[发明专利]一种制备牛磺酸的方法

说明书

本发明公开了一种制备牛磺酸的方法，环氧乙烷和亚硫酸氢盐反应生成羟乙基磺酸盐，羟乙基磺酸盐与氨在微波条件下氨解反应后进行除氨，得到牛磺酸盐溶液，通过酸化或离子交换或离子膜或加热等方式转化为牛磺酸溶液，浓缩结晶提取牛磺酸。本发明能够缩短反应时间、降低反应温度和压力，获得高收率和降低能耗。

技术领域

本发明涉及一种制备牛磺酸的方法。

背景技术

牛磺酸化学名称2-氨基乙磺酸，是一种人体必需的非蛋白质氨基酸，以游离形式存在于人及哺乳动物的几乎所有脏器中。由于牛磺酸最早发现在牛胆汁中，所以又名牛胆酸、牛胆素。牛磺酸的作用与其它氨基酸的作用不同，它并非是组成蛋白质的必须氨基酸，但它在机体中必不可少，类似于一种机体调控因子。据研究发现，牛磺酸具有消炎、解热、镇痛、抗惊厥和降低血压等作用，对婴幼儿大脑发育、神经传导、视觉机能的完善以及钙的吸收有良好作用。同时也具有保护心脏、防治心脑血管疾病等多种重要的功能,对心血管系统有一系列独特功能，能增强体质、解除疲劳，因此牛磺酸具有较高的药用和医用价值，是一种重要的营养物质，广泛应用于功能性饮料、宠物食品、保健食品、饲料、医药等领域。此外，也可用作生化试剂和其他高附加值产品的合成中间体，是一种具有广泛应用价值的精细化学品。

牛磺酸的化学合成工艺路线主要包括环氧乙烷法和乙醇胺法。传统的牛磺酸生产采用的乙醇胺法，但该合成方法反应周期很长，尤其是其中磺化反应需要30小时以上的反应时间，同时牛磺酸的总收率较低，生产成本偏高，现已逐渐被淘汰。目前主流的生产工艺采用的是环氧乙烷法，其中的关键反应步骤是羟乙基磺酸钠与氨在200～280℃高温以及14～21MPa高压的苛刻反应条件，同时在如此高温高压条件下转化率仍不高，根据DD219023A3中显示，氨解反应牛磺酸钠转化率仅71％，造成后续提取工艺复杂，需要多次提取重结晶才能达到质量要求,使得氨解和提纯整体工艺路线能耗成本非常高，且高温高压的反应条件使得生产工艺的安全风险较高。

环氧乙烷法制备牛磺酸的主要反应过程如下：

(1)以环氧乙烷为起始原料，环氧乙烷和亚硫酸氢钠的加成反应得到羟乙基磺酸钠；主要反应为：

CH₂CH₂O+NaHSO₃→HOCH₂CH₂SO₃Na

(2)氨解羟乙基磺酸钠得到牛磺酸钠；

HOCH₂CH₂SO₃Na+NH₃→H₂NCH₂CH₂SO₃Na+H₂O

(3)酸化或其它方式得到牛磺酸和盐。

美国专利US9428450B2、US9428451B2和欧洲专利EP3133060B1介绍了一种循环生产牛磺酸的方法，其中主要描述了在氨解反应过程中需要加入碱性催化剂，反应温度为150～280℃，压力为自然压力到260bar中反应，后续再利用牛磺酸与硫酸钠溶解度的不同进行分离，但是通过其描述，反应条件依然比较苛刻，同时没有解决副产物的问题，操作过程非常复杂，能耗太高。

CN109020839A中介绍了一种氨解羟乙基磺酸钠制备牛磺酸循环利用工艺，牛磺酸粗品含量为90％，再将硫酸钠转化为对杂质要求较低的水玻璃产品，达到解决硫酸钠的处理问题。该工艺方法中氨解反应温度及压力依然很高，副产物较多，工艺路线太长太复杂，能耗也很高。

中国专利CN105732440A公开了在含母液套用的氨解反应过程中，可加入碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐(含酸式碳酸盐)、铁系/铝系金属盐、NiO/CeO₂、稀土氧化物中的任意一种或其组合作为催化剂，牛磺酸钠收率可提高至90-95％，但反应仍需要255-265℃的高温和19-20MPa的压力，条件仍较为苛刻。