[发明专利]乙醇胺生产牛磺酸的循环过程

说明书

技术领域

本发明是一个由一乙醇胺为原料通过2-氨基乙醇硫酸氢酯中间体，高产率合成牛磺酸的循环方法，该方法经济，几乎不产生废料。

发明背景

牛磺酸，别名2-氨基乙磺酸，分子式为H2NCH2CH2SO3H。由于其本身具有一定的药理效果，如解毒效果，缓解疲劳效果，滋养补益效果等，牛磺酸是一种极其有用的化合物。因此牛磺酸对于人和动物而言是一种必需的营养成分，有着广泛的应用。

以往已有过很多关于牛磺酸及其衍生物化学合成方法的报道。下面介绍的两个以环氧乙烷(EO过程)和2-氨基乙醇(MEA过程)为原料的方法在从工业到制造业中都被广泛的应用，每年生产超过50000吨的牛磺酸。

EO过程中，环氧乙烷与亚硫酸氢钠反应得到的羟乙基磺酸钠，进一步氨解得到牛磺酸钠，硫酸中和后得到牛磺酸和硫酸钠的混合物。

反应式中，M代表阳离子，可以为氨离子，锂离子，钠离子和钾离子。

EO过程在US8,609,890中得到了巨大的改进，通过使用二氧化硫中和牛磺酸的碱性溶液，回收牛磺酸并再生亚硫酸氢钠。

EO过程的缺点在于产品的质量问题。具体来说，通过EO过程生产的牛磺酸呈粉末状，可能是由于不明杂质的存在，粉末状的产品会在较短的储存时间内(如几个星期)变成硬块状。由于EO过程使用具有极强毒性和致癌性的环氧乙烷作为原料，运输和处理都有一定的困难，从安全角度来看，这个过程也存在一些严重的危险危害性。不仅如此，这个过程中的反应需要在非常高温(220-280℃)和高压(大于100大气压)的条件下进行。

若以2-乙醇胺为起始原料与硫酸反应将得到重要的反应中间体2-氨基乙基硫酸氢酯(AES)，接着与亚硫酸钠反应生成牛磺酸和硫酸钠的混合物。

MEA过程与EO过程相比，明显的优点是最终产品的优良品质，该过程得到的牛磺酸为针状晶体，在运输和储存过程中表现出极好的稳定性。得到的牛磺酸在很长的储存时间内都不会结成硬块。MEA过程的另一个优点是，过程中的反应条件温和，对于制造加工厂的安全操作有利。

MEA过程的一个明显的缺点是，生产成本比EO过程高，而主要的原因是MEA过程产率比EO过程低很多。MEA过程在工业上改进过的最高产率在55％-63％之间，而EO过程的产率则在75％左右。

MEA过程的另一个缺点是，由于2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸钠的反应极慢，磺化阶段需要长时间的加热，通常需要35-40小时。

传统的EO和MEA过程都因为另一个问题而变得复杂，即由于两个过程都生成牛磺酸和无机盐的混合物，需要将牛磺酸从硫酸钠中分离出来。而牛磺酸和硫酸钠的溶解性在40摄氏度以下相似，在40到90摄氏度几乎一样，因此硫酸钠必须在室温以上结晶移除，以防止牛磺酸的结晶析出。这两个组分的分离必须通过反复的加热和冷却来实现。

这些传统工业方法的另一个问题是，含有残余牛磺酸，无机盐和大量有机物的废料需要处理。

为了降低MEA过程的生产成本，曾经有尝试用相对便宜的亚硫酸铵代替亚硫酸钠，但工业的反应产率仍低于EO过程，只有不到65％，而且含有大量铵盐的废料不能实现满意的后处理，合适的将牛磺酸从硫酸铵中分离出来的方法也有待解决。

根据JPS608254发明的方法，2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸铵的反应溶液首先蒸干，然后加入盐酸溶解牛磺酸。过滤分离不溶的无机盐，并用浓盐酸洗。然后滤液再次浓缩蒸干，加入乙醇使牛磺酸结晶析出。这个复杂的过程不能作为工业上的生产方法。

根据CN101100449A发明的方法，2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸钠的反应混合物可以直接冷却结晶析出牛磺酸。过滤之后，牛磺酸粗品通过在蒸馏水中的重结晶纯化。含有牛磺酸，硫酸铵和过量亚硫酸铵的滤液需要处理掉。

CN102633689报道的方法是，2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸钠反应制备牛磺酸，利用氢氧化钙去除副产物硫酸铵和过量亚硫酸铵。昂贵的起始原料，亚硫酸铵和有价质的副产物硫酸铵最终都转化为亚硫酸钙和硫酸钙的混合废料。另外，残余的硫酸钙会留在产品中，而使最终得到医药级产品的纯化过程更困难。

为了保证过程的经济性，硫酸铵需要以适合用作肥料的形式回收。因此，找到一个有效分离牛磺酸，硫酸铵和亚硫酸铵的方法非常重要。

本发明克服了已知MEA过程的缺点，能高产率且经济的生产牛磺酸，并提供了额外的优点，将在接下来的描述中说明。