CN111454159A - 一种n-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种N‑甲基‑1,3‑丙二胺的制备工艺方法，其属于有机合成技术领域。该方法以一甲胺与丙烯腈为原料，通过微通道反应器反应生成中间体3‑甲氨基丙腈，该中间体再与氢气混合进入催化剂固定床加氢反应，最终得到产品N‑甲基‑1,3‑丙二胺。本发明提供一种N‑甲基‑1,3‑丙二胺的制备工艺方法，方法简单并且可连续化生产，反应时间短、副反应发生概率低，产品收率达到90~95%，提高产能。

Description

一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法
技术领域
本发明涉及一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法，属于有机合成领域。
背景技术
N-甲基-1,3-丙二胺，又名3-甲氨基丙胺，是一种重要的化工合成中间体，在医药、饲料、食品等领域应用广泛。
目前工业上化学合成的路线主要有丙烯腈路线和1,3-丙二胺路线，其中本发明采用丙烯腈路线，此为主流合成路线。1,3-丙二胺路线为非主流合成路线，是以1,3-丙二胺和甲醇发生氨化反应得到的，通常伴随着多氨化的副产物，实际生产效益不高，难以工业化。
丙烯腈路线是以丙烯腈和一甲胺反应生成3-甲氨基丙腈，再由3-甲氨基丙腈加氢还原得到N-甲基-1,3-丙二胺，该方法路线简单直接，反应转化率较高，为主流合成路线；但国内大部分工厂采用的是间歇釜式反应设备，使中间体3-甲氨基丙腈和产品N-甲基-1,3-丙二胺常常在反应过程中就发生变质，致使最终产品收率较低，产品精馏纯化操作复杂。
微反应技术是20世纪90年代兴起的一种高新技术，其特征尺度微型化，传热、传质速率较常规化工设备提高数个量级，具有内在安全、过程可控、过程连续等优点。
发明内容
本发明鉴于上述存在的一系列问题，提出了一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法。
本发明采用的技术方案为：
以一甲胺与丙烯腈为原料，通过微通道反应器反应生成中间体3-甲氨基丙腈，该中间体再与氢气混合进入催化剂固定床加氢反应，最终得到产品N-甲基-1,3-丙二胺。
具体方法步骤为：
步骤S01，原料丙烯腈和一甲胺溶液分别通过计量泵泵入预热管道进行反应前预热，然后进入第一微通道反应器进行加成反应，得到含有中间体3-甲氨基丙腈和溶剂的反应料液。
步骤S02，将加氢溶剂和助加氢催化剂配制好的溶液通过计量泵泵入和步骤S01所得的反应料液进入T型混合器混合均匀，再经过预热管道与氢气共同进入第二微通道反应器形成气液混合液，进入催化剂固定床进行加氢反应，得到含有N-甲基-1,3-丙二胺和溶剂的反应料液。
步骤S03，完成加氢的反应料液通过减压蒸馏装置，在40℃下将溶剂蒸除，得到含N-甲基-1,3-丙二胺的粗品液；再将粗品液通过减压精馏装置，在50~70℃下将N-甲基-1,3-丙二胺蒸出，计算产品收率90%~95%。
所述步骤S01中的原料丙烯腈与一甲胺的摩尔比为1：1 ~2。
所述步骤S01中的一甲胺溶液的溶剂为水，浓度为40%~95%；步骤S01中的一甲胺溶液的溶剂为醇类溶剂，醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇的其中一种，浓度为40%~95%。
所述步骤S01中的预热温度为10~130℃，反应温度为10~130℃，反应时间为10~300s，反应压力为0 ~2.5MPa。
所述步骤S01中的第一微通道反应器包括星层型反应器和管道反应器，其中星层型反应器具有尺寸为50~500微米的结构，能将两种反应液体切割为50~500微米厚度的液膜，并均匀混合反应。
所述步骤S02中的加氢溶剂与步骤S01中的一甲胺溶液所用的溶剂相同，例如：一甲胺溶液为水溶液，加氢溶剂则为水。
所述步骤S02中的助加氢催化剂为碱性化合物中的一种或两种混合物，无机碱包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾，有机碱包括通式为R1R2R3N的有机胺，其中R1、R2、R3各自独立地是H或C1~C4烷基。
所述步骤S02中的加氢溶剂和助加氢催化剂与步骤S01所得的反应料液混合均匀的料液，其中中间体3-甲氨基丙腈的含量为10~40%，助加氢催化剂的含量为0.1~4%。
所述步骤S02中的T型混合器，通道尺寸为0.5~5mm。
所述步骤S02中的加氢溶剂和助加氢催化剂与步骤S01所得的反应料液混合均匀的料液与氢气的混合比例为1：150~350（v/v）。
所述步骤S02中的第二微通道反应器为星层型气液反应器，具有尺寸为30~100微米的结构，能将反应液体切割为30~100微米厚度的液膜混合在气体中形成混合液。
所述步骤S02中的催化剂固定床，催化剂为Ranny-Ni或Pd-C。
所述步骤S02中的预热温度为40~120℃，反应温度为40~120℃，反应时间为3~25min，反应压力为1~8MPa。
与现有技术相对比，本发明具有如下的有益效果：
利用微通道反应器连续化、传质换热效率高的特性，将反应产生的热量极快地分散转移，将第一步反应时间缩短为10~300s，减少中间体3-甲氨基丙腈发生变质的概率，将第二步气液原料混合得更均匀，提高加氢效率，减少产品N-甲基-1,3-丙二胺发生变质的概率，简化了精馏操作，产品收率达90%~95%；整个系统实现自动化连续生产，资源利用率高，节能降耗。
附图说明
图1是一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法的流程图。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做详细地描述。
实施例1：
通过计量泵将丙烯腈和40%的一甲胺水溶液以摩尔比1：1的混合比例通入预热管道，将丙烯腈和一甲胺水溶液分别预热到40℃，接着原料料液进入第一微通道反应器进行加成反应，反应温度40℃，反应时间90s，反应压力0.5MPa，反应完成后得到的含中间体3-甲氨基丙腈和水的反应料液；该反应料液直接与含有氢氧化钠的水通过T型混合器混合均匀，再经过预热管道将料液加热到100℃，与氢气以1：150（v/v）的混合比例通入第二微通道反应器混合，再进入填充了Ranny-Ni的固定床进行加氢反应，加氢原料液中3-甲氨基丙腈含量10%，氢氧化钠含量0.5%，加氢反应温度100℃，反应时间8min，反应压力3MPa；加氢完成后得到的反应料液于40℃减压除去水分，产物粗品于50~70℃精馏收集N-甲基-1,3-丙二胺，计算产品收率92.1%。
实施例2：
采用实例1的生产方法，不同的是使用浓度为80%的一甲胺-甲醇溶液，丙烯腈和一甲胺的摩尔比为1：2，反应温度100℃，反应时间50s，反应压力1.5MPa；加氢溶剂为甲醇，助加氢催化剂为一甲胺，加氢原料液中3-甲氨基丙腈含量20%，一甲胺含量2%，反应温度为70℃，反应时间5min，最终产品收率93.5%。
实施例3：
采用实例1的生产方法，不同的是使用浓度为95%的一甲胺水溶液，丙烯腈和一甲胺的摩尔比为1：1.3，反应温度120℃，反应时间30s，反应压力2.2MPa；加氢溶剂为水，助加氢催化剂为碳酸钠和一甲胺，加氢原料液中3-甲氨基丙腈含量40%，助催化剂含量2%，固定床填充Pd-C，加氢反应温度为90℃，反应时间10min，最终产品收率95%。

Claims (3)

1.一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S01，原料丙烯腈和一甲胺溶液分别通过计量泵泵入预热管道进行反应前预热，预热温度为10~130℃；然后进入第一微通道反应器将反应液体切割为50~500微米厚度的液膜，混合均匀后进行加成反应，反应温度为10~130℃，反应时间为10~300s，反应压力为0 ~2.5MPa；得到含有中间体3-甲氨基丙腈和溶剂的反应料液；
所述原料丙烯腈与一甲胺的摩尔比为1：1 ~2；
所述一甲胺溶液的浓度质量百分数为40%~95%，一甲胺溶液的溶剂为水或醇类溶剂，醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇的一种；
步骤S02，将加氢溶剂和助加氢催化剂配制好的溶液通过计量泵泵入和步骤S01所得的反应料液进入T型混合器混合均匀，混合后的料液再经过预热管道与氢气共同进入第二微通道反应器将反应液体切割为30~100微米厚度的液膜混合在气体中形成气液混合液，进入催化剂固定床进行加氢反应，预热温度为40~120℃，反应温度为40~120℃，反应时间为3~25min，反应压力为1~8MPa；得到含有N-甲基-1,3-丙二胺和溶剂的反应料液；
所述混合后的料液中中间体3-甲氨基丙腈的质量分数为10~40%，助加氢催化剂的质量分数为0.1~4%；所述气液混合液中料液与氢气的混合体积比为1：150~350；
所述加氢溶剂与步骤S01中一甲胺溶液所用的溶剂相同；
所述助加氢催化剂为碱性化合物中的一种或两种，碱性化合物包括无机碱与有机碱，无机碱包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾，有机碱包括通式为R1R2R3N的有机胺，其中R1、R2、R3各自独立地是H或C1~C4烷基；
步骤S03，完成加氢的反应料液通过减压蒸馏装置，在40℃下将溶剂蒸除，得到含N-甲基-1,3-丙二胺的粗品液；再将粗品液通过减压精馏装置，在50~70℃下将N-甲基-1,3-丙二胺蒸出。
2.根据权利要求1中所述的一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法，其特征在于：步骤S02中的T型混合器，通道尺寸为0.5~5mm。
3.根据权利要求1中所述的一种N-甲基-1,3-丙二胺的制备工艺方法，其特征在于：步骤S02中的催化剂固定床，催化剂为Ranny-Ni或Pd-C。
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