本發(fā)明涉及一種化工用非質(zhì)子溶劑的連續(xù)化制備方法，尤其是N-甲基吡咯烷酮連續(xù)化制備方法。
背景技術(shù)：
N-甲基吡咯烷酮（NMP）是一種極性非質(zhì)子傳遞溶劑，具有高沸點(diǎn)、強(qiáng)極性、低粘度、溶解能力強(qiáng)、無腐蝕、毒性小、化學(xué)及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，主要用于芳烴萃取，乙炔、烯烴、二烯烴的純化分離，聚合物溶劑以及聚合反應(yīng)溶劑等領(lǐng)域。隨著國內(nèi)聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚等高強(qiáng)工程塑料及高強(qiáng)纖維的飛速發(fā)展，對(duì)N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)量及需求量都提出了更高的要求。
目前N-甲基吡咯烷酮工業(yè)化生產(chǎn)主要采用γ-丁內(nèi)酯（GBL）與單甲基胺（MMA）反應(yīng)合成N-甲基吡咯烷酮；其特征在于采用40%的甲胺水溶液與GBL混合后進(jìn)入到高溫高壓反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，得到NMP及其副產(chǎn)物的水溶液，后經(jīng)精餾分離后得到NMP產(chǎn)品。上述工藝存在兩大問題：一是甲胺水溶液中帶入的水不參與反應(yīng)，但仍經(jīng)過升溫、升壓，再降溫、降壓分離得到NMP產(chǎn)品的過程，造成能耗增加；二是NMP縮合反應(yīng)是慢反應(yīng)過程，需要大的反應(yīng)器和長的停留時(shí)間，加上甲胺攜帶的水會(huì)造成反應(yīng)器體積更大，使反應(yīng)器的制造難度增大以及操作成本增加。上述問題造成NMP生產(chǎn)工藝能耗高，裝置規(guī)模小等難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的NMP制造工藝存在能耗高、反應(yīng)器體積大、制造困難、反應(yīng)器體積利用效率低等問題，提出一種N-甲基吡咯烷酮連續(xù)化制備方法，以降低工藝能耗，提高反應(yīng)器體積利用率，解決反應(yīng)器放大的難點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種N-甲基吡咯烷酮連續(xù)化制備方法，該方法的步驟為：
（1）預(yù)反應(yīng)及脫水單元：γ-丁內(nèi)酯與甲胺水溶液混合常溫預(yù)反應(yīng)后，脫掉一部分不參與反應(yīng)的水，得到反應(yīng)中間產(chǎn)物；
（2）高溫反應(yīng)單元：在反應(yīng)中間產(chǎn)物中加入甲胺水溶液，經(jīng)升溫、升壓進(jìn)入到高壓反應(yīng)器中，進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到NMP縮合反應(yīng)液；
（3）產(chǎn)品分離單元：反應(yīng)得到的高溫高壓縮合反應(yīng)液，經(jīng)冷卻降溫、降壓后進(jìn)入到分離設(shè)備中，脫除水分和殘留的甲胺，然后，精制，得到NMP產(chǎn)品。
進(jìn)一步地，所述步驟（1）中甲胺水溶液含量為40%。
進(jìn)一步地，所述步驟（1）中反應(yīng)進(jìn)料γ-丁內(nèi)酯與甲胺的摩爾比控制在≥1。
進(jìn)一步地，所述步驟（1）中得到的反應(yīng)中間產(chǎn)物的水含量要<30%。
進(jìn)一步地，所述步驟（2）中在反應(yīng)中間產(chǎn)物中加入的甲胺水溶液要使得總的甲胺與GBL的摩爾配比≥1。
更進(jìn)一步地，所述步驟（2）中縮合反應(yīng)溫度控制在250～350℃，壓力控制60～120kg/cm2。
本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：
1、本發(fā)明預(yù)先脫除甲胺水溶液所帶的大部分水，避免了大量水參與后續(xù)反應(yīng)，降低了NMP制備工藝的能耗；
2、本發(fā)明減少了不參與反應(yīng)的惰性組分水進(jìn)入后道高溫反應(yīng)過程的量，提高了反應(yīng)器體積利用率；
3、本發(fā)明減小了反應(yīng)器的使用體積，解決了反應(yīng)器放大技術(shù)難點(diǎn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的N-甲基吡咯烷酮制備工藝流程簡圖；圖中的標(biāo)記含義為：1—預(yù)反應(yīng)及脫水單元，2—高溫高壓反應(yīng)單元，3—產(chǎn)品分離單元，11—GBL，12—甲胺水溶液，13—廢水，14—甲胺水溶液，15—反應(yīng)中間組分，16—反應(yīng)產(chǎn)物，17—NMP產(chǎn)品，18—廢水，19—高沸點(diǎn)副產(chǎn)物。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出一種連續(xù)化生產(chǎn)N-甲基吡咯烷酮的方法，具有能耗低，反應(yīng)器生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。該方法的要點(diǎn)是：原料γ-丁內(nèi)酯與甲胺水溶液混合預(yù)反應(yīng)后，進(jìn)入到一個(gè)常壓脫水塔中，脫除一部分不參與反應(yīng)的水，預(yù)反應(yīng)后的混合物補(bǔ)加少量甲胺后，升壓升溫后在高溫高壓反應(yīng)器進(jìn)行縮合反應(yīng)，所得縮合反應(yīng)物經(jīng)分離后得到N-甲基吡咯烷酮產(chǎn)品。
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，所舉的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品或方法作概括性例示，有助于更好地理解本發(fā)明，但并不會(huì)限制本發(fā)明范圍。下述實(shí)施例中，如無特殊說明，所述實(shí)驗(yàn)方法均為常規(guī)方法，所述材料均可從商業(yè)途徑獲得。
如圖1，本發(fā)明所述一種N-甲基吡咯烷酮連續(xù)化制備方法的工藝流程由三個(gè)單元組成：預(yù)反應(yīng)及脫水單元1、高溫高壓反應(yīng)單元2及產(chǎn)品分離單元3組成。
預(yù)反應(yīng)及脫水單元1：γ-丁內(nèi)酯11與甲胺水溶液12（如商業(yè)化40%的甲胺水溶液）混合常溫預(yù)反應(yīng)后，得到高沸點(diǎn)的反應(yīng)中間產(chǎn)物羥甲基丁酰胺。該單元可以使用塔式設(shè)備，如常壓脫水塔。γ-丁內(nèi)酯與甲胺水溶液連續(xù)進(jìn)入到常壓脫水塔中，塔頂脫出廢水13，廢水中含有少量的甲胺，該廢水可以和后道廢水18混合后，送往廢水處理，或經(jīng)過預(yù)除甲胺后，再處理。塔底得到濃縮的反應(yīng)中間組分15。反應(yīng)進(jìn)料中γ-丁內(nèi)酯與甲胺的摩爾配比控制在大于等于1，減少塔頂廢水中甲胺量，脫水后產(chǎn)物15中水濃度小于30%。
高溫高壓反應(yīng)單元2：在反應(yīng)中間組分中加入甲胺水溶液14，使得總的甲胺與GBL的摩爾配比大于或等于1。補(bǔ)加的甲胺水溶液與預(yù)反應(yīng)產(chǎn)物混合后，經(jīng)升溫、升壓進(jìn)入到高壓反應(yīng)器中，在250～350℃，60～120kg/cm2壓力下進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到NMP縮合反應(yīng)液16。
產(chǎn)品分離單元3：反應(yīng)得到的高溫高壓縮合反應(yīng)液16，經(jīng)冷卻降溫、降壓后進(jìn)入到分離設(shè)備中，如首先進(jìn)入產(chǎn)品脫水塔中，脫除水分和殘留的甲胺18，塔釜液進(jìn)入到NMP精制塔中，塔頂?shù)玫絅MP產(chǎn)品17，塔釜得到高沸點(diǎn)副產(chǎn)物19。
比較例
8600kg/hr的GBL和8137.5kg/hr甲胺混合后，經(jīng)一個(gè)柱塞泵升壓到80kg/cm2,再經(jīng)一個(gè)預(yù)熱器升溫到280℃，進(jìn)入管式反應(yīng)器中，在280℃下停留時(shí)間為1.5hr。反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻降溫到100℃以下，進(jìn)入到脫水塔中，塔頂?shù)玫胶装返膹U水，塔底產(chǎn)物進(jìn)入到第二個(gè)精餾塔中，塔頂?shù)玫絅MP產(chǎn)品9813.8kg/hr，塔釜得到高沸點(diǎn)副產(chǎn)物。
實(shí)施例
8600kg/hr的GBL和7362.5kg/hr甲胺水溶液（甲胺濃度40%）混合后，在管道中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)入到一個(gè)常壓脫水塔中，塔頂?shù)玫胶倭考装返膹U水2108kg/hr，補(bǔ)加甲胺水溶液775kg/hr，所得混合物經(jīng)一個(gè)柱塞泵升壓到80kg/cm2，再經(jīng)一個(gè)預(yù)熱器升溫到280℃，進(jìn)入管式反應(yīng)器中，在280℃下停留時(shí)間為1.5hr。反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻降溫到100℃以下，進(jìn)入到脫水塔中，塔頂?shù)玫胶装返膹U水，塔底產(chǎn)物進(jìn)入到第二個(gè)精餾塔中，塔頂?shù)玫絅MP產(chǎn)品9813.9kg/hr，塔釜得到高沸點(diǎn)副產(chǎn)物。
現(xiàn)以控制水濃度11.6%計(jì)，每噸NMP預(yù)蒸發(fā)的水量約400kg，這部分水從145℃升溫到280℃，再降到145℃，所消耗的能量約2.257×105kJ，約5.6kg標(biāo)油，且這部分水可釋放反應(yīng)器體積13%。故實(shí)施例相對(duì)于比較例，能量降低了6.874×104kJ/噸NMP產(chǎn)品，可使反應(yīng)器的使用體積減少13%。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)該視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。