[发明专利]一种N-甲基吡咯烷酮的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种N-甲基吡咯烷酮的合成方法，更具体地说，是以1,4-丁二醇脱氢生成无需纯化的中间产物γ-丁内酯和混合甲基胺通过连续法制得高纯度的产品。

背景技术

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。被广泛用于聚偏二氟乙烯的溶剂，锂电子电池的电极辅助材料，合成气脱硫、润滑油精制、润滑油抗冻剂、烯烃萃取剂、难溶工程塑料聚合时的溶剂，农用除草剂，绝缘材料、集成电路制作，半导体行业精密仪器、线路板的洗净,PVC尾气回收，清洗剂、染料助剂、分散剂等。也用于聚合物的溶剂及聚合反应的介质，如工程塑料及芳纶纤维。另外还可用在农药、医药和清洁剂等方面。其主要用途如下:(1)乙炔提浓及丁二烯、异戊二烯、芳烃等萃取；(2)润滑油精炼；(3)难溶工程塑料(聚苯硫醚、聚酰亚胺)及芳纶纤维用聚合溶剂；(4)电子绝缘材料和锂离子电池；(5)高档涂料、油墨和颜料；(6)农药助剂；(7)脱油、脱脂、脱蜡、抛光、防锈和脱漆；(8)人工肾脏机能膜液和海水淡化膜液。

目前N-甲基吡咯烷酮工业化生产工艺是通过单甲基胺和γ-丁内酯的脱水制备，且其制备方法被大致分为使用催化剂的方法和不使用催化剂的方法，作为不使用催化剂的方法，已经公开了通过将γ-丁内酯和单甲基胺在280℃下在间歇反应器中反应4小时来制备90~93%产率的N-甲基吡咯烷酮的方法，作为使用催化剂的方法，已经公开了通过将γ-丁内酯和单甲基胺在280℃，以及铜离子交换的Y型沸石催化剂存在下连续反应来制备98%产率的N-甲基吡咯烷酮的方法，然而这些方法具有缺陷，如产率低，以及与产物N-甲基吡咯烷酮沸点差小（约2℃）的γ-丁内酯仍保持为未反应的反应物，因此使得分离和纯化困难并增加杂质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低且纯度高的N-甲基吡咯烷酮的合成方法，其创新点在于，包括以下步骤：

（1）制备γ-丁内酯，在氢气气氛下和催化剂A存在下将1,4-丁二醇脱氢制备未经纯化的γ-丁内酯；

（2）混合胺合成，用氨气和甲醇转化成混合甲基胺；

（3）在催化剂B下将步骤（1）获得的未经纯化的γ-丁内酯与步骤（2）获得的混合甲基胺发生脱水反应，反应得到的产物经过冷凝、脱气和精馏，收集馏分在81~82℃/mmHg柱馏出物，该馏出物为N-甲基吡咯烷酮。

优选的，所述步骤（1）中1,4-丁二醇与氢气的摩尔比是1:0.1~1:10，所述步骤（2）中投入的甲醇与氨的摩尔比是1:1~1:5，所述混合甲基胺与1，4-丁二醇的摩尔比是1:1~1:5，所述步骤（1）和步骤（2）在150~350℃的温度下以及在0.1~2Mpa的压力下进行，所述步骤（3）在150~400℃的温度下以及在7~15Mpa的压力下进行。

本发明的优点在于：廉价的原料和较低的过程消耗，从成本方面来说，所采用的原料越往上游则越能减少中间环节的成本，包括人力、运输、工程消耗等，另外以1,4-丁二醇作为原料，其脱氢中间产物不需要经过纯化就能够参加反应，甲基胺装置反应生成一甲基胺、二甲基胺和三甲基胺的混合物不需要经过复杂的分离直接参加反应，则相应的操作步骤就能够减少，能源消耗降低，也能够降低成本。

附图说明

图1本合成方法的合成路线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成如何限制。在不偏离本发明的精神和范围下可对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明保护范围内。

实施例1

步骤一：将90Kg催化剂A装入反应器1，本步骤中，催化剂A为三种物质的混合物，其成分为：CuO65wt%、SiO₂15wt%和CaO20wt%，加热反应器1，保持反应温度在260℃，压力保持0.5Mpa，将1,4-丁二醇与氢气按1:3的摩尔比混合，用输送泵以0.5h^-1的WHSV加入到反应器1的底部，等待中间罐8有产出物，经管线9回流进入脱气塔4，取样，通过气相色谱分析γ-丁内酯含量（重量）超过90%，经管线10进入反应器23；

步骤二：将甲醇和氨同时以16Kg/h的速度投入反应器15，加热反应器15，保持反应温度在220℃，压力保持0.5Mpa，等待中间罐20有产出物，经管线21进入反应器23；