[发明专利]一种非均相反应合成甲酰吗啉的方法

说明书

本发明提供了一种N‑甲酰吗啉的工业制备方法，制备方法步骤为：1)汽化后的甲酸甲酯进入装有液态吗啉的反应器中，物料非均相接触，生成N‑甲酰吗啉产品，副产甲醇；2)利用反应热，将原料甲酸甲酯通过反应器中的盘管加热汽化，实现对反应热的利用，同时起到部分降温反应釜温度的作用；3)反应过程中汽化蒸发出的甲酸甲酯通过回流冷凝器冷凝回流；4)反应结束后，粗产物陈化2h左右，进入后续精馏装置脱除轻重杂质组分，得到N‑甲酰吗啉产品。本发明解决了常规N‑甲酰吗啉合成步骤低温控温和反应速率慢的技术矛盾，在确保产品质量的前提下，提高了生产效率。

技术领域

本发明属于有机化学品合成领域，具体为一种非均相反应合成甲酰吗啉的方法。

背景技术

N-甲酰吗啉是一种重要的吗啉类有机化合物，其在C4、C5分离和芳烃抽提中都有重要的应用。N-甲酰吗啉的合成方法主要是通过吗啉与甲酸甲酯或甲酸反应制备而得。如ZL201510366554.8中报道的以低浓度甲酸和吗啉在带水剂和催化剂存在的条件下制备低酸度的N-甲酰吗啉；ZL200610079619.1中报道的采用特定溶剂以共沸精馏耦合技术制备N-甲酰吗啉；ZL200510058892.1中报道的在酯交换催化剂条件下甲酸甲酯与吗啉反应制备N-甲酰吗啉；ZL200510020483.2中报道的甲酸甲酯直接与吗啉反应制备N-甲酸甲酯。

一般说来，相对于吗啉与甲酸(一般为甲酸水溶液)反应，采用吗啉与甲酸甲酯反应的体系，首先能够有效降低反应产物中的酸含量；其次反应体系中无水存在，也降低了产物中水含量；再次还能够避免使用带水剂等复杂物质的引入而增加分离成本；最后能避免难分离共沸体系的存在，提高了分离效率。是很值得发展的方向。

吗啉与甲酸甲酯的反应是放热反应，加上甲酸甲酯的沸点低、易气化、易燃易爆，为了能够控制反应激烈程度，反应需要控制温度。有报道的温度为30℃～120℃(ZL200510058892.1)。实际生产过程中大多采用ZL200510020483.2采用的-15℃～60℃的反应条件，以外界冷媒控制温度。同时，工业生产中还采用控制甲酸甲酯添加速度的方式来控制反应的进行。在这种条件下，可以保持对反应原料甲酸甲酯的最佳控制，减少生产过程中的安全环境风险，反应合成效果也较好。但这种方法由于反应温度较低，需要较长时间的粗产物陈化，以确保反应的完成。

为了提高反应速率，大多数报道中，为了提高吗啉与甲酸甲酯的反应效率还使用了催化剂。如ZL200510058892.1使用的酯交换催化剂，ZL01131970.4使用的无机酸、杂多酸等催化剂，ZL200910065723.9制备的分子筛催化剂等。催化剂的作用大多是为了提高反应速率。事实上，酸性物质，包括甲酸都能催化反应的进行。工业生产过程中，在反应体系中直接加入催化剂，会带来后续分离等更多的操作步骤，反而增加了操作的难度。

对甲酸甲酯体系而言，上述为了提高反应速度而升温和为了控制反应热释放采用降温就造成了技术手段矛盾。实际生产过程中希望能够发展一种简单、快速的反应方法，提高反应效率。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一种非均相反应合成甲酰吗啉的方法。该方法突破常规甲酰吗啉合成过程中的低温反应的方式，通过提高温度并使甲酸甲酯汽化的方式进行高效率的反应，并且使反应体系的热量利用更加充分。

为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：

一种非均相反应合成甲酰吗啉的方法，该方法中将甲酸甲酯以汽态方式与液态的吗啉进入反应器进行非均相反应。反应粗产物顺序进入精馏脱轻塔(脱除甲酸甲酯、甲醇)、精馏脱吗啉塔和精馏脱重塔，最终获得N-甲酰吗啉产品。

反应温度的控制可以使用甲酸甲酯的物料进料量控制，反应热可充分利用于甲酸甲酯物料的加热和汽化。

在甲酸甲酯的汽化过程中，还可适当加入少量水及空气。试验表明，加入水和空气后能够进一步促进甲酸甲酯与吗啉的反应效率提升。