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WO2007034066A1 - Synthese de la methionine a partir de 2-hydroxy-4- (methylthio)butyronitrile, co2, nh3 et h2o en continu et sans isoler de produits intermediaires - Google Patents

Synthese de la methionine a partir de 2-hydroxy-4- (methylthio)butyronitrile, co2, nh3 et h2o en continu et sans isoler de produits intermediaires Download PDF

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Publication number
WO2007034066A1
WO2007034066A1 PCT/FR2006/002140 FR2006002140W WO2007034066A1 WO 2007034066 A1 WO2007034066 A1 WO 2007034066A1 FR 2006002140 W FR2006002140 W FR 2006002140W WO 2007034066 A1 WO2007034066 A1 WO 2007034066A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hmtbn
methionine
hydrolysis
ammonia
carried out
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2006/002140
Other languages
English (en)
Inventor
Claude Casse
Agnés GUIARD
Alain Medard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adisseo France SAS
Original Assignee
Adisseo France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adisseo France SAS filed Critical Adisseo France SAS
Publication of WO2007034066A1 publication Critical patent/WO2007034066A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C319/00—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
    • C07C319/14—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of sulfides
    • C07C319/20—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of sulfides by reactions not involving the formation of sulfide groups

Definitions

  • the field of the present invention is that of the preparation of 2-amino-4- (methylthio) butanoic acid (hereinafter referred to as methionine), from 2-hydroxy-4- (methylthio) butyronitrile (hereinafter called HMTBN) in the presence of CO 2 , NH 3 and H 2 O.
  • methionine 2-amino-4- (methylthio) butanoic acid
  • HMTBN 2-hydroxy-4- (methylthio) butyronitrile
  • Any method of preparing methionine from HMTBN requires various reaction steps. For example, a methionine preparation process has been going on for many years with hydantoin of methionine, which must be isolated; then the hydantoin methionine is saponified, that is to say hydrolyzed by NaOH, which has the disadvantage of generating sodium salt (Na 2 SO 4 , NaCl) in significant amount.
  • An object of the present invention is to provide a process for the preparation of methionine directly from HMTBN, that is to say without isolating or separating an intermediate product, such as methionine hydantoin.
  • Another object of the present invention is to obtain methionine from HMTBN without co-production of salt, for example sodium sulphate or sodium chloride.
  • Another object of the present invention is a process which does not require any removal of reaction by-products.
  • JP 62 267253 discloses a process for preparing an ⁇ -amino acid from a cyanohydrin reacted with CO 2 , NH 3 , NH 4 HCO 3 or (NH 4 ) 2 CO 3 in presence of a metal compound. This document does not describe the step of recycling products derived from I 1 HMTBN, carbon dioxide and ammonia.
  • the present invention provides a process for the continuous preparation of methionine, from HMTBN, according to which an ammoniacal hydrolysis of an aqueous solution comprising said HMTBN is carried out.
  • the method comprises at least two steps.
  • the ammoniacal hydrolysis of HMTBN, in the aqueous phase is carried out continuously, and without isolating intermediates, at a temperature not exceeding 250 ° C., starting from a molar proportion NH 3 / HMTBN between 5 and 50, and a molar ratio CO 2 / HMTBN of between 1 and 10, to obtain an exit mixture comprising at least methionine, dissolved carbon dioxide and ammonia, and products derivatives of I 1 HMTBN.
  • ammoniacal hydrolysis is meant bringing the HMTBN into contact with an aqueous solution of ammonia leading directly to methionine irrespective of the intermediate and / or concurrent reactions.
  • continuous is meant that the process is carried out with a continuous supply of starting materials. This further implies a continuous withdrawal of the products formed.
  • the process for preparing methionine from HMTBN involves various reaction steps.
  • One of the reaction stages in particular leads to the hydantoin of methionine.
  • this intermediate product is not isolated, or separated; in particular it is not extracted / withdrawn.
  • the ammoniacal hydrolysis reaction according to the invention is carried out in "one-pot”.
  • the ammoniacal hydrolysis is carried out continuously, without intermediate separation or fractionation, and in a manner known per se, for example with a tubular reactor or a cascade of stirred reactors, arranged in series.
  • product derived from HMTBN is meant any compound, methionine or non-methionine, which directly or indirectly derives from HMTBN.
  • AMTBN 2-amino-4- (methylthio) butanenitrite
  • AMTBN bicarbonate hydantoin of methionine
  • ureidobutyramide ureidobutyramide
  • hydanto ⁇ que acid 2-amino-4- (methylthio) butanamide
  • methioninogen is meant any compound that is likely to lead, directly or indirectly, to methionine by ammoniacal hydrolysis.
  • Figure 1 represents, generically, a facility for the production of methionine, from an industrial aqueous solution of HMTBN.
  • Fig. 2 shows a methionine production plant according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3, for its part, represents the kinetics of reaction of the hydrolysis of I 1 HMTBN of methionine, under the conditions mentioned in Example 1.
  • the ammoniacal hydrolysis is carried out without catalyst, for example solid catalyst, for example of the metal oxide type.
  • catalyst any compound not consumed in the hydrolysis reaction and found completely when the reaction is complete. In general, there is no stoichiometric ratio between the catalyst and the reagents. According to one embodiment of the present invention, the process proceeds in the absence of catalyst, which has considerable advantages, industrially speaking.
  • the method of preparing methionine according to the present invention involves various reaction steps. These different reaction steps consume and produce 1 mole of NH 3 and 1 mole of CO 2 per mole of methionine produced. By proceeding in such a way that NH 3 and CO2 are recycled, an equilibrium is created between the moles of NH 3 and CO 2 produced and those consumed, so that these compounds, although not appearing in the overall balance sheet of the reaction, can not be considered as catalysts.
  • the outlet mixture before the recycling step, is expanded, then the expanded outlet mixture is separated into a liquid stream enriched with methionine, and a gaseous stream enriched with ammonia and carbon dioxide. carbon.
  • the process implements hydrolysis 1 continuously, in the aqueous phase. This hydrolysis takes place without isolation or separation of intermediates, as defined above.
  • the hydrolysis 1 is fed with an aqueous solution 2, industrial, comprising HMTBN.
  • the supply of the reactor 1 in aqueous solution 2, the pressure of which has previously been raised by a pump 4, is carried out via a feed pipe.
  • the aqueous solution 2 comprising the HMTBN is added an aqueous phase containing ammonia and CO 2 via the feed pipe 3, which is mixed in the aqueous solution 2 comprising I 1 HMTBN,
  • the aqueous solution of HMTBN has a concentration of HMTBN which is preferably greater than 30%, for example greater than 40%.
  • a concentration of HMTBN which is preferably greater than 30%, for example greater than 40%.
  • an industrial HMTBN solution of greater than or equal to 60%, for example 65% or more, may be used.
  • the solution further comprises water and related byproducts, mainly from the synthesis of HMTBN, for example hydrogen cyanide and sulfuric acid.
  • the ammoniacal hydrolysis takes place from an aqueous solution of HMTBN, which has many industrial advantages.
  • the use of an aqueous solution of HMTBN avoids having to use a "stripping" column (or steam distillation column) in order to recover the solvent.
  • this has advantages in terms of cost and handling.
  • the pressure is imposed to dispose or maintain a liquid phase. The temperature is raised in the reactor 1, at a temperature ranging between the temperature of the mixture (ie between 20 ° C. and 90 ° C.) and 250 ° C.
  • the hydrolysis 1 according to step (a) is carried out at a temperature ranging between 20 and 22O 0 C, for example between 20 and 200 ° C.
  • the pressure must be between 5 and 100 bar (preferably about 20 bar).
  • the temperature in the reactor increases the temperature of the mixture (ie between 20 ° C. and 90 ° C.) to a high plateau.
  • the molar proportions HMTBN / NH 3 are between 1/5 and 1/50, for example are of the order of 1/20; and therefore there is a very large molar excess of ammonia compared to HMTBN.
  • the molar proportions HMTBN / CO 2 are between 1 and
  • the hydrolysis is carried out (a) in the presence of hydrocyanic acid, present in a molar proportion HCN / HMTBN not exceeding 0.1.
  • HCN can be in the form of cyanide ions.
  • An exit mixture comprising principally methionine, CO2 and dissolved NH 3 is obtained at the outlet of reactor 1 by hydrolysis of HMTBN.
  • This mixture is expanded, for example at atmospheric pressure, by an expansion valve 6, in line 5, before being introduced into a "stripping" column 10 (also called a steam distillation column).
  • a "stripping" column 10 also called a steam distillation column.
  • the expanded mixture introduced is separated into a liquid stream 12 enriched in methionine and a gaseous stream 11 enriched in NH 3 and CO 2 .
  • the gas stream enriched in NH 3 and CO 2 and which also comprises water, is condensed.
  • the stream 22 is then stored at 20.
  • the storage 20 optionally comprises a gas purge 21.
  • ammonia means a phase containing substantially NH 3 ; while “ammonia” means a phase containing substantially NH 4 OH.
  • a “CO 2 -containing gas phase” it is meant a phase containing substantially CO 2 in gaseous form; and when it is stated that "aqueous phase containing CO 2 " is meant a phase containing substantially H 2 CO 3 .
  • phase in question comprises an excess of the compound in question greater than 50%, more particularly greater than 70%.
  • the aqueous phase 3 containing ammonia and CO 2 is recycled to the hydrolysis reactor 1, via a feed pipe 3, and after lifting 7 of its pressure.
  • a supply line 8 which feeds the pipe 3 with ammonia, CO 2 and / or water, before lifting the pressure.
  • a conduct makes it possible to adjust the titer to ammonia, CO 2 and / or water if necessary.
  • this stream is cooled in a heat exchanger 30, which allows to precipitate methionine.
  • a heat exchanger 30 which allows to precipitate methionine.
  • the liquor thus obtained is then sent to a separator 40, which makes it possible to separate the methionine in solid form, products derived from 1 HMTBN 1 unreacted, remaining in aqueous phase, called mother liquors.
  • the methionine is recovered in solid form, while the mother liquors 48 are returned to the reactor 1, via the supply line 48, after lifting of their pressure by the pump 49.
  • This recycling loop is particularly advantageous.
  • Methioninogenic products at 48 can undergo chemical or enzymatic treatment before being recycled. They may be recycled to the hydrolysis reactor, to the stripping column 10 or to the withdrawal line.
  • the mother liquors 48 are recycled after chemical or enzymatic treatment.
  • the recycling can for example take place towards the column 10, or towards the stream 12.
  • a subsequent purification mode for example recrystallization, makes it possible to reach a methionine titer of greater than 99% by weight.
  • the methionine-enriched liquid stream is separated by stepped crystallization 45 to obtain, on the one hand, solid, filtered and dried methionine 47, and, on the other hand, mother liquors 48.
  • Staged crystallization 45 further generates a gas stream 41, containing water and light products, called “condensates”. After condensation 42, stream 43 is stored at 44.
  • the hydrolysis 1 according to step (a) is carried out in a tubular reactor or in a plurality of stirred reactors (1a, 1b, 1c, 1d) arranged in series, as shown in Figure 2.
  • the number of agitated reactors is indifferent. Preferably, it is greater than 3, but the maximum number is not limited.
  • the starting molar ratios are as follows:
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C. for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of I 1 HMTBN is 100%.
  • AMTBM 2-amino-4- (methylthio) butanamide
  • AMTBN 2-amino-4- (methylthio) butanenitrite Example 2 (AME 137)
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield to methionine is 42% after 75 minutes.
  • the starting molar ratios are as follows: NH 3 / HMTBN: 10 CO 2 / HMTBN: 3 CNV HMTBN: 0.05
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion yield to methionine is 37% after 75 minutes.
  • the starting molar ratios are as follows:
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C. for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of I 1 HMTBN is 100%.
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C. for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield of methionine is 36% after 75 minutes.
  • Example 6 (MEA 141) - Decrease of CO ratio? / HMTBN
  • the starting molar ratios are as follows: NH 3 / HMTBN: 20 CO 2 / HMTBN: 1, 1 CN "/ HMTBN: 0.05
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield to methionine is 41% after 75 minutes.
  • Example 7 (AME 142) - Decrease of the CO starting ratio? / HMTBN
  • the starting molar ratios are as follows: NH 3 / HMTBN: 13 CO 2 / HMTBN: 2 ON " / HMTBN: 0.05
  • the reaction mixture is progressively up to 152 ° C. for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the starting molar ratios are as follows:
  • This example differs from Example 2 in that water is charged to the reactor.
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield of methionine is 50% after 75 minutes.
  • Example 9 (AME 146) - Temperature of 185 ° C.
  • the starting molar ratios are as follows: NH 3 / HMTBN: 13 CO 2 / HMTBN: 3 CN ' / HMTBN: 0.05
  • the reaction mixture is gradually heated to 185 ° C. in 20 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield of methionine is 30% after 20 minutes.
  • the starting molar ratios are as follows: NH 3 / HMTBN: 13 CO 2 / HMTBN: 3 ON ' / HMTBN: 0.05
  • the reaction mixture is gradually heated to 185 ° C. in 47 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of I 1 HMTBN is 100%.
  • Example 11 (AME 164 -JGI 555-556) - Treatment of mother liquors by TiO?
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C. for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield of methionine is 46% after 75 minutes.
  • the reaction mixture is gradually heated to 152 ° C for 75 minutes.
  • the progress of the reaction is monitored by sampling over time and analyzed by HPLC and potentiometry.
  • the conversion rate of HMTBN is 100%.
  • the conversion yield of methionine is 55% after 75 minutes.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation d'acide 2-amino-4- (méthylthio)butanoïque (appelé méthionine), par hydrolyse ammoniacale d'une solution aqueuse comprenant du 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile (appelé HMTBN). Cette hydrolyse se déroule en continu, sans isoler de produits intermédiaires, à une température n'excédant pas 250°C, en partant d'une proportion molaire NH3/HMTBN comprise entre 5 et 50, et d'une proportion molaire CO2/HMTBN comprise entre 1 et 10. Selon ce procédé, on obtient un mélange de sortie comprenant au moins de la méthionine, du dioxyde de carbone et de l'ammoniac dissous, et des produits dérivés de l'HMTBN ; et on recycle lesdits produits dérivés de l'HMTBN, le dioxyde de carbone et l'ammoniac vers l'hydrolyse ammoniacale.

Description

Synthèse de la méthionine à partir de 2-hydroxy-4- (méthylthio)butyronitrile, CO2, NH3 et H2O en continu et sans isoler de produits intermédiaires
Le domaine de la présente invention est celui de la préparation de l'acide 2-amino-4-(méthylthio)butanoïque (ci-après appelé méthionine), à partir de 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile (ci-après appelé HMTBN) en présence de CO2, NH3 et H2O.
Les formules de ces composés sont les suivantes
HMTBN
Méthionine
Figure imgf000003_0001
Tout procédé de préparation de la méthionine à partir de HMTBN requiert diverses étapes réactionnelles. Par exemple, un procédé de préparation de la méthionine passe depuis de nombreuses années par l'hydantoïne de la méthionine, qui doit être isolée ; puis l'hydantoïne de la méthionine est saponifiée, c'est-à-dire hydrolysée par NaOH, ce qui présente l'inconvénient de générer du sel de sodium (Na2SO4, NaCI) en quantité importante.
En outre, l'hydrolyse ammoniacale de l'hydantoïne de méthionine génère du dioxyde de carbone, qui doit être éliminé du procédé.
Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de préparation de la méthionine directement à partir d'HMTBN, c'est-à-dire sans isoler ou séparer un produit intermédiaire, tel que l'hydantoïne de méthionine. Un autre objet de la présente invention consiste à obtenir de la méthionine à partir d'HMTBN sans coproduction de sel, par exemple sulfate de sodium ou chlorure de sodium.
Un autre objet de la présente invention est un procédé ne requérant aucune élimination de co-produits de réaction.
L'abrégé du document JP 62 267253 divulgue un procédé de préparation d'un acide α-aminé à partir d'une cyanhydrine mise en réaction avec du CO2, NH3, NH4HCO3 ou (NH4)2CO3 en présence d'un composé métallique. Ce document ne décrit pas d'étape de recyclage des produits dérivés de I1HMTBN, du dioxyde de carbone et de l'ammoniac.
La présente invention propose un procédé de préparation en continu de méthionine, à partir d'HMTBN, selon lequel on procède à une hydrolyse ammoniacale d'une solution aqueuse comprenant ledit HMTBN. Ledit procédé comprend au moins deux étapes.
Selon une première étape, on procède à l'hydrolyse ammoniacale du HMTBN, en phase aqueuse, en continu, et sans isoler de produits intermédiaires, à une température n'excédant pas 2500C, en partant d'une proportion molaire NH3/HMTBN comprise entre 5 et 50, et d'une proportion molaire CO2/HMTBN comprise entre 1 et 10, pour obtenir un mélange de sortie comprenant au moins de la méthionine, du dioxyde de carbone et de l'ammoniac dissous, et des produits dérivés de I1HMTBN.
Selon une seconde étape, on recycle les produits dérivés de l'HMTBN, le dioxyde de carbone et l'ammoniac vers l'hydrolyse.
Par "hydrolyse ammoniacale", on entend la mise en contact de l'HMTBN avec une solution aqueuse d'ammoniaque conduisant directement à la méthionine quelles que soient les réactions intermédiaires et/ou concurrentes. Par "en continu", on entend que le procédé est effectué avec une alimentation continue en produits de départ. Ceci implique en outre un soutirage continu des produits formés.
Par "sans isoler de produits intermédiaires", on entend le fait qu'à aucun moment au cours de l'étape d'hydrolyse, on isole ou sépare un produit intermédiaire, en particulier pour l'évacuer. En effet, tel que ci-dessus décrit selon l'art antérieur, le procédé de préparation de la méthionine à partir de HMTBN implique diverses étapes réactionnelles. Une des étapes réactionnelles notamment conduit à l'hydantoïne de la méthionine. Selon l'invention et à titre d'exemple, ce produit intermédiaire n'est pas isolé, ou séparé ; en particulier il n'est pas extrait/soutiré. En d'autres termes, la réaction d'hydrolyse ammoniacale selon l'invention est effectuée en "one-pot". Selon la présente invention, l'hydrolyse ammoniacale est effectuée de manière continue, sans séparation ou fractionnement intermédiaire, et ce de manière connue en soi, par exemple avec un réacteur tubulaire ou une cascade de réacteurs agités, disposés en série.
, La réalisation du procédé selon l'invention en "one-pot" offre un avantage tout particulier lorsque le procédé est conduit à l'échelon industriel.
Par "produit dérivé de l'HMTBN", on entend tout composé, méthioninogène ou non, qui dérive directement ou indirectement de l'HMTBN.
Il peut notamment s'agir de 2-amino-4-(méthylthio)butanenitrite (AMTBN), de bicarbonate d'AMTBN, d'hydantoïne de la méthionine, d'uréidobutyramide, d'acide hydantoïque ou de 2-amino-4-(méthylthio)butanamide (AMTBM).
Par "méthioninogène", on entend tout composé étant susceptible de conduire, directement ou indirectement, à la méthionine par hydrolyse ammoniacale.
La figure 1 représente, de manière générique, une installation de production de méthionine, à partir d'une solution aqueuse industrielle d'HMTBN. La figure 2 représente une installation de production de la méthionine selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 3, quant à elle, représente la cinétique de réaction de l'hydrolyse de I1HMTBN de la méthionine, dans les conditions mentionnées à l'exemple 1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à l'hydrolyse ammoniacale sans catalyseur, par exemple de catalyseur solide, par exemple du type oxyde métallique.
Par "catalyseur", on entend tout composé n'étant pas consommé dans la réaction d'hydrolyse et se retrouvant intégralement lorsque la réaction est terminée. De manière générale, il n'y a pas de rapport stoechiométrique entre le catalyseur et les réactifs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé se déroule en l'absence de catalyseur, ce qui présente des avantages considérables, industriellement parlant.
Le procédé de préparation de la méthionine selon la présente invention implique diverses étapes réactionnelles. Ces différentes étapes réactionnelles consomment et produisent 1 mole de NH3 et 1 mole de CO2 par mole de méthionine produite. En procédant de manière à ce que NH3 et CO2 soient recyclés, il se créé un équilibre entre les moles de NH3 et de CO2 produites et celles consommées, de sorte que ces composés, bien que n'apparaissant pas dans le bilan global de la réaction, ne peuvent être considérés comme des catalyseurs.
Les recherches menées depuis de nombreuses années pour obtenir de la méthionine sans co-production de sel proposent de partir de l'hydantoïne de la méthionine. En outre, toutes nécessitent de multiples étapes de synthèse, de séparation, et/ou un catalyseur. Le mode de réalisation de la présente invention sans catalyseur est donc nouveau; en outre il est largement avantageux.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, avant l'étape de recyclage, on détend le mélange de sortie, puis on sépare le mélange de sortie détendu en un flux liquide enrichi en méthionine, et un flux gazeux enrichi en ammoniac et dioxyde de carbone. En outre, selon un mode de réalisation de la présente invention, on sépare le flux liquide enrichi en méthionine, en méthionine solide, évacuée, et en eaux mères appauvries en méthionine et contenant les produits dérivés de
I1HMTBN, lesdites eaux mères étant recyclées, après relevage de leur pression vers l'hydrolyse.
Le procédé de base selon la présente invention est maintenant décrit par référence à la figure 1.
Le procédé met en oeuvre une hydrolyse 1 en continu, en phase aqueuse. Cette hydrolyse se déroule sans isoler ou séparer de produits intermédiaires, conformément à la définition ci-dessus. L'hydrolyse 1 est alimentée par une solution aqueuse 2, industrielle, comprenant de l'HMTBN. L'alimentation du réacteur 1 en solution aqueuse 2, dont on a préalablement relevé la pression par une pompe 4, est réalisée par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation.
Avant introduction dans le réacteur 1 , à la solution aqueuse 2 comprenant l'HMTBN est ajoutée une phase aqueuse contenant de l'ammoniaque et du CO2, via la conduite d'alimentation 3, laquelle se trouve mélangée dans la solution aqueuse 2 comprenant I1HMTBN,
La solution aqueuse d'HMTBN présente une concentration en HMTBN qui est préférentiellement supérieure à 30% par exemple supérieure à 40%. Par exemple, on peut utiliser une solution d'HMTBN industriel supérieure ou égale à 60%, par exemple à 65% ou plus. La solution comprend en outre de l'eau et des produits dérivés associés, provenant principalement de la synthèse d'HMTBN, par exemple de l'acide cyanhydrique et de l'acide sulfurique.
Selon l'invention, l'hydrolyse ammoniacale a lieu à partir d'une solution aqueuse d'HMTBN, ce qui présente de nombreux avantages industriels. Notamment, l'utilisation d'une solution aqueuse d'HMTBN évite d'avoir à utiliser une colonne de "stripping" (ou colonne d'entraînement à la vapeur) afin de récupérer le solvant. En outre, cela présente des avantages en terme de coût et de manipulation. Selon la présente invention, tandis que la température est fixée, la pression est imposée pour disposer ou conserver une phase liquide. On élève la température dans le réacteur 1 , à une température s'étageant entre la température du mélange (i.e. entre 2O0C et 900C) et 250°C. Selon un mode préféré de l'invention l'hydrolyse 1 selon l'étape (a) est effectuée à une température s'étageant entre 20 et 22O0C, par exemple entre 20 et 200°C. Pour un fonctionnement en phase aqueuse, la pression doit être comprise entre 5 et 100 bars (de préférence environ 20 bars).
Lors de la réaction, la température dans le réacteur augmente de la température du mélange (i.e. entre 2O0C et 9O0C) jusqu'à un palier haut.
A l'entrée du réacteur 1 , les proportions molaires HMTBN/NH3 sont comprises entre 1/5 et 1/50, par exemple sont de l'ordre de 1/20 ; et par conséquent il existe un excès molaire très important d'ammoniaque par rapport à l'HMTBN. Les proportions molaires HMTBN/CO2 sont comprises entre 1 et
1/10, par exemple sont de l'ordre de 1/3, à l'entrée du réacteur 1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à l'hydrolyse (a) en présence d'acide cyanhydrique, présent dans une proportion molaire HCN/HMTBN n'excédant pas 0,1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, HCN peut se trouver sous forme d'ions cyanure.
Un mélange de sortie 5 comprenant à titre principal de la méthionine, du CO2 et du NH3 dissous est obtenu en sortie de réacteur 1 par hydrolyse du HMTBN.
Ce mélange est détendu, par exemple à pression atmosphérique, par une vanne de détente 6, dans la conduite 5, avant d'être introduit dans une colonne de "stripping" 10 (également appelée colonne d'entraînement à la vapeur).
Dans la colonne 10, on sépare le mélange détendu introduit en un flux 12 liquide enrichi en méthionine et en un flux 11 gazeux enrichi en NH3 et CO2. En tête de colonne 10, le flux gazeux enrichi en NH3 et CO2 et qui comprend également de l'eau, est condensé. Le flux 22 est ensuite stocké en 20. Le stockage 20 comprend éventuellement une purge gazeuse 21.
Selon la présente invention, par "ammoniac", on entend une phase contenant substantiellement NH3 ; tandis que par "ammoniaque", on entend une phase contenant substantiellement NH4OH.
De manière similaire, lorsqu'il est fait état de "phase gazeuse contenant du CO2", on entend une phase contenant substantiellement du CO2 sous forme gazeuse; et, lorsqu'il est fait état de "phase aqueuse contenant du CO2", on entend une phase contenant substantiellement du H2CO3.
Le terme "substantiellement" signifie que la phase dont il est question comprend un excès du composé considéré supérieur à 50%, plus particulièrement supérieur à 70%.
La phase aqueuse 3 contenant de l'ammoniaque et du CO2 est recyclée vers le réacteur d'hydrolyse 1 , par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 3, et après relevage 7 de sa pression.
Il est également possible selon la présente invention de prévoir une conduite d'alimentation 8, qui alimente la conduite 3 en ammoniac, CO2 et/ou eau, avant relevage de la pression. Une telle conduite permet l'ajustement du titre en ammoniac, CO2 et/ou eau si nécessaire.
On soutire au pied de la colonne de stripping 10, par l'intermédiaire de la conduite de soutirage 12, un flux liquide enrichi en méthionine, i.e. une solution aqueuse de méthionine, "acidifiée", c'est-à-dire dont le pH a été abaissé.
Selon la Figure 1 , ce flux est refroidi dans un échangeur de chaleur 30, qui permet de précipiter la méthionine. Mais tout autre moyen connu de l'homme du métier, par exemple l'évaporation, est applicable en l'espèce.
La liqueur ainsi obtenue est ensuite envoyée vers un séparateur 40, qui permet de séparer la méthionine sous forme solide, des produits dérivés de I1HMTBN1 n'ayant pas réagi, demeurant en phase aqueuse, appelés eaux mères. On récupère, en 41 , la méthionine sous forme solide, tandis que les eaux-mères 48 sont renvoyées vers le réacteur 1 , via la conduite d'alimentation 48, après relevage de leur pression par la pompe 49. Cette boucle de recyclage est particulièrement avantageuse. Les produits méthioninogènes en 48 peuvent subir un traitement chimique ou enzymatique avant d'être recyclés. Ils pourront être recyclés vers le réacteur d'hydrolyse, vers la colonne de stripping 10 ou vers la conduite de soutirage.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les eaux mères 48 sont recyclées après traitement chimique ou enzymatique. Le recyclage peut par exemple avoir lieu vers la colonne 10, ou vers le flux 12.
Un mode de purification ultérieur, par exemple la recristallisation, permet d'atteindre un titre en méthionine supérieur à 99 % en poids.
Le procédé de base selon la présente invention défini par référence à la figure 1 est maintenant précisé par référence à la figure 2.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on sépare le flux 12 liquide enrichi en méthionine par cristallisation étagée 45, pour obtenir, d'une part, de la méthionine solide, filtrée 46 puis séchée 47, et, d'autre part, les eaux-mères 48.
La cristallisation étagée 45 génère en outre un flux gazeux 41 , contenant de l'eau et des produits légers, appelés "condensats". Après condensation 42, le flux 43 est stocké en 44.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à l'hydrolyse 1 selon l'étape (a), dans un réacteur tubulaire ou dans une pluralité de réacteurs agités (1a, 1b, 1c, 1d), disposés en série, tel que cela est représenté à la figure 2.
Le nombre de réacteurs agités est indifférent. De préférence, il est supérieur à 3, mais le nombre maximum n'est pas limité.
Les exemples suivants permettront de comprendre l'intérêt de l'hydrolyse ammoniacale de l'HMTBN selon la présente invention, et par voie de conséquence l'intérêt d'un procédé selon l'invention. Exemples
Exemple 1 (AME 130)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit :
285,25 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 72,34 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,78 g de cyanure de sodium et, après homogénéisation du milieu, 42,10 g d'HMTBN (solution de concentration en HMTBN à 94,7% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants :
NH3/ HMTBN : 20 CO2 / HMTBN : 3
CN" / HMTBN : 0,05
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 1520C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiomètrie.
Le taux de transformation de I1HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 37% au bout de 77 minutes. La figure 3 montre l'évolution des différents produits intervenant dans la réaction, selon la légende suivante :
- MTN = méthionine
- HMTBN = 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile
- AMTBM = 2-amino-4-(méthylthio)butanamide - AMTBN = 2-amino-4-(méthylthio)butanenitrite Exemple 2 (AME 137)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 238,7 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
102,4 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1 ,09 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 58,1 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau). Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 13 CO2 / HMTBN : 3 CN" / HMTBN : 0,05
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152°C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de l'HMTBN est de 100%. Le rendement de transformation en méthionine est de 42% au bout de 75 minutes.
Exemple 3 (AME 138)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 203,5 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
124,85 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1 ,28 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 70,7 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 10 CO2 / HMTBN : 3 CNV HMTBN : 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152°C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I1HMTBN est de 100%
Le rendement de transformation en méthionine est de 37 % au bout de 75 minutes.
Exemple 4 (AME 139)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 298,6 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
39,70 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1 , 15 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 60,90 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants :
NH3/ HMTBN : 13
CO2 / HMTBN : 1 ,1 CN" / HMTBN : 0,05
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 1520C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I1HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39 % au bout de 75 minutes.
Exemple 5 (AME 140) - sans ajout de cyanure de sodium
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 262,5 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
34,70 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium et après homogénéisation du milieu 53,4g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 13 CO2 / HMTBN : 1 ,1
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 0C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de l'HMTBN est de 100%. Le rendement de transformation en méthionine est de 36 % au bout de 75 minutes.
Exemple 6 (AME 141) - Baisse du ratio CO? / HMTBN
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 288,45 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
24,03 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,68 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 37g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 20 CO2 / HMTBN : 1 ,1 CN" / HMTBN : 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 °C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de l'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 41 % au bout de 75 minutes.
Exemple 7 (AME 142) - Baisse du ratio de départ CO? / HMTBN
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 236,7 d de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
61 ,38 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,97 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 51 ,8g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3 / HMTBN : 13 CO2 / HMTBN : 2 ON" / HMTBN : 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement jusqu'à 152°C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39% au bout de 75 minutes.
Exemple 8 (AME 143) - Effet de la dilution
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 150,7 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
64,76 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,72 g de cyanure de sodium 100 g d'eau et après homogénéisation du milieu 36,6 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants :
NH3/ HMTBN : 13
CO2 / HMTBN : 3 CN" / HMTBN : 0,05
Cet exemple diffère de l'exemple 2 en ce que de l'eau est chargée dans le réacteur.
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152°C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%. Le rendement de transformation en méthionine est de 50% au bout de 75 minutes.
Exemple 9 (AME 146) - Température de 1850C
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 208,85 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
89,7 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,96 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 50,8 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 13 CO2 / HMTBN : 3 CN' / HMTBN : 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 185 0C en 20 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 30% au bout de 20 minutes.
Exemple 10 (AME 147) - Température de 185°C
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 208,65 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
89,7 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium
0,94 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 51 g d'HMTBN.
Les ratios molaires de départ sont les suivants : NH3/ HMTBN : 13 CO2 / HMTBN : 3 ON' / HMTBN : 0,05
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 1850C en 47 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I1HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39 % au bout de 47 minutes.
Exemple 11 (AME 164 -JGI 555-556) - Traitement des eaux mères par TiO?
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit : 477,2 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
227,7 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium et après homogénéisation du milieu 96 g d'HMTBN (solution de concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants : NH3/ HMTBN : 16 CO2 / HMTBN : 4
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 1520C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiomètrie.
Le taux de transformation de l'HMTBN est de 100%. Le rendement de transformation en méthionine est de 46% au bout de 75 minutes.
Après refroidissement, le milieu est filtré sur clarcel, puis concentré à l'aide d'un évaporateur à film tombant chauffé avec une double enveloppe à 1300C. Le concentrât obtenu représente 36% de la masse initiale. La méthionine solide est filtrée (37,6 g, pureté 91 %, rendement = 32%). 90 g de TiO2 sont ajoutés au filtrat. Le mélange est chauffé 1h à 9O0C. On obtient une solution aqueuse contenant 10,8% (poids) de méthionine. Exemple 12 (JGI560-564) - Recyclage naturel
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de température et de pression, on introduit : 140,1 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3
65,07 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 172 g d'eau ou mélange eau/eaux mères (44/56, %poids) et après homogénéisation du milieu 27,6 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau). Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants : NH3/ HMTBN : 12 CO2 / HMTBN : 3
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152°C pendant 75 minutes. L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de l'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 55% au bout de 75 minutes.
Après refroidissement, le milieu est filtré sur clarcel, puis concentré à l'aide d'un évaporateur à film tombant chauffé avec une double enveloppe à 13O0C. Le concentrât obtenu représente 35% de la masse initiale. La méthionine solide est filtrée (12,8 g, pureté 91%, rendement = 37%). Les eaux mères sont recyclées comme mentionné ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation en continu de méthionine, à partir de 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile (HMTBN), selon lequel on procède à une hydrolyse ammoniacale (1) d'une solution aqueuse (2) comprenant ledit HMTBN, caractérisé en ce que :
(a) on procède à l'hydrolyse ammoniacale (1) du HMTBN, en phase aqueuse, en continu et sans isoler de produits intermédiaires, à une température n'excédant pas 25O0C, en partant d'une proportion molaire NH3/HMTBN comprise entre 5 et 50, et d'une proportion molaire CO2/HMTBN comprise entre 1 et 10, pour obtenir un mélange de sortie (5) comprenant au moins de la méthionine, du dioxyde de carbone et de l'ammoniac dissous, et des produits dérivés de l'HMTBN ; et
(b) on recycle lesdits produits dérivés de l'HMTBN, le dioxyde de carbone et l'ammoniac vers l'hydrolyse (a).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse ammoniacale sans catalyseur.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé ne ce que avant l'étape (b), on détend (6) le mélange de sortie (5), puis on sépare (10) le mélange de sortie détendu en un flux (12) liquide enrichi en méthionine, et un flux (11) gazeux enrichi en ammoniac et dioxyde de carbone.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on sépare (40) le flux (12) liquide enrichi en méthionine, en méthionine solide (41), évacuée, et en eaux mères (48) appauvries en méthionine et contenant lesdits produits dérivés de l'HMTBN, lesdites eaux mères (48) étant recyclées, après relevage (49) de leur pression, vers l'hydrolyse (a).
5. Procédé selon la revendication 4, dans le quel les eaux mères (48) sont recyclées après traitement chimique ou enzymatique.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on sépare le flux (12) liquide enrichi en méthionine par cristallisation étagée (45), pour obtenir de la méthionine solide, filtrée (46) puis séchée (47), et les eaux- mères (48).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, après condensation, on stocke (20) le flux (22) enrichi en ammoniac et en dioxyde de carbone, et on le recycle (3) vers l'hydrolyse (a), après relevage (7) de sa pression.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrolyse (1) selon l'étape (a) est effectuée à une température s'étageant entre 20 et 200°C.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrolyse (1) selon l'étape (a) est effectuée à une pression comprise entre 5 et 100 bars.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse (a) en présence d'acide cyanhydrique, présent dans une proportion molaire HCN/HMTBN n'excédant pas 0,1.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse (1) selon (a), ou dans un réacteur tubulaire, ou dans une pluralité de réacteurs agités (1a, 1 b, 1c, 1d), disposés en série.
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