872-50-4 / N-甲基吡咯烷酮用途

【概述】

N-甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）也稱1-甲基2-吡咯烷酮，簡稱NMP，是一種極性的非質子傳遞溶劑,沸點高、極性強、粘度低、溶解能力強、無腐蝕、毒性小、生物降解能力強、揮發度低、化學穩定性、熱穩定性優良，主要應用于石油化工、塑料工業、藥品、農藥、染料以及鋰離子電池制造業等許多行業，廣泛用于芳烴萃取，乙炔、烯烴、二烯烴的純化,也用于聚合物的溶劑及聚合反應的介質,如聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚等工程塑料及芳綸纖維,另外還用于絕緣材料、農藥、顏料、電子產品生產及清潔劑等方面。

【理化性質】

無色透明油狀液體，微有胺的氣味，物理性質見表 1。

表1為N-甲基吡咯烷酮的性質

N-甲基吡咯烷酮的化學性質不活潑，在中性溶液中較穩定，在強酸性或是堿性環境中會發生水解反應，方程式如下：

圖1為N-甲基吡咯烷酮的水解反應式

【生產技術】

1.γ-丁內酯與單甲基胺無催化合成 N-甲基吡咯烷酮 γ-丁內酯與單甲基胺反應連續無催化合成N-甲基吡咯烷酮的工藝，如圖2所示。 圖2中反應器類型為管型絕熱式反應器，壓力范圍為30～90個大氣壓。總的反應過程分成加成和環化兩步反應(見圖3)，工業生產采用三步方法實現，第1步加成反應形成N-甲基-羥基丁酰胺(NMH)，即新鮮的MMA原料和循環的MMA一起與GBL以摩爾比1．05～1．4∶1的配比在混合器8中混合，混合物料在反應器1內停留5～30min，反應器溫度控制在150～220℃范圍內;第2步NMH的環化:反應物流經預熱器9加熱至250℃后，在反應器2內停留1～3h，反應溫度控制在220～270℃內，發生分子內脫水反應;第3步NMH完全轉化至NMP，反應物流經預熱器10加熱至280℃后在反應器3內停留0．5～2h，反應溫度250～310℃，獲得NMP產品混合物。該混合物流在閃蒸罐4中，0．9MPa下閃蒸，閃蒸得到的氣、液兩相進入到脫胺塔5中分離，塔頂分離得到的MMA循環使用，塔底液相在脫輕組分塔6及脫重組分塔7中進一步分離，分離出水，輕、重質副產物，獲得高純度NMP。

圖2為γ-丁內酯與單甲基胺連續無催化合成NMP流程示意

1．胺化反應器;2．環化反應器;3．后續環化反應器;4．閃蒸罐;5．脫胺塔;6．脫輕組分塔;7．脫重組分塔;8．混合器;9．1#加熱器;10．2#加熱器;11．減壓閥;12．甲基胺;13．GBL;14．水;15．輕質副產物;16．NMP;17．重副產物

圖3為合成N-甲基吡咯烷酮的反應式

2.γ-丁內酯與混合甲基胺連續無催化合成工藝 原料混合甲基胺、GBL和水混合后，進入到反應階段1，其中胺與GBL的摩爾比控制在1．05～1．5∶1，溫度控制在150～220℃，停留時間10～40min;反應階段1的產物經加熱升溫到250℃左右，進入反應階段2，停留時間2h左右，進行NMH環化反應;環化產品經加熱到280℃進入反應階段3，停留時間1．5h，3個反應器的壓力均控制在40～100大氣壓范圍內。后續的分離工序與甲基胺工藝相同。由于該工藝采用的是混合甲基胺與γ-丁內酯加成、環化脫水工藝，即除GBL與MMA反應生成NMP和水之外，還存在GBL與DMA或TMA反應生成NMP以及相應摩爾甲醇的反應，因此，反應產物中除含有NMP外，還含有未轉化的胺、水、甲醇和輕、重副產物，塔5分離出反應產物中甲醇和未轉化的胺，循環回胺化反應器，在反應器中氨和甲醇反應轉化成混合甲基胺。

3．后續環化反應器;

4．閃蒸罐;5．脫胺塔;6．脫輕組分塔;7．脫重組分塔;8．混合器;9．1#加熱器;10．2#加熱器;11．減壓閥;12．原料水;13．混合胺;14．GBL;15．甲醇與甲基胺;16．水;17．輕質副產物;18．NMP;19．重質副產物 3.γ-丁內酯和甲基胺連續催化合成 N-甲基吡咯烷酮 傳統的由 γ-丁內酯無催化轉化合成 N-甲基吡咯烷酮的方法往往需要高的溫度、壓力，對設備的要求高，能耗大，而采用催化劑則可以降低反應條件，節約能源。引入新型ZSM分子篩-鈰氧化物復合催化劑，稀土鈰為主要活性催化組分，使γ-丁內酯反應極為充分，轉化率、選擇性均高。該工藝采用純度為99．0%以上的γ-丁內酯和40%的單甲胺溶液作原料，γ-丁內酯與甲胺的摩爾比為1∶1．0～1．4，新型ZSM分子篩復合稀土鈰催化劑的加入量為單甲胺溶液的0．01%～0．5%，其中稀土鈰的含量為1%～10%，將γ-丁內酯與甲胺溶液按摩爾配比用高壓計量泵連續打入套管式反應器中進行反應，溫度為180～250℃，壓力為4．0～6．0MPa，停留時間為0．5～2．5h，該反應的壓力先由壓力控制系統控制壓力平衡罐的液位來穩定4．0～6．0MPa的壓力，在液位達到總液位的60%～70%后，再打入氮氣退液位至總液位3%～10%液面，保持整個過程壓力始終穩定在4．0～6．0MPa，γ-丁內酯的轉化率99．9%以上，獲得的NMP的選擇性達99%以上。 4.1，4-丁二醇催化脫氫-胺化制備N-甲基吡咯烷酮 先將Cu-Zn-Cr-Zr催化劑在氫氣或惰性氣體稀釋后的氫氣氛圍中，在150～300℃、0．1～1．0MPa下還原5～40h，再將1，4-丁二醇在稀釋氣存在下氣化，然后連續送入裝有預先經過還原的上述催化劑的反應器中進行脫氫反應，1，4-丁二醇進料液時空速0．5～7．0h－1，反應時氣/醇摩爾比為1～50∶1，溫度175～230℃、壓力0．1～－1．0MPa，反應后流出物經冷凝、脫氣后直接與甲胺、水按1∶(1～4)∶(2～9)的摩爾比混合，后送入胺化反應器，壓力5～10MPa，溫度200～300℃，停留時間0．5～5．0h，反應產物經冷凝、氣液分離以及蒸餾后得到純度大于99%的N-甲基吡咯烷酮，所得N-甲基吡咯烷酮的產率以1，4-丁二醇為基準計算達94%(摩爾)。

【用途】　

（1）從N-甲基吡咯烷酮的物理性質我們可以看出其具有很多優點，如沸點高，蒸汽壓小，毒性低，溶解性好等，可以作為聚合物反應的溶劑；

（2）與苯酚和糠醛相比，N-甲基吡咯烷酮具有極性強，無毒無腐蝕，易回收等特點，已經代替苯酚和糠醛用于脫除潤滑油中的芳烴類物質，此工藝操作安全可靠，溶劑損耗低；

（3）回收石腦油裂解氣中的乙炔、丁二烯和戊二烯等氣體；

（4）可用于洗滌塔類和釜類等化工裝置中的堵塞物和附著物，高濃度的N-甲基吡咯烷酮還用作精密機械和光學儀器的超聲波清洗劑；

（5）是生產人造血漿和維生素B1的主要原料。

【主要參考資料】

[1]張軍,唐建興.N-甲基吡咯烷酮合成技術分析[J].合成技術及應用,2011,26(04):19-23.

[2]李仲縣,董文江,封聚剛.N-甲基吡咯烷酮(NMP)最新生產技術和市場研究[J].甘肅科技,2007(01):140-142.

[3]李鈺. 7000噸/年N-甲基吡咯烷酮主要生產工藝過程的優化與設計[D].合肥工業大學,2012.