CN108383776A - 一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺 - Google Patents
一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于三丙酮胺合成工艺技术领域，具体涉及一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺。其主要技术方案即，依次向反应釜中加入丙酮、合成三丙酮胺过程副产物和催化剂；开动搅拌，并加热反应釜温至45‑65℃；向反应釜内通氨，并控制其釜温60‑75℃；反应釜釜温在60‑75℃下保持3‑6小时；开降温水，使釜温低于45℃；停搅拌、静置15‑30分钟后，经处理工序得到三丙酮胺粗品；粗品经处理进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品。该利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺具有工艺条件简单、方便操作和从原料到产品的生产周期短见效快的特点。
Description
技术领域
本发明涉及属于三丙酮胺合成工艺技术领域，具体涉及一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺。
背景技术
三丙酮胺化学名为2,2,6,6-四甲基哌啶酮，是一种重要的受阻胺光稳定剂中间体和医药中间体，尤其在受阻胺光稳定剂领域，三丙酮胺是受阻胺光稳定剂哌啶衍生物的唯一母核，是合成四甲基哌啶醇、四甲基哌啶胺、阻聚剂702的重要原料。三丙酮胺的合成方法主要有一步法和两步法。
一步法采用丙酮和氨为原料，在酸性催化剂作用下合成三丙酮胺。一步法收率较两步法偏低，但催化剂便宜易得、原料容易回收套用，同两步法相比具有较大成本优势。一步法合成三丙酮胺过程会产生系列副产物，包括异丙叉丙酮、二丙酮醇、二丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮等丙酮的二聚体、三聚体以及二聚体和三聚体的氨解产物。另外，由于工艺不能同时匹配不同反应起始物的最优收率条件，导致收率损失可观；在一些燃料成本高的地区，上述所形成的副产物会作为燃油使用，不仅造成极大的浪费、更主要的是会造成环境污染。
两步法先以丙酮和氨为原料合成二丙酮醇、丙酮宁、佛尔酮等中间体，然后再以中间体、丙酮、氨为原料合成三丙酮胺：如专利US3943139公开的以佛尔酮和液氨为原料在加热加压条件下合成三丙酮胺，专利US3960875公开的以丙酮宁与过量的丙酮或是丙酮和二丙酮醇的混合物为原料合成三丙酮胺。上述合成三丙酮胺的工艺中，反应原料佛尔酮、二丙酮醇、丙酮宁存在着合成与分离困难、步骤长、生产成本较高的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是提供一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺。
实现本发明目的所采用的技术方案为：
一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺，具体工艺步骤为：
第一步，依次向反应釜中加入丙酮、合成三丙酮胺过程副产物和催化剂；
第二步，开动搅拌，并加热所述反应釜温至45-65℃；
第三步，向所述反应釜内通氨，并控制釜温60-75℃；
第四步，所述反应釜釜温在60-75℃下保持3-6小时；
第五步，开降温水，使所述釜温低于45℃；
第六步，经处理工序得到三丙酮胺粗品；
第七步，粗品经处理进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品。
构成上述制备三丙酮胺的工艺中：
——所述第一步中，合成三丙酮胺过程副产物是以丙酮为原料合成三丙酮胺过程产生的系列副产物；该系列副产物包括异丙叉丙酮、二丙酮醇、二丙酮胺、丙酮宁或佛尔酮构成的丙酮的二聚体、三聚体以及二聚体或三聚体的氨解产物，这些副产物在三丙酮胺粗品精制过程会分离出来并单独存放处理；
——所述第一步中的催化剂为路易斯酸类物质；包括均相催化剂和非均相催化剂，均相催化剂如盐酸、硫酸、硝酸、有机羧酸、有机磺酸以及上述酸的铵盐或胺盐，非均相催化剂如酸性离子交换树脂、酸性分子筛以及它们的掺杂改性体；
——所述第一步中催化剂的量为所述合成三丙酮胺过程副产物重量的1%至10%，优选为4.0%至6.0%。
——所述第三步中的氨为液氨或气氨中的一种或两种，所述的氨中不含胺组分；
——所述第六步中的处理工序包括
加入重量为均相催化剂的1.0到1.2倍碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的其碱性大于氨水的碱性物质，停搅拌、静置15-30分钟后分相处理；或
针对非均相催化剂来说，使用过滤器将催化剂和粗品液分离，其过滤器选择管道式、篮式、滤棒式、压滤、滤板或滤袋形式，优选使用滤棒式过滤器；
——所述的碱性物质优选使用NaOH。
本发明所提供的一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺与现有技术相比，具有以下优点：采用一步法直接套用，将丙酮和副产物按比例混合后反应相比一步法单独套用具有工艺条件简单的特点；相比两步法和单独套用，具有工艺条件简单、方便操作和从原料到产品的生产周期短见效快的特点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺作进一步的详述：
实施例1：
第一步，向反应釜中加入丙酮3200kg，副产物800kg；
第二步，向反应釜中加入硝酸铵32kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至45℃；
第四步，向釜内通液氨120kg，控制釜温62.5℃；
第五步，釜温在62.5℃下保持5小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，投入NaOH 32kg，搅拌30分钟停止，静置30分钟，将水分离后得到三丙酮胺粗品；经气相色谱分析组成为：丙酮20.80%，异丙叉丙酮21.17%，二丙酮醇2.12%，二丙酮胺1.67%，丙酮宁1.04%，佛尔酮0.12%，三丙酮胺43.70%，其它组分9.38%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为98.01%。
实施例2：
第一步，向反应釜中加入丙酮3200kg，副产物800kg；
第二步，向反应釜中加入用FeCkg3处理过的阳离子离子交换树脂32kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至50℃；
第四步，向釜内通液氨120kg，控制釜温65℃；
第五步，釜温在65℃下保持6小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，停搅拌，静置30分钟，过滤将催化剂同釜液分离，得到三丙酮胺粗品；经气相色谱分析组成为：丙酮24.20%，异丙叉丙酮27.69%，二丙酮醇2.70%，二丙酮胺1.32%，丙酮宁1.22%，佛尔酮0.14%，三丙酮胺35.4%，其它组分7.33%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为98.21%。
实施例3：
第一步，向反应釜中加入丙酮2400kg，副产物1600kg；
第二步，向反应釜中加入硝酸铵80kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至45℃；
第四步，向釜内通液氨110kg，控制釜温62.5℃；
第五步，釜温在62.5℃下保持5小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，投入NaOH 88kg，搅拌30分钟停止，静置30分钟，将水分离后得到三丙酮胺粗品；经气相色谱分析组成为：丙酮3.67%，异丙叉丙酮4.69%，二丙酮醇3.79%，二丙酮胺5.73%，丙酮宁23.68%，佛尔酮0.15%，三丙酮胺43.7%，其它组分14.59%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为97.89%。
实施例4
第一步，向反应釜中加入丙酮2400kg，副产物1600kg；
第二步，向反应釜中加入用FeCkg3处理过的阳离子离子交换树脂80kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至50℃；
第四步，向釜内通液氨110kg，控制釜温65℃；
第五步，釜温在65℃下保持6小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，停搅拌，静置30分钟，过滤将催化剂同釜液分离，得到三丙酮胺粗品；经气相色谱分析组成为：丙酮19.88%，异丙叉丙酮5.34%，二丙酮醇2.79%，二丙酮胺4.37%，丙酮宁13.09%，佛尔酮0.11%，三丙酮胺37.50%，其它组分16.93%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为97.91%。
实施例5：
第一步，向反应釜中加入丙酮2000kg，副产物2000kg；
第二步，向反应釜中加入硝酸铵120kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至45℃；
第四步，向釜内通液氨100kg，控制釜温62.5℃；
第五步，釜温在62.5℃下保持5小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，投入NaOH 144kg，搅拌30分钟停止，静置30分钟，将水分离后得到三丙酮胺粗品，经气相色谱分析组成为：丙酮12.63%，异丙叉丙酮17.23%，二丙酮醇2.57%，二丙酮胺2.36%，丙酮宁25.39%，佛尔酮0.14%，三丙酮胺29.74%，其它组分19.94%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为97.42%。
实施例6：
第一步，向反应釜中加入丙酮2000kg，副产物2000kg；
第二步，向反应釜中加入用FeCkg3处理过的阳离子离子交换树脂120kg；
第三步，开搅拌，加热釜温至50℃；
第四步，向釜内通液氨100kg，控制釜温65℃；
第五步，釜温在65℃下保持6小时；
第六步，开降温水，使釜温降低至45℃；
第七步，停搅拌，静置30分钟，过滤将催化剂同釜液分离，得到三丙酮胺粗品，经气相色谱分析组成为：丙酮15.90%，异丙叉丙酮21.44%，二丙酮醇2.01%，二丙酮胺2.14%，丙酮宁11.93%，佛尔酮0.09%，三丙酮胺25.97%，其它组分20.52%；
第八步，粗品进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品，三丙酮胺含量经气相色谱分析为97.45%。
在上述利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺中，其中
——加热釜温至45-65℃：充氨过程是放热反应，为了使充氨结束后尽快达到反应合适的温度，需加热釜温至45-65℃，小于45℃则充氨结束后还要加热升温，大于65℃则充氨结束会超温；
——控制釜温60-75℃：是为了让催化剂在反应过程中具有最强活性，充分反应，温度过低或过高都会使催化剂的活性不能发挥至最佳；
——釜温在60-75℃下保持3-6小时：反应时长对产品的收率起到很关键的作用——反应时间短、原料来不及反应、产品收率低，反应时间长、产品会向副产物转化，为了使反应得到产品多副产物少，所以反应时间在3-6小时；
——开降温水，使釜温小于45℃：因为反应结束后，还有大部分丙酮未反应，温度过高会使丙酮挥发损失，所以在最短时间内降温到丙酮挥发较低的温度，减少丙酮的损失；
——停搅拌，静置15-30分钟：反应中有水生成，静置15-30分钟时间，足够使水和三丙酮胺粗品分层，把水分掉后即可得到三丙酮胺粗品。
——合成三丙酮胺过程产生的系列副产物包括异丙叉丙酮、二丙酮醇、二丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮等丙酮的二聚体、三聚体以及二聚体或三聚体的氨解产物，这些副产物在三丙酮胺粗品精制过程会分离出来并单独存放处理，因此便于使用；
——所述的均相催化剂包括盐酸、硫酸、硝酸、有机羧酸、有机磺酸以及上述酸的铵盐或胺盐，其均可以用于丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺中；并且包括如酸性离子交换树脂、酸性分子筛以及它们的掺杂改性体构成的非均相催化剂也可以用于丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺的工艺中。
Claims (7)
1.一种利用丙酮和合成三丙酮胺过程副产物制备三丙酮胺，具体制备工艺步骤包括：
第一步，依次向反应釜中加入丙酮、合成三丙酮胺过程副产物和催化剂；
第二步，开动搅拌，并加热所述反应釜温至45-65℃；
第三步，向所述反应釜内通氨，并控制釜温60-75℃；
第四步，所述反应釜釜温在60-75℃下保持3-6小时；
第五步，开降温水，使所述釜温低于45℃；
第六步，经处理工序得到三丙酮胺粗品；
第七步，粗品经处理进入精馏塔，经精馏得到高纯三丙酮胺产品。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述第一步中，合成三丙酮胺过程副产物是以丙酮为原料合成三丙酮胺过程产生的系列副产物；该系列副产物包括丙酮的二聚体、三聚体以及二聚体或三聚体的氨解产物，所述副产物在三丙酮胺粗品精制过程会分离出来并单独存放处理。
3.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述第一步中的催化剂为路易斯酸类物质；包括均相催化剂和非均相催化剂：均相催化剂如盐酸、硫酸、硝酸、有机羧酸、有机磺酸以及上述酸的铵盐或胺盐，非均相催化剂如酸性离子交换树脂、酸性分子筛以及它们的掺杂改性体。
4.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述第一步中催化剂的量为所述合成三丙酮胺过程副产物重量的1%至10%，优选为4.0%至6.0%。
5.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述第三步中的氨为液氨或气氨中的一种或两种，所述的氨中不含胺组分。
6.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述第六步中的处理工序包括
加入重量为均相催化剂的1.0到1.2倍碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的其碱性大于氨水的碱性物质，停搅拌、静置15-30分钟后分相处理；或
针对非均相催化剂来说，使用过滤器将催化剂和粗品液分离，其过滤器选择管道式、篮式、滤棒式、压滤、滤板或滤袋形式，优选使用滤棒式过滤器。
7.如权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，所述的碱性物质优选使用NaOH。
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