В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения метилтиопропионового альдегида (АМТП). Выявлены достоинства и недостатки процесса производства АМТП. В статье предложен способ совершенствования синтеза АМТП.
Ключевые слова: метилтиопропионовый альдегид (АМТП), акролеин, метилмеркаптан, триэтиламин, уксусная кислота, этилморфолин, метионин.
Метилтиопропионовый альдегид используется в качестве полупродукта для получения метионина, являющегося незаменимой аминокислотой, получаемой синтетическим путем.
Основным потребителем метионина являются производства по получению премиксов и готовых кормов для животноводства, птицеводства, а в последнее время и рыбоводства.
Введение незаменимых аминокислот в кормовые концентраты позволяет сбалансировать корма сельскохозяйственных животных. Добавление в рацион 3–4 дефицитных аминокислот к 1 т комбикорма приводит к уменьшению общего расхода кормов на 15–20 %. Выход продукции при этом увеличивается на 20 %. Таким образом, обогащение кормов незаменимыми аминокислотами очень выгодно [1].
Наиболее современным и экономичным методом получения метилтиопропионового альдегида является каталитическое взаимодействие метилмеркаптана и акролеина [2]. На производстве метилтиопропионовый альдегид высокого качества получают за счет взаимодействия акролеина с метилмеркаптаном в присутствие катализатора — смеси триэтиламина с уксусной кислотой, стабилизатора — гидрохинон в метаноле, с последующей стадией ректификации, что позволяет получить продукт с выходом 97,74 %.
Процесс получения АМТП можно представить в виде следующей химической схемы:
Жидкий акролеин и метилмеркаптан вводят в реактор, содержащий жидкую фазу АМТП, который служит для контроля реакции, т. к. реакция взаимодействия метилмеркаптама и акролеина сильноэкзотермична.
Первая стадия — присоединение молекулы метилмеркаптана к молекуле метилтиопропионового альдегида с получением соответствующего полуацеталя:
Данная экзотермическая реакция протекает даже при отсутствии катализатора.
Вторая стадия — взаимодействие молекулы акролеина с молекулой полуацеталя с получением двух молекул метилтиопропионового альдегида:
Данная реакция может идти только в присутствии катализатора.
Анализ способа производства продукта позволяет выделить основные достоинства и недостатки используемого промышленного метода.
Достоинства:
- Проведение синтеза в гомогенной системе, что отличается простотой и позволяет работать при более низких температурах и давлениях;
- Проведение синтеза АМТП при небольшом избытке метилмеркаптана, что подавляет образование полимеров акролеина и увеличивает его конверсию;
- Использование в качестве катализаторов доступного и дешевого сырья;
- Организация непосредственного получения метилмеркаптана и акролеина — исходных реагентов, на заводе, что исключает транспортировку.
Недостатки:
- После стадии синтеза остается в смеси непрореагировавший акролеин, содержание которого в дальнейшем может привести к образованию полимеров;
- Загрязнение окружающей среды при нарушении герметичности трубопроводов, емкостей при хранении акролеина, метилмеркаптана;
- В гомогенной системе нелегко отделить и извлечь катализатор из реакционной смеси, поэтому необходимо использовать очистку;
- Энергетические затраты.
Катализаторы реакции присоединения олефина к меркаптану, применяемые в коммерческом производстве АМТП, используют для повышения выхода продукта, а также для замедления протекания побочных реакций, в результате которых получаются высокомолекулярные побочные продукты и снижается чистота продукта, что может происходить как во время реакции получения АМТП, так и во время последующего хранения конечного продукта.
В результате патентно-информационного поиска был найден патент RU 2336266 С2 [2], на основе которого будет предложено усовершенствование производства АМТП.
В предлагаемом способе для синтеза АМТП используется катализатор на основе N-алкилморфолина и органической кислоты, который по сравнению с триэтиламином/уксусной кислотой заметно снижает время получения АМТП, что таким образом позволяет уменьшить размеры реактора [2].
Таким способом можно достичь выхода, превышающего 99 %, что является значительным улучшением по сравнению с выходом, получаемым при помощи традиционного способа, а также можно улучшить устойчивость получаемого АМТП при дальнейшем хранении [2].
Таблица 1
Количество высокомолекулярных олигомеров, присутствующих в смеси [2]
|
Катализатор АМТП |
Акролеин (мас. % / мас.) |
Высокомолекулярные олигомеры (мас. % / мас.) |
|
N-метилморфолин |
0,23 |
0,88 |
|
N-метилморфолин/уксусная кислота |
0,32 |
0,29 |
|
N-этилморфолин |
0,28 |
0,91 |
|
N-этилморфолин/уксусная кислота |
0,42 |
0,38 |
Эти результаты показывают, что содержащая АМТП реакционная смесь содержит меньшее количество акролеина (что указывает на более высокую степень его превращения в АМТП) и меньшие количества высокомолекулярных олигомеров (что указывает на протекание минимального количества побочных реакций и, следовательно, лучшее качество получаемого продукта) [2].
Таблица 2
Устойчивость полученного АМТП [2]
|
Катализатор (молярное соотношение) |
Высокомолекулярные олигомеры (мас. %/мас.) через 42 суток |
Высокомолекулярные олигомеры (мас. %/мас.) через 60 суток |
|
N-метилморфолин/уксусная кислота (2/1) |
3,78 |
3,79 |
|
Триэтиламин/уксусная кислота (2/1) |
4,35 |
6,35 |
Из таблицы 2 видно, что АМТП, полученный при помощи исследуемого катализатора более устойчив по сравнению с АМТП, получаемым при помощи ныне используемого на производстве катализатора.
Помимо этого, такие катализаторы предпочтительно применяют на следующей стадии цепочки получения метионина. Следовательно, особым преимуществом настоящего способа является то, что поток продуктов не нужно подвергать дополнительной обработке для отделения каталитической смеси. Таким образом, вводимое совершенствование позволит решить сразу несколько существующих проблем данного производства.
Литература:
- Клименко, Н. С. Перспективы получения кормовых добавок на основе незаменимых аминокислот / Н. С. Клименко, С. И. Артюхова // Динамика систем, механизмов и машин. -2012. — № 5. — С. 125–127
- Пат. 2336266 Российская Федерация, МПК C07C 319/18 [и др.] Способ получения 3-метилтиопропаналя / Рей Патрик: заявитель и патентообладатель Адиссео Айленд Лимитед.; заявл. 27.10.2005; опубл. 20.10.2008
