用于由糖制造生物基产品的方法技术

提供了一种用于从一种或多种糖生产牛磺酸‑特别是任选地与单乙醇胺和二乙醇胺中的一种或两种一起‑的一体化的能够联产的方法，所述方法包括热解一种或多种糖以产生包括乙醇醛和甲醛的粗热解产物混合物；任选地从所述粗热解产物混合物中除去甲醛，然后在氢气的存在下并且进一步在催化剂的存在下将所述粗热解产物混合物与胺化剂组合以从所述粗热解产物混合物至少产生单乙醇胺；任选地从粗还原胺化产物中回收二乙醇胺，硫酸化单乙醇胺产物的至少一部分至全部以产生2‑氨基乙基硫酸氢酯；以及磺化所述2‑氨基乙基硫酸氢酯以产生牛磺酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于由糖制造生物基产品的方法
本专利技术涉及用于制造乙醇胺产品的方法，并且还涉及用于制造氨基磺酸营养补充剂牛磺酸(2-氨基乙磺酸)的方法。
技术介绍
单乙醇胺(MEA)是目前通过用氨水处理环氧乙烷(还通过MEA和DEA分别与另外当量的环氧乙烷反应生产二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)的方法)而生产的工业商品。MEA用作用于生产洗涤剂、乳化剂、抛光剂、药物、腐蚀抑制剂和化学中间体的原料，并广泛用于胺气处理烟道气和酸性天然气以除去二氧化碳和硫化氢。DEA可用于相同的胺气处理应用中，并用作表面活性剂和腐蚀抑制剂，而TEA用于各种各样化妆品和个人护理产品中。然而，从环氧乙烷获得这些重要的商品是有问题的，因为环氧乙烷极易燃，并且其与空气的混合物是爆炸性的并且多年来已成为许多工业事故的原因。牛磺酸，或2-氨基乙磺酸，是有条件的氨基酸，所述氨基酸是人体天然产生的并且作为人类的营养补充剂已经变得越来越受欢迎，具有减少心血管疾病和帮助治疗充血性心力衰竭、减少来自帕金森病的副作用、减少代谢综合征，作为抗氧化剂帮助具有牙周病的患者和改善运动表现的著名益处。牛磺酸还广泛用于动物营养产品中，实际上，在美国的干湿猫粮中都需要牛磺酸以抵抗中央视网膜变性和猫扩张性心肌病。商业上用于制造合成牛磺酸的方法包括以下方法，其中环氧乙烷与亚硫酸氢钠反应以获得羟乙基磺酸钠，所述羟乙基磺酸钠然后进行氨解以产生牛磺酸钠。用硫酸中和产生牛磺酸和硫酸钠的混合物。显然，这种方法具有同样的依赖环氧乙烷的缺点，及其伴随的危害。在另一种已知方法中，可使单乙醇胺与硫酸反应以产生2-氨基乙基硫酸氢酯(AES)，并且随后使AES与亚硫酸钠反应再次产生牛磺酸和硫酸钠。在US8,609,890中描述的第一环氧乙烷方法的变型使牛磺酸钠与二氧化硫或亚硫酸反应以产生牛磺酸并再生亚硫酸氢钠(其可以被再循环和再利用)而不是产生硫酸钠。因此，虽然商品化学单乙醇胺已经被认为是可以从其合成特殊材料牛磺酸的材料，并且虽然已经描述了用于从可再生资源(如糖)生产乙醇胺的方法，参见例如Taarning等人的US9,796,649，然而，具有根据需要从可再生资源作为联产物高效生产一种或多种乙醇胺和牛磺酸的能力的一体化方法在文献中尚未描述，并且将具有商业吸引力。专利技术概述以下呈现了本专利技术的简化概述以便提供其方面中的一些的基本理解。此概述不是本专利技术的广泛综述，因此，不应将特定特征的提及或省略分别理解为暗示所述特征是不可缺少的或较不重要的。此概述的唯一目的是以简化的形式作为稍后呈现的更详细的说明的前奏呈现本专利技术的一些概念。在这种理解下，从一个角度看，本专利技术的一体化的能够联产的方法可以看作是提供一种特别是用于生产牛磺酸的新颖方法，所述方法包括热解糖或糖的混合物，如葡萄糖、果糖或蔗糖的水溶液，以产生包括乙醇醛和甲醛的粗热解产物混合物；在氢气的存在下，并且进一步在至少包括镍催化剂和酸性助催化剂组分的催化组合的存在下，将所述粗热解产物混合物(无需进行首先从其中除去任何甲醛)与胺化剂组合，其中所述镍催化剂为所述组合总重量的从1至99重量百分比，并且所述酸性助催化剂构成剩余部分，以由所述粗热解产物混合物产生单乙醇胺产物；将所述单乙醇胺产物硫酸化以产生2-氨基乙基硫酸氢酯；以及磺化所述2-氨基乙基硫酸氢酯以产生牛磺酸。在这方面，以上提及的Taarning等人(Taarning)的US9,796,649描述了用于使用来自糖热解的组合物用于多种后续化学转化的方法，所述组合物包含主要呈乙醇醛(或羟乙醛)形式但还包括甲醛、乙二醛和丙酮醛的低分子量羰基化合物，所述后续化学转化包括通过氢化合成乙烯和丙二醇、合成柔性脲基酚醛树脂、制造直链和支链氧化的C4-烷基和C4-烯基化合物以及胺，如乙醇胺(MEA)、乙二胺和二甲基乙醇胺。然而，Taarning指出，甲醛是那些后续化学转化(如可通过其制得此类胺产物的还原胺化方法)的众所周知的毒物，并建议将粗热解产物中的甲醛转化为甲醛缩醛并通过在至少一种醇和催化剂的存在下进行反应蒸馏将其从所述粗热解产物除去至足够的程度使得剩余的热解产物可用于还原胺化。因此，从另一个角度看，本专利技术提供了一种特别是用于制造牛磺酸的方法，所述方法涉及根据例如如Majerski等人的US7,094,932中所述的或如下文中描述为与用于热解糖的方法(包括乙醇醛、甲醛、乙二醛和丙酮醛)有关的任何其他代表性参考文献中所描述的方法对来自糖如右旋糖的热解的粗产物进行还原胺化，但无需使用不切实际的反应蒸馏来大大减少还原胺化进料中的甲醛量。在其他实施例中，本专利技术的一体化的能够联产的方法提供了特别是用于生产牛磺酸的替代方法，其中通过在催化剂的存在下进行氧化和/或通过使粗产物与甲醛洗涤材料接触来减少来自热解右旋糖的粗产物中的甲醛，所述甲醛洗涤材料保留来自所述粗产物的甲醛，但将乙醇醛留在所述粗产物中以在其上进行还原胺化以形成单乙醇胺，然后将所述单乙醇胺硫酸化以提供2-氨基乙基硫酸氢酯(进而将其磺化以提供牛磺酸)。从另一个角度来看，提供了一种用于通过使用仅一部分的单乙醇胺作为用于合成牛磺酸的进料来作为联产物生产牛磺酸和单乙醇胺二者的方法，其中在预先进行或不进行除去甲醛的情况下进行还原胺化(其中此处和下文中“除去甲醛”均应理解为包括至少对粗热解产物中的甲醛使用催化氧化步骤以及甲醛在与粗热解产物接触的甲醛洗涤材料上的保留)，在后一种情况下，例如，使用包括镍催化剂组分和酸性助催化剂组分的催化组合，其中所述镍催化剂组分为所述组合总重量的从1至99重量百分比，并且所述酸性助催化剂构成所述组合的剩余部分。在某些实施例中，部署如下文中更详细描述的氢化催化剂和酸助催化剂以改善对单乙醇胺的选择性。从又另一个角度看，提供了一种用于通过以下方式作为联产物生产牛磺酸、单乙醇胺和二乙醇胺的方法：从提供单乙醇胺和二乙醇胺二者的还原胺化步骤中分离出并回收二乙醇胺产物(其中再次在进行或不进行在先的甲醛除去步骤的情况下进行还原胺化)，并且然后再次使用仅一部分单乙醇胺来合成牛磺酸。在其中需要相对更多的二乙醇胺的某些实施例中，代替催化组合(包括从1至99重量百分比的镍催化剂组分与剩余部分的酸性助催化剂组分)或按照以上提及的涉及MEA的实施例的氢化催化剂和酸助催化剂，如下文更详细地描述的，使用包括至少一种贵金属的催化剂。附图说明图1是本专利技术方法的实施例的示意图。图2是在进行乙醇醛的还原胺化的实验中获得的转化率和产物选择性值的条形图(i)在不存在催化剂的情况下，(ii)单独雷尼镍的存在下和(iii)雷尼镍和作为助催化剂的金属三氟甲磺酸盐二者的存在下。图3是在进行乙醇醛的还原胺化的实验中获得的单乙醇胺和二乙醇胺产率值的条形图(i)单独雷尼镍的存在下，和(ii)雷尼镍和各种固体酸助催化剂二者的存在下。图4是在进行乙醇醛的还原胺化的实验中获得的产物选择性值的条形图(i)单独雷尼镍的存在下，和(ii)雷尼镍和作为固体酸助催化剂的各种沸石二者的存在下。这些图被理解为呈现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产牛磺酸的方法，所述方法包括：/n热解糖或糖混合物以产生包括乙醇醛和甲醛的热解产物混合物；/n在催化剂的存在下对所述热解产物混合物进行氧化，以从所述热解产物混合物中除去甲醛，同时将乙醇醛保留在其中；/n在氢气和催化剂的存在下，将甲醛减少的热解产物混合物与胺化剂组合，以由所述甲醛减少的热解产物混合物中的乙醇醛产生单乙醇胺产物；/n将所述单乙醇胺产物硫酸化以产生2-氨基乙基硫酸氢酯；以及/n磺化所述2-氨基乙基硫酸氢酯以产生牛磺酸。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180802 US 62/713,777;20180802 US 62/713,787;20181.一种用于生产牛磺酸的方法，所述方法包括：
热解糖或糖混合物以产生包括乙醇醛和甲醛的热解产物混合物；
在催化剂的存在下对所述热解产物混合物进行氧化，以从所述热解产物混合物中除去甲醛，同时将乙醇醛保留在其中；
在氢气和催化剂的存在下，将甲醛减少的热解产物混合物与胺化剂组合，以由所述甲醛减少的热解产物混合物中的乙醇醛产生单乙醇胺产物；
将所述单乙醇胺产物硫酸化以产生2-氨基乙基硫酸氢酯；以及
磺化所述2-氨基乙基硫酸氢酯以产生牛磺酸。


2.如权利要求1所述的方法，其中，在氢化催化剂和酸助催化剂二者的存在下在还原胺化条件下，使所述乙醇醛与所述胺化剂反应以产生所述单乙醇胺产物。


3.如权利要求2所述的方法，其中，转化乙醇醛以产生单乙醇胺产物在水性反应混合物中发生，向所述水性反应混合物中添加了所述胺化剂。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述酸助催化剂在所述水性反应混合物中为固体。


5.如权利要求4所述的方法，其中，所述酸助催化剂具有从200至1200μmol/g的路易斯酸位点密度。


6.如权利要求5所述的方法，其中，所述酸助催化剂包括沸石分子筛或非沸石分子筛、金属筛、金属氧化物、活性炭或树脂。


7.如权利要求6所述的方法，其中，所述酸助催化剂是具有小于200的二氧化硅与氧化铝摩尔骨架比的沸石分子筛。


8.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，所述酸助催化剂是具有选自由以下组成的组的结构类型的沸石分子筛：FAU、FER、MEL、MTW、MWW、MOR、BEA、LTL、MFI、LTA、EMT、ERI、MAZ、MEI、和TON。


9.如权利要求8所述的方法，其中，所述结构类型为BEA或MFI。


10.如权利要求3所述的方法，其中，所述酸助催化剂溶解在所述水性反应混合物中。


11.如权利要求10所述的方法，其中，所述酸助催化剂是金属三氟甲磺酸盐。


12.如权利要求1所述的方法，其中，所述用于氧化步骤的催化剂是包含铂和铋的催化剂。


13.一种用于联产单乙醇胺和牛磺酸的方法，所述方法包括：
热解糖或糖混合物以产生包括乙醇醛和甲醛的热解产物混合物；
在催化剂的存在下对所述热解产物混合物进行氧化，以从所述热解产物混合物中除去甲醛，同时将乙醇醛保留在其中；
在氢气和催化剂的存在下，将甲醛减少的热解产物混合物与胺化剂组合，以由所述甲醛减少的热解产物混合物中的乙醇醛产生单乙醇胺产物；
将所述单乙醇胺产物的一部分硫酸化以产生2-氨基乙基硫酸氢酯；以及
磺化所述2-氨基乙基硫酸氢酯以产生牛磺酸。


14.如权利要求13所述的方法，其中，所述用于氧化步骤的催化剂是包含铂和铋的催化剂。


15.一种用于生产牛磺酸的方法，所述方法包括：
热解糖或糖混合物以产生包括乙醇醛和甲醛的热解产物混合物；
使所述热解产物混合物与足够量的甲醛洗涤材料接触，以从所述热解产物混合物中洗涤甲醛，同时将乙醇醛留在所述混合物中；
在氢气和催化剂的存在下，将所得的甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·布拉兹迪尔，马驰骋，
申请(专利权)人：阿彻丹尼尔斯米德兰德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US