частиц акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Термин «небольшое количество» означает менее 5%, предпочтительно менее 2%, еще более предпочтительно менее 1% по отношению к массе водного раствора. Предпочтительно раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты не содержит твердых частиц акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

В общем, пределы диапазонов значений, указанных ниже, могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, два диапазона значений, определяемые одной границей, также определяют диапазон значений, ограниченный этими двумя границами.

Краткое описание графических материалов

[Фиг. 1] На Фиг. 1 схематично показан способ в соответствии с настоящим изобретением (сплошная линия) с его различными вариантами (пунктирная линия).

Конечно, размеры и пропорции элементов, показанных на фиг. 1, должны быть преувеличены по сравнению с реальностью; это было осуществлено с единственной целью облегчить понимание изобретения.

Подробное описание

На фиг.1 показаны стадии способа в соответствии с настоящим изобретением: сплошными линиями показаны обязательные стадии и пунктирными линиями показаны необязательные стадии. Точно так же представлены потоки жидкостей, т. е. сплошными или пунктирными линиями.

В соответствии со способом изобретения поток 1 ATBS в водном растворе обрабатывают на стадии 1), как правило, с помощью устройства для перегонки. Этот водный раствор либо получают на необязательной предварительной стадии получения водного раствора ATBS, либо предоставляют как таковой. Поток 2 суспензии кристаллов ATBS и поток 3 отогнанного растворителя переходят из стадии 1). Стадию 2 отделения твердой/жидкой фаз осуществляют, например, с помощью центрифуги или закрытого нутч-фильтра.

Эти стадии, а также необязательные стадии будут подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 1.

Предварительная стадия - получение водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (необязательная)

Обычно способ очистки требует растворения продукта, подлежащего растворению, под действием высокой температуры в растворителе, чтобы получить насыщенный раствор, который на стадии охлаждения раствора способствует образованию кристаллов.

В случае акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты обычно используемыми растворителями являются преимущественно уксусная кислота, акрилонитрил и, в целом, все растворители, обычно используемые при очистке и содержащие от 1 до 10 атомов углерода на молекулу растворителя (т. е. чаще всего: спирты, амиды, кетоны, альдегиды, простые эфиры, карбоновые кислоты, алканы, сложные эфиры, нитрилы, галогенированные углеводороды и т. д.) и их смеси.

Такие растворители обуславливают различные проблемы, связанные с их использованием, будь то риски, связанные с обращением с ними, риски при их транспортировке и хранении или риски разрушения используемого оборудования (в частности, в случае кислот).

С помощью способа в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в основном воду в качестве растворителя при очистке акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты перед перегонкой содержит воду в количестве по меньшей мере 80% по массе, предпочтительно по меньшей мере 85% по массе, более предпочтительно по меньшей мере 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере 92% по массе, более предпочтительно по меньшей мере 95% по массе и даже более предпочтительно по меньшей мере 99% по массе относительно общей массы растворителей в растворе. Предпочтительно раствор содержит 100% по массе воды по отношению к общей массе растворителей в растворе.

Водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты получают, например, посредством растворения акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в водном растворе. Это растворение можно осуществлять в смесителе. В качестве примера и без ограничения такой смеситель может быть выбран из реакторов с мешалками, петлевых реакторов, статических смесителей, микрореакторов и поршневых реакторов.

Возможно, что водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, используемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, содержит другой растворитель(-и). В качестве примера и без ограничения этот/эти растворитель(-и) может(-ут) происходить из примесей, присутствующих в подлежащей очистке акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоте.

Преимущественно полученный водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты содержит менее 20 вес. % растворителя(-ей), отличающихся от воды, предпочтительно менее 15 вес. %, более предпочтительно менее 10 вес. %, более предпочтительно менее 8 вес. %, даже более предпочтительно менее 5 вес. % и еще более предпочтительно менее 1 вес. % по отношению к общей массе растворителей в растворе. Предпочтительно указанный водный раствор не содержит какого-либо растворителя, отличающегося от воды.

Растворение можно осуществлять под действием высокой температуры (обычно при более чем 50°C), под действием низкой температуры (обычно при менее 10°C) или при температуре окружающей среды, т. е. от 10°C до 40°C, предпочтительно от 10°C до 30°C. Преимущественно растворение акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты происходит при температуре окружающей среды.

Мономеры водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты обычно полностью находятся в форме кислоты, т. е. они не нейтрализуются в формы солей акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Если в указанном водном растворе присутствуют соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, они обычно присутствуют в количестве менее 1% от общего количества мономеров акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в растворе.

Концентрация акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в водном растворе акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, отогнанном на стадии 1), обычно составляет от 10% по массе (по отношению к массе водного раствора) и до точки насыщения раствора, называемой в данном документе насыщением раствора. Предпочтительно процент составляет от 20% по массе до процента, приводящего к насыщению раствора, более предпочтительно от 30% по массе до процента, приводящего к насыщению раствора. В одном конкретном варианте осуществления раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты является насыщенным.

Значение насыщения водного раствора акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты зависит от температуры. Таким образом, например, при 25°C насыщение раствора составляет 58% по массе. Специалист в данной области техники сможет отрегулировать концентрацию раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в зависимости от температуры, чтобы получить насыщенный раствор.

Способ в соответствии с настоящим изобретением также предусматривает работу с раствором с низкой концентрацией, т. е. менее 10% по массе ATBS, независимо от температуры. Однако с промышленной точки зрения такая концентрация не представляет интереса. Действительно, низкая концентрация требует перегонки большего количества воды, что увеличивает потребление энергии и снижает производительность и рентабельность способа очистки.

В обычных способах очистки обычно используют по меньшей мере один ингибитор полимеризации, чтобы избежать риска полимеризации мономеров во время их очистки. Способ по настоящему изобретению позволяет уменьшить количество ингибитора(-ов) полимеризации или даже отказаться от них. Действительно, поскольку указанные ингибиторы полимеризации могут иметь отрицательный эффект во время полимеризации, выгодно иметь возможность уменьшить их количество.

Когда водный раствор содержит по меньшей мере один ингибитор полимеризации, его преимущественно выбирают, например, без ограничения, из фенотиазина, (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксила, 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила, производных фенилендиамина и их смесей. Предпочтительно ингибитор полимеризации представляет собой 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил.

Ингибиторы полимеризации также могут относиться к типу производных фенола, таких как гидрохинон или параметоксифенол, хотя они действуют хуже, чем ингибиторы полимеризации, описанные выше. Действительно, этим ингибиторам типа производных фенола требуется растворенный кислород в растворе, чтобы эффективно выполнять свою роль ингибитора полимеризации. Поскольку водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты непрерывно перегоняется при давлении ниже атмосферного, в нем присутствует меньше растворенного кислорода, чтобы гарантировать правильное действие этих ингибиторов. Когда способ в соответствии с настоящим изобретением включает, по меньшей мере, один ингибитор полимеризации, он предпочтительно не выбран среди ингибиторов типа производных фенола.

Ингибитор полимеризации может уже присутствовать с акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислотой или в водном растворе акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, или он может быть добавлен во время образования указанного водного раствора, например, посредством растворения, или его также можно добавлять непрерывно во время стадии перегонки.

Когда водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты содержит ингибитор полимеризации, его количество обычно составляет менее 1%, предпочтительно менее 0,1%, более предпочтительно менее 0,01% и даже более предпочтительно менее 0,001%, по массе относительно количества акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Предпочтительно водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты не содержит ингибитора полимеризации.

Обычно для перекристаллизации акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты требуется стадия растворения под действием высокой температуры, чтобы получить насыщенный раствор и вызвать кристаллизацию во время медленной стадии охлаждения указанного раствора. Эти стадии требуют потребления большого количества энергии.

В предпочтительном варианте осуществления способ в соответствии с настоящим изобретением не требует стадии растворения под действием высокой температуры, за которой следует стадия медленного охлаждения.

Получение водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты можно осуществлять периодически (серийно) или непрерывно. Предпочтительно получение осуществляют непрерывно.

Стадия 1) - Перегонка водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты

Способ в соответствии с настоящим изобретением включает стадию непрерывной перегонки водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученного в том виде, в каком он есть, или полученного на предварительной стадии, описанной выше.

Стадию перегонки 1) в соответствии с настоящим изобретением осуществляют непрерывно и при давлении ниже атмосферного, как правило, в устройстве вакуумной перегонки, которое обычно представляет собой испаритель. Поэтому в данном документе ее также называют «вакуумная перегонка».

Термин «непрерывный способ» в соответствии с настоящим изобретением следует понимать как способ, в котором по меньшей мере один поток непрерывно входит, предпочтительно в устройство вакуумной перегонки, и из которого по меньшей мере один поток выходит без прерывания. Непрерывный способ в соответствии с настоящим изобретением можно осуществлять в течение нескольких дней или даже нескольких месяцев без прерывания.

Однако непрерывный способ в соответствии с настоящим изобретением может быть прерван в исключительных случаях и затем снова запущен по разным причинам. В качестве примера и без ограничения можно упомянуть операцию по техническому обслуживанию или техническую проблему. Этот способ по-прежнему считается непрерывным, в отличие от серийного или полусерийного способа, который осуществляют с по меньшей мере одной остановкой между каждой серией.

Когда раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты подвергается перегонке, обычно проходя через испаритель, начинают образовываться кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Таким образом наблюдается сосуществование водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, в отношении которого осуществляют перегонку, и твердых частиц акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Вакуумную перегонку можно осуществлять применяя испаритель. Это может быть испаритель с падающей пленкой, или испаритель с восходящей пленкой, или скребковый тонкопленочный испаритель, или испаритель с коротким ходом, или испаритель с принудительной циркуляцией, или испаритель со спиральной трубкой, или даже испаритель с мгновенным охлаждением. Это также может быть реактор непрерывного действия с мешалкой. Предпочтительно перегонку осуществляют в скребковом тонкопленочном испарителе, испарителе с коротким ходом или испарителе с принудительной циркуляцией. Еще более предпочтительно перегонку осуществляют в скребковом тонкопленочном испарителе.

Как правило, испаритель представляет собой устройство, имеющее впускное отверстие для отогнанного раствора (водный раствор ATBS), выпускное отверстие для слива воды и любого дистиллированного(-нных) растворителя(-ей) и выпускное отверстие для слива концентрированного раствора (или суспензии в присутствии кристаллов и/или частиц). Термин «X и/или Y» следует понимать как означающий в соответствии с изобретением либо X, либо Y, либо X и Y.

Время пребывания водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в устройстве для перегонки, которое предпочтительно представляет собой испаритель, другими словами, время перегонки, предпочтительно составляет от 1 секунды до 600 секунд, предпочтительно от 3 секунд до 300 секунд, более предпочтительно от 30 секунд до 100 секунд. Время пребывания соответствует времени, необходимому для проведения стадии 1), т. е. времени получения суспензии кристаллов ATBS посредством перегонки водного раствора ATBS. Другими словами, в случае испарителя это время пребывания ATBS между впускным отверстием и выпускным отверстием устройства.

Перегонку можно осуществлять в вертикальном или горизонтальном испарителе. Предпочтительно ее осуществляют в вертикальном испарителе.

Водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты может циркулировать в виде прямотока или противотока относительно пара, образующегося при испарении. Предпочтительно, он циркулирует в виде противотока к пару в устройстве для перегонки. Другими словами, водный раствор ATBS вводят в устройство для перегонки, предпочтительно в испаритель, в прямотоке или противотоке по отношению к отогнанному растворителю.

Водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты может циркулировать в одном или более последовательно соединенных испарителях. Предпочтительно он циркулирует в одном испарителе.

В соответствии со способом по настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 1, поток, входящий в устройство для перегонки на стадии 1), представляет собой поток 1, который соответствует водному раствору акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, подаваемому или полученному на предварительной стадии.

Расход входящего потока 1 предпочтительно составляет от 100 кг/час до 200000 кг/час, более предпочтительно от 200 кг/час до 100000 кг/час.

Исходящие потоки из устройства для перегонки на стадии 1) представляют собой поток 2, который соответствует суспензии кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученной после вакуумной перегонки потока 1, и поток 3, который соответствует отогнанному растворителю при перегонке.

Массовое соотношение потока 2 и потока 3 обычно находится в диапазоне от 0,01 до 200, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 10 и более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5.

В потоке 2 доля акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в твердой (кристаллы) и жидкой (солюбилизированной) форме обычно составляет от 50% до 95% по массе, предпочтительно от 60% до 80% по отношению к общей массе потока 2. Остальные компоненты потока 2 в основном представляют собой воду и, возможно, другой растворитель(-и).

Поток 3 в основном содержит воду и может содержать небольшое количество одного или более других растворителей или акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту.

Скорость испарения зависит от расхода поступающего потока и площади поверхности контакта между поступающей жидкостью и устройством для перегонки, от температуры жидкого теплоносителя, наиболее часто используемого в связи с устройством для перегонки, и, наконец, от давления в испарителе. Площадь поверхности контакта зависит от размера устройства для перегонки; она определяется как площадь внутренней поверхности устройства для перегонки, контактирующей с водным раствором акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты и/или с суспензией акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, образующимися внутри устройства для перегонки на стадии перегонки 1).

Скорость испарения рассчитывается следующим образом.

Скорость испарения (кг/ч/м²) = расход 3 (кг/ч)/площадь поверхность устройства для перегонки (м²)

Скорость испарения предпочтительно составляет от 10 кг/ч./м² до 4000 кг/ч./м², предпочтительно от 20 до 1000 кг/ч./м², еще более предпочтительно от 30 до 100 кг/ч./м².

Для облегчения испарения растворителя перегонку можно осуществлять под действием высокой температуры. Нагревание во время перегонки может быть достигнуто с помощью различных технологий. В качестве примера и без ограничения можно упомянуть нагревание паром, горячей водой, с помощью электричества, посредством сжатия пара или с использованием теплового насоса. Таким образом, устройство для перегонки может иметь две стенки, с горячим жидким теплоносителем, циркулирующим между ними.

Температура внутренней стенки устройства для перегонки предпочтительно составляет от 5 до 90°C, предпочтительно от 30 до 80°C.

Температура водного раствора отогнанной акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (т. е. внутри устройства для перегонки) обычно составляет от 5 до 90°C, предпочтительно от 25 до 70°C.

Значение давления во время перегонки предпочтительно составляет от 1 до менее 1000 мбар абс. (1 мбар = 100 Па). Оно предпочтительно составляет менее 900 мбар абс., более предпочтительно менее 800 мбар абс., более предпочтительно менее 700 мбар абс., более предпочтительно менее 600 мбар абс., более предпочтительно менее 500 мбар абс., более предпочтительно менее 400 мбар абс., более предпочтительно менее 300 мбар абс., более предпочтительно менее 200 мбар абс., более предпочтительно менее 100 мбар абс. и даже более предпочтительно менее 50 мбар абс. и преимущественно более 1 мбар абс. Абсолютное давление соответствует давлению относительно нулевого давления (вакуума).

pH водного раствора, в котором осуществляют перегонку, обычно и предпочтительно составляет менее 2. Предпочтительно вакуумную перегонку осуществляют с кислотной формой мономеров акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, а не с частично или полностью нейтрализованной формой указанных мономеров.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения поток 2 может быть охлажден перед стадией 2) отделения твердой/жидкой фаз суспензии акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Это приводит к увеличению производительности и рентабельности способа по настоящему изобретению за счет ускорения кристаллизации акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Поток 2 можно охлаждать, например, без ограничения, с помощью теплообменника.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, поток 3 можно рециркулировать частично или полностью на предварительной стадии, если такая предварительная стадия присутствует, с предварительной стадией обработки или без нее. Другими словами, отогнанный растворитель со стадии 2) рециркулируют, по меньшей мере частично, в водный раствор, обычно либо на предварительной стадии, либо посредством смешивания с указанным водным раствором перед стадией 1).

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, поток 3 может быть частично или полностью рециркулирован, как правило, для промывания кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных после стадии отделения жидкой/твердой фаз 2), с предварительной стадией обработки и/или без нее.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, поток 3 можно использовать, частично или полностью, для получения соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с предварительной стадией обработки или без нее. Затем эту соль обычно используют для синтеза полимеров.

Стадия 2) - Отделение твердой/жидкой фаз суспензии акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученной после перегонки

Кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты предпочтительно выделяют на стадии отделения жидкой/твердой фаз из потока 2, что чаще всего приводит к образованию, в виде агломерата кристаллов, акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Эту стадию осуществляют в качестве примера и без ограничения с помощью горизонтальной или вертикальной центрифуги, декантатора, пресс-фильтра, ленточного фильтра, дискового фильтра, закрытого вакуумного фильтра, закрытого фильтра под давлением или вращающегося барабанного фильтра. Предпочтительно разделение жидкой/твердой фаз осуществляют с использованием центрифуги или закрытого нутч-фильтра.

Водный раствор, восстановленный после стадии 2) отделения жидкой/твердой фаз, в основном содержит воду и солюбилизированную акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту и может содержать незначительное количество другого растворителя(-ей) или примеси(-ей).

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, водный раствор, восстановленный после отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован на предварительной стадии, если такая предварительная стадия присутствует, с предварительной стадией обработки или без нее.

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, водный раствор, восстановленный после отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован на стадии 1), с предварительной стадией обработки или без нее, непосредственно в устройстве для перегонки или добавлен к водному раствору акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, водный раствор, восстановленный после отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован для получения соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с предварительной стадией обработки или без нее.

Разделение жидкой/твердой фаз можно осуществлять периодически (серийно) или непрерывно. Предпочтительно разделение осуществляют непрерывно.

Промывание кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (необязательно)

Во время необязательной стадии промывания, проиллюстрированной на фиг. 1, кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученные на стадии 2) отделения твердой/жидкой фаз, можно промывать с использованием по меньшей мере одного раствора для промывания.

Раствор для промывания в основном содержит воду. Однако он может содержать другой(-ие) растворитель(-и), а также растворенную акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту.

Преимущественно раствор для промывания содержит не более 20% по массе растворителя(-ей), кроме воды, по отношению к общей массе раствора для промывания, предпочтительно менее 15% по массе, более предпочтительно менее 10% по массе, еще более предпочтительно менее 8% по массе, еще более предпочтительно менее 5% по массе и еще более предпочтительно менее 1% по массе.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения кристаллы, полученные в результате вакуумной перегонки, можно промывать путем опрыскивания указанных кристаллов раствором для промывания.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения промывание кристаллов, полученных при вакуумной перегонке, можно осуществлять путем суспендирования кристаллов в растворе для промывания.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, раствор для промывания частично или полностью представляет собой отогнанную фазу, полученную на стадии 1), соответствующую потоку 3.

Массовое соотношение между раствором для промывания и кристаллами акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученными в результате вакуумной перегонки, предпочтительно составляет от 0,1:1 до 10:1 (раствор для промывания/кристаллы), более предпочтительно от 0,2:1 до 5:1.

Кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученные на этой стадии промывания, преимущественно выделяютс из раствора для промывания, например, с помощью второй необязательной стадии отделения жидкой/твердой фаз, проиллюстрированной на фиг. 1.

Кристаллы, полученные после этой второй стадии отделения твердой/жидкой фаз, можно использовать как таковые или высушивать.

Однако предпочтительно кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты не высушивают после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз.

Раствор для промывания, восстановленный после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз, в основном содержит воду и солюбилизированную акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту и может содержать небольшое количество по меньшей мере одного органического растворителя.

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, раствор для промывания, восстановленный после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован на предварительной стадии, если такая предварительная стадия присутствует, с предварительной стадией обработки или без нее.

В соответствии с конкретным варианту осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, раствор для промывания, восстановленный после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован на стадии 1) с предварительной стадией обработки или без нее.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, раствор для промывания, восстановленный после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован для получения соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с предварительной стадией обработки или без нее.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, раствор для промывания, восстановленный после второй стадии отделения жидкой/твердой фаз, может быть частично или полностью рециркулирован для промывания кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных после перегонки, с предварительной стадией обработки или без нее.

Операцию промывания можно осуществлять периодически (серийно) или непрерывно. Предпочтительно ее осуществляют непрерывно.

Операцию промывания можно осуществлять несколько раз подряд, если чистота кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты является недостаточной.

Высушивание кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (необязательно)

На необязательной стадии, проиллюстрированной на фиг. 1, кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученные после стадии 2) отделения твердой/жидкой фаз или, альтернативно, полученные после стадии промывания кристаллов, могут быть использованы как таковые или альтернативно высушены. В качестве примера и без ограничения высушивание можно осуществлять с помощью любой технологии высушивания, будь то конвекция, теплопроводность или излучение (высушивание в псевдоожиженном слое, высушивание в сквозном слое, высушивание на конвейерной ленте, микроволновое высушивание, высокочастотное радиационное высушивание, инфракрасная высушивание, распылительное высушивание и т. д.).

Необязательную стадию высушивания можно осуществлять при атмосферном давлении или в вакууме.

Необязательную стадию высушивания можно осуществлять периодически (серийно) или непрерывно. Предпочтительно ее осуществляют непрерывно.

Однако после стадии 2) отделения жидкой/твердой фаз или второй стадии отделения жидкой/твердой фаз кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты предпочтительно не высушивают.

В конкретном варианте осуществления изобретения можно последовательно осуществлять стадии промывания и высушивания.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получать кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с очень высокой степенью чистоты. Выделенные таким образом кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты обычно имеют степень чистоты от 99,90 до 99,99%, предпочтительно более 99,95.

Другим преимуществом способа в соответствии с настоящим изобретением является получение кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с очень низким уровнем примесей, обычно типа 2-метил-2-пропенилсульфоновой кислоты (IBSA) и 2-метилиден-1,3-пропилендисульфоновой кислоты (IBDSA), т. е. с небольшим количеством этих примесей по отношению к количеству полученного ATBS по массе, причем эти примеси способны сильно влиять на полимеризацию при значениях больше определенной концентрации. Обычно кристаллы, полученные в соответствии с настоящим изобретением, имеют содержание IBSA и IBDSA менее 100 ppm по массе, предпочтительно количество составляет менее 50 ppm, еще более предпочтительно количество менее 20 ppm на соединение. Другие примеси, обычно обнаруживаемые при синтезе ATBS представляют собой трет-бутилакриламид, акриламид и акрилонитрил.

Чистоту и количество IBDSA и IBSA в кристаллах 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты можно измерить с помощью HPLC (высокоэффективной жидкостной хроматографии) в следующих условиях.

- Колонка ODS-3 (GL Science^®);

- Подвижная фаза: вода с 0,03% трифторуксусная кислота/ацетонитрил (массовое соотношение 90/10);

- Расход подвижной фазы: 0,8 мл/минута.

- Длина волны обнаружения: 200 нм.

Полученная акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота может быть в форме мелкодисперсного порошка или может быть сформирована контролируемым образом с помощью такого способа, как прессование, или гранулирование, или экструзия.

Кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученные способом в соответствии с настоящим изобретением, могут быть повторно растворены и снова циркулированы в способе в соответствии с настоящим изобретением для повышения их степени чистоты.

Получение соли или раствора солей акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (необязательно)

Другой аспект изобретения включает использование кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, для получения водного раствора солей акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты.

Соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоната получают посредством приведения в контакт и смешивания водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты с по меньшей мере одним нейтрализующим соединением, выбранным из гидроксидов щелочных или щелочно-земельных металлов, оксидов щелочных металлов или щелочноземельных металлов, аммиака, аминов следующей формулы NR₁R₂R₃ или карбонатов щелочных или щелочноземельных металлов.

Если соединение представляет собой гидроксид щелочного или щелочноземельного металла, его можно выбрать из гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития, гидроксида магния и гидроксида кальция.

Если соединение представляет собой оксид щелочноземельного металла, его можно выбрать из оксида кальция и оксида магния.

Если соединение представляет собой амин формулы NR₁R₂R₃, R₁, R₂ и R₃ независимо представляют собой атом водорода или углеродную цепь, содержащую от 1 до 22 атомов углерода, преимущественно линейную цепь, причем R₁, R₂ и R₃ одновременно не являются атомом водорода. Обычно аммиак (NH₃) является более предпочтительным, чем амины формулы NR₁R₂R₃.

Можно ввести по меньшей мере один ингибитор полимеризации во время осуществления способа получения соли акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. Этот ингибитор может быть выбран без ограничения из гидрохинона, параметоксифенола, фенотиазина, 2,2,6,6-тетраметил(пиперидин-1-ил)оксила, 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила, производных фенилендиамина или их смесей.

Предпочтительно ингибитор представляет собой параметоксифенол.

Полимеры акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты

Настоящее изобретение также относится к полимеру, полученному из кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты или ее солей, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению.

В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения полимер представляет собой сополимер, содержащий акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновую кислоту, полученную в соответствии со способом по настоящему изобретению, и по меньшей мере один водорастворимый мономер.

(Со)полимер обозначает гомополимер ATBS (кислотная и/или солевая форма) или сополимер ATBS (кислотная и/или солевая форма) и по меньшей мере один другой тип мономера.

Водорастворимый мономер может быть неионным мономером, который, в частности, может быть выбран из группы, включающей водорастворимые виниловые мономеры и, в частности, акриламид; N-изопропилакриламид; N,N-диметилакриламид; N-винилформамид; акрилоилморфолин; N,N-диэтилакриламид; N-трет-бутилакриламид; N-трет-октилакриламид; N-винилпирролидон; N-винилкапролактам и N-винилимидазол, гидроксиэтилметакриламид, гидроксипропилакрилат, изопренол и диацетонакриламид. Преимущественно неионогенный мономер представляет собой акриламид.

Водорастворимый мономер также может быть выбран из группы анионных мономеров. Анионный(-е) мономер(-ы), который(-е) может(-ут) быть использован(-ы) в пределах объема настоящего изобретения, можно выбрать из широкой группы. Эти мономеры могут иметь винильные функциональные группы, в частности, акриловые, малеиновые, фумаровые, малоновые, итаконовые или аллильные функциональные группы. Они также могут содержать карбоксилатную, фосфонатную, фосфатную, сульфатную или сульфонатную группу или некоторую другую группу, имеющую анионный заряд. Анионный мономер может быть в кислотной форме или в форме соли щелочноземельного металла, соли щелочного металла или соли аммония. Примеры подходящих мономеров включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту, итаконовую кислоту, кротоновую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту и мономеры типа сильной кислоты, имеющие, например, функциональную группу типа сульфоновой кислоты или фосфоновой кислоты, такие как 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, винилфосфоновая кислота, аллилсульфоновая кислота, аллилфосфоновая кислота, стиролсульфоновая кислота и соли щелочных металлов, щелочно-земельных металлов и аммония этих мономеров, которые растворимы в воде.

Водорастворимый мономер может быть катионным мономером акриламидного, акрилового, винилового, аллилового или малеинового типа с функциональной группой амина или четвертичного аммония. Следует упомянуть, в частности и без ограничения, кватернизованный диметиламиноэтилакрилат (DMAEA), кватернизованный диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), диаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC), акриламидопропилтриметиламмонийхлорид (APTAC) и метакриламидопропилтриметиламмонийхлорид (MAPTAC).

Водорастворимый мономер может быть цвиттерионным мономером, таким как производные, содержащие акриламидное, акриловое, виниловое, аллильное или малеиновое звено, а также функциональную группу в виде амина или четвертичного аммония и кислотную функциональную группу карбоксильного (или карбоксилатного), сульфонового (или сульфонатного) или фосфорного (или фосфатного) типа. Можно упомянуть, в частности и без ограничения, производные диметиламиноэтилакрилата, такие как 2-((2-(акрилоилокси)этил)диметиламмонио)диметиламмонио)этан-1-сульфонат, 3-((2-(акрилоилокси)этил)диметиламмонио)пропан-1-сульфонат, 4-((2-(акрилоилокси)этил)диметиламмонио)бутан-1-сульфонат, [2-(акрилоилокси)этил](диметиламмонио)ацетат, производные диметиламиноэтилметакрилата, такие как 2-((2-(метакрилоилокси)этил)диметиламмонио)этан-1-сульфонат, 3-((2-(метакрилоилокси)этил)диметиламмонио)пропан-1-сульфонат, 4-((2-(метакрилоилокси)этил)диметиламмонио)бутан-1-сульфонат, [2-(метакрилоилокси)этил](диметиламмонио)ацетат, производные диметиламинопропилакриламида, такие как 2-(3-(3-акрилоилокси)этил)диметиламмонио)диметиламмонио)этан-1-сульфонат, 3-(3-(3-(метакрилоилокси)диметиламидопропил)диметиламмонио)пропан-1-сульфонат, 4-(3-(метакрилоилокси)этил](диметиламмонио)пропиламмонио)ацетат и 3-(3-(диметиламетиламмоноилокси)диметиламмонио)ацетат, такой как 2-(3-(3-(3-(метакрилоилокси)этил)диметиламмонио)диметиламмонио)бутан-1-сульфонат и 3-(диметиламмонио)пропилметиламмонио)ацетат.

В соответствии с настоящим изобретением (со)полимер может иметь линейную, разветвленную, сшитую, звездообразную или гребневидную структуру. Эти структуры могут быть получены посредством выбора инициатора, средства передачи, методики полимеризации, такой как контролируемая радикальная полимеризация, называемая raft (обратимая передача цепи по механизму присоединение-фрагментация), NMP (полимеризация, опосредованная нитроксидом) или ATRP (радикальная полимеризация с переносом атома), включения структурных мономеров, концентрации.

В общем, получение полимерного комплекса по настоящему изобретению не требует разработки какого-либо конкретного способа полимеризации. Действительно, этот комплекс можно получить с использованием любой из методик полимеризации, которые хорошо известны специалисту в данной области техники. В частности, полимеризация может представлять собой полимеризацию в растворе, полимеризацию в геле, полимеризацию осаждения, (водную или обратную) полимеризацию эмульсии, полимеризацию суспензии или мицеллярную полимеризацию.

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения (со)полимер может быть подвергнут последующему гидролизу. Последующий гидролиз представляет собой реакцию гидролиза (со)полимера после полимеризации. Эта стадия состоит из реакции гидролизуемых функциональных групп на неионогенных мономеров, таких как амидные или сложноэфирные функциональные группы, с основанием. Во время этой стадии последующего гидролиза сополимера количество функциональных групп карбоновой кислоты увеличивается. Действительно, реакция между основными и амидными или сложноэфирными функциональными группами, присутствующими в сополимере, обеспечивает образование карбоксилатных групп.

(Со)полимер может находиться в форме жидкости, геля или твердого вещества, когда его получение включает стадию высушивания, такую как высушивание распылением, грануляция распылением, высушивание в барабанной сушилке, высушивание посредством электромагнитного излучения (микроволнового, высокочастотного) или высушивание в псевдоожиженном слое.

(Со)полимер может иметь молекулярную массу от 10000 до 30 миллионов Дальтон. Он может представлять собой диспергирующее средство, флокулянт или суперабсорбент.

(Со)полимер предпочтительно содержит по меньшей мере 1 мол. % акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученной в соответствии со способом по настоящему изобретению, более предпочтительно по меньшей мере 5 мол. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 мол. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 30 мол. % и еще более предпочтительно по меньшей мере 50 мол. %.

Изобретение также относится к применению полимера, полученного из кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты и/или ее солей, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, при добыче нефти и газа, при обработке воды, при обработке шлама, при производстве бумаги, в строительстве, в горнодобывающей промышленности, при составлении косметических средств, при составлении моющих средств, при изготовлении текстильных изделий или в сельском хозяйстве.

Способы добычи нефти и газа обычно представляют собой виды обработки подземных пластов, в которых полимер используется для увеличения вязкости водной закачиваемой жидкости и/или для снижения уровня сопротивления трения, которое возникает, когда указанная жидкость закачивается в подземный пласт, или, альтернативно, для блокирования части подземного пласта время от времени или окончательно.

Эти виды подземной обработки включаютбез ограничения операции бурения, виды обработки пласта для интенсификации притока, такие как операции гидроразрыва, операции заканчивания и улучшенный способ очистки нефти с помощью раствора полимера.

Изобретение также направлено на использование полимера, полученного из кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных в соответствии со способом по настоящему изобретению, в частности, в качестве флокулянта, диспергирующего средства, загустителя, абсорбента или средства, снижающего трение.

Изобретение и преимущества, полученные с его помощью, будут лучше понятны после прочтения следующих примеров, представленных в иллюстративных целях и не предназначенных для ограничения объема настоящего изобретения.

Примеры

Все примеры получали из одного и того же источника акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. 700 кг гранул акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты непрерывно растворяют в 500 кг воды в реакторе с мешалкой. Данная акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновая кислота имеет степень чистоты 99,8% и содержит 300 ppm IBDSA и 500 ppm IBSA.

Пример 1 - Непрерывное сравнение с серией

1.1 - В пределах объема настоящего изобретения раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты непрерывно подается в тонкопленочный вертикальный испаритель с площадью контактной поверхности один квадратный метр при расходе 600 кг/ч.^-1. Время пребывания составляет 34 секунды. Тонкопленочный вертикальный испаритель нагревают с помощью воды до 80°C и давление при перегонке составляет 30 мбар. Измеренный расход испарения составлял 72 кг/ч./м². Суспензию акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученную после перегонки, затем перед анализом непрерывно пропускают через горизонтальную перфорированную отжимную центрифугу, имеющую скорость вращения 800 оборотов в минуту. Степень чистоты полученных кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты составляет 99,9667% и кристаллы содержат 44 ppm IBDSA и 88 ppm IBSA. Производительность кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты измеряют при 100 кг/ч.^-1.

Стадию промывания водным раствором осуществляют на агломерате акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученном после прохождения через горизонтальную перфорированную отжимную центрифугу. Степень чистоты полученных кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты составляет 99,9692%, и эти кристаллы содержат 36 ppm IBDSA и 72 ppm IBSA. Производительность кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты измеряют при 80 кг/ч.^-1.

1.2. - Такой же раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, что и раствор в примере 1.1, получали с добавлением ингибитора полимеризации (340 г параметоксифенола). Перегонку указанного раствора осуществляют в реакторе с мешалкой («серийная»). Реактор имеет рубашку с площадью поверхности контакта 4,6 м². Через рубашку пропускали воду при 80°C. В реакторе создавали вакуум с давлением 30 мбар и 80°C. Измеренный расход составлял 15 кг/ч./м². Через 24 часа полученную суспензию акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты перед анализом пропускают через горизонтальную перфорированную отжимную центрифугу, имеющую скорость вращения 800 оборотов в минуту. Степень чистоты полученных кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты составляет 99,9%, и эти кристаллы содержат 233 ppm IBDSA и 466 ppm IBSA. Производительность кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты составляет 20 кг/ч.^-1.

1.3. - Выполняют ту же процедуру, что и в примере 1.2, за исключением добавления ингибитора полимеризации. После перегонки в течение 24 часов в условиях, описанных выше, раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты частично превращается в гель. Кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты могут быть отфильтрованы.

1.4 - Осуществляли обычный способ очистки с растворением в уксусной кислоте и медленной перекристаллизацией. 150 г акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, использованной в предыдущих примерах, растворяют при перемешивании в 500 г уксусной кислоты при температуре 90°C. Обеспечивают перемешивание смеси в течение 1 часа после окончания растворения кристаллов. Обеспечивают охлаждение раствора в течение 2 часов при температуре на 5°C ниже температуры кристаллизации акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты. После отделения жидкой/твердой фаз кристаллы высушивали в печи в течение 6 часов.

Результаты различных примеров 1.1-1.4 представлены в таблице 1.

[Таблица 1]

Таблица 1. Результаты, относящиеся к примерам 1.1-1.4.

Можно заметить, что способ по настоящему изобретению позволяет иметь лучшую производительность, чем у обычного «периодического» способа: производительность увеличивается в пять раз. Это улучшает чистоту кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты и снижает долю IBDSA и IBSA в этих кристаллах.

С помощью дополнительной стадии промывания количество IBDSA и IBSA может быть дополнительно уменьшено при сохранении производительности, увеличенной в четыре раза по сравнению с «периодическим» способом.

Таким образом, способ по настоящему изобретению имеет лучшие характеристики, чем «периодический» способ, даже в отсутствие ингибитора полимеризации. Как видно из примера 1.3, без ингибитора полимеризации акриламидо-2-метил-2-пропановая кислота самопроизвольно полимеризуется в «периодическом» способе, тогда как в случае способа в соответствии с настоящим изобретением этого не происходит.

Способ по настоящему изобретению позволяет получать кристаллы с более низкими уровнями IBDSA и IBSA, более высокой степенью чистотой и более высокой производительностью по сравнению со способом очистки, обычно используемым для очистки акриламидо-2-метил-2-пропановой кислоты с медленной кристаллизацией в растворитель (пример 1.4).

Пример 2 - Воздействие давления

Пример 1.1 воспроизводили без стадии промывания при разных значениях давления (примеры с 2.1 по 2.3). Результаты представлены в таблице 2.

[Таблица 2]

Таблица 2. Результаты, относящиеся к примерам 2.1-2.3.

Можно заметить, что давление играет важную роль в способе в соответствии с настоящим изобретением. При увеличении давления при перегонке производительность снижается, при этом можно уменьшить количество IBDSA и остаточного IBSA. При давлении выше 300 мбар производительность, как правило, больше не является привлекательной с точки зрения промышленности.

Специалист в данной области техники сможет регулировать давление при перегонке в зависимости от того, заинтересован ли он в большей степени чистоты кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропановой кислоты или в большей производительности.

Пример 3 - Сравнение растворителей

Пример 1.1 воспроизводили без стадии промывания другими растворителями (примеры с 3.1 по 3.4). Результаты представлены в таблице 3.

[Таблица 3]

Таблица 3. Результаты, относящиеся к примерам с 3.1 по 3.4.

Использование воды в качестве растворителя позволяет получать кристаллы с большей степенью чистоты, а также кристаллы, содержащие меньше IBDSA и IBSA. Производительность также является выше для способа, в котором используется только вода. Таким образом, изобретение позволяет получить более производительный способ при одновременном снижении воздействия на окружающую среду, стоимости и рисков, ассоциированных с использованием, хранением и обращением с растворителями.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получать кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропановой кислоты, которые можно использовать для получения солей акриламидо-2-метил-2-пропановой кислоты и полимеров, которые обеспечивают лучшие характеристики, чем полимеры, полученные из неочищенных кристаллов в соответствии с настоящим изобретением.

Изобретение относится к методу очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты (ATBS), используемой в качестве мономера для синтеза полимеров, применяемых в качестве диспергирующих веществ, загустителей, флокулянтов или суперабсорбентов. Способ очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты включает две последовательные стадии: получение суспензии кристаллов ATBS посредством перегонки водного раствора ATBS, и выделение кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством отделения твердой и жидкой фаз указанной суспензии, причем на первой стадии перегонку осуществляют непрерывно и при давлении ниже атмосферного. Техническим результатом изобретения является предоставление способа, отвечающего требованиям по снижению содержания примесей в очищаемом продукте, уменьшению воздействия на окружающую среду токсичных растворителей и снижения рисков для сотрудников и объектов. 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ очистки акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, включающий следующие последовательные стадии:

1) получение суспензии кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством перегонки водного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты,

2) выделение кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты посредством отделения твердой/жидкой фаз указанной суспензии, отличающийся тем, что на первой стадии перегонку осуществляют непрерывно и при давлении ниже атмосферного.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты перед перегонкой содержит по меньшей мере 80% по массе воды в пересчете на общую массу растворителей в растворе.

3. Способ по любому из п. 1 или 2, отличающийся тем, что водный раствор содержит по меньшей мере один ингибитор полимеризации, и количество ингибитора полимеризации относительно количества кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в указанном водном растворе составляет менее 1% по массе.

4. Способ по любому из п. 1 или 2, отличающийся тем, что отогнанный растворитель, полученный на стадии 1), по меньшей мере частично рециркулирован в водный раствор.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перегонку осуществляют в устройстве для перегонки, которое представляет собой испаритель.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что водный раствор акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты противотоком пропускают в устройство для перегонки.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время перегонки составляет от 1 до 600 секунд.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура отогнанного раствора акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты составляет от 5 до 90°C.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение давления во время перегонки составляет от 1 до менее 1000 мбар абс.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию 2) выделения осуществляют непрерывно.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кристаллы акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученные после стадии 2), промывают по меньшей мере одним раствором для промывания.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает операцию высушивания кристаллов акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, полученных после стадии 2) отделения твердой/жидкой фаз или же полученных после стадии промывания кристаллов.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты в водном растворе акриламидо-2-метил-2-пропансульфоновой кислоты, отогнанном на стадии 1), составляет от 10% до точки насыщения раствора.

14. Способ по п. 5, отличающийся тем, что перегонку осуществляют в устройстве для перегонки, которое представляет собой скребковый тонкопленочный испаритель, или испаритель с коротким ходом, или испаритель с принудительной циркуляцией.

15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что после стадии промывания кристаллов следует вторая стадия отделения жидкой/твердой фаз, осуществляемая непрерывно.