CN101691588B - 一种制备双甘膦的清洁生产方法 - Google Patents

一种制备双甘膦的清洁生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备双甘膦的清洁生产方法,采用以下步骤:先用腈类水解酶催化水解亚氨基二乙腈,得到亚氨基二乙酸低浓溶液,腈类水解酶套用。低浓亚氨基二乙酸溶液通过膜浓缩及多效蒸发得到含量在25%-35%之间的亚氨基二乙酸料液,此料液与盐酸源、亚磷酸源及甲醛反应得到双甘膦湿料及母液。其中膜浓缩的淡液用于吸收多效蒸发时溢出的氨气,多效蒸发的蒸发液回用于亚氨基二乙腈的酶解中,而部分双甘膦母液则和低浓亚氨基二乙酸溶液混合,经过浓缩回收,套用到下批双甘膦合成中。本工艺大大降低盐酸、液碱消耗,同时提高双甘膦收率约1%-2%,并降低废水量。

Description

一种制备双甘膦的清洁生产方法
技术领域
本发明涉及一种制备双甘膦的清洁生产方法,属于化工技术领域。
背景技术
草甘膦(glyphosate,N-膦酰基甲基甘氨酸)是美国孟山都公司于1974年商品化的灭生性有机膦类除草剂。由于它具有卓越的除草性能,加之目前抗草甘膦转基因作物的广泛种植,目前草甘膦已成为世界上销售量最大的除草剂。
国内草甘膦的合成工艺主要有甘氨酸法(Gly法)和亚氨基二乙酸法(IDA法)。其中IDA法于20世纪90年代后期被开发,并实现了工业化生产,该工艺国内主要采用亚氨基二乙腈法(IDAN)。因亚氨基二乙腈等原料廉价易得、草甘膦氧化所用催化剂选择性好和收率更高等优点,使生产成本更低,并且其清洁生产程度高于甘氨酸法,所以目前此工艺已成我国主流工艺。该工艺合成草甘膦过程要先合成双甘膦,然后再氧化双甘膦为草甘膦,在双甘膦氧化草甘膦过程中是废水很容易通过浓缩等手段进行回收,但现有的生产双甘膦工艺中所产生的废水是较难处理的。
通过以上可以看出双甘膦是一个重要的中间体,对双甘膦的技术革新直接决定了了IDA法生产草甘膦的生命力。由于现在由亚氨基二乙腈路线合成双甘膦时,亚氨基二乙腈均是先被碱解或酸解得到亚氨基二乙酸溶液,同时溶液中还带有大量碱金属盐或氨盐,上述亚氨基二乙酸溶液再与盐酸、亚磷酸或三氯化磷、甲醛反应得双甘膦产品。上述工艺消耗大量碱或酸,(消耗液碱或盐酸量与亚氨基二乙腈的mol比为2.1-2.3∶1)伴随而来的也会产出很多废水(主要为含双甘膦的废水,1吨双甘膦产出约5吨高盐废水),特别是对于碱解亚氨基二乙腈工艺目前尚无很好的废水处理方式。
专利CN101392276A,CN101429532A中介绍到利用生物酶催化生产亚氨基二乙酸溶液的方法,但是其只是得到IDA含量最高为7%的溶液,如此低浓溶液是无法直接用于双甘膦的合成中,同时其未提及双甘膦生产过程中产生的废水的处理方式。而本专利在上述专利基础上进行改进及延伸,高质量的合成出双甘膦,并且诸多废水得以回用,反应过程中废水产出量少;反应条件温和、能耗低;成本低,转化率高,易于工业化生产。所以此专利提供的一种清洁生产双甘膦的工艺,是业内人士的共同需求。
发明内容
针对目前双甘膦生产工艺存在的不足,本发明的目的在于提供一种制备双甘膦的清洁生产方法,避免制备亚氨基二酸过程中不必要的酸碱消耗,同时降低废水处理难度,提高中水回用率,提高产品收率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明公开了一种制备双甘膦的清洁生产方法,其特征在于采用以下步骤:
(1)将亚氨基二乙腈在腈类水解酶体系中水解得到的亚氨基二乙酸溶液,过滤,收集腈类水解酶和亚氨基二乙酸滤液,腈类水解酶用于下一批的亚氨基二乙腈水解中;
(2)亚氨基二乙酸滤液先进行膜浓缩至15%-18%(重量),再经多效蒸发得到25%-35%(重量)亚氨基二乙酸料液;用膜浓缩后的淡液吸收多效蒸发时脱除的氨气;多效蒸发所得的蒸发液回用到亚氨基二乙腈酶解中;
(3)多效蒸发后的亚氨基二乙酸料液与盐酸源、亚磷酸源及甲醛在高温下反应,然后调pH、降温、结晶、过滤,得到双甘膦湿料及双甘膦母液;双甘膦母液加入到步骤(2)的亚氨基二乙酸滤液中,进行膜浓缩及多效蒸发;双甘膦湿料制成双甘膦。
优选的,上述本发明的清洁生产方法,步骤(2)中蒸发液的回用量为50%-100%。
优选的,上述本发明的清洁生产方法,步骤(3)的双甘膦母液先调节PH至6-8,再加入步骤(2)的滤液中,双甘膦母液回用量为50%-80%。
因合成双甘膦要求亚氨基二乙酸含量在25%以上,但目前膜浓缩还无法达到此含量要求同时浓液中还有部分反应的副产物氨气未去除,所以将浓液还需要进一步浓缩,在这里采用多效蒸发器对其进行浓缩,因在PH=6-9范围内亚氨基二乙酸不会析出,所以浓缩过程简单可控,而且通过蒸发也将溶液中氨气脱出,氨气用膜浓缩的淡液进行吸收,蒸发所得到的蒸发液回用到二乙腈酶解中。最后得到浓缩液IDA含量为25%-35%。
反应原理如下:
化学反应式:
亚氨基二乙腈的酶解
Figure G200910019234XD00021
双甘膦的缩合反应
Figure G200910019234XD00031
本发明的有益效果是:酶法制备IDA,不再消耗大量液碱或盐酸,并且酶法能极大提高选择性,提高二乙腈转化率。同时生物酶可以回用,降低了水解成本。所得IDA溶液组成简单便于浓缩后制备双甘膦。膜浓缩的淡液可以作为氨吸收液,蒸发得的蒸发液成分单一,可以作为中水回用到亚氨基二乙腈水解中,并且缩合得到的双甘膦母液盐含量低,经过简单的处理也可回用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本领域技术人员都知道,能使腈水解的酶种类较多,在这里以下实例所用酶均为基因工程大肠杆菌BL21(DE3)/Pet-NiT(LuoHui,et al.Appl Biochem Biotechnol.DOI10.1007/s12010-008-8324-y)。
酶细胞的培养
培养基:
1#培养基组成:胰蛋白胨1%,酵母粉0.5%,氯化钠1%,甘油0.3%,20mM乳糖,卡那霉素50uM/L,PH7.0
2#培养基组成:5%玉米浆,0.017M KH2PO4,0.07M K2HPO4,0.4%葡萄糖,20mM乳糖,50uM/L卡那霉素,PH7.5
培养:
在1#培养基中,35℃,180r/min,对基因工程大肠杆菌BL21(DE3)/Pet-NiT进行培养12h,以5%接种量接种到2#培养基中,30℃,200r/min,培养14h。
收集菌体:
10000r/min,离心5min,收获菌体。
固定化酶制备:
首先取上述菌体用去离子水重悬,然后超声波破碎菌体(超声条件为超声4秒,间隔4秒,循环100次),破碎完毕,取清液与载体混合,并于震荡床上震荡24h,真空抽滤得固定化腈水解酶。
以下固定化腈水解酶均采用上述步骤制备。
将腈水解酶固化在活性炭载体上配成溶液1350g,酶细胞浓度20g/L(以湿重计),在30℃,PH6-9之间缓慢投加亚氨基二乙腈,维持二乙腈浓度0.1mol/L-0.2mol/L,反应15h后,停止投加,共投加亚氨基二乙腈(92%)100g,(期间用于调节PH消耗液碱25g)保温1h后进行过滤,得滤液1433.8g,IDA含量8.71%,此滤液先进行膜浓缩,得浓液817.1g,淡液615.7g,然后进行蒸发,得浓缩液485.3g,蒸发液301.8。取浓缩液于1000ml烧瓶内滴加155g(99%)三氯化磷,然后升温滴加甲醛102g(37%),反应完毕脱酸140g,加液碱(32%)60g调节PH,抽滤,100g水洗,得双甘膦197.9g,含量98.2%,母液433.2g,水洗水102g。双甘膦固体折百收率88.3%。
若母液回用300g,那么产1吨双甘膦产生母液及水洗水1.18吨。
实施例2
将腈类水解酶固化在由高碘酸钠和淀粉混合后所得的载体上,然后加入到实施例1中的蒸发液中,补加水至1450g。在35℃,PH6-9之间缓慢投加亚氨基二乙腈,维持二乙腈浓度,投加14h后,停止投加,共投加亚氨基二乙腈(92%)100g,(期间用于调节PH消耗液碱27g)保温1h后进行过滤,得滤液1531.8g,IDA含量8.24%,取实施例1中双甘膦母液300g用7g片碱调PH至6-7后与滤液混合。然后进行膜浓缩得浓缩液790.4g,浓缩液再进行蒸发,取实施例1中膜浓缩淡液300g吸收氨气,得到浓缩液489.3g,IDA含量26.13%。取浓缩液于1000ml烧瓶内滴加152g(99%)三氯化磷,然后升温滴加甲醛102g(37%),反应完毕脱酸138g,加液碱(32%)58g调节PH,抽滤,取100g水洗,得双甘膦201.4g,含量98.3%,母液436.1g,水洗水103.2g。双甘膦固体折百收率90.0%。
实施例3
取实施例1中过滤得的固定化酶再补加部分未套用过的固定化酶,溶于PH=7的水溶液中,共1100g,酶细胞浓度为40g/L。在40℃,PH6-9之间缓慢投加亚氨基二乙腈,维持二乙腈浓度0.05mol/L-0.1mol/L,反应18h后,停止投加,共投加亚氨基二乙腈(92%)100g,(期间用于调节PH消耗液碱22g)保温1h后进行过滤,得滤液1198.3g,IDA含量10.51%,此滤液先进行膜浓缩,得浓液728.2g,淡液469.7g,浓液进行蒸发,得浓缩液435.3g,蒸发液263.6。取浓缩液于1000ml烧瓶内滴加155g(99%)三氯化磷,然后升温滴加甲醛101.9g(37%),反应完毕脱酸140g,加液碱(32%)62g调节PH,抽滤,100g水洗,得双甘膦198.3g,含量98.5%,母液385.6g,水洗水104g。双甘膦固体折百收率88.8%。
实施例4
取实施例3中过滤出的固定化酶再添加部分新鲜固定化酶,配成1150g溶液,酶细胞浓度为50g/L。在30℃,PH6-9之间缓慢投加亚氨基二乙腈,维持二乙腈浓度0.1mol/L-0.2mol/L,反应15h后,停止投加,共投加亚氨基二乙腈(92%)103g,(期间用于调节PH消耗液碱30g)保温1h后进行过滤,得滤液1223.2g,IDA含量10.58%。取实施例3中185g双甘膦母液用片碱4.1g调节PH至7-8后与上述滤液混合进行膜浓缩,得浓液668.2g,淡液742.7g,然后浓液进行蒸发,得浓缩液385.3g,蒸发液252.6。取浓缩液于1000ml烧瓶内滴加160g(99%)三氯化磷,然后升温滴加甲醛105.5g(37%),反应完毕脱酸100g,加液碱(32%)57g调节PH,抽滤,100g水洗,得双甘膦204.3g,含量98.3%,母液362.2g,水洗水103g。双甘膦固体折百收率88.4%。

Claims (3)

1.一种制备双甘膦的清洁生产方法,其特征在于采用以下步骤:
(1)将亚氨基二乙腈在腈类水解酶体系中水解得到亚氨基二乙酸溶液,过滤,收集腈类水解酶和亚氨基二乙酸滤液,腈类水解酶用于下一批的亚氨基二乙腈水解中;
(2)亚氨基二乙酸滤液先进行膜浓缩至15%-18%(重量),再经多效蒸发得到25%-35%(重量)亚氨基二乙酸料液;用膜浓缩后的淡液吸收多效蒸发时脱除的氨气;多效蒸发所得的蒸发液回用到亚氨基二乙腈酶解中;
(3)多效蒸发后的亚氨基二乙酸料液与三氯化磷及甲醛在高温下反应,然后脱酸、调pH、降温、结晶、过滤,得到双甘膦湿料及双甘膦母液;双甘膦母液加入到步骤(2)的亚氨基二乙酸滤液中,进行膜浓缩及多效蒸发;双甘膦湿料制成双甘膦。
2.根据权利要求1所述清洁生产方法,其特征在于:步骤(2)中蒸发液的回用量为50%-100%。
3.根据权利要求1所述清洁生产方法,其特征在于:步骤(3)的双甘膦母液先调节pH至6-8,再加入步骤(2)的滤液中,双甘膦母液回用量为50%-80%。
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