[发明专利]用于选择性生产N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的改进方法

说明书

本发明涉及一种改进的方法，其用于在比现有技术文献中公知的方法相对更温和的条件下，在催化剂的存在下由γ‑丁内酯和一甲胺(优选为水性形式)选择性生产N‑甲基吡咯烷酮(NMP)。该方法是经济可行的，因为它提供了更高的NMP收率和选择性，这降低了从GBL中分离NMP的成本。催化剂显示出良好的再循环性而没有显著的催化活性丧失，并且不需要频繁再生。

技术领域

本发明涉及用于选择性生产N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的改进方法。更具体地，本发明涉及在比现有文献中已知的方法更温和的操作条件下，在催化剂的存在下在单一步骤中由γ-丁内酯和一甲胺(优选为水性形式)生产1-甲基2-吡咯烷酮。该催化剂可循环用于多次运行而不会丧失活性，并且不需要频繁再生。NMP在电化学和石油化学工业中用作溶剂。

背景技术

N-甲基-2-吡咯烷酮或1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)是一种多用途且高度有用的化学品，其在从电化学到石油化学工业的各种最终用途中发现了大量且多样化的应用。NMP表现出较高的热稳定性；无毒且具有低粘度，这使得它非常适用于化学合成和半导体的制备。它本质上是无色的，或根据其中存在的杂质水平可以是黄色的。NMP属于一类如同二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的偶极非质子溶剂。由于非挥发性和溶解多种化学品的能力，NMP被用作石化加工过程中提取和回收某些高价值碳氢化合物的溶剂，例如从裂解(cracked)的C₄流(stream)中回收1,3-丁二烯以及从石脑油(naphtha)/裂解汽油(pyrolysis gasoline)中回收芳烃(BTX)等。从来自流式裂解装置的裂解的C₄流中NMP提取的1,3-丁二烯是迄今为止用于聚合物工业的1,3-丁二烯的主要来源。NMP的良好溶解力(solvency)性质也使其在聚合物工业中作为纺织品、树脂和金属涂层塑料的表面处理溶剂或作为脱漆剂而非常有用。它在聚苯硫醚的商业制备中用作溶剂。在制药工业中，N-甲基-2-吡咯烷酮用于配制通过口服和透皮递送途径的药物。

需要指出的是，NMP的工业制备主要通过γ-丁内酯(GBL)与一甲胺(MMA)在管式反应器例如轴反应器(shaft reactor)中，在200至350℃的温度和超大气压例如约10MPa下反应来进行(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，第A22卷，第458-459页(1993))。

从γ-丁内酯与一甲胺(MMA)作为起始原料合成NMP有几种其他方法。

可以参考日本三菱化学工业株式会社(Mitsubishi Chemical IndustriesCo.Ltd.)的若干专利(JP7221420，JP7400259，JP7420585，JP7642107)，其描述了使用GBL和MMA作为起始原料合成NMP的连续方法。NMP的生产是通过水和投放的(shot)GBL之间的高摩尔比(对于每摩尔GBL，水的范围通常为3和4摩尔之间)的反应和通过存在大量MMA(通常具有范围为每摩尔GBL 1.4-3摩尔MMA的摩尔比)进行的。

可以参考转让给Balaji Amines Limited的印度专利申请号：4/MUM/2007(公开号39/2008)，其公开了由γ-丁内酯(GBL)和一甲胺(MMA)以所需的摩尔比在一系列反应器中生产NMP的方法，其中操作温度是在200至300℃的范围内，操作压力是在30至90大气压的范围内，停留时间为15至150分钟。据报道，由此获得的NMP的纯度不低于99.7％且收率大于90％。

可以参考转让给BASF的美国专利6,348,601B2，其公开了一种生产N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的方法，其包括通过使氨与甲醇在固体酸催化剂和氢的存在下，在300-500℃范围内的升高温度和1500至3000kPa范围内的压力下反应而在第一步中制备包含一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，随后分离出氨，然后使包含甲胺的混合物与γ-丁内酯(GBL)在230至270℃温度和50-150巴压力下反应，一甲胺与GBL的摩尔比范围为1.05至1.5，第二步骤停留时间为2至4小时。所述方法在99％的GBL转化率下以95％或更高的选择性得到NMP。