CN106631836A - 新型异丙醇胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型异丙醇胺的制备方法，包括以下步骤：(1)催化剂的制备：2)二乙醇胺的制备：(3)二乙醇单异丙醇胺的合成。本发明采用液氨、环氧乙烷和环氧丙烷为原料，分两步合成二乙醇单异丙醇胺，在用液氨和环氧乙烷合成二乙醇胺时，通过分子筛催化剂，有效抑制了三乙醇胺的生成，通过提高环氧乙烷和液氨的摩尔比，减少了一乙醇胺的生产，从而提高了二乙醇胺的产率，进而提高了二乙醇单异丙醇胺的产率。由于最终产品中的副产物均为醇胺类物质，在生产水泥助磨剂时可直接使用，简化了生产工艺，降低了生产成本。

Description

新型异丙醇胺的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种新型异丙醇胺的制备方法。
背景技术
醇胺类物质是一类重要的有机化合物，其独特的结构及电荷分布，通常被用做表面活性剂，广泛应用于化工原料，颜料、医药、建筑材料等各领域。我国在20世纪60年代实现工业化生产。二乙醇单异丙醇胺为众多醇胺类物质中的一种，于20世纪四五十年代被设计研发。随着树枝状聚合物在生物医学领域从简单的药物运送载体，到复杂的医疗成像等多个方面得到应用，其合成所用的重要原料二乙醇单异丙醇胺受到重视。二乙醇单异丙醇胺作为表面活性剂，具有优良的助磨及提高水泥早期强度性能，近几年在水泥行业中凸显，而备受关注。
目前在水泥助磨剂领域，其配方大都是醇类、醇胺类、醋酸盐类等化工原料单一或复合的产品，水泥助磨剂的应用重点已不仅仅关注其助磨作用，更关注其对水泥的增强作用，因此高助磨性及高强度增强性能的水泥助磨剂的开发与应用越来越受到重视，与其他同类水泥添加剂产品相比，二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)在提高粉磨效率，节能降耗及改善水泥强度方面对比对比其他醇胺类产品有较大优势。
目前二乙醇单异丙醇胺有多种制备方法，如US2649483A采用二乙醇胺与环氧丙烷反应制备二乙醇单异丙醇胺，该方法采用在1mm汞柱的绝对压力下进行减压蒸馏的方式分离反应产物，真空度高对设备要求较高。专利CN103224453A采用水做为溶剂，以环氧丙烷及二乙醇胺为原料制备二乙醇单异丙醇胺，该方法的缺陷在于，烷胺比较高，过量的环氧丙烷难以回收，同时过量的环氧丙烷会加速副产物的生成，另外溶剂水的存在使得环氧丙烷部分水解，降低了环氧丙烷的利用率。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种新型异丙醇胺的制备方法。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型异丙醇胺的制备方法，包括以下步骤：(1)催化剂的制备：将80-90份ZSM-5分子筛、5-10份粘结剂和0.5-2份选自Fe、Ca、La、Ni、Mg、Ba或P中的至少两种元素的氧化物充分混合后，烘干的到所需的分子筛催化剂；(2)二乙醇胺的制备：将步骤(1)中制得的分子筛催化剂装入固定床，向所述固定床内注入无水液氨和环氧乙烷进行反应，环氧乙烷和液氨的摩尔比为2-2.5:1；(3)二乙醇单异丙醇胺的合成；往反应釜内通入惰性气体置换反应釜内的空气，然后将步骤(2)中得到的反应产物注入反应釜，再加入适量阻聚剂、水和一定比例的环氧丙烷，通入惰性气体维持反应釜内的压力为0.1～0.5Mpa，对物料进行搅拌得到混合液，然后向混合液中滴加环氧丙烷，控制反应温度在40-60℃，搅拌反应2-4h，得二乙醇单异丙醇胺产品。
作为优选，所述步骤(2)中固定床的反应条件为：温度为80～120℃，压力为3～5MPa，体积空速为1～4h-1。
作为优选，所述步骤(3)中加入环氧丙烷的总摩尔量为步骤(2)中液氨的摩尔量的1-1.2倍。
作为优选，所述阻聚剂的用量为混合液与环氧丙烷质量之和的0.01％-0.2％。
作为优选，所述阻聚剂为对苯二酚、对羟基苯甲醚、氯化亚铜或噻吩嗪。
作为优选，所述步骤(3)中的加料方式是先在反应容器里面入一定比例的环氧丙烷，其加入量为环氧丙烷总质量的20％～30％。
在步骤(2)中，液氨与环氧乙烷会发生如下反应：
NH3+CH2CH2O→NH2CH2CH2OH
NH2CH2CH2OH+CH2CH2O→NH(CH2CH2OH)2
NH(CH2CH2OH)2+CH2CH2O→N(CH2CH2OH)3
固定床中填充的分子筛催化剂的孔径为0.5～0.7nm，它不妨碍起始反应物扩散进入孔中，不会降低反应活性，同时这个孔径范围能阻止三乙醇胺在孔内生成。通过控制环氧乙烷和液氨的摩尔比为2-2.5:1，来提高二乙醇胺的产率，减少一乙醇胺的生成。
在步骤(3)中，在反应釜中发生以下反应：
由于步骤(2)中的产物以二乙醇胺为主，因此在步骤(3)中的反应釜内主要是二乙醇胺和环氧丙烷生成二乙醇单异丙醇胺，另外，步骤(2)的产物中含有少量的一乙醇胺，一乙醇胺和环氧丙烷反应生成单乙醇二异丙醇胺。最终产品中的成分以二乙醇单异丙醇胺为主，副产物均为醇胺类物质，可直接用于生产水泥助磨剂。当需要高纯度的二乙醇单异丙醇胺时，还可以通过精馏进一步分离提纯。
本发明取得的有益效果为：
本发明采用液氨、环氧乙烷和环氧丙烷为原料，分两步合成二乙醇单异丙醇胺，在用液氨和环氧乙烷合成二乙醇胺时，通过分子筛催化剂，有效抑制了三乙醇胺的生成，通过提高环氧乙烷和液氨的摩尔比，减少了一乙醇胺的生产，从而提高了二乙醇胺的产率，进而提高了二乙醇单异丙醇胺的产率。由于最终产品中的副产物均为醇胺类物质，在生产水泥助磨剂时可直接使用，简化了生产工艺，降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种新型异丙醇胺的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂的制备：将80-90份ZSM-5分子筛、5-10份粘结剂和0.5-2份选自Fe、Ca、La、Ni、Mg、Ba或P中的至少两种元素的氧化物充分混合后，烘干的到所需的分子筛催化剂。
(2)二乙醇胺的制备：将步骤(1)中制得的分子筛催化剂装入固定床，向所述固定床内注入无水液氨和环氧乙烷进行反应，环氧乙烷和液氨的摩尔比为2-2.5:1；固定床的反应条件为：温度为80～120℃，压力为3～5MPa，体积空速为1～4h-1。
经检测，步骤(2)的产物中一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的质量比例为15:83:2。
(3)二乙醇单异丙醇胺的合成；往反应釜内通入惰性气体置换反应釜内的空气，然后将步骤(2)中得到的反应产物注入反应釜，再加入适量阻聚剂和水，并先在反应容器里面入一定比例的环氧丙烷，其加入量为环氧丙烷总质量的20％～30％。通入惰性气体维持反应釜内的压力为0.1～0.5Mpa，对物料进行搅拌得到混合液，然后向混合液中滴加环氧丙烷，加入环氧丙烷的总摩尔量为步骤(2)中液氨的摩尔量的1-1.2倍。阻聚剂的用量为混合液与环氧丙烷质量之和的0.01％-0.2％。控制反应温度在40-60℃，搅拌反应2-4h，得二乙醇单异丙醇胺产品。其中，阻聚剂为对苯二酚、对羟基苯甲醚、氯化亚铜或噻吩嗪。
经检测，最终产品中二乙醇单异丙醇胺的含量为80.5％(质量百分数)。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)催化剂的制备：将80-90份ZSM-5分子筛、5-10份粘结剂和0.5-2份选自Fe、Ca、La、Ni、Mg、Ba或P中的至少两种元素的氧化物充分混合后，烘干的到所需的分子筛催化剂；(2)二乙醇胺的制备：将步骤(1)中制得的分子筛催化剂装入固定床，向所述固定床内注入无水液氨和环氧乙烷进行反应，环氧乙烷和液氨的摩尔比为2-2.5:1；(3)二乙醇单异丙醇胺的合成；往反应釜内通入惰性气体置换反应釜内的空气，然后将步骤(2)中得到的反应产物注入反应釜，再加入适量阻聚剂、水和一定比例的环氧丙烷，通入惰性气体维持反应釜内的压力为0.1～0.5Mpa，对物料进行搅拌得到混合液，然后向混合液中滴加环氧丙烷，控制反应温度在40-60℃，搅拌反应2-4h，得二乙醇单异丙醇胺产品。
2.如权利要求1所述的新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固定床的反应条件为：温度为80～120℃，压力为3～5MPa，体积空速为1～4h-1。
3.如权利要求1所述的新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加入环氧丙烷的总摩尔量为步骤(2)中液氨的摩尔量的1-1.2倍。
4.如权利要求1所述的新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，所述阻聚剂的用量为混合液与环氧丙烷质量之和的0.01％-0.2％。
5.如权利要求1所述的新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，所述阻聚剂为对苯二酚、对羟基苯甲醚、氯化亚铜或噻吩嗪。
6.如权利要求1或2所述的新型异丙醇胺的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的加料方式是先在反应容器里面入一定比例的环氧丙烷，其加入量为环氧丙烷总质量的20％～30％。
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