生产双（氟磺酰基）酰亚胺的方法技术

本发明专利技术提供了通过使用气态氟化氢来氟化液态双(氯磺酰)酰亚胺(HCSI)来生产双(氟磺酰基)酰亚胺(HFSI)的方法。在一些实施例中，产生的HFSI以气体从反应混合物中分离出来并冷凝以收集液态HFSI。

A method for the production of double (fluorsulfonyl) imide

The invention provides a method for the production of bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) by fluorination of liquid bisbis (chlorsulfonyl) imide (HCSI) using gaseous hydrogen fluoride. In some embodiments, the generated HFSI is separated from the reaction mixture by gas and condensed to collect liquid HFSI.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产双(氟磺酰基)酰亚胺的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年12月4日提交的美国临时申请号62/263,505的优先权，其全部内容通过引用并入本文。关于联邦资助研究的声明本专利技术是在能源部授予的资助号DE-EE0007310的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。
本专利技术涉及通过使用氟化氢来氟化双(氯磺酰基)酰亚胺(HCSI)来生产双(氟磺酰基)酰亚胺(hydrogenbis(fluorosulfonyl)imide)(HFSI)的方法。
技术介绍
生产HFSI的方法很多。然而，传统方法都不适于连续生产HFSI。在许多情况中，HCSI转化为HFSI可能受到平衡的限制，通过选择性移除HCl，转化可向右进行。例如参见共同转让的美国专利号8,722,005。然而，使用回流HF条件并选择性移除HCl通常可以实现HCSI至HFSI的良好转化，在冷凝器中不回收HCl。尽管在实现高转化率方面有效，但该方法需要很长的反应时间，因此在商业规模生产中需要大型反应器。使用氟化氢时，大型反应器需要大量费用来确保安全操作。此外，用于从HCl排气中回收HF的冷凝器必须在低温运行，从而需要制冷。冷凝器的这种制冷增加了生产HFSI的总体成本，因此明显限制了该方法的商业使用。因此，为了实现显著的商业可行性，需要一种方法，其不需要相对长的反应时间、大型反应器和/或用于回收HF的冷凝器制冷。
技术实现思路
本专利技术的方法实现了用无水HF以高转化率将HCSI转化为HFSI，同时克服了上面讨论的一些(如果不是全部的)限制。相对于生产HFSI的其它传统方法，这为本专利技术的方法提供了明显的商业优势。相比传统方法，本专利技术的方法在短得多的时间内有利地实现了高转化率，而不需要在大规模生产HFSI时使用大型反应器。除了降低反应器硬件的资金成本外，在本专利技术的方法中使用的较小的反应器操作更安全，因为带有危险的HF的热反应材料的库存或数量明显减少。本专利技术的另一个优点在于，基于HF的HFSI产率高并且不需要冷凝器来回流HF。因此，在较大规模生产中不需要昂贵的制冷系统。本专利技术的一个具体方面提供了生产双(氟磺酰基)酰亚胺(HFSI)的方法。该方法包括在足以产生HFSI的条件下，向反应装置中加入液态双(氯磺酰基)酰亚胺(HCSI)和气态氟化氢。在一些实施例中，HFSI以气态(例如蒸汽)产生，并且该方法还包括从反应装置中移除气态HFSI，并冷凝分离的气态HFSI以产生液态HFSI。在一些实施例中，维持反应温度和压力条件，以使反应温度和压力的组合低于图3所示的HFSI的蒸气压但高于HCSI的蒸气压。在一些实施例中，该方法包括相对于气态氟化氢以逆流方式加入液态HCSI。该方法还可以包括将产生的HFSI与任何氯化氢副产物分离的步骤。在其它实施例中，该方法还可以包括提供反应条件，使得至少一部分HCSI处于液相，而大部分(即超过50％，通常至少60％以及常常至少75％)HFSI处于气相。这使得以气态产物收集HFSI同时将HCSI保留在反应混合物中。在其它实施例中，回收至少一部分未反应的HCSI。回收的HCSI可以重新引入反应器中以增加总转化率。通常，本专利技术的方法提供的HCSI至HFSI的转化率至少为约20％，通常至少约50％，并且通常至少80％。应该认识到，如本文所讨论的，可以回收并再利用任何未反应的HCSI。在另一个实施例中，基于使用的HCSI的量，本专利技术的方法产生至少约50％，通常至少约70％，并且通常至少约80％的HFSI。应该认识到，这些产率是“单一”通过反应。通过回收未反应的HCSI并将其循环至相同的反应，可以提高总产率。在其它实施例中，反应装置可以包括一系列的多个反应室。在这样的实施方式中，每个反应室包括用于由HCSI和氟化氢生产HFSI的反应器；以及用于收集从每个反应器产生的所述气态HFSI的HFSI冷凝器。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的示意图，示出了将HCSI连续氟化成HFSI的方法；图2是本专利技术的方法的另一个实施例的示意图，示出了将HCSI连续氟化成HFSI，HFSI产物在蒸汽排出物中；图3是纯HFSI和HCSI在不同温度下的蒸气压曲线，使用各个压力下的沸点测量值拟合至Antoine方程；图4是本专利技术的一个具体的方法和装置的示意图，用于连续生产HFSI；图5是本专利技术的方法和装置的另一个实施例的示意图，用于进行连续的HFSI氟化过程，具有HFSI精馏；图6是本专利技术的方法和装置的又一个实施例的示意图，用于进行连续的HFSI氟化过程，具有HCSI再循环；图7是本专利技术的方法和装置的又一个实施例的示意图，用于生产HFSI的连续工艺，更详细地说明了HCSI再循环。具体实施方式本专利技术提供了使用HF由HCSI生产HFSI的方法。本专利技术的方法可总结为以下反应方程：HCSI+2HF→HFSI+2HCl其中HCSI是HN(SO2Cl)2(即双(氯磺酰基)酰亚胺)，HFSI是HN(SO2F)2(即双(氟磺酰基)酰亚胺)。传统方法中，代表性反应在HFSI为液体的温度和压力下进行；与传统方法不同，本专利技术的方法在产生的HFSI处于气相的温度和压力下进行。在一些实施例中，加入反应装置中的大部分未反应的HCSI在反应条件下保持为液体。本专利技术的方法的一些优点包括但不限于，显著较高的生产率(kg/hr/l)或产率以及较高的转化速率，而没有产品降解。此外，在本专利技术的方法中HFSI作为蒸汽(即气体)移除，使得新反应器构造更简单，并且提供了集成的合成和纯化过程。本专利技术的一个方面提供了生产HFSI的逆流反应器装置。在图1中示意性地示出了将HCSI转化为HFSI的过程，其中液态HCSI与气态HF接触以产生气态HFSI和气态HCl。由于HCSI和HFSI分别在37℃和17℃以上时是液体，一种方便的方法是以逆流几何形式进行反应，其中从反应塔的顶部送入HCSI而从底部送入HF蒸汽。应该认识到，反应装置不需要是垂直方向的，而可以是一个角度，只要液态HCSI可以朝着加入的HF流动，反之亦然。反应塔可以填充随机或规整的填料或者配置有多级(stages)，如通常用于质量传递设备的筛板或塔盘，以增加气-液接触及化学物质交换。沿着塔上升的HF与下降的HCSI相遇时反应发生，并且产生的气态HCl从塔式反应器的顶部离开而液态HFSI产物从底部离开。这种几何学的优点在于，通过HF蒸汽使HCl产物与HFSI产物分离。因此，最高转化率时的产物HFSI与最高浓度的HF接触，这有助于推动反应完成。逆流操作(例如，允许HCSI和HF以相反方向流动使得反应物混合)也使反应器中HF的损失最小化，因为从塔式反应器顶部进入的HCSI消耗少量沿着塔上升的HF。每摩尔HCSI至少送入2摩尔HF，过量的HF有助于实现高转化率，即HFSI产率。较高的温度可以加快反应速率。随着温度升高，HFSI(沸点170℃)的蒸气压可能会增加至使得大量的HFSI与HCl排气从反应器顶部端口离开。可以通过增加反应器压力来减少HFSI蒸汽的损失。较高的反应器压力也会增加整个塔中HF的液相浓度，然而，这种较高的反应压力具有这样的缺点，即可能阻止一些HF与HCSI反应并使HF最终在液体HFSI产物中。通过额外的复杂性，HFSI产物中过量的HF可通过蒸馏或汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产双(氟磺酰基)酰亚胺(HFSI)的方法，所述方法包括：在足以产生气态HFSI的条件下，向反应装置中加入液态双(氯磺酰基)酰亚胺(HCSI)和气态氟化氢；和从反应装置中移除所述气态HFSI。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 US 62/263,5051.一种生产双(氟磺酰基)酰亚胺(HFSI)的方法，所述方法包括：在足以产生气态HFSI的条件下，向反应装置中加入液态双(氯磺酰基)酰亚胺(HCSI)和气态氟化氢；和从反应装置中移除所述气态HFSI。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液态HCSI相对于所述气态氟化氢逆流加入。3.根据权利要求1所述的方法，还包括将气态HFSI与氯化氢副产物分离的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分所述HCSI是液相，而大部分所述HFSI是气相。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应条件包括温度和压力条件，所述温度和压力条件低于图3所示的HFSI的蒸气压但高于HCSI的蒸气压。6.根据权利要求1所述的方法，还包括回收至少一部分未反应的HCSI的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述液态HCSI包含至少一部分所述回收的未反应的HCSI。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应装置包括一系列的多个反应室，并且其中每个所述反应室包括由HCSI和氟化氢生产HFSI的反应器；以及用于收集从每个反应器产生的所述气态HFSI的HFSI冷凝器。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括冷凝所述气态HFSI以产生液态HFSI。10.一种制备液态双(氟磺酰基)酰亚胺(HFSI)的方法，所述方法包括：在足以产生气态HFSI的条件下，向反应装置中加入液态双(氯磺酰基)酰亚胺(HCSI)和气态氟化氢，其中所述液态HCSI相对于所述气态氟化氢逆流加入；从反应装置中移除所述气态HFSI；和冷凝所述气态HFSI以产生液态HFSI。11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·波修斯塔，R·特拉西，
申请(专利权)人：超电荷有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL