一种N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法技术

本发明专利技术提供了一种N‑乙基吡咯烷酮的工业生产方法，属于精细化工产品制备技术领域，包括以下步骤：步骤1、将γ‑丁内酯加入搅拌釜中，搅拌器上焊接有列管，列管内装填催化剂，溶剂通过列管上的孔洞流出与γ‑丁内酯充分混合；步骤2、由搅拌釜流出的物料与一乙胺充分混合后送入列管式反应器，加料器带有雾化喷嘴，溶剂经雾化后与上反应段出来的物料充分混合，收集，经分布器后均匀地进入下反应段的列管内；步骤3、将列管式反应器流出的产物送入搅拌釜的夹套中，经与步骤1中的物料换热之后，由夹套出口流出，进入精制阶段。本发明专利技术解决了现有N‑乙基吡咯烷酮生产存在的反应温度高、反应压力大、对设备要求高以及环保效益低等不足。

An Industrial Production Method of N-Ethyl Pyrrolidone

【技术实现步骤摘要】
一种N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法
本专利技术属于精细化工产品制备
，特别涉及一种N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法。
技术介绍
公开号为CN105237456A的专利文献公开了一种吡咯烷酮类产品的生产方法，介绍了以1,4-丁二醇为原料经过一步反应直接生产吡咯烷酮，采用分段式反应器和组合催化剂的方式实现1,4-丁二醇经过脱氢-胺化反应在一个反应单元内转化为吡咯烷酮系列产品。经仔细研判发现，该方法是在一个反应单元中的两个反应器内完成的，其第一段反应以1,4-丁二醇脱氢生产γ-丁内酯为主，第二段反应以γ-丁内酯胺化合成吡咯烷酮类为主。由于第一段反应器的反应温度为190～260℃、反应压力为0.5～8.0MPa，第二段反应器的反应温度为230～290℃，反应压力为5～15.0MPa，因此，在第一段反应器与第二段反应器之间设置有缓冲罐和加压泵。虽说该专利技术实现了在一个单元内进行两个反应的目的，但是操作过程繁琐，工人操作过程中的安全系数下降，公开号为CN107474003A的专利文献公开了一种连续合成N-甲基吡咯烷酮和N-乙基吡咯烷酮的方法，该方法在微反应器中进行，将γ-丁内酯溶液与相应的烷基胺溶液连续地通过一个微反应器，合成N-甲基吡咯烷酮和N-乙基吡咯烷酮。其中微反应器包括反应段和反应抑制段，反应混合物在反应段停留1～30min，其中所述的γ-丁内酯溶液和相应的烷基胺溶液都是以乙二醇为溶剂。其反应温度240～300℃、反应压力1.7～5.2MPa、反应抑制段温度0～5℃，收率在90%以上。该方法具有了反应时间短、收率高的特点，但是将240℃的物料在较短时间内降到0～5℃对设备要求较高，同时，微反应作为新兴技术，相对投资成本较大、效果不稳定，从其实施例中也可以发现其收率最高90%以上，最低仅有43.7%。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是，在现有γ-丁内酯与一乙胺合成N-乙基吡咯烷酮的基础上，对其工艺条件以及工艺过程进行改良优化，以获得条件更加温和、收率较高、产品纯度更好、更加节能的工业化生产N-乙基吡咯烷酮的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种N-乙基吡咯烷酮的工业化生产方法，以γ-丁内酯和一乙胺为原料，在催化剂的作用下，合成N-乙基吡咯烷酮，包括以下步骤：步骤1，将γ-丁内酯加入搅拌釜中，与溶剂充分混合，所述搅拌釜中装填催化剂，所述搅拌釜带有夹套，内部设有搅拌器，所述搅拌器的同心圆盘上焊接有若干根带有孔洞的列管，所述列管内装填催化剂，所述溶剂通过所述列管上的孔洞流出与所述搅拌釜内的γ-丁内酯充分混合，在所述搅拌器的转动下，混合后的物料从所述列管上的孔洞流入、流出，与所述列管内的催化剂充分接触；步骤2，由所述搅拌釜流出的物料与一乙胺经过混合器充分混合后送入列管式反应器，所述列管式反应器分为上反应段和下反应段，所述上反应段和下反应段分别由若干根列管组成，所述上反应段和下反应段之间设置分布器和加料器，所述加料器位于所述分布器的上方，所述加料器带有雾化喷嘴，所述溶剂经雾化后与所述上反应段出来的物料充分混合，将所述上反应段出来的物料收集，经所述分布器后均匀地进入下反应段的列管内，保持此反应阶段的反应温度为100～160℃，反应压力为0.2～3MPa，使物料与催化剂充分反应0.5～1.0h；步骤3，控制所述列管式反应器出口的γ-丁内酯含量为0～0.05%的条件下，将所述列管式反应器流出的产物送入所述搅拌釜的夹套中，经过与所述步骤1中的物料进行换热操作之后，从所述夹套的出口流出，进入精制阶段。优选地，所述上反应段的列管直径为19mm，所述下反应段的列管直径为50mm。优选地，所述催化剂的重量百分比组成为20～30%Cu，5～15%γ-Al2O3，5～10%Ni，1～5%Ag，1～3%Bi，余量为载体。优选地，所述载体由组分A和组分B组成，所述组分A为二氧化硅，所述组分B为氧化锆、氧化锌和氧化镁中的一种或两种以上的组合物。优选地，所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1：将硝酸铜、硝酸铝、硝酸银和硝酸镍加入到乙醇中，配制成1～2mol/L的溶液A；将所述组分B对应的硝酸盐加入到乙醇中，配制成1～2mol/L的溶液B，将溶液A和溶液B并流，配制成溶液C，充分搅拌均匀，将配制的溶液C升温至50～70℃，加入二氧化硅含量15～25%硅溶胶乳液，控制温度为50～90℃，滴加沉淀剂，搅拌，控制终点pH值8～9，将得到的浆料移至微波水热平行合成仪中反应10～15h，将反应物过滤、洗涤、烘焙之后，于400～500℃煅烧，得到的前驱体颗粒；S2：将硝酸铋溶解于乙二醇中，配制成0.5～1mol/L的溶液D，然后将所述前驱体颗粒浸渍于溶液D中，进行等体积浸渍，浸渍1～3次，过滤之后移至高压反应釜中于150～200℃水热反应8～12h，冷却至室温后，洗涤、过滤、烘焙，于400～500℃煅烧，制得催化剂成品。优选地，所述一乙胺与γ-丁内酯的摩尔比为（1.05~1.35）：1；所述溶剂的加入量与γ-丁内酯的摩尔比为（0.2～0.5）：1，所述搅拌釜内溶剂的加入量是所述溶剂总量的1/3，余量通过设置在所述加料器完成。优选地，所述反应阶段和精制阶段产生的尾气均被溶剂吸收，所述反应阶段和精制阶段使用的溶剂为同一种。优选地，所述溶剂为1,4-丁二醇、乙醇、环戊醇中的一种。优选地，所述精制阶段的具体步骤为：首先将产物经脱轻塔脱去轻组分，得到粗产品，然后进入产品塔提纯，所述产品塔在其底部设有惰性气体进气口，粗产品由产品塔的中间部位进料，依靠惰性气体的吹脱作用，使未完全脱除的轻组分在塔顶富集，间歇采出；高纯产品由产品塔的塔顶的侧线采出，采出之后经分级冷凝，得到终点产品。优选地，所述分级冷凝是由三个冷凝罐串联组成，每个所述冷凝罐保持采出的N-乙基吡咯烷酮为泡点状态，避免水分和游离胺存在于终点产品中。传统的理论认为γ-丁内酯与一乙胺合成N-乙基吡咯烷酮分为两步：第一步：，第二步：。第一步的开环反应为剧放热过程（ΔH=-104Kj/mol），活化能为12Kj/mol，属于快速反应，第二步的脱水反应为吸热过程（ΔH=+18Kj/mol），活化能为127Kj/mol，为决速（控制）步骤。传统理论认为，有催化剂工艺较无催化剂工艺的条件更温和，同时还认为水对降低第二步脱水反应的活化能有作用，若要跨越活化能，最普遍的方法就是升高反应温度（参阅文献：沈宸，周维友等.ZSM-5分子筛气相催化合成N-甲基吡咯烷酮[J]，石油炼制与化工,2013年,44(1),51~55）。而该文献选用的新型ZSM分子筛复合稀土铈催化剂，稀土元素与ZSM分子筛复合的催化剂可以降低此活化能，通过降低ΔE值（活化能）引发缩合闭环过程，反应中生成的水也会参与进来促进闭环反应；但是其合成N-甲基吡咯烷酮的最佳工艺条件为：反应温度300℃、常压、空速0.5h-1、产率99%左右。此外，现有技术中由γ-丁内酯胺化合成吡咯烷酮所用的催化剂普遍为固体超强酸、杂多酸或改性分子筛等，例如：张志德等（参阅文献：张志德,林凤珍等.1-环己基-2-吡咯烷酮的合成[J]，精细化工,2005第22卷9期）介绍了γ-丁内酯与环己胺在磷酸催化剂的作用下，制备N-环己基吡咯烷酮；张玲钰等（参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种N‑乙基吡咯烷酮的工业化生产方法，以γ‑丁内酯和一乙胺为原料，在催化剂的作用下，合成N‑乙基吡咯烷酮，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将γ‑丁内酯加入搅拌釜中，与溶剂充分混合，所述搅拌釜中装填催化剂，所述搅拌釜带有夹套，内部设有搅拌器，所述搅拌器的同心圆盘上焊接有若干根带有孔洞的列管，所述列管内装填催化剂，所述溶剂通过所述列管上的孔洞流出与所述搅拌釜内的γ‑丁内酯充分混合，在所述搅拌器的转动下，混合后的物料从所述列管上的孔洞流入、流出，与所述列管内的催化剂充分接触；步骤2，由所述搅拌釜流出的物料与一乙胺经过混合器充分混合后送入列管式反应器，所述列管式反应器分为上反应段和下反应段，所述上反应段和下反应段分别由若干根列管组成，所述上反应段和下反应段之间设置分布器和加料器，所述加料器位于所述分布器的上方，所述加料器带有雾化喷嘴，所述溶剂经雾化后与所述上反应段出来的物料充分混合，将所述上反应段出来的物料收集，经所述分布器后均匀地进入下反应段的列管内，保持此反应阶段的反应温度为100～160℃，反应压力为0.2～3MPa，使物料与催化剂充分反应0.5～1.0h；步骤3，控制所述列管式反应器出口的γ‑丁内酯含量为0～0.05%的条件下，将所述列管式反应器流出的产物送入所述搅拌釜的夹套中，经过与所述步骤1中的物料进行换热操作之后，从所述夹套的出口流出，进入精制阶段。...

【技术特征摘要】
1.一种N-乙基吡咯烷酮的工业化生产方法，以γ-丁内酯和一乙胺为原料，在催化剂的作用下，合成N-乙基吡咯烷酮，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将γ-丁内酯加入搅拌釜中，与溶剂充分混合，所述搅拌釜中装填催化剂，所述搅拌釜带有夹套，内部设有搅拌器，所述搅拌器的同心圆盘上焊接有若干根带有孔洞的列管，所述列管内装填催化剂，所述溶剂通过所述列管上的孔洞流出与所述搅拌釜内的γ-丁内酯充分混合，在所述搅拌器的转动下，混合后的物料从所述列管上的孔洞流入、流出，与所述列管内的催化剂充分接触；步骤2，由所述搅拌釜流出的物料与一乙胺经过混合器充分混合后送入列管式反应器，所述列管式反应器分为上反应段和下反应段，所述上反应段和下反应段分别由若干根列管组成，所述上反应段和下反应段之间设置分布器和加料器，所述加料器位于所述分布器的上方，所述加料器带有雾化喷嘴，所述溶剂经雾化后与所述上反应段出来的物料充分混合，将所述上反应段出来的物料收集，经所述分布器后均匀地进入下反应段的列管内，保持此反应阶段的反应温度为100～160℃，反应压力为0.2～3MPa，使物料与催化剂充分反应0.5～1.0h；步骤3，控制所述列管式反应器出口的γ-丁内酯含量为0～0.05%的条件下，将所述列管式反应器流出的产物送入所述搅拌釜的夹套中，经过与所述步骤1中的物料进行换热操作之后，从所述夹套的出口流出，进入精制阶段。2.根据权利要求1所述的N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法，其特征在于：所述上反应段的列管直径为19mm，所述下反应段的列管直径为50mm。3.根据权利要求2所述的N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法，其特征在于：所述催化剂的重量百分比组成为20～30%Cu，5～15%γ-Al2O3，5~10%Ni，1～5%Ag，1～3%Bi，余量为载体。4.根据权利要求3所述的N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法，其特征在于：所述载体由组分A和组分B组成，所述组分A为二氧化硅，所述组分B为氧化锆、氧化锌和氧化镁中的一种或两种以上的组合物。5.根据权利要求4所述的N-乙基吡咯烷酮的工业生产方法，其特征在于，所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1：将硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋国全，吴彦彬，李凯，闫广学，肖强，杨理，吴正岭，李清霞，
申请(专利权)人：迈奇化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41