CN112125822A

CN112125822A - 甲氧胺制备方法、甲氧胺盐酸盐制备方法

Info

Publication number: CN112125822A
Application number: CN201910550229.5A
Authority: CN
Inventors: 高进; 马继平; 徐杰; 孙志强; 孙颖
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-06-24
Also published as: CN112125822B

Abstract

本申请公开了一种甲氧胺制备方法，至少包括：含亚硝酸甲酯和还原剂的原料气与还原反应催化剂在反应器中接触，进行还原反应，得到甲氧胺。该方法能实现对煤制乙二醇工艺过程中的重要的中间体亚硝酸甲酯充分利用，且亚硝酸甲酯转化率高。本申请还提供了以上述方法得到甲氧胺为原料的甲氧胺盐酸盐制备方法。

Description

甲氧胺制备方法、甲氧胺盐酸盐制备方法

技术领域

本申请涉及一种甲氧胺制备方法、甲氧胺盐酸盐制备方法，属于煤化工领域。

背景技术

甲氧胺盐酸盐是重要的农药、医药中间体。在农药合成中，可用作生产农药苯丙酮肟、烯草酮、烯禾定等除草剂；在医药合成中，可用于生产头孢菌素类抗生素，如头孢呋辛、新诺明、炔诺明、羟基脲等。近年来，头孢呋辛等头孢菌素类抗生素的需求量不断增加，市场对甲氧胺盐酸盐的需求量也不断增加。

目前，我国甲氧胺盐酸盐的生产工艺落后、三废严重、生产成本高。因此，对甲氧胺盐酸盐合成工艺的开发研究具有重要意义。

已报道的甲氧胺盐酸盐的主要合成方法如下：

(1)亚硝酸钠法：以亚硝酸钠及亚硫酸氢钠为原料，通过SO₂气体反应生成亚磺酸的氮钠盐，再用甲基化试剂进行甲基化，经水解、中和及蒸馏、盐酸化、浓缩及干燥等步骤，制得甲氧胺盐酸盐(季永新,化学与粘合2001,43,200)。此方法成本较低，但是，NaNO₂毒性较大，且NaNO₂的反应比较剧烈，易发生爆炸危险。此外，生产的甲氧胺盐酸盐质量差，三废量大。目前，此方法已被淘汰。

(2)胲基二磺化法：以盐酸羟胺为原料，经发烟硫酸磺化，再用甲醇钠直接与其磺化物反应，进一步盐酸化、浓缩及干燥，得甲氧胺盐酸盐(李文骁,李付刚,精细化工原料及中间体2007,21,22)。此方法制备的甲氧胺盐酸盐纯度较高，但是，该路线采用危险的发烟硫酸和醇钠作原料，试验操作条件不易控制，腐蚀严重，废酸多。

(3)肟化法：以醛(苯甲醛)或酮(丙酮、丁酮)、盐酸羟胺为原料，经肟化、甲基化、水解、浓缩及干燥等步骤，制得甲氧胺盐酸盐(李文骁,李付刚,精细化工原料及中间体2007,21,22；潘忠稳,李玉喜,夏岚,精细化工中间体2007,37,17；CN 101503375A；CN103113257A)。此方法工艺安全可行，但是，后处理困难，会生成大量无机盐。此外，需采用精馏装置，分离副产物苯甲醛、丙酮、丁酮，才能提高目标产物的收率。

(4)氯甲酸酯法：以氯甲酸酯和羟胺为原料，生成的羟基氨基甲酸酯经甲基化、水解、浓缩及干燥等步骤，制得甲氧胺盐酸盐(李学洙,安徽化工2002,21)。此方法后处理困难，会生成大量无机盐。

(5)乙酸乙酯法：首先，乙酸乙酯与盐酸羟胺在碱性条件下进行酯的胺解反应，得到乙酰羟胺；乙酰羟胺与硫酸二甲酯反应进行甲基化，得乙酰甲氧胺；得到的乙酰甲氧胺在酸性条件下水解得到甲氧胺；最后，甲氧胺与盐酸成盐即得甲氧胺盐酸盐(李学洙,安徽化工2002,21)。此方法原材料便宜易得，后处理简单，但是，也会生成大量无机盐。

以上现有甲氧胺盐酸盐制备方法均会产生大量污染物，后处理步骤繁琐复杂。

乙二醇是大宗石油化工产品，主要用于防冻液和制备PET聚酯。乙二醇目前主要是采用石油化工技术路线生产：以乙烯为原料，通过环氧化制备环氧乙烷，然后水合制备乙二醇；该技术需要消耗大量石油资源，脱水分离能耗很大。煤化工技术的发展和应用，为非石油路线生产乙二醇提供了一条新技术路线。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种甲氧胺制备方法，该方法能实现对煤制乙二醇工艺过程中的重要的中间体亚硝酸甲酯充分利用，且亚硝酸甲酯转化率高。

所述甲氧胺制备方法，其特征在于，至少包括：含亚硝酸甲酯和还原剂的原料气与还原反应催化剂在反应器中接触，进行还原反应，得到甲氧胺。该方法的反应式如下：

该方法能实现亚硝酸甲酯还原制备甲氧胺，且亚硝酸甲酯转化率高。

催化剂可通过加入到玻璃管式反应器中，并在催化剂的上部填充氧化硅小球(预热原料)，下部填充不锈钢丝(支撑催化剂层)，实现催化剂的填装。该反应在氮气气氛常压下进行。

可选地，所述还原剂为气态还原剂；更优选地，所述还原剂为氢气，所述还原反应为加氢反应；优选地，所述原料气中所用载气为氮气；优选地，所述还原反应催化剂为加氢催化剂；优选地，所述还原反应催化剂为镍基催化剂；优选地，所述原料气中亚硝酸甲酯来源于煤制乙二醇过程。

该方法可充分利用煤制乙二醇过程中间体，实现与煤制乙二醇过程的联产。

可选地，所述镍基催化剂中镍负载量范围为0.1～5wt％；优选地，所述镍基催化剂中镍负载量为1～3wt％。镍基催化剂中镍负载量的下限还可以为0.5wt％。镍基催化剂中镍负载量在优选范围内选取时，亚硝酸甲酯转化率和甲氧胺收率均高于95％。

可选地，所述反应器为固定床反应器；优选地，所述反应压力为常压。该方法反应条件温和，采用固定床即可进行连续反应，有利于提高生产效率。

可选地，所述原料气进料的重时空速为0.1～200h^-1；所述含亚硝酸甲酯和氢气的原料气中亚硝酸甲酯和氢气的体积比为20～30：30～40。

。优选地，所述原料气总的重时空速(WHSV)为0.1～20h^-1。优选地，所述原料气总的重时空速为0.1～5h^-1。所述原料气总的重时空速下限还可以为0.5h^-1、1h^-1、3h^-1；上限还可以为10h^-1、15h^-1。

原料气中亚硝酸甲酯的重时空速在0.1～5h^-1范围内选取时，亚硝酸甲酯转化率和甲氧胺收率均高于96％。更优选地，最佳反应空速为5h^-1。

可选地，所述还原反应的温度范围为50～80℃。优选地，所述还原反应的温度为60～80℃。还原反应的温度在70～80℃范围内选取时，亚硝酸甲酯转化率和甲氧胺收率均高于96％。更优选地，还原反应温度70℃。

可选地，所述还原反应催化剂为经过压片、粉碎、过筛处理后，选择粒径为小于5目的颗粒。优选地，所述还原反应催化剂的粒径小于20目的颗粒。随粒径增大，亚硝酸甲酯转化率逐渐降低。原因可能是粒径越大，比表面越小，堆积孔越大，导致亚硝酸甲酯与催化剂活性位接触面积变小，故转化率降低。还原反应催化剂的粒径在优选范围内选取时，亚硝酸甲酯转化率和甲氧胺收率均高于93％。

可选地，所述还原反应催化剂的载体选自活性碳、ɑ-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、MgO、水滑石、ZrO₂、CeO₂或SiO₂中的至少一种。各类常用镍基催化剂用于该方法中时，亚硝酸甲酯转化率和甲氧胺收率均高于80％。

本申请的另一方面还提供了一种甲氧胺盐酸盐制备方法，至少包括：将含上述方法制备的甲氧胺原料气通入盐酸溶液中，得到所述甲氧胺盐酸盐。

该方法的反应如下式所示：

在加氢催化剂催化作用下，亚硝酸甲酯发生加氢反应即可得甲氧胺，生成的甲氧胺用冰盐酸溶液吸收，可得甲氧胺盐酸盐。

通过将上述方法制备得到的甲氧胺原料气通入盐酸溶液，即可制得甲氧胺盐酸盐。整个过程简单，产物单一，无过多无机盐产生，后续处理步骤简便。制备甲氧胺盐酸盐主要包括两步骤，反应过程简单，对设备要求低，适于工业生产需要。

可选地，还包括：所述原料气通入所述盐酸溶液反应后，对所得溶液依序进行浓缩、真空干燥，制备甲氧胺盐酸盐；

优选地，所述盐酸溶液浓度范围为30～35wt％；

更优选地，所述盐酸溶液浓度范围为32wt％；

优选地，所述盐酸溶液为温度低于0℃的盐酸的冰水溶液。

具体地，甲氧胺盐酸盐制备方法包括：以氢气作为还原剂，以氮气为载气，在镍基催化剂催化作用下，于固定床反应器中常压条件下，将亚硝酸甲酯还原为甲氧胺，用32wt％盐酸冰水溶液吸收，浓缩、真空干燥，制备甲氧胺盐酸盐的方法。

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请所提供的甲氧胺制备方法，该方法以氢气为还原剂，通过催化还原将含亚硝酸甲酯的原料，还原为甲氧胺，该方法环境友好，易于操作，亚硝酸甲酯转化效率高，且甲氧胺易与反应原料分离。该方法中所用原料可以为煤制乙二醇过程中的中间产物亚硝酸甲酯，便于与现有煤制乙二醇连用实现大规模工业化生产。

2)本申请所提供的甲氧胺盐酸盐制备方法，甲氧胺通入盐酸溶液后，得到甲氧胺盐酸盐。此方法可充分利用煤制乙二醇过程中的中间产物，且生产过程中不会产生大量无机盐或其他污染物，此方法制备甲氧胺盐酸盐绿色环保、易于操作，亚硝酸甲酯转化效率高，且产品甲氧胺盐酸盐易与反应原料分离。在煤制乙二醇工业过程中间体亚硝酸甲酯高值化转化环节有重要的应用前景。

3)本申请所提供的甲氧胺盐酸盐制备方法，采用连续式反应，使用固定床反应装置，有利于提高生产效率，易于实现工业化生产。该方法所得中间产物甲氧胺为气体，易与原料亚硝酸甲酯分离，经冰盐酸水溶液即可吸收得到甲氧胺盐酸盐。整个反应过程在常压N₂气氛下进行，大大降低了反应对设备的要求，具有广阔的工业应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买，所用试剂均为分析纯。

实施例中，活性炭购自上海阿拉丁试剂公司；

ɑ-Al₂O₃购自天津科密欧试剂公司；

γ-Al₂O₃购自天津科密欧试剂公司；

MgO购自上海阿拉丁试剂公司；

HT是水滑石，购自上海阿拉丁试剂公司；

ZrO₂购自上海阿拉丁试剂公司；

CeO₂购自上海阿拉丁试剂公司；

SiO₂购自天津科密欧试剂公司。

实施例中，镍基催化剂采用等体积浸渍法，将载体等体积浸渍于硝酸镍溶液中，室温静置12小时后100℃下干燥。使用前，在150-450℃用H₂还原2-12h。

实施例中，所述的催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺反应在固定床反应装置上进行，将粒径为5-20目镍基催化剂加入到玻璃管式反应器中，催化剂的上部填充氧化硅小球(预热原料)，下部填充不锈钢丝(支撑催化剂层)。氮气气氛下，将反应装置加热到一定温度。其中所述的反应温度为50-80℃，压力为常压。用配置热导检测器的气相色谱分析亚硝酸甲酯、甲氧胺的含量，采用内标法，计算亚硝酸甲酯的转化率以及甲氧胺的收率。

本申请的实施例中转化率、收率计算如下：

亚硝酸甲酯的转化率＝(反应前亚硝酸甲酯的体积分数-反应后亚硝酸甲酯的体积分数)/反应前亚硝酸甲酯的体积分数*100％

甲氧胺的收率＝甲氧胺的摩尔数/转化的亚硝酸甲酯的摩尔数*100％

实施例1不同镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺反应

将不同载体的镍基催化剂分别经过压片、粉碎、过10目筛，将粒径小于10目的5g镍基催化剂(1wt％)装入直径为15mm的玻璃管反应器中，反应气组成23.4vol％H₂，33.0vol％亚硝酸甲酯，3.4vol％Ar(内标)，40.2vol％N₂，反应温度为70℃，反应气总的WHSV为1.0h^-1，在常压下进行还原反应。

不同载体催化剂上所得结果见表1。

表1不同镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺

由表1结果可见，不同镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺反应，均得到不错的效果，亚硝酸甲酯的转化率在80％以上，甲氧胺的收率在80％以上。

实施例2催化剂粒径影响

将1wt％Ni/ɑ-Al₂O₃镍基催化剂经过压片、粉碎、分别过不同目数的筛，取粒径小于相应目数的5g 1wt％Ni/ɑ-Al₂O₃装入直径为15mm的玻璃管反应器中，反应气组成23.4vol％H₂，33.0vol％亚硝酸甲酯，3.4vol％Ar(内标)，40.2vol％N₂，反应温度为70℃，WHSV为1.0h^-1，在常压下进行还原反应。

不同粒径催化剂的反应结果所得结果见表2。

表2不同粒径镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺

由表2结果可见，催化剂粒径对亚硝酸甲酯转化率有显著影响，随粒径增大，亚硝酸甲酯转化率逐渐降低。原因可能是粒径越大，比表面越小，堆积孔越大，导致亚硝酸甲酯与催化剂活性位接触面积变小，故转化率降低。

实施例3镍负载量影响

将粒径为20目的5g镍基催化剂装入直径为15mm的玻璃管反应器中，反应气组成23.4vol％H₂，33.0vol％亚硝酸甲酯，3.4vol％Ar(内标)，40.2vol％N₂，反应温度为70℃，WHSV为1.0h^-1，在常压下进行还原反应。

不同催化剂上的反应结果见表3。

表3不同镍负载量的镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺

由表3结果可见，镍负载量对亚硝酸甲酯转化率有显著影响，随镍负载量增大，亚硝酸甲酯转化率逐渐升高而后持平。甲氧胺收率的趋势同亚硝酸甲酯的转化率。

实施例4反应温度影响

将粒径为20目的5g 1wt％Ni/ɑ-Al₂O₃装入直径为15mm的玻璃管反应器中，反应气组成23.4vol％H₂，33.0vol％亚硝酸甲酯，3.4vol％Ar(内标)，40.2vol％N₂，反应温度为50-80℃，WHSV为1.0h^-1，在常压下进行还原反应。

不同温度下的反应结果见表4。

表4不同反应温度下镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺

由表4结果可见，反应温度对亚硝酸甲酯转化率有显著影响，随反应温度升高，亚硝酸甲酯转化率逐渐升高而后持平，甲氧胺收率先升高后降低，最佳反应温度为70℃。

实施例5反应空速影响

将粒径为20目的5g 1wt％Ni/ɑ-Al₂O₃装入直径为15mm的玻璃管反应器中，反应气组成23.4vol％H₂，33.0vol％亚硝酸甲酯，3.4vol％Ar(内标)，40.2vol％N₂，反应温度为70℃，WHSV为0.1-20h^-1，在常压下进行还原反应。

不同空速下的反应结果见表5。

表5不同反应空速下镍基催化剂催化氢气还原亚硝酸甲酯制甲氧胺

由表5结果可见，反应空速在0.1-5h^-1时，对亚硝酸甲酯的转化率没有明显影响，但是，反应空速超过5h^-1时，随反应空速升高，亚硝酸甲酯的转化率明显下降，最佳反应空速为5h^-1。反应空速对甲氧胺的收率影响趋势同亚硝酸甲酯的转化率。

实施例6甲氧胺盐酸盐的制备

以实施例1-5中所得甲氧胺为原料，通入盐酸冰水溶液中，吸收甲氧胺后，吸收液经浓缩、真空干燥，即得纯度100％的甲氧胺盐酸盐白色晶体。

表6甲氧胺制甲氧胺盐酸盐所用盐酸水溶液参数表

实施例	盐酸冰水溶液浓度(wt％)
		6-1	30
6-2	32
		6-3	35

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种甲氧胺制备方法，其特征在于，至少包括：含亚硝酸甲酯和氢气的原料气与还原反应催化剂在固定床反应区中接触反应，得到甲氧胺。

2.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述还原反应催化剂为镍基催化剂；

所述原料气中的亚硝酸甲酯来源于煤制乙二醇过程。

3.根据权利要求2所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述镍基催化剂中镍负载量范围为0.1～5wt％。

4.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述反应压力为常压。

5.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述原料气总的重时空速为0.1～200h^-1；

所述含亚硝酸甲酯和氢气的原料气中亚硝酸甲酯和氢气的体积比为20～30：30～40。

6.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述还原反应的温度范围为50～80℃。

7.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述还原反应催化剂的粒径小于5～20目筛；

优选地，所述还原反应催化剂的粒径小于20目筛；

优选地，所述还原反应催化剂的粒径在5目～20目筛之间。

8.根据权利要求1所述的甲氧胺制备方法，其特征在于，所述还原反应催化剂的载体选自活性碳、ɑ-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、MgO、水滑石、ZrO₂、CeO₂或SiO₂中的至少一种。

9.一种甲氧胺盐酸盐制备方法，其特征在于，至少包括：

将含如权利要求1～8中任一项所述方法制备的甲氧胺原料气通入盐酸溶液中，得到所述甲氧胺盐酸盐。

10.根据权利要求9所述的甲氧胺盐酸盐制备方法，其特征在于，还包括：所述原料气通入所述盐酸溶液反应后，对所得溶液依序进行浓缩、真空干燥，制备甲氧胺盐酸盐；

优选地，所述盐酸溶液浓度范围为30～35wt％；

更优选地，所述盐酸溶液浓度范围为32wt％；

优选地，所述盐酸溶液为0℃的盐酸的冰水溶液。