CN117903042A - 一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种2,2,6,6‑四甲基哌啶酮的双塔合成方法。包括如下步骤：预热丙酮，将预热后的丙酮和催化剂硝酸铵水溶液加入反应精馏塔；将氨气从反应精馏塔的底部进入塔内；丙酮和氨气在反应精馏塔内在催化剂硝酸氨水作用下反应；反应产生的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器，经塔顶冷凝器冷凝后再进入反应精馏塔反应，产生的重组分从塔底流至再沸器，经再沸器加热后进入二级精馏塔；重组分在二级精馏塔内减压精馏，塔顶馏分得到四甲基哌啶酮。本发明步骤少，收率高，通过将未反应的丙酮和衍生物不经分离，冷凝后直接回到反应精馏塔继续反应，大大降低能耗，节省了投资成本和生产成本；本发明可连续化生产，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种受阻胺光稳定剂2,2,6,6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法。
背景技术
2,2,6,6-四甲基哌啶酮（又名三丙酮胺）是一种重要的受阻胺光稳定剂中间体，受阻胺类光稳定剂具有高效、无毒、无色等特点，主要用在聚乙烯、聚丙烯中，在高分子材料助剂中具有举足轻重的地位。目前，大多数受阻胺光稳定剂TMP、TAD、Tinuvin622、Tinuvin770、Tinuvin701的前体原料均采用2,2,6,6-四甲基哌啶酮，导致其市场需求持续稳定增加。
目前，市面上2,2,6,6-四甲基哌啶酮的工业合成方法，多采用丙酮或其衍生物为起始物，与氨在催化剂的催化下进行反应得到的。例如，美国专利US4275211使用强酸性离子交换树脂催化丙酮和氨进行反应，制备2,2,6,6-四甲基哌啶酮；美国专利US3943139中通过佛尔酮和氨进行反应得到2,2,6,6-四甲基哌啶酮；美国专利US3953459公开了一种以丙酮宁与氨反应得到2,2,6,6-四甲基哌啶酮的制备方法；中国专利CN201110411019.1中公开了一种固定床反应器合成三丙酮胺的方法，在固定床反应器中装入固体酸催化剂，然后通入丙酮和氨进行反应得到目标产物。
上述方法都存在原料转化率低，副反应多等问题。由于反应产物复杂，后处理需要多步精馏才能得到合格产品，能耗大，不利于工业生产。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）预热丙酮，将预热后的丙酮和催化剂硝酸铵水溶液分别从塔顶加入反应精馏塔；
2）将氨气以一定流速从反应精馏塔的底部进入塔内；
3）丙酮和氨气在反应精馏塔内在催化剂硝酸氨水作用下进行反应；反应产生的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器，经塔顶冷凝器冷凝后再进入反应精馏塔反应，产生的重组分从塔底流至再沸器，经再沸器加热后进入二级精馏塔；
4）重组分在二级精馏塔内减压精馏，塔顶馏分得到四甲基哌啶酮。
进一步地，所述丙酮进入反应精馏塔前预热温控制在45-50℃。
进一步地，，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为20%-80%。
进一步地，所述丙酮与硝酸铵水溶液的质量比为10：0.1～1、10：0.05～0.5或10：0.2～0.3中的任意一种。
进一步地，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为40%-70%。
进一步地，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为50%。
进一步地，所述丙酮和氨气的质量比为10：0.5～1。
进一步地，所述二级精馏塔的塔顶也循环连接一塔顶冷凝器，二级精馏塔内的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器冷凝，然后再回流至二级精馏塔内反应。
进一步地，最终得到的四甲基哌啶酮纯度≥99%。
本发明的有益效果是：本发明步骤少，收率高，通过将未反应的丙酮和衍生物不经分离，冷凝后直接回到反应精馏塔继续反应，大大降低能耗，节省了投资成本和生产成本；本发明可连续化生产，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明的合成反应式流程图。
图2为本发明合成方法的反应装置图。
附图中，1丙酮储罐，2丙酮计量泵，3预热器，4硝酸铵水溶液储罐，5硝酸铵计量泵，6氨流量计，7反应精馏塔，8塔顶冷凝器，9前馏分回流管，10精馏塔夹套，11塔底再沸器，12二级精馏塔，13四甲基哌啶酮采出管，14成品罐。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1所示，一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）预热丙酮，将预热后的丙酮和催化剂硝酸铵水溶液分别从塔顶加入反应精馏塔；
2）将氨气以一定流速从反应精馏塔的底部进入塔内；
3）丙酮和氨气在反应精馏塔内在催化剂硝酸氨水作用下进行反应；反应产生的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器，经塔顶冷凝器冷凝后再进入反应精馏塔反应，产生的重组分从塔底流至再沸器，经再沸器加热后进入二级精馏塔；
4）重组分在二级精馏塔内减压精馏，塔顶馏分得到四甲基哌啶酮。
上述丙酮进入反应精馏塔前预热温控制在45-50℃。
上述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为20%-80%。
上述丙酮与硝酸铵水溶液的质量比为10：0.1～1、10：0.05～0.5或10：0.2～0.3中的任意一种，优选的质量比为10：0.05～0.5，最优选10：0.2～0.3。
上述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为40%-70%。
上述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为50%。
上述丙酮和氨气的质量比为10：0.5～1。
上述二级精馏塔的塔顶也循环连接一塔顶冷凝器，二级精馏塔内的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器冷凝，然后再回流至二级精馏塔内反应。
上述反应最终得到的四甲基哌啶酮纯度≥99%。
如图2所示，一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成装置，包括反应精馏塔，反应精馏塔的塔顶一侧入口通过管道连接硝酸铵水溶液储罐，另一侧入口通过管道连接丙酮储罐，反应精馏塔的塔底入口通过管道连接氨气，反应精馏塔的外侧设有精馏塔夹套，精馏塔夹套上设有循环水进水口和循环水出水口，所述反应精馏塔的塔底出口连接塔底再沸器，塔底再沸器的出口连接二级精馏塔，二级精馏塔的塔底出口也设有塔底再沸器，二级精馏塔的塔顶还通过管道连接成品罐。
上述的反应精馏塔与硝酸铵水溶液储罐连接管道上设有硝酸铵计量泵。
上述的反应精馏塔与丙酮储罐连接的管道上依次设有丙酮计量泵和预热器。
上述的反应精馏塔和二级精馏塔的塔顶均设有塔顶冷凝器。
本发明的合成装置工艺流程如下：丙酮从丙酮储罐、经丙酮计量泵进入预热器预热，预热到一定温度后进入反应精馏塔，硝酸铵水溶液经硝酸铵水溶液储罐、经硝酸铵水计量泵进入反应精馏塔，丙酮和硝酸铵水溶液均从塔顶进入塔中，氨气经氨流量计计量后从塔底进入反应精馏塔，在反应精馏塔内混合反应后，轻组分在塔顶经冷凝器冷凝循环，重组分以及2,2,6,6-四甲基哌啶酮产物流入塔底再沸器，经塔底再沸器进入二级精馏塔内再次反应，再次反应后馏出高纯度2,2,6,6-四甲基哌啶酮产物从塔顶进入成品罐储存。其中精馏塔夹套利用循环水对反应精馏塔循环降温。
本发明的合成方法具体步骤如下：将丙酮400kg，预热至45℃，以3kg/min的速度从顶部加入反应精馏塔，同时将50%的硝酸铵溶液以0.06kg/min的速度从硝酸铵溶液入口加入反应精馏塔，同时将氨气0.2kg/min的速度从塔底氨进口加入反应精馏塔，进行反应，反应放热，在精馏塔夹套内通入循环水进行降温，维持塔内温度55～60℃，同时打开塔顶回流冷凝器，将未反应的丙酮和前馏分经冷凝器冷凝后再回流至反应精馏塔继续反应。反应产生的重组分从塔底产物出口进入二级精馏塔减压精馏，收集二级精馏塔塔顶馏分，得到2,2,6,6-四甲基哌啶酮约310.9kg，收率87.2%，纯度99.6%。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
Claims (9)
1.一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
预热丙酮，将预热后的丙酮和催化剂硝酸铵水溶液分别从塔顶加入反应精馏塔；
将氨气以一定流速从反应精馏塔的底部进入塔内；
丙酮和氨气在反应精馏塔内在催化剂硝酸氨水作用下进行反应；反应产生的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器，经塔顶冷凝器冷凝后再进入反应精馏塔反应，产生的重组分从塔底流至再沸器，经再沸器加热后进入二级精馏塔；
重组分在二级精馏塔内减压精馏，塔顶馏分得到四甲基哌啶酮。
2.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述丙酮进入反应精馏塔前预热温控制在45-50℃。
3.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为20%-80%。
4.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述丙酮与硝酸铵水溶液的质量比为10：0.1～1、10：0.05～0.5或10：0.2～0.3中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为40%-70%。
6.根据权利要求5所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述催化剂硝酸铵水溶液的浓度为50%。
7.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述丙酮和氨气的质量比为10：0.5～1。
8.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，其特征在于，所述二级精馏塔的塔顶也循环连接一塔顶冷凝器，二级精馏塔内的轻组分从塔顶逸至塔顶冷凝器冷凝，然后再回流至二级精馏塔内反应。
9.根据权利要求1所述的一种2，2，6，6-四甲基哌啶酮的双塔合成方法，最终得到的四甲基哌啶酮纯度≥99%。
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