一种羟乙基磺酸盐氨解方法和系统与流程

1.本发明涉及羟乙基磺酸盐的氨解技术，具体的说涉及一种羟乙基磺酸盐氨解方法和装置系统。


背景技术：

2.牛磺酸化学名称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。由于牛磺酸最早发现在牛胆汁中，所以又名牛胆酸、牛胆素。牛磺酸的作用与其它氨基酸的作用不同，它并非是组成蛋白质的必须氨基酸，但它在机体中必不可少，类似于一种机体调控因子。据研究发现，牛磺酸具有消炎、解热、镇痛、抗惊厥和降低血压等作用，对婴幼儿大脑发育、神经传导、视觉机能的完善以及钙的吸收有良好作用。同时也具有保护心脏、防治心脑血管疾病等多种重要的功能，对心血管系统有一系列独特功能，能增强体质、解除疲劳，因此牛磺酸具有较高的药用和医用价值，是一种重要的营养物质，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。此外，也可用作生化试剂和其他高附加值产品的合成中间体，是一种具有广泛应用价值的精细化学品。
3.目前主流的牛磺酸生产工艺采用的是环氧乙烷法，其中的关键反应步骤是羟乙基磺酸钠与氨在200～280℃高温以及14～21mpa高压的反应条件，环氧乙烷法制备牛磺酸的主要反应过程如下：
4.(1)以环氧乙烷为起始原料，环氧乙烷和亚硫酸氢钠的加成反应得到羟乙基磺酸钠；主要反应为：
5.ch2ch2o+nahso3→
hoch2ch2so3na
6.(2)氨解羟乙基磺酸钠得到牛磺酸钠；
7.hoch2ch2so3na+nh3→
h2nch
2 ch2so3na+h2o
8.(3)酸化或其它方式得到牛磺酸和盐。
9.cn109020839a中介绍了一种氨解羟乙基磺酸钠制备牛磺酸循环利用工艺，牛磺酸粗品含量为90％，再将硫酸钠转化为对杂质要求较低的水玻璃产品，达到解决硫酸钠的处理问题。该工艺方法中氨解反应温度及压力依然很高，副产物较多，工艺路线太长太复杂，能耗也很高。
10.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％，但是添加了较多额外化学催化剂，后续处理成本和难度增加。
11.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。
12.cn108329239b中介绍了一种由羟乙基磺酸钠制备牛磺酸的方法，采用钼酸盐均相催化剂催化羟乙基磺酸钠的氨解反应，然后经过中和、结晶分离等步骤得到成品牛磺酸。与传统的碱性催化剂相比，该工艺能显著降低羟乙基磺酸钠氨解反应的温度和压力，缩短反应时间。但是其中最大的问题还是在于生产工艺中引入了新的化学物质，均相催化剂后续分离和提纯困难，同时还需要定期更换，生产操作比较繁琐。若达到较好的转化率和降低反应温度时，仍需增加反应时间来实现。
13.cn110252395a公开了一种用于制备高纯度牛磺酸的催化剂，所述催化剂为n，n-二取代氨基乙磺酸，在制备牛磺酸的氨解步骤中加入所述的催化剂。但是其弊端还是引入了新的化学物质，与产品的分离很难解决，同样其没有解决反应时间的问题，反应30min时，牛磺酸转化率不到50％。
14.cn113045458a公开了一种连续式氨解反应系统，其包括高压反应装置，所述高压反应装置包括n台氨化高压釜，n≥2，第1台氨化高压釜至第n台氨化高压釜依次串联，氨化高压釜为氨解反应的容器，氨解反应采用氨作为氨化剂，第1台氨化高压釜连接有进料装置，第1台氨化高压釜至第n台氨化高压釜均连接有第一进料管，每一氨化高压釜均连接有第二进料管。但是此专利设备工艺复杂，设备连接较多，安全隐患风险高，不便于实际工业化生产。
15.综上所述，现有的制备牛磺酸工艺在氨解反应工序中，单程转化率不高，造成需要大量循环套用增加收率，从而使得工序更加复杂，能耗偏高。部分现有技术通过氨解催化剂来降低反应条件，但是需要反应时间都较长，同时引入了新的化学物质，影响后续产品的分离提纯。


技术实现要素：

16.本发明的目的在于提供一种羟乙基磺酸盐氨解方法和系统，用于解决上述现有技术的问题。
17.本发明一种羟乙基磺酸盐氨解装置，其中，包括第一高压泵、第二高压泵、加热器以及反应器；反应器具有羟乙基磺酸盐进料通道，羟乙基磺酸盐进料通道一端为入口另一端为封闭端；羟乙基磺酸盐进料通道外围设置氨水通道，氨水通道外围设置导热溶液通道；羟乙基磺酸盐进料通道与氨水通道之间的管壁为可渗透式管壁；第一高压泵将羟乙基磺酸盐溶液至反应器；第二高压泵输送氨水溶液先经过加热器预加热后再至反应器中。
18.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，反应器的形状为管状，羟乙基磺酸盐进料通道为中空管状通道，氨水通道为中空管状通道，并套设在羟乙基磺酸盐进料通道外。
19.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，该可渗透式管壁的为渗透分布孔形式。
20.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，该导热溶液为导热油。
21.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，该渗透分布孔的孔径小于50mm。
22.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，反应器导热溶液通道分别具有入口以及出口，其中出口位于氨水通道的入口侧，入口位于反应器的物料出口侧。
23.根据本发明所述的装置的一实施例，其中，加热器与反应器设置为一个整体设置，具有共同的导热溶液通道，中部连接羟乙基磺酸盐管道，并通入氨水通道中，其中导热溶液的出口位于加热器氨水通道的入口侧，导热溶液的入口位于反应器的物料出口侧。
24.一种羟乙基磺酸盐氨解的方法，其中，包括：将氨水以一定流量进行预加热，预加热之后流入反应器中；将羟乙基磺酸钠以一定流速加入到反应器中；控制反应器中羟乙基磺酸钠与氨水的混合速度，并控制反应温度。
25.根据本发明所述的方法的一实施例，其中，氨水预加热的温度范围为250℃-265℃。
26.根据本发明所述的方法的一实施例，其中，羟乙基磺酸钠与氨水反应的温度位置为240℃-260℃，反应压力小于等于320bar，氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为4-15。
27.综上本发明一种羟乙基磺酸盐氨解方法和系统，工艺和设备简单，能耗低，反应副产物少，收率高。
附图说明
28.图1是本发明羟乙基磺酸盐氨解装置的原理图；
29.图2所示为反应器的结构原理图；
30.图3所示为反应器与加热器的实施例结构原理图。
具体实施方式
31.以下结合附图及具体实施例对本发明的具体内容作进一步的详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面用实例予以说明。以下实施例中用到的原料若无特别说明均为市售产品，所用到的方法若无特别说明均为常规方法，若无特别说明，物料含量均指质量体积百分比。
32.图1是本发明羟乙基磺酸盐氨解装置的原理图，如图1所示，氨解装置包括高压泵1，高压泵2，加热器3，反应器4。高压泵1输送含碱金属催化剂的羟乙基磺酸盐溶液至反应器4，高压泵2输送氨水溶液先经过加热器3加热后再至反应器4中，氨水溶液在加热器3中加热至250℃-265℃。反应器4外设置有导热油加热，控制反应温度240-260℃。
33.图2所示为反应器的结构图，如图2所示，反应器4包括中心的羟乙基磺酸盐进料通道，羟乙基磺酸盐进料通道一端为入口另一端为封闭端，羟乙基磺酸盐进料通道外围设置氨水通道，氨水通道外围设置导热溶液通道，较佳的导热溶液可以为导热油。
34.如图2所示，羟乙基磺酸盐进料通道与氨水通道之间的管壁为可渗透式管壁，渗透式管壁的形式可以为渗透分布孔形式或者其他可渗透膜。渗透分布孔的孔径在50mm以下。
35.反应器4导热油的通道分别具有导热油的入口以及导热油的出口，其中导热油的出口位于氨水通道的入口侧，导热油的入口位于反应器4的物料出口侧。
36.如图1以及图2所示，氨水先通过加热器1进行预加热，再通过管道通入反应器4。一方面有利于反应的进行，另一方面能够实现边反应边控温的精准控温。
37.图3所示为反应器与加热器的实施例结构图，如图3所示，加热器3包括中部的氨水通道，氨水通道外围设置导热油通道。加热器3一端进氨水，另一端连接反应器1。其中导热油的出口位于氨水通道的入口侧，导热油的入口位于加热器3的氨水出口侧。
38.对于一较佳实施例，加热器3与反应器1设置为一个整体，具有共同的导热油通道，其中部连接羟乙基磺酸盐管道，并通入氨水通道中间。其中导热油的出口位于加热器3氨水通道的入口侧，导热油的入口位于反应器1的物料出口侧。
39.如图1-3所示，本发明还提供了一种利用羟乙基磺酸盐氨解系统生产方法，包括：
40.将不同浓度的氨水以一定流量经高压泵2至加热器1，控制加热器1加热至250℃-265℃后流入反应器4中；
41.将羟乙基磺酸钠以一定流量加入到反应器1中，控制加热至240℃-260℃；
42.将不同浓度的氨水和不同体积的氨水按不同流量经高压泵至加热器，控制加热至250℃-265℃后流入反应器4中，再将一定浓度的羟乙基磺酸钠以一定流量加入到反应器4中，控制加热至240℃-260℃，其中反应总氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为4-15左右。
43.以下以钠盐示例。
44.实施例1：现有的氨解实验数据。
45.将50m3氨含量为25％，羟乙基磺酸钠含为13％的物料混合以10m3/h的流量经过高压泵至加热器，加热至反应250-260℃，自发压力～320bar，再保温反应1小时，其中氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为16-17左右。反应后得再除氨得到氨基乙基磺酸钠，具体数据如下。
[0046][0047]
实施例2：不同浓度物料反应实验数据。
[0048]
将不同浓度的氨水以一定流量经高压泵至加热器，控制加热至250℃-265℃后流入反应器1中，再将不同浓度的羟乙基磺酸钠以一定流量加入到反应器1中，控制加热至240℃-260℃，反应压力可以为：自发压力～320bar。为保证羟乙基磺酸钠能够加入到氨水中，高压泵1的压力一般需要大于高压泵2的压力。其中氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为16-17左右。
[0049]
具体数据如下。
[0050]
[0051][0052]
实施例3：不同氨水量反应实验数据。
[0053]
将不同浓度的氨水和不同体积的氨水按不同流量经高压泵至加热器，控制加热至250℃-265℃后流入反应器1中，再将一定浓度的羟乙基磺酸钠以一定流量加入到反应器1中，控制加热至240℃-260℃，反应压力可以为：自发压力～320bar。其中反应总氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为4-15左右。具体数据如下。
[0054][0055]
由上述实验可知，按现有技术中氨解反应收率较低，羟乙基磺酸钠残留量较多。按本专利技术方法和设备，氨解收率都大于99％。通过实施例3可以看出在反应提供的总氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为从4到15都可以保证氨解收率大于99％，同时明显的可以看出所消耗的氨水量大幅度降低，同样需要加热的物料量明显示降低，将会大大节约反应需要的能源。
[0056]
综上所述，本发明一种羟乙基磺酸盐氨解方法和系统，采用先将氨水溶液经过加热器加热至250℃-265℃，再将混和催化剂的羟乙基磺酸盐和加热后的氨水分别通入反应器中，通过反应器的通道实现羟乙基磺酸盐逐步释放至氨水溶液中反应，反应器设置有加热系统，控制反应温度240-260℃。本发明通过对氨水提前加热至较高温度，其中氨水在此温度下不会发生副反应，可实现羟乙基磺酸盐与氨在反应器中能够瞬间达到最佳反应温度，减少副反应的产生。本发明设备将羟乙基磺酸盐逐步释放至氨水溶液中，反应可实现瞬时状态氨的量远远大于羟乙基磺酸盐的量，可进一步缩短反应时间，同时杜绝常规反应中氨水和羟乙基磺酸盐混合时产生的大量副反应。本专利工艺和设备简单，制造成本低，能耗低，反应副产物少，收率高。
[0057]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种羟乙基磺酸盐氨解装置，其特征在于，包括第一高压泵、第二高压泵、加热器以及反应器；反应器具有羟乙基磺酸盐进料通道，羟乙基磺酸盐进料通道一端为入口另一端为封闭端；羟乙基磺酸盐进料通道外围设置氨水通道，氨水通道外围设置导热溶液通道；羟乙基磺酸盐进料通道与氨水通道之间的管壁为可渗透式管壁；第一高压泵将羟乙基磺酸盐溶液至反应器；第二高压泵输送氨水溶液先经过加热器预加热后再至反应器中。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器的形状为管状，羟乙基磺酸盐进料通道为中空管状通道，氨水通道为中空管状通道，并套设在羟乙基磺酸盐进料通道外。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该可渗透式管壁的为渗透分布孔形式。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该导热溶液为导热油。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该渗透分布孔的孔径小于50mm。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器导热溶液通道分别具有入口以及出口，其中出口位于氨水通道的入口侧，入口位于反应器的物料出口侧。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，加热器与反应器设置为一个整体设置，具有共同的导热溶液通道，中部连接羟乙基磺酸盐管道，并通入氨水通道中，其中导热溶液的出口位于加热器氨水通道的入口侧，导热溶液的入口位于反应器的物料出口侧。8.利用权利要求1-7任一权利要求所述的装置的羟乙基磺酸盐氨解的方法，其特征在于，包括：将氨水以一定流量进行预加热，预加热之后流入反应器中；将羟乙基磺酸钠以一定流速加入到反应器中；控制反应器中羟乙基磺酸钠与氨水的混合速度，并控制反应温度。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，氨水预加热的温度范围为250℃-265℃。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，羟乙基磺酸钠与氨水反应的温度位置为240℃-260℃，反应压力小于等于320bar，氨与羟乙基磺酸钠摩尔比为4-15。

技术总结
本发明涉及一种羟乙基磺酸盐氨解装置，其中，包括第一高压泵、第二高压泵、加热器以及反应器；反应器具有羟乙基磺酸盐进料通道，羟乙基磺酸盐进料通道一端为入口另一端为封闭端；羟乙基磺酸盐进料通道外围设置氨水通道，氨水通道外围设置导热溶液通道；羟乙基磺酸盐进料通道与氨水通道之间的管壁为可渗透式管壁；第一高压泵将羟乙基磺酸盐溶液至反应器；第二高压泵输送氨水溶液先经过加热器预加热后再至反应器中。本发明一种羟乙基磺酸盐氨解方法和系统，具有工艺和设备简单，能耗低，反应副产物少，收率高等优点。收率高等优点。收率高等优点。


技术研发人员：陈勇 方锡权 李少波
受保护的技术使用者：潜江永安药业股份有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/6