制备N-甲基吡咯烷酮的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备N‑甲基吡咯烷酮的方法，更具体而言，提供了下述制备N‑甲基吡咯烷酮的方法，其中，向反应器中提供一甲胺(MMA)水溶液和γ‑丁内酯(GBL)，将由一甲胺与γ‑丁内酯反应所获得的N‑甲基吡咯烷酮与水分离，和将所分离的水与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液然后将其引回至反应器中。所提供的制备N‑甲基吡咯烷酮的方法的优点在于，由一甲胺与γ‑丁内酯反应所生成的水被收集以制备一甲胺水溶液，然后循环回反应器中，由此节约了能量并使产物N‑甲基吡咯烷酮容易分离。

【技术实现步骤摘要】
本申请是分案申请，其原申请的优先权申请为KR 10-2009-0069391，申请号为201010228714.X，申请日为2010年07月16日，专利技术名称为“制备N-甲基吡咯烷酮的方法”。
本专利技术涉及制备N-甲基吡咯烷酮(NMP)的方法，更具体而言，涉及下述制备N-甲基吡咯烷酮的方法，其中，向反应器中提供一甲胺(MMA)水溶液和γ-丁内酯(GBL)，将由一甲胺与γ-丁内酯反应所获得的N-甲基吡咯烷酮与水分离，和将所分离的水与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液然后将其引回至反应器中。
技术介绍
N-甲基吡咯烷酮为具有低粘度和优异的耐热性的无色、无毒有机溶剂。作为化学稳定的高极性溶剂，其在需要惰性介质的各种化学反应中非常有用。随着环境法规的日益严格，环境友好、无毒的N-甲基吡咯烷酮在聚合物合成与加工、油漆制造、金属表面清洁、药物合成与纯化、半导体和电子器件加工或锂电池制造等领域中的应用也越来越多。工业上，N-甲基吡咯烷酮通过在使用或不使用催化剂下一甲胺与γ-丁内酯的脱水而制备。作为不使用催化剂的制备方法，公开过下述方法：将γ-丁内酯与一甲胺在间歇式反应器中于280℃反应4小时以制备N-甲基吡咯烷酮(收率：90％～93％)[J.Amer.Chem.Soc.,71(1949),896]。此外，日本专利特开平1-190667号公开了一种通过将γ-丁内酯、水和一甲胺在高压间歇式反应器中于240℃～265℃和50atm下反应3小时来制备甲基吡咯烷酮的方法(收率：94.3％)。作为使用催化剂的制备方法，公开过下述方法：将γ-丁内酯和一甲胺在铜离子交换的Y型沸石催化剂存在下于280℃和常压连续反应以制备N-甲基吡咯烷酮(收率：98％)[Bull.Chem.Soc.Japan,50(10)(1977),2517]。此外，还公开了下述方法，其中，由γ-丁内酯与一甲胺通过使用铬离子交换的ZSM-5沸石催化剂在300℃的连续反应而制备N-甲基吡咯烷酮(收率：98.2％)[J.Org.Chem.,50(1994),3998]。此外，日本专利特开昭49-20582号公开了一种使用诸如氧化铝、二氧化硅-氧化铝、活性碳、硅胶、或二氧化硅-氧化镁等催化剂由γ-丁内酯与一甲胺制备N-甲基吡咯烷酮的方法(收率：63％～93％)。近来，Akzo Noble在美国专利第5,478,950号中报道了使用钠离子交换的X型沸石催化剂由在275℃的连续反应制备N-甲基吡咯烷酮(收率：96％)。然而，由于催化活性下降，因此上述催化方法需要经常再循环催化剂和分离产物。结果，难以将催化剂使用很长的时间，不使用催化剂的方法在经济上更有效。因此，需要开发一种新型反应体系，所述新型反应体系能够在不使用催化剂的温和条件下以稳定且长期地以高收率生产所需产物。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于提供一种制备N-甲基吡咯烷酮(NMP)的方法，所述方法能够在温和的反应条件下以高收率和高纯度大规模地生产N-甲基吡咯烷酮，且对纯化的需求最低并且废水生成较少，其中，向反应器中提供一甲胺(MMA)水溶液和γ-丁内酯(GBL)，利用反应温度和压力而无需从外部加热将由一甲胺与γ-丁内酯反应所获得的N-甲基吡咯烷酮与水分离，和将所分离的水与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液然后将其引回至反应器中。技术方案在一个总的方案中，提供了能够以高收率和高纯度大规模地生产N-甲基吡咯烷酮的制备N-甲基吡咯烷酮(NMP)的方法，其中，向反应器中提供一甲胺(MMA)水溶液和γ-丁内酯(GBL)，将由一甲胺与γ-丁内酯反应所获得的N-甲基吡咯烷酮与水分离，和将所分离的水与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液然后将其引回至反应器中。考虑到经济性和效率，最优的反应条件可以是温度为260℃～320℃且压力为50巴～120巴，优选温度为270℃～310℃且压力为70巴～110巴。可以通过一个或多个在100℃～300℃的温度和0巴～70巴的压力下运行的分离器来收集所分离的水以制备一甲胺水溶液，然后将其提供给反应器。将分离的水通过管道循环入反应器中时，可通过设置在管道外部的加热器来加热管道，以防止反应器内部温度变化，由此缩短反应时间。反应器中过量的一甲胺可以与所分离的水混合以制备一甲胺水溶液，然后提供至反应器中。一甲胺水溶液可以包含25重量％～65重量％的一甲胺和35重量％～75重量％的水，并且一甲胺可以具有81％～100％的纯度、含有作为杂质的0％～19％的二甲胺(DMA)和0％～19％的三甲胺(TMA)。在本专利技术的制备方法中，原料一甲胺和γ-丁内酯可以以1.001～1.05、优选1.005～1.015的摩尔比提供。γ-丁内酯可以是未纯化或纯化的γ-丁内酯，并可以由1,4-丁二醇(BDO)制备。未纯化或纯化的γ-丁内酯可以具有80.000％～99.999％的纯度，并可含有作为杂质的0.001％～10.000％的选自C3醇、C4醇、四氢呋喃、C3醛、羟基四氢呋喃和1,4-丁二醇的一种或多种物质。具体而言，其可以含有作为杂质的0.001％～1.000％的C3醇、0.001％～2.000％的C4醇、0.001％～10.000％的四氢呋喃、0.001％～5.000％的C3醛、0.001％～5.000％的羟基四氢呋喃和0.001％～10.000％的1,4-丁二醇。获得的N-甲基吡咯烷酮可以使用蒸馏器纯化，然后通过离子交换树脂，从而制备含有1ppb以下的金属且不含0.2μm以上的颗粒的高纯度N-甲基吡咯烷酮。有益效果本专利技术的制备N-甲基吡咯烷酮的方法(其中，向反应器中提供一甲胺(MMA)水溶液和γ-丁内酯(GBL)，将一甲胺与γ-丁内酯反应所获得的N-甲基吡咯烷酮与水分离，和将所分离的水与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液然后将其引回至反应器中)能够通过将纯化需求降至最低而在温和的反应条件下使生产效率达到最高。此外，由于反应中所使用的水被再循环，因此废水生成被降至最低，这改善了经济性并防止了环境污染。将所分离的水通过管道循环入反应器中时，可通过设置在管道外部的加热器来加热管道，以防止反应器内部温度变化，由此缩短反应时间。另外，通过限定原料一甲胺和γ-丁内酯中所含杂质的含量，对于原料和生产条件的限制被降至最低。与现有方法相比，本专利技术的制备N-甲基吡咯烷酮的方法能够以高收率短时间轻易地生产所需产品而无需复杂的工序，并且能够简化过程和改善商业规模的生产的收率。附图说明通过结合附图对优选实施方式的以下描述，本专利技术的上述及其它目的、特征和优点将变得显而易见，附图中：图1是一个实施方式的制备N-甲基吡咯烷酮的方法的示意图(R：反应器，S：分离器)；并且图2是另一个实施方式的制备N-甲基吡咯烷酮的方法的示意图(R：反应器，S：分离器，D：蒸馏器)。要素的详细描述F1：γ-丁内酯(GBL)F2：一甲胺(MMA)F3：通过将由F2供应的一甲胺与由F6供应的水混合而制备的一甲胺水溶液F4：N-甲基吡咯烷酮(NMP)与水的混合物F5：N-甲基吡咯烷酮F6：通过收集分离的水制备F3的一甲胺水溶液F7：离子交换树脂具体实施方式下面将参考附图详细描述本专利技术的实施方式。如图1所示，向反应器R中提供一甲胺水溶液F3和γ-丁内酯F1，并使其在260℃～320℃的温度和5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备N‑甲基吡咯烷酮的方法，其中，向反应器中提供一甲胺水溶液和γ‑丁内酯，将由一甲胺与γ‑丁内酯反应所获得的N‑甲基吡咯烷酮与水分离，将所分离的水通过一个或多个利用所述反应的温度和压力而无需从外部加热运行的分离器来收集并与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液，然后将其引回至所述反应器中，并且其中所述一甲胺水溶液包含25重量％～65重量％的一甲胺和35重量％～75重量％的水，并且所述一甲胺水溶液和所述γ‑丁内酯以1.001～1.05的摩尔比提供。

【技术特征摘要】
2009.07.29 KR 10-2009-00693911.一种制备N-甲基吡咯烷酮的方法，其中，向反应器中提供一甲胺水溶液和γ-丁内酯，将由一甲胺与γ-丁内酯反应所获得的N-甲基吡咯烷酮与水分离，将所分离的水通过一个或多个利用所述反应的温度和压力而无需从外部加热运行的分离器来收集并与一甲胺混合以制备一甲胺水溶液，然后将其引回至所述反应器中，并且其中所述一甲胺水溶液包含25重量％～65重量％的一甲胺和35重量％～75重量％的水，并且所述一甲胺水溶液和所述γ-丁内酯以1.001～1.05的摩尔比提供。2.如权利要求1所述的制备N-甲基吡咯烷酮的方法，其中，所述反应器内部的温度为270℃～310℃，并且所述反应器内部的压力为70巴～110巴，并且所述分离器在200℃～300℃的温度和40巴～70巴的压力下运行。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在镐，刘永甲，朴玟奎，崔奎津，崔先，金洪大，李成俊，高在石，郑起男，
申请(专利权)人：SK新技术株式会社，SK综合化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR