[发明专利]一种N—甲基吡咯烷酮的合成方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及杂环化合物的生产方法，尤其是一种N-甲基吡咯烷酮的合成方法。

二、背景技术：

传统的N-甲基吡咯烷酮的生产方法γ-丁内酯的转化率较低，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性也较低、杂质较高。专利CN1054843C介绍了一种N-甲基吡咯烷酮的生产方法，反应压力5～10Mpa，温度为200～300℃，反应停留时间为0.5～5h，未提及γ-丁内酯的转化率。专利CN1043758C给出了一种N-甲基吡咯烷酮的生产方法，反应压力5.5～7Mpa，温度为200～320℃，反应停留时间为0.5～5h。上述生产方法反应温度、反应压力均高，反应时间较长，对设备的要求较高，能耗大，且不易操作。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种转化率及选择性均高的、适合工业化生产的一种N-甲基吡咯烷酮的合成方法。它解决了其它技术存在的缺点，本发明的目的是这样实现的，它是将催化剂按甲胺溶液的0.01～0.5加入到缩合体系中，将纯度99.0％以上的γ-丁内酯与一甲胺液按1∶1.0～1.4的摩尔配比用高压计量泵连续打入套管式反应器中进行缩合反应。压力控制为4.0～6.0MPa；温度控制为180～250℃，反应停留时间为0.5-2.5h，该反应用氮气做为补压气源，操作过程采用自动化控制。

合成系统的压力为5.0～5.5Mpa；γ-丁内酯∶甲胺的摩尔比为1∶1.0～1.4，最佳控制范围1∶1.1～1.2；合成体系的反应温度为180～250℃，最好控制在195～230℃；新型ZSM分子筛复合稀土铈催化剂的加入量为一甲胺液的0.01～0.5％，最佳控制0.1～0.15％；新型ZSM分子筛复合稀土铈催化剂的成分为稀土铈，含量为1～10％，最佳控制范围3～5％；反应停留时间为0.5～2.5h，最佳控制在1.5～2h；本发明引入新型ZSM分子筛-铈氧化物复合催化剂，将γ-丁内酯与一甲胺液按1∶1.0～1.4的摩尔配比用高压计量泵连续打入套管式反应器中进行缩合反应；压力控制为4.0～6.0MPa；温度控制为180～250℃，反应停留时间为0.5～2.5h，该反应用氮气做为补压气源；缩合体系中的压力先由压力平衡罐的液位来稳定4.0～6.0MPa压力，这一过程由压力控制系统完成，在液位达到总液位的60---70％后，再打入氮气退液位至总液位3---10％液面，整个过程压力始终稳定在设定4.0～6.0MPa；γ-丁内酯的转化率99.9％以上，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99％以上；在最佳工艺条件内γ-丁内酯的转化率100％，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99.9％。

本发明的生产方法，由于在反应中引入了ZSM分子筛复合稀土铈催化剂使得γ-丁内酯反应极为充分，转化率、选择性均高，同时降低了反应温度和反应压力，缩短了反应时间，节约了能源，且采用套管式反应器，适于规模化生产。该生产方法工艺技术先进合理、便于操作，生产成本低。本发明提供的生产方法所生产的N-甲基吡咯烷酮是重要的化工原料，是一种选择性强和稳定性好的极性溶剂，具有毒性低、沸点高、溶解力强、不易燃、可生物降解、可回收利用、使用安全和适用于多种配方用途等优点。其主要用于乙炔提浓及丁二烯、异戊..二烯、芳烃等萃取、润滑油精炼、难溶工程塑料(聚苯硫醚、聚酰亚胺)及芳纶纤维等用聚合溶剂、电子绝缘材料、锂离子电池、高档涂料、油墨、颜料、农药助剂、清洗剂：脱油、脱脂、脱蜡、抛光、防锈、脱漆、人工肾脏机能膜液、海水淡化膜液等。

本发明引入了新型ZSM分子筛-铈氧化物复合催化剂，是一种较为温和的生产方法，反应温度、反应压力相对较低，又缩短了反应时间，对设备的要求较低，能耗减少，且不用另外向体系中加入水，一甲胺溶液中携带水即能完全满足本发明所需反应用水；在反应过程中采用不同于上述两种专利所述的稳压方法，先采用由稳压罐液位稳定压力，然后间歇补入氮气的方法，来控制体统的压力，达到稳定压力的目的，降低了能耗。本发明γ-丁内酯的转化率高达99.9％以上，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99％以上，在最佳工艺条件内γ-丁内酯的转化率100％，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99.9％。

四、具体实施方式：

本发明是将催化剂按甲胺溶液的0.01～0.5加入到缩合体系中，将纯度99.0％以上的γ-丁内酯与一甲胺液按1∶1.0～1.4的摩尔配比用高压计量泵连续打入套管式反应器中进行缩合反应。压力控制为4.0～6.0MPa；温度控制为180～250℃，反应停留时间为0.5～2.5h，该反应用氮气做为补压气源，操作过程采用自动化控制。

合成系统的压力为5.0～5.5Mpa；γ-丁内酯∶甲胺的摩尔比为1∶1.0～1.4，最佳控制范围1∶1.1～1.2；合成体系的反应温度为180～250℃，最好控制在195～230℃；新型ZSM分子筛复合稀土铈催化剂的加入量为一甲胺液的0.01～0.5％，最佳控制0.1～0.15％；新型ZSM分子筛复合稀土铈催化剂的成分为稀土铈，含量为1～10％，最佳控制范围3～5％；反应停留时间为0.5～2.5h，最佳控制在1.5～2h；本发明引入新型ZSM分子筛-铈氧化物复合催化剂，将γ-丁内酯与一甲胺液按1∶1.0～1.4的摩尔配比用高压计量泵连续打入套管式反应器中进行缩合反应；压力控制为4.0～6.0MPa；温度控制为180～250℃，反应停留时间为0.5～2.5h，该反应用氮气做为补压气源；缩合体系中的压力先由压力平衡罐的液位来稳定4.0～6.0MPa的压力，这一过程由压力控制系统完成，在液位达到总液位的60～70％高度后，再打入氮气退液位至总液位的3～10％液面，整个过程压力始终稳定在4.0～6.0MPa；γ-丁内酯的转化率99.9％以上，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99％以上；在最佳工艺条件内γ-丁内酯的转化率100％，目的产物N-甲基吡咯烷酮的选择性达99.9％。