專利名稱：改進的N-甲基吡咯烷酮及α-吡咯烷酮的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機化工生產(chǎn)領(lǐng)域。
N-甲基吡咯烷酮(以下簡稱NMP)是一種優(yōu)良的溶劑，并且可以用水回收。被廣泛用于乙炔提濃、丁二烯分離、芳烴抽提、高級潤滑油精制;以及用作聚合物反應(yīng)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(chǎn)聚乙烯基吡咯烷酮、腦復(fù)康藥品的原料。
NMP與α-P的工業(yè)生產(chǎn)路線是使用γ-丁內(nèi)酯與甲胺縮合制NMP，用γ-丁內(nèi)酯與氨縮合制α-P。由于NMP和α-P均屬于γ-丁內(nèi)酯的系列產(chǎn)品，二者的生產(chǎn)工藝與主要設(shè)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(chǎn)品的切換生產(chǎn)。
英國專利GB1，312，463(BASF公司)提供了一種關(guān)于α-P的生產(chǎn)方法，以γ-丁內(nèi)酯和液氨或氨水為原料連續(xù)進行生產(chǎn)，使用的氨水濃度一般為15～100%(wt)，優(yōu)選50～100%(wt)。反應(yīng)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(yīng)物在反應(yīng)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(fā)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于1∶1，在其實施例3中，反應(yīng)溫度270℃，體系壓力70atm時α-P產(chǎn)率為91.0%(mol)，120atm時產(chǎn)率為95.0%(mol)。
日本專利JP76-42107介紹了一種吡咯烷酮的制備方法，該方法指出向反應(yīng)體系中加水可以提高反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)時間，增加產(chǎn)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(yīng)溫度250℃，γ-丁內(nèi)酯轉(zhuǎn)化率99.5%，停留時間2小時。但未提及NMP的收率。
由上述現(xiàn)有技術(shù)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(chǎn)物的收率仍不能十分令人滿意。而且存在著對反應(yīng)體系壓力要求較高的問題。而后者帶來的直接問題即是對設(shè)備要求高，耗資多。因此需要尋找一種反應(yīng)條件相對溫和，設(shè)備投資少，NMP及α-P收率高的制備方法。
本發(fā)明人為此進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于高的NMP和α-P產(chǎn)率，維持較高的體系壓力，并且保持反應(yīng)體系的壓力穩(wěn)定，對該反應(yīng)有重要影響。本發(fā)明在與現(xiàn)有技術(shù)相同的壓力下可獲得更高的產(chǎn)率，對原料有更廣泛的適應(yīng)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(chǎn)率的前提條件下，本發(fā)明的制備方法可使用比現(xiàn)有技術(shù)低得多的體系壓力。
具體而言，本發(fā)明涉及一種使用γ-丁內(nèi)酯與甲胺(或氨)及水反應(yīng)制備NMP(或α-P)的方法，其特征在于使用惰性氣體作為穩(wěn)壓氣源引入反應(yīng)體系，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的壓力不低于5.5MPa，優(yōu)選不低于6MPa使反應(yīng)物進行反應(yīng)。其中反應(yīng)溫度200～320℃，優(yōu)選220～290℃;停留時間0.5～5hr;優(yōu)選1～3hr;γ-丁內(nèi)酯∶甲胺(氨)∶水的摩爾比1∶(1.1～4)∶(2～9)。反應(yīng)在液相下進行，通過位于反應(yīng)體系后部壓力控制罐的液位儀表顯示液位并控制出口閥，使罐內(nèi)液面保持一定，從而維持反應(yīng)體系中進出口物料(液體)流動的連續(xù)和穩(wěn)定。
通過下面的圖示敘述及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于使用了下述方法(流程見
圖1)。
在制備開始時首先將γ-丁內(nèi)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(yīng)系統(tǒng)，預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進入反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)停留0.5～5小時后冷卻進入壓力控制缶，壓力控制缶利用充惰性氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力;壓力控制缶有壓力顯示和報警，并有液面顯示、控制和報警。在連續(xù)生產(chǎn)時以液位控制連續(xù)出料，保證缶內(nèi)液面在一定高度。出壓力控制缶的物料經(jīng)減壓閥進入粗品缶，經(jīng)常壓、減壓精餾得到高質(zhì)量的NMP和α-P。
實施例1用高壓計量泵將γ-丁內(nèi)酯和30(wt)%的甲胺水溶液打入反應(yīng)器，γ-丁內(nèi)酯∶甲胺∶水＝1∶1.4∶5.6(mol)，在反應(yīng)溫度約280℃，反應(yīng)壓力6MPa條件下反應(yīng);停留時間2小時。反應(yīng)產(chǎn)物通過常壓、減壓精餾得到純度為99.5%的NMP，γ-丁內(nèi)酯轉(zhuǎn)化率100%，NMP產(chǎn)率為97%(mol)。
實施例2用高壓計量泵將γ-丁內(nèi)酯和30(wt)%的氨水溶液打入反應(yīng)器，γ-丁內(nèi)酯∶氨∶水＝1∶1.4∶3.1(mol)，反應(yīng)溫度250℃，反應(yīng)壓力7MPa，停留時間2小時。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)常壓和減壓精餾得到純度為99.5%α-P，γ-丁內(nèi)酯轉(zhuǎn)化率100%，α-P收率95%(mol)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下述優(yōu)點在與現(xiàn)有技術(shù)相近的反應(yīng)溫度，原料濃度及配比的條件下，由于穩(wěn)壓氣源引入反應(yīng)體系及液面控制技術(shù)的使用，使得反應(yīng)體系中壓力穩(wěn)定，從而可以在比現(xiàn)有技術(shù)低得多的壓力條件下取得很好的產(chǎn)率和原料轉(zhuǎn)化率，減少了設(shè)備投資，降低了產(chǎn)品成本。
圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖，其中1-反應(yīng)系統(tǒng) 2-壓力控制缶 3-粗品缶 4、5-蒸餾塔
權(quán)利要求
1.一種由γ-丁內(nèi)酯，甲胺(氨)及水制備N-甲基吡咯烷酮(α-吡咯烷酮)的方法，其特征在于使用惰性氣體作為穩(wěn)壓氣源，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的壓力不低于5.5MPa使反應(yīng)物進行反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于反應(yīng)體系的壓力不低于6MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于反應(yīng)體系中的壓力控制缶用惰性氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力;該壓力控制缶內(nèi)通過液位儀表顯示并控制缶內(nèi)液面保持一定，從而維持反應(yīng)體系中進出口物料流動的連續(xù)和穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為200～320℃，停留時間0.5～5hr。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為220～290℃，停留時間1～3hr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于γ-丁內(nèi)酯∶甲胺(氨)∶水的摩爾比為1∶(1.1～4)∶(2～9)。
7.本發(fā)明敘述的壓力控制方法適用于其他化工工藝中液相連續(xù)反應(yīng)體系的壓力控制和物料進出恒定的控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進的由γ-丁內(nèi)酯，甲胺(氨)及水制備N-甲基吡咯烷酮(α-吡咯烷酮)方法，其特征在于反應(yīng)體系中的壓力控制缶使用惰性氣體為穩(wěn)壓氣源，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，該壓力控制缶內(nèi)通過液位儀表顯示并控制缶內(nèi)液面保持一定，維持反應(yīng)體系中進出的物料流動的連續(xù)和穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日1993年12月27日
發(fā)明者楊元一, 徐立英, 朱云仙, 王秀玲 申請人:化學工業(yè)部北京化工研究院