DE2006979A1 - Process for the production of methionine - Google Patents
Process for the production of methionineInfo
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Description
Kennzeichen 2153Registration number 2153
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8 MiO8 million
STAMIGAftBON N.V,, HEERIiEN (die Niederlande) Verfahren zu der Herstellung von Methionin STAMIGAftBON NV ,, HEERIiEN (the Netherlands) Process for the production of methionine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu der Herstellung von Methionin mittels Umsetzung von β-Methylmercaptopropionaldehyd mit Hilfe von Cyanwasserstoff und Ammoniak oder von Ammoniumcyanid in Methioninnitril (y-Methylmercapto-a-aminobutyronitril) unter Anwendung eines flüssigen, aus Ammoniak und Wasser bestehenden Reaktionsmittels und mittels Hydrolyse des anfallenden Methioninnitrils in saurem Medium, Die Erfindung betrifft insbesondere die Verringerung der bei der Hydrolyse gebildeten Menge Ammoniumsalz.The invention relates to a process for the preparation of methionine by converting β -methyl mercaptopropionaldehyde with the aid of hydrogen cyanide and ammonia or of ammonium cyanide in methionine nitrile (γ-methyl mercapto-a-aminobutyronitrile) using a liquid reactant consisting of ammonia and water and by means of hydrolysis of the methionine nitrile obtained in an acidic medium. The invention relates in particular to reducing the amount of ammonium salt formed during hydrolysis.
Wie bekannt kann Methionin in sehr hoher Ausbeute hergestellt werden, wenn die Bildung des Methioninnitrils unter Überatmosphärischem Druck bei einer Temperatur zwischen 0 und 60 0C erfolgt und ein hohes Gewichtsverhaltnis Ammoniak : Wasser im flüssigen Reaktionsmittel aufrechterhalten wird. Nachdem sich das Methioninnitril unter uberatmospharischem Druck gebildet hat, wird das Reaktionsgemisch zu atmosphärischem Druck entspannt und anschliessend das Methioninnitril in saurem Medium zu Methionin hydrolysiert. Infolge der Tatsache, dass nach der Expansion noch eine ziemlich grosse Ammoniakmenge im Reaktionsgemisch in Lösung bleibt, ist fur die^Hydrolyse in saurem Medium eine grosse Menge Säure, z.B. Schwefelsaure, notwendig, wodurch neben Methionin zugleich eine grosse Menge Ammoniumsalz, z.B. Ammoniumsulfat im Falle einer Hydrolyse mit Schwefelsaure, als Nebenprodukt anfallt. .As is known methionine can be produced in very high yield when the formation of the Methioninnitrils under superatmospheric pressure at a temperature between 0 and 60 0 C is performed and a high weight ratio ammonia: water is maintained in the liquid reaction medium. After the methionine nitrile has formed under superatmospheric pressure, the reaction mixture is let down to atmospheric pressure and the methionine nitrile is then hydrolyzed to methionine in an acidic medium. As a result of the fact that a fairly large amount of ammonia remains in solution in the reaction mixture after the expansion, a large amount of acid, e.g. sulfuric acid, is necessary for hydrolysis in an acidic medium, which means that, in addition to methionine, a large amount of ammonium salt, e.g. ammonium sulfate, is required hydrolysis with sulfuric acid, occurs as a by-product. .
Zur Einschränkung der Produktion von Ammoniumsalz bei der Methioninherstellung wurde bereits vorgeschlagen, ein methioninnitrilhaltiges Reaktions-To limit the production of ammonium salt during methionine production has already been proposed to use a methionine nitrile-containing reaction
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gemisch durch Kühlung in eine methioninnitrilreiche und eine wasserreiche FlUssigkeitsschicht zu trennen und diese Wasserschicht, welche zugleich noch Ammoniak und Methioninnitril enthält, in das Reaktionsgemisch, in dem das Methioninnitril gebildet wird, zurückzuführen, so dass bei der sauren Hydrolyse der methioninnitrilreichen FlUssigkeitsschicht weniger Ammoniumsalz anfällt. mixed by cooling into one rich in methionine nitrile and one rich in water Liquid layer to separate and this water layer, which at the same time still Contains ammonia and methionine nitrile, in the reaction mixture in which the Methionine nitrile is formed, so that during acid hydrolysis the methionine nitrile-rich liquid layer produces less ammonium salt.
Wird nun zur Erreichung hoher Ausbeuten die Bildung des Methionin—If, in order to achieve high yields, the formation of methionine-
ο nitrils bei einer Temperatur zwischen 0 und 60 C, bei ttberatmosphärir.ehem Druck und mit hohem Gewichtsverhaltnis Ammoniak : Wasser im Reaktionsmittel durchgeführt, so liegt es auf der Hand, dass man bei der sauren Hydrolyse die Bildung von Ammoniumsalz gleichfalls einzuschränken versucht, indem man das methioninnitrilhaltige Reaktionsgemisch in zwei Flossigkeitsschichten zerlegt und die ammoniakhaltige Wasserschicht umlaufen lasst, Im Prinzip kann diese Trennung auf zweierlei Weise durchgeführt werden. Man kan das »ethioninnitrilhaltige Reaktionsgemisch zum Zwecke dieser Zweiphasentrennung unter uberatmospharischem Druck oder nach Expansion des Gemisches abkühlen.ο nitriles at a temperature between 0 and 60 C, at ttberatmosphärir.ehem Pressure and with a high weight ratio ammonia: water carried out in the reactant, so it is obvious that one is involved in the acid hydrolysis also tries to limit the formation of ammonium salt by the methionine nitrile-containing reaction mixture in two layers of liquid decomposed and circulate the ammonia-containing water layer, in principle can this separation can be carried out in two ways. One can use the "ethionine-nitrile-containing For the purpose of this two-phase separation, cool the reaction mixture under superatmospheric pressure or after the mixture has expanded.
Bei der praktischen Durchfuhrung dieser zwei Möglichkeiten hat sich aber ergeben, dass nicht immer eine solche Zweiphasentrennung möglich ist, und vor allem dann nicht, wenn man diese Zerlegung; unter Uberatmospharischem Druck vorzunehmen versucht, wenn in einem bestimmten Fall wohl eine Trennung in zwei Schichten zustande gebracht werden kann, so ist meistens eine starke TemperaturSenkung des Reaktionsgemisches notwendig. Ferner hat sich herausgestellt, dass im Falle einer Zerlegung des Gemisches in zwei FlUssigkeitsschichten die methioninnitrilreiche Schicht immer noch ziemlich viel Ammoniak enthält.In the practical implementation of this has two options it turns out, however, that such a two-phase separation is not always possible is, and especially not if you have this decomposition; under the ubiquitous Tries to apply pressure, if in a certain case one Separation in two layers can be brought about, so a strong temperature lowering of the reaction mixture is usually necessary. Furthermore has It turned out that in the case of a breakdown of the mixture into two liquid layers, the methionine-rich layer is still quite contains a lot of ammonia.
Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, geaass dem die Bildung des Methioninnitrils unter Uberatmospharischem Druck bei einer Temperatur zwischen O und 60 C und mit hohem Gewichtsvechältnis Ammoniak : Wasser im Reaktionsmittel durchfuhrbar ist und stets auf wirtschaftliche Weise eine Zweiphasentrennung der flussigen Masse herbeigeführt werden kann; es kommt noch hinzu, dass die methioninnitrilhaltige FlUssigkeitsschicht nur noch eine geringe Menge Ammoniak enthalt.A method has now been found to match the formation of methionine nitrile under superatmospheric pressure at a temperature between 0 and 60 C and with a high weight ratio ammonia: water can be carried out in the reactant and a two-phase separation of the liquid mass can always be brought about in an economical manner; it comes In addition, the methionine nitrile-containing liquid layer only contains a small amount of ammonia.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das methioninnitrilhaltige Reaktionsgemisch in einem geschlossenen System zu einer Temperatur von maximal 100 C erhitzt, das Reaktionsgemisch anschliessend unter Abfuhrung des dabei freiwerdenden gasförmigen Ammoniaks expandiert, das so entspannte Reaktionsgemisqh üibtf^r Kühlung in eineThe method according to the invention is characterized in that the methionine nitrile-containing reaction mixture is heated in a closed system to a maximum temperature of 100 ° C., the reaction mixture then with the removal of the gaseous ammonia released in the process expands, the so relaxed reaction mixture transfers for cooling into a
ammoniakhaltige wasserreiche FlUssigkeitsschicht und eine methionnitrilreiche FlUssigkeitsschicht trennt, die wasserreiche Schicht in den Prozess zurückfuhrt und die methioninnitrilreiche FlUssigkeitsschicht einer sauren Hydrolyse unterzieht.ammonia-containing water-rich liquid layer and a methionnitrile-rich The liquid layer separates, the water-rich layer is fed back into the process and the methionine-nitrile-rich liquid layer is an acidic one Subjecting to hydrolysis.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der Feststellung, dass fur eine geeignete Zerlegung des Reaktionsgemisches in zwei Flussig-. keitsphasen der Ammoniakgehalt des Reaktionsgemisches nicht zu hoch sein darf und dieser Ammoniakgehalt in effektiver Weise herabgesetzt werden kann, indem man das Reaktionsgemisch in einem geschlossenen System auf eine Temperatur von maximal 100 C bringt und anschliessend entspannt. Obwohl Methioninnitri1 eine ziemlich unstabile Verbindung ist, tritt wie sich zeigt bei einer Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches bis zu maximal 100 C keine merkliche Zersetzung auf, wenn diese Temperatursteigerung in einem geschlossenen System erfolgt.The method according to the invention is based on the finding that for a suitable separation of the reaction mixture into two liquids. speed phases, the ammonia content of the reaction mixture should not be too high and this ammonia content can be effectively reduced, by bringing the reaction mixture to one temperature in a closed system of a maximum of 100 C and then relaxed. Even though Methionine nitride is a fairly unstable compound, as occurs itself shows up to a maximum when the temperature of the reaction mixture increases 100 C no noticeable decomposition if this temperature increase in a closed system.
Mi +. dem erfindungsgemässen Verfahren ist der grosse Vorteil verbunden, dass Methionin in sehr hoher Ausbeute gewonnen werden kann und Ammoniumsalz in möglichst geringer Menge als Nebenprodukt anfallt. Ferner zeigt sich, dass bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens die zurückzuführende, ammoniakhaItige Wasserschicht nur wenig Methioninnitril enthält, so dass zur Einschränkung der Ammoniumsalzproduktion eine Umlaufmenge mit niedrigem Methipninnitrilgehalt bereits ausreichend ist.Wed +. The process according to the invention has the great advantage that methionine can be obtained in a very high yield and ammonium salt is obtained as a by-product in the smallest possible amount. It is also shown that when the method according to the invention is used, the ammonia-containing water layer to be returned contains only a little methionine nitrile, so that a circulating amount with a low methionine nitrile content is sufficient to limit the ammonium salt production.
Zur Durchfuhrung des erfindungsgemässen Verfahrens kann das Reaktionsgemisch nach Bildung des Methioninnitrils unter uberatmospharischera Druck und unter Abzug gasförmigen Ammoniaks expandiert, anschliessend im geschlossenen System zu einer Temperatur von maximal 100 C erhitzt und aufs neue unter Abzug gasförmigen Ammoniaks expandiert werden, wonach die Trennung in zwei Flussigkeitsschichten erfolgt. Vorzugsweise unterbleibt die erstgenannte Entspannung des Reaktionsgemisches und findet die Temperaturs'feigerung im geschlossenen System in Anwesenheit des im gebildeten Reaktionsgemisch·gelösten Ammoniaks statt.To carry out the process according to the invention, the reaction mixture can after formation of the methionine nitrile under an atmosphere Pressure and with deduction of gaseous ammonia expanded, then im closed system heated to a maximum temperature of 100 C and expanded again with the deduction of gaseous ammonia, after which the Separation takes place in two liquid layers. Preferably omitted the first-mentioned relaxation of the reaction mixture and finds the temperature increase in the closed system in the presence of the educated Reaction mixture · dissolved ammonia instead.
Das beim erfindungsgemässen Verfahren anfallende gasförmige Ammoniak kann gegebenenfalls im Prozess benutzt werden, z.B.'fUr die Neutralisation des sauren Hydrolysegemisches. Vorzugsweise aber wird das gasförmige Ammoniak unter Druck in der umlaufenden wasserreichen Schicht gelöst.The gaseous ammonia obtained in the process according to the invention can be used in the process, e.g. for neutralization of the acidic hydrolysis mixture. Preferably, however, the gaseous Ammonia dissolved under pressure in the surrounding water-rich layer.
Die Bedingungen, unter denen das Methioninnitril gebildet wird, können variiert werden. Ein wirtschaftlich optimales Resultat ergibt sich,The conditions under which the methionine nitrile is formed can be varied. An economically optimal result is obtained
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wenn während der Bildung des Methioninnitrils die Temperatur zwischen 25 und 45 C aufrechterhalten, ein Gewichtsverhältnis Ammoniak : Wasser im Reaktionsmittel zwischen 1,3 : 1 und 2 : 1 angewandt und das Reaktionsgeuiisch im geschlossenen System auf eine Temperatur zwischen 65 und 75 C erhitzt wird.if during the formation of the methionine nitrile the temperature is between 25 and Maintained 45 C, a weight ratio ammonia: water in the reactant between 1.3: 1 and 2: 1 applied and the reaction gas in the closed System is heated to a temperature between 65 and 75 C.
Die Erhitzung des Reaktionsgemisches in einem geschlossenen System kann in der Praxis auf verschiedene Weisen verwirklicht werden. Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch durch ein oder mehrere erhitzte Rohre geleitet, welche mittels eines Expansionsventils von dem Expansionsraum getrennt sind.The heating of the reaction mixture in a closed system can be implemented in different ways in practice. Preferably the reaction mixture is passed through one or more heated tubes, which are separated from the expansion space by means of an expansion valve.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand beiliegender Figur ■it schematischem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert.The method according to the invention is illustrated in the accompanying figure ■ explained in more detail with a schematic exemplary embodiment.
In einem Reaktor (1) und einem mit ihm in Reihe geschalteten Reaktor (2) erfolgt die Bildung des Methioninnitrils bei einer Temperatur von etwa 40 C und einem Druck von 6 at absolut. Die beiden Reaktoren sind mit einem Ruhrer und einem Kühlmantel ausgestattet, über eine Leitung (3) wird /J-Methylmercaptopropionaldehyd, Über die Leitung (4) Ammoniak und Über die Leitung (5) Cyanwasserstoff in den Reaktor (1) eingebracht.In a reactor (1) and a reactor connected in series with it (2) Methionine nitrile is formed at a temperature of about 40 C and a pressure of 6 at absolute. The two reactors are with equipped with a stirrer and a cooling jacket, via a line (3) / J-methylmercaptopropionaldehyde, via line (4) ammonia and via the Line (5) introduced hydrogen cyanide into the reactor (1).
Das Reaktionsgemisch läuft Über Leitung (7) in den Reaktor (2) und von dort über die Leitung (8) in ein geschlossenes Puffergefass (9). Nach Austritt aus diesem Gefäss wird die Reaktionsflussigkeit mit Hilfe einer Piatpe (10) durch einen Rohrerhitzer (11) geleitet, in dem die ReaktionsflUs-The reaction mixture runs via line (7) into the reactor (2) and from there via the line (8) into a closed buffer vessel (9). After exiting this vessel, the reaction liquid is with the help of a Piatpe (10) passed through a tube heater (11) in which the reaction flow
o οo ο
sigkeit mittels Wasser von etwa 80 C auf eine Temperatur von etwa 70 C erhitzt wird. Das 80 °C heisse Wasser fliesst diesem Erhitzer (11) durch die Leitung (12) zu. Das Erhitzungswasser geht nach Gebrauch Über die Leitung (13) ab. Nachdem die Reaktionsflussigkeit im Erhitzer (11) die erforderliche Temperatur erreicht hat, ist der Druck auf etwa 10 at absolut angestiegen. Danach wird die ReaktionsflUssigkeit mit Hilfe eines Expansionsventils (14) zu einem Druck von etwa 1,2 at absolut entspannt. Dabei geht die Temperatur auf etwa 25 C zurück. Das gasförmige, bei dieser Expandierung freiwerdende Ammoniak wird in einem Abscheider (15) von der Flüssigkeit getrennt und fliesst Über die Leitung (16) ab. Die Flüssigkeit wird durch die Leitung (17) aus dem Abscheider (15) abgeführt und geht nach Kühlung bis auf etwa 15 °C in einer Kühlanlage (18) durch die Leitung (19) einem Scheider (20) zu. In dem letzteren Abscheider trennt sich die Flüssigkeit in zwei Schichten. Die «ethioninnitrilreiche FlUssigkeitsschicht tritt Über die Leitung (21) in eine - nicht eingezeichnete - Anlage ein, wo die saure Hydrolyse stattfindet. Die wasserreiche FlUssigkeitsschicht wird Über Leitung (22), Pumpe (23) und Leitung (24) oben in die Absorptionskolonne (25) eingebracht.The liquid is heated to a temperature of around 70 ° C using water at around 80 ° C will. The 80 ° C hot water flows to this heater (11) through line (12). The heating water goes through the pipe after use (13). After the reaction liquid in the heater (11) has the required Has reached temperature, the pressure has risen to about 10 at absolute. The reaction liquid is then pumped out with the aid of an expansion valve (14) absolutely relaxed to a pressure of about 1.2 at. Thereby the temperature goes back to about 25 C. The gaseous one that is released during this expansion Ammonia is separated from the liquid in a separator (15) and flows off via the line (16). The liquid is fed through the line (17) discharged from the separator (15) and, after cooling, goes down to about 15 ° C in a cooling system (18) through the line (19) to a separator (20). In the latter separator, the liquid separates into two layers. The liquid layer rich in ethionine nitrile passes through the line (21) into a - not shown - plant where the acid hydrolysis takes place. The water-rich liquid layer is pumped via line (22) (23) and line (24) introduced into the absorption column (25) at the top.
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Unten in diese Kolonne tritt durch die Leitung (26) gasförmiges Ammoniak ein. Dieses gasförmige Ammoniak stammt vom Abscheider (15) und wird über die Leitung (16) und einen Verdichter (27) herangeführt. In dem Verdichter wird das gasförmige Ammoniak zu einem Druck von etwa 6 at absolut zusammengepresst. In der Absorptionskolonne (25) wird das zusammengepresste Ammoniak bei einer Temperatur von 30-35 C in der Flüssigkeit absorbiert. Die in der Kolonne (25) gebildete Flüssigkeit wird über Leitung (28), Pumpe (29) und Leitung (6) in den Reaktor (1) zurUckgepumpt.At the bottom of this column, gaseous ammonia enters through line (26). This gaseous ammonia comes from the separator (15) and is via the line (16) and a compressor (27) brought up. In the compressor, the gaseous ammonia is compressed to a pressure of about 6 at absolute. In the absorption column (25) the compressed ammonia is at a Temperature of 30-35 C absorbed in the liquid. The ones in the column (25) formed liquid is via line (28), pump (29) and line (6) pumped back into the reactor (1).
Im nachfolgenden Beispiel wird die zur geschilderten Ausführungsform gehörende Materialbilanz näher, erläutert.In the following example, this becomes the described embodiment corresponding material balance is explained in more detail.
Stündlich geht dem Reaktor (1) durch die Leitung (3) ein Gemisch aus 3,06 kg /9-Methylmercaptopropionaldehyd und 0,89 kg Wasser zu. Je Stunde wird durch die Leitung (4) ausserdem 0,85 kg Ammoniak und durch die Leitung (5) 0,79 kg Cyanwasserstoff in den Reaktor (1) eingebracht. Ferner wird stündlich über die Leitung (6) ein Gemisch aus 2,91 kg Ammoniak, 1,75 kg Wasser und 0,46 kg Methionnitril in den Reaktor (1) zurückgeführt.Every hour the reactor (1) receives a mixture through line (3) from 3.06 kg / 9-methylmercaptopropionaldehyde and 0.89 kg water. Per hour is also 0.85 kg of ammonia through the line (4) and through the line (5) 0.79 kg of hydrogen cyanide introduced into the reactor (1). It is also hourly A mixture of 2.91 kg of ammonia and 1.75 kg of water via line (6) and 0.46 kg of methiononitrile returned to the reactor (1).
Aus dem Abscheider (15) werden stündlich 2,33 kg gasförmiges Ammoniak über die Leitung (16) abgeführt. Aus dem Abscheider (20) gehen stündlich über die Leitung (22) 1,75 kg Wasser, 0,58 kg Ammoniak und 0,46 kg Methioninnitril ab. Ferner werden aus diesem Abscheider über die Leitung (21) stündlich 3,82 kg Methioninnitril, 0,35 kg Ammoniak und 1,41 kg Wasser abgeführt. Das so gewonnene Methioninnitril lasst sich auf bekannte Weise mittels saurer Hydrolyse in Methionin umsetzen. · .2.33 kg of gaseous ammonia per hour are released from the separator (15) discharged via the line (16). From the separator (20) go every hour via line (22) 1.75 kg of water, 0.58 kg of ammonia and 0.46 kg of methionine nitrile away. Furthermore, from this separator via line (21) every hour 3.82 kg of methionine nitrile, 0.35 kg of ammonia and 1.41 kg of water are removed. The methionine nitrile obtained in this way can be in a known manner by means of acid hydrolysis convert into methionine. ·.
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