一种牛磺酸的制备方法技术

本发明专利技术提供一种制备牛磺酸的方法。首先，环氧乙烷和亚硫酸氢钠在非均相催化剂作用下经加成反应高选择性得到羟乙基磺酸钠；其次，合成的羟乙基磺酸钠在均相催化剂催化下进行氨解反应，然后经过中和、结晶分离等步骤得到成品牛磺酸。与传统的生产工艺相比，该工艺能显著减少加成反应过程的副产物，并降低氨解反应的温度和压力，缩短反应时间，易于工业化生产。

A preparation method of taurine

The invention provides a method for preparing taurine. Firstly, sodium hydroxyethyl sulfonate was obtained by addition reaction of ethylene oxide and sodium bisulfite with heterogeneous catalyst. Secondly, the synthesized sodium hydroxyethyl sulfonate was ammonolysed with homogeneous catalyst, and then the final taurine was obtained by neutralization and crystallization separation. Compared with the traditional production process, this process can significantly reduce the by-products of addition reaction, reduce the temperature and pressure of ammonia hydrolysis reaction, shorten the reaction time, and is easy to industrialize production.

【技术实现步骤摘要】
一种牛磺酸的制备方法
本专利技术涉及一种制备牛磺酸的方法。
技术介绍
牛磺酸又名牛胆酸、牛胆素，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。牛磺酸的作用与其它氨基酸不同，它可以促进神经系统的生长发育，保护大脑，改善记忆，也可以提高视神经传导和视觉机能，同时也能保护心脏、防治心脑血管疾病等多种重要的功能。牛磺酸具有较高的药用价值，是重要的营养物质，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，也可用作生化试剂和其他有机合成中间体，是一种具有广泛应用价值的精细化学品。牛磺酸的化学合成方法主要包括乙醇胺法和环氧乙烷法。乙醇胺法反应周期很长，其中磺化反应需要30h以上，而且成本偏高，现已逐渐被淘汰。环氧乙烷法采用环氧乙烷和液氨作为原料，成本比乙醇胺法大幅度低，同时反应收率也要略高于乙醇胺法。在此优势的激励下，目前环氧乙烷法已经成为牛磺酸生产的主流工艺。环氧乙烷法的关键合成步骤就是羟乙基磺酸钠与液氨反应制备牛磺酸钠，在最初的研究中，由于不加入催化剂，需要200-280℃高温以及14-21MPa高压的苛刻反应条件，这就造成了反应过程能耗高，生产成本较高。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。中国专利CN107056659A中公开了在氨解反应过程中选择氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂中的任意一种或者任意两种或多种的混合物作为催化剂，此时氨解反应可在250-270℃、10-15MPa下进行，该专利的条件与专利CN105732440A相比仅略微温和。美国专利US20160355470A1中公开了在羟乙基磺酸钠氨解反应中，添加NaOH能催化氨解反应向生成牛磺酸钠的方向进行，氨解反应可获得90％以上的牛磺酸钠收率，氨解反应的收率较高，但仍需要160-260℃的高温以及自升温压力到26MPa的高压。综上所述，现行牛磺酸制备工艺的氨解反应条件仍较为苛刻，而且由于加成反应产生乙二醇等副产，导致母液在套用过程中无法完全套用，因此工艺条件需改进，以降低生产过程能耗，减少生产成本，增加母液套用量，提高牛磺酸产品收率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备牛磺酸钠的方法，该方法的工艺条件较为温和(温度低、压力低)、反应时间短、收率高(加成反应中羟乙基磺酸钠收率可达99％以上，氨解反应中牛磺酸钠的收率可达89.0～95.0％，牛磺酸单程结晶收率可达70.0-75.0％，结晶套用后，牛磺酸总收率可达90.0～95.0％)。为达到以上专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种制备牛磺酸的方法，环氧乙烷与亚硫酸氢钠在非均相催化剂作用下反应制备得到羟乙基磺酸钠，而后羟乙基磺酸钠与氨在铋酸盐催化剂催化下反应制备得到牛磺酸。上述方法中，环氧乙烷与亚硫酸氢钠的摩尔比可以为0.9:1～1.5:1，优选为0.95:1～1.2:1，更优选为0.99:1～1.01:1。所述非均相催化剂为分子筛催化剂，分子筛催化剂加入量为亚硫酸氢钠加入量的0.5-5wt％，优选为1.0-3.0wt％，更优选为1.0-2.5wt％。羟乙基磺酸钠与氨的质量比可以为1：0.2～5，优选1：0.5～2，更优选1：0.7-1.5。铋酸盐催化剂的用量可以为羟乙基磺酸钠的0.01-10wt％，优选为0.05-5.0wt％，更优选在0.05-0.5wt％。分子筛催化剂优选为H-Beta(12.5)分子筛、脱铝De-Al-Beta(12.5)分子筛及锡改性的Sn-Beta(12.5)分子筛中的一种或多种。铋酸盐催化剂可以为铋酸钠、铋酸铵、铋酸钾、铋酸锂或铋酸钙中的一种或多种，优选铋酸钠、铋酸铵、铋酸钾或铋酸锂中的一种。作为一种优选的方案，一种制备牛磺酸的方法，包括以下步骤：(1)环氧乙烷与亚硫酸氢钠水溶液在非均相催化剂催化下反应，得到羟乙基磺酸钠水溶液；(2)向羟乙基磺酸钠水溶液中通入液氨；(3)向通入液氨后的羟乙基磺酸水溶液中加入铋酸盐均相催化剂，获得原料液；(4)原料液经加热后，进入高压反应器中进行反应得到反应液；(5)反应液除氨后，中和，结晶，获得牛磺酸产品。进一步地，本专利技术步骤(1)中亚硫酸氢钠在水溶液中的浓度为10-40wt％，优选为15-35wt％，更优选为25-35wt％。进一步地，本专利技术步骤(1)中环氧乙烷与亚硫酸氢钠的摩尔比为0.9:1～1.5:1，优选为0.95:1～1.2:1，更优选为0.99:1～1.01:1。本专利技术步骤(1)中非均相催化剂为分子筛催化剂，优选为H-Beta(12.5)分子筛、脱铝De-Al-Beta(12.5)分子筛及锡改性的Sn-Beta(12.5)分子筛中的一种或多种，优选为H-Beta(12.5)分子筛和Sn-Beta(12.5)分子筛，更优选为Sn-Beta(12.5)分子筛。本专利技术步骤(1)中非均相催化剂的加入量可以为亚硫酸氢钠加入量的0.5-5wt％，优选为1.0-3.0wt％，更优选为1.0-2.5wt％。本专利技术步骤(2)中液氨在羟乙基磺酸钠水溶液中的浓度可以为10-30wt％，优选为15-28wt％，更优选为18-26wt％。优选地，本专利技术步骤(3)中铋酸盐均相金属催化剂为铋酸钠、铋酸铵、铋酸钾、铋酸锂或铋酸钙中的一种或多种，更优选铋酸钠、铋酸铵、铋酸钾或铋酸锂中的一种。本专利技术步骤(3)中铋酸盐均相金属催化剂的用量可以为羟乙基磺酸钠的0.01-10wt％，优选为0.05-5.0wt％，更优选在0.05-0.5wt％。本专利技术步骤(3)中羟乙基磺酸钠与氨的反应可以使用或不使用助催化剂，优选使用助催化剂；助催化剂为氯化亚铜、氯化铵、亚硫酸氢铵中的一种或多种，优选氯化亚铜。本专利技术中步骤(3)中助催化剂与铋酸盐催化剂的质量比可以为0.1:1～1.5:1，优选为0.3:1～1.0:1，更优选在0.5:1～1.0:1。本专利技术中步骤(4)的反应温度可以为50-220℃，优选为80-200℃，更优选为120-160℃；步骤(3)的反应压力为0.1-12MPa，优选为1-10MPa，更优选为5-10MPa(表压)；步骤(3)中的反应时间为5-120min，优选为10-80min，更优选为20-60min。本专利技术步骤(5)中反应液除氨后，可以用浓硫酸在50-90℃下中和将体系pH调节至7-9之间。进一步地，本专利技术优选步骤(5)中加硫酸将体系pH调节至7-9之间；和/或，结晶通过将体系冷却至20-40℃来进行。进一步地，步骤(5)中结晶后母液可完全套用至氨解反应中。本专利技术加成反应体系所选用的分子筛催化剂能使环氧乙烷加成反应的工艺条件大幅降低，可以将中间产物羟乙基磺酸钠的收率提高至99％以上，减少工艺中乙二醇的生成，其原理如下：在加成反应中选用的分子筛催化剂中的合适的路易斯酸性位能够诱导环氧乙烷与亚硫酸氢根离子之间形成稳定的中间过渡态，从而促进环氧乙烷更易于生成羟乙基磺酸钠。本专利技术氨解反应的催化剂体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备牛磺酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：环氧乙烷与亚硫酸氢钠在非均相催化剂催化作用下反应制备得到羟乙基磺酸钠，而后羟乙基磺酸钠与氨在铋酸盐催化剂催化下反应制备得到牛磺酸。

【技术特征摘要】
1.一种制备牛磺酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：环氧乙烷与亚硫酸氢钠在非均相催化剂催化作用下反应制备得到羟乙基磺酸钠，而后羟乙基磺酸钠与氨在铋酸盐催化剂催化下反应制备得到牛磺酸。2.一种制备牛磺酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)环氧乙烷与亚硫酸氢钠溶液在非均相催化剂催化下反应，得到羟乙基磺酸钠水溶液；(2)向羟乙基磺酸钠水溶液中通入液氨；(3)向通入液氨后的羟乙基磺酸水溶液中加入铋酸盐均相催化剂，获得原料液；(4)原料液经加热后，进入高压反应器中进行反应得到反应液；(5)反应液除氨后，中和，结晶，获得牛磺酸产品。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(1)中亚硫酸氢钠在水溶液中的浓度为10-40wt％，优选为15-35wt％，更优选为25-35wt％；和/或步骤(1)中环氧乙烷与亚硫酸氢钠的摩尔比为0.9:1～1.5:1，优选为0.95:1～1.2:1，更优选为0.99:1～1.01:1。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，步骤(1)中非均相催化剂为分子筛催化剂H-Beta(12.5)、脱铝De-Al-Beta(12.5)及改性的Sn-Beta(12.5)中的一种或多种，优选为H-Beta(12.5)和Sn-Beta(12.5)，更优选为Sn-Beta(12.5)；和/或步骤(1)中非均相催化剂的加入量为亚硫酸氢钠加入量的0.5-5wt％，优选为1.0-3.0wt％，更优选为1.0-2.5wt％。5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，步骤(1)反应温度为10-70℃，优选为20-50℃，更有选为25-40℃；和/或步骤(1)反应时间为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂振友，张静，郭斌，赵凯飞，蔺海政，钟子太，孔令晓，梁静，王文，李晶，李浩，陈来中，张永振，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37