N-甲基吡咯烷的提纯工艺改进

2015-01-30张春灵

资源节约与环保 2015年11期

张春灵

（烟台国邦化工机械科技有限公司山东烟台 264000）

N-甲基吡咯烷（NMPD），亦称N-甲基四氢吡咯，是一个环状的二级胺，无色至微黄色液体，相对分子量：85.15，沸点：80.8℃，相对密度（25℃）0.81，CAS No:120-94-5，具有一般胺的性质，具有强烈的吸水性，对人体有一定的潜在毒性。

1 存在问题

经过反应合成出来的粗品含有0.3%的甲胺，4.3%的四氢呋喃，95%的N-甲基吡咯烷，0.4%的副产，17%的水。传统的提纯方法是将粗品进行粗蒸，得到含水6%左右的粗品，再在碱析釜里加入固碱进行碱析，得到含水1%左右的粗品，再进行精馏，得到含水量＜0.1%、纯度≥99.5%的产品。该提纯方法虽然能得到合格产品，但也存在以下问题：损耗大，一次收率低；过量的甲胺和四氢呋喃不能套用，增加了生产成本；能耗大，需进行两次精馏，操作时间长，增加了蒸汽耗量和冷凝水泵的电力消耗，且处理量低；三废多，后处理麻烦。

2 工艺改进

为从根本上解决上述问题，烟台国邦化工机械科技有限公司采用了共沸精馏+变压精馏+吸收+蒸发脱盐的工艺。共沸精馏的原理是在原料中加入合适的第二种组分，使之能与原料中的水共沸，将原料中的水带出来，然后再得到合格产品。第二种组分的选择原则是价廉易得，可重复使用，能与水形成共沸物，共沸物中含水量高，共沸温度小于73.7℃（N-甲基吡咯烷和水的共沸温度），与水不互溶，沸点与N-甲基吡咯烷、四氢呋喃的沸点相差较大，有利于回收，沸点最好是小于80℃，且无需用冷冻水冷凝。如果其沸点大于80℃，在精馏时，采完水的共沸物后，会先出现N-甲基吡咯烷/水/第二种组分的过渡馏分，采完N-甲基吡咯烷产品后又出现N-甲基吡咯烷/第二种组分的过渡馏分，降低了产品的一次收率。根据以上原则，共选出A、B两种化合物作为候选共沸剂。

由于文献上关于N-甲基吡咯烷的物性数据并不多，为得到准确数据，进行了多次平行精馏实验。实验采用φ32玻璃精馏塔，内装3×3不锈钢三级螺旋填料，塔高1.4m，使用带分层装置的冷凝器，常压精馏，具体如下：

A：带水时间150min，共沸剂损失量0.1%，NMPD收率95%；B:带水时间190min，共沸剂损失量3%，NMPD收率86%；

对实验结果进行比对，虽然A和B两种化合物都能使N-甲基吡咯烷的产品指标达到99.8%，含水＜0.1%，但从经济性上考虑，A显然要由于B，所以选定A。

采用A作为萃取剂，在共沸精馏带水时，在分层器取样分析，共有以下组分：

上层有 A、NMPD、MA、THF；下层有 H2O、NMPD、MA、THF。

其中下层的水中含有的N-甲基吡咯烷、甲胺和四氢呋喃的质量占水层总质量的25%，为减少物料损失，对水层进行精馏，得到含水8%的混合物，精馏釜底的水留作备用。

上层的共沸剂中含有四氢呋喃和N-甲基吡咯烷，为保证共沸精馏的效果，需用水将共沸剂进行液液萃取，萃取后的共沸剂中的N-甲基吡咯烷和四氢呋喃含量＜0.5%，含水0.05%，完全可以套用。萃取用的水是下层的水精馏后精馏釜底剩下的水，减少了废水的排放量。萃取后的水含有15%的四氢呋喃和N-甲基吡咯烷，需和水层合并后一起精馏，得到含水8%的混合物。

含水8%的混合物由于水的存在，抑制合成反应的进行，需把水脱除。由于随压力的变化，四氢呋喃和水的共沸组成相差很大，所以采用两塔变压精馏工艺，得到含水≤0.5%的四氢呋喃，四氢呋喃的回收套用率达到99%。

在精馏过程中，甲胺会作为气体排出，甲胺气体的刺激性很强，对环境污染很大，所以把所有精馏塔和馏分接受罐上的放空管道连接到甲胺压缩机上，甲胺经压缩后返回合成工段套用。