CN113166045A - 生产甲硫氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由氰化氢(HCN)生产甲硫氨酸或其盐或衍生物的方法，所述方法包括通过使根据安德卢梭法由甲烷、氨和氧气制备的氰化氢(HCN)工艺气体混合物与3‑甲基巯基丙醛(MMP)接触而生产2‑羟基‑4‑(甲硫基)丁腈(MMP‑CN)或包含MMP‑CN的粗制产物混合物的步骤，其中所述HCN工艺气体混合物由粗制HCN工艺气体混合物通过调节氨量到粗制HCN工艺气体混合物中的氨量的20％(v/v)至60％(v/v)获得。
Description
技术领域
本发明涉及由3-(甲硫基)丙醛(＝甲基巯基丙醛，MMP)和含氨的氰化氢(氢氰酸，HCN)生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的方法；和涉及从由此获得的MMP-CN生产甲硫氨酸的方法。
背景技术
2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)是在甲硫氨酸和甲硫氨酸衍生物，如甲硫氨酸羟基类似物(MHA)和蛋氨酸二肽(Met-Met)的制备中的中间体。
甲硫氨酸是一种尤其用作饲料补充剂的必需氨基酸。
在许多常见方法中，甲硫氨酸在多级化学路线中，例如由丙烯醛、甲基硫醇、氰化氢和氨和二氧化碳经由所谓的乙内酰脲路线，作为外消旋物，D-和L-对映异构体的混合物制成。
第二步骤，5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲(乙内酰脲)的合成，可由MMP、HCN、氨和CO2直接进行或另选在两个阶段中经由氰醇前体MMP-CN的形成进行：
EP 0780370 A2公开了一种制备甲硫氨酸的方法，其中MMP、HCN、氨和二氧化碳反应而产生甲硫氨酸前体，乙内酰脲(乙内酰脲的直接合成)。氨与MMP的摩尔比在这种情况下可在1.2至6之间，且氨与二氧化碳的摩尔比为1.2至4.0。根据这种方法，MMP以几乎定量收率转化成乙内酰脲。由此制成的乙内酰脲随后进一步裂解以形成甲硫氨酸盐。通过裂解形成的氨和二氧化碳可再循环到该方法中。
JP 2003104959 A和JP 2003104960 A描述了用于使MMP与HCN、NH3和CO2反应以产生乙内酰脲的类似方法。在此，氨与MMP的摩尔比和CO2与MMP的摩尔比可各自具有1.5至2.5的值。
更早的申请GB 936664A和GB 1108926 A也描述了通过在水性环境中使醛或酮与等摩尔量或过量的CO2和过量的氨反应而使MMP与HCN、NH3和CO2反应而产生乙内酰脲的方法。
WO2012/113664 A1和WO 2012/113665 A1描述了一种由MMP和HCN制备MMP-CN的方法，该两级路线的第一步骤得到上文提到的乙内酰脲。
为了生产氢氰酸(HCN)原材料，工业实践中最常用的方法是安德卢梭(Andrussow)方法(DE 102007034715A1和Chemie-Ing.-Techn.,1953,第12期,第697-701页)和BMA方法(
[氢氰酸]from Methane and Ammonia)，DE1041476和Chemie-Ing.-Techn.,1958,第5期,第305-310页[1])。在还原性的BMA方法中，将甲烷和氨转化成氢氰酸，而氧化性的安德卢梭方法由甲烷、氨和氧气开始进行。这两种方法都更详细描述在“Handbook ofHeterogeneous Catalysis(非均相催化手册)”,编者:G.Ertl.等人,第二版，第5卷，第12.3章，"Hydrocyanic Acid(HCN)Production(氢氰酸(HCN)制备)"，2592-2609[2]和2011年10月15日在线公布的Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry(乌尔曼工业化学大全),"Cyano Compounds,Inorganic(氰基化合物，无机的)"，DOI:10.1002/14356007.a08_159.pub3[3]中。
安德卢梭和BMA方法都以基于氨计不完全的转化率进行。离开反应器的HCN粗制气体料流因此在这两种情况下都包含一定比例的氨。表1总结了直接来自HCN反应的这种气态产物混合物的HCN和氨的典型含量(以体积％计)。
表1
表1中给出的摩尔比NH3/HCN(mol/mol)由以体积％计的氨和氢氰酸的相应浓度根据阿伏伽德罗定律得出：
NH3/HCN(mol/mol)＝[产物混合物中的NH3(体积％)]/[产物混合物中的HCN(体积％)]
直接来自根据安德卢梭法的HCN合成的气态产物混合物除HCN和氨以外还特别包含水，以及甲烷、氮气、氢气、CO和CO2和其它成分。根据安德卢梭法制备的HCN粗制气体料流的典型组成是：HCN:7.6体积％、NH3:2.3体积％和H2O:23.1体积％[3]。基于氨计，在氢氰酸形成中的典型收率为大约63％。
粗制HCN气体混合物在刚刚通过安德卢梭法制成后通常在超过1000℃的温度下，并将其立即冷却。在所有常见方法中立即除去粗制HCN气体料流中存在的氨，例如通过用稀硫酸洗涤。由此形成硫酸铵。
氨的去除通常被认为对于避免特别在升高的pH下和在相变下，如在HCN的液化中发生的自催化的放热性氢氰酸聚合是必要的。
根据Chemie-Ing.-Techn.,1953,第12期,第697-701页，在安德卢梭法中所用氨的大约60％转化成氢氰酸，10％经由废气损失且30％在酸洗中与硫酸结合为硫酸铵。
如上文所示，安德卢梭HCN工艺传统上导致硫酸铵的强制负荷，其必须被加工、物流处理(logistically handled)和出售。对于甲硫氨酸的生产，来自HCN生产的硫酸铵的量通常总计为50至200千克硫酸铵/吨甲硫氨酸。
例如在最近公开的专利申请WO 2018/114640 A1中已经解决了不可避免的硫酸铵形成和所用NH3损失的问题。所述专利申请提供了由MMP和尚未脱除氨的气态氢氰酸进行无硫酸铵地合成2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的方案。在这种方法中，将粗制HCN工艺气体从HCN反应器直接送入MMP-CN反应性吸收器，在此使粗制HCN气体与MMP反应以形成MMP-CN。在这种方法中，氨以氨基衍生物2-氨基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-AN)和2,2'-双(2-(甲基巯乙基)亚氨基二乙腈(亚氨基二腈)的形式化学结合，两者都可随后转化成5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲—甲硫氨酸合成的中间体。
但是，如WO 2018/114640 A1提出的氨洗涤步骤的省略同时导致消除了在MMP-CN合成前水含量的减少，造成在储槽和/或反应性吸收器中出现两相混合物。在这种情况下，水层与有机MMP-CN层(其更致密)的体积比在1:2至1:6之间。
由于水层仍含有有机材料，即产物，其不能简单地去除和弃置。一方面，其弃置导致原材料的损失和更高生产成本，另一方面，在生物废水处理中需要大量努力。水层的再加工需要复杂工艺和装置/设备。
鉴于上述情况，仍然需要提供用于生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的新工艺或方法，其中一方面，与采用氨洗涤的常规MMP-CN工艺相比，显著减少作为副产物获得的硫酸铵的量；另一方面，可避免在无硫酸铵的MMP-CN工艺中出现的两相混合物。
此外和特别考虑到经济要求，在每吨甲硫氨酸的硫酸铵形成量方面提供灵活性的制备MMP-CN的方法是特别希望的。
发明内容
发明概述
本发明涉及一种生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的方法，所述方法包括使根据安德卢梭法由甲烷、氨和氧气制备的氰化氢(HCN)工艺气体混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)接触，所述方法的特征在于所述HCN工艺气体混合物由粗制HCN工艺气体混合物通过调节氨量到粗制HCN工艺气体混合物中的氨量的20％(v/v)至60％(v/v)获得。
附图说明
图1描绘了用于生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的装置系统。
附图标记/字母和解释：
A 安德卢梭HCN反应器
B 氨洗涤器
C HCN汽提器
D 反应性吸收器
(1) 甲烷进料料流
(2) 氨进料料流
(3) 粗制安德卢梭HCN气体料流
(4) 旁通料流
(5) 粗制硫酸铵料流
(6) 汽提HCN再循环料流
(7) 硫酸铵产物混合物
(8) 硫酸进料料流
(9) 经氨调节的HCN气体料流
(10) MMP进料料流
(11) 废气
(12) MMP-CN产物混合物
(空气)空气进料料流
氨调节单元以虚线标记。
图2显示具有对于硫酸进料位置的多个选项的如图1中的氨洗涤器。附图标记/字母和解释与图1相同。
图3:在10和30℃下作为NH3/HCN摩尔比的函数的MMP-氰醇中的最大可混溶水含量的实验结果和线性近似
图4:作为氨调节率的函数的来自安德卢梭反应步骤的标准粗制氰化氢反应气体料流在调节步骤(9)后的氰化氢气体料流中的水和氨的计算浓度。
发明详述
本发明的发明人已经预料不到地发现一种生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的新方法，其提供调节MMP-CN方法中的硫酸铵产量的灵活性，由此可避免现有技术方法的上述问题，例如在储槽和/或反应性吸收器中的两相混合物的形成。
相应地，本发明提供一种生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的方法，所述方法包括使根据安德卢梭法由甲烷、氨和氧气制备的氰化氢(HCN)工艺气体混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)接触，所述方法的特征在于所述HCN工艺气体混合物由粗制HCN工艺气体混合物通过调节氨量到粗制HCN工艺气体混合物中的氨量的20％(v/v)至60％(v/v)获得。
本发明上下文中所用的术语“粗制HCN工艺气体混合物”应被理解为获自安德卢梭HCN合成的HCN气体混合物。
为了获得与粗制HCN气体混合物相比具有降低的氨含量的工艺气体混合物，部分除去粗制HCN气体混合物中所含的氨。通过氨调节步骤进行氨的这种部分去除。在所述氨调节步骤中，部分除去粗制HCN气体中的氨至可调节部分。
通过对仅一部分粗制HCN气体进行氨洗涤并重新合并无氨的HCN气体和剩余粗制HCN气体，实现氨调节。对于氨洗涤，用硫酸洗涤该气体混合物。在一个具体实施方案中，用稀硫酸洗涤该气体混合物。
术语“部分除去氨”、“氨贫化”和“氨调节”在本文中可互换使用并具有相似含义。术语“经氨调节的HCN气体混合物”在下文中用于由粗制HCN工艺气体通过部分除去氨获得的气体混合物。下面将详细描述氨调节步骤的具体实施方案。
在根据安德卢梭制备后，粗制HCN工艺气体混合物通常在>1000℃的温度下，因此将其立即冷却以防止氰化氢的分解。在氨调节步骤前含HCN的气体混合物的这种冷却可例如借助串联的一个或多个热交换器进行。在这种情况下，可从粗制HCN气体混合物中逐步或连续提取能量，并任选在该方法中的另一个点或在外部进一步使用该能量。恰好在氨调节前，含HCN的气体料流的温度可为0至800℃、10至500℃或20至300℃。
在氨调节和/或氨洗涤过程中保持的温度可为15℃至70℃、25℃至55℃或30℃至50℃。
使包含HCN和氨的气体混合物与MMP接触所应用的温度可为0至300℃、0至100℃或0至80℃。
经氨调节的HCN气体混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)的接触可以不同方式进行。例如，包含(HCN)和氨的气体混合物可被液体MMP吸收。经氨调节的HCN气体混合物与液体MMP的接触可在吸收塔或适合该目的的另一装置中进行，在此有可能使气态和液体成分有效混合，并且在此可实现MMP和HCN的相对快速转化成MMP-CN。进一步可能的实施方案包括搅拌反应器、环管反应器或串联的这样的反应器的级联。
使经氨调节的HCN气体混合物和液体MMP优选以逆流与彼此接触。在使用吸收塔的情况下，优选在这样的吸收塔的下段引入包含HCN和氨的气体混合物，而将液体MMP引入该塔的上部。
在使经氨调节的包含氰化氢(HCN)和氨的混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)接触后，获得包含MMP-CN和相应的氨基衍生物2-氨基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-AN)和2,2'-双(2-(甲基巯乙基)亚氨基二乙腈(亚氨基二腈)的产物混合物。
可将包含MMP-CN的这种产物混合物分离成气态混合物和液体混合物。包含氮气、氢气和/或甲烷的气态混合物(废气)任选进一步提纯。其可用作燃料气体以获得能量或获得单个的成分，例如氢气。
包含MMP-CN的液体混合物可提纯或直接用于如下所述的后续步骤。
由于物流和工艺技术原因，可能有利或必要的是，不在其制备后立即在进一步工艺步骤，例如甲硫氨酸合成中，转化包含MMP-CN的混合物，而是延时，在中间储存后进行所述转化。在这种情况下重要的是，中间产物MMP-CN在相对较长时间内稳定，即可储存而没有发生氰醇的显著分解。
根据本发明的方法因此可进一步包含附加工艺步骤，其中将包含MMP-CN的产物混合物在这种产物混合物进一步反应前，储存在不高于60℃，优选不高于40℃，特别优选不高于20℃的温度和2至8，优选4至7的pH下。
用于从粗制HCN工艺气体混合物中部分除去氨的上述氨调节步骤可使用配有旁通料流的氨洗涤器进行。
图1描绘了用于生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的装置系统。该装置系统包括HCN反应器(A)、氨洗涤器(B)、HCN汽提器(C)和反应性吸收器(D)。
在反应器(A)中，例如根据安德卢梭法制备HCN。氨洗涤器(B)嵌入氨调节单元(虚线)中并可配有旁通料流(4)以便能够实现部分除去工艺氨(氨调节)。
在HCN汽提器(C)中，以气体形式释放溶解在粗制硫酸铵溶液中的HCN。在反应性吸收器(D)中，使由粗制HCN气体混合物通过部分除去氨获得的包含HCN和氨的气体混合物，即在氨调节步骤后获得的气体混合物，与MMP反应以产生MMP-CN。
在本发明的一个备选实施方案中，通过使用能实现部分氨穿透(breakthrough)的氨洗涤器进行氨调节或部分除去氨。
图2显示用于实现经过氨洗涤器(B)的部分氨穿透的两个选项。
对于第一个选项，降低硫酸进料料流(8)中的硫酸浓度。由此，限制吸收的氨反应生成硫酸铵的反应速率和因此限制氨的吸收速率。氨没有完全被吸收，而是部分留在气相中并在顶部离开氨洗涤器。
对于第二个选项，降低硫酸进料料流(8)的进料位置。进料位置越低，氨洗涤器中的传质面积的减少越多。传质面积的减少导致氨吸收到液相中的吸收速率受限，因此氨部分地在顶部离开氨洗涤器。
可根据安德卢梭法制备粗制HCN工艺气体混合物。在这种氧化法中，由甲烷、氨和氧气在放热反应中制备基本包含HCN、氨和水的气体混合物。通常使用空气作为氧源。在HCN合成后的产物混合物通常另外包含其它气体，例如氮气、氩气、氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷。
作为一个实例，在其中安德卢梭法作为粗制HCN气体混合物的来源的一个具体实施方案中，通过使粗制HCN气体混合物的60％(v/v)的最大量绕过氨洗涤器，将包含HCN和氨的气体混合物中的氨量调节到粗制HCN气体混合物中的氨的60％(v/v)的最大量。
在这一具体实施方案方面，表述“使指定量的粗制HCN气体混合物绕过氨洗涤器”包括提供不与氨洗涤溶液接触的粗制HCN气体混合物的次级流的任何方法。
作为一个实例，如图1中描绘的配有旁通料流的氨洗涤器可用于使上文指定的量的粗制HCN气体混合物绕过氨洗涤器。
或者，可使用如图2中描绘的能实现部分氨穿透的氨洗涤器进行氨调节。
有利地，当安德卢梭技术用于制备HCN时，通过使粗制HCN气体混合物的40％(v/v)的最大量绕过氨洗涤器，将包含HCN和氨的气体混合物中的氨量调节到粗制HCN气体混合物中的氨的40％(v/v)的最大量。
通过如上所述分别调节到通过安德卢梭获得的粗制HCN气体混合物中的氨的60％(v/v)或40％(v/v)的最大量，可有效避免在储槽和/或反应性吸收器中形成两相混合物。
此外，本发明提供了可通过使上述经氨调节的包含HCN和氨的气体混合物与MMP接触而得的包含MMP-CN的特定产物混合物。所述产物混合物除MMP-CN外还包含其相应的氨基衍生物2-氨基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-AN)和2,2'-双(2-(甲基巯乙基)亚氨基二乙腈(亚氨基二腈)。
对于这种HCN合成法的典型HCN粗制气体组合物，通过上述氨调节率获得的安德卢梭HCN工艺气体组合物的主要组分列在表2中。
表2:用于粗制安德卢梭HCN气体的调节率
本发明进一步提供一种由MMP-CN生产甲硫氨酸或其盐或衍生物的方法，其中2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)通过任一上文所述方法获得。
所述生产甲硫氨酸的方法任选包括使2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)或包含MMP-CN的粗制产物混合物与氨和/或铵盐和二氧化碳和/或碳酸盐反应以产生5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲的步骤。
对于乙内酰脲合成，2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)可以纯化形式使用或作为直接获自使经氨调节的气体混合物与MMP接触的过程的粗制产物混合物使用。如上所述，所述产物混合物除MMP-CN外还包含其相应的氨基衍生物2-氨基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-AN)和2,2'-双(2-(甲基巯乙基)亚氨基二乙腈(亚氨基二腈)。
产生乙内酰脲的反应可例如在搅拌型压力反应器中在升高的温度下进行。这种反应所需的氨和二氧化碳可作为相应的气体、单独或作为混合物、任选与水一起、或至少部分作为相应的碳酸铵和/或碳酸氢铵盐或其水溶液引入这一工艺步骤。在水溶液中，氨、二氧化碳、碳酸根离子、碳酸氢根离子和铵离子互相平衡。
已表明，不仅MMP-CN，而且上文提到的主要副产物MMP-AN和甚至相对稳定的亚氨基二腈都可成功地反应以产生乙内酰脲。
由此获得的5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲可随后在碱性条件下反应，随之形成二氧化碳和氨，以产生至少一种甲硫氨酸盐。所述甲硫氨酸盐可进一步与酸反应以产生甲硫氨酸。
所用的碱可以是例如碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或其它盐，稀土金属或铵盐，以及这些碱的混合物。特别优选使用碱金属或铵的碳酸盐或碳酸氢盐，特别优选钾、钠或铵的碳酸盐，或其混合物。
用于制备甲硫氨酸或甲硫氨酸盐的根据本发明的方法可分批或连续进行，优选连续进行。
除形成甲硫氨酸或甲硫氨酸盐外，根据本发明的方法获得的包含MMP-CN的产物混合物也可在进一步工艺步骤中反应，例如根据US 20110295006 A1反应，以产生3,6-双(2‘-甲基巯乙基)-2,5-二酮哌嗪(DKP)，或根据DE 2261926 A1反应，以产生甲硫氨酸的二肽，蛋氨酸二肽(Met-Met)。
最后，本发明涉及用于生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的装置系统。
该装置系统描绘在图1中并包括HCN反应器(A)和用于使氰化氢与3-甲基巯基丙醛(MMP)反应的反应性吸收器(D)。安德卢梭氰化氢反应器(A)经由包括具有旁通料流/旁通气体管线(4)的氨洗涤器(B)的氨调节单元与反应性吸收器互连。
氨调节单元在图1中描绘为虚线。
氨调节单元可进一步包括具有经汽提的HCN再循环料流(6)和粗制硫酸铵料流(5)的HCN汽提器(C)。硫酸铵产物混合物经由料流(7)离开氨调节单元。经由进料料流(8)向氨洗涤器进给硫酸。经氨调节的气体料流(9)将氨调节单元与反应性吸收器(D)相连。
MMP进料料流显示为(10)，废气料流显示为(11)且MMP-CN产物混合物显示为(12)。
下面通过非限制性实施例和示例性实施方案例示说明本发明。
具体实施方式
实施例
概况
实施例1(对比).由含氨的氢氰酸生产MMP-氰醇，无调节步骤
实施例2.含氨的MMP-氰醇溶液与水的混溶性
实施例3.安德卢梭法的NH3/HCN比和水含量的调节以避免两个液相的分离
实施例4.NH3/HCN比和水含量的调节
实施例5.在调节步骤后的氢氰酸气体料流的示例性组成
实施例6.经由采用穿透调节步骤制成的MMP-氰醇示例性合成甲硫氨酸
所用方法
氨调节单元的计算
通过传质和传热和反应速率计算在包含硫酸洗涤器(B)以通过形成硫酸铵而除去氨、汽提器(C)以从硫酸铵溶液中除去过量氰化氢和旁通料流(4)的氨调节单元后的产物料流(图1，料流9和7)。将粗制氰化氢反应气体(3)和新鲜硫酸(98重量％)(8)供入洗涤器(B)。将硫酸铵溶液(5)供入汽提器(C)并通过原位蒸发的蒸汽除去过量HCN。将硫酸铵产物料流(7)设定为具有小于0.1wt ppm的氰化氢，调节后的HCN气体料流(9)是供入后续MMP-氰醇形成步骤(D)的目标料流。
已使用标准程序模拟器(aspentech提供的Aspen Plus)施加所用化学系统的已确立的(well established)物理性质数据。
通过Karl Fischer滴定测定水含量
通过使用双安培终点指示的滴定(Karl Fischer滴定)测定MMP-CN中的H2O含量。
为此，将20-30毫升滴定介质(例如来自Fluka的Hydranal Solvent 5)初始装载在滴定容器中并用滴定剂(例如来自Fluka的Hydranal Titrant 5)滴定至干。将大约500毫克的样品量添加到滴定储器(塑料一次性注射器)中并用滴定剂滴定至终点。通过差重称量测定精确样品重量。
这是本领域技术人员已知的标准方法(参见例如P.A.Bruttel,R.Schlink:Wasserbestimmung durch Karl-Fischer-Titration[通过Karl Fischer滴定的水测定]Metrohm AG)。
高效液相色谱法(HPLC)
大部分色谱研究(MMP-氰醇、MMP、MMP-氨基腈、甲硫氨酸、甲硫氨酸酰胺、乙内酰脲、乙内酰脲酰胺、Met-Met、甲硫氨酸二酮哌嗪)通过来自JASCO的HPLC在RP-18柱(250×4.6mm；5μm)上进行，随后在210nm下进行UV检测。磷酸-乙腈-水混合物(3.3克H3PO4、6.8克乙腈、89.9克H2O)充当洗脱剂。在1毫升/分钟的流量下，注入10微升各自的样品溶液(50毫克样品在25毫升H2O中)。预先通过注入合适的校准溶液进行校准并通过借助外标法的峰面积比较进行评估。这是本领域技术人员已知的标准方法。
在上文说明的HPLC系统上分析亚氨基二腈，使用相同的柱、流量和检测。在这种情况下，甲醇和水(各50重量％)的混合物充当洗脱剂。注入10微升各自的样品溶液(250毫克样品在25毫升洗脱剂中)。
实施例1
由含氨的氢氰酸生产MMP-氰醇，没有氨调节单元
在配有回流冷凝器的温度控制在55℃的泡罩塔(5个塔盘，双层夹套)顶部以6g/min的速率计量加入188克来自工业生产的3-甲硫基丙醛(甲基巯基丙醛(methylmercaptopropionaldehyde)，MMP)(94.0重量％，1.00当量)。在该塔的底部通过逆流原理加入含有氢氰酸(47.0克，基于MMP计1.02当量，90g/h)、氨(7.99克，基于MMP计0.28当量，15.3g/h)、蒸汽(80克，156g/h)和氮气(230NL，450NL/h)(NH3:HCN＝0.27mol/mol)的安德卢梭气体混合物。将产物收集在固定于塔底的烧瓶中并在MMP添加完成(大约30分钟)后分析。获得澄清的无色两相产物：1份水层在顶部，5份有机层在底部。HPLC分析揭示145克MMP-氰醇(MMP-CN，基于所用MMP计65.1％)、33.8克MMP-氨基腈(MMP-AN，基于所用MMP计15.3％)和30.6克亚氨基二腈(基于所用MMP计14.8％)的总含量。MMP-CN、MMP-AN和亚氨基二腈进一步被称为含氨的MMP-CN等价物或MMP-氰醇等价物。
实施例2
含氨的MMP-氰醇等价物与水的混溶性
氨调节单元将改变HCN气体中的氨和水含量两者。为了测定作为单相得到所得含氨的MMP-CN等价物所允许的水的限量，进行在变化的氨含量下的水和MMP-CN的混溶性实验。
在冰浴中冷却的配有夹套盘管冷凝器和温度计的三颈烧瓶中，使气态氨缓慢通过机械搅拌的93克MMP-氰醇样品(96重量％，1.0当量)，直至差重称重确认加入1.16克(0.1当量)氨(NH3:HCN＝0.10mol/mol)。让所得溶液升温到室温并搅拌3天。HPLC分析确认氨完全转化成亚氨基二腈；不存在MMP-AN。将10克该混合物在双层夹套烧瓶中冷却到10℃并剧烈搅拌。逐滴缓慢加入水直至发生相分离(即浑浊、小滴或第二层)。添加了总共2.16克水，相当于在由NH3:HCN＝0.1mol/mol制成的含氨的MMP-CN等价物中17.8重量％水的最大溶解度。在30℃下以及在变化的NH3:HCN比下重复实验。结果列在表3中。
表3:取决于氨含量和温度的含氨的MMP-氰醇等价物与水的最大混溶度
| T＝10℃ | T＝30℃ | |
| NH<sub>3</sub>:HCN摩尔比 | 以重量％计的水的最大溶解度 | |
| 0,05 | 19,8 | 22,4 |
| 0,075 | 15,6 | 20,0 |
| 0,1 | 17,8 | 22,0 |
| 0,1 | 16,4 | 20,9 |
| 0,15 | 未测量 | 17,0 |
| 0,2 | 未测量 | 15,8 |
作为NH3/HCN摩尔比的函数，在10和30℃下MMP-氰醇中的最大可混溶水含量的实验结果和线性近似显示在图3中。
实施例3
安德卢梭法的NH3/HCN比和水含量的调节以避免两个液相的分离
将包含6.5mol％氰化氢、1.8mol％氨和19.6mol％水的通过安德卢梭反应步骤制成的标准粗制氰化氢反应气体料流(3)供入氨调节单元(IHS Chemical PEP Review 2015-07，"Hydrogen Cyanide by the Andrussow and BMA Process"(通过安德卢梭和BMA工艺的氰化氢))。在0至100％的旁通率下计算通过绕过(4)硫酸洗涤器(B)的调节步骤后的氨和水含量。在以纯MMP(10)作为反应剂的MMP-氰醇反应步骤(D)中使用调节后的氰化氢料流(9)带来如图3中所示的MMP-氰醇等价物溶液(12)中的相应水含量(标作“旁通”)。图表内的数据标签代表旁通率(经由旁路引导的反应气体料流的百分比)或氨穿透率(穿透该塔到产物气体料流(9)中的反应气体料流中的氨的百分比)。对于这种特定的粗制氰化氢反应气体组合物，35％(45％)的最大旁通率是可行的，而在MMP-氰醇反应步骤或后续储存中在10℃(30℃)的操作温度下没有形成两个分离液相的风险。操作温度越高，没有相分离风险的最大旁通率越高。
相同氰化氢反应气体料流的另一种调节是通过降低硫酸到洗涤器(B)的进料流量(8)而使氨穿透硫酸洗涤器。图3显示从2％化学计算过量的硫酸开始，相应MMP-氰醇等价物溶液中的水和氨含量(标作“浓度”)。对于这种特定的粗制氰化氢反应气体组合物，通过降低硫酸进料流量，97％(100％)的最大氨穿透量是可行的，而在MMP-氰醇反应步骤或后续储存中在10℃(30℃)的操作温度下没有形成两个分离液相的风险。
实施例4
NH3/HCN比和水含量的调节
对于如实施例3中提到的安德卢梭粗制氰化氢反应气体料流，作为调节率的函数的在调节步骤(9)后的氰化氢气体料流中的水和氨的计算浓度显示在图4中。调节率代表经由旁路引导的反应气体的百分比(“旁通”)、硫酸浓度的降低百分比(“浓度”)或降低硫酸料流的进料位置的百分比(“位置”)。在图2中示例显示硫酸(8)到氨洗涤器(B)的进料位置的降低。进料位置越低，可提供的传质面积越小，越多氨未被吸收而是穿透洗涤器。
对于通过旁通的调节，调节步骤后的气体料流中的水和氨浓度与调节率几乎呈线性。对于通过降低硫酸浓度以通过穿透的调节，水浓度几乎保持恒定且氨浓度与调节率几乎呈线性。对于通过降低硫酸料流的进料位置以通过穿透的调节，水和氨浓度滞后于调节率的升高。通过降低进料位置以实现通过穿透的100％调节相当于完全停止洗涤器的硫酸进料流量。
这两种调节选项—旁通和穿透，允许完全控制调节步骤后的气体料流中的氨浓度和硫酸铵的生产率。
实施例5
氨调节单元后的氢氰酸气体料流的示例性组成
对于所选调节率，如实施例3中对安德卢梭反应步骤计算的调节步骤后的HCN气体料流(9)的完整组成显示在表4中。
表4:通过绕过硫酸洗涤调节的通过安德卢梭反应步骤制成的氰化氢料流的示例性组成和硫酸铵生产率
实施例6
经由借助穿透型氨调节单元制成的MMP-氰醇示例性合成甲硫氨酸
在配有搅拌棒的300毫升高压釜烧杯中，将蒸馏水(37克)、碳酸铵(13.9克)和碳酸氢铵(20.2克)添加到34.7克由具有调节过的氨含量的氢氰酸(NH3:HCN＝0.087mol/mol，参见表4，具有30％旁通)制备的MMP-氰醇(由68.4重量％MMP-CN和16.5重量％亚氨基二腈组成)中。将反应容器转移到配有压力计、加热器、温度传感器、入口管和压力释放装置的来自ROTH的高压实验室高压釜中。将高压釜紧密密封，在搅拌下经15分钟加热到105℃，然后在这一温度下保持另外30分钟。在反应期结束时，将高压釜在水浴中冷却到70℃，并释放产生的压力(大约15巴)。然后经入口管经10分钟的时间计量加入KOH水溶液(31.1克KOH在42.5克H2O中)。在添加完成后，将高压釜在搅拌下经25分钟的时间加热到180℃，然后在这一温度下保持另外30分钟。在反应过程中，大约每5分钟但至少在超过10巴的情况下，将压力释放到5巴。在反应期结束时，将高压釜在流动的冷却水下冷却到室温，并卸压到标准压力。反应产物的HPLC分析证实形成75.4％的甲硫氨酸和5.1％的Met-Met。
Claims (7)
1.生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)的方法，所述方法包括使根据安德卢梭法由甲烷、氨和氧气制备的氰化氢(HCN)工艺气体混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)接触，所述方法的特征在于所述HCN工艺气体混合物由粗制HCN工艺气体混合物通过调节氨量到粗制HCN工艺气体混合物中的氨量的20％(v/v)至60％(v/v)获得。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于通过使用配有旁通料流的氨洗涤器进行氨调节。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于通过使用能实现部分氨穿透的氨洗涤器进行氨调节。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于通过使粗制HCN气体混合物的40％(v/v)的最大量绕过氨洗涤器，将HCN工艺气体混合物中的氨量调节到粗制HCN工艺气体混合物中的氨的40％(v/v)的最大量。
5.由HCN生产甲硫氨酸或其盐或衍生物的方法，所述方法包括通过使根据安德卢梭法由甲烷、氨和氧气制备的氰化氢(HCN)工艺气体混合物与3-甲基巯基丙醛(MMP)接触而生产2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)或包含MMP-CN的粗制产物混合物的步骤，所述方法的特征在于所述HCN工艺气体混合物由粗制HCN工艺气体混合物通过调节氨量到粗制HCN工艺气体混合物中的氨量的20％(v/v)至60％(v/v)获得。
6.根据权利要求5的方法，其中所述方法进一步包括使2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)或包含MMP-CN的粗制产物混合物与氨和/或铵盐和二氧化碳和/或碳酸盐反应以产生5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲的步骤。
7.根据权利要求6的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：使5-(2-甲基巯乙基)乙内酰脲在碱性条件下反应，随之形成二氧化碳和氨，以产生至少一种甲硫氨酸盐，和任选进一步使所述甲硫氨酸盐与酸反应以产生甲硫氨酸。
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