一种双氯磺酰亚胺连续制备系统的制作方法

1.本实用新型涉及锂电池和锂电容器领域，尤其涉及一种双氯磺酰亚胺连续制备系统。


背景技术：

2.锂离子电池因为具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优点，而被广泛地应用于手机、笔记本电脑、小型充电系统、电动汽车等众多领域，并且其应用领域随着社会的不断发展仍在持续扩展。现有锂离子电池中的电解质为六氟磷酸锂(lipf6)产品，该产品具有电导率高等优点，但是，同时也存着热稳定差、制备过程苛刻、高低温性能不好等缺点。因此，研究者也在持续开发新型锂离子电池用新型电解质，以提高锂离子电池的综合性能。其中，双氟磺酰亚胺锂(lifsi)是使用于锂电池电解液中的新型电解质锂盐，对环境友好，且安全性能好，具备了产业化应用的基本条件。与传统的锂盐lipf6相比，lifsi中锂离子更加容易解离，因此具有更高的电导率；lifsi分解温度高于200热稳定性和安全性能明显优于lipf6；另外在改善高温存储、低温放电等性能方面也有独特效果，且具有与电极良好的相容性等优良特性，因此，lifsi在锂离子电池中是一个具有良好前景的电解质。
3.双氟磺酰亚胺锂的合成工艺一般需要三个步骤：(1)双(氯磺酰)亚胺的合成；(2)双(氯磺酰)亚胺氟化反应制备双(氟磺酰)亚胺；(3)双(氟磺酰)亚胺碱金属盐的制备，其中关键步骤是双(氯磺酰)亚胺的合成。
4.cn106365132a公开了两种双氯磺酰亚胺的制备工艺。第一种工艺：以尿素和氯磺酸为原料，经过一步反应后，生产二氯磺酸亚胺、硫酸氢铵、盐酸和二氧化碳；第二种工艺：以氨基磺酸和五氯化磷为原料，生成氯磺酰磷腈，然后，氯磺酰磷腈在氯磺酸的作用下，生成二氯磺酰亚胺产品其中所采用的方式都是在搅拌釜内间歇式反应得到产品。
5.cn106241757a提出了分别以氨基磺酸、二氯亚砜、氯磺酸为原料，经过高温高压反应，制备了双氯磺酰亚胺产品。该制备方法具有安全性高、制备过程易于控制等优点，是现在广泛采用的一种制备工艺。
6.cn106365132a公开了一种以氯磺酸和氯磺酸异氰酸酯为原料在高温下的连续反应中制备酰亚胺基二硫酰化合物的方法，反应温度在180到300摄氏度，压力为50-500bar，由于高温高压，不适合于工业化放大生产。
7.目前生产工艺和从公开的文献专利中查阅了解到双氯磺酰亚胺的主要生产工艺是以氯磺酸和氯磺酸异氰酸酯为原料在反应釜内滴加搅拌反应得到，由于反应原料氯磺酸和氯磺酸异氰酸酯以及产物双氯磺酰亚胺都是有毒和有强腐蚀性的物质，且产物在温度超过170摄氏度以后极易分解，并放出大量分解热，因而在间歇生产中，必须具备充分的安全措施，同时间歇生产过程中反应温度不高于150摄氏度，以避免爆炸的危险，同时该反应过程中会放出大量二氧化碳气体，为了避免反应釜内冲料，滴加速度不能太快，由于反应温度没法提高、滴加速度慢，从而导致反应时间一次长达8至24个小时，生产效率难以提高。
8.因此，亟需一种双氯磺酰亚胺连续制备系统。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种双氯磺酰亚胺连续制备系统。
10.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
11.提供一种双氯磺酰亚胺连续制备系统，包括依次连接的配料系统、输送系统、反应系统以及排气系统；
12.所述配料系统包括配料罐，以及设于所述配料罐上的液体原料进料管道、固体原料进料管道、称重系统、冷却系统以及搅拌系统，从而可在常温或低温条件下精确地配置各种比例的原料，并实时监测进料速度；
13.所述输送系统包括依次连接的输送泵，以及流量控制系统；
14.所述反应系统包括一个或多个管道反应器，以及设于所述管道反应器外部的换热系统；所述管道反应器内部还设有用以形成推流的沟槽；所述换热系统可对所述管道反应器加热，或对所述管道反应器移热；可根据反应的要求对反应器的长度和/或数量进行增减；所述多个管道反应器两两之间还均设有所述排气系统；
15.所述排气系统包括气液分离器，设于所述气液分离器上端的除沫器、冷凝器，以及控制系统；所述控制系统包括设于所述气液分离器上的压力传感器，以及设于所述气液分离器与所述除沫器间的气动阀；所述压力传感器与所述气动阀连锁，当气液分离器中压力超过预设压力时，通过打开气动阀排放反应所产生的二氧化碳气体，排放的气体先经过除沫器，再经过冷凝器降温，从而使得其中气化的原料尽可能的回收至系统中，最后再统一集中处理；设置在前的所述气液分离器的压力高于设置在后的所述气液分离器的压力，从而通过压力差的推动使得液相反应物料在系统内流动，可省去后续的输送泵等设备。
16.优选地，所述输送泵为恒压输送泵，固定压力为0.5mpa-5mpa。
17.优选地，所述恒压输送泵选自齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵或隔膜泵中的一种。
18.优选地，所述输送泵所匹配的电机为变频电机，从而可以变频调节。
19.优选地，所述输送泵的出口处还设有安全阀。
20.优选地，所述管道反应器的材质选自哈氏合金、镍材、碳化硅或搪瓷等耐腐蚀材质中的一种或多种。
21.优选地，所述换热系统的换热介质或换热方式选自导热油、蒸汽或电换热中的一种。
22.优选地，所述气液分离器、所述气动阀、所述除沫器以及所述冷凝器的材质均选自哈氏合金、镍材、碳化硅、搪瓷或石墨中的一种或多种。
23.优选地，所述管道反应器下端还设有储液区间。
24.优选地，所述控制系统还包括设于所述储液区间内的液位传感器，所述液位传感器与所述气动阀连锁。
25.优选地，所述控制系统还包括dcs控制柜，并通过所述dcs控制柜进行压力控制和液位控制。
26.再提供一种上述双氯磺酰亚胺连续制备系统的使用方法：首先，打开各个子系统的公用工程，当配料罐、管道反应器、气液分离器内的温度和压力都达到预定值后，通过称重系统定量向配料罐内加入反应物氯磺酸、氯磺酸异氰酸酯以及催化剂；其次，开启搅拌系
统使配料罐内物料混合均匀，同时维持配料罐内的温度在-40～25℃之间，优选温度在-40～-5℃之间，原料搅拌混合均匀后，启动恒压输送泵，输送泵出口优选压力在1mpa-3mpa之间，经过输送泵升压后的流体通过流量控制系统后进入到第一区段的管道反应器内，其中流量在0.1-5m3/h之间，优选流量在0.5-3m3/h之间，管道反应器的温度设定在120-250℃之间，优选温度在150-200℃之间，管道反应器的管径在dn10-dn50之间，优选管径在dn15-dn32之间；反应物在管道反应器内一边反应一边向前流动，然后自第一区段的管道反应器流入至气液分离器内，由于反应过程中会产生大量二氧化碳气体，所以随着反应的进行，体系内的气体量会增加，从而会升高系统的压力，当气液分离器内的压力高于预定压力值时(第一级气液分离器内压力预定值为4mpa-5mpa)，自动打开气动阀排放出因反应产生的气体产物，排放出的气体先经过除沫器除去液滴，再经过冷凝器降温，使其中气化的原料尽可能的回收至系统中去，最后再统一集中处理；因为后一区段内气液分离器所预定的压力值低于前一区段内气液分离器所预定的压力值，所以反应物料在压差的推动下，进入到第二区段的管道反应器内，如此循环直到达到预定的转化率后，物料进入到后续分离精制工段。
27.所涉及到的反应方程式如下：
[0028][0029]
本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0030]
本实用新型可精准配料，前期混合均匀，消除传质的影响，使反应进行顺利，同时低温下配料起到了防止原料变质及反应的可能性；连续管道式的反应，自动化程度高，人为干扰因素少，产品质量稳定，生产效率提高，同时反应持液量少，生产过程安全性大大提高；反应过程间断式排气，即降低了体系的压力，同时也促进了反应向正方向移动，提高了反应的转化率；体系后段采用压差推动物料向前流动，大大降低了泵及其他动设备的投入，提高了系统的可靠性。
[0031]
本实用新型能够得到高品质高纯度产品，且经济实惠，适合工业化生产。
附图说明
[0032]
图1为本实用新型双氯磺酰亚胺连续制备系统的结构示意图；
[0033]
其中，附图标记包括：
[0034]
配料罐1；搅拌系统11；输送泵2；流量控制系统3；管道反应器4；换热系统5；气液分离器6；除沫器61；冷凝器62；压力传感器63；气动阀64；液位传感器65。
具体实施方式
[0035]
如图1所示，提供一种双氯磺酰亚胺连续制备系统，包括依次连接的配料系统、输送系统、反应系统以及排气系统；
[0036]
所述配料系统包括配料罐1，以及设于所述配料罐1上的液体原料进料管道、固体原料进料管道、称重系统、冷却系统以及搅拌系统11，从而可在常温或低温条件下精确地配置各种比例的原料，并实时监测进料速度；
[0037]
所述输送系统包括依次连接的输送泵2，以及流量控制系统3；
[0038]
所述反应系统包括一个或多个管道反应器4，以及设于所述管道反应器4外部的换热系统5；所述管道反应器4内部还设有用以形成推流的沟槽；所述换热系统5可对所述管道反应器4加热，或对所述管道反应器4移热；可根据反应的要求对反应器的长度和/或数量进行增减；所述多个管道反应器4还均于两两之间设有所述气液分离器6；
[0039]
所述排气系统包括气液分离器6，设于所述气液分离器6上端的除沫器61、冷凝器62，以及控制系统；所述控制系统包括设于所述气液分离器6上的压力传感器63，以及设于所述气液分离器6与所述除沫器61间的气动阀64；所述压力传感器63与所述气动阀64连锁，当气液分离器6中压力超过预设压力时，通过打开气动阀64排放反应所产生的二氧化碳气体，排放的气体先经过除沫器61，再经过冷凝器62降温，从而使得其中气化的原料尽可能的回收至系统中，最后再统一集中处理；设置在前的所述气液分离器6的压力高于设置在后的所述气液分离器6的压力，从而通过压力差的推动使得液相反应物料在系统内流动，可省去后续的输送泵2等设备。
[0040]
优选地，所述输送泵2为恒压输送泵2，固定压力为0.5mpa-5mpa。
[0041]
优选地，所述恒压输送泵2选自齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵或隔膜泵中的一种。
[0042]
优选地，所述输送泵2所匹配的电机为变频电机，从而可以变频调节。
[0043]
优选地，所述输送泵2的出口处还设有安全阀。
[0044]
优选地，所述管道反应器4的材质选自哈氏合金、镍材、碳化硅或搪瓷等耐腐蚀材质中的一种或多种。
[0045]
优选地，所述换热系统5的换热介质或换热方式选自导热油、蒸汽或电换热中的一种。
[0046]
优选地，所述气液分离器6、所述气动阀64、所述除沫器61以及所述冷凝器62的材质均选自哈氏合金、镍材、碳化硅、搪瓷或石墨中的一种或多种。
[0047]
优选地，所述管道反应器4下端还设有储液区间。
[0048]
优选地，所述控制系统还包括设于所述储液区间内的液位传感器65，所述液位传感器65与所述气动阀64连锁。
[0049]
再提供一种上述双氯磺酰亚胺连续制备系统的使用方法：首先，打开各个子系统的公用工程，当配料罐、管道反应器、气液分离器内的温度和压力都达到预定值后，通过称重系统定量向配料罐内加入反应物氯磺酸、氯磺酸异氰酸酯以及催化剂；其次，开启搅拌系统使配料罐内物料混合均匀，同时维持配料罐内的温度在-40～25℃之间，优选温度在-40～-5℃之间，原料搅拌混合均匀后，启动恒压输送泵，输送泵出口优选压力在1mpa-3mpa之间，经过输送泵升压后的流体通过流量控制系统后进入到第一区段的管道反应器内，其中流量在0.1-5m3/h之间，优选流量在0.5-3m3/h之间，管道反应器的温度设定在120-250℃之间，优选温度在150-200℃之间，管道反应器的管径在dn10-dn50之间，优选管径在dn15-dn32之间；反应物在管道反应器内一边反应一边向前流动，然后自第一区段的管道反应器流入至气液分离器内，由于反应过程中会产生大量二氧化碳气体，所以随着反应的进行，体系内的气体量会增加，从而会升高系统的压力，当气液分离器内的压力高于预定压力值时(第一级气液分离器内压力预定值为4mpa-5mpa)，自动打开气动阀排放出因反应产生的气体产物，排放出的气体先经过除沫器除去液滴，再经过冷凝器降温，使其中气化的原料尽可
能的回收至系统中去，最后再统一集中处理；因为后一区段内气液分离器所预定的压力值低于前一区段内气液分离器所预定的压力值，所以反应物料在压差的推动下，进入到第二区段的管道反应器内，如此循环直到达到预定的转化率后，物料进入到后续分离精制工段。
[0050]
所涉及到的反应方程式如下：
[0051][0052]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0053]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0054]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
[0055]
实施例1
[0056]
配料罐设定温度-25摄氏度，管道反应器设定温度150摄氏度，第一级气液分离器设定压力1.5mpa，第二级气液分离器设定压力1.3mpa，第三级气液分离器设定压力1.1mpa，向配料罐内加入氯磺酸582.5公斤，氯磺酸异氰酸酯778.3公斤，浓硫酸5.8公斤，然后开启配料罐内搅拌系统，搅拌20分钟，然后启动恒压输送泵，泵出口压力设定为1.8mpa，流量设定为0.6m3/h，气液分离器上冷凝器的冷却介质温度为-25摄氏度，经过三级管道反应器后出来的物料进行收集取样，分析得出氯磺酸转化率为70％，收率为97％。
[0057]
实施例2
[0058]
配料罐设定温度-25摄氏度，管道反应器设定温度180摄氏度，第一级气液分离器设定压力2mpa，第二级气液分离器设定压力1.8mpa，第三级气液分离器设定压力1.6mpa，向配料罐内加入氯磺酸582.5公斤，氯磺酸异氰酸酯778.3公斤，浓硫酸5.8公斤，然后开启配料罐内搅拌系统，搅拌20分钟，然后启动恒压输送泵，泵出口压力设定为2.3mpa，流量设定为0.6m3/h，气液分离器上冷凝器的冷却介质温度为-25摄氏度，经过三级管道反应器后出来的物料进行收集取样，分析得出氯磺酸转化率为90％，收率为95％。
[0059]
实施例3
[0060]
配料罐设定温度-25摄氏度，管道反应器设定温度150摄氏度，第一级气液分离器设定压力1.5mpa，第二级气液分离器设定压力1.3mpa，第三级气液分离器设定压力1.1mpa，第四级气液分离器设定压力1mpa，向配料罐内加入氯磺酸582.5公斤，氯磺酸异氰酸酯778.3公斤，浓硫酸5.8公斤，然后开启配料罐内搅拌系统，搅拌20分钟，然后启动恒压输送泵，泵出口压力设定为1.8mpa，流量设定为0.6m3/h，气液分离器上冷凝器的冷却介质温度为-25摄氏度，经过三级管道反应器后出来的物料进行收集取样，分析得出氯磺酸转化率为92％，收率为96％。
[0061]
实施例4
[0062]
配料罐设定温度-25摄氏度，管道反应器设定温度180摄氏度，第一级气液分离器设定压力2mpa，第二级气液分离器设定压力1.8mpa，第三级气液分离器设定压力1.6mpa，第四级气液分离器设定压力1.5mpa，向配料罐内加入氯磺酸582.5公斤，氯磺酸异氰酸酯778.3公斤，浓硫酸5.8公斤，然后开启配料罐内搅拌系统，搅拌20分钟，然后启动恒压输送泵，泵出口压力设定为2.3mpa，流量设定为0.6m3/h，气液分离器上冷凝器的冷却介质温度为-25摄氏度，经过三级管道反应器后出来的物料进行收集取样，分析得出氯磺酸转化率为100％，收率为95.1％。
[0063]
本实用新型能够得到高品质高纯度产品，且经济实惠，适合工业化生产。
[0064]
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。