改进的制备三丙酮胺的方法
1.本发明涉及改进的制备三丙酮胺的方法。该方法包括实施吸收步骤，其中通过蒸馏从三丙酮胺中除去粗产物中存在的丙酮，然后以气态形式将其以逆流吸收到新鲜的液态丙酮中。然后将由此获得的丙酮料流进一步转化为三丙酮胺。该方法能够使三丙酮胺合成中使用的未反应的反应物能够更有效地再利用，从而总体上降低了反应物的使用和能量消耗。
背景技术：
2.三丙酮胺(2,2,6,6
‑
四甲基
‑4‑
哌啶酮；cas号：826
‑
36
‑
8；在下文中，“taa”)是重要的化学中间体，用于合成许多衍生产物，例如光稳定剂(受阻胺光稳定剂；[hals])、氧化剂和聚合调节剂(例如硝酰基)。
[0003]
由丙酮和氨制备三丙酮胺的方法已经以各种形式的方法记载。这包括由反应物直接(单步)合成taa的制备方法，例如在de 24 29 937 a1、us4,536,581 a、jps54
‑
88275 a或zeitschrift f
ü
r naturforschung1976、328
‑
337和338
‑
345中所述的方法，以及通过丙酮宁(acetonin)(2,2,4,4,6
‑
五甲基
‑
1,2,5,6
‑
四氢嘧啶)间接(两步)合成的方法，例如在de 24 29 935 a1或de 2429 936 a1中所述的方法，或经由佛尔酮(2,6
‑
二甲基
‑
2,5
‑
庚二烯
‑4‑
酮)，例如在de 2 352 127 a1中所述的。在经由丙酮宁的两步taa合成中，丙酮宁首先由丙酮和氨形成，然后在随后的步骤中进一步反应，除去一当量的氨，得到taa。但是，在经由丙酮宁的合成方法的情况中，虽然两种物质(taa和丙酮宁)总是同时形成，但是丙酮宁的形成在动力学上大大优于taa的形成。在“单步”taa合成中，丙酮宁只是没有被分离出来。
[0004]
原则上，无论是均相催化(主要用铵盐)还是非均相催化(例如在酸性离子交换剂上)，taa的制备均是同样可行的。
[0005]
现有技术的大多数文献都涉及均相催化反应。在这种情况下，最常提及的是氯化钙(例如，在chemical industries 2003，89，559
‑
564；zeitschrift f
ü
rnaturforschung 1976，328
‑
337和338
‑
345中)、氯化铵(例如在jp 2003
‑
206277a；jp 2001
‑
31651 a；jph4
‑
154762 a中)以及肼衍生物(例如在jps54
‑
88275a、jps54
‑
112873 a中)。但是，当使用这些催化剂时出现了问题。例如，使用氯化钙的缺点是反应非常缓慢。在使用氯化铵的情况下，反应速率较高，但是所使用的氯化物对于钢表现出高腐蚀性。另一方面，肼衍生物表现出非常高的毒性。
[0006]
除此之外，例如在cn108 383 704 a、ep 3 663 284 a1、de 28 07 172 a1和cn 103224465 a中也描述了在非均相催化剂上的反应。
[0007]
通常在基质中制备taa，其中丙酮过量存在，并同时作为反应参与物和溶剂。因此，在反应结束时得到粗产物，除了taa外，还含有大比例的丙酮、未反应的氨、由冷凝形成的水，以及在均相催化过程中的催化剂。此外，还存在其他次级组分，例如无环缩合产物(例如二丙酮醇、双丙酮胺、异亚丙基丙酮(mesityl oxide)、佛尔酮等)、环状缩合产物[例如丙酮宁、2,2,4,6
‑
四甲基
‑
2,3
‑
二氢吡啶(以下简称“tmdh
‑
吡啶”)]或更高分子量的缩合产物(“高沸点化合物”)。
[0008]
一些无环的加成和缩合产物(例如二丙酮醇[4
‑
羟基
‑4‑
甲基戊
‑2‑
酮]、双丙酮胺[4
‑
氨基
‑4‑
甲基戊
‑2‑
酮]、异亚丙基丙酮[4
‑
甲基戊
‑3‑
烯
‑2‑
酮]、佛尔酮等)可代替丙酮作为反应物与氨反应得到taa，其例如用于包括内部循环料流的方法中。
[0009]
例如在de 28 07 172 a1中描述了这种方法内部的再循环料流。如在de 28 07 172 a1的实施例5a和6a中所述，为此目的，通过蒸馏分离taa粗产物的各个组分，然后将反应性组分丙酮和异亚丙基丙酮再用作反应物。
[0010]
为此，将来自taa合成的粗产物加热，并除去各个组分，分别冷凝并再循环回去。这涉及高能量消耗，并且还导致丙酮损失，这种损失必须通过向系统中添加新鲜丙酮来补偿。
[0011]
因此，需要一种高效的合成taa的方法，该方法不存在上述问题，并且尤其是能够简单、高能量并因此高效地再利用在taa反应中没有反应的丙酮。
[0012]
现在出人意料地发现了实现该目的的方法。
具体实施方式
[0013]
出人意料地发现，通过将从taa制备的粗产物中除去的过量丙酮与新鲜丙酮一起进料返回到该方法中，可以获得特别高效的制备taa的方法。为此，将丙酮从粗产物中除去并以气态形式逆流吸收到新鲜丙酮中。该方法避免了复杂的除去步骤，尤其是避免了丙酮的能量密集的冷凝，因此与常规方法相比，使得能够以较低的能量消耗再利用过量的丙酮。
[0014]
因此，根据本发明的方法是制备三丙酮胺的方法，优选是连续的方法，其包括以下步骤：
[0015]
(a)在催化剂k1的存在下，使丙酮料流s
acl
与氨料流s
am1
反应，得到包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
，
[0016]
(b)从s
rp1
中至少部分蒸馏除去丙酮，以获得包含丙酮的气态料流s
ac2
，
[0017]
(c)将气态料流s
ac2
以逆流至少部分吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，以获得液态丙酮料流s
ac4
，
[0018]
(d)重复步骤(a)，其中所述丙酮料流s
ac4
被用作所述丙酮料流s
ac1
。
[0019]
1.步骤(a)
[0020]
在根据本发明的方法的步骤(a)中，在催化剂k1的存在下，使丙酮料流s
acl
与氨料流s
am1
反应，得到包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
。
[0021]
在该方法中获得包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
。因此，除了所需产物taa之外，其还包含未反应的丙酮。粗产物料流s
rp1
可能还包含未反应的氨和副产物。可能的副产物尤其是异亚丙基丙酮。异亚丙基丙酮是最简单的缩合产物，其总是在氨和丙酮反应以生成taa中，通过两分子丙酮的羟醛缩合(aldol comdensation)反应形成，至少是少量形成。在步骤(a)的反应中还形成了丙酮与其自身或氨的较高分子量的缩合产物，因此尤其包括在粗产物料流s
rp1
中。这些主要是副产物，其选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮。
[0022]
与本发明的整个方法一样，步骤(a)中的反应优选地连续进行。
[0023]
在连续操作中，优选地在反应温度下将所有化学品同时计量加入。在连续操作中，可以使用本领域技术人员已知的任何反应器，例如连续流管、连续搅拌罐、搅拌罐级联，以及这些单独元件的可能组合。在这种情况下，优选使用具有内部或外部回路的一个或多个
反应器的组合，然后使用具有流管特性的后反应器。
[0024]
连续操作中步骤(a)中的反应时间由反应物在反应器中的总停留时间给出，其范围为1至15小时，优选为3至9小时，特别优选为5至7小时。
[0025]
在步骤(a)中，氨在连续操作中的“体积空速”尤其为0.01至124.20h
‑1，优选为0.03至5.25h
‑1，最优选为0.06h
‑1(这对应于每小时和每体积反应器，流经该反应器的氨的体积，缩写为“lhsv”)。
[0026]
在步骤(a)中，丙酮在连续操作中的“体积空速”尤其为0.15至1.33h
‑1，优选为0.66至1.17h
‑1(这对应于每小时和每体积反应器，流经该反应器的丙酮的体积)。
[0027]
步骤(a)中的反应可以在另外的溶剂存在下或仅在丙酮中进行，即不添加另外的溶剂。在步骤(a)中使用溶剂的情况下，可使用不阻碍反应的所有溶剂。尤其是，可能的溶剂是脂族溶剂，优选戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、环己烷、四甲基硅烷；芳族溶剂，优选苯、甲苯、二甲苯；醚化合物，优选二乙醚、二丙醚、二丁醚、甲基叔丁基醚；卤代溶剂，优选二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷；醇，优选甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇；酯，优选乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯。特别优选地，步骤(a)中的反应在丙酮中进行，而无需添加其他溶剂。
[0028]
步骤(a)中的反应优选地在升高的温度下进行，尤其是在20℃至180℃的温度范围下，优选地在40℃至100℃的温度范围下，更优选地在55℃至90℃的温度范围下，甚至更优选地60℃至90℃的温度范围下，最优选地在75℃的温度下进行。
[0029]
步骤(a)中的反应尤其是在所述组分的自生压力下或在升高的压力下进行。因此，步骤(a)中的反应优选地在1至16巴的压力下进行，更优选地在1至15巴的压力下进行，甚至更优选地在7至14巴的压力下进行，甚至仍更优选地在12巴下进行。
[0030]
在根据本发明的方法的步骤(a)中，优选以纯物质，即以气体的形式计量加入氨，并且尤其是在反应期间溶解于丙酮中或溶解于反应混合物中而存在。
[0031]
优选在步骤(a)中以纯物质的形式计量加入丙酮。可选地，优选使用在先前执行的一轮根据本发明方法的步骤(b)中已经除去的丙酮，并按步骤(c)中所述进行再循环。
[0032]
此外，在步骤(a)中，不仅丙酮和氨，而且丙酮与其自身或氨的缩合产物也可能存在于丙酮料流s
ac1
中。这些缩合产物可能源自氨和丙酮反应生成taa的先前步骤。
[0033]
根据本发明的方法的步骤(a)在催化剂k1的存在下进行。可用的催化剂k1是现有技术中提及的用于这类反应的所有催化剂。催化剂k1在此可以是均相的或非均相的，但是其优选地是非均相的。
[0034]
合适的均相催化剂k1是现有技术中针对这种类型的反应描述的所有均相催化剂，例如布朗斯台德酸、这些酸的盐或路易斯酸，如ep 2 706 056a1中所述的。
[0035]
本发明上下文中的术语“布朗斯台德酸”尤其包括盐酸、硫酸、硝酸、有机酸(rcooh)或磺酸(rso3h)，其中r选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链的脂族、芳族、取代的或未取代的烃基。在本发明的上下文中，取代的烃基是被杂原子取代的烃基，尤其是被一个或多个
‑
oh、
‑
nh、
‑
cn、烷氧基和/或卤素基团取代的烃基，优选被一个或多个卤素基团取代的烃基，特别优选被一个或多个选自f、cl、br和i的基团取代，非常特别优选被一个或多个选自f和cl的基团取代。
[0036]
本发明上下文中的“布朗斯台德酸的盐”尤其是铵盐(即与氨、胺、肼、羟胺形成的
盐)或鏻盐(即与膦烷形成的盐)。在本发明上下文中，路易斯酸尤其是来自元素周期表的第4族或第13族的化合物，优选卤化物(alcl3、bf3、ticl4)、醇盐[al(or*)3、b(or*)3、ti(or*)4]或烷基化合物(例如alr*3)，其中r*选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链脂族、芳族、取代或未取代的烃基。
[0037]
在本发明的上下文中，路易斯酸也是路易斯酸性碱金属或碱土金属的盐(例如cacl2、mgcl2、licl)。
[0038]
其中k1是均相催化剂的情况下，优选所述催化剂选自铵盐，尤其是选自氨和强布朗斯台德酸的盐[例如盐酸、硫酸、硝酸、有机酸(r**cooh)或磺酸(r**so3h)，其中r**选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链脂族、芳族、取代的或未取代的烃基]。
[0039]
其中在k1为均相催化剂的情况下，优选所述催化剂为硝酸铵。硝酸铵的优点是便宜、无毒、无卤化物，因此腐蚀性较小。
[0040]
但是，所使用的催化剂k1优选地是非均相催化剂，尤其是如例如在de 28 07 172 a1、cn 103224465 a或de 10 2010 062 804 a1中所述的固体酸性催化剂。这些是实际上不溶于反应介质中的催化剂。为此，优选使用无机或有机的催化剂，其具有活性酸基团，优选磺酸酯基团或磷酸酯基团。术语“磺酸酯基团”和“磷酸酯基团”分别是指硫或磷原子通过氧原子键合到相应的载体上。不言而喻，在本发明的上下文中，磺酸酯基团具有酸性
“‑
os(o)oh”基团，而磷酸酯基团具有酸性
“‑
op(o)(oh)
2”基团，这些基团可以被去质子化为相应的
“‑
os(o)o
‑”
基团或
“‑
op(o)(o
‑
)
2”基团。
[0041]
因此，k1特别选自膨润土和/或蒙脱石类型的水合硅酸铝，基于沸石类型、丝光沸石类型、毛沸石类型的硅酸铝的无机离子交换剂，或者用磷酸在700℃至1100℃下处理的硅藻土，如ca 772 201中所述。
[0042]
特别优选用于k1的非均相催化剂是离子交换树脂，尤其是阳离子交换树脂。这些树脂优选是酸性的。
[0043]
适用于k1的离子交换树脂尤其包括那些具有无机基础(inorganic basis)(例如二氧化硅)或有机基础(organic basis)(例如聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚物，诸如苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物)、优选地具有有机基础的树脂，并且具有质子酸基团，尤其是烷基磺酸酯基团、磺酸酯基团(
‑
so3‑
)、磷酸酯基团，尤其是磺酸酯基团。
[0044]
用于k1的特别优选的非均相催化剂选自以下组：
[0045]
‑
具有聚合物树脂的催化剂，尤其是聚苯乙烯或苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物，优选聚苯乙烯，和质子酸，尤其是
‑
so3基团作为官能团(可商购获得的有amberlyst 15、amberlite 200、lewatit sp 120或lewatit k2621)；另外还可以使用cas号：28210
‑
41
‑
5的聚苯乙烯磺酸盐；
[0046]
‑
具有质子酸、尤其是聚合物形式的磺酸的催化剂，并且可以是全氟化的(在de 10 2010 062 804 a1、us 4,831,146中所述)。例如，这可以是磺化的四氟乙烯(cas号：31175
‑
20
‑
9)或以二氧化硅为载体材料的聚合物形式的固体负载的全氟化磺酸。此类催化剂的商品名尤其有f、f。优选的催化剂是sac
‑
13。sac
‑
13包含多孔二氧化硅颗粒，sac
‑
13以约13重量％的负载吸附在所述颗粒上；
[0047]
‑
聚(2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙烷磺酸)，以来自lubrizol的市售。
[0048]
最优选使用的催化剂k1是非均相催化剂，其具有聚合物树脂，尤其是聚苯乙烯或苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物，优选聚苯乙烯，和质子酸，尤其是
‑
so3基团作为官能团(可商购的有amberlyst 15、amberlite 200、lewatit sp120和lewatit k2621)。
[0049]
根据本发明的方法的步骤(a)中反应物的使用比例可以在很宽的范围内选择；相对于氨，丙酮特别过量使用。优选地，步骤(a)中使用的丙酮与步骤(a)中使用的氨的摩尔比为3:1至20:1，优选为6:1至10:1的比例，特别优选为7:1的比例。
[0050]
催化剂k1的使用量没有特别限制，可以由本领域技术人员确定。通常，如果催化剂是均相催化剂，选自布朗斯台德酸、这些酸的盐，或路易斯酸，优选铵盐，甚至更优选硝酸铵，则氨与催化剂、优选硝酸铵的摩尔比可以在1:0.8至1:0.02的范围内。非常特别优选地，丙酮:氨:硝酸铵的摩尔比在7至8:0.9至1.1:0.085至0.098的范围内。
[0051]
在优选的实施方案中，其中将固体酸性离子交换剂用于k1，后者可以用作固定床，例如其量为基于步骤(a)中使用的丙酮的总量的10％至20％体积，以及
‑
如果这样使用的话，则是异亚丙基丙酮。
[0052]
在根据本发明的方法的步骤(a)之后，然后获得粗产物料流s
rp1
，该粗产物料流s
rp1
除了所需的三丙酮胺产物之外，还包含最初使用的反应物丙酮，以及还可能包含氨和可能的异亚丙基丙酮作为副产物，并且可能包含至少一种选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮的副产物，优选选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮的副产物。
[0053]
rp1中taa、丙酮、异亚丙基丙酮、水和所述副产物的比例不受进一步限制，并且由化学计量和特定的反应条件决定。每种化合物的比例可以通过gc确定。例如，在反应之后，存在如下混合物，该混合物含有55重量％至60重量％的丙酮、10重量％的异亚丙基丙酮、5重量％至6重量％的tmdh
‑
吡啶、4重量％至6重量％的双丙酮胺、二丙酮醇和佛尔酮的总和、14重量％至16重量％的taa、和3重量％至4重量％的沸点高于taa的组分(例如异佛尔酮)，并且水的比例为7重量％。
[0054]
2.步骤(b)
[0055]
在根据本发明的方法的步骤(b)中，从s
rp1
中至少部分除去丙酮。这是通过蒸馏进行的，优选在蒸馏塔中进行。
[0056]
这产生了包含丙酮的气态料流s
ac2
。s
ac2
可能还包含氨和/或异亚丙基丙酮。如果粗产物料流s
rp1
包含氨，则s
ac2
优选还包含氨。
[0057]
还任选地在步骤(b)期间或之前去除催化剂k1，优选在步骤(b)之前进行。这可以通过添加碱来完成。例如，如果k1是铵盐，则添加naoh，然后除去随后沉淀出来的硝酸钠。
[0058]
当使用非均相催化剂时，单独的纯化步骤变得多余或至少明显更简化，因为例如当使用固定床催化剂时，该催化剂保留在反应器中，或者在其他情况下可以保留在反应罐中和/或可以通过过滤除去。同样出于这个原因，对于k1优选使用非均相催化剂。
[0059]
步骤(b)尤其是在0.5至2巴的压力下进行，优选在标准压力下进行。
[0060]
步骤(b)优选地在高于丙酮和异亚丙基丙酮的沸点但低于典型副产物的沸点的温度下进行，这是当其低于二丙酮醇的沸点时的情况，二丙酮醇是通常副产物中最低沸点的。
[0061]
甚至更优选地，步骤(b)在高于丙酮的沸点但低于异亚丙基丙酮沸点的温度下进行(并且因此也低于二丙酮醇、双丙酮胺、tmdh
‑
吡啶、丙酮宁、佛尔酮、三丙酮胺和异佛尔酮的沸点)。
[0062]
典型副产物二丙酮醇(cas号123
‑
42
‑
2；标准压力下的沸点：166℃)、丙酮宁(cas号556
‑
72
‑
9；沸点～170℃)、双丙酮胺(cas号625
‑
04
‑
7，沸点～180℃)、佛尔酮(cas编号504
‑
20
‑
1；标准压力下的沸点：197℃)的沸点在丙酮(cas号67
‑
64
‑
1；标准压力下的沸点：56℃)或异亚丙基丙酮(cas号141
‑
79
‑
7；标准压力下的沸点：130℃)和taa(标准压力下的沸点：205℃)的沸点之间，在异佛尔酮的情况下(cas号78
‑
59
‑
1；标准压力下的沸点：215℃)甚至比这更高。
[0063]
由于氨的沸点低于丙酮的沸点，因此在步骤(b)中可以将可能在粗产物料流s
rp1
中存在的氨也与丙酮一起除去。在该实施方案中，获得的气态料流s
ac2
除了丙酮以外还包含氨。但是，这是有利的，因为在随后的步骤(c)中，氨也被吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，因此需要将较少的新鲜氨送入到系统中。
[0064]
在本发明的优选实施方案中，在根据步骤(b)从粗产物料流s
rp1
中蒸馏除去丙酮之前和/或期间，将水加入到粗产物料流s
rp1
中，并且粗产物料流s
rp1
中的至少一种副产物至少部分与水反应，使得粗产物料流s
rp1
中的至少一种副产物至少部分裂解成丙酮，所述副产物选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮。这甚至进一步提高了根据本发明的方法的效率，因为因此获得了更多更容易去除的丙酮。
[0065]
在优选的实施方案中，在步骤(b)中发生的从s
rp1
中蒸馏除去丙酮之前和/或期间，向s
rp1
中添加水。不言而喻，“在从s
rp1
中除去丙酮之前”加水意味着该时间点在步骤(a)和(b)之间，因为只有在步骤(a)之后才获得粗产物s
rp1
。
[0066]
添加水将平衡从副产物一侧转移到这些相同副产物的裂解产物一侧，也就是说除了丙酮之外，主要是异亚丙基丙酮。由步骤(a)中的反应产生的并且可能至少在某种程度上仍存在于s
rp1
中的水不足以充分确保这种平衡的转移。相反，有必要向s
rp1
中加入至少一定量额外的水，以将后续反应中的平衡转移到所需产物丙酮的一侧。
[0067]
尤其是，在根据本发明方法的该优选实施方案中，水的加入量≥0.1重量％，优选≥0.5重量％，更优选≥1重量％，甚至更优选≥5重量％，更优选仍在5重量％至40重量％的范围内，甚至更优选仍在10重量％至20重量％的范围内，在每种情况下都基于s
rp1
中包含的佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮的总重量。该比例可由本领域技术人员使用气相色谱法来确定。s
rp1
的总重量可通过测定流速(质量流量计)在连续过程中来测定。
[0068]
可选地，在根据本发明方法的该优选实施方案中，水的加入量可以≥1重量％，优选≥3重量％，更优选≥4重量％，甚至更优选≥5重量％，更优选仍在5重量％至40重量％的范围内，甚至更优选仍在10重量％至20重量％的范围内，在每种情况下都基于本发明方法步骤(a)中使用的丙酮量的总重量。
[0069]
在优选的实施方案中，加入的水与s
rp1
中的至少一种副产物(选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮)反应来生成丙酮可以在本领域技术人员熟悉的条件下进行。这包括将副产物水解成丙酮。为此目的的温度范围尤其是<205℃，优选<204℃，更优选在30℃至200℃的范围内，甚至更优
选在70℃至185℃的范围内。
[0070]
优选地，根据本发明方法优选的实施方案，将水加入到s
rp1
中，同时在步骤(b)中，通过蒸馏将丙酮至少部分地从s
rp1
中除去。
[0071]
当在步骤(b)中从s
rp1
中至少部分蒸馏除去丙酮是在蒸馏塔中实施时，该实施方案甚至是更优选的。
[0072]
甚至更优选地，在该优选实施方案中，加入的水与s
rp1
中的至少一种副产物(选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮)反应生成丙酮在气相中实施。
[0073]
在这种情况下，尤其是在蒸馏去除过程中将水供给到蒸馏塔中，例如通过将水送入蒸馏塔中或者通过向蒸馏塔中加入蒸汽。副产物二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮中的至少一种，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮的副产物与水反应生成丙酮在蒸馏塔中进行。
[0074]
已经证明该实施方案是特别有利的，因为该实施方案特别好地确保了次级组分以受控的方式分解，并且抑制了taa的不期望的逆反应。这一点尤其得到了很好的保证，因此优选的是，当步骤(b)中蒸馏使用的温度范围低于taa的沸点时，尤其是压力为标准压力时，优选在标准压力下<205℃，更优选在标准压力下<204℃，甚至更优选在标准压力下在30℃至200℃的范围内，甚至仍更优选在标准压力下在70℃至185℃的范围内。
[0075]
从根据本发明的方法的步骤(b)的蒸馏残余物中除去taa可以另外通过结晶、蒸馏、优选地采用蒸馏来进行，甚至更优选地在下游蒸馏塔中进行。
[0076]
3.步骤(c)
[0077]
然后，本发明包括至少部分地将步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。
[0078]
在本发明的上下文中，“至少部分地”是指在步骤(c)中，将在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的全部或仅一部分丙酮以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。优选地，在步骤(c)中，在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中只有一部分丙酮被吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，并且剩余部分被冷凝。在该优选实施方案中，在步骤(c)中，将更优选1重量％至99重量％，更优选20重量％至90重量％，甚至更优选30重量％至80重量％，甚至仍更优选50重量％至70重量％的在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的丙酮冷凝，并且将在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的剩余丙酮以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。
[0079]
丙酮料流s
ac3
通常是丙酮，由于生成taa中的反应消耗，因此必须将丙酮添加到系统中。
[0080]
与常规方法不同的是，在常规方法中，将从粗产物中蒸馏出的丙酮进行冷凝，然后可能再送回该方法，这具有以下优点：可以很容易地回收丙酮，并且不必施加用于冷凝和循环从粗产物料流s
rp1
中分离出来的丙酮的能量。
[0081]
步骤(c)优选地在本领域技术人员已知的气体洗涤器(汽提器)中进行。
[0082]
在步骤(c)中，尤其是，通常将液态丙酮料流s
ac3
从顶部引导至底部，同时将气态料流s
ac2
至少部分地以相反方向引导并接触液态丙酮料流s
ac3
，使得液态丙酮料流s
ac3
至少部分地吸收气态料流s
ac2
。
[0083]
在步骤(c)中，气态料流s
ac2
的温度优选地比相应压力下丙酮的沸点高至少1℃，因
此在标准压力下，尤其是在57℃至100℃的范围内，优选在58℃至80℃的范围内，更优选在59℃至70℃的范围内，甚至更优选在60℃至65℃的范围内。
[0084]
在步骤(c)中，液态丙酮料流s
ac3
的温度优选地比在相应压力下丙酮的沸点低至少10℃，因此在标准压力下尤其是在
‑
10℃至40℃的范围内，更优选在0℃至30℃的范围内，更优选在5℃至25℃的范围内，甚至更优选在8℃至20℃的范围内，甚至更优选在10℃至15℃的范围内，最优选在12℃下。
[0085]
这最佳地保证了在步骤(c)之后获得的丙酮料流s
ac4
是液体，并且同时不必将蒸馏后的气态料流s
ac2
如此大幅度地冷却，这将需要更高的能量消耗。
[0086]
在根据本发明的方法的步骤(c)之后，然后获得液态丙酮料流s
ac4
，其由液态丙酮料流s
ac3
和从气态料流s
ac2
吸收的丙酮组成。
[0087]
4.步骤(d)
[0088]
在根据本发明的方法的步骤(d)中，然后如在步骤(a)中所述，在进一步反应中使液态丙酮料流s
ac4
再次与氨料流s
am1
反应。
[0089]
下列实施例旨在说明本发明而不是限制本发明。
[0090]
实施例1(根据本发明)
[0091]
用lewatit k2621(来自lanxess的具有
‑
so3‑
作为官能团的聚苯乙烯催化剂)填充两个串联连接的圆柱形反应器，使得该催化剂材料被布置为由上方和下方的筛网界定。在水湿润状态下，催化剂的床体积分别为600ml。向反应器连续加入630g/h的丙酮和25g/h的氨。将温度设定为75℃，压力设定为14巴。进料中总共有961.83g(16.58mol)丙酮。lhsv(液时空速，即相对于反应器的体积，每小时加入的反应物的体积)对于氨为0.03至0.06h
‑1，对于丙酮为0.66至1.33h
‑1。
[0092]
将1kg的反应器产物与基于所用丙酮的量的3重量％至5重量％的水混合，然后通过在标准压力下在精馏塔上蒸馏后处理。
[0093]
在此进行蒸馏足够的时间以除去所有低沸物(丙酮、异亚丙基丙酮、二丙酮醇、双丙酮胺)；但是，将tmdh
‑
吡啶和taa以及其他形成的高沸点化合物作为废产物或有价值的产物从底部除去。诸如丙酮宁和佛尔酮等中间沸点化合物尽可能地水解成低沸组分，因此可除去。
[0094]
使在蒸馏塔中除去的丙酮以气态形式在汽提器中逆流与温度为12℃的新鲜丙酮的液流一起通过。在该方法中，将气态丙酮吸收到液态丙酮中，并将其后获得的液态混合料流引入反应器中，进一步转化为taa。
[0095]
与单独冷凝去除的丙酮并与添加的新鲜丙酮混合相比，该过程显著降低了能量消耗。
[0096]
这种节能使方法效率显著提高。
[0097]
比较例
[0098]
(不是根据本发明，对应于公开说明书de 28 07 172 a1的实施例5/5a)。
[0099]
用sp 120填充圆柱形反应器，使得催化剂材料在两层粘土raschig环之间通过筛网分开布置。在潮湿状态下，催化剂的总体积为650ml，但用丙酮处理后收缩至500ml。通过电加热使反应器达到100℃的反应温度，然后连续加入1000ml/h的丙酮和50ml/h的氨，将两种反应物以液态形式从储罐泵入下部反应器部分。反应产物以液态形式从上部
反应器部分进入分离器，并从分离器中连续抽出；用惰性气体(hp)将系统保持在70巴的压力下。
[0100]
如de 28 07 172 a1的第12页所述，通过蒸馏分离粗产物来进行粗产物的蒸馏后处理。包含丙酮、异亚丙基丙酮和氨(作为双丙酮胺的分解产物)的前三个馏分与作为反应物的新鲜丙酮一起使用。
[0101]
如de 28 07 172 a1中所述，在连续操作过程中确定的所得粗产物的组成：64.5重量％的丙酮、4.6重量％的异亚丙基丙酮、4.0重量％的双丙酮胺、7.6重量％的含氮中间体馏分、18.8重量％的三丙酮胺和0.5重量％的高沸点化合物。
[0102]
连续实施，通过该实施方案获得69.9％的taa产率(基于总共使用的丙酮量和转化率)。
[0103]
实施例2(根据本发明)
[0104]
重复比较例中描述的过程，区别如下：
[0105]
将对应于前三个馏分的馏出物料流与新鲜的、冷却的丙酮逆流混合，然后再用作反应物。当连续实施该方法时，确定了粗产物组成：63.5重量％的丙酮、10.4重量％的异亚丙基丙酮、6.3重量％的双丙酮胺、4.9重量％的含氮中间体馏分、13.7重量％的三丙酮胺和1.2重量％的高沸点化合物。
[0106]
因此，出人意料地发现，虽然粗产物中的taa浓度低于根据比较实施例的粗产物中的浓度，但是taa的总收率(基于总共使用的丙酮量和转化率)增加至73.6％。
[0107]
据推测其原因是，与比较例的粗产物相比，实施例2的粗产物具有更高比例的产物，例如异亚丙基丙酮、丙酮和双丙酮胺，它们可作为反应物重复使用。此外，根据实施例2的粗产物中含氮中间体馏分的比例低于在比较例中获得的粗产物中的比例。这些含氮中间体(即较高分子量的产物，诸如tmdh
‑
吡啶)不能再次用作反应物，因此在进一步的反应中会损失掉。
[0108]
在根据本发明的方法中，与现有技术的方法相比，尤其是与de 28 07172a1的方法相比，在粗产物中相应地获得了有利范围的副产物。同时，结果，可以以简单、节能的方式将更高比例的可再利用副产物再次供给到反应中。基于丙酮的总用量，这将得到更高的taa产率。
1.本发明涉及改进的制备三丙酮胺的方法。该方法包括实施吸收步骤，其中通过蒸馏从三丙酮胺中除去粗产物中存在的丙酮，然后以气态形式将其以逆流吸收到新鲜的液态丙酮中。然后将由此获得的丙酮料流进一步转化为三丙酮胺。该方法能够使三丙酮胺合成中使用的未反应的反应物能够更有效地再利用，从而总体上降低了反应物的使用和能量消耗。
背景技术：
2.三丙酮胺(2,2,6,6
‑
四甲基
‑4‑
哌啶酮；cas号：826
‑
36
‑
8；在下文中，“taa”)是重要的化学中间体，用于合成许多衍生产物，例如光稳定剂(受阻胺光稳定剂；[hals])、氧化剂和聚合调节剂(例如硝酰基)。
[0003]
由丙酮和氨制备三丙酮胺的方法已经以各种形式的方法记载。这包括由反应物直接(单步)合成taa的制备方法，例如在de 24 29 937 a1、us4,536,581 a、jps54
‑
88275 a或zeitschrift f
ü
r naturforschung1976、328
‑
337和338
‑
345中所述的方法，以及通过丙酮宁(acetonin)(2,2,4,4,6
‑
五甲基
‑
1,2,5,6
‑
四氢嘧啶)间接(两步)合成的方法，例如在de 24 29 935 a1或de 2429 936 a1中所述的方法，或经由佛尔酮(2,6
‑
二甲基
‑
2,5
‑
庚二烯
‑4‑
酮)，例如在de 2 352 127 a1中所述的。在经由丙酮宁的两步taa合成中，丙酮宁首先由丙酮和氨形成，然后在随后的步骤中进一步反应，除去一当量的氨，得到taa。但是，在经由丙酮宁的合成方法的情况中，虽然两种物质(taa和丙酮宁)总是同时形成，但是丙酮宁的形成在动力学上大大优于taa的形成。在“单步”taa合成中，丙酮宁只是没有被分离出来。
[0004]
原则上，无论是均相催化(主要用铵盐)还是非均相催化(例如在酸性离子交换剂上)，taa的制备均是同样可行的。
[0005]
现有技术的大多数文献都涉及均相催化反应。在这种情况下，最常提及的是氯化钙(例如，在chemical industries 2003，89，559
‑
564；zeitschrift f
ü
rnaturforschung 1976，328
‑
337和338
‑
345中)、氯化铵(例如在jp 2003
‑
206277a；jp 2001
‑
31651 a；jph4
‑
154762 a中)以及肼衍生物(例如在jps54
‑
88275a、jps54
‑
112873 a中)。但是，当使用这些催化剂时出现了问题。例如，使用氯化钙的缺点是反应非常缓慢。在使用氯化铵的情况下，反应速率较高，但是所使用的氯化物对于钢表现出高腐蚀性。另一方面，肼衍生物表现出非常高的毒性。
[0006]
除此之外，例如在cn108 383 704 a、ep 3 663 284 a1、de 28 07 172 a1和cn 103224465 a中也描述了在非均相催化剂上的反应。
[0007]
通常在基质中制备taa，其中丙酮过量存在，并同时作为反应参与物和溶剂。因此，在反应结束时得到粗产物，除了taa外，还含有大比例的丙酮、未反应的氨、由冷凝形成的水，以及在均相催化过程中的催化剂。此外，还存在其他次级组分，例如无环缩合产物(例如二丙酮醇、双丙酮胺、异亚丙基丙酮(mesityl oxide)、佛尔酮等)、环状缩合产物[例如丙酮宁、2,2,4,6
‑
四甲基
‑
2,3
‑
二氢吡啶(以下简称“tmdh
‑
吡啶”)]或更高分子量的缩合产物(“高沸点化合物”)。
[0008]
一些无环的加成和缩合产物(例如二丙酮醇[4
‑
羟基
‑4‑
甲基戊
‑2‑
酮]、双丙酮胺[4
‑
氨基
‑4‑
甲基戊
‑2‑
酮]、异亚丙基丙酮[4
‑
甲基戊
‑3‑
烯
‑2‑
酮]、佛尔酮等)可代替丙酮作为反应物与氨反应得到taa，其例如用于包括内部循环料流的方法中。
[0009]
例如在de 28 07 172 a1中描述了这种方法内部的再循环料流。如在de 28 07 172 a1的实施例5a和6a中所述，为此目的，通过蒸馏分离taa粗产物的各个组分，然后将反应性组分丙酮和异亚丙基丙酮再用作反应物。
[0010]
为此，将来自taa合成的粗产物加热，并除去各个组分，分别冷凝并再循环回去。这涉及高能量消耗，并且还导致丙酮损失，这种损失必须通过向系统中添加新鲜丙酮来补偿。
[0011]
因此，需要一种高效的合成taa的方法，该方法不存在上述问题，并且尤其是能够简单、高能量并因此高效地再利用在taa反应中没有反应的丙酮。
[0012]
现在出人意料地发现了实现该目的的方法。
具体实施方式
[0013]
出人意料地发现，通过将从taa制备的粗产物中除去的过量丙酮与新鲜丙酮一起进料返回到该方法中，可以获得特别高效的制备taa的方法。为此，将丙酮从粗产物中除去并以气态形式逆流吸收到新鲜丙酮中。该方法避免了复杂的除去步骤，尤其是避免了丙酮的能量密集的冷凝，因此与常规方法相比，使得能够以较低的能量消耗再利用过量的丙酮。
[0014]
因此，根据本发明的方法是制备三丙酮胺的方法，优选是连续的方法，其包括以下步骤：
[0015]
(a)在催化剂k1的存在下，使丙酮料流s
acl
与氨料流s
am1
反应，得到包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
，
[0016]
(b)从s
rp1
中至少部分蒸馏除去丙酮，以获得包含丙酮的气态料流s
ac2
，
[0017]
(c)将气态料流s
ac2
以逆流至少部分吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，以获得液态丙酮料流s
ac4
，
[0018]
(d)重复步骤(a)，其中所述丙酮料流s
ac4
被用作所述丙酮料流s
ac1
。
[0019]
1.步骤(a)
[0020]
在根据本发明的方法的步骤(a)中，在催化剂k1的存在下，使丙酮料流s
acl
与氨料流s
am1
反应，得到包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
。
[0021]
在该方法中获得包含三丙酮胺、丙酮的粗产物料流s
rp1
。因此，除了所需产物taa之外，其还包含未反应的丙酮。粗产物料流s
rp1
可能还包含未反应的氨和副产物。可能的副产物尤其是异亚丙基丙酮。异亚丙基丙酮是最简单的缩合产物，其总是在氨和丙酮反应以生成taa中，通过两分子丙酮的羟醛缩合(aldol comdensation)反应形成，至少是少量形成。在步骤(a)的反应中还形成了丙酮与其自身或氨的较高分子量的缩合产物，因此尤其包括在粗产物料流s
rp1
中。这些主要是副产物，其选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮。
[0022]
与本发明的整个方法一样，步骤(a)中的反应优选地连续进行。
[0023]
在连续操作中，优选地在反应温度下将所有化学品同时计量加入。在连续操作中，可以使用本领域技术人员已知的任何反应器，例如连续流管、连续搅拌罐、搅拌罐级联，以及这些单独元件的可能组合。在这种情况下，优选使用具有内部或外部回路的一个或多个
反应器的组合，然后使用具有流管特性的后反应器。
[0024]
连续操作中步骤(a)中的反应时间由反应物在反应器中的总停留时间给出，其范围为1至15小时，优选为3至9小时，特别优选为5至7小时。
[0025]
在步骤(a)中，氨在连续操作中的“体积空速”尤其为0.01至124.20h
‑1，优选为0.03至5.25h
‑1，最优选为0.06h
‑1(这对应于每小时和每体积反应器，流经该反应器的氨的体积，缩写为“lhsv”)。
[0026]
在步骤(a)中，丙酮在连续操作中的“体积空速”尤其为0.15至1.33h
‑1，优选为0.66至1.17h
‑1(这对应于每小时和每体积反应器，流经该反应器的丙酮的体积)。
[0027]
步骤(a)中的反应可以在另外的溶剂存在下或仅在丙酮中进行，即不添加另外的溶剂。在步骤(a)中使用溶剂的情况下，可使用不阻碍反应的所有溶剂。尤其是，可能的溶剂是脂族溶剂，优选戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、环己烷、四甲基硅烷；芳族溶剂，优选苯、甲苯、二甲苯；醚化合物，优选二乙醚、二丙醚、二丁醚、甲基叔丁基醚；卤代溶剂，优选二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷；醇，优选甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇；酯，优选乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯。特别优选地，步骤(a)中的反应在丙酮中进行，而无需添加其他溶剂。
[0028]
步骤(a)中的反应优选地在升高的温度下进行，尤其是在20℃至180℃的温度范围下，优选地在40℃至100℃的温度范围下，更优选地在55℃至90℃的温度范围下，甚至更优选地60℃至90℃的温度范围下，最优选地在75℃的温度下进行。
[0029]
步骤(a)中的反应尤其是在所述组分的自生压力下或在升高的压力下进行。因此，步骤(a)中的反应优选地在1至16巴的压力下进行，更优选地在1至15巴的压力下进行，甚至更优选地在7至14巴的压力下进行，甚至仍更优选地在12巴下进行。
[0030]
在根据本发明的方法的步骤(a)中，优选以纯物质，即以气体的形式计量加入氨，并且尤其是在反应期间溶解于丙酮中或溶解于反应混合物中而存在。
[0031]
优选在步骤(a)中以纯物质的形式计量加入丙酮。可选地，优选使用在先前执行的一轮根据本发明方法的步骤(b)中已经除去的丙酮，并按步骤(c)中所述进行再循环。
[0032]
此外，在步骤(a)中，不仅丙酮和氨，而且丙酮与其自身或氨的缩合产物也可能存在于丙酮料流s
ac1
中。这些缩合产物可能源自氨和丙酮反应生成taa的先前步骤。
[0033]
根据本发明的方法的步骤(a)在催化剂k1的存在下进行。可用的催化剂k1是现有技术中提及的用于这类反应的所有催化剂。催化剂k1在此可以是均相的或非均相的，但是其优选地是非均相的。
[0034]
合适的均相催化剂k1是现有技术中针对这种类型的反应描述的所有均相催化剂，例如布朗斯台德酸、这些酸的盐或路易斯酸，如ep 2 706 056a1中所述的。
[0035]
本发明上下文中的术语“布朗斯台德酸”尤其包括盐酸、硫酸、硝酸、有机酸(rcooh)或磺酸(rso3h)，其中r选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链的脂族、芳族、取代的或未取代的烃基。在本发明的上下文中，取代的烃基是被杂原子取代的烃基，尤其是被一个或多个
‑
oh、
‑
nh、
‑
cn、烷氧基和/或卤素基团取代的烃基，优选被一个或多个卤素基团取代的烃基，特别优选被一个或多个选自f、cl、br和i的基团取代，非常特别优选被一个或多个选自f和cl的基团取代。
[0036]
本发明上下文中的“布朗斯台德酸的盐”尤其是铵盐(即与氨、胺、肼、羟胺形成的
盐)或鏻盐(即与膦烷形成的盐)。在本发明上下文中，路易斯酸尤其是来自元素周期表的第4族或第13族的化合物，优选卤化物(alcl3、bf3、ticl4)、醇盐[al(or*)3、b(or*)3、ti(or*)4]或烷基化合物(例如alr*3)，其中r*选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链脂族、芳族、取代或未取代的烃基。
[0037]
在本发明的上下文中，路易斯酸也是路易斯酸性碱金属或碱土金属的盐(例如cacl2、mgcl2、licl)。
[0038]
其中k1是均相催化剂的情况下，优选所述催化剂选自铵盐，尤其是选自氨和强布朗斯台德酸的盐[例如盐酸、硫酸、硝酸、有机酸(r**cooh)或磺酸(r**so3h)，其中r**选自饱和的、不饱和的、支链的、非支链的、闭环的、开链脂族、芳族、取代的或未取代的烃基]。
[0039]
其中在k1为均相催化剂的情况下，优选所述催化剂为硝酸铵。硝酸铵的优点是便宜、无毒、无卤化物，因此腐蚀性较小。
[0040]
但是，所使用的催化剂k1优选地是非均相催化剂，尤其是如例如在de 28 07 172 a1、cn 103224465 a或de 10 2010 062 804 a1中所述的固体酸性催化剂。这些是实际上不溶于反应介质中的催化剂。为此，优选使用无机或有机的催化剂，其具有活性酸基团，优选磺酸酯基团或磷酸酯基团。术语“磺酸酯基团”和“磷酸酯基团”分别是指硫或磷原子通过氧原子键合到相应的载体上。不言而喻，在本发明的上下文中，磺酸酯基团具有酸性
“‑
os(o)oh”基团，而磷酸酯基团具有酸性
“‑
op(o)(oh)
2”基团，这些基团可以被去质子化为相应的
“‑
os(o)o
‑”
基团或
“‑
op(o)(o
‑
)
2”基团。
[0041]
因此，k1特别选自膨润土和/或蒙脱石类型的水合硅酸铝，基于沸石类型、丝光沸石类型、毛沸石类型的硅酸铝的无机离子交换剂，或者用磷酸在700℃至1100℃下处理的硅藻土，如ca 772 201中所述。
[0042]
特别优选用于k1的非均相催化剂是离子交换树脂，尤其是阳离子交换树脂。这些树脂优选是酸性的。
[0043]
适用于k1的离子交换树脂尤其包括那些具有无机基础(inorganic basis)(例如二氧化硅)或有机基础(organic basis)(例如聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚物，诸如苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物)、优选地具有有机基础的树脂，并且具有质子酸基团，尤其是烷基磺酸酯基团、磺酸酯基团(
‑
so3‑
)、磷酸酯基团，尤其是磺酸酯基团。
[0044]
用于k1的特别优选的非均相催化剂选自以下组：
[0045]
‑
具有聚合物树脂的催化剂，尤其是聚苯乙烯或苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物，优选聚苯乙烯，和质子酸，尤其是
‑
so3基团作为官能团(可商购获得的有amberlyst 15、amberlite 200、lewatit sp 120或lewatit k2621)；另外还可以使用cas号：28210
‑
41
‑
5的聚苯乙烯磺酸盐；
[0046]
‑
具有质子酸、尤其是聚合物形式的磺酸的催化剂，并且可以是全氟化的(在de 10 2010 062 804 a1、us 4,831,146中所述)。例如，这可以是磺化的四氟乙烯(cas号：31175
‑
20
‑
9)或以二氧化硅为载体材料的聚合物形式的固体负载的全氟化磺酸。此类催化剂的商品名尤其有f、f。优选的催化剂是sac
‑
13。sac
‑
13包含多孔二氧化硅颗粒，sac
‑
13以约13重量％的负载吸附在所述颗粒上；
[0047]
‑
聚(2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙烷磺酸)，以来自lubrizol的市售。
[0048]
最优选使用的催化剂k1是非均相催化剂，其具有聚合物树脂，尤其是聚苯乙烯或苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物，优选聚苯乙烯，和质子酸，尤其是
‑
so3基团作为官能团(可商购的有amberlyst 15、amberlite 200、lewatit sp120和lewatit k2621)。
[0049]
根据本发明的方法的步骤(a)中反应物的使用比例可以在很宽的范围内选择；相对于氨，丙酮特别过量使用。优选地，步骤(a)中使用的丙酮与步骤(a)中使用的氨的摩尔比为3:1至20:1，优选为6:1至10:1的比例，特别优选为7:1的比例。
[0050]
催化剂k1的使用量没有特别限制，可以由本领域技术人员确定。通常，如果催化剂是均相催化剂，选自布朗斯台德酸、这些酸的盐，或路易斯酸，优选铵盐，甚至更优选硝酸铵，则氨与催化剂、优选硝酸铵的摩尔比可以在1:0.8至1:0.02的范围内。非常特别优选地，丙酮:氨:硝酸铵的摩尔比在7至8:0.9至1.1:0.085至0.098的范围内。
[0051]
在优选的实施方案中，其中将固体酸性离子交换剂用于k1，后者可以用作固定床，例如其量为基于步骤(a)中使用的丙酮的总量的10％至20％体积，以及
‑
如果这样使用的话，则是异亚丙基丙酮。
[0052]
在根据本发明的方法的步骤(a)之后，然后获得粗产物料流s
rp1
，该粗产物料流s
rp1
除了所需的三丙酮胺产物之外，还包含最初使用的反应物丙酮，以及还可能包含氨和可能的异亚丙基丙酮作为副产物，并且可能包含至少一种选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮的副产物，优选选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮的副产物。
[0053]
rp1中taa、丙酮、异亚丙基丙酮、水和所述副产物的比例不受进一步限制，并且由化学计量和特定的反应条件决定。每种化合物的比例可以通过gc确定。例如，在反应之后，存在如下混合物，该混合物含有55重量％至60重量％的丙酮、10重量％的异亚丙基丙酮、5重量％至6重量％的tmdh
‑
吡啶、4重量％至6重量％的双丙酮胺、二丙酮醇和佛尔酮的总和、14重量％至16重量％的taa、和3重量％至4重量％的沸点高于taa的组分(例如异佛尔酮)，并且水的比例为7重量％。
[0054]
2.步骤(b)
[0055]
在根据本发明的方法的步骤(b)中，从s
rp1
中至少部分除去丙酮。这是通过蒸馏进行的，优选在蒸馏塔中进行。
[0056]
这产生了包含丙酮的气态料流s
ac2
。s
ac2
可能还包含氨和/或异亚丙基丙酮。如果粗产物料流s
rp1
包含氨，则s
ac2
优选还包含氨。
[0057]
还任选地在步骤(b)期间或之前去除催化剂k1，优选在步骤(b)之前进行。这可以通过添加碱来完成。例如，如果k1是铵盐，则添加naoh，然后除去随后沉淀出来的硝酸钠。
[0058]
当使用非均相催化剂时，单独的纯化步骤变得多余或至少明显更简化，因为例如当使用固定床催化剂时，该催化剂保留在反应器中，或者在其他情况下可以保留在反应罐中和/或可以通过过滤除去。同样出于这个原因，对于k1优选使用非均相催化剂。
[0059]
步骤(b)尤其是在0.5至2巴的压力下进行，优选在标准压力下进行。
[0060]
步骤(b)优选地在高于丙酮和异亚丙基丙酮的沸点但低于典型副产物的沸点的温度下进行，这是当其低于二丙酮醇的沸点时的情况，二丙酮醇是通常副产物中最低沸点的。
[0061]
甚至更优选地，步骤(b)在高于丙酮的沸点但低于异亚丙基丙酮沸点的温度下进行(并且因此也低于二丙酮醇、双丙酮胺、tmdh
‑
吡啶、丙酮宁、佛尔酮、三丙酮胺和异佛尔酮的沸点)。
[0062]
典型副产物二丙酮醇(cas号123
‑
42
‑
2；标准压力下的沸点：166℃)、丙酮宁(cas号556
‑
72
‑
9；沸点～170℃)、双丙酮胺(cas号625
‑
04
‑
7，沸点～180℃)、佛尔酮(cas编号504
‑
20
‑
1；标准压力下的沸点：197℃)的沸点在丙酮(cas号67
‑
64
‑
1；标准压力下的沸点：56℃)或异亚丙基丙酮(cas号141
‑
79
‑
7；标准压力下的沸点：130℃)和taa(标准压力下的沸点：205℃)的沸点之间，在异佛尔酮的情况下(cas号78
‑
59
‑
1；标准压力下的沸点：215℃)甚至比这更高。
[0063]
由于氨的沸点低于丙酮的沸点，因此在步骤(b)中可以将可能在粗产物料流s
rp1
中存在的氨也与丙酮一起除去。在该实施方案中，获得的气态料流s
ac2
除了丙酮以外还包含氨。但是，这是有利的，因为在随后的步骤(c)中，氨也被吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，因此需要将较少的新鲜氨送入到系统中。
[0064]
在本发明的优选实施方案中，在根据步骤(b)从粗产物料流s
rp1
中蒸馏除去丙酮之前和/或期间，将水加入到粗产物料流s
rp1
中，并且粗产物料流s
rp1
中的至少一种副产物至少部分与水反应，使得粗产物料流s
rp1
中的至少一种副产物至少部分裂解成丙酮，所述副产物选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮。这甚至进一步提高了根据本发明的方法的效率，因为因此获得了更多更容易去除的丙酮。
[0065]
在优选的实施方案中，在步骤(b)中发生的从s
rp1
中蒸馏除去丙酮之前和/或期间，向s
rp1
中添加水。不言而喻，“在从s
rp1
中除去丙酮之前”加水意味着该时间点在步骤(a)和(b)之间，因为只有在步骤(a)之后才获得粗产物s
rp1
。
[0066]
添加水将平衡从副产物一侧转移到这些相同副产物的裂解产物一侧，也就是说除了丙酮之外，主要是异亚丙基丙酮。由步骤(a)中的反应产生的并且可能至少在某种程度上仍存在于s
rp1
中的水不足以充分确保这种平衡的转移。相反，有必要向s
rp1
中加入至少一定量额外的水，以将后续反应中的平衡转移到所需产物丙酮的一侧。
[0067]
尤其是，在根据本发明方法的该优选实施方案中，水的加入量≥0.1重量％，优选≥0.5重量％，更优选≥1重量％，甚至更优选≥5重量％，更优选仍在5重量％至40重量％的范围内，甚至更优选仍在10重量％至20重量％的范围内，在每种情况下都基于s
rp1
中包含的佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮的总重量。该比例可由本领域技术人员使用气相色谱法来确定。s
rp1
的总重量可通过测定流速(质量流量计)在连续过程中来测定。
[0068]
可选地，在根据本发明方法的该优选实施方案中，水的加入量可以≥1重量％，优选≥3重量％，更优选≥4重量％，甚至更优选≥5重量％，更优选仍在5重量％至40重量％的范围内，甚至更优选仍在10重量％至20重量％的范围内，在每种情况下都基于本发明方法步骤(a)中使用的丙酮量的总重量。
[0069]
在优选的实施方案中，加入的水与s
rp1
中的至少一种副产物(选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮)反应来生成丙酮可以在本领域技术人员熟悉的条件下进行。这包括将副产物水解成丙酮。为此目的的温度范围尤其是<205℃，优选<204℃，更优选在30℃至200℃的范围内，甚至更优
选在70℃至185℃的范围内。
[0070]
优选地，根据本发明方法优选的实施方案，将水加入到s
rp1
中，同时在步骤(b)中，通过蒸馏将丙酮至少部分地从s
rp1
中除去。
[0071]
当在步骤(b)中从s
rp1
中至少部分蒸馏除去丙酮是在蒸馏塔中实施时，该实施方案甚至是更优选的。
[0072]
甚至更优选地，在该优选实施方案中，加入的水与s
rp1
中的至少一种副产物(选自佛尔酮、二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮)反应生成丙酮在气相中实施。
[0073]
在这种情况下，尤其是在蒸馏去除过程中将水供给到蒸馏塔中，例如通过将水送入蒸馏塔中或者通过向蒸馏塔中加入蒸汽。副产物二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁、佛尔酮和异佛尔酮中的至少一种，优选地选自二丙酮醇、双丙酮胺、丙酮宁和异佛尔酮的副产物与水反应生成丙酮在蒸馏塔中进行。
[0074]
已经证明该实施方案是特别有利的，因为该实施方案特别好地确保了次级组分以受控的方式分解，并且抑制了taa的不期望的逆反应。这一点尤其得到了很好的保证，因此优选的是，当步骤(b)中蒸馏使用的温度范围低于taa的沸点时，尤其是压力为标准压力时，优选在标准压力下<205℃，更优选在标准压力下<204℃，甚至更优选在标准压力下在30℃至200℃的范围内，甚至仍更优选在标准压力下在70℃至185℃的范围内。
[0075]
从根据本发明的方法的步骤(b)的蒸馏残余物中除去taa可以另外通过结晶、蒸馏、优选地采用蒸馏来进行，甚至更优选地在下游蒸馏塔中进行。
[0076]
3.步骤(c)
[0077]
然后，本发明包括至少部分地将步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。
[0078]
在本发明的上下文中，“至少部分地”是指在步骤(c)中，将在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的全部或仅一部分丙酮以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。优选地，在步骤(c)中，在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中只有一部分丙酮被吸收到液态丙酮料流s
ac3
中，并且剩余部分被冷凝。在该优选实施方案中，在步骤(c)中，将更优选1重量％至99重量％，更优选20重量％至90重量％，甚至更优选30重量％至80重量％，甚至仍更优选50重量％至70重量％的在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的丙酮冷凝，并且将在步骤(b)中获得的气态料流s
ac2
中的剩余丙酮以逆流吸收到液态丙酮料流s
ac3
中。
[0079]
丙酮料流s
ac3
通常是丙酮，由于生成taa中的反应消耗，因此必须将丙酮添加到系统中。
[0080]
与常规方法不同的是，在常规方法中，将从粗产物中蒸馏出的丙酮进行冷凝，然后可能再送回该方法，这具有以下优点：可以很容易地回收丙酮，并且不必施加用于冷凝和循环从粗产物料流s
rp1
中分离出来的丙酮的能量。
[0081]
步骤(c)优选地在本领域技术人员已知的气体洗涤器(汽提器)中进行。
[0082]
在步骤(c)中，尤其是，通常将液态丙酮料流s
ac3
从顶部引导至底部，同时将气态料流s
ac2
至少部分地以相反方向引导并接触液态丙酮料流s
ac3
，使得液态丙酮料流s
ac3
至少部分地吸收气态料流s
ac2
。
[0083]
在步骤(c)中，气态料流s
ac2
的温度优选地比相应压力下丙酮的沸点高至少1℃，因
此在标准压力下，尤其是在57℃至100℃的范围内，优选在58℃至80℃的范围内，更优选在59℃至70℃的范围内，甚至更优选在60℃至65℃的范围内。
[0084]
在步骤(c)中，液态丙酮料流s
ac3
的温度优选地比在相应压力下丙酮的沸点低至少10℃，因此在标准压力下尤其是在
‑
10℃至40℃的范围内，更优选在0℃至30℃的范围内，更优选在5℃至25℃的范围内，甚至更优选在8℃至20℃的范围内，甚至更优选在10℃至15℃的范围内，最优选在12℃下。
[0085]
这最佳地保证了在步骤(c)之后获得的丙酮料流s
ac4
是液体，并且同时不必将蒸馏后的气态料流s
ac2
如此大幅度地冷却，这将需要更高的能量消耗。
[0086]
在根据本发明的方法的步骤(c)之后，然后获得液态丙酮料流s
ac4
，其由液态丙酮料流s
ac3
和从气态料流s
ac2
吸收的丙酮组成。
[0087]
4.步骤(d)
[0088]
在根据本发明的方法的步骤(d)中，然后如在步骤(a)中所述，在进一步反应中使液态丙酮料流s
ac4
再次与氨料流s
am1
反应。
[0089]
下列实施例旨在说明本发明而不是限制本发明。
[0090]
实施例1(根据本发明)
[0091]
用lewatit k2621(来自lanxess的具有
‑
so3‑
作为官能团的聚苯乙烯催化剂)填充两个串联连接的圆柱形反应器，使得该催化剂材料被布置为由上方和下方的筛网界定。在水湿润状态下，催化剂的床体积分别为600ml。向反应器连续加入630g/h的丙酮和25g/h的氨。将温度设定为75℃，压力设定为14巴。进料中总共有961.83g(16.58mol)丙酮。lhsv(液时空速，即相对于反应器的体积，每小时加入的反应物的体积)对于氨为0.03至0.06h
‑1，对于丙酮为0.66至1.33h
‑1。
[0092]
将1kg的反应器产物与基于所用丙酮的量的3重量％至5重量％的水混合，然后通过在标准压力下在精馏塔上蒸馏后处理。
[0093]
在此进行蒸馏足够的时间以除去所有低沸物(丙酮、异亚丙基丙酮、二丙酮醇、双丙酮胺)；但是，将tmdh
‑
吡啶和taa以及其他形成的高沸点化合物作为废产物或有价值的产物从底部除去。诸如丙酮宁和佛尔酮等中间沸点化合物尽可能地水解成低沸组分，因此可除去。
[0094]
使在蒸馏塔中除去的丙酮以气态形式在汽提器中逆流与温度为12℃的新鲜丙酮的液流一起通过。在该方法中，将气态丙酮吸收到液态丙酮中，并将其后获得的液态混合料流引入反应器中，进一步转化为taa。
[0095]
与单独冷凝去除的丙酮并与添加的新鲜丙酮混合相比，该过程显著降低了能量消耗。
[0096]
这种节能使方法效率显著提高。
[0097]
比较例
[0098]
(不是根据本发明，对应于公开说明书de 28 07 172 a1的实施例5/5a)。
[0099]
用sp 120填充圆柱形反应器，使得催化剂材料在两层粘土raschig环之间通过筛网分开布置。在潮湿状态下，催化剂的总体积为650ml，但用丙酮处理后收缩至500ml。通过电加热使反应器达到100℃的反应温度，然后连续加入1000ml/h的丙酮和50ml/h的氨，将两种反应物以液态形式从储罐泵入下部反应器部分。反应产物以液态形式从上部
反应器部分进入分离器，并从分离器中连续抽出；用惰性气体(hp)将系统保持在70巴的压力下。
[0100]
如de 28 07 172 a1的第12页所述，通过蒸馏分离粗产物来进行粗产物的蒸馏后处理。包含丙酮、异亚丙基丙酮和氨(作为双丙酮胺的分解产物)的前三个馏分与作为反应物的新鲜丙酮一起使用。
[0101]
如de 28 07 172 a1中所述，在连续操作过程中确定的所得粗产物的组成：64.5重量％的丙酮、4.6重量％的异亚丙基丙酮、4.0重量％的双丙酮胺、7.6重量％的含氮中间体馏分、18.8重量％的三丙酮胺和0.5重量％的高沸点化合物。
[0102]
连续实施，通过该实施方案获得69.9％的taa产率(基于总共使用的丙酮量和转化率)。
[0103]
实施例2(根据本发明)
[0104]
重复比较例中描述的过程，区别如下：
[0105]
将对应于前三个馏分的馏出物料流与新鲜的、冷却的丙酮逆流混合，然后再用作反应物。当连续实施该方法时，确定了粗产物组成：63.5重量％的丙酮、10.4重量％的异亚丙基丙酮、6.3重量％的双丙酮胺、4.9重量％的含氮中间体馏分、13.7重量％的三丙酮胺和1.2重量％的高沸点化合物。
[0106]
因此，出人意料地发现，虽然粗产物中的taa浓度低于根据比较实施例的粗产物中的浓度，但是taa的总收率(基于总共使用的丙酮量和转化率)增加至73.6％。
[0107]
据推测其原因是，与比较例的粗产物相比，实施例2的粗产物具有更高比例的产物，例如异亚丙基丙酮、丙酮和双丙酮胺，它们可作为反应物重复使用。此外，根据实施例2的粗产物中含氮中间体馏分的比例低于在比较例中获得的粗产物中的比例。这些含氮中间体(即较高分子量的产物，诸如tmdh
‑
吡啶)不能再次用作反应物，因此在进一步的反应中会损失掉。
[0108]
在根据本发明的方法中，与现有技术的方法相比，尤其是与de 28 07172a1的方法相比，在粗产物中相应地获得了有利范围的副产物。同时，结果，可以以简单、节能的方式将更高比例的可再利用副产物再次供给到反应中。基于丙酮的总用量，这将得到更高的taa产率。
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
