浅谈ATBS合成工艺设计

【摘 要】改革开放以来，我国经济得到高速发展，各个行业也都紧跟发展，特别是石油、涂料、造纸、医药等行业，它们是国家重点基础行业，更是得到了飞跃发展。本文作者结合自己多年的工作经验，并查阅相关资料，分析了我国ATBS的发展现状；介绍了ATBS产品性质；重点介绍了ATBS的合成工艺。以供读者参考。

【关键词】ATBS；产品介绍；工艺技术方案

引言

ATBS用途广泛，而国外生产厂家较少，这给我国生产与发展带来了良好的机遇。目前国内ATBS应用研究还相当薄弱，主要在油田和水处理领域使用。我国最大的市场是油田三次采油，作为钻井液、完井液和压裂液等。中原油田等已将ATBS聚合物作为油田三次采油的化学品，预计仅此一项国内至少年消耗1.5万吨。

ATBS已成为国内外引人瞩目的热点有机化工原料，部分科研机构的合成技术也较成熟，尤其是我国许多油田处于三次采油期，另外国内水处理领域用量巨大，这也对ATBS质量和数量提出了更高要求，因此目前加快建设和发展ATBS有着无限商机，发展ATBS有着很大的潜力，可为企业带来可观的效益。

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（ATBS）几乎全部用于聚合物单体，主要应用领域如下：

石油工业___ATBS为一种有效改性单体已经渗入到油田化学各个领域的聚合物改性上，很大程度解决了采油聚合物中抗盐性、抗温性、抗剪切性最为辣手的三大问题。

纤维工业___ATBS可以显著改善腈纶丙烯酸类合成纤维的染色性能，而且可提高合成纤维的吸湿性、耐热性、防污性，还能改进纤维的手感与强度。

造纸工业___含有ATBS的水溶性聚合物可为纸张增强剂，在纸的生产过程中可用于改进填料和纸浆碎屑的保留率，并提高浆料的脱水速率。

水处理工业___ATBS主要用途之一是用于水处理剂，目前世界上1/3的产量用于水处理工业，ATBS的均聚物与丙烯酰胺、丙烯酸等共聚物为污水净化过程中的淤泥脱水剂；在循环水系统中用于铁、锌、铝、铜以及合金的防腐剂；还可用于加热器、冷却塔、净化器的除垢剂等。使用表明以ATBS为水处理剂用量少，效果优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂。

涂料工业___ATBS是性能优良的涂料改性剂、胶粘剂和涂饰剂的性能提高剂。ATBS共聚物用作丙烯酸系阴离子型电泳漆或固化涂料的基性树脂，能明显提高涂膜的光泽、强度和耐候性。ATBS和多羟基化合物加热熔融的混合物是一种热熔性胶粘剂。

医药与日化工业___由ATBS和丙烯腈共聚得到的中空纤维，因其具有磺酸基能防止血液凝固，也可用于改善治疗血栓类疾病；ATBS是亚乙基丙烯酸二甲酯交联制备的聚合物，作为隐行眼睛的优质原料。ATBS的均聚物在化妆品方面作为膏霜、口红等增稠剂、剂等。

其它领域___ATBS单体的特殊结构，使其在陶瓷、水泥、选矿、磁性材料、感光材料等领域也有一定用途。

1 产品介绍

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（ATBS）是一种白色结晶状粉末，熔点185℃，溶于水，其水溶液呈酸性，溶于二甲基甲酰胺，部分溶于甲醇、乙醇，难溶于丙酮，微有酸味。其结构式为：CH2=CH-CO-NH-C（CH3）2-CH2SO3H， 分子量207。

质量指标：

化学和物理性能：外观为白色结晶壮粉末

堆积密度： 0.48-0.54

不挥发物： ≥99.0

水分： ≤1.0

铁含量： ≤10.0

酸值： 272-282

熔点： 185℃

2 工艺技术方案

2.1 工艺技术方案的选择

目前国外主要有两家公司生产2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（ATBS），一是美国剂公司（Lubrizol），于20世纪70年代采用二步法实现工业化生产，此法是先将异丁烯加到醋酸一氯甲烷体系，再将混合物加入三氧化硫醋酸溶液，形成乙酰硫酸，之后再与异丁烯反应，生成甲代丙烯基磺酸，最后与丙烯腈反应生成ATBS。收率仅约60% ～70%。目前拥有生产能力8万吨/年。

另一家是日本东亚合成公司的川崎有机公司，采用一步法生产，此方法生产过程是，低温下将异丁烯溶解于丙烯腈中，滴加发烟硫酸，然后将反应混合物升温至室温继续反应2小时，随后将反应液分离，得白色结晶产品，收率为85%。生产能力为28万吨/年。

目前国内外普遍采用是的常温合成法，即在室温或在冷却下，将发烟硫酸加入到兼作原料和溶剂的过量丙烯腈中，然后向反应物中通入异丁烯，升温至40℃～5O℃，反应一定时间，冷却至室温，得白色结晶，收率80%以上。

从以上几种合成路线比较可见，二步法合成工艺路线复杂，步聚多，收率低，因而不是较好的方法；一步法合成工艺虽然收率较高，但对冷量要求高，需有较高的冷冻设备，设备投资高，不易采用；而常温分步反应法，由于所用工艺流程简单，收率高，容易上马，是较好的合成工艺路线。

2.2 生产方法简述

2.2.1 配酸

硫酸与SO3经调配釜配制成合格硫酸，尾气经过三级洗涤后通过酸沫除雾器处理后排放。稀酸再用于硫酸调配。

2.2.2 合成反应

原料丙烯腈与硫酸在混合反应器内进行混合反应，然后在反应器内通入异丁烯进行反应。反应结束送至中间储罐进行冷却，冷却后的浆液经离心机离心，干燥，称量，包装入库得ATBS。

2.2.3 丙烯腈回收

离心机离心母液用泵送至丙烯腈回收塔中，通热水进行减压蒸馏回收丙烯腈，蒸馏产生的尾气含微量丙烯腈，经碱液吸收后高空排放，吸收液含少量丙烯酸钠，再用于生产聚合产品。蒸馏残渣作为副产品外卖。

3 总结

由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（ATBS）在石油工业、纤维工业、水处理工业、涂料工业、医药与日化工业等行业里得到广泛运用。因此，该产品在市场上占有了很大的市场率。因此，想要提高产品的产品和质量，不仅要在工艺上下文章，也要从人才管理上、设备硬件中着手。

3.1 人才管理

生产操作人员要具有一定的文化素质，经过专门培训，熟知各项安全操作规程和各种物料特性，掌握防火、防爆、防毒、防腐蚀等各项安全设施的操作使用。工人必须定期体检，防止传染病人上岗操作。

3.2 设备选型

根据工艺技术方案及对各生产主要工序的产量进行分析，在能够满足产品性能要求的基础上，优先选用国产名牌设备。

（1）设备技术先进，自动化程度高，对关键部分采用DCS控制技术。

（2） 设备生产效益与生产规模相适应，并留有一定的生产能力。

（3）设备的性能与产品工艺要求相适应，并能保证产品质量。

（4）能源和原材料消耗低，节能高效，环境污染小。

参考文献：

[1]ATBS相关资料.

[2]2008版《中华人民共和国节约能源法》.