連續(xù)化合成海因清潔生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種連續(xù)化合成海因清潔生產(chǎn)方法，涉及到氫氰酸-羥基乙腈法合成海因的生產(chǎn) 方法，特別是涉及到作為農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體原料海因的環(huán)保清潔生產(chǎn)工藝方法，屬有機(jī)合成 中間體原料的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海因又稱乙內(nèi)酰脲，是在農(nóng)藥、醫(yī)藥等行業(yè)有著廣泛用途的重要的基本有機(jī)原料， 乙內(nèi)酰脲的基本制備方法主要有如下幾種： (1 )、Urech在1873年通過用丙氨酸的硫酸鹽與氰酸鉀進(jìn)行縮合反應(yīng)。這個方法稱為Urech乙內(nèi)酰脲合成。也可以用氨基乙酸或氨基乙酸乙酯代替丙氨酸。
[0003] (2)、丙酮氰醇與碳酸銨反應(yīng)可得5,5_二甲基乙內(nèi)酰脲。這個方法稱為 Bucherer-Bergs反應(yīng)。
[0004] (3)、以甲醛、氨、氫氰酸為原料，進(jìn)行溶液反應(yīng)，再與二氧化碳反應(yīng)而得。
[0005] (4)、由乙醇酸和尿素縮合而得。
[0006] (5)、由溴乙酰尿素與氨的醇溶液在加熱時(shí)反應(yīng)而得。
[0007] 海因的制備方法目前有很多報(bào)道，主要分為高壓法和常壓法兩種。例如日 本專利報(bào)道了高壓條件下甲醛、氰化氫、氨氣和碳酸銨可以合成海因（JP61072761， JP61083164)。William等人以氨基乙腈和碳酸銨為原料，在加壓的情況下，67~79°C反 應(yīng)2小時(shí)，蒸去水分后將殘余物與濃硫酸高溫回流3小時(shí)，得到海因，反應(yīng)收率最高可達(dá) 70%(US2402134)。歐陽平凱等人（ZL99114160. 1)在常壓條件下以羥基乙腈、碳酸氫銨和 二氧化碳為原料進(jìn)行了海因的制備。無論是高壓法還是常壓法，兩種制備工藝均為兩步反 應(yīng)：即第一步先合成海因酸，然后酸化成環(huán)獲得海因；該工藝不僅路線冗長，而且需要利用 大量的無機(jī)酸，既增加了成本，又造成了大量廢酸溶液的排放。
[0008] 中國專利CN1235160 (1999年）披露了一種制備海因的方法，以羥基乙腈為起始原 料，將羥基乙腈和碳酸氫銨在水溶液中混合，在連續(xù)通入二氧化碳的情況下，在40-KKTC下 常壓反應(yīng)2-4小時(shí)，濃縮反應(yīng)混合液至原體積的1/3-1/2,用硫酸酸化1-5小時(shí)，濃縮酸化 液即得海因濕品，干燥得到海因產(chǎn)品。
[0009] 專利CN200410042000. 4提供了一種"一步法"制備海因工藝，其特征是在滴流床 反應(yīng)器中，以固體酸為填料和催化劑，羥基乙腈以100~300ml/h流量從床層頂部流入滴 流床，二氧化碳和氨氣則分別以0. 01~0.Im3/h和0. 005~0. 06m3/h流量從床層底部通 入，40~120°C下反應(yīng)2~5小時(shí)，待反應(yīng)耗盡后，收集反應(yīng)后得到的溶液，然后濃縮至反應(yīng) 液的1/3~1/4,室溫放置一段時(shí)間過濾得到海因粗品，經(jīng)重結(jié)晶、干燥得海因干品。海因的 合成收率最高達(dá)到74. 85%。
[0010] 專利CN201110287557. 4提供了一種乙內(nèi)酰脲的生產(chǎn)設(shè)備和方法，生產(chǎn)的原料轉(zhuǎn) 化率可以顯著提高，并且減少環(huán)境污染；設(shè)備包括管道式反應(yīng)器，管道式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置填 料；生產(chǎn)方法步驟包括：在管道式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的氨羧化反應(yīng)、酸化反應(yīng)、分離純化；其中 氨羧化反應(yīng)是：在管道式反應(yīng)器內(nèi)溫度在60~KKTC條件下；按羥基乙腈：碳酸氫銨（摩 爾比）=1.0 : 1.0~3.0,向管道式反應(yīng)器內(nèi)加入碳酸氫銨和羥基乙腈，并保持比例勻速滴 加，物料在管道式反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間至少1. 5小時(shí)；這樣氣液兩相在管道內(nèi)流動時(shí)必然 形成湍流和擾動，分子之間相互接觸的機(jī)會大大增加，反應(yīng)速率顯著提高。
[0011] 專利CN200410014402. 3提供了一種"甜味劑中間體海因的生產(chǎn)方法"，將甘氨酸、 尿素、氫氧化鈉在水存在的條件下，反應(yīng)生成海因酸鈉，再將海因酸鈉與濃硫酸進(jìn)行環(huán)合反 應(yīng)，生成產(chǎn)品海因。本發(fā)明反應(yīng)原料易得，無毒性，工藝簡單，易操作，產(chǎn)品得率達(dá)75%以上， 產(chǎn)品含量高，有機(jī)硫含量彡〇.IPPm。
[0012] 專利CN200610102191. 8提供了由甘氨酸、氫氧化鈉和尿素制備海因的改進(jìn)工藝， 將摩爾比為I: 1 : 1.5~2的甘氨酸、氫氧化鈉和尿素以及約6摩爾的水取相應(yīng)重量 放入反應(yīng)釜中在相應(yīng)條件下得產(chǎn)品海因；將上述步驟中排放出的氨氣反加入母液中中和 PH值到3,然后過濾回收二次沉淀的產(chǎn)品海因；將上述處理后的母液用氨氣中和到PH值 5. 6,然后進(jìn)行冷凝其溫度得上層母液為硫酸銨水溶液可直接拉走作肥料，留在池中的硫酸 鈉水合物結(jié)晶可包裝出售。本發(fā)明過濾回收二次沉淀出的產(chǎn)品海因，可以使產(chǎn)品收率提高 5%左右。并對反應(yīng)的后期母液進(jìn)行處理，不僅解決了母液排放對環(huán)境的污染問題，還將副產(chǎn) 品回收利用提高效益。
[0013] 對于以上各種生產(chǎn)海因工藝方法，都存在產(chǎn)品質(zhì)量低、收率低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn) 過程環(huán)保問題解決不徹底等缺陷。尤其是這些工藝方法不能真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，要 么采用壓力釜反應(yīng)器間歇式合成、"滴流床"反應(yīng)或采用管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器聯(lián)合進(jìn)行 半連續(xù)化合成工藝技術(shù)，設(shè)備投資比較大，要采用自動化控制生產(chǎn)有很大困難，因此產(chǎn)品質(zhì) 量和裝置運(yùn)行穩(wěn)定性存在問題。
[0014]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)化合成海因的環(huán)保清潔工藝生產(chǎn)方法，是一種以氫 氰酸為起始原料，經(jīng)與甲醛反應(yīng)生成羥基乙腈，羥基乙腈在二氧化碳氨水體系中通過連續(xù) 化反應(yīng)器合成得到海因酸水溶液，再酸解得到海因結(jié)晶，最后通過凈化工藝處理得到高純 海因產(chǎn)品的環(huán)保清潔工藝生產(chǎn)方法。其特征是：羥基乙腈在二氧化碳氨水體系中合成反應(yīng) 得到海因酸，采用的反應(yīng)器是一種聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器，這種聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器是由管 式反應(yīng)器和塔床式反應(yīng)器串聯(lián)組成的，管式反應(yīng)器作為整個反應(yīng)器的第一部分，一個或幾 個塔床式反應(yīng)器串聯(lián)作為聯(lián)合反應(yīng)器的第二部分，第一部分與第二部分串聯(lián)組成聯(lián)合式連 續(xù)化反應(yīng)器；混合反應(yīng)物料從聯(lián)合連續(xù)化反應(yīng)器的管式部分入口進(jìn)入，通過管式部分后再 進(jìn)入塔床式部分，反應(yīng)物料經(jīng)過反應(yīng)器塔床式部分最后從出口流出。采用這種聯(lián)合式連續(xù) 化反應(yīng)器合成海因，非常有效地減少了設(shè)備投資，成倍地提高了投資效率；這種聯(lián)合式連續(xù) 化反應(yīng)器能非常方便地實(shí)現(xiàn)自動化控制，很好地保證了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，節(jié)約了人 工成本并保證了整個工藝的安全生產(chǎn)操作性；這種聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器的使用，使整個工 藝過程很好地抑制了有害雜質(zhì)的產(chǎn)生，有效抑制了羥基乙腈的分解和聚合及其它副反應(yīng)的 發(fā)生，提高了產(chǎn)品的純度與收率；本工藝方法對原材料的要求比較寬松，可以充分綜合利用 資源，整個生產(chǎn)工藝屬環(huán)保清潔生產(chǎn)工藝，對自然環(huán)境的保護(hù)起到非常積極的協(xié)同作用。
[0016] 本法主要分如下步驟進(jìn)行： 第一步：凈化后的氫氰酸氣體通過甲醛吸收反應(yīng)生成羥基乙腈水溶液。 HCN+HCHO-?HOCH2CN
[0017] 第二步：羥基乙腈在二氧化碳氨水體系環(huán)境中在聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器內(nèi)合成得到 海因酸水溶液。 HOCHiCN+NH3 +CO2 -?C3HsN2O3
[0018]物料反應(yīng)壓力在整個聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器中基本保持穩(wěn)定，壓力一般保持為 I. 0~6.OMpa，最好是3. 0~5.OMpa;反應(yīng)器第一部分(管式部分）物料反應(yīng)溫度一般為 40~120°C，最好是60~90°C，反應(yīng)器第二部分(塔床式部分）物料反應(yīng)溫度一般為80~ 140 °C，最好是 90 ~IKTC。
[0019] 氣體二氧化碳加壓溶于一定濃度的氨水中，這種二氧化碳氨水體系通過預(yù)熱器預(yù) 熱后再與常溫下的羥基乙腈水溶液按比例分別用高壓泵計(jì)量從反應(yīng)器第一部分入口處注 入，物料在反應(yīng)器中混合并反應(yīng)。氨水濃度一般為6%-18%，最好是8%-16%。采用這種預(yù)先 將二氧化碳氨水體系預(yù)熱的方法，可以縮短反應(yīng)體系的升溫過程，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了 設(shè)備利用率，同時(shí)也有效的避免了副反應(yīng)的發(fā)生，抑制了有害雜質(zhì)的產(chǎn)生，提高了反應(yīng)的有 效轉(zhuǎn)化率。
[0020] 反應(yīng)物料摩爾比的允許范圍比較大，且二氧化碳、氨、水大量過量，這樣就可以保 證將反應(yīng)體系的波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響降低到足夠小，這樣非常適合于連續(xù)化反應(yīng)操作， 并且能非常理想的實(shí)現(xiàn)自動化控制；可以很好的使控制與操作得到簡化，減少了設(shè)備投資、 降低了生產(chǎn)成本。
[0021] 第三步：反應(yīng)體系經(jīng)解析、蒸發(fā)濃縮得到海因酸濃縮液。解析、蒸發(fā)濃縮出來的二 氧化碳和氨的混合氣體回收并返回到第二步過程中的合成反應(yīng)步驟，作為二氧化碳氨水體 系的原料，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用、節(jié)約了原料、減少了污染，降低了生產(chǎn)成本。
[0022] 第四步：將第三步過程得到的濃縮海因酸水溶液通過硫酸水溶液酸解、結(jié)晶、分離 得到海因粗產(chǎn)品，母液中含有硫酸和海因及海因酸，將這種母液回收通過濃縮后循環(huán)套用 于酸解；濃縮回收的水可以用于產(chǎn)品精制和甲醛溶液的配制，實(shí)現(xiàn)了母液的套用和硫酸的 循環(huán)利用，同時(shí)提高了收率，也實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。
[0023] 將海因粗品用熱水溶解，加入一定量的以活性炭等為代表的凈化處理劑進(jìn)行凈化 處理，處理合格后在較高溫度下進(jìn)行熱過濾，得到純凈的海因的熱水溶液；通過冷卻、結(jié)晶、 離心分離、干燥得到高純海因產(chǎn)品。
[0024] 本發(fā)明的反應(yīng)步驟過程為：原料氫氰酸用甲醛溶液吸收得到羥基乙腈水溶液，再 將常溫的羥基乙腈水溶液加入事先配制好并加熱到反應(yīng)溫度下的二氧化碳氨水反應(yīng)體系 中，混合反應(yīng)物料在聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器中合成得到海因酸水溶液；泄壓解析、蒸發(fā)濃縮釋 放出二氧化碳和氨水得到濃縮海因酸水溶液；濃縮海因酸水溶液通過酸解、冷卻結(jié)晶、分離 得到海因粗品，二氧化碳、氨、水分別回收再配制二氧化碳氨水體系循環(huán)使用，粗品結(jié)晶母 液通過濃縮后回收循環(huán)套用于酸解步驟；海因粗品通過以熱水或熱甲醇等為溶劑溶解用以 活性炭為主體的凈化處理劑熱處理、并實(shí)行熱過濾，得到純凈的海因熱水或熱甲醇的溶液， 冷卻結(jié)晶、分離、干燥得到高純海因產(chǎn)品；母液回收加熱作為熱水或熱甲醇溶劑反復(fù)循環(huán)套 用。
[0025] 從上述反應(yīng)步驟和工藝過程中，可以看出本發(fā)明的特征： 1、采用聯(lián)合式連續(xù)化反應(yīng)器合成海因，可以大幅度降低設(shè)備投資，提高投資利用率。反 應(yīng)器的第一部分是由管式反應(yīng)器組成，具有較大的比表面積，因此可以非常方便地避免物 料在初期反應(yīng)速度劇烈而造成的溫度失控；非常有效地減少了副反應(yīng)的發(fā)生，保證產(chǎn)品質(zhì) 量和收率；反應(yīng)器的第二部分是由一個塔床式反應(yīng)器或幾個塔床式反應(yīng)器串聯(lián)組成，塔床 式反應(yīng)器在同等條件下與其它反應(yīng)器相比較，尤其是體現(xiàn)具有造價(jià)低、占地少、易