改進的N-甲基吡咯烷酮及α-吡咯烷酮的生產方法
2023-05-23 20:29:26
專利名稱：改進的N-甲基吡咯烷酮及α-吡咯烷酮的生產方法
技術領域：
本發明屬於有機化工生產領域。
N-甲基吡咯烷酮(以下簡稱NMP)是一種優良的溶劑，並且可以用水回收。被廣泛用於乙炔提濃、丁二烯分離、芳烴抽提、高級潤滑油精製;以及用作聚合物反應的溶劑、電器清洗劑等方面。
α-吡咯烷酮(以下簡稱α-P)為高沸點極性溶劑，也是有機合成的中間體。例如它是生產聚乙烯基吡咯烷酮、腦復康藥品的原料。
NMP與α-P的工業生產路線是使用γ-丁內酯與甲胺縮合制NMP，用γ-丁內酯與氨縮合制α-P。由於NMP和α-P均屬於γ-丁內酯的系列產品，二者的生產工藝與主要設備基本相同，故一般按市場需求在同一套裝置中進行兩種產品的切換生產。
英國專利GB1，312，463(BASF公司)提供了一種關於α-P的生產方法，以γ-丁內酯和液氨或氨水為原料連續進行生產，使用的氨水濃度一般為15～100%(wt)，優選50～100%(wt)。反應溫度180～340℃，物料停留時間10分鐘到28小時，同時保持超過反應物在反應溫度下分壓總和10%的壓力，最好是高20%。該專利稱對壓力的要求是該發明的主要特點。該專利實施例中所使用的液氨與水的重量比高於1∶1，在其實施例3中，反應溫度270℃，體系壓力70atm時α-P產率為91.0%(mol)，120atm時產率為95.0%(mol)。
日本專利JP76-42107介紹了一種吡咯烷酮的製備方法，該方法指出向反應體系中加水可以提高反應速度，縮短反應時間，增加產物收率。在其實施例中使用了45～50kg/cm2的體系壓力，甲胺與水的摩爾比1.4∶4，反應溫度250℃，γ-丁內酯轉化率99.5%，停留時間2小時。但未提及NMP的收率。
由上述現有技術可以看出，合成NMP或α-P的原料及工藝條件基本上相同，但產物的收率仍不能十分令人滿意。而且存在著對反應體系壓力要求較高的問題。而後者帶來的直接問題即是對設備要求高，耗資多。因此需要尋找一種反應條件相對溫和，設備投資少，NMP及α-P收率高的製備方法。
本發明人為此進行了深入的研究，結果發現對於高的NMP和α-P產率，維持較高的體系壓力，並且保持反應體系的壓力穩定，對該反應有重要影響。本發明在與現有技術相同的壓力下可獲得更高的產率，對原料有更廣泛的適應性(指不同的甲胺、氨水溶液濃度)，且停留時間較短。也就是說，在取得相同產率的前提條件下，本發明的製備方法可使用比現有技術低得多的體系壓力。
具體而言，本發明涉及一種使用γ-丁內酯與甲胺(或氨)及水反應製備NMP(或α-P)的方法，其特徵在於使用惰性氣體作為穩壓氣源引入反應體系，調節反應體系的壓力不低於5.5MPa，優選不低於6MPa使反應物進行反應。其中反應溫度200～320℃，優選220～290℃;停留時間0.5～5hr;優選1～3hr;γ-丁內酯∶甲胺(氨)∶水的摩爾比1∶(1.1～4)∶(2～9)。反應在液相下進行，通過位於反應體系後部壓力控制罐的液位儀表顯示液位並控制出口閥，使罐內液面保持一定，從而維持反應體系中進出口物料(液體)流動的連續和穩定。
通過下面的圖示敘述及實施例對本發明作進一步的描述。
本發明的關鍵在於使用了下述方法(流程見
圖1)。
在製備開始時首先將γ-丁內酯與甲胺或甲胺水溶液(氨或氨水溶液)分別由計量泵打入反應系統，預熱到反應溫度後進入反應器。在反應器內停留0.5～5小時後冷卻進入壓力控制缶，壓力控制缶利用充惰性氣調節系統壓力;壓力控制缶有壓力顯示和報警，並有液面顯示、控制和報警。在連續生產時以液位控制連續出料，保證缶內液面在一定高度。出壓力控制缶的物料經減壓閥進入粗品缶，經常壓、減壓精餾得到高質量的NMP和α-P。
實施例1用高壓計量泵將γ-丁內酯和30(wt)%的甲胺水溶液打入反應器，γ-丁內酯∶甲胺∶水＝1∶1.4∶5.6(mol)，在反應溫度約280℃，反應壓力6MPa條件下反應;停留時間2小時。反應產物通過常壓、減壓精餾得到純度為99.5%的NMP，γ-丁內酯轉化率100%，NMP產率為97%(mol)。
實施例2用高壓計量泵將γ-丁內酯和30(wt)%的氨水溶液打入反應器，γ-丁內酯∶氨∶水＝1∶1.4∶3.1(mol)，反應溫度250℃，反應壓力7MPa，停留時間2小時。反應產物經常壓和減壓精餾得到純度為99.5%α-P，γ-丁內酯轉化率100%，α-P收率95%(mol)。
本發明與現有技術比較
本發明與現有技術相比具有下述優點在與現有技術相近的反應溫度，原料濃度及配比的條件下，由於穩壓氣源引入反應體系及液面控制技術的使用，使得反應體系中壓力穩定，從而可以在比現有技術低得多的壓力條件下取得很好的產率和原料轉化率，減少了設備投資，降低了產品成本。
圖1為本發明工藝流程示意圖，其中1-反應系統 2-壓力控制缶 3-粗品缶 4、5-蒸餾塔
權利要求
1.一種由γ-丁內酯，甲胺(氨)及水製備N-甲基吡咯烷酮(α-吡咯烷酮)的方法，其特徵在於使用惰性氣體作為穩壓氣源，調節反應體系的壓力不低於5.5MPa使反應物進行反應。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於反應體系的壓力不低於6MPa。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於反應體系中的壓力控制缶用惰性氣體調節系統壓力;該壓力控制缶內通過液位儀表顯示並控制缶內液面保持一定，從而維持反應體系中進出口物料流動的連續和穩定。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於反應溫度為200～320℃，停留時間0.5～5hr。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於反應溫度為220～290℃，停留時間1～3hr。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於γ-丁內酯∶甲胺(氨)∶水的摩爾比為1∶(1.1～4)∶(2～9)。
7.本發明敘述的壓力控制方法適用於其他化工工藝中液相連續反應體系的壓力控制和物料進出恆定的控制。
全文摘要
本發明涉及一種改進的由γ-丁內酯，甲胺(氨)及水製備N-甲基吡咯烷酮(α-吡咯烷酮)方法，其特徵在於反應體系中的壓力控制缶使用惰性氣體為穩壓氣源，調節系統壓力，該壓力控制缶內通過液位儀表顯示並控制缶內液面保持一定，維持反應體系中進出的物料流動的連續和穩定。
文檔編號C07D209/24GK1104635SQ9312103
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月27日 優先權日1993年12月27日
發明者楊元一, 徐立英, 朱雲仙, 王秀玲 申請人:化學工業部北京化工研究院