专利名称：一种清洁的d，l-蛋氨酸制备方法
技术领域：
本发明涉及化合物的合成领域，具体地说是ー种清洁的D，L-蛋氨酸制备方法。
背景技术：
D，L-蛋氨酸是ー种含硫的人体必需氨基酸，与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关。蛋氨酸无法在动物体内自行合成，需从食物中摄入，是第一限制性氨基酸，将它加入饲料中，可以促进禽畜生长、増加瘦肉量、缩短饲养周期；蛋氨酸还可利用其所帯的甲基，对有毒物或药物进行甲基化而起到解毒的作用，因此，蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病，也可用于缓解神、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物质的毒性反应。据相关资料统计，全世界蛋氨酸的市场需求量已经达到100万吨/年，近年来蛋氨 酸需求量以每年4%速度在增长，而我国的蛋氨酸需求量则以每年7%速度高速增长。根据文献介绍，D，L-蛋氨酸合成方法主要有以下几种在公开号为CN1923807A的专利文献中，日本住友化学株式会社提出用碱性钾化合物进行5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲的水解，然后通过压入CO2气体进行酸化，再加入聚こ烯醇后经分步浓缩结晶得到D，L-蛋氨酸。这种方法虽然可以循环利用CO2气体，但由于人为加入了聚こ烯醇，结晶母液不能循环利用，只能废弃，从而产生大量含S和N有机物的废水，此外，由于采用分步浓缩的方法，还需大量消耗热能，大大增加了 D，L-蛋氨酸生产成本。在公开号为CN85108505A的专利文献中，王建华提出在制备5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲过程中加入10%丙烯醛量的中性氨基酸与有机酸的混合物作为催化剂，以甲硫醇、丙烯醛为原料一歩法制备5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲，从而简化了操作过程和提高了 5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲的制备收率，但其后续的加入碱性物质进行皂化过程中，有意加入的中性氨基酸与有机酸的混合物不可避免地会參与反应，生产金属盐，在最后的母液中累积，从而使母液不能循环利用，最终广生大量含S和N有机物的废水。在公开号为CN85108531A的专利文献中，王建华提出用碱性钠化合物将5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲进行皂化后，加入硫酸进行酸化，最后用分步浓缩、分步结晶的方法分离出D，L-蛋氨酸。该方法会产生大量的副产物硫酸钠，分离和处理硫酸钠成为生产过程很大的负担。在公开号为CN1589259A的专利文献中，日本曹达株式会社为了得到ー种可以稳定地得到粒状或厚板状的、且容积密度高、品质好的蛋氨酸结晶的蛋氨酸的制备方法，其提出用金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属碳酸氢盐中ー种金属化合物，水解5-( P -甲硫基こ基)こ内酰脲得到蛋氨酸金属盐，在CO2气体加压下，中和蛋氨酸金属盐使蛋氨酸结晶，将蛋氨酸从滤液中分离，使滤液能够再次利用于5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲的水解的エ序的蛋氨酸制备。这种方法虽然将结晶母液一部份套用回水解过程中，但中间过程由于没有进行除去一些脚料和副产物，势必会造成积累，影响套用效果和产品质量；同时由于母液没有套用到制备5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲过程中，在制备5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲时需较大的水量，造成整条エ艺的水量不能平衡，每套用一次都需除去制备5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲的用水量，能耗较大。在公开号为CN1103066A的专利文献中，德古萨股份公司提出将甲硫基丙醛与HCN和氨反应得到氨基腈化合物，在一种酮催 化剂的存在下再将其水解，得到氨基酰胺，最后在碱性催化剂的存在下，通过高温水解得到蛋氨酸的合成エ艺路线。这条蛋氨酸合成路线相对于现在エ业化的生产路线有特别之处，但也存在着一些缺陷，最大的一个缺陷就是废水量大，如在制备氨基酰胺过程中加入酮类催化剂，得到氨基酰胺后，需用过柱的方法进行分离提纯，对这种大品种产品在エ业化过程中采用这种分离提纯方法是不适合的，从整个エ艺来看，还是没有很好地解决废水量大的问题。在公开号为CN102399177A的专利文献介绍中，李宽义提出一种连续化合成蛋氨酸环保清洁的エ艺方法以丙烯醛、甲硫醇合成的甲硫基代丙醛为原料，经与氢氰酸反应得到中间体2-羟基-4-甲硫基丁腈，中间体2-羟基-4-甲硫基丁腈在过量氨和ニ氧化碳存在下，在联合反应器的第一反应床中连续反应得到海因溶液，这种海因溶液从第一反应床流出经过解析塔释放过量的ニ氧化碳和氨，解析后的海因溶液流入联合反应器的第二反应床并在碱性条件下水解得到蛋氨酸钾水溶液；蛋氨酸钾水溶液用ニ氧化碳中和得到蛋氨酸和碳酸氢钾水溶液，蛋氨酸从水溶液中结晶分离出来；碳酸氢钾随母液经后续处理回收套用。这条エ艺路线看上去是一条非常清洁，也非常适合エ业化大生产的エ艺路线，但是根据其专利介绍，从エ业化大生产角度进行分析，这条エ艺路线还是存着ー些不足。首先，该エ艺在制备海因过程中需要较大量的水參与反应的，而结晶母液是套用在海因水解过程中，而不是在海因制备过程中，这样ー来在结晶母液套用时必须先蒸馏出很大一部份的水套用到海因制备过程中，才能把剩下的那部份母液套用到海因水解过程中，这个过程需消耗大量的热能和电能，増加了生产成本；其次，在整个エ艺过程中，各步化学反应过程中产生的副产物没有得到及时清除，如此必然会严重影响最后产品的质量，加大最后产品的纯化难度，同时也会对母液套用量和套用批次产生影响。这样就加大了エ业化生产过程中的废水排放量。在US2004/0039228A1中提出，将一部份结晶母液与新鲜的海因溶液、一定量的NH3和CO2 —起在60°C下反应，反应完后在催化剂TiO2的存在下，于180-300°c下皂化，最后用CO2中和，析出D，L-蛋氨酸。这个方法虽然是利用了一部份的结晶母液进行套用，減少了废水的排放量，但由于在エ艺过程中加入了 TiO2作为催化剂，就产生了如果将全部结晶母液进行套用的话，TiO2就会积累的问题，并且结晶过滤出来的D，L-蛋氨酸产品中也会有夹带有TiO2，使产品中含有Ti金属，造成产品质量下降，产品后处理较为复杂和困难。在EP1761074A1(CN101602700A)专利文献中日本住友公司提出，以碱性钾化合物为催化剂进行5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲的皂化，用CO2进行中和結晶，将经过前二次分级浓缩结晶后的结晶母液套用到下批5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲反应液皂化过程中，余下的母液经再次浓缩后加入聚こ烯醇进行结晶，此时的母液废弃不再套用，这条エ艺也是日本住友公司D，L-蛋氨酸的エ业化大生产エ艺。但这条エ艺也存在着较多问题，特别是在緑色清洁生产方面，其过程中结晶母液的套用只是一部份，大部份的母液还是一次废弃，产生相当数量的废水。
发明内容
针对现有エ业化生产D，L-蛋氨酸过程中所存在的含N和S有机物废水产生量大，对环境污染严重的问题，本发明所要解决的主要技术问题是提供ー种操作简单、エ艺清洁的DL-蛋氨酸制备方法。为此，本发明提供了一种清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其步骤包括(I)以3-甲硫基丙醛、KCN溶液、NH4HCO3溶液为原料，在逐步升温的管道反应器中连续反应制备出5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲反应液；(2)将上述5-(@-甲硫基こ基)こ内酰脲反应液泄压脱出NH3和CO2后送入另一管道反应器中进行分解皂化反应，得到皂化反应液；(3)将皂化反应液通过解吸脱除在分解皂化反应中产生的NH3和CO2，得到D，L-蛋氨酸钾溶液；
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(4)将步骤(2)、步骤(3)脱出的NH3和CO2用水喷淋吸收得到NH4HCO3溶液，直接用作步骤(I)的5-W-甲硫基こ基)こ内酰脲制备的原料；(5)将步骤(3)得到的D，L-蛋氨酸钾溶液降温，用有机溶剂进行逆流连续萃取；有机溶剂层经蒸馏，回收的有机溶剂直接回到逆流连续萃取中使用，蒸馏后的残液作为废液处理；(6)步骤(5)逆流连续萃取的水层送入连续结晶器中，同时向连续结晶器中压入CO2气体进行酸化，使连续结晶器中反应液的pH值为6 9，得到结晶混合液；(7)将结晶混合液固液分离，得到D，L-蛋氨酸粗产品、结晶母液；将D，L-蛋氨酸粗产品用水洗涤、固液分离后得到D，L-蛋氨酸滤饼、洗涤滤液；(8)D，L-蛋氨酸滤饼在惰性气体保护下烘干，得到D，L-蛋氨酸产品；(9)将步骤(7)的结晶母液和洗涤滤液合并后送入分解塔中，使其中的KHCO3完全分解成K2CO3并释放出CO2气体；释放出的CO2气体经压缩后送入步骤(6)的连续结晶器中用于酸化结晶过程；(10)将步骤(9)得到的含有K2CO3母液用于吸收HCN气体以制备KCN溶液，所得的KCN溶液用作步骤(I)的5-(@-甲硫基こ基)こ内酰脲制备的原料。所述的步骤(I)中，3-甲硫基丙醛KCN NH4HCO3的摩尔比优选为I : I 1.1 2 3，此时有最佳的3-甲硫基丙醛单程转化率和设备利用率。所述的步骤(I)中，管道反应器优选在50 150°C范围内逐步升温，反应时间为3 15分钟。所述的步骤(2)中，分解皂化反应的优选温度为140 220°C，时间为2 15分钟。所述的步骤(5)中，D，L-蛋氨酸钾溶液降温至0 40°C，再用相对于D，L-蛋氨酸钾溶液重量0. 5 2倍的有机溶剂进行逆流连续萃取。所述的步骤(5)中，逆流连续萃取所用的有机溶剂优选为甲苯、こ苯、ニ甲苯、正丁醇、异丁醇、正戊醇、2-甲基-1-丁醇、异戊醇、仲戊醇、3-戊醇、叔戊醇、正己醇、4-甲基-2_戊醇、2-こ基丁醇、2-甲基戊醇、庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-こ基己醇、2-辛醇、辛醇、3，5，5-三甲基己醇、こ醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、正丙醚、正丁醚、异戊醚、己醚、2-甲基四
氢呋喃、苯甲醚、苯こ醚、3-甲基苯甲醚、こ基苄基醚、こニ醇ニこ醚、こニ醇ニ丙醚、こニ醇ニ丁醚中的ー种或几种；5-(@-甲硫基こ基)こ内酰脲、D，L_蛋氨酸钾的制备过程中会生成一些油溶性的粘稠副产物，易被上述的有机溶剂萃取，而D，L-蛋氨酸钾为强水溶性物质，难溶于上述的有机溶剤，因此副产物通过有机溶剂萃取被及时除去。所述的步骤(6)中，连续结晶的温度为0 40°C，反应液在连续结晶器中停留时间为0. 5 5小时。所述的步骤(9)中，分解塔的温度为110 160°C，分解塔的压カ为0. 15 0. 8MPa，分解反应时间为I 4小时。所述的步骤(I)的反应式为
权利要求
1.一种清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其步骤包括 (1)以3-甲硫基丙醛、KCN溶液、NH4HCO3溶液为原料，在逐步升温的管道反应器中连续反应制备出5-(@-甲硫基乙基)乙内酰脲反应液； (2)将上述5-(3-甲硫基乙基)乙内酰脲反应液泄压脱出NH3和CO2后送入另一管道反应器中进行分解皂化反应，得到皂化反应液； (3)将皂化反应液通过解吸脱除在分解皂化反应中产生的NH3和CO2，得到D，L-蛋氨酸钾溶液； (4)将步骤(2)、步骤(3)脱出的NH3和CO2用水喷淋吸收得到NH4HCO3溶液，直接用作步骤⑴的5-(@-甲硫基乙基)乙内酰脲制备的原料； (5)将步骤(3)得到的D，L-蛋氨酸钾溶液降温，用有机溶剂进行逆流连续萃取；有机溶剂层经蒸馏，回收的有机溶剂直接回到逆流连续萃取中使用，蒸馏后的残液作为废液处理； (6)步骤(5)逆流连续萃取的水层送入连续结晶器中，同时向连续结晶器中压入0)2气体进行酸化，使连续结晶器中反应液的PH值为6 9，得到结晶混合液； (7)将结晶混合液固液分离，得到D，L-蛋氨酸粗产品、结晶母液；将D，L-蛋氨酸粗产品用水洗涤、固液分离后得到D，L-蛋氨酸滤饼、洗涤滤液； (8)D，L-蛋氨酸滤饼在惰性气体保护下烘干，得到D，L-蛋氨酸产品； (9)将步骤(7)的结晶母液和洗涤滤液合并后送入分解塔中，使其中的KHCO3完全分解成K2CO3并释放出CO2气体；释放出的CO2气体经压缩后送入步骤(6)的连续结晶器中用于酸化结晶过程； (10)将步骤(9)得到的含有K2CO3母液用于吸收HCN气体以制备KCN溶液，所得的KCN溶液用作步骤(I)的5-(@-甲硫基乙基)乙内酰脲制备的原料。
2.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中，3-甲硫基丙醛KCN NH4HCO3的摩尔比为I : I I. I 2 3。
3.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中，管道反应器在50 150°C范围内逐步升温，反应时间为3 15分钟。
4.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，分解皂化反应的温度为140 220°C，时间为2 15分钟。
5.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，D，L-蛋氨酸钾溶液降温至0 40°C，再用相对于D，L-蛋氨酸钾溶液重量0. 5 2倍的有机溶剂进行逆流连续萃取。
6.根据权利要求I或5所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，逆流连续萃取所用的有机溶剂是甲苯、乙苯、二甲苯、正丁醇、异丁醇、正戊醇、2-甲基-I- 丁醇、异戊醇、仲戊醇、3-戊醇、叔戊醇、正己醇、4-甲基-2-戊醇、2-乙基丁醇、2-甲基戊醇、庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-乙基己醇、2-辛醇、辛醇、3，5，5-三甲基己醇、乙醚、甲基叔丁基醚、异丙醚、正丙醚、正丁醚、异戊醚、己醚、2-甲基四氢呋喃、苯甲醚、苯乙醚、3-甲基苯甲醚、乙基苄基醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丙醚或乙二醇二丁醚中的一种或几种。
7.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(6)中，连续结晶的温度为0 40°C，反应液在连续结晶器中停留时间为0. 5 5小时。
8.根据权利要求I所述的清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其特征在于，所述的步骤(9)中，分解塔的温度为110 160°C，分解塔的压力为0. 15 0. 8MPa，分解反应时间为I 4小时。
全文摘要
本发明公开了一种清洁的D，L-蛋氨酸制备方法，其步骤包括以含碳酸钾的结晶母液为吸收液吸收氢氰酸制备氰化钾溶液，然后将该氰化钾溶液与3-甲硫基丙醛、碳酸氢铵溶液在50～150℃下反应3～15分钟得到5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲溶液，再将该5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲溶液升温至140～220℃皂化反应2～15分钟，皂化毕，降温到0～40℃，用有机溶剂进行萃取，水相用CO2进行中和、结晶，然后经过滤、洗涤、干燥后得到合格D，L-蛋氨酸产品；过滤产生的D，L-蛋氨酸结晶母液经升温至110～160℃脱除CO2后，全部循环套用作为氢氰酸吸收液。本发明的工艺路线是一条适合连续化、基本没有废水和废气产生的清洁生产路线。
文档编号C07C319/20GK102796033SQ20121032029
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者陈志荣, 王存超, 赵初秋, 王苏娟, 张成锋, 龙涛, 刘信洪 申请人:浙江新和成股份有限公司, 浙江大学