一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种液晶面板用N‑甲基吡咯烷酮的生产工艺，包括反应段、间歇提纯段、气提提纯段和二级精馏提纯段，不经过传统的纤维过滤，完全通过对反应原料、反应过程和提纯过程的创新以及工艺参数的严格控制，实现了N‑甲基吡咯烷酮产品达到SEMI C8的标准，再经过加压吸附过滤之后产品质量基本可以达到SEMI C12的标准。

【技术实现步骤摘要】
一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮及其生产工艺本专利技术是基于申请日为2020年05月08日，申请号为202010383330.9，专利技术创造名称为一种钛基非均相胺化复合催化剂及其在生产液晶面板用N-甲基吡咯烷酮中的应用的申请文件提出的分案申请。
本专利技术涉及精细化工产品制备
，更具体的说是涉及一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮及其生产工艺。
技术介绍
N-甲基吡咯烷酮是一种性能优良的精细化学品，由于其具有很强的溶解能力，对极性或非极性的物质均具有很强的溶解能力，素有“万能溶剂”之称，作为溶剂或有机原料被广泛用于涂料、油墨、电子化学品、高级清洗剂、动力锂离子电池等工业领域。N-甲基吡咯烷酮脱水及金属离子的脱除问题受到广泛关注，对于N-甲基吡咯烷酮的脱水问题，CN101696182A是将待纯化的N-甲基吡咯烷酮通过分子筛柱吸附脱除水分，受限制于吸附速度和吸附容量的限制，处理量仅为0.4～0.8升/小时；CN200910064504.9公开了一种生产液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的提纯方法，向原料N-甲基吡咯烷酮中加阻水剂，然后进入三塔组分精馏系统连续减压蒸馏，制得的产品纯度大于99.9％，水分小于0.01％。对于N-甲基吡咯烷酮中杂质金属离子的去除，美国专利US4965370通过加入碱金属或碱金属盐去除杂质金属离子，再通过连续分步精馏得到高纯的NMP；CN110551051A公开了一种去除金属离子含量及颗粒度的方法，是一甲胺与γ-丁内酯(GBL)胺化制备N-甲基吡咯烷酮的技术，其中最关键的金属离子颗粒去除在最后一步的过滤及除磁的控制阶段，但是并没有交代过滤之后的纤维是否需要更新或复活等要求；CN108299266A高纯度N-甲基吡咯烷酮的制备方法中公开了一种利用渗透气滑膜组件脱除原料液中水分，然后再经过强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂或弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂过滤金属离子或颗粒；CN102399179B超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法中以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，经预处理，4A分子筛吸附脱水，分别通过β-环糊精复合膜，18-冠-6-复合膜进行两次膜过滤，滤液经减压精馏，收集得到的馏分冷凝后通过微孔膜进行三级膜过滤，得到目标产物；CN102190611和CN102001986A中公开表明，使用树脂处理过滤，但是树脂需要再生及物料置换，工业化的污水处理以及物料浪费较大，并且产品中的金属离子含量属于微量杂质，树脂再生环节使用的盐酸等再生液需要高纯的试剂，难以保证其金属杂质的含量，间接的增加了生产及环保处理成本，不适宜工业化的生产提纯。但是总体来看，上述各种方法操作过程复杂、操作控制困难、能耗大、效率低。另外，目前国内N-甲基吡咯烷酮的纯度在99.5％～99.9％之间，其金属颗粒含量基本在20～30ppb之间，国标中尚未提出对N-甲基吡咯烷酮颗粒度的控制要求，但是国内液晶面板企业对N-甲基吡咯烷酮中金属离子含量的要求一般为≤5ppb，颗粒含量≤5个/ml(0.5μm)。因此，如何提供一种操作过程简单，高洁净度的N-甲基吡咯烷酮的生产方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮及其生产工艺，不仅有效控制了N-甲基吡咯烷酮产品的金属离子杂质含量，而且产品纯度也得到了很大的提升。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术还公开了一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，包括反应段，所述反应段胺化反应的步骤如下：(1)将一甲胺和γ-丁内酯分别由进料泵打入混合搅拌罐中，控制搅拌预热温度30～40℃，搅拌5～10min，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液通过计量泵打入装填有催化剂的固定床反应器中进行胺化反应，得到pH值为9～11的N-甲基吡咯烷酮粗液；(3)所述N-甲基吡咯烷酮粗液经固定床反应器的物料出口排出，控制经出口排出的N-甲基吡咯烷酮粗液中γ-丁内酯的含量≤0.01％。传统的N-甲基吡咯烷酮是由一甲胺与γ-丁内酯在反应器中反应，首先生产中间产物4-羟基-N-甲基丁酰胺，中间产物经过环化脱水生产N-甲基吡咯烷酮，其中环化脱水步骤反应较慢，是反应的控制步骤，需要在高温高压下进行；一甲胺与γ-丁内酯在反应器中反应制得N-甲基吡咯烷酮的传统理论认为40％一甲胺水溶液中的水可以促进第二步的环化脱水，降低反应的ΔE值，促进第二步环化脱水反应的顺利进行，即使在有利条件下，该反应一般需要控制反应温度265～270℃、压力7～9MPa。而本专利技术的胺化反应可以在相对较低的温度和压力下获得N-甲基吡咯烷酮，且GBL的转化率较高，可高达99.5％，通过监测排出口排出的粗液中γ-丁内酯的含量≤0.01％，N-甲基吡咯烷酮的一次反应收率可达99％。优选的，在上述一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺中，步骤(1)中，所述一甲胺中二甲胺、三甲胺、胺总质量含量不高于0.05％，所述γ-丁内酯中3-甲基-γ-丁内酯、4-甲基-γ-丁内酯、5-甲基-γ-丁内酯总质量含量不高于0.05％。上述技术方案的有益效果是：本专利技术的胺化反应在催化剂的作用下，优化了传统的胺化制备N-甲基吡咯烷酮的反应历程，因此采用纯一甲胺的目的主要是为了更有利于金属离子的控制，并减少了一甲胺水溶液中的软化水对金属离子的影响，以满足N-甲基吡咯烷酮在液晶面板行业或半导体行业的应用要求。具体的，即使少量的水对后续脱水环化步骤的反应有利，但是当反应器出口水含量过高时催化剂活性会下降，并且水与N-甲基吡咯烷酮中低沸点物质形成共沸，会导致其在后续的精制过程中难以去除干净，使得金属离子、颗粒度相对较多。同时一甲胺与GBL胺化制备NMP的过程也是生成水的过程，生成的这部分水，不但与本专利技术的催化剂共同促进了反应的进行，同时，在后续脱胺精制过程中，水与一甲胺(沸点较低)形成了水溶液，较大限度避免了低沸点的一甲胺四逸飘散；而且为了配合本专利技术中的合成工艺特点，对后续精制过程、精馏塔的设计、精馏塔填料的选择、精馏塔提馏段与精馏段、进料板位置、出料板位置的设计等都是针对N-甲基吡咯烷酮粗品中低含水量设计开发的，进而取得了较好的效果，生产的N-甲基吡咯烷酮产品能够满足液晶面板企业的要求。优选的，在上述一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺中，步骤(1)中，所述一甲胺与所述γ-丁内酯的摩尔比为1.2～1.5:1；所述胺化反应的温度为200～260℃，反应压力为5～6MPa，液时空速为0.5～10h-1。上述技术方案的有益效果是：由于后续的络合反应需要在碱性环境中进行，因此控制一甲胺与γ-丁内酯的摩尔比为1.2～1.5:1，一甲胺的量超过了反应所需要的理论值；另外在间歇提纯过程中要分离出过量的一甲胺，但是一甲胺的沸点较低，容易飘散到空气中造成空气的污染，出现所谓的“冒白烟”的现象，因此在胺化反应过程中生成的水与一甲胺不一定形成共沸点，但是在提纯的过程中可以一同被分离出来，形成一甲胺水溶液，避免前面所述的“冒白烟”的现象，同时也较好的在间歇提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，包括反应段，所述反应段胺化反应的步骤如下：/n(1)将摩尔比为1.2～1.5:1的一甲胺和γ-丁内酯分别由进料泵打入混合搅拌罐中，控制搅拌预热温度30～40℃，搅拌5～10min，得到混合溶液；/n(2)将所述混合溶液通过计量泵打入装填催化剂的固定床反应器中进行胺化反应，所述胺化反应的温度为200～260℃，反应压力为5～6MPa，液时空速为0.5～10h

【技术特征摘要】
1.一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，包括反应段，所述反应段胺化反应的步骤如下：
(1)将摩尔比为1.2～1.5:1的一甲胺和γ-丁内酯分别由进料泵打入混合搅拌罐中，控制搅拌预热温度30～40℃，搅拌5～10min，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液通过计量泵打入装填催化剂的固定床反应器中进行胺化反应，所述胺化反应的温度为200～260℃，反应压力为5～6MPa，液时空速为0.5～10h～1，得到N-甲基吡咯烷酮粗液；
(3)所述N-甲基吡咯烷酮粗液经固定床反应器的物料出口排出，控制经出口排出的N-甲基吡咯烷酮粗液中γ-丁内酯的含量≤0.01％。


2.根据权利要求1所述的一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，所述催化剂为钛基非均相胺化复合催化剂。


3.根据权利要求1所述的一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，所述反应段还包括络合反应，步骤如下：
(A)配制浓度为0.5～1.0mol/L的金属离子络合剂溶液；
(B)在所述N-甲基吡咯烷酮粗液中通过加药装置持续、均匀的加入所述金属离子络合剂溶液，控制反应温度为80～100℃，反应时间为10～25min；
(C)将经过络合反应的N-甲基吡咯烷酮粗液送至间歇提纯段。


4.根据权利要求3所述的一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，步骤(A)中所述N-甲基吡咯烷酮的质量与所述金属离子络合剂溶液的体积比为10000kg：(2～3)L；所述γ-丁内酯的质量与所述金属离子络合剂溶液的体积比为10000kg：(2～3)L。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种液晶面板用N-甲基吡咯烷酮的生产工艺，其特征在于，还包括对所述N-甲基吡咯烷酮粗液的后续提纯，具体步骤如下：
(S1)间歇提纯段
将所述N-甲基吡咯烷酮粗液输送至间歇提纯塔内，脱除一甲胺、水分和轻组分，得到纯度为99.8％以上的N-甲基吡咯烷酮初级产品；
(S2)气提提纯段
将所述N-甲基吡咯烷酮初级产品从气提塔顶部进料，经分布器均匀分散后，与从塔底部逆流进入的氮气在填料表面经过对流与分散，脱除所述N-甲基吡咯烷酮初级产品中轻组分及部分颗粒，经过净化之后的产品由塔釜底部排出进入下道工序；
(S3)二级连续精馏段
第一级精馏：从气提塔底部排出的净化后的N-甲基吡咯烷酮从第15～20板进入塔板数为45～50的第一级精馏塔，脱除与N-甲基吡咯烷酮沸点接近或与N-甲基吡咯烷酮形成共沸点的物质；从第一级精馏塔排出的塔釜液按照0.2～0.5:1的比例一部分作为第二级精馏塔的原料，另一部分回到第一级精馏塔的进料口，并且回到第一级精馏塔的进料口在第13～18板；
第二级精馏：第二级精馏塔的原料为泡点进料，所述第二级精馏塔的塔板数为50～55，从第一级精馏塔排出的塔釜液进入所述第二级精馏塔的进料口在第18～22板，塔顶采出物经过冷凝器处理之后按照0.8～1：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫广学，肖强，周淑飞，李清霞，吴正岭，李凯，杨素阁，杨理，刘红义，
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