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[摘 要]随着我国石油化工产品,尤其是合成树脂,丙烯腈纤维和芳烃生产能力快速增长,N,N一二甲基乙酰胺需求有很大幅度增长,市场前景良好。本文评述了N,N一二甲基乙酰胺合成路线、市场需求和应用领域,倡导大力发展N,N一二甲基乙酰胺工业生产。
[关键词]N,N一二甲基乙酰胺、合成路线、市场
中图分类号:TD532 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)04-0266-01
N,N—二甲基乙酰胺又称乙酰二甲胺(Dimethyl Acetamide,DMAc或DMA),分子式:CH3CON(CH3)2、,相对分子质量:87.12,沸点164-166℃(1×103Pa),熔点:-20℃,闪点(开):66℃,燃点:490℃,相对密度:0.9429(20/4℃),折射率:1.4373;它是一种无色透明液体,能与水、醇、醚等有机溶剂混合。是一种强极性非质子化溶剂,其热稳定性好,即使在沸点也稳定不分解,可通过蒸馏精制。不易水解,腐蚀信号低,毒性小等优点。
二甲基乙酰胺广泛应用于石油加工和有机合成工业。它对多种树脂,尤其是聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂有良好的溶解性能,常常用作耐热纤维、塑料薄膜、涂料、医药、催化剂和丙烯腈纺丝的助剂,也用于从C8馏分分离苯乙烯的萃取蒸馏溶剂。在石油化工过程中,二甲基乙酰胺是很好的催化剂,它能使环化、卤化、氰化、烷基化和脱氢等反应加速,且能提高主要产物的收率。目前在医药和农药上大量用二甲基乙酰胺来合成抗菌素和农药杀虫剂。作为一种非质子性的极性溶剂,二甲基乙酰胺是许多有机合成反应的优良溶剂。目前,在国内二甲基乙酰胺多用于生产聚酰亚胺薄膜、可溶性聚酰亚胺、聚酰亚胺一聚全氟乙丙烯复合薄膜、聚酰亚胺(铝)薄膜、可溶性聚酰亚胺模塑粉YS–20等。
1.合成路线
文献报道N,N一二甲基乙酰胺合成路线比较多,但是目前工业化的路线主要有醋酐法、乙酰氯法和醋酸法三种。国内从二十世纪七十年代开始生产N,N一二甲基乙酰胺,原多采用醋酐法和乙酰氯法生产,现在大多改进为醋酸法,且国外企业多采用醋酸法生产。
1.1 醋酐法
醋酐法采用醋酐和二甲胺反应制取二甲基乙酰胺。其过程是先将二甲胺水溶液加热至汽化,气体二甲胺经脱水净化后,干常温下通入醋酐中进行酰化反应,反应为放热反应,当反应温度不再上升时即为酰化终点(约170℃)。然后,控制酰化液在0—20℃,加入碱液中和,反应生成醋酸钠,至pH=8-9时分离出醋酸钠;再将中和液碱洗涤后,加入醋酸乙酯,共沸脱水;粗蒸后再进行精馏,取164—166.5℃馏分,即得成品二甲基乙酰胺。该生产工艺生产n二甲基乙酰胺消耗醋酐(约95%)1.15—1.20t,消耗二甲胺(40%)1.89-1.90t。
1.2 乙酰氯法
乙酰氯法采用二甲胺和乙酰氯反应制取二甲基乙酰胺。它采用先进的催化反应和精馏技术,使反应强化,能耗降低,分离效果和产品收率都大大提高。
該工艺过程简化,与现行的醋酐法相比,生产成本较低,经济效益较好。该法的工艺过程为在冷却状态下先将二甲胺通入乙醚中,然后再慢慢加入乙酰氯和乙醚的混合液,边加边搅拌,立即可析出二甲胺盐酸盐白色固体,将其滤出。滤液用水浴回收乙醚,干燥后进行蒸馏,收集164一166.5℃馏分,即得成品二甲基乙酰胺。
1.3 醋酸法
醋酸法采用醋酸和二甲胺反应制取二甲基乙酰胺,包括催化缩合法和高压缩合法两种,这两种方法同时也是国际上生产二甲基乙酰胺的主要方法。
醋酸法生产工艺中,二甲基乙酰胺的收率不是很高,产物中存在大量的醋酸。由于醋酸可与二甲基乙酰胺形成高沸点共沸混合物(含二甲基乙酰胺84.9%,醋酸15.1%),使得反应结束后产品不能按常规方法精馏提纯,必须经过中和、过滤、蒸馏一系列工序方能完成精制。
1.3.1催化培合法
该法以氧化钼作为催化剂,可以提高收率和适当缩短反应时间,加速二甲基乙酰胺的合成。除了氧化钼之外,常用的催化剂还有硅酸钼、三氧化钨、磷钨酸以及偏钒酸钠等。相对于高压缩合法。该法的反应时间没有充分地缩短。
1.3.2高压缩合法
该法通过醋酸和二甲胺在压力下反应,同时除去反应水,以制备二甲基乙酰胺。高压缩合法的优点是反应时间大大缩短,但该法所用的压力装置的材料必须耐酸,而且脱水装置必须连接到压力装置上,所以相对于催化缩合法,该方法的设备投资费用较高。
1.4 二甲基乙酰胺合成的其他方法和最新进展
1.4.1三甲胺与一氧化碳羰基化法
据有关资料介绍,国外已研究出用纯三甲胺与一氧化碳经加压催化,使其进行羰基化反应合成二甲基乙酰胺的方法。该法工艺简单,原料廉价易得,其成本大大低干现有的生产工艺。
1.4.2醋酸乙酯法
该法采用醋酸乙酯和二甲胺反应,制取二甲基乙酰胺。该方法收率98%,反应温度为30℃。
1.4.3反应精馏法
国内抚顺职业技术学院王晓立、王茹,辽宁石油化工大学李萍等人在醋酸法中的催化缩合方法的基础上,改进工艺,采用反应精馏技术直接合成二甲基乙酰胺,使反应热得以利用,反应过程中的能耗低。同时也由于反应与精馏于同一系统,使工艺流程大大缩短。该工艺通过调控反应条件及催化剂比例。可使二甲基乙酰胺的平均收率达95%以上,产品纯度大于98%,醋酸转化率接近100%。
1.4.4三菱丽阳技术
日本三菱丽阳株式会社最近开发出一种新的二甲基乙酰胺制备方法,并在1998年申请了日本专利(公开号JP123853),并于1999年申请了中国专利(公开号CN1298382A)和国际专利(国际公开号WO99/54281)。该方法缩短了反应时间,简化了设备,并以良好的收率制备了甲基乙酰胺。该工艺在酰胺化反应步骤中可以使用催化剂,以提高产物收率和缩短反应时间。常用的催化剂有钔酸化什物(如氧化钼、硅酸钼)、钨酸化合物(如三氧化钨、磷钨酸)以及偏钒酸钠。 2.市场前景
2.1 国内生产情况
N,N一二甲基乙酰胺在我国属千吨级产品,生产厂家有十余家,主要生产企业有上海经纬化工有限公司、上海经中化工厂、上海新华化工厂、济南高创化工有限公司、苏州寅生化工厂、河北化学工业研究院实验厂等。
另外,目前还有北京北化精细化学品有限责任公司(北京化工厂)、沈阳化学试剂厂等多家企业生产试剂级二甲基乙酰胺,产量一般只有几吨,甚至不足1t,在此可以忽略不计。
2.2 国外生产概况
目前,国外生产二甲基乙酰胺的主要厂家有韩国某株式会社、德国某公司、美国某公司、美国某公司、本某公司(自1985年开始生产)、日本公司(自1989年开始生产),比利时某公司以及英国某公司等。现在进入国内市场较多的是韩国某株式会社的产品,随随日本和韩国工业的发展,该公司的生产基本只能满足日本和韩国的市场供应,出口到我国的量将越来越萎缩。
2.3 市场展望
由于二甲基乙酰胺属于小吨位精细石油化工产品,国外不太可能大规模进入中国市场,因此国外产品对国内市场有冲击也有一定影响,但是不会影响太大国内内生产企业已经开始加快二甲基乙酰胺的发展步伐,因此未来二甲基乙酰胺的竞争将主要来自国内产品之间的竞争,而且竞争将日益加剧,竞争将导致产品价格下降和产品市场消费量的增加,可以预计在未来原料价格没有太大土涨的前提下,国内二甲基乙酰胺的价格不会上涨,将保持相对平稳略呈下降的趋势。
3.倡导建议
针对我国目前二甲基乙酰胺生产现状与未来巨大市场需求,对我国二甲基乙酰胺发展提出以下倡导建议:
3.1加快合成技术提升
目前二甲基乙酰胺工业化路线按原料路线分主要有醋酐法、乙酰氯法和醋酸法;综观国内t1,一甲基乙酰胺合成技术,今后国内要加快乙酰氯法和醋酸精馏法的完善与普及,通过合成技术提升来提高收率、简化流程.降低生产成本。另外要加快三甲胺/一氧化碳羰基化一步法合成工艺研究与开发。一旦实现工化,将极大促进我国二甲基乙酰胺的生产与发展。
3.2增加装置规模,实现柔性化生产
随着国内市场需求快速增加,我国二甲基乙酰胺生产前景看好,目前国内生产装置规模过小,今后国内应新建千t/a级生产装置,另外与二甲基乙酰胺生产过程比较相似同系物N,N一二丁基乙酰胺、N,N—二乙基癸酰胺等与该产品生产技术与生产设备也比较相近,因此在开发二甲基乙酰胺的同时,建议同时开发生产这些同系物,实现装置柔性化,可以有效规避投资风险,增加装置的经济效益。
3.3加大应用研究与推广
二甲基乙酰胺作為溶剂用途广泛,但是许多大型石油化工装置所使用溶剂有多种选择,由于以前国内二甲基乙酰胺产量较少,尤其是对其应用研究重视不够,因此许多装置采用其他物质作为溶剂,二甲基乙酰胺作为溶剂有诸多优点,在国外一些装置上使用已经得到实践验证,因此国内要借鉴国外使用经验,并加大二甲基乙酰胺应用的研究,促进和推动我国二甲基乙酰胺的生产与消费,同时也带动我国石油化工生产技术的提升。
[关键词]N,N一二甲基乙酰胺、合成路线、市场
中图分类号:TD532 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)04-0266-01
N,N—二甲基乙酰胺又称乙酰二甲胺(Dimethyl Acetamide,DMAc或DMA),分子式:CH3CON(CH3)2、,相对分子质量:87.12,沸点164-166℃(1×103Pa),熔点:-20℃,闪点(开):66℃,燃点:490℃,相对密度:0.9429(20/4℃),折射率:1.4373;它是一种无色透明液体,能与水、醇、醚等有机溶剂混合。是一种强极性非质子化溶剂,其热稳定性好,即使在沸点也稳定不分解,可通过蒸馏精制。不易水解,腐蚀信号低,毒性小等优点。
二甲基乙酰胺广泛应用于石油加工和有机合成工业。它对多种树脂,尤其是聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂有良好的溶解性能,常常用作耐热纤维、塑料薄膜、涂料、医药、催化剂和丙烯腈纺丝的助剂,也用于从C8馏分分离苯乙烯的萃取蒸馏溶剂。在石油化工过程中,二甲基乙酰胺是很好的催化剂,它能使环化、卤化、氰化、烷基化和脱氢等反应加速,且能提高主要产物的收率。目前在医药和农药上大量用二甲基乙酰胺来合成抗菌素和农药杀虫剂。作为一种非质子性的极性溶剂,二甲基乙酰胺是许多有机合成反应的优良溶剂。目前,在国内二甲基乙酰胺多用于生产聚酰亚胺薄膜、可溶性聚酰亚胺、聚酰亚胺一聚全氟乙丙烯复合薄膜、聚酰亚胺(铝)薄膜、可溶性聚酰亚胺模塑粉YS–20等。
1.合成路线
文献报道N,N一二甲基乙酰胺合成路线比较多,但是目前工业化的路线主要有醋酐法、乙酰氯法和醋酸法三种。国内从二十世纪七十年代开始生产N,N一二甲基乙酰胺,原多采用醋酐法和乙酰氯法生产,现在大多改进为醋酸法,且国外企业多采用醋酸法生产。
1.1 醋酐法
醋酐法采用醋酐和二甲胺反应制取二甲基乙酰胺。其过程是先将二甲胺水溶液加热至汽化,气体二甲胺经脱水净化后,干常温下通入醋酐中进行酰化反应,反应为放热反应,当反应温度不再上升时即为酰化终点(约170℃)。然后,控制酰化液在0—20℃,加入碱液中和,反应生成醋酸钠,至pH=8-9时分离出醋酸钠;再将中和液碱洗涤后,加入醋酸乙酯,共沸脱水;粗蒸后再进行精馏,取164—166.5℃馏分,即得成品二甲基乙酰胺。该生产工艺生产n二甲基乙酰胺消耗醋酐(约95%)1.15—1.20t,消耗二甲胺(40%)1.89-1.90t。
1.2 乙酰氯法
乙酰氯法采用二甲胺和乙酰氯反应制取二甲基乙酰胺。它采用先进的催化反应和精馏技术,使反应强化,能耗降低,分离效果和产品收率都大大提高。
該工艺过程简化,与现行的醋酐法相比,生产成本较低,经济效益较好。该法的工艺过程为在冷却状态下先将二甲胺通入乙醚中,然后再慢慢加入乙酰氯和乙醚的混合液,边加边搅拌,立即可析出二甲胺盐酸盐白色固体,将其滤出。滤液用水浴回收乙醚,干燥后进行蒸馏,收集164一166.5℃馏分,即得成品二甲基乙酰胺。
1.3 醋酸法
醋酸法采用醋酸和二甲胺反应制取二甲基乙酰胺,包括催化缩合法和高压缩合法两种,这两种方法同时也是国际上生产二甲基乙酰胺的主要方法。
醋酸法生产工艺中,二甲基乙酰胺的收率不是很高,产物中存在大量的醋酸。由于醋酸可与二甲基乙酰胺形成高沸点共沸混合物(含二甲基乙酰胺84.9%,醋酸15.1%),使得反应结束后产品不能按常规方法精馏提纯,必须经过中和、过滤、蒸馏一系列工序方能完成精制。
1.3.1催化培合法
该法以氧化钼作为催化剂,可以提高收率和适当缩短反应时间,加速二甲基乙酰胺的合成。除了氧化钼之外,常用的催化剂还有硅酸钼、三氧化钨、磷钨酸以及偏钒酸钠等。相对于高压缩合法。该法的反应时间没有充分地缩短。
1.3.2高压缩合法
该法通过醋酸和二甲胺在压力下反应,同时除去反应水,以制备二甲基乙酰胺。高压缩合法的优点是反应时间大大缩短,但该法所用的压力装置的材料必须耐酸,而且脱水装置必须连接到压力装置上,所以相对于催化缩合法,该方法的设备投资费用较高。
1.4 二甲基乙酰胺合成的其他方法和最新进展
1.4.1三甲胺与一氧化碳羰基化法
据有关资料介绍,国外已研究出用纯三甲胺与一氧化碳经加压催化,使其进行羰基化反应合成二甲基乙酰胺的方法。该法工艺简单,原料廉价易得,其成本大大低干现有的生产工艺。
1.4.2醋酸乙酯法
该法采用醋酸乙酯和二甲胺反应,制取二甲基乙酰胺。该方法收率98%,反应温度为30℃。
1.4.3反应精馏法
国内抚顺职业技术学院王晓立、王茹,辽宁石油化工大学李萍等人在醋酸法中的催化缩合方法的基础上,改进工艺,采用反应精馏技术直接合成二甲基乙酰胺,使反应热得以利用,反应过程中的能耗低。同时也由于反应与精馏于同一系统,使工艺流程大大缩短。该工艺通过调控反应条件及催化剂比例。可使二甲基乙酰胺的平均收率达95%以上,产品纯度大于98%,醋酸转化率接近100%。
1.4.4三菱丽阳技术
日本三菱丽阳株式会社最近开发出一种新的二甲基乙酰胺制备方法,并在1998年申请了日本专利(公开号JP123853),并于1999年申请了中国专利(公开号CN1298382A)和国际专利(国际公开号WO99/54281)。该方法缩短了反应时间,简化了设备,并以良好的收率制备了甲基乙酰胺。该工艺在酰胺化反应步骤中可以使用催化剂,以提高产物收率和缩短反应时间。常用的催化剂有钔酸化什物(如氧化钼、硅酸钼)、钨酸化合物(如三氧化钨、磷钨酸)以及偏钒酸钠。 2.市场前景
2.1 国内生产情况
N,N一二甲基乙酰胺在我国属千吨级产品,生产厂家有十余家,主要生产企业有上海经纬化工有限公司、上海经中化工厂、上海新华化工厂、济南高创化工有限公司、苏州寅生化工厂、河北化学工业研究院实验厂等。
另外,目前还有北京北化精细化学品有限责任公司(北京化工厂)、沈阳化学试剂厂等多家企业生产试剂级二甲基乙酰胺,产量一般只有几吨,甚至不足1t,在此可以忽略不计。
2.2 国外生产概况
目前,国外生产二甲基乙酰胺的主要厂家有韩国某株式会社、德国某公司、美国某公司、美国某公司、本某公司(自1985年开始生产)、日本公司(自1989年开始生产),比利时某公司以及英国某公司等。现在进入国内市场较多的是韩国某株式会社的产品,随随日本和韩国工业的发展,该公司的生产基本只能满足日本和韩国的市场供应,出口到我国的量将越来越萎缩。
2.3 市场展望
由于二甲基乙酰胺属于小吨位精细石油化工产品,国外不太可能大规模进入中国市场,因此国外产品对国内市场有冲击也有一定影响,但是不会影响太大国内内生产企业已经开始加快二甲基乙酰胺的发展步伐,因此未来二甲基乙酰胺的竞争将主要来自国内产品之间的竞争,而且竞争将日益加剧,竞争将导致产品价格下降和产品市场消费量的增加,可以预计在未来原料价格没有太大土涨的前提下,国内二甲基乙酰胺的价格不会上涨,将保持相对平稳略呈下降的趋势。
3.倡导建议
针对我国目前二甲基乙酰胺生产现状与未来巨大市场需求,对我国二甲基乙酰胺发展提出以下倡导建议:
3.1加快合成技术提升
目前二甲基乙酰胺工业化路线按原料路线分主要有醋酐法、乙酰氯法和醋酸法;综观国内t1,一甲基乙酰胺合成技术,今后国内要加快乙酰氯法和醋酸精馏法的完善与普及,通过合成技术提升来提高收率、简化流程.降低生产成本。另外要加快三甲胺/一氧化碳羰基化一步法合成工艺研究与开发。一旦实现工化,将极大促进我国二甲基乙酰胺的生产与发展。
3.2增加装置规模,实现柔性化生产
随着国内市场需求快速增加,我国二甲基乙酰胺生产前景看好,目前国内生产装置规模过小,今后国内应新建千t/a级生产装置,另外与二甲基乙酰胺生产过程比较相似同系物N,N一二丁基乙酰胺、N,N—二乙基癸酰胺等与该产品生产技术与生产设备也比较相近,因此在开发二甲基乙酰胺的同时,建议同时开发生产这些同系物,实现装置柔性化,可以有效规避投资风险,增加装置的经济效益。
3.3加大应用研究与推广
二甲基乙酰胺作為溶剂用途广泛,但是许多大型石油化工装置所使用溶剂有多种选择,由于以前国内二甲基乙酰胺产量较少,尤其是对其应用研究重视不够,因此许多装置采用其他物质作为溶剂,二甲基乙酰胺作为溶剂有诸多优点,在国外一些装置上使用已经得到实践验证,因此国内要借鉴国外使用经验,并加大二甲基乙酰胺应用的研究,促进和推动我国二甲基乙酰胺的生产与消费,同时也带动我国石油化工生产技术的提升。