制备n－(膦酰基甲基)甘氨酸化合物的反应系统的制作方法

专利名称：制备n－(膦酰基甲基)甘氨酸化合物的反应系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明一般性涉及制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸(在农用化学品工业还称之为草甘膦)和相关化合物的液相氧化方法。本发明例如尤其涉及其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(NPMIDA)底物(即，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的盐或N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的酯)被连续氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物(即，N-(膦酰基甲基)甘氨酸，N-(膦酰基甲基)甘氨酸的盐，或N-(膦酰基甲基)甘氨酸的酯)的方法。本发明例如还特别涉及其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，该产物进而在绝热结晶器中结晶(至少部分)的方法。
本发明的背景Franz在U.S.专利号3,799,758中描述了N-(膦酰基甲基)甘氨酸。N-(膦酰基甲基)甘氨酸和它的盐适宜在水剂中作为发芽后除草剂应用。它是高度有效和工业上重要的广谱除草剂，可用于杀灭或控制各种植物的生长，包括发芽的种子，破土的秧苗，成熟和定植的木本和草本植物，和水生植物。
制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸化合物的更普遍接受的方法之一包括由N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化切断羧甲基取代基。过去几年中，已经公开了各种方法用于进行该氧化。一般参阅Franz等人，GlyphosateA Unique Global Herbicide(ACS Monograph 189，1997)，233-62页(并在这里引用作为参照)；Franz(U.S.专利号3,950,402)；Hershman(U.S.专利号3,969,398)；Chou(U.S.专利号4,624,937)；Chou(U.S.专利号4,696,772)；Ramon等人(U.S.专利号5,179,228)；Felthouse(U.S.专利号4,582,650)；Siebenhaar等人(PCT/EP99/04587)；和Ebner等人(国际申请公开号WO 99/43430)。虽然这些方法中的许多获得了各种N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的适合收率，但仍然需要氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的改进方法。所希望的改进包括增加产量，减少每单位N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的成本和降低不希望有的副产物(例如甲醛，甲酸，N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)和氨甲基膦酸(AMPA))的浓度。
本发明的概述本发明部分地提供了将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的盐和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的酯氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸，N-(膦酰基甲基)甘氨酸的盐和N-(膦酰基甲基)甘氨酸的酯的经济方法。本发明还提供了用于纯化和/或浓缩在氧化反应混合物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的有效方法。
简而言之，因此，本发明涉及制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法。该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应器系统，在该系统中，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在氧化催化剂的存在下氧化，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应产物溶液。将反应产物溶液分为包括初级级分和二级级分的多个级分。从初级级分中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆，同时还从包括在二级级分中含有的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的含水二级结晶原料混合物中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和二级母液的二级产物淤浆。
在另一个实施方案中，制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应器系统，并在该氧化反应器系统中，在氧化催化剂的存在下将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，生成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应产物溶液。将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从反应产物溶液中沉淀出来，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆。然后从初级母液中蒸发水，从而使另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体沉淀和生成二级母液。
在另一个实施方案中，制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括一个或多个氧化反应区的初级氧化反应器系统。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在初级氧化反应器系统中氧化，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的反应产物溶液。将反应产物溶液分为包括初级级分和二级氧化反应器原料级分的多个级分。N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从初级级分中沉淀出来，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆。将二级氧化反应器原料级分引入到包括一个或多个氧化反应区的二级氧化反应器系统。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在二级氧化反应器系统中氧化，生成包括N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级氧化反应器流出物。此后，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从二级氧化反应器流出物中沉淀出来，生成包括沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和二级母液的二级产物淤浆。
本发明还涉及通过氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法。该方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的液体反应介质中。氧化反应区的液相基本上是反混的，并且含有与液体反应介质接触的氧化反应催化剂。还将氧化剂引入到氧化反应区，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。从氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
在另一个实施方案中，所述方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的液体反应介质中。液体反应介质包括N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物且具有悬浮在其中的用于氧化反应的颗粒多相催化剂。还将氧化剂引入到氧化反应区，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在液体反应介质中被连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。从所述氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。从反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂，获得包括已分离的催化剂的催化剂再循环料流。在催化剂再循环料流中含有的至少一部分颗粒催化剂被引入到所述氧化反应区。
本发明还涉及通过在反应器系统中氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法。该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流和氧化剂引入到第一氧化反应区。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在第一氧化反应区中被连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间反应混合物流出物从第一氧化反应区连续排出。将包含在中间反应混合物流出物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间含水原料流与氧化剂一起连续引入到第二氧化反应区，在该氧化区中，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化，形成另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。从第二氧化反应区中连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
本发明还涉及浓缩和回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法。在一个实施方案中，提供了从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物结晶的方法。该方法包括将含有起始水溶液的含水蒸发原料混合物引入到蒸发区。在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下，在蒸发区中将水从原料混合物中蒸发出来，从而形成包括水蒸气的汽相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物。在蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应递增产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此递增产生的母液的比率。
在进一步的实施方案中，所述方法包括将含有起始水溶液的蒸发原料混合物引入到汽/液分离区，在该区中压力是在混合物的蒸气压之下。这使水从蒸发原料混合物中闪蒸出来，产生了包括水蒸气的汽相，并将剩余液相中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的浓度增加到超过N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物溶解度的浓度。结果，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从液相中沉淀出来，产生了包括在饱和或过饱和母液中的颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第一淤浆流。将汽相与第一淤浆流分离，并将第一淤浆流引入到滗析区，在此将包括母液级分的上层液与包括沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和母液的第二淤浆流分离。滗析区具有第一淤浆的进口，位于该进口之上的上层液的滗析液体出口，以及垂直地位于该进口之上但在上层液出口之下的第二淤浆的出口。保持将第一淤浆引入到滗析区，第二淤浆通过第二淤浆出口排出和上层液通过滗析液体出口排出的相对速度，使得在第二淤浆出口之下的滗析区的下部区域中的上向流速度足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物悬浮(即，夹带)在液相中，而在第二淤浆出口之上的滗析区的上部区域中的上向流速是在下部区域中至少80wt％的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物粒子的沉降速度之下。
在又一个实施方案中，所述方法包括将含有起始水溶液的含水蒸发原料混合物引入到蒸发区。在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下，将水在蒸发区中从原料混合物中蒸发出来，从而形成了包括水蒸气的汽相，使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从含水液相中沉淀出来，并产生包括N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物。将蒸发产物分成母液相对贫化的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫化的母液级分。在蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应递增产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此递增产生的母液的比率。
本发明还涉及制备包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物流出物和此后浓缩和回收产物的综合方法。在一个实施方案中，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物引入到液体反应介质中和在含水液体反应介质中催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。冷却包含在反应混合物中产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级结晶原料混合物，从而沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级母液。在从初级母液中分离沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物之后，将初级母液再循环和引入到液体反应介质中，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
在本发明的进一步的实施方案中，所述方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物引入到包括一个或多个催化反应区的催化反应器系统。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在催化反应器系统中被催化氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，产生产物混合物，该反应混合物分为初级级分和二级级分。将来自初级级分的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物结晶，获得固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物级分和初级母液。将初级母液再循环，在引入到催化反应器系统的原料混合物的制备中作为水源使用。
本发明还涉及用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物催化氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法。在一个实施方案中，该方法包括将液相原料流引入到初级氧化反应区，该液相原料流包括含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流，初级氧化反应区包括含氧化催化剂的初级固定床。将氧化剂引入到初级氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包括N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的初级反应混合物。从初级氧化反应区排出初级反应混合物。在反应混合物和含水原料流之间的单位重量显热含量的差保持低于每单位重量的含水原料流在反应区中产生的放热反应热。
在另一个实施方案中，所述连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到系列氧化反应区的第一个，该系列氧化反应区的每一个都含有氧化催化剂。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在第一氧化反应区中被氧化，产生中间氧化反应产物。将该中间氧化反应产物引入到包括含有贵金属/碳催化剂的固定床的第二氧化反应区，在该区中，副产物甲醛和/或甲酸被氧化。
在进一步的实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的第一组分原料流引入到系列连续反应区的第一个，该系列反应区的每一个都含有氧化催化剂。将氧化剂引入到该系列反应区的第一个，在此底物被催化氧化，生成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的中间反应混合物流。将从第一反应区排出的中间反应混合物转移到该系列反应区的第二个，在此底物被催化氧化。从各反应区排出中间反应混合物，再引入到各后继反应区中。将另外的组分原料流引入到在该系列中第一反应区之后的一个或多个反应区的每一个中，各另外的原料流包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物。将氧化剂引入到在该系列中第一反应区之后的一个或多个反应区中。从该系列反应区的最后一个中排出最终的反应产物。
在另一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。在固定床中的液相的质量流速与气相的质量流速比为约20～约800。
在进一步的实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。固定床中的液相滞留量与总床体积的体积比为约0.1～0.5。
在另一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。在固定床的液体出口处的氧分压不高于约100psia。
在又一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。在固定床的任意位置，氧的分压不高于约50psia，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在液相中的浓度低于约0.1ppm。
在又一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区。催化剂表面积与保留在固定床中的液体的比为约100～约6000m2/cm3。将氧化剂引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
在又一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。在固定床中沿液体流动途径的总体平均氧分压是至少约50psia，并且固定床中的液相的总体平均温度为约80℃～130℃。
在又一个实施方案中，该连续方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应区，该氧化反应区包括含有氧化催化剂体和用于促进气/液传质的其它措施的固定床。将含O2气体引入到氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
在还一个实施方案中，该连续方法包括将液相原料流引入到包括含有氧化催化剂的固定床的初级氧化反应区，所述液相原料流包括含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物。将氧化剂引入到初级氧化反应区，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包括含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的初级反应混合物的液相排出流。从初级氧化反应区引出液相排出流。引入液相原料流和引出液相排出流的速度应使固定床中的液相时空速度为约0.5hr-1～约20hr-1，基于总床体积。
本发明的其它特征部分是显然的，部分将在下文中指出。
附图简述

图1显示了蜂窝催化剂载体的截面的实例。
图2是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括反混氧化反应区，该反应区利用在独立于热传递循环回路的环路中循环的多相颗粒催化剂淤浆。
图2A是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括反混氧化反应区，该反应区利用在独立于热传递循环回路的环路中循环的多相颗粒催化剂淤浆，并且包括闪蒸罐和催化剂再循环罐。
图2B是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括反混氧化反应区，该反应区利用通过热传递循环回路再循环的多相颗粒催化剂淤浆。
图3是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括串联分级的两个反混氧化反应区，该反应区利用从第一反应区流到第二反应区并且再循环到第一反应区的多相颗粒催化剂淤浆。
图4是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括串联分级的两个反混氧化反应区，该反应区利用从第一反应区流到第二反应区并且再循环到两个反应区的多相颗粒催化剂淤浆。
图5是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括串联分级的两个反混氧化反应区，所述反应区利用两种独立的多相颗粒催化剂淤浆物质，使得来自第一反应区的催化剂再循环到第一反应区和来自第二反应区的催化剂再循环到第二反应区。
图6是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续氧化反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括利用多相颗粒催化剂淤浆的串联分级的两个反混氧化反应区，所述催化剂淤浆从第一反应区再循环到第一反应区和从第二反应区再循环到两个反应区。
图7是可以在本发明的连续氧化反应器系统中使用的用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的射流喷嘴环路反应器的示意图。
图8是可以在本发明的连续氧化反应器系统中使用的用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的固定床反应器的示意图。
图9是可以在本发明的连续氧化反应器系统中使用的用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的循环流化床反应器的示意图。
图10是用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续分布式反应器系统的示意流程图。该反应器系统包括多个反应器，其中反应混合物连续地从各反应器前进至该系列中的后继反应器。
图11是用于在反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，并使用非绝热热驱动蒸发结晶器从该氧化反应混合物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的综合方法的示意流程图。
图12是用于在反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，并使用绝热结晶器从该氧化反应混合物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的综合方法的示意流程图。
图12A是用于从氧化反应混合物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的绝热结晶器系统的示意流程图。
图13是用于在反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，并使用串联操作的绝热结晶器和非绝热热驱动蒸发结晶器的组合从该氧化反应混合物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的综合方法的示意流程图。
图14是用于在反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，并使用半并联操作的绝热结晶器和非绝热热驱动蒸发结晶器的组合从该氧化反应混合物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的综合方法的示意流程图。
图14A是用于在反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并使用半并联操作的绝热结晶器和非绝热热驱动蒸发结晶器的组合回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的综合方法的示意流程图。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在初级反应器系统中被氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化反应混合物。将来自初级反应器系统的氧化反应混合物的初级级分引入到绝热结晶器中，而在氧化反应混合物的二级氧化反应器原料级分中的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在二级反应器系统中在进入非绝热结晶器之前被氧化，形成另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
图15显示了在20批反应循环中通过将氧化铋直接一次性引入到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应混合物中引起的对甲酸副产物浓度分布的影响。这里，反应混合物中的催化剂浓度是0.5wt％，并且该催化剂含有5wt％的铂和0.5wt％的铁。
图16显示了在30批反应循环中通过将氧化铋一次性直接引入到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应混合物引起的对甲酸副产物浓度分布的影响。这里，反应混合物中的催化剂浓度是0.75wt％，并且催化剂含有5wt％的铂和1wt％的锡。
图17显示了在30批反应循环中通过将氧化铋一次性直接引入到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应混合物引起的对甲醛副产物浓度分布的影响。这里，反应混合物中的催化剂浓度是0.75wt％，并且催化剂含有5wt％的铂和1wt％的锡。
图18显示了在30批反应循环中通过将氧化铋一次性直接引入到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应混合物中引起的对N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)副产物浓度分布的影响。这里，在反应混合物中的催化剂浓度是0.75wt％，并且该催化剂含有5wt％的铂和1wt％的锡。
图19显示了在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中，通过将氧化铋与已经在先前的133批N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环中使用的氧化催化剂混合而引起的对甲酸、甲醛和N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)产生的影响。这里，催化剂包括负载在碳载体上的5wt％的铂和0.5wt％的铁。
图20显示了在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中，通过将氧化铋与已经在先前的30批N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环中使用的氧化催化剂混合而引起的对甲酸、甲醛和N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)产生的影响。这里，催化剂包括负载在碳载体上的5wt％的铂和1wt％的锡。
图21显示了在107批反应循环中通过将氧化铋与含有5wt％铂和1wt％锡的催化剂一次性混合引起的对甲酸副产物浓度分布的影响。
图22显示了在107批反应循环中通过将氧化铋与含有5wt％铂和1wt％锡的催化剂一次性混合引起的对甲醛副产物浓度分布的影响。
图23显示了在107批反应循环中通过将氧化铋与含有5wt％铂和1wt％锡的催化剂一次性混合引起的对N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)副产物浓度分布的影响。
图24显示了甲醛和甲酸在实施例21的产物液体中的分布。
图25显示了草甘膦和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸在实施例22的产物液体中的分布。
图26显示了草甘膦和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸在实施例23的产物液体中的分布。
图27是在实施例24中使用的连续反应器系统的流程方块图。
图28是在实施例25中使用的连续反应器系统的流程方块图。
图29是在实施例28中使用的连续反应器系统的流程方块图。
图30是在实施例35中使用的连续反应器系统的流程方块图。
图31是在实施例36中使用的连续反应器系统的流程方块图。
优选实施方案的详细描述总的来说，本发明的方法包括(1)在一个或多个氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，和/或(2)浓缩和/或纯化N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。以下简要描述这些步骤以及更优选实施方案的几个其它特征。
通过将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和氧化剂(即氧源)引入到包括含氧化催化剂的一个或多个氧化反应区的反应器系统来氧化该底物。氧化反应一般根据以下方程式来进行
其中R1、R2、R3和R4各自独立是氢，农学可接受的阳离子，烃基或取代的烃基。
烃基是仅由碳和氢组成的任何基团。烃基可以是支化或非支化的，可以是饱和或不饱和的，以及可以包括一个或多个环。适合的烃基包括烷基、烯基、炔基和芳基。它们还包括被其它脂族或环状烃基取代的烷基、烯基、炔基和芳基，如烷芳基、烯芳基和炔芳基。
取代的烃基是其中至少一个氢原子被(a)非氢原子，或(b)含有至少一个非氢原子的原子团取代的任何烃基。例如，氢原子可以被卤素原子，如氯或氟原子取代。或者氢原子可以被氧原子或含氧原子的基团取代以形成例如羟基，醚，酯，酸酐，醛，酮或羧酸。氢原子还可以被含氮原子的基团置换以形成例如酰胺或硝基。另外，氢原子可以被含有硫原子的基团取代以形成例如-SO3H。
农学可接受的阳离子是可以提供农业和经济上有效的除草活性的N-(膦酰基甲基)甘氨酸阴离子的阳离子。这种阳离子可以是例如碱金属阳离子(例如钠或钾离子)，铵离子，异丙基铵离子，四烷基铵离子，三烷基锍离子，质子化伯胺，质子化仲胺或质子化叔胺。
在特别优选的实施方案中，R1、R2、R3和R4各自独立地是氢或农学可接受的阳离子，其中氢通常是最优选的。
根据本发明可以使用各种氧化剂。它们包括例如过氧化物(例如H2O2，过氧化苯甲酰)，氢过氧化物，过酸，含O2气体和包含溶解氧的液体。一般含O2气体是特别优选的。这里使用的术语含O2气体是包括O2和任选的一种或多种稀释剂的任意气体混合物，所述稀释剂在反应条件下与氧或与底物或产物不反应。这样的气体的实例是空气；纯O2；或用He、Ar、N2和/或其它非氧化气体稀释的O2。氧源最优选是含有至少约95mol％O2，更优选至少约98mol％的含O2气体，剩余物是一种或多种非氧化气体(尤其是N2和/或Ar)。
优选的氧化催化剂根据本发明可以使用各种氧化催化剂。它们包括均相或多相催化剂两种。
例如，可以使用各种水溶性钨盐来催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物用H2O2的氧化。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸还能够用H2O2在酸(例如H2SO4)和热的存在下氧化为N-氧化物中间体。该N-氧化物中间体进而能够在热和各种水溶性亚铁、亚铜、钨、钼和钒盐催化剂的存在下分解，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。关于使用这些均相催化剂将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸的一般论述可以见例如Franz等人，GlyphosateA Unique GlobalHerbicide(ACS Monograph 189，1997)，240-41页。
一般更优选使用多相催化剂。该优选至少部分归因于简便，因为多相催化剂在氧化之后通常能够从反应混合物中分离出来。文献中公开了许多适合的多相催化剂。
Franz在U.S.专利号3,950,402中公开了用于催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化断裂的最早的多相催化剂之一。Franz公开了可以通过在包含沉积在活性炭载体表面的贵金属的催化剂存在下，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸用O2液相氧化断裂来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
即使Franz的方法一般获得了N-(膦酰基甲基)甘氨酸的可接受的收率和纯度，它也存在着许多问题1、在Franz的催化剂中的昂贵的贵金属往往损失到反应溶液中(即浸提)。这种贵金属浸提是至少两个因素的结果(a)在反应的氧化条件下，一些贵金属被氧化为更可溶的形式；和(b)N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物二者都起加溶贵金属的配体的作用。
2、N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物经常氧化，形成氨基甲基膦酸(AMPA)，尤其当N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的浓度下降时。这明显减少了所需的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的收率。
在U.S.专利号3,969,398中，Hershman公开了单独的活性炭(不需存在贵金属)可以用于进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化断裂，以形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。在U.S.专利号4,624,937中，Chou进一步公开，通过在用于氧化反应之前从碳催化剂的表面除去氧化物，可以增加Hershman公开的碳催化剂的活性。还可参阅U.S.专利号4,696,772(由Chou提供了关于通过从碳催化剂表面除去氧化物来增加碳催化剂活性的单独论述)。虽然这些方法显然没有贵金属的浸出问题，但当用于进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化断裂时，它们往往产生更高浓度的甲醛和甲酸副产物。
最好当N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸时，甲醛和甲酸同时被氧化为二氧化碳和水，这样获得了以下反应
包括负载在碳载体上的贵金属的催化剂因至少两个理由而集中了人们许多的注意。用这些催化剂，碳组分主要进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化，以形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸和甲醛，而贵金属组分主要进行甲醛和甲酸的氧化，以形成二氧化碳和水。贵金属组分还往往降低碳的去活化速率。更具体地说，当单独使用活性炭时，它往往以多达10％/循环或10％/循环以上的速率去活化。不受任何特定理论的约束，但据信单独的活性炭的去活化是因为碳载体的表面在反应条件下氧化造成的。参阅Chou，U.S.专利号4,624,937。还参阅Chou，U.S.专利号4,696,772(提供了有关活性炭被碳表面的氧化去活化的单独论述)。然而，在贵金属的存在下，活性炭的去活化速率下降。据信贵金属与氧化剂以比活性炭表面更快的速度反应，因此，在碳表面的氧化大量发生之前从溶液中优先除去氧化剂。此外，不象在活性炭表面形成和需要高温处理来还原的许多氧化物类，在贵金属表面形成的氧化物类一般容易被存在于反应混合物或加到反应混合物中的还原剂(例如断裂的胺片段，甲醛，甲酸，H2等)还原，因此将贵金属表面恢复到还原状态。这样，该催化剂有利地表现了明显更长的寿命，只要贵金属不因浸提而损失，或通过诸如溶解和再沉积或贵金属聚集之类的过程而烧结(即呈不理想的厚层或块的形式)。
Ramon等人(U.S.专利号5,179,228)公开了使用沉积在碳载体表面上的贵金属的实例。为了减少浸提的问题(Ramon等人报道可高达30％贵金属损失/循环)，Ramon等人公开了在氧化反应完成之后在压力下用N2吹扫反应混合物，以使贵金属再沉积到碳载体的表面上。根据Ramon等人，N2吹扫将贵金属损失减少到低于1％。
Felthouse(U.S.专利号4,582,650)公开了使用2种催化剂(i)将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸的活性炭，和(ii)同时将甲醛氧化为二氧化碳和水的助催化剂。助催化剂是在其孔内具有贵金属的硅铝酸盐载体。选择这些孔的尺寸，以便排斥N-(膦酰基甲基)甘氨酸和从而防止助催化剂的贵金属被N-(膦酰基甲基)甘氨酸毒害。根据Felthouse，这两种催化剂一起使用可以同时将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸和将甲醛氧化为二氧化碳和水。
Ebner等人，国际申请公开号WO 99/43430(其全部公开内容通过引用结合在此)公开了使用包括负载在碳载体上的贵金属的深度还原催化剂氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的方法。这种催化剂往往表现了改进的耐贵金属浸出性和不希望有的副产物(例如甲醛)的破坏增加。这样的催化剂的优点使得它们是特别优选的。因此，以下的许多论述将集中在这些催化剂上。虽然如此，应该认识到，本发明的特征通常可以使用上述的各种均相和多相催化剂来应用。
在碳载体表面上的含氧官能团(例如羧酸类，醚类，醇类，醛类，内酯类，酮类，酯类，胺氧化物类和酰胺类)往往增加了贵金属浸出，并潜在地增加了液相氧化反应过程中的贵金属烧结，因此，降低了在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中催化剂氧化可氧化底物，尤其是甲醛和甲酸的能力。这里使用的术语含氧官能团如果结合于碳载体的原子上，那么是在碳载体的表面，并且能够与反应混合物内的组分或与沉积在碳载体上的金属原子以化学或物理方式相互作用。
当所述催化剂在高温(例如900℃)下在惰性气氛(例如氦或氩气)中加热时，许多降低贵金属耐浸出性和烧结性并降低催化剂活性的含氧官能团作为一氧化碳从碳载体上解吸。因此，测量新鲜催化剂(即以前未曾用于液相氧化反应的催化剂)在高温下的CO解吸量，是可以用于分析催化剂表面以预测贵金属保留率和催化活性保持率的一种方法。测量CO解吸的一种方法是使用采用在线质谱法(TGA-MS)的热重量分析法。优选地，当干燥、新鲜的催化剂样品在氦气氛中经历以10℃/分钟从20℃升至900℃，然后保持恒定在900℃的温度下达30分钟时，每克催化剂有不高于约1.2mmol的一氧化碳从催化剂上解吸。更优选地，在这些条件下每克新鲜催化剂有不高于约0.7mmol的一氧化碳解吸，还更优选每克新鲜催化剂有不高于约0.5mmol的一氧化碳解吸，最优选每克新鲜催化剂有不高于约0.3mmol的一氧化碳解吸。当催化剂具有低于1wt％的水分含量时，催化剂被认为是干燥的。一般地，可以通过将催化剂放入到N2吹扫的25英寸Hg柱的真空中和在120℃的温度下16小时来干燥催化剂。
测量在新鲜催化剂载体表面上的氧原子的数目是可以用于分析催化剂以预测贵金属保留率和催化活性保持率的另一方法。例如使用X-射线光电子能谱法，分析厚度约50_的载体的表层。用于X-射线光电子能谱法的目前可获得的设备一般精确到±20％范围内。一般地，至少约20∶1(碳原子∶氧原子)的表面碳原子与氧原子的比率(通过用于X-射线光电子能谱法的目前可获得的设备测定)是适合的。然而，优选的是，该比率是至少约30∶1，更优选至少约40∶1，还更优选至少约50∶1，和最优选至少约60∶1。另外，在表面的氧原子与金属原子的比率(也是通过用于X-射线光电子能谱法的目前可获得的设备测定)优选低于约8∶1(氧原子∶金属原子)。更优选该比率低于7∶1，还更优选小于约6∶1，和最优选低于约5∶1。
一般地，在本发明中使用的碳载体在本领域中是公知的。活性的、非石墨化的碳载体是优选的。这些载体的特征在于对气体、蒸气和胶态固体的高吸收能力和相对高的比表面积。载体可以合适地是通过本领域中已知的方式，例如通过木材、泥炭、褐煤、煤、坚果壳、骨骼、植物或其它天然或合成含碳物质的破坏蒸馏产生的碳，炭或木炭，但优选被活化以进一步提高吸收力。活化通常通过用蒸汽或用二氧化碳加热到高温(800-900℃)来实现，这将造成多孔颗粒结构并增加比表面积。在一些情况下，在破坏蒸馏或活化之前添加吸湿物质，如氯化锌和/或磷酸或硫酸钠，以提高吸收能力。优选碳载体的碳含量在约10％(骨炭)到约98％(一些木炭)和接近100％(从有机聚合物衍生的活性炭)的范围内。在市售活性炭材料中的非碳物质通常根据诸如前体来源、加工和活化方法之类的因素而变化。许多市售碳载体含有少量的金属。在表面具有最少的含氧官能团的碳载体是最优选的。
在固定床反应器中使用的载体的形式可以明显变化。例如，碳载体可以是整体载体的形式。适合的整体载体可以具有各种形状。整体载体例如可以以反应器叶轮的形式存在。还更优选的是，这种载体还可以是例如具有平行通道(原料混合物通过该通道)的筛网或蜂窝的形式。图1显示了蜂窝载体的截面的实例。虽然在图1的蜂窝载体中的通道的截面是六角形，这里定义的蜂窝载体还可以(或另外)包括具有其它截面形状(例如，环形，椭圆形，正方形，三角形，矩形等)的通道。蜂窝载体的通道优选是直的，和/或具有足够大的截面，使得它们不被含有固体N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的淤浆堵塞。或者，整体载体中的流动通道可以是不规则的和没有均匀的流动方向(例如互连流动通道的无规网络)。
在特别优选的实施方案中，载体以颗粒的形式存在。因为颗粒载体是特别优选的，所以以下大部分论述集中在使用颗粒载体的实施方案上。然而，应该认识到，本发明不限于使用颗粒载体。
适合的颗粒载体可以具有各种各样的形状。例如，这些载体可以是丸粒、细粒和粉末的形式。丸粒载体一般具有约1mm到约10mm的粒度。优选载体是粉末的形式。这些颗粒载体可以在反应器系统中作为自由粒子使用，或可以结合于反应器系统中的结构，如筛网或叶轮上。
一般地，颗粒形式的载体包括宽尺寸分布的粒子。对于粉末，优选至少约95％的粒子的最大尺寸是约2到约300μm，更优选至少约98％的粒子的最大尺寸是约2到约200μm，最优选约99％的粒子的最大尺寸是约2到约150μm且约95％的粒子的最大尺寸是是约3到约100μm。最大尺寸大于约200μm的粒子往往破碎为超细粒子(即，最大尺寸小于2μm)，从而难以回收。
使用N2通过BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法测量的碳载体的比表面积优选是约10到约3,000m2/g(碳载体的表面积/g碳载体)，更优选为约500到约2,100m2/g，和还更优选为约750到约2,100m2/g。在一些实施方案中，最优选的比表面积是约750到约1,750m2/g。
载体的孔体积可以变化很大。使用在实施例1中所述的测量方法，孔体积优选是约0.1到约2.5ml/g(孔体积/g催化剂)，更优选是约0.2到约2.0ml/g，最优选是约0.4到约1.7ml/g。包括孔体积大于约2.5ml/g的载体的催化剂往往容易破碎。另一方面，包括孔体积小于0.1ml/g的载体的催化剂往往具有小表面积和因此具有低的活性。
用于本发明的碳载体可以从许多来源商购。以下是本发明可以使用的一些活性炭的清单Darco G-60 Spec和Darco X(ICI-America，Wilmington，DE)；Norit SG Extra，Norit EN4，Norit EXW，NoritA，Norit Ultra-C，Norit ACX，和Norit 4 X 14目(Amer.Norit Co.，Inc.，Jacksonville，FL)；Gl-96 15，VG-8408，VG-8590，NB-9377，XZ，NW和JV(Barnebey-Cheney，Columbus，OH)；BL Pulv.，PWA Pulv.，Calgon C 450，和PCB Fines(Pittsburgh Activated Carbon，Div.OfCalgon Corporation，Pittsburgh，PA)；P-100(No.Amer.Carbon，Inc.，Columbus，OH)；Nuchar CN，Nuchar C-1000N，Nuchar C-190A，Nuchar C-115A，和Nuchar SA-30(Westvaco Corp.，CarbonDepartment，Covington，Virginia)；Code 1551(Baker and Adamson，Division of Allied Amer.Norit Co.，Inc.，Jacksonville，FL)；Grade 235，Grade 337，Grade 517，和Grade 256(Witco Chemical Corp.，Activated Carbon Div.，New York，NY)；和Columbia SXAC(UnionCarbide New York，NY)。
碳载体优选在其表面上具有一种或多种贵金属。优选贵金属选自铂(Pt)，钯(Pd)，钌(Ru)，铑(Rh)，铱(Ir)，银(Ag)，锇(Os)和金(Au)。一般地，铂和钯是更优选的，且铂是最优选的。因为铂目前是最优选的贵金属，所以以下论述将主要涉及使用铂的实施方案。然而，应该指出，相同的论述普遍适用于其它贵金属和它们的组合。还应该理解的是，这里使用的术语贵金属是指元素状态的贵金属以及以其各种氧化状态的任何一种存在的贵金属。
沉积在碳载体表面上的贵金属的浓度可以在宽范围内变化。优选该浓度为约0.5到约20wt％，更优选约2.5到约10wt％，最优选约3到约7.5wt％([贵金属的质量÷催化剂的总质量]×100％)。如果在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中使用低于0.5wt％的浓度，往往甲醛氧化减少，并因此产生更大量的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸，从而减少了N-(膦酰基甲基)甘氨酸收率。另一方面，在高于约20wt％的浓度下，趋向于形成贵金属的层和块。因此，所使用的单位贵金属总量具有更少的表面贵金属原子。这往往降低了催化剂的活性，并且不经济地使用了昂贵的贵金属。
贵金属在碳载体表面上的分散优选应使表面贵金属原子的浓度是约10到约400μmol/g(μmol表面贵金属原子/g催化剂)，更优选约10到约150μmol/g，和最优选约15到约100μmol/g。这例如可以通过使用Micromeritics ASAP 2010C(Micromeritics，Norcross，GA)或Altamira AMI100(Zeton Altamira，Pittsburgh，PA)测量H2或CO的化学吸附来测定。
优选贵金属是以金属粒子的形式在碳载体的表面上。在碳载体表面上的至少约90％(数密度)的贵金属粒子的最大尺寸优选是约0.5到约35nm，更优选最大尺寸是约1到约20nm，和最优选最大尺寸是约1.5到约10nm。在特别优选的实施方案中，在碳载体表面上的至少约80％的贵金属粒子的最大尺寸是约1到约15nm，更优选最大尺寸是约1.5到约10nm，和最优选最大尺寸是约1.5到约7nm。如果贵金属粒子太小，当催化剂在易于溶解贵金属的环境中使用时，如在将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸的情况下，往往增加浸出量。另一方面，随着粒度的增加，所使用的单位贵金属总量往往具有更少的贵金属表面原子。如上所述，这往往降低了催化剂的活性，并且也是不经济地使用昂贵的贵金属。
除了贵金属以外，至少一种促进剂可以存在于碳载体的表面。这里所定义的促进剂是趋向于增加催化剂选择性、活性和/或稳定性的金属。促进剂另外可以减少贵金属浸出。虽然促进剂通常在促进剂沉积步骤中沉积到碳载体的表面上，但碳载体本身也可以(或供选择地)天然含有促进剂。在碳载体表面最后被还原(下述)之前沉积或自热存在于催化剂表面的促进剂在这里被称为催化剂表面促进剂。
催化剂表面促进剂例如可以是在碳载体的表面上的其它贵金属。例如，取决于应用，钌和钯可以在包括沉积在碳载体表面上的铂的催化剂上起催化剂表面促进剂的作用。催化剂表面促进剂另外例如可以是选自锡(Sn)，镉(Cd)，镁(Mg)，锰(Mn)，镍(Ni)，铝(Al)，钴(Co)，铋(Bi)，铅(Pb)，钛(Ti)，锑(Sb)，硒(Se)，铁(Fe)，铼(Re)，锌(Zn)，铈(Ce)，锆(Zr)，碲(Te)和锗(Ge)中的金属。优选催化剂表面促进剂选自铋、铁、锡、碲和钛。在一个特别优选的实施方案中，催化剂表面促进剂是锡。在另一特别优选的实施方案中，催化剂表面促进剂是铁。在另外优选的实施方案中，催化剂表面促进剂是钛。在还一个特别优选的实施方案中，催化剂在其表面包含铁和锡。铁、锡或二者的使用一般(1)减少了使用几个循环的催化剂的贵金属浸出，和(2)当催化剂用于进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化时，往往增加和/或保持了催化剂的活性。包含铁的催化剂一般是最优选的，因为它们往往对于甲醛和甲酸氧化具有最高的活性和稳定性。
在优选的实施方案中，催化剂表面促进剂比贵金属更容易氧化(在其中催化剂表面促进剂也是贵金属的情况下，催化剂表面促进剂贵金属优选比非促进剂贵金属更容易氧化)。如果促进剂比贵金属具有更低的第一电离势，那么促进剂更容易被氧化。元素的第一电离势在本领域中是众所周知的，并且可以见例如CRC Handbook of Chemistryand Physics(CRC Press，Inc.，Boca Raton，Florida)。
取决于例如所使用的贵金属和催化剂表面促进剂，在碳载体表面的催化剂表面促进剂的量(无论是否与碳表面本身，金属或它们的结合相缔合)可以在宽范围内变化。一般地，催化剂表面促进剂的重量百分数是至少约0.05％([催化剂表面促进剂的质量÷催化剂的总质量]×100％)。催化剂表面促进剂的重量百分数优选是约0.05到约10％，更优选约0.1到约10％，还更优选约0.1到约2％，和最优选约0.2到约1.5％。当催化剂表面促进剂是锡时，重量百分数最优选是约0.5到约1.5％。低于0.05％的催化剂表面促进剂重量百分数一般不能在长时间内促进催化剂的活性。另一方面，高于约10％的重量百分数往往降低了催化剂的活性。
根据例如所使用的贵金属和催化剂表面促进剂，贵金属与催化剂表面促进剂的摩尔比(在其中催化剂表面促进剂也是贵金属的情况下，非促进剂贵金属与催化剂表面促进剂贵金属的摩尔比)也可以变化很大。优选该比率是约1000∶1到约0.01∶1；更优选约150∶1到约0.05∶1；还更优选约50∶1到约0.05∶1；和最优选约10∶1到约0.05∶1。例如，包含铂和铁的催化剂优选具有约3∶1的铂与铁摩尔比。
在本发明的一个特别优选的实施方案中，贵金属(例如Pt)与至少一种催化剂表面促进剂(例如，Sn，Fe或二者)成合金，形成合金金属粒子(并且在其中催化剂表面促进剂也是贵金属的情况下，非促进剂贵金属优选与催化剂表面促进剂贵金属成合金)。包括与至少一种催化剂表面促进剂成合金的贵金属的催化剂往往具有以上关于一般包括催化剂表面促进剂的催化剂所述的所有优点。包括与至少一种催化剂表面促进剂成合金的贵金属的催化剂还往往表现了更高的耐催化剂表面促进剂浸出性和此外对于甲醛和甲酸氧化的各循环之间的稳定性(参阅例如实施例17)。
术语合金包括含有贵金属和至少一种催化剂表面促进剂的任何金属粒子，不管其中贵金属和催化剂表面促进剂原子在粒子内排列的精确方式如何(虽然一般优选在合金金属粒子的表面具有部分贵金属原子)。该合金例如可以是以下的任何一种1、金属间化合物。金属间化合物是包括贵金属和促进剂的化合物(例如Pt3Sn)。
2、置换合金。置换合金具有单一连续相，不管贵金属和促进剂原子的浓度如何。一般地，取代合金含有贵金属和促进剂原子，它们在尺寸上是类似的(例如铂和银；或铂和钯)。置换合金还称为单相合金。
3、多相合金。多相合金是含有至少两种不连续相的合金。这种合金可以在一个相中含有例如Pt3Sn，而在一个分离相中含有溶解在铂中的锡。
4、分离合金。分离合金是其中粒子化学计量随距金属粒子表面的距离的变化而变化的金属粒子。
5、填隙合金。填隙合金是其中贵金属和促进剂原子与非金属原子如硼、碳、硅、氮、磷等结合的金属粒子。
优选至少约80％(数密度)的合金金属颗粒的最大尺寸是约0.5到约35nm，更优选最大尺寸是约1到约20nm，还更优选最大尺寸是约1到约15nm，以及最优选最大尺寸是约1.5到约7nm。
合金金属粒子不需具有均匀的组成；在各粒子之间，乃至粒子本身之内的组成可以不同。另外，催化剂还可以包括单独由贵金属或单独由催化剂表面促进剂组成的粒子。虽然如此，优选金属粒子的组成在各粒子之间和在各粒子之内是基本均匀的，并且优选与催化剂表面促进剂原子紧密接触的贵金属原子的数目最大化。虽然不是必要的，但还优选大多数贵金属原子与催化剂表面促进剂成合金，更优选基本所有贵金属原子与催化剂表面促进剂成合金。虽然不是必要的，进一步优选合金金属粒子均匀分布在碳载体的表面上。
不管催化剂表面促进剂是否与贵金属成合金，目前认为，如果该催化剂暴露于氧化剂一定时间，催化剂表面促进剂往往被氧化。例如，元素锡催化剂表面促进剂往往氧化成Sn(II)O，而Sn(II)O往往氧化成Sn(IV)O2。例如，如果催化剂暴露于空气约1小时以上，可以发生该氧化。虽然这种催化剂表面促进剂氧化未发现对贵金属浸出、贵金属烧结、催化剂活性或催化剂稳定性有显著不利的影响，但它使分析在碳载体表面的有害含氧官能团的浓度变得更难。例如，如上所述，有害含氧官能团(即，降低贵金属耐浸出性和耐烧结性，并降低催化剂活性的含氧官能团)的浓度可以通过测量(使用例如TGA-MS)在惰性气氛中在高温下从催化剂解吸的CO量来测定。然而，目前相信，当氧化的催化剂表面促进剂存在于表面时，来自氧化的催化剂表面促进剂的氧原子往往与载体的碳原子在惰性气氛中在高温下反应，生成CO，从而产生了在载体的表面有比实际存在的更多的有害含氧官能团的错觉。氧化的催化剂表面促进剂的这些氧原子还能够影响由催化剂表面的氧原子单次测量(例如经X-射线光电子能谱法)获取贵金属浸出、贵金属烧结和催化剂活性的可靠预测。
因此，当催化剂包括已接触氧化剂并从而被氧化(例如当催化剂接触空气约1小时以上时)的至少一种催化剂表面促进剂时，优选在试图测量碳载体表面的有害含氧官能团的量之前，催化剂表面促进剂首先被基本还原(从而从催化剂表面除去氧化的催化剂表面促进剂的氧原子)。该还原优选通过在主要由H2组成的气氛中将催化剂加热到500℃的温度达1小时来实现。表面的有害含氧官能团的测定优选(a)在该还原之后，和(b)在还原之后表面接触氧化剂之前进行。最优选在还原之后立即进行测定。
碳载体表面的金属粒子的优选浓度取决于例如金属粒子的尺寸，碳载体的比表面积和贵金属在催化剂上的浓度。目前认为，一般地，金属粒子的优选浓度大概为约3到约1,500个粒子/μm2(即，金属粒子的数目/μm2碳载体表面)，尤其其中(a)至少约80％(数密度)的金属粒子的最大尺寸是约1.5到约7nm，(b)碳载体具有约750到约2100m2/g的比表面积(即m2碳载体表面/g碳载体)，和(c)碳载体表面的贵金属的浓度是约1到约10wt％([贵金属的质量÷催化剂的总质量]×100％)。在更优选的实施方案中，需要更窄范围的金属粒子浓度和贵金属浓度。在一个这样的实施方案中，金属粒子的浓度是约15到约800个粒子/μm2，贵金属在碳载体表面的浓度是约2到约10wt％。在更更优选的实施方案中，金属粒子的浓度是约15到约600个粒子/μm2，贵金属在碳载体表面的浓度是约2到约7.5wt％。在最优选的实施方案中，金属粒子的浓度是约15到约个400粒子/μm2，贵金属在碳载体表面的浓度是约5wt％。金属粒子在碳载体表面的浓度可以使用本领域已知的方法测定。
碳载体的表面优选在贵金属沉积到该表面上之前去氧。优选该表面使用高温去氧处理来去氧。这种处理可以是一步或多步方案，在每一种情况下，这种处理使在碳载体表面上的含氧官能团全部化学还原。
在两步高温去氧处理中，碳载体优选首先用气体或液相氧化剂处理，以便将相对低氧化态的含氧官能团(例如酮类，醛类和醇类)转化为相对高氧化态的官能团(例如羧酸)，后者更容易在高温下从催化剂表面断裂。代表性的液相氧化剂包括硝酸，H2O2，铬酸和次氯酸盐，其中包含约10到约80g HNO3/100g水溶液的浓硝酸是优选的。代表性的气体氧化剂包括分子氧，臭氧，二氧化氮和硝酸蒸气。硝酸蒸气是优选的氧化剂。用液体氧化剂，约60到约90℃的温度是适宜的，但用气体氧化剂，通常有利地使用约50到约500℃或甚至更高的温度。碳用氧化剂处理的时间可以在约5分钟到约10小时的宽范围内变化。优选地，反应时间是约30分钟到约6小时。实验结果显示，第一处理步骤中的碳负荷、温度、氧化剂浓度等对于获得所需碳材料的氧化不是很关键，因此可以方便地在宽范围内控制。因为经济方面的原因，优选尽可能高的碳负荷。
在第二步中，氧化的碳载体在优选约500到约1500℃，和更优选约600到约1,200℃的温度下，在氮气、氩气、氦气或其它非氧化环境(即基本无氧环境)中被热解(即被加热)，以便从碳表面去除含氧官能团。在高于500℃的温度下，可以使用包含少量氨(或在热解过程中会产生NH3的任何其它化学个体)，蒸汽或二氧化碳的环境，它们有助于热解。然而，当将碳载体的温度冷却到低于500℃的温度时，含氧气体如蒸汽或二氧化碳的存在可以导致表面氧化物的重新形成，因此，优选避免存在。因此，热解优选在非氧化气氛(例如氮气，氩气或氦气)中进行。在一个实施方案中，非氧化气氛包括氨，与在其它气氛中的热解相比，这往往在更短时间内产生活性更高的催化剂。热解例如可以使用回转窑、流化床反应器或普通加热炉来进行。
碳载体一般热解约5分钟到约60小时，优选约10分钟到约6小时的时间。更短的时间是优选的，因为碳长时间暴露于高温下往往降低催化剂的活性。不受任何特定理论的制约，目前认为，在热解温度下的长期加热有利于石墨的形成，这是碳载体的不优选形式，因为它通常具有较小的表面积。如上所述，通过使用包含氨的气氛一般可以在更短的时间内产生活性更高的催化剂。
在本发明的优选实施方案中，高温去氧在一个步骤中进行。该一步处理可以仅由上述两步高温去氧处理的热解步骤组成。然而，更优选的是，单步处理由如上所述热解碳载体组成，同时让包含N2、NH3(或在热解过程中会产生NH3的任何其它化学个体)和蒸汽的气流经过碳。虽然它不是本发明的关键特征，但该气流的流速优选快得足以获得新鲜气体反应物和碳表面之间的充分接触，而又慢得足以防止过度碳失重和物料浪费。可以使用非反应性气体作为稀释剂，以避免严重的碳失重。
用于将贵金属沉积到碳载体表面的方法在本领域中一般是已知的，并且包括液相方法如反应沉积技术(例如，贵金属化合物还原沉积法和贵金属化合物水解沉积法)，离子交换技术，过量溶液浸渍和早期润湿浸渍；气相法如物理沉积和化学沉积；沉淀；电化学沉积和无电沉积。一般参阅 Cameron，D.S.，Cooper，S.J.，Dogdson，I.L.，Harrison，B.，and Jenkins，J.W.“Carbons as Supports forPrecious Metal Catalysts，”Catalysis Today，7，113-137(1990)。在碳载体的表面包含贵金属的催化剂还可以商购，例如AldrichCatalog No.20，593-1，5％Pt/活性C(Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)；Aldrich Catalog No.20，568-0，5％Pt/活性C。
优选贵金属通过反应沉积技术沉积，包括使碳载体与包含贵金属的盐的溶液接触，然后水解该盐。相对便宜的合适铂盐的实例是六氯铂酸(H2PtCl6)。在实施例3中举例说明了使用该盐通过水解沉积法将铂沉积到碳载体上。
在本发明的一个实施方案中，使用包含处于其更低氧化态之一的贵金属的盐的溶液将贵金属沉积到碳载体的表面上。例如，使用Pt(II)的盐代替使用Pt(IV)的盐(例如H2PtCl6)。在另一实施方案中，使用元素态的铂(例如胶体铂)。使用这些更还原态的金属前体导致了碳载体的氧化减少，并因此在载体表面上形成更少的含氧官能团，同时将贵金属沉积到该表面上。Pt(II)盐的一个实例是K2PtCl4。另一可能有效的Pt(II)盐是二亚硝酸·二氨合铂(II)。实施例11显示，使用该盐沉积贵金属获得了比使用H2PtCl6作为金属前体制备的催化剂具有更高的耐浸出性的催化剂。不受任何特定理论的约束，据信这归因于以下事实二亚硝酸·二氨合铂(II)在还原过程中就地产生了氨，这进一步促进了碳载体表面上的含氧官能团的去除。然而，应该权衡考虑该益处与使用二亚硝酸·二氨合铂(II)相关的可能的爆炸危险。
在贵金属沉积到碳载体表面之前、同时或之后，可以将催化剂表面促进剂沉积到碳载体的表面上。用于将促进剂沉积到碳载体表面上的方法在本领域中一般是已知的，并且包括上述用于沉积贵金属的相同方法。在一个实施方案中，使用包含促进剂的盐溶液来沉积催化剂表面促进剂。可以用于沉积铋的合适盐是Bi(NO3)3·5H2O，可以用于沉积铁的合适盐是FeCl3·6H2O，而可以用于沉积锡的合适盐是SnCl2·2H2O。应该认识到，可以将一种以上的催化剂表面促进剂沉积到碳载体的表面上。实施例13、14、15和17示范了用包含促进剂的盐溶液将促进剂沉积到碳表面上。实施例18示范了使用包含促进剂的盐溶液将一种以上的促进剂(即铁和锡)沉积到碳表面上。
如上所述，包含与至少一种催化剂表面促进剂成合金的贵金属的催化剂是特别优选的。有多种本领域已知的可行制备技术，可以用来在载体表面上形成多金属合金。参阅例如V.Ponec & G.C Bond，Catalysis by metals and Alloys，“Studies in Surface Scienceand Catalysis”，Vol.95(B.Delmon. & J.T.Yates，advisory eds.，Elsevier Science B.V.，Amsterdam，Netherlands)。
在一个更优选的实施方案中，使用反应沉积来形成含有与催化剂表面促进剂成合金的贵金属的金属粒子。
反应沉积可以包括例如还原沉积，其中碳载体表面与包括下列组分的溶液接触(a)还原剂；和(b)(i)包含贵金属的化合物和包含促进剂的化合物，或(ii)包括贵金属和促进剂的化合物。可以使用各种还原剂，如硼氢化钠，甲醛，甲酸，甲酸钠，盐酸肼，羟胺和次亚磷酸。包含贵金属和/或促进剂的化合物包括例如1、卤素化合物。它们包括例如H2PtCl6，K2PtCl4，Pt2Br62-，K2PdCl4，AuCl41-，RuCl3，RhCl3·3H2O，K2RuCl6，FeCl3·6H2O，(SnCl3)1-，SnCl4，ReCl6，FeCl2和TiCl4。
2、氧化物和氯氧化物。它们包括例如RuO42-和M2SnO4。
3、硝酸盐化合物。它们包括例如Fe(NO3)3。
4、胺配合物。它们包括例如[Pt(NH3)4]Cl2，[Pd(NH3)4]Cl2，Pt(NH3)2Cl2，[Pt(NH3)4]PtCl4，Pd(NH2CH2CH2NH2)Cl2，Pt(NH2CH2CH2NH2)2Cl2和[Ru(NH3)5Cl]Cl2。
5、膦配合物。它们包括例如Pt(P(CH3)3)2Cl2；IrClCO(PC6H5)3)2；PtClH(PR3)2，其中各R独立是烃基，如甲基，乙基，丙基，苯基等。
6、有机金属配合物。它们包括例如Pt2(C3H6)2Cl4；Pd2(C2H4)2Cl4；Pt(CH3COO)2，Pd(CH3COO)2；K[Sn(HCOO)3]；Fe(CO)5；Fe3(CO)12；Fe4(CO)16；Sn3(CH3)4；和Ti(OR)4，其中各R独立是烃基，如甲基，乙基，丙基，苯基等。
7、贵金属/促进剂配合物。它们包括例如Pt3(SnCl3)2(C8H12)3和[Pt(SnCl3)5]3-。
在特别优选的实施方案中，使用水解反应来沉积与催化剂表面促进剂成合金的贵金属。在这种情况下，形成含有贵金属和促进剂的配体，然后水解，在碳载体表面上形成充分混合的金属氧化物和金属氢氧化物簇。这些配体例如可以通过使载体的表面与包括(a)含贵金属的化合物和含促进剂的化合物，或(b)含贵金属和促进剂的化合物的溶液接触来形成。以上就还原沉积列举了含贵金属和/或促进剂的合适化合物。配体的水解例如可以通过加热(例如在至少约60℃的温度下加热)混合物来实现。实施例17进一步示范了使用水解反应来沉积与催化剂表面促进剂(即铁)成合金的贵金属(即铂)。
除了上述反应沉积技术以外，还有许多其它技术可以用于形成合金。它们包括例如1、通过浸渍、溶液吸附和/或离子交换，将金属化合物(它可以是简单化合物或复合物，并且可以是共价或离子化合物)引入到载体的表面上来形成合金。
2、通过将含有贵金属和促进剂的金属蒸气真空共沉积到表面上来形成合金。
3、通过例如电解镀或化学镀，将一种或多种金属沉积到预沉积的属于元素周期表8、9或10族的金属(即Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir和Pt)上来形成合金。
4、通过下列步骤形成合金(a)在碳载体的表面上沉积含有0价态金属的金属配合物(例如贵金属和促进剂的羰基，π-烯丙基或环戊二烯基配合物)；和(b)例如通过加热或还原来除去配体以在表面形成合金粒子。
5、通过将含金属化合物(例如金属氯化物或金属烷基化物)的溶液与含有元素周期表的8、9或10族金属的预沉积的金属氢化物接触来形成合金。
6、通过在碳载体的表面上同时或依次共沉积含有贵金属和促进剂的金属配合物(预形成或就地形成)来形成合金。
7、通过预形成作为胶体或气溶胶的合金粒子，然后在碳载体的表面上沉积该预形成的合金粒子来形成合金。举例说明，含有铂和铁的胶体粒子可以容易地通过煮沸H2PtCl6和SnCl2·2H2O的稀溶液和柠檬酸钠溶液来形成。可以使用保护剂(例如碳水化合物，聚合物，亲脂季氮盐)来有效控制金属合金粒子生长。该技术因此经常用于形成窄分布的合金粒子粒度。
应该认识到，上述用于形成合金的技术只是示例性的，而不是穷举性的。使用本说明书的教导和本领域的普通知识，本领域的普通技术人员可以常规地决定本领域已知的许多合金制备技术的哪一种适合于特定用途。
不管用于形成合金的技术是哪一种，在金属沉积在碳载体的表面上之后，通常优选使用例如低于大气压的非氧化环境(优选N2，惰性气体或二者)来干燥载体。在载体的表面随后通过加热该表面来还原的场合，干燥步骤的使用是特别优选的(并且在加热是在非氧化环境中进行的场合，是更优选的)。优选干燥载体以将载体的水分含量减少到低于约5wt％。
应该认识到，在贵金属和催化剂表面促进剂沉积之后的碳载体表面的还原，一般增加了贵金属与催化剂表面促进剂成合金的程度。这种还原还通常增加了在优选粒度范围内的粒子的数目。
在碳载体用贵金属(和催化剂表面促进剂，如果有的话)浸渍之后，优选将催化剂的表面还原。例如可以通过在至少约400℃的温度下加热表面来适宜地还原催化剂的表面。尤其优选在非氧化环境(例如氮气、氩气或氦气)中进行该加热。还更优选该温度高于约500℃。更更优选该温度是约550到约1,200℃，最优选约550到约900℃。低于400℃的温度对于从碳载体的表面上除去含氧官能团往往是不令人满意的。另一方面，高于1,200℃的温度往往降低了催化剂的活性。只有在贵金属沉积到表面之前碳载体表面具有至少约20∶1的碳原子与氧原子比率，才优选使用约400到约500℃的温度。
在尤其优选的实施方案中，催化剂的表面通过包括让该表面暴露于还原环境的方法来还原。例如，在加热之前，催化剂样品可以用液相还原剂，如甲醛或甲酸预处理。甚至更优选地，该加热在气相还原剂的存在下进行(在气相还原剂的存在下加热催化剂的方法有时称为高温气相还原)。在加热过程中可以使用各种气相还原剂，包括但不限于H2，氨和一氧化碳。氢气是最优选的，因为氢的分子尺寸小，可以更好地渗透到最深的碳载体孔隙中。优选气体的剩余物基本由非氧化气体，如氮气，氩气或氦气组成。该气体可以包含任何有限浓度的H2，虽然低于1.0％的H2浓度是不利的，因为还原载体表面所需的时间往往很长。优选该气体包含约5到约50体积％的H2，最优选约5到约25体积％的H2。
加热催化剂表面的优选时间取决于还原剂至催化剂表面的传质。当还原剂是包含约10到约20体积％H2的非氧化气体时，该表面优选在约550到约900℃下加热约15分钟到约24小时，其中空速为约1到约5,000hr-1。更优选空速是约10到约2,500hr-1，和甚至更优选约50到约750hr-1。在最优选的实施方案中，热处理在以上优选的温度和空速下进行约1到约10hr。在低于1hr-1的空速下加热表面是不利的，因为碳载体表面的含氧官能团没有被充分破坏。另一方面，在高于5,000hr-1的空速下加热是不经济的。
为获取足够的贵金属分散性和保留率，在碳载体表面上预先存在的含氧官能团一般是不必要的，或者甚至是不希望的。不受任何特定理论的制约，据信该加热步骤通过除去碳载体表面的含氧官能团(包括由于将贵金属沉积到该表面上而形成的那些)而增强了在催化剂上的铂-碳相互作用。据信这些含氧官能团是贵金属的不稳定固着位点，因为它们往往受贵金属和碳载体之间的潜在更强的π相互作用的影响。单纯的加热会分解和从而除去碳载体表面上的许多含氧官能团。然而，通过在还原剂(例如H2)的存在下加热该表面，能够消除更多的含氧官能团。
如果在贵金属沉积到载体表面上之前在碳载体表面上的碳原子与氧原子比率低于约20∶1，该表面优选在高于500℃的温度下使用上述高温气相还原处理来还原，虽然该表面任选可以用除高温气相还原外的其它还原环境来处理。另一方面，如果在贵金属沉积到表面之前碳载体的表面具有至少约20∶1的碳原子与氧原子比率，那么可以使用各种替代的还原环境来代替高温气相还原。
催化剂的表面可以至少部分地通过用胺如脲，包含铵离子(例如甲酸铵或草酸铵)的溶液或氨气处理来还原，其中氨气或包含铵离子的溶液是最优选的。除了其它还原处理以外，优选使用这种胺处理，并最优选在高温气相还原之前使用。在一个这样的实施方案中，通过用包含铵离子的贵金属前体溶液处理表面，将该贵金属沉积到表面上。或者，在将贵金属沉积到载体表面之后，载体可以用包含铵离子的溶液洗涤，或者与包含氨的气体接触。最优选在沉积贵金属之后，催化剂表面用稀氨水洗涤。在这种情况下，将催化剂加到纯水中，搅拌几小时，以润湿催化剂的表面。其次，在继续搅拌该催化剂淤浆的同时，将包含铵离子的溶液加入到催化剂淤浆中，其加入量应足以产生大于7的pH，更优选约8到约12，和最优选约9.5到约11.0的pH。因为温度和压力不是关键的，该步骤优选在室温和大气压下进行。实施例10进一步说明了该还原处理。
还可以使用硼氢化钠(NaBH4)来还原催化剂的表面。与用胺处理一样，除了其它还原处理以外，优选使用该处理，并最优选在高温气相还原之前使用。优选在将贵金属沉积到载体表面之后，在NaOH存在下，在约8到约14的pH下，用NaBH4的溶液洗涤载体约15到约180分钟。NaBH4的用量优选足以还原所有贵金属。因为温度和压力不是关键的，该步骤优选在室温和大气压下进行。实施例12进一步说明了该还原处理。
应该认识到，以上可用于还原催化剂表面的任何一种处理也可以用于在将贵金属沉积到表面之前使碳载体表面去氧。
在许多方法中，当希望催化剂含有促进剂时，通过例如上述促进剂沉积技术(该沉积步骤通常由催化剂的生产商来进行)，将促进剂预沉积到催化剂表面上。然而，该促进剂沉积步骤往往增加了催化剂制备方法的成本。为了避免这些附加成本，已经发现，促进剂的利益(例如增加的选择性、活性和/或催化剂稳定性)可以仅通过将促进剂(即补充促进剂)直接与碳负载的含贵金属的催化剂(尤其与上述还原的催化剂)混合来获得。该混合例如可以直接在氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化反应区中进行。或者，例如，该混合可以独立于氧化反应进行，如在催化剂存储罐中进行。
特别地，已经发现，某些金属和/或金属化合物在用碳负载的含贵金属的催化剂催化的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化中起补充促进剂的作用。已经发现这些补充促进剂可有效提高贵金属/碳催化剂将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的能力，其中它们可有效提高对所需的至N-(膦酰基甲基)甘氨酸的转化，副产物甲醛至甲酸的氧化和副产物甲酸至二氧化碳的氧化的催化作用。
取决于应用，补充促进剂可以是例如锡，镉，镁，锰，钌，镍，铜，铝，钴，铋，铅，钛，锑，硒，铁，铼，锌，铈，锆，碲，钠，钾，钒，镓，钽，铌，铷，铯，镧和/或锗。通常更优选补充促进剂是铋，铅，锗，碲，钛，铜和/或镍。
在一个尤其优选的实施方案中，补充促进剂是铋。根据本发明已经发现，当催化剂用于催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化以形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物时，铋的存在对于提高碳负载的含贵金属的催化剂(尤其上述还原的催化剂)的选择性是特别有效的。更具体地说，已经发现，铋的存在引起了被催化氧化的甲酸副产物量的增加。在一些例子中(尤其在催化剂包含锡作为催化剂表面促进剂的场合)，还发现铋的存在引起了被催化氧化的甲醛副产物量的增加。这种对一种或两种这些副产物增加的破坏进而使所形成的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸副产物减少(据信这归因于每分子N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸副产物的形成需要(a)两个甲醛分子，或(b)一个甲酸分子和一个甲醛分子的事实)。此外，已经发现，在一些情况下(尤其在使用一种以上补充促进剂的场合)，铋的存在还可以减少在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化过程中从催化剂的碳载体上浸出的贵金属量。
在本发明的另一优选实施方案中，使用碲作为补充促进剂。如在引入铋作为补充促进剂的以上实施方案中那样，当催化剂用于催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化以形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物时，发现碲的存在也可有效提高碳负载的含贵金属的催化剂(尤其上述还原的催化剂)的选择性。更特别地，还发现碲可以增加在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化中的催化剂的活性。此外，还发现，通过使碲存在于反应介质中(尤其当还存在铋时)，可以减少在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化过程中从催化剂的碳载体上浸出的贵金属的量。
在最优选的实施方案中，使用铋和碲二者作为补充促进剂。
补充促进剂和催化剂的混合优选在液体介质中进行。如上所述，该混合例如可以直接在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化的液体反应介质中进行。然而，在氧化反应在压力下进行的场合，反应容器通常被密封，因此通常更优选在反应容器之外混合催化剂与补充促进剂，如在催化剂存储罐或再循环罐中混合。
一般地，补充促进剂以含有补充促进剂的无机或有机化合物的形式引入到混合液体中。含促进剂的化合物可以在液体中溶解或不溶，但最通常至少部分可溶。连接于补充促进剂原子的官能团一般不是关键的(虽然它优选是农业可接受的官能团)。一般地，例如，适合的化合物包括氧化物，氢氧化物，无机氢酸的盐，无机含氧酸的盐，脂族或芳族有机酸的盐和酚盐。
适合的含铋化合物例如包括无机或有机化合物，其中铋原子处于大于0(例如2，3，4或5)，最优选3的氧化水平。这些适合的铋化合物的实例包括1、铋氧化物。它们包括例如，BiO，Bi2O3，Bi2O4，Bi2O5等。
2、铋氢氧化物。它们包括例如Bi(OH)3等。
3、无机氢酸的铋盐。它们包括例如铋氯化物(例如BiCl3)，铋溴化物(例如BiBr3)，铋碘化物(例如BiI3)，铋碲化物(例如Bi2Te3)等。铋卤化物一般是不优选的，因为它们往往腐蚀工艺设备。
4、无机含氧酸的铋盐。它们包括例如铋亚硫酸盐(例如Bi2(SO3)3·Bi2O3·5H2O)，铋硫酸盐(例如Bi2(SO4)3)，氧铋硫酸盐(例如(BiO)HSO4)，氧铋亚硝酸盐(例如(BiO)NO2·0.5H2O)，铋硝酸盐(例如Bi(NO3)3·5H2O，还称为硝酸铋五水合物)，氧铋硝酸盐(例如(BiO)NO3，还称为碱式硝酸铋，氧化硝酸铋和硝酸氧化铋)，铋和镁的双硝酸盐(例如2Bi(NO3)3·3Mg(NO3)2·24H2O)，铋亚磷酸盐(例如Bi2(PO3H)3·3H2O)，铋磷酸盐(例如BiPO4)，铋焦磷酸盐(例如Bi4(P2O7)3)，氧铋碳酸盐(例如(BiO)2CO3，还称之为碱式碳酸铋)，铋高氯酸盐(例如Bi(ClO4)3·5H2O)，铋锑酸盐(例如BiSbO4)，铋砷酸盐(例如Bi(AsO4)3)，铋硒酸盐(例如Bi2(SeO2)3)，铋钛酸盐(例如Bi2O3·2TiO2)等。这些盐还包括从过渡金属衍生的含氧酸的铋盐，包括例如铋钒酸盐(例如BiVO4)，铋铌酸盐(例如BiNbO4)，铋钽酸盐(BiTaO4)，铋铬酸盐(Bi2(CrO4))，氧铋重铬酸盐(例如(BiO)2Cr2O7)，氧铋铬酸盐(例如H(BiO)CrO4)，氧铋和钾的双铬酸盐(例如K(BiO)CrO4)，铋钼酸盐(例如Bi2(MoO4)3)，铋和钠的双钼酸盐(例如NaBi(MoO4)2)，铋钨酸盐(例如Bi2(WO4)3)，铋高锰酸盐(例如Bi2O2(OH)MnO4)，铋锆酸盐(例如2Bi2O3·3ZrO2)等。
5、脂族或芳族有机酸的铋盐。它们包括例如铋乙酸盐(例如Bi(C2H3O2)3)，氧铋丙酸盐(例如(BiO)C3H5O2)，铋苯甲酸盐(例如C6H5CO2Bi(OH)2)，氧铋水杨酸盐(例如C6H4CO2(BiO)(OH))，铋草酸盐(例如(C2O4)3Bi2)，铋酒石酸盐(例如Bi2(C4H4O6)3·6H2O)，铋乳酸盐(例如(C6H9O5)OBi·7H2O)，铋柠檬酸盐(例如C6H5O7Bi)等。
6、铋苯酚化物。它们包括例如铋没食子酸盐(例如C7H7O7Bi)，铋焦没食子酸盐(例如C6H3(OH)2(OBi)(OH))等。
7、各种其它有机和无机铋化合物。它们包括例如铋磷化物(例如BiP)，砷化铋(Bi3As4)，铋酸钠(例如NaBiO3)，铋-硫氰酸(例如，H2(Bi(BNS)5)·H3(Bi(CNS)6))，铋-硫氰酸的钠盐，铋-硫氰酸的钾盐，三甲基 (例如Bi(CH3)3)，三苯基 (例如Bi(C6H5)3)，氯氧化铋(例如BiOCl)，碘氧化铋(例如BiOI)等。
在优选的实施方案中，铋化合物是铋氧化物，铋氢氧化物或无机含氧酸的铋盐。更优选铋化合物是铋硝酸盐(例如Bi(NO3)3·5H2O)，氧铋碳酸盐(例如(BiO)2CO3)或铋氧化物(例如Bi2O3)，其中氧化铋(III)(即Bi2O3)是最优选的，因为它不合能够污染最终反应产物的抗衡离子。
适合的含碲化合物例如包括无机或有机化合物，其中碲原子处于大于0(例如，2、3、4、5或6)，最优选4的氧化水平。这些适合的碲化合物的实例包括1、碲氧化物。它们包括例如TeO2，Te2O3，Te2O5，TeO3等。
2、无机氢酸的碲盐。它们包括例如四氯化碲(例如TeCl4)，四溴化碲(例如TeBr4)，四碘化碲(例如TeI4)等。
3、无机含氧酸的碲盐，它们包括例如亚碲酸(例如H2TeO3)，碲酸(例如H2TeO4或Te(OH)6)，碲硝酸盐(例如Te2O4·HNO3)等。
4、各种其它有机和无机碲化合物，它们包括例如二氯化二甲基碲，氧化碲铅，异丙醇碲，碲酸铵，碲硫脲等。
在优选的实施方案中，碲化合物是碲氧化物或无机氢酸的碲盐。更优选碲化合物是二氧化碲(例如TeO2)，四氯化碲(例如TeCl4)或碲酸(例如Te(OH)6)，其中四氯化碲是最优选的。
引入到反应区中的补充促进剂的优选量取决于例如碳负载的含贵金属的催化剂的质量(即碳载体、贵金属和催化剂的任何其它组分的总质量)；总反应原料混合物的质量和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的浓度。
一般地，加到反应器中的补充促进剂的质量与碳负载的含贵金属的催化剂的质量的比率优选是至少约1∶15000；更优选至少约1∶5000；还更优选至少约1∶2500；和最优选至少约1∶1000。虽然当补充促进剂的质量与碳负载的含贵金属的催化剂的质量的比率高达约1∶750，约1∶500，约1∶300，以及甚至高于约1∶50或1∶40时可以实施本发明，且无损于氧化反应，但已经发现上述优选的较低比率对于大多数应用，尤其对于N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化来说是有效的。
加到反应器中的补充促进剂的质量与总反应物质量的比率优选是至少约1∶1,000,000；更优选至少约1∶100,000；还更优选至少约1,40,000；和最优选约1∶40,000到约1∶15,000。虽然通常可以使用高于1∶8000的比率，且无损于氧化反应，但通常优选该比率小于1∶8000(尤其在铋是补充促进剂的场合)。
加到反应器中的补充促进剂的质量与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的质量的比率优选至少约1∶100,000；更优选1∶10,000；还更优选至少约1∶4000；和最优选约1∶4000到约1∶2000。虽然通常可以使用高于1∶1000的比率，且无损于氧化反应，但通常优选该比率小于1∶1000(尤其在铋是补充促进剂的场合)。
在颗粒贵金属/碳催化剂用于氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物时，可以将催化剂和补充促进剂二者加入到含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和氧的含水反应介质中。补充促进剂可以以至少约1∶15,000，优选至少约1∶5000，更优选至少约1∶2500，和最优选至少约1∶1000的补充促进剂∶催化剂加料的质量比加入。随着N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化的进行，产生了甲醛和甲酸副产物。该催化剂不仅可有效催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化，而且将甲醛进一步氧化为甲酸，和将甲酸氧化为二氧化碳。补充促进剂的存在可有效提高这些副产物的催化氧化，尤其将甲酸转化为CO2。
在氧化反应在其中催化剂在反应介质中淤浆化的搅拌釜反应器中进行的场合，催化剂优选通过过滤从反应混合物中分离，并再循环到反应器中，再次用于N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和上述副产物的氧化。这种搅拌釜反应器系统可以以间歇或连续方式操作。或者，可以使用固定或流化催化剂床。在连续方法中，向反应区中连续或间歇供给包括N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水反应介质，并连续或间歇排出包括N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物，补充促进剂被连续或间歇引入到该反应区，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物、甲醛和甲酸在连续反应区中被全部氧化。
已发现，将补充促进剂不连续加料加入到系列连续分批反应循环的第一批中，可有效提高整个系列反应循环的氧化甲醛和甲酸的催化剂活性，不用进一步添加任何外部来源的补充促进剂。此外发现，补充促进剂存在于再循环催化剂中，显然通过吸附到贵金属和/或碳载体上已沉积在催化剂上。在多个循环之后，在催化剂上仅能够发现加入到该系列第一批中的部分补充促进剂。然而，当将补充促进剂以上述量引入到第一批中时，保留在催化剂上的部分显然足够促进所有系列批次的甲醛和甲酸的氧化，其中由前一批再循环的催化剂基本是用于系列连续分批反应循环的补充促进剂的唯一来源。已发现，以约1∶2500的补充促进剂∶催化剂的质量比单次添加补充促进剂，可有效促进20批或20批以上，一般50批或50批以上，更一般100批以上反应循环系列的副产物氧化。此后，可以任选将另一份补充促进剂给料加入到反应介质中，使该后续批次构成另一系列分批氧化反应循环的第一批，其中来自这另一系列的前一批次的再循环催化剂基本上成为用于该另一系列分批反应的连续分批反应循环的促进剂的唯一来源。
类似地，在将补充促进剂加入到连续搅拌釜反应器的反应介质中的情况下，单批量添加补充促进剂可有效提高在整个连续反应循环的多个反应器周转中催化剂对于甲醛和甲酸氧化的效力。直到第二个反应循环开始为止不用另外添加补充促进剂。为此，反应循环由任何一次向反应区添加补充促进剂之时到下一次向反应区添加补充促进剂之时的甲醛和甲酸氧化周期组成，并且可以由50或更多，一般100或更多个反应器工作体积的周转组成。
如所述那样，在系列分批反应循环的多个周期之后，或在连续反应循环的多次周转之后，只有一部分加到循环的第一批中的补充促进剂保留在催化剂上。然而，当该底物与氧化剂在包括液体反应介质的反应区中接触，并且其中补充促进剂与催化剂在这种反应区的质量比为至少约1∶200,000，优选至少约1∶70,000，更优选至少约1∶30,000，最优选至少约1∶15,000时，该补充促进剂仍然可有效提高N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物、甲醛和甲酸的氧化。因为反应器的补充促进剂的唯一来源基本是再循环催化剂，所以进一步优选补充促进剂以相同的质量比，即至少约1∶200,000，优选至少约1∶70,000，更优选至少约1∶30,000，最优选至少约1∶15,000存在于再循环催化剂上或存在于再循环催化剂内。
反应区的补充促进剂含量还可以以补充促进剂与催化剂的贵金属组分的质量比来表示。例如，对于5％贵金属/碳催化剂，补充促进剂与贵金属的比率应该为至少约1∶10,000，更优选1∶3500，还更优选1∶1800，最优选1∶700。这些优选一般对于贵金属/碳催化剂的整个贵金属含量范围有效，所述催化剂一般含有约0.5到约20％的贵金属。然而，在贵金属含量相对高，例如接近20％的场合，补充促进剂在相对低的与贵金属组分的质量比，甚至低至1∶40,000的情况下也可以是有效的。
在补充促进剂在系列分批反应循环的开始，或在以上定义的连续反应循环的开始阶段，以不连续给料方式添加的场合，它以至少约1∶750，优选至少约1∶250，更优选至少约1∶125，最优选至少约1∶50的补充促进剂与催化剂的贵金属组分质量比添加。如上所述，补充促进剂与贵金属的优选比率可以随催化剂的贵金属含量的变化而变化。因此，例如，当催化剂的贵金属含量接近20wt％时，补充促进剂以1∶3000或更高，更优选至少约1∶1000，1∶500或1∶200的补充促进剂与贵金属质量比添加就可以是有效的。
定期不连续添加补充促进剂可能是有利的，因为在使用于氧化甲醛和甲酸的催化剂的效力最大化的同时，过比例的补充促进剂可能延缓N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化。通过仅定期添加补充促进剂，沉积在催化剂上和存在于反应区的补充促进剂的比例可以相当快速地衰变到残留准稳态范围，其中补充促进剂仍然可以有效提高氧化甲醛或甲酸的催化活性，而不会明显阻碍N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化的速度或程度。因此，在用于氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化反应区内和在用于这种反应的再循环催化剂上的最佳补充促进剂含量可以低于1∶15,000，例如，在1∶65,000到1∶25000的范围内。
补充促进剂沉积在反应介质中的贵金属/碳催化剂表面上导致了包含催化剂和促进剂的新型催化剂复合物的形成。催化剂复合物的催化剂组分可以进一步包括表面促进剂，该表面促进剂包含不同于补充促进剂的金属，或在某些情况下含相同的金属。补充促进剂据信通过从反应介质中吸附而沉积，并且保持可以从催化剂表面解吸下来，进入催化剂介质。虽然残留补充促进剂的有效级分抵抗解吸，以便在以上所述的多个反应周期中(或在连续反应系统的长期运转中)保持附着于催化剂，但补充促进剂一般比在催化剂制备方法中应用的表面促进剂更容易解吸。
如上所述，通过将贵金属和任选的表面促进剂沉积到碳载体上以形成催化剂前体，然后还原催化剂前体以产生反应催化剂来首先制备催化剂。新型催化剂复合物通过随后将补充促进剂沉积在氧化催化剂上(一般通过吸附到碳或贵金属表面上)来形成。有利的是，补充促进剂与氧化催化剂在反应介质中混合，使得促进剂从反应介质沉积到催化剂表面上。然而，应该指出，在替代方案中，补充促进剂可以与氧化催化剂在另一液体介质中预混，形成催化剂复合物，此后，该催化剂复合物可以引入到反应介质中，用于进行氧化反应。
应该认识到，取决于所需效果，可以使用一种以上的补充促进剂。另外，各补充促进剂可以来自一个以上的来源。此外，碳负载的含贵金属的催化剂可以在其表面上含有一定量的与补充促进剂相同的金属，例如在(a)催化剂以在其表面上具有起催化剂表面促进剂作用的这种金属的方式来生产，或(b)催化剂是从存在该金属(例如作为补充促进剂)的以前反应混合物中回收的用过的催化剂的场合。
在特别优选的实施方案中，如上所述，碳负载的含贵金属的催化剂本身在其表面上还包含一种或多种催化剂表面促进剂。在催化剂用于N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化和补充促进剂是铋的场合，尤其优选该催化剂含有锡和/或铁(除了增加甲酸副产物的氧化以外，锡的存在对于增加甲醛副产物的氧化往往是特别有效的)。
在许多情况中，在补充促进剂(尤其是铋)和碳负载的含贵金属的催化剂合并之后，至少部分补充促进剂沉积到催化剂的碳载体和/或贵金属表面，并因此被该催化剂保留。因为该催化剂保留促进剂，所以该催化剂一般可以再循环，以便用于催化后续量的氧化底物的氧化(例如，该催化剂可以用于氧化其它批次的氧化底物，或可以用于连续氧化方法)，同时还保留了补充促进剂的益处。当补充促进剂的效果随使用时间的延长而降低时，补加量的新鲜补充促进剂可以定期与该催化剂混合，以便恢复效果和/或获得其它所需结果(例如，降低的甲酸水平)。例如，在催化剂在多批间歇反应中使用的场合，这种定期补加例如可以在催化剂已用于至少约20批氧化反应之后(更优选在催化剂已用于至少约30批氧化反应之后，和最优选在催化剂已用于至少约100或100批以上的氧化反应之后)进行。在催化剂定期补给新鲜的补充促进剂的场合，用于补给的混合可以在氧化反应区中或在氧化反应区之外进行。
在特别优选的实施方案中，补充促进剂与用过的催化剂(即已在一次或多次的先前的氧化反应中用过的催化剂)混合。一般地，催化剂的活性和/或所需的选择性随着使用而降低。因此，例如，随着催化剂的使用，用于氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化的副产物(例如甲醛和/或甲酸)的碳负载的含贵金属的催化剂的活性通常趋向于降低，从而使更少的甲醛和/或甲酸被破坏，并因此形成大量的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸。最后，事实上，该活性降低至其中有不可接受量的甲醛和/或甲酸未被氧化的水平，因此常常引起不可接受量的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸化合物生成(即用于由N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸化合物的催化剂的选择性降低至不可接受的水平)。传统上，当氧化副产物的催化剂活性达到这种点时，该催化剂被认为不能使用，因此通过耗时和通常高成本的方法来再循环(即再生)，或者一起丢弃。然而，根据本发明，已经发现，这种催化剂能够通过将该催化剂与补充促进剂，尤其铋或碲混合来再生(即，用于制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的催化剂的选择性能够增加到可接受的水平)。换句话说，补充促进剂能够用于改变催化剂性能和延长催化剂的使用寿命。
已发现，补充促进剂(尤其铋)可以引起N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化速度的轻微降低。在这种情况下，氧化速度一般可以通过增加供给至反应混合物的氧量，在反应过程的长时间内保持相对高的氧流速，和/或增加压力而至少部分地增加。然而，在氧流速增加的场合，优选不增加到引起催化剂表面变得不利地过氧化的程度。因此，增加的氧给料速率优选保持在使得至少约40％(更优选至少约60％，还更优选至少约80％和最优选至少约90％)的给入氧被利用的水平。
优选的氧化反应器系统氧化反应区可以包括各种反应器构型，包括具有在液相和任选在气相中反混特性的那些，以及具有活塞流特性的那些。具有反混特性的适合反应器构型包括例如搅拌釜反应器，射流喷嘴环路反应器(还称为文邱里环路反应器)和流化床反应器。具有活塞流特性的适合的反应器构型包括具有填充或固定催化剂床(例如滴流床反应器和填充泡罩塔反应器)和泡罩淤浆塔反应器的那些。流化床反应器还可以以表现活塞流特性的方式操作。
在广义上，氧化反应可以根据本发明在宽范围的温度和在从亚大气压到超大气压的压力下进行。使用温和的条件(例如室温和大气压)具有商业优点，因为可以在反应器系统中使用便宜的设备。然而，在较高的温度和超大气压下操作往往改进了液相和气相(例如氧源)之间的传质，增加了N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应速度和增加了N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物溶解性，从而减少了进行分离以沉淀和回收产物所需的水量。因此，使用更主动的氧化条件实际上能够减少工厂的总成本和减少生产单位N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的操作成本。优选地，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应是在约20℃到约180℃，更优选约50℃到约140℃，还更优选约80℃到约110℃，和再更优选约95℃到约105℃的温度下进行。在高于约180℃的温度下，原料趋向于缓慢分解。而且，当氧化反应温度远在约90℃之上时，对所需的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的选择性趋向于恶化。例如，反应温度在90℃之上每增加10℃，不希望有的副产物N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)的产生往往增加约2-4倍。较低的温度(即低于约95℃的温度)常常是不利的，因为一些N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的溶解度在这样的温度下下降。在氧化反应区中保持的总压力一般取决于所使用的温度和反应器构型。在各氧化反应区的总压力优选至少等于大气压和足以防止在氧化区中的液体反应介质沸腾。在以下更详细地论述特定反应器系统的优选氧化反应条件。
在一个优选的实施方案中，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化在一个或多个连续氧化反应区中进行，其中底物被连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。连续氧化提供了获得更高的工艺产量和更低生产成本的机会。而且，因为N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化是放热的，在连续氧化反应器系统开始之后，一般不需要向引入氧化区的含水原料流供热来保持所需的氧化反应温度。
可以适当地应用各种反应器构型来提供连续氧化反应区。根据一个优选的实施方案，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的连续氧化在一个或多个基本反混的氧化反应区(即在至少液相中反混)中，利用与液体反应介质接触的悬浮多相颗粒催化剂，优选上述深度还原的贵金属/碳颗粒催化剂进行。然而，应该理解的是，本发明的实施不限于使用这种深度还原的催化剂，也不限于颗粒形式的催化剂。而且，应该理解的是，在本发明的反应器系统中使用的催化剂可以包括不同催化剂的混合物，和/或在反应器系统内的一个氧化反应区到下一个氧化反应区催化剂可以不同。
图2显示了可用于进行本发明的连续氧化工艺的反应器系统的实例。图2中所示的系统包括连续搅拌釜反应器3，一般用旋转叶轮提供了其中含有的液体反应介质的机械搅拌。搅拌釜反应器适当地反混反应区内的液相，设计是相对简单的，并且操作能够调节到所需的加工能力。可以应用各种叶轮设计，包括具有在共同轴上旋转的多个叶片的系统。如本领域技术人员所公知的那样，反应器容器可以包括内挡板和/或引流管，以改变混合特性和防止液体反应介质的旋流。
虽然图2中所示的反应器系统包括单个连续搅拌釜反应器，但在许多情况下，如在以下更详细描述的那样，包括分级串联的两个或多个反混氧化反应区的反应器系统是优选的。反混氧化反应区可以适当地通过非连续搅拌釜反应器的反应器构型(例如射流喷嘴环路反应器和流化床反应器)来提供。而且，不同的反应器构型可以在包括多个氧化反应区的反应器系统中组合。例如，具有反混特性的一个或多个反应器可以与具有活塞流特性的反应器构型如固定催化剂床反应器组合。
将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流1与氧源一起连续或间歇引入到搅拌釜反应器3之内的液体反应介质中。多相颗粒催化剂也存在于氧化反应区内，与液体反应介质接触，用于催化含水原料中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化。随氧化反应进行所放出的包含CO2的蒸气从搅拌釜反应器3中反应混合物之上的顶空排出。含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和多相颗粒催化剂的反应混合物流出物7从搅拌釜反应器3连续或间歇排出，并转移到催化剂过滤器9，在那里，基本上所有催化剂从反应混合物中分离，形成(1)包括基本上所有催化剂和残留量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的催化剂再循环料流11；和(2)含有大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液13。催化剂再循环料流11再引入到搅拌釜反应器3中，同时滤液13被送去浓缩和纯化N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
氧化反应区内的温度优选根据N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度保持充分高，使得在从搅拌釜反应器3中排出的反应混合物流出物7中的基本所有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物被溶解。因此，例如，当N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物是浓度为约7到约15wt％的N-(膦酰基甲基)甘氨酸游离酸时，从搅拌釜反应器3排出的反应混合物流出物的温度优选保持在约80℃到约180℃，更优选约90℃到约150℃，还更优选约90℃到约135℃，更更优选约95℃到约125℃，还进一步优选约95℃到约105℃。然而，应该理解的是，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在反应混合物流出物7中沉淀是可容忍的，并且仍然可获得令人满意的结果。沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物可以随颗粒催化剂一起与反应混合物流出物7的其余物分离(例如共过滤)。
在开始时，可以加热氧化反应区3中的反应混合物和/或含水原料流1，以获得所需的氧化反应温度。如果需要供热，全部或至少一部分热能可以在将各种原料流泵送到搅拌釜反应器3中和通过反应器系统的剩余物来提供，使得可以不需要单独的常规原料预热器。因为该氧化反应是放热的，一旦氧化反应开始放出大量的热，通常需要从反应混合物中除去热能，以便保持氧化区内的所需温度。如在图2中所示，过量的反应热可以通过让反应混合物经过包括热交换器16的外部热交换循环环路15来从搅拌釜反应器3内的反应混合物取出，其中热从反应混合物间接转移到冷却介质(例如冷却水)。反应温度例如通过根据来自温度控制器的信号控制向热交换器16的冷却水供应来控制。反应热还能够通过其它方便的方式，如用浸没在反应混合物内的冷却盘管或反应器容器夹套(通过该冷却盘管或夹套循环冷却介质)来从氧化反应区中除去。
搅拌釜反应器3中的总压力一般是约0到约500psig，优选保持充分高，以便防止液体反应介质在其中沸腾。一般地，搅拌釜反应器3中的总压力是约30到约500psig。当氧化反应区在约95℃到约105℃的特别优选的温度范围内操作时，在搅拌釜反应器3内保持的总压力优选是约30到约130psig和更优选约90到约110psig。
在含水原料流1中可以采用宽范围的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度。含水原料流1包括引入到搅拌釜反应器3中的催化剂再循环料流11和来自该方法其它部分的任何其它再循环料流。在淤浆反应器，如图2中所示的搅拌釜反应器中，优选根据反应混合物流出物7的温度选择含水原料流1中的底物浓度，使得基本上所有所需的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物被溶解。如上所述，还可以使用将形成含有超过产物的溶解度限度的浓度的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物的底物浓度，但一般是不优选的。相对于许多通常实行的工业方法来说，本发明允许使用更高的温度和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸，同时使副产物形成最小化。在使用仅是碳的催化剂的通常实行的工业方法中，在经济上常常优选在低底物浓度和温度下操作，以便使N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸副产物的形成最小化。用那些方法和催化剂，一般使用约60℃到90℃的温度来获得成本有效收率和使废料的产生最小化。在这种温度下，N-(膦酰基甲基)甘氨酸最大溶解度一般低于6.5％([N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的质量÷总反应物质量]×100％)。但是，用本发明的优选氧化催化剂和反应工艺，催化剂的贵金属损失和催化剂去活化减到最小，且甲醛更有效地被氧化，从而允许反应温度高达180℃(或更高)。更高氧化反应温度和反应器原料浓度的使用使反应器产量增加，减少了所生产的每磅N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物所必须除去的水量，和减少了生产N-(膦酰基甲基)甘氨酸的成本。与许多通常实行的工业方法相比，本发明因此提供了经济利益。
N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度的优选上限取决于所使用的特定底物。例如，在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸盐(例如钾盐)的情况下，可以使用高达约70wt％的浓度。然而，一般地，至多约50wt％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度是优选的(尤其在约20到约180℃的反应温度下)。更优选使用至多约25wt％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度(尤其在约60到约150℃的反应温度下)。更更优选使用约3到约20wt％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度(尤其在约100到约130℃的反应温度下)。在约95到约105℃的优选反应温度下，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度优选是约7到约15wt％，更优选约7到约12wt％，更更优选约9到约10wt％。
在一些情况下，以含水原料流1形式进料到该工艺中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源含有从底物合成继承的氯离子(Cl-1)。在催化剂包含碳负载的贵金属的场合，氯离子往往与催化剂相互作用，增加了贵金属的浸出和抑制甲酸副产物氧化。而且，氯离子水平在其中各物流(例如，来自本方法的产物浓缩和/或纯化步骤)如下所述再循环和引入到氧化反应区的反应器系统中趋向于升高。优选地，在氧化反应区内与催化剂接触的液相反应介质中的氯离子浓度保持在不高于约500ppm(重量)，更优选不高于约300ppm(重量)，更更优选不高于100ppm(重量)。有利地，在氧化反应区中氯离子水平的控制通过使用具有相对低氯离子含量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源形成含水原料流1来实现。优选地，在以含水原料流形式进料本方法的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源中的氯离子浓度低于约5000ppm(重量)，更优选低于约3000ppm(重量)，更更优选低于约2000ppm(重量)，和尤其低于约1000ppm(重量)，按干基准计。例如可以通过在U.S.专利4,724,103和4,775,498中所述的方法来生产满足这些标准的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源，这些专利在这里特地作为参考引用。另外，可以有利地利用上述添加钌改性的深度还原贵金属(例如铂)/碳催化剂，在连续氧化反应器系统中催化该反应。这种钌改性的催化剂可以提供增强的耐氯离子攻击性和耐贵金属浸出性，并且尤其适合于在其中氧化反应区的氯离子水平由于各种再循环物流而升高的连续氧化反应器系统中使用。
可以通过使在反应混合物中的溶解氧浓度保持在所需水平的任何常规方式将氧源引入到搅拌釜反应器3内的反应混合物中。优选地，氧源是含O2气体，如空气，纯O2或用一种或多种非氧化气体(例如He，Ar和N2)稀释的O2。更优选地，氧源是包含至少约95mol％O2，通常约98mol％O2的含O2气体。以使含O2气体与反应混合物紧密接触的方式将该气体引入到反应混合物中。例如，含O2气体可以通过位于搅拌釜反应器3底部叶轮之下的分布导管或类似分配器来引入，使得当含O2气体上升通过液体反应介质时，由旋转叶轮引发的湍流充分混合和分布它。含O2气体在反应混合物内的分布可以通过将该气体通入扩散器如多孔玻璃滤器或通过本领域技术人员公知的其它方式来进一步增强。或者，含O2气体可以引入到搅拌釜反应器3中反应混合物之上的顶空中。
如果反应混合物中的溶解氧浓度太高，催化剂表面容易被有害地氧化，这进而容易导致浸出增加和甲醛活性降低(这进而又导致产生更多的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸)。为了避免该问题，一般优选使用这样的氧给料速率，使得至少约40％，更优选至少约60％，更更优选至少约80％，和还更优选至少约90％的氧被利用。这里所使用的氧利用百分数等于(总氧消耗速率÷氧给料速率)×100％。术语总氧消耗速率是指(i)N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和甲醛的氧化反应的氧消耗速率(Ri)，(ii)甲醛生成甲酸的氧化反应的氧消耗速率(Rii)和(iii)甲酸生成二氧化碳和水的氧化反应的氧消耗速率(Riii)的总和。
氧分压可以在氧化反应区的不同区域变化。优选地，在搅拌釜反应器中的液体反应混合物之上顶空中的氧分压是约0.1到约35psia，更优选约1到约10psia。
当氧化反应在单个连续搅拌釜反应器系统中进行时，根据所使用的具体催化剂和氧化反应条件，在反应器3中的停留时间可以变化很大。一般地，停留时间是约3到约120分钟，更优选约5到约90分钟，还更优选约5到约60分钟，和更更优选约15到约60分钟。停留时间以滤液13的流速和搅拌釜反应器3的工作体积为基准来确定。
在连续氧化反应系统中利用的颗粒催化剂可以包含粉末形式的载体，该载体具有前面所述的粒度分布。优选地，颗粒催化剂的平均粒度是约15到约40μm，更优选约25μm。颗粒催化剂在搅拌釜反应器3内反应混合物中的浓度优选是约0.1到约10wt％([催化剂的质量÷总反应物质量]×100％)。更优选地，催化剂浓度是约0.5到约5wt％，更更优选约1到约3wt％，和还更优选约2wt％。高于约10wt％的浓度难以从N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物中分离。另一方面，低于约0.1wt％的浓度往往产生了不可接受的低反应速率。
用于从搅拌釜反应器3排出的反应混合物7中分离颗粒催化剂的催化剂过滤器9，优选是适用于从反应混合物中连续分离催化剂的过滤器。也就是说，催化剂过滤器9能够接受反应混合物7的连续物流和连续形成滤液13和催化剂再循环物流11，而不必中断引入到该过滤器中的反应混合物流。根据一个特别优选的实施方案，催化剂过滤器9是连续交叉流过滤器或连续反冲过滤器。在进行图2所示的连续氧化法中，反冲过滤器一般比交叉流过滤器优选，因为目前市售的反冲过滤器一般能够形成含有更高浓度催化剂的催化剂再循环物流11，通常催化剂浓度比目前市售的交叉流过滤器高至少5倍。
图2A是与图2所示类似的连续反应器系统的示意流程图，它尤其适合使用连续反冲过滤器作为催化剂过滤器9。当在氧化反应区中的操作总压力比大气压高得多时(这是优选的)，为了浓缩和纯化N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，一般降低由搅拌釜反应器3排出的反应混合物流出物7中的压力。该压力下降的至少一部分可以在催化剂过滤器9上游闪蒸罐17中进行。闪蒸罐17将反应混合物7的压力降低至一定程度，使溶解的CO2从混合物中闪蒸出来和作为蒸气从闪蒸罐排出。闪蒸罐17降低了连续反冲催化剂过滤器9的运转压力，从而降低了资本费用和过滤器系统的复杂性。可以将氧源(例如含O2气体)引入(例如喷射)到闪蒸罐17，以进一步氧化反应混合物7中的在搅拌釜反应器3中未被氧化的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，以及进一步氧化存在于反应混合物中的甲醛和甲酸副产物。以这种方式，闪蒸罐17可以起与搅拌釜反应器3串联的附加氧化反应区的作用。
连续反冲过滤器系统包含过滤器元件，并优选绝热操作，但可以具有加热或冷却能力。优选地，用于反冲过滤器元件和除去分离的催化剂的液体是滤液13的一部分。滤液13被送去浓缩和纯化N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，同时再循环催化剂物流11连续从催化剂过滤器9排出，并且在该催化剂再引入到搅拌釜反应器3中之前可转移到任选的催化剂存储罐5(也称为催化剂再循环罐或催化剂淤浆罐)。
虽然在图2和2A中所示的氧化反应器系统中的催化剂过滤器9优选是连续反冲过滤器，但应该认识到，连续交叉流过滤器在一些情况下是更优选的。在图2B中所示的系统类似于在图2和2A中所示的系统，只是催化剂过滤器9放置在外部热交换循环环路15中，而不是在单独的催化剂循环环路中。在这种实施方案中，催化剂过滤器9优选是连续交叉流过滤器。一般地，过滤器之前的闪蒸罐不与交叉流过滤器联合使用。此外，由于相对大体积的催化剂再循环物流11从连续交叉流过滤器中流出，催化剂存储罐一般同样省略。
除了交叉流和反冲过滤器以外，在连续氧化反应器系统中使用的催化剂过滤器9另外可以是真空过滤器或可以包含一排叶滤机，用于处理在交错过滤周期中的反应混合物流出物7的连续流。作为另一供选择的方案，搅拌釜反应器3可以包含内催化剂过滤器(例如多孔玻璃滤器)，它阻止颗粒催化剂随反应混合物流出物7一起排出，使得该催化剂基本保留在氧化反应区内且反应混合物流出物基本不含颗粒催化剂。而且，应该认识到，可以使用其它催化剂分离方式代替(或附加于)催化剂过滤器9。例如，可以使用离心机从氧化反应混合物流出物中分离催化剂。
当催化剂随使用的延长而失活时，它可以连续或间歇地至少部分再活化。再活化可以包含在催化剂重度氧化之后还原该催化剂的表面。在这种情况下，例如可以洗涤表面以除去有机物，然后使用上述还原处理来还原。这种还原处理可以包括例如将还原剂连续或间歇引入到反应器系统。例如，还原剂可以包含甲醛和/或甲酸且可以通常有利地由在此所述的各种再循环物流来获得。再活化还可以通过例如将补充促进剂，尤其氧化铋引入到上述反应器系统来实现。根据本发明的优选实施方案，将补充促进剂(例如Bi2O3)连续或间歇引入到连续反应器系统，使得在由最后一个氧化反应区排出的反应混合物流出物中的甲酸浓度保持在低于约6000ppm，更优选约1000ppm到约3000ppm。根据本发明的特别优选的实践，监控在由最后一个氧化反应区排出的反应混合物流出物中的甲酸浓度。一旦测得的浓度超过约6000ppm，更优选约3000ppm，更更优选约2000ppm，开始向反应器系统连续或间歇引入补充促进剂，并持续到在由最后一个氧化反应区排出的反应混合物流出物中的甲酸浓度开始下降为止。优选地，向反应器系统添加补充促进剂的速度应使得在开始向该系统添加补充促进剂之后，在由最后一个氧化反应区排出的反应混合物流出物中的甲酸浓度继续升高达一定时间。在将Bi2O3作为补充促进剂加到反应器系统的情况下，进料到该系统的Bi2O3与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的重量比是约1∶20,000,00到约1∶200,000。
虽然在图2A中所示的连续氧化反应器系统中是任选的，当使用深度还原的颗粒催化剂时，催化剂存储罐5可以是有利的，因为它提供了催化剂物质被均匀再活化的地方。如图2A中所示，还原剂18和/或补充促进剂19可以引入到含有再循环催化剂的催化剂存储罐5中。或者还原剂和/或补充促进剂可以直接加入到氧化反应区或在别处引入到反应器系统。还应该认识到，仅仅让再循环催化剂与残留反应混合物处在催化剂存储罐5中也可以有利地还原催化剂表面(尤其包含碳负载的贵金属的催化剂)。优选地，催化剂存储罐基本不含O2和其它氧化性气体。因此，可以有利地将氮气或其它非氧化性气体引入(例如喷射)到罐5中，以帮助除去O2。在再引入到氧化反应区之前，让颗粒催化剂的淤浆和残留淤浆在基本无O2的环境下，在氧化反应区外保持一定时间，据信可以还原催化剂的表面和实现一定程度的再活化并延长催化剂的使用寿命。催化剂存储罐或催化剂淤浆罐5可以具有各种结构，但一般是搅拌釜，其中包含颗粒催化剂和残留反应混合物的催化剂淤浆用旋转叶轮搅拌，以便通过防止催化剂沉降到罐5的底部来改进催化剂淤浆的均匀性和促进催化剂的均匀再活化。通过相对于氧化反应区内反应介质的工作体积调节催化剂存储罐内催化剂淤浆的体积，可以调节催化剂在催化剂存储罐5中的停留时间。在催化剂存储罐5中的较长的催化剂停留时间一般有益于催化剂性能。然而，因为较长的停留时间要求在反应器系统中的催化剂存量较大，较长停留时间的益处必须与增加的催化剂成本权衡考虑，尤其在催化剂包含碳负载的贵金属的情况下，这变得很重要。优选地，再循环催化剂在催化剂存储罐中的停留时间是至少约2分钟，更优选至少约5分钟，更更优选约5到约40分钟。
如果将牺牲还原剂保持或引入到反应溶液中，在本发明中可以发现贵金属的损失减少。适合的还原剂包含甲醛、甲酸和乙醛。最优选地，使用甲酸、甲醛或它们的混合物(例如由这里所述的各种再循环物流获得)。
还可以通过催化剂清除流20从连续氧化反应器系统中连续或间歇清除催化剂(例如具有降低的活性和/或选择性的催化剂)，并且经新鲜催化剂原料流21用新鲜催化剂置换。当间歇清除催化剂时，同时可以从该工艺中清除全部催化剂物质(这一般是更优选的方法)，或者可以在不同的时间增量下清除部分催化剂物质。换句话说，间歇清除包含任何重复而不连续的催化剂清除。
根据本发明的更优选的实施方案，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的连续氧化在颗粒多相催化剂淤浆的存在下，在串联操作的两个或多个基本反混(即，在至少液相中反混)的氧化反应区中分级进行。串联的两个或多个反混氧化反应区的结合是有利的，因为这种反应器系统往往表现得更象活塞流反应器，形成较少的副产物和改进N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的收率。而且，两个或多个反应区的结合提供了在氧化反应的不同阶段根据主要反应动力学改变反应条件的能力。
对于底物浓度，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化表现为近似的零级反应，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度降低到不高于约4.5wt％，更通常不高于约2.7wt％，更更通常约0.4wt％到约1.8wt％，还更通常约0.4wt％到约1.3wt％，以及还更通常不高于约1wt％。例如在进料到第一反应区的含水原料中的底物浓度是约9wt％的场合，就底物来说，反应往往表现为近似的零级反应，直到至少约50％，更通常至少约70％，更更通常约80％到约95％，和还更通常约85％到约95％的底物被消耗掉。此时，氧化速度成为底物浓度的较强函数(即就底物浓度而言，氧化接近一级反应)，并因此趋向于随底物浓度进一步降低而降低。当氧化速度成为N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度的较强函数时，底物的氧化往往比甲醛和甲酸副产物的同时氧化反应更缓慢。
通过利用包含串联的两个或多个氧化反应区的连续氧化反应器系统，可以控制在第一反应区中的停留时间和/或氧给料，使得在第一反应区中的反应相对于底物浓度基本上表现为零级反应(即，可以控制第一反应器中的停留时间，使得在第一反应器中的底物转化足以形成底物浓度不高于约4.5wt％，更优选不高于约2.7wt％，更更优选约0.4到约1.8wt％，还更优选约0.4到约1.3wt％，和进一步更优选约1wt％的反应混合物)。该反应混合物然后可以转移到第二和任何后续反应区中，在这些反应区中该反应就底物浓度来说基本表现为一级反应。以这种方式，在各反应区中能够独立地精确控制反应器构型和/或反应条件(例如催化剂类型，平均催化剂使用时间，催化剂浓度，氧浓度，温度，压力等)，以优化反应各段及甲醛和甲酸副产物的氧化。
图3显示了根据本发明的包含串联分级的两个反混氧化反应区的优选连续氧化反应器系统。反混氧化反应区优选通过两个连续搅拌釜反应器3和40来提供。含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流1与氧源，优选含O2气体一起连续或间歇引入到第一搅拌釜反应器3中。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在多相颗粒催化剂的存在下，在第一搅拌釜反应器3中被连续氧化，形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间含水反应混合物41，它从第一搅拌釜反应器3中连续或间歇排出。包含(a)来自中间含水反应混合物41的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和(b)未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物(至少部分也来自于中间含水反应混合物41)的中间含水原料流42然后引入到第二搅拌釜反应器40。一般地，还将另外的氧引入到第二搅拌釜反应器40，优选也以含O2气体的形式。在第二搅拌釜反应器40中，其它N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在多相颗粒催化剂存在下被连续氧化，形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的最终反应混合物流出物45。排空搅拌釜反应器3和40内反应混合物之上的顶空，以便当氧化反应进行时，从氧化反应区中除去包含CO2的蒸气。
虽然在图3中显示中间含水原料流42包含整个中间含水反应混合物41，但应该认识到，在本发明的一些实施方案中，中间含水原料流42少于整个中间含水反应混合物41。例如，如下述那样(图5和6)，颗粒多相催化剂可以部分或全部从中间含水反应混合物41中去除。此外，应该理解，第一和第二氧化反应区不必如图3所示包含在单独的搅拌釜反应容器3和40内。多个氧化反应区可以串联分级并包含在分为多个隔室或具有用于分离各反应区的挡板或其它措施的单个反应容器内。
在图3中所示的实施方案中，颗粒催化剂从第一搅拌釜反应器3中的反应区流到第二搅拌釜反应器40中的反应区中。优选地，颗粒催化剂是上述深度还原的氧化催化剂。该催化剂经催化剂原料流39连续或间歇引入到第一搅拌釜反应器3中。如图3中所示，催化剂原料流39是含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流1的一部分。该催化剂作为中间含水反应混合物41的一部分从第一搅拌釜反应器3中连续或间歇排出，作为中间含水原料流42的一部分连续或间歇引入到第二搅拌釜反应器40中并最后作为最终反应混合物流出物45的一部分连续或间歇从第二搅拌釜反应器40中排出。最终反应混合物流出物45任选在闪蒸罐17中减压，再转移到催化剂过滤器9中。在催化剂过滤器9中，基本上所有的颗粒催化剂从最终反应混合物流出物45中分离，形成(1)包含来自最终反应混合物45的基本上所有催化剂和残余量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的催化剂再循环物流11；和(2)包含来自最终反应混合物45的大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液13。在图3所示的实施方案中，催化剂过滤器9优选是连续反冲过滤器系统，以便使催化剂再循环物流体积最小化和保持反应器系统中的分级效果。将催化剂再循环物流11导入催化剂存储罐5中，经催化剂原料流39再引入到第一搅拌釜反应器3中，同时滤液13被送去浓缩和纯化N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。当催化剂随使用的延长而失活时，如上所述，通过使该颗粒催化剂与还原剂18(例如在催化剂存储罐5中)连续或间歇接触和/或将补充促进剂19引入到该工艺中(例如引入到催化剂存储罐5中和/或直接引入到第一和/或第二搅拌釜反应器3和40中)，它可以至少部分再活化。催化剂可以通过催化剂清除物流20从系统中连续或间歇清除，以及通过催化剂原料流21补充新鲜催化剂。
在图3中的反应器系统的起动过程中，可以加热引入到第一搅拌釜反应器3的催化剂原料流39和/或含水原料流1，以便在氧化反应区内获得所需的温度。在稳态或准稳态操作过程中，放热反应热通常足够让原料达到所需的反应温度，而过量的反应热经外部热交换循环环路15中的热交换器16从第一反应器3中的液体反应介质中去除。例如通过根据来自温度控制器的信号控制向热交换器15供应的冷却水来控制反应温度。类似地，在反应器40的第二氧化反应区中的液体反应介质的温度，可以通过与第二反应器相连的外部热交换循环环路47中的热交换器48撤热的速度来控制。然而，第二氧化反应区可以在没有热交换环路47或用于撤除反应热的其它措施的情况下来操作(即绝热操作)。例如，在一些情况下，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的增加的转化及甲醛和甲酸的现存氧化在第二搅拌釜反应器40中如此有限，以致于不需要冷却反应混合物来撤除由氧化反应放出的热。在希望第二反应器40在高于第一反应器3的主导温度的温度下完成反应的场合，在第二反应器中的自生反应热可以贡献升高含水原料流42的温度和保持在第一反应器和第二反应器之间希望的温度差所必须的全部或部分热。
在第二搅拌釜反应器40之内的反应介质的温度，优选相对于N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度保持足够高，使得在由第二反应器排出的最终反应混合物流出物45中的基本全部N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物保持溶解。任选地，在最终反应混合物流出物45中沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物可以与颗粒催化剂一起分离，作为催化剂再循环物流11的一部分。应该认识到，在搅拌釜反应器3和40内的反应混合物的温度可以彼此不同。例如，因为中间含水反应混合物41不被过滤和还含有浓度低于最终反应混合物流出物45的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，在第一搅拌釜反应器3之内的反应混合物的温度一般可以稍低于在第二搅拌釜反应器40中的反应混合物的优选操作温度。优选地，第一搅拌釜反应器3在约80℃到约120℃，更优选约85℃到约110℃和还更优选约95℃到约100℃的温度下操作，而第二搅拌釜反应器40优选在约80℃到约120℃，更优选约85℃到约110℃和还更优选约100℃到约105℃的温度下操作。在较低温度下操作第一搅拌釜反应器3通常有利降低N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸形成的速度，该副产物在较高温度下增加。
在第一和第二搅拌釜反应器3和40中的总压力优选保持足够高，以便防止氧化反应区中的液体反应介质沸腾，并且一般是约0到约500psig。典型地，在搅拌釜反应器3和40中的总压力是约30到约500psig。当保持第一和第二氧化反应区中的反应混合物的温度在上述优选温度范围内时，在第一和第二搅拌釜反应器3和40内保持的总压力优选是约30到约130psig和更优选约90到约110psig。
氧分压可以在氧化反应区的不同区域变化。优选地，在搅拌釜反应器3和40中液体反应介质之上顶空中的氧分压是约0.1到约35psia，更优选约1到约10psia。
特别是在含水原料流1(它包含催化剂再循环物流11和来自该方法其它部分的任何其它再循环物流)中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的浓度是约7到约12wt％时，和更特别是约9wt％时，一般优选在第一搅拌釜反应器3中的停留时间应使得第一氧化反应区中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物向N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率是至少约50％，更优选至少约70％，更更优选约80％到约95％，还更更优选约85％到约95％，和最优选约90％。获得所需转化率所必需的停留时间将随在第一搅拌釜反应器3中使用的氧化反应条件的变化而变化。一般地，在第一搅拌釜反应器3中的停留时间是约5到约50分钟，优选约10到约30分钟，更优选约14到约24分钟和更更优选约20分钟。在第二搅拌釜反应器40中的停留时间一般是约1到约50分钟，优选约1到约30分钟，更优选约3到约20分钟，还更优选约6到约20分钟，还更更优选约6到约12分钟和还进一步优选约8分钟。在第一搅拌釜反应器3中的停留时间以中间反应混合物41的流速和反应器的工作体积为基准来定义。在第二搅拌釜反应器40中的停留时间以最终反应混合物流出物45的流速和反应器的工作体积为基准来定义。随着催化剂活性随使用的延长而降低，在给定停留时间下获得的转化率往往降低，需要通过再活化或在系统中添加新鲜催化剂或增加O2给料速率来加强催化剂活性。
优选地，在第一搅拌釜反应器3中的液体反应介质的工作体积与在第二搅拌釜反应器40中的液体反应介质的工作体积的比率大于1，更优选大于1到至多约10，还更优选约1.1到约5，和还更更优选约1.1到约2.5。
通常当连续反应器系统包含串联的两个搅拌釜反应器时，调节引入到连续反应器系统中的总氧原料(即，给到两个搅拌釜反应器3和40中的总氧原料)和总氧原料分配到各搅拌釜反应器的量，以便影响N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的收率和质量。在一个实施方案中，改变引入到连续反应器系统中的总氧/摩尔在引入到第一搅拌釜反应器3的含水原料流1中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，以便控制N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在由第二搅拌釜反应器40排出的最终反应混合物流出物45中的浓度。通常使最终反应混合物45中的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的浓度最小化，以便避免过度的收率损失。优选地，未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在最终反应混合物流出物中的浓度不高于约2000ppm。然而，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在最终反应混合物流出物45中的浓度应该保持足够高，以便抑制N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物氧化成氨基甲基膦酸的速度。氨基甲基膦酸形成的速度明显与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度成反比。而且，据信N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的存在可以抑制催化剂的氧化和延长催化剂寿命。因此，优选N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在最终反应混合物流出物45中的浓度保持在约200到约2000ppm，更优选约500到约1500ppm，和最优选约500到约700ppm的范围内，按重量计。一般地，当对于每摩尔的在引入到第一搅拌釜反应器3的含水原料流1中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，引入到连续反应器系统的总氧是约0.5到约5，更优选约1到约3，还更优选约1.5到约2.5摩尔O2时，获得了N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在最终反应混合物45中的适合浓度。
另外，选择给到连续反应器系统的总氧原料在搅拌釜反应器3和40之间的分配，以减少在最终反应混合物流出物45中的副产物的量。进到连续反应器系统的总氧原料中引入到第一搅拌釜反应器3的比例是约10％到约95％，更优选约30％到约95％，还更优选50％到约95％，和最优选约70％到约90％，总氧原料的剩余部分引入到第二搅拌釜反应器40。
在本发明的实施中，可以测量未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和/或氧化副产物在由第一搅拌釜反应器3排出的中间含水反应混合物41和/或由第二搅拌釜反应器40排出的最终反应混合物流出物45中的浓度。基于这些测量结果，可以调节进到连续反应器系统的总氧原料和/或该总氧原料在第一和第二搅拌釜反应器3和40之间的分配，从而有利地影响N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的收率和质量。可以使用高压液相色谱法(HPLC)或傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析物流样品测定未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和/或氧化副产物的浓度。另外，可以使用在线FTIR分光计，以便提供反应器流出物物流的实时组成分析，并且该数据用于调节连续反应器系统中的氧原料。在线使用红外光谱法来测定氧化反应混合物如根据本发明制备的那些氧化反应混合物中的分析物的浓度，用于工艺控制和终点检测的方法，描述在2001年5月22日提交的标题为“Use of InfraredSpectroscopy for On-Line Process Control and EndpointDetection”的U.S.临时专利申请No. ＿＿＿＿中(Attorney ReferenceMTC 6767；39-21(51882))，该申请的全部公开内容在这里特地引用作参考。
通常，当连续反应器系统包含串联的两个连续搅拌釜反应器3和40时，给到第一反应区的氧给料速率优选是约0.5到约10，更优选约0.5到约5，还更优选约1.0到约4.0mol O2/mol的在引入到第一反应器3的含水原料流1中含有的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物。给到第二反应区的氧给料速率优选是约0.5到约10，更优选约0.5到约5，还更优选约2到约4mol O2/mol的在给到第二反应区的原料流中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物。
在所述方法使用串联的两个搅拌釜反应器的场合，优选保持第一个反应器中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物与N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的摩尔比，使得N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化摩尔速率是N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物氧化摩尔速率的至少约10倍，更优选至少约20倍，更更优选至少约100倍，还更优选至少约150倍，和最优选至少约200倍。
可以使用图3中所示流程图的各种替代方案，来通过连续反应器系统内的反混氧化反应区循环颗粒多相催化剂。这些替代流程图的实例表示在图4-6中。在图3-7所示的各流程图中，可以通过连续或间歇将新鲜催化剂加到催化剂再循环物流中或直接加到各反应区中而将催化剂龄保持在所希望的范围内或控制在特定水平附近。此外还可以任选通过从催化剂再循环物流中连续或间歇清除部分催化剂来控制这种催化剂龄。通常，所清除的催化剂量等于加到该系统中的新鲜催化剂量。间歇清除和添加催化剂包括任何重复而不连续的催化剂的清除和添加。例如，间歇清除和添加包括定期从催化剂再循环物流中排出催化剂，并在催化剂再循环环路内的排出点下游的位置添加新鲜催化剂。间歇清除和添加还包括例如从少于全部反应区的反应区中一次排出所有催化剂，然后将一批完全新鲜的催化剂加到少于全部反应区的反应区中。间歇清除和添加还包括例如同时从连续反应器系统排出所有催化剂和然后添加一批完全新鲜的催化剂(例如，一旦由反应器系统生产N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物达到基于催化剂载荷的使用寿命的预定目标值或一旦催化剂活性已下降到不能进行经济地操作的程度)。后一方法一般是更优选的。这归因于例如当在既定时间仅清除和添加部分催化剂载荷时通常难以稳定该系统的事实。还例如在没有首先除去所有原催化剂的情况下，难以分析对催化剂的任何改变(例如新改进)。应该进一步指出的是，在连续氧化反应系统的开始阶段，可以有利地以显著少于设计催化剂载量(例如设计催化剂载量的75％)的催化剂量操作该系统一定时间，然后逐渐将另外的催化剂加到该系统以便在主要的操作条件下达到最佳的催化剂载量。
图4显示的实施方案通过控制进入第一和第二搅拌釜反应器3和40的催化剂载量而提供更大的灵活性，使得在第二搅拌釜反应器40中可以保持所希望的更高的催化剂载量，以便至少部分地补偿由于在第二反应区中较低的底物浓度而一般存在的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度驱动力降低。催化剂经催化剂原料流39连续或间歇引入到第一搅拌釜反应器3中。该催化剂然后作为中间含水反应混合物41的一部分从第一搅拌釜反应器3连续或间歇排出，作为中间含水原料流42的一部分连续或间歇引入到第二搅拌釜反应器40中，并最后作为最终含水反应混合物45的一部分从第二搅拌釜反应器40中间歇或连续排出。然后通过催化剂过滤器9从最终含水反应混合物45中基本除去催化剂，形成(1)包含来自最终含水反应混合物45的基本所有催化剂和残留量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的催化剂再循环物流11；和(2)包含来自最终含水反应混合物45的大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液13。将催化剂再循环物流11分为催化剂原料流39和中间催化剂原料流50。催化剂原料流39再循环到第一搅拌釜反应器3，同时中间催化剂原料流50再循环到第二搅拌釜反应器40。优选通过例如催化剂清除物流51和/或催化剂清除物流53从连续反应器系统中连续或间歇清除催化剂，并通过例如催化剂原料流55和/或催化剂原料流57补充催化剂。或者或另外地，可以从催化剂再循环物流11中清除催化剂，并同样在将再循环物流11分为再循环催化剂物流39和50之前，或者或另外地将新鲜催化剂加到催化剂再循环物流11中。还可以通过将还原剂和/或补充促进剂间歇或连续引入到连续反应器系统，如上述那样至少部分地再活化催化剂，尤其在催化剂包含上述深度还原的催化剂的场合。例如向催化剂再循环物流11、39和/或50中引入还原剂和/或补充促进剂。这种再活化任选可以在一个或多个催化剂存储罐(未显示)中进行。
图5显示了其中各氧化反应区利用其各自独立的颗粒催化剂物质的实施方案。在这种实施方案中，将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流1给到第一搅拌釜反应器3，在此含水原料流1在第一种催化剂物质的存在下连续氧化，形成中间含水反应混合物41。该中间含水反应混合物41在催化剂过滤器9a中过滤，从中间含水反应混合物41中分离出基本所有的第一种催化剂物质，形成(1)包含来自中间含水反应混合物41的基本所有催化剂的第一种催化剂再循环物流11a；和(2)中间含水原料流60，即来自过滤器9a的滤液，包含来自中间含水反应混合物41的大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸。第一种催化剂再循环物流11a经催化剂原料流39a给回到第一搅拌釜反应器3，同时将中间含水原料流60引入到第二搅拌釜反应器40，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物(和C1分子，如甲醛和甲酸)的进一步连续氧化在第二颗粒催化剂物质的存在下进行，形成最终反应混合物流出物45。在闪蒸罐17b中任选减压之后，最终反应混合物45在催化剂过滤器9b中过滤，从最终含水反应混合物45中分离出第二种催化剂物质，形成(1)包含来自最终含水反应混合物45的基本所有催化剂的催化剂再循环物流11b；和(2)包含来自最终含水反应混合物45的大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液13。然后经催化剂原料流39b将催化剂再循环物流11b回给到第二搅拌釜反应器40。优选地，在第一搅拌釜反应器3中利用的催化剂物质通过催化剂清除物流20a连续或间歇清除，再通过催化剂原料流21a补充。同样，在第二搅拌釜反应器40中利用的催化剂物质优选通过催化剂清除物流20b连续或间歇清除，再通过催化剂原料流21b补充。第一和第二搅拌釜反应器3和40的颗粒催化剂物质还可以如上所述，通过将还原剂18a和18b和/或补充促进剂19a和19b连续或间歇引入到各自的催化剂存储罐5a和5b或连续反应器系统的其它部位来至少部分地再活化。例如，补充促进剂还可以直接加到搅拌釜反应器3和40的一个或两个中。
在图5中所示的催化剂再循环方式是有利的，因为它提供了独立控制各反应区的催化剂类型、催化剂龄和载量的灵活性。例如，可以设计第一搅拌釜反应器3中使用的催化剂，以便在第一氧化反应区在选择的操作条件下获得N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的高转化率，同时可以优化在第二搅拌釜反应器40中使用的催化剂，以改善甲醛和甲酸副产物的氧化和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的过氧化最小化。还有，双过滤器反应器系统，如在图5中所示的那种，能够容许使用产生浓度低于单一过滤器反应器系统(如在图3中所示的系统)所需浓度的催化剂再循环物流的过滤器。
在一些实施方案中，使用时间较短的催化剂的益处可能在一个反应区中大于另一个反应区。例如，在一些实施方案中，在第一个反应区(其中大部分N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物通常被氧化)的老化催化剂的影响可能不如在第二个反应区的老化催化剂的影响那样有害，并且新鲜催化剂的影响同样可能在第二个反应区中大于第一个反应区。例如在其中大部分N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在第一反应区中被氧化，并且所得到的在第二反应区中的低底物浓度引起更慢的反应速度的实施方案中，可能就是如此。在这种情况下，常常优选使用流程如图6所示的反应器系统。在该实施方案中，来自在第二搅拌釜反应器40中利用的颗粒催化剂物质的催化剂可以经物流65从催化剂再循环物流11b中连续或间歇清除，并且经催化剂再循环物流11a引入到第一搅拌釜反应器3，从而延长了催化剂在整个工艺中的使用寿命。在催化剂包含高成本物质，如贵金属的场合，这种流程是特别有利的。通常在这种实施方案中，新鲜催化剂仅通过催化剂原料流21b引入到第二反应区，而催化剂仅经催化剂清除物流20a从该工艺的第一反应区中清除。在第二搅拌釜反应器40中的平均催化剂龄(即催化剂用于催化氧化反应的累积时间)优选是在第一搅拌釜反应器3中利用的催化剂的平均催化剂龄的约20到约65％。在第二搅拌釜反应器40中每磅催化剂所产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的平均量，优选是在第一搅拌釜反应器3中每磅催化剂所产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物平均量的约5到约30％。
应该认识到，在一些实施方案中，更优选以与图6所示相反的方向再循环催化剂(即催化剂与底物同向流动)。在那些情况下，将新鲜催化剂连续或间歇引入到第一反应区，来自在第一搅拌釜反应器40中利用的颗粒催化剂物质的催化剂连续或间歇从催化剂再循环物流11a中清除，并连续或间歇转移到第二反应区，以及连续或间歇从反应器系统中清除第二反应区中的催化剂。在这种实施方案中，在第一搅拌釜反应器3中的平均催化剂龄优选是在第二搅拌釜反应器40中催化剂的平均催化剂龄的约33到约80％。在第一搅拌釜反应器3中消耗的每磅催化剂所生产的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的平均量优选是在第二搅拌釜反应器40中消耗的每磅催化剂所生产的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物平均量的约75到约90％。
在图5和6所示的实施方案中，外部热交换循环环路15或47还可以是与图2B所示相同方式的催化剂再循环环路，而不是分别独立于催化剂再循环物流11a或11b之外。对于这种合并环路，催化剂过滤器9a和9b优选是连续交叉流过滤器。
在包括操作串联的两个氧化反应区，尤其是串联的两个搅拌釜反应器3和40的方法中，希望在第一氧化反应区实现高速传质。因此，优选通过刚好位于叶轮之下或附近的分布器将含O2气体，优选含有至少约95molO2，一般约98mol％O2的气体直接引入到第一搅拌釜反应器3中的反应混合物中和使气体的反混最小化，以便使氧浓度驱动力最大化，从而在第一氧化反应区中获得高传质。对于相等的压力和氧转化率，预期平均氧空间浓度在具有最低气相反混的反应环境中是更高的。在分布器附近，例如，未溶解气体中的氧分压通常高于反应器的其它区域，如在液体反应介质和顶空之间的界面附近。然而，在第二反应区中，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度一般低得多，对传质的需求和对高氧浓度驱动力的需求明显更小。因此，在第二氧化反应区中更容易容许气体的反混，并且在一些情况下是优选的。在本发明的实施中优选的深度还原贵金属/碳催化剂，更易于在具有未溶解气体的高氧分压气穴的反应环境中过氧化，尤其在低的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度下，如在第二氧化反应区遇到的那些。通过反混第二氧化反应区内液体反应介质中的气相，降低了平均氧空间浓度和提高了这种催化剂的稳定性。
可以使用各种反应器变型，以便在第二反应区含有的反应混合物中保持未溶解气体中的更均匀的低氧分压。一种优选的替代方案是选择适于使气体从顶空界面快速进入反应混合物的叶轮系统用于第二搅拌釜反应器40，如购自Lightnin(Rochester，New York，U.S.A)的A340上泵轴流叶轮系统。这种叶轮系统将气体从顶空吸入到液体反应混合物中，使得吸入到液体反应介质中的气体的氧分压和顶空气体的氧分压之间的差减小，从而降低了反应混合物的未溶解气体中的平均氧空间浓度。另外，可以改变第二搅拌釜反应器40，使得含O2气体被送到反应混合物之上的顶空中，而不是直接分布到液体反应混合物中。这将更进一步降低高氧浓度气穴的形成。或者，平均氧空间浓度可以通过用叶轮将第二搅拌釜反应器40内的顶空气体引入到液体反应混合物中来降低。包括用于气体运输的中空轴的这种叶轮系统的可商购实例是DISPERSIMAX系统，由Autoclave France(Nogent-sur-OiseCedex，France)销售。另一可能性是降低引入到第二搅拌釜反应器40的含O2气体中的O2浓度(例如，空气可以用作供给到第二氧化反应区的氧源)。
在另一变型中，第二连续搅拌釜反应器40被射流喷嘴环路反应器替代。这种反应器的流程图表示在图7中。这里，将包含由第一氧化反应区排出的中间含水反应混合物41的至少一部分的含水原料流901泵送到进口903，再由喷嘴907喷射到混合室909，还经进口911向其中引入含O2气体(即将含O2气体引入到文邱里喷嘴907的喉道中)。这产生了高传质系数，以便将氧传递到含水原料901中。因为该高氧传质系数和由喷嘴907引起的在反应容器913之内的高度搅拌，在液体反应混合物915的未溶解气体中的平均氧空间浓度是低的。反应混合物流出物917从在反应容器913底部附近的出口919排出，在热交换器921中冷却，再通过催化剂过滤器922，优选交叉流过滤器过滤。使用泵925，将从反应混合物流出物917中分离的催化剂经催化剂再循环物流923再循环回到反应器913中。含有大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液927送到其它步骤中进行纯化和/或浓缩。VanDierendonck等人在“Loop Venturi Reactor-A Feasible Alternativeto Stirred Tank Reactions？”，Ind.Eng.Chem.Res.37，734-738(1998)中描述了射流喷嘴环路反应器的操作和设计，它的全部公开内容通过引用结合在这里。射流喷嘴环路反应器的可商购实例是由Kvaerner Buss CPS(Pratteln，Switzerland)销售的BUSS环路反应器。应该理解，除了在包含串联的多个氧化反应区的连续反应器系统中提供第二或后续氧化反应区之外，射流喷嘴环路反应器同样适合提供第一氧化反应区。射流喷嘴环路反应器的氧化反应条件和操作参数类似于以上对于由搅拌釜反应器提供的氧化反应区所述的那些。
前面的讨论大多数集中在利用多相颗粒催化剂淤浆和包含串联的至少两个搅拌釜反应器(提供了在至少液相中基本反混的氧化反应区)的连续反应器系统。然而，应该认识到，除搅拌釜反应器外的反应器构型可以同样或比搅拌釜反应器更适合于一个或多个氧化反应区，或能够与多个搅拌釜反应器段结合使用。而且，许多这种供选择的反应器构型同样适合用于包括单一氧化反应区的连续反应器系统。利用颗粒催化剂淤浆的包括一个或多个搅拌釜反应器的连续反应器系统的缺点之一是与催化剂再循环机理相关的资本和操作成本，包括回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物所必需的催化剂过滤器或其它催化剂分离装置。因此，其中催化剂能够保留在氧化反应区的反应器构型可以在一些应用中提供经济优点。这样的反应器构型的两个例子是固定催化剂床反应器和流化床反应器。固定床反应器和流化床反应器的另一优点是它们能够以表现活塞流特性的方式操作，这往往形成较低浓度的不希望有的副产物(例如N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸)，和因此更高的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物收率。
图8显示了根据本发明的一个实施方案的固定床反应器500的实例。设置在反应器500之内的是初级氧化反应区，它包括含有氧化催化剂，尤其上述深度还原的催化剂的初级固定床501。固定床支撑物502优选位于反应器500内，以在固定床501之上和之下分别提供上室503和下室504。包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流505通过喷嘴506或其它适宜的液体分配系统连续或间歇引入到上室503，并分布在固定床501中。含O2气体同样引入到上室503中。当含O2气体与液体反应混合物的下行流同向流经固定床501时，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化。包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级反应器流出物507与包含CO2的蒸气流从下室504中一起排出。
虽然在图8中显示经过固定床501的液体反应混合物和含O2气体向下同向流动，但应该理解的是，各种流动的组合是可能的。例如，含水原料流505和含O2气体可以引入到反应器500的下室504，并同向、上行流经固定床501。或者，液体反应混合物和含O2气体可以逆向流经固定床501，其中含O2气体被引入到下室504和含水原料流505被引入到上室503，或者正好与此相反。
在固定床反应器500的氧化反应区内的温度优选是在约20到约180℃，更优选约60到约140℃，还更优选约80到约130℃，以及还进一步优选约90到约120℃的范围内。虽然反应系统可以任选绝热操作，但在初级氧化反应区，即将大部分未转化的底物引入到其中的反应区内绝热操作中所遇到的过高温度，可能导致对催化剂的不利影响或副产物的过度形成。在底物是酸的场合，底物的有限溶解度规定在反应器进口保持至少饱和温度的温度，以防止底物固体沉积在床中。然而，对副产物形成和催化剂劣化的影响要求最高温度保持在上述范围内。实际上，这将在绝热固定床中可以获得的底物转化程度限制到不高于约10wt％，优选不高于约7％，更通常在约3％到约5％的范围内，按总反应混合物基准计算。在底物是盐的场合，转化率不受底物的溶解度的限制，但依然因对催化剂和副产物形成的影响而限制在上述范围内。为了在单一固定床中获得更大的转化率，必须从反应系统除去放热反应热。虽然反应区照样可以绝热操作，但必须从反应系统的某些地方除去热，使得在反应混合物和含水原料流之间的单位重量显热含量差，保持在低于每单位重量含水原料流在反应区中产生的放热反应热的值。如下所述，除去反应热的措施可以包括冷却反应区，或与含水原料混合物一起引入冷却的再循环物流。通过以这种方式进行冷却，以反应混合物组成和原料组成之间的差表示的转化率可以增加到10％以上，乃至15％以上。在底物和产物是水溶性盐的场合，转化率可以增加到20％，30％，乃至50％。
与反混反应器系统的温度控制相比，控制固定床反应器氧化反应区内的温度一般更难。如图8所示，初级反应器流出物507可以分为初级产物级分508和再循环级分509，后者在反应区的外部冷却，再返回到反应器的进口。一般地，从反应器排出的初级反应器流出物507的至少约5％，优选至少约33％，更优选约50％到约90％，和更更优选约60％到约80％被转为再循环级分。以另一方式表示，再循环级分509的体积流速与初级反应产物级分508的比率一般是至少约0.05∶1，优选至少约0.5∶1，更优选约1∶1到约10∶1，和最优选约1.5∶1到约5∶1。在返回到反应器之前，再循环级分在固定床的外部冷却，冷却在热交换器510中进行。在图8所示的一个实施方案中，从反应器排出的初级反应混合物分为初级产物级分和再循环级分，并且在再循环级分通入热交换器之前脱除产物级分。该供选择的方案在某些实施方案中可以是有利的，例如，在初级产物级分含有要在其它反应区中进行氧化的未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物或副产物C1化合物的场合。在图8所示的一个供选择的实施方案中，优选通过将全部初级反应混合物，或基本上全部初级反应混合物通入外部热交换器(如在510处图解的热交换器)中，此后将冷却的初级反应混合物物流分为再循环物流和冷却的初级级分，来产生冷却的产物级分。
将冷却的再循环级分509和含水原料流505混合，形成初级反应区的合并进口物流。由于反应，再循环级分的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物相对贫乏，可以用来使生产率最大化的因素是引入具有高底物含量的含水原料混合物，包括底物浓度超过该底物在原料混合物水相中的溶解度极限。因为再循环级分的底物相对贫乏，混合的效果是形成底物含量明显低于含水原料混合物的合并进口物流。该稀释效果使得原料混合物的浓度可以比其它可能的方式要高得多。例如，原料混合物可以包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸在其饱和或基本饱和的水溶液中的淤浆，采用其它方式时这种淤浆往往可以引起固定催化剂床的堵塞。与再循环级分混合使N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸含量降低至足以溶解淤浆固体并提供基本不含固体底物的合并进口物流。一般地，来自再循环级分的热也使合并物流的温度超过含水原料混合物的温度，进一步有助于底物固体的溶解。而且，因为在达到高转化率之前，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸至N-(膦酰基甲基)甘氨酸的氧化基本上是零级的，所以该稀释效果不会不利地影响反应速度。任选地，可以将含水原料混合物和再循环级分导入混合罐，以确保在将合并的进口物流引入到固定催化剂床之前固体已被溶解。以这种方式，可以引入包含约8wt％至约15wt％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的含水原料混合物，并且通过将该含水原料混合物与包含约0.5wt％至约5wt％的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的初级反应器再循环级分混合来产生合并的进口物流。如下文所述，在底物是N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐和产物是N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐的场合，能够处理明显更高的浓度。
应该理解，在降低合并的进口物流的底物含量过程中，含水原料流用再循环物流稀释还起到减小合并的催化剂床液相进口物流和催化剂床液体出口物流之间的底物含量差的作用，使该差值可以保持在如上所述在绝热反应区中可以容许的范围内。在该反应区内保持对底物的比例转化的这种限制，在图8的系统中是重要的，因为催化剂床本身还可以基本上绝热操作，虽然整个反应系统(包括再循环环路)不是绝热操作。
在本发明的供选择的实施方案(未显示)中，连续反应器系统可以包含第二氧化反应区，向该区可以连续引入部分或全部的初级反应产物级分508，以便进一步转化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和氧化C1副产物。在这种实施方案中，所有初级反应器流出物507可以转移到热交换器再循环环路中，并且在热交换器510下游的再循环级分509中分出初级产物级分508。以这种方式，在将初级产物级分508引入到第二氧化反应区之前，从中撤除一些反应放热。第二反应区含有氧化催化剂，并且可以进行反混，如在连续搅拌釜反应器内提供的那样，或者可以包含第二固定催化剂床。在第二反应区中，初级反应产物级分中的残留N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被连续氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。在包含串联的两个或多个固定床反应器的优选实施方案中，反应在初级氧化反应区中进行到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物向N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率较高(例如至少约95％，优选至少约98％)，这是十分可行的，因为氧化以表观零级反应进行，直到仅有小部分的初始N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，例如低至0.2ppm或0.2ppm以下保留在液相中为止。通过以这种方式操作，反应的热负荷主要经初级反应器的再循环环路中的热交换器510散失，并且第二氧化反应区能够基本绝热地操作，温度仅适当增加。任选地，反应热能够脱除到位于第二反应区内的内热交换器(例如冷却盘管)中的冷却液体中。没有循环的这种配置使液相反应混合物以基本活塞流的方式通过第二固定床(即基本没有液相的反混)。活塞流操作在第二反应区中是希望的，因为底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化基本变成高转化率的一级反应。活塞流操作使消除残留N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的动力学驱动力最大化和减少了由过氧化形成的副产物的量。
优选地，初级和二级催化剂床都含有贵金属/碳催化剂，该催化剂可同时有效氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和C1副产物，即甲醛和甲酸。
因为贵金属主要用于催化C1副产物的氧化，而N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化主要通过碳来催化，本发明的一个供选择的实施方案包括使用主要由碳催化剂组成，或贵金属含量明显少于第二固定床中配置的催化剂的初级固定床。第二反应器包含贵金属/碳催化剂，以确保C1副产物的氧化。因为C1氧化在任何情况下基本是一级反应，它在第二反应器中通常保持的基本活塞流条件下更有效地进行，由于在该阶段产生少得多的放热。在第二反应器中的热负荷可能是相当温和的，使得它能够不用外部热交换器和不用反混或再循环来操作。在固定床系统中，可以使用单位重量催化剂的贵金属载量低于对于连续反混反应系统来说最佳的单位重量催化剂贵金属载量的催化剂。
在又一个实施方案中，可以提供第三固定床反应区，该区也优选包括含有贵金属/碳催化剂的固定床，并且能够基本以活塞流操作，和任选地，事实上优选在绝热条件下操作。在第一反应器仅使用碳催化剂的场合，该选择可能特别有价值。因此，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸的氧化在碳催化剂的存在下在初级氧化反应区中充分进行，但C1副产物往往积累在初级反应器流出物中。第二反应区促进了底物的消除和C1副产物的氧化，二者基本是由第二固定床的基本活塞流操作促进的一级反应。残留的C1化合物有效地在第三固定床氧化反应区中被消除。
为了在初级氧化反应区中获得高转化率，各固定床反应区，尤其初级反应区优选在相对高的氧分压下操作，以促进氧转移到液相中。优选初级氧化反应区中的液相流程之上的积分平均氧分压是至少约50psia，优选至少约100psia，更优选至少约200psia。在一些实施方案中，约300psia到约500psia的积分平均氧分压可以是适宜的。反应器气体出口处的气相的氧含量可以是在20％到30％的范围内，或甚至更低。还可以如下文所述，通过催化剂表面积与固定床反应器中的液相反应混合物体积的高比率来促进氧传递。在初级反应区中的氧利用率优选是约50％至约95％。一般地，氧以约1.5到约10molO2/molN-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的量给到反应器。在固定床反应器500中的总操作压力一般可以高于搅拌釜反应器中的总操作压力，并且优选是约0到约1000psig，更优选约300到约1000psig，和更更优选约100到约300psig。
一般地，稍低的氧分压在第二和/或第三固定床氧化反应区中可以是优选的，以便避免催化剂的过氧化和损及它氧化C1副产物的效力。因此，在第二或第三反应区中，沿液体流路的积分平均氧分压优选是约30psia至约300psia，更优选是约30psia至约100psia。作为替代方案，图8的初级固定床反应器和/或串联的第二或第三固定床反应器可以使用氧化剂如H2O2而非分子氧来操作，在该情况下，总反应压力和氧分压可以明显低于上述压力。
为了防止催化剂过氧化，一般优选的是，任何固定床反应器液体出口处的氧分压不高于约100psia，优选是约10psia至约50psia。还优选的是，在固定床的任何位置，氧分压不超过约50psia，其中液相的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物含量低于0.2ppm；更优选地，在该床的任何位置，氧分压保持在约50psia以下，其中液相的底物含量低于约0.1ppm。
在又一个实施方案中，连续反应器系统可以包含串联的多个更短(或更窄)的固定床反应器，使从一段排出的中间反应混合物流出物进入下一段。该实施方案不同于上述两个或三个反应器系统，差别在于，在相对窄的固定床反应器段系列的任何一段中仅获得适度的转化率。因为在任何一个床中的底物转化率是相对有限的，各床可以基本绝热地操作，热交换器放置在各连续的短固定床反应器和下一个反应器之间，以冷却反应混合物，使得在任何一个固定床反应器中反应混合物的温度不超过所希望的操作温度。在所述系列反应器包含两个以上反应器的场合，可能仅需要冷却从头一个、头二个或头三个固定床反应区排出的中间反应混合物，此后，其余的区可以以绝热方式操作。在固定床反应器中的反应温度还可以通过例如在固定床内引入分开的通道或导管来控制，冷却介质可以流经该通道或导管。要注意的是，在该实施方案中，不是该系列的所有反应器必需是固定床反应器。例如，该系列的第一个反应器可以是连续搅拌釜反应器，在该反应器内，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的基本上零级的氧化可以进行到基本转化，产生中间反应混合物，该中间反应混合物可以转移到一个固定床反应器，或系列固定床反应器，以完成转化和氧化残留C1副产物。
含有整体形式的催化剂的固定床反应器(例如包含如在图1中所示的蜂窝载体)有时比含有离散催化剂粒子的固定床的反应器更优选。这是因为，如果在含水原料流505中含有的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在氧化反应区中以任意显著程度沉淀，催化剂粒子的固定床可能被堵塞。因此，一般要求在含水原料流505中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的浓度在反应器给料温度下不超过饱和浓度，这可能明显限制产量。然而，如果固定床501包含蜂窝或类似的整体形式的催化剂，其中的通道可以制成基本直的和具有足够大的截面，使得它们不会被含有固体N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物淤浆的反应混合物堵塞。即使填充床反应器不被堵塞，整体催化剂可以在明显更低的压力降下操作。必须权衡考虑在固定床反应器中利用整体催化剂的该潜在优点与生产整体载体相关的成本增加(与在本发明的实施中一般优选的通常明显更便宜的丸粒或颗粒载体相比)。在使用以单独的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物原料流给到各段的多个固定床段，从而在给到第一固定床段的原料流中不需要高底物浓度来获得所需产量的场合，尤其是这样。
固定床反应器的另一优点是，通过合并不同的催化剂，催化剂的活性能够选择性地在固定床反应器段的全长内变化，或在反应混合物流动方向上一段与下一段不同。例如，在固定床反应器段的上游部分或在多段固定床反应器系统的前几段中可以使用低活性催化剂(例如仅是碳催化剂)，而在固定床反应器段的下游部分或多段系统的后几段可以使用高活性催化剂(例如深度还原贵的金属/碳催化剂)。作为选择，固定床可以组合包含氧化催化剂体和用于促进气/液传质的其它措施如环形、鞍形或结构填料。环形、鞍形或其它惰性填料起催化剂的稀释剂的作用，从而调节催化剂床的活性。以这种方式，催化剂床的活性可以沿流体流动方向随催化剂体表面积/惰性填料的表面积的变化而变化。这种催化剂活性的变化用于补偿N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在反应混合物中的浓度下降，同时减少该方法的催化剂成本和贵金属损失。
固定床反应器由于活塞流特性而产生较低浓度的不希望的副产物的趋势，可以通过使用显著高于在典型反混(即充分混合)反应器中使用的比率的有效催化剂表面积与工作体积中的液体的比率来促进。事实上，冷却反应混合物以减少杂质形成的需求可以通过使用这样的比率来减少或完全消除。这归因于大的有效催化剂表面积增加了反应速率和因此减少了液体停留时间的事实。减少的停留时间进而往往减少通过均相反应形成的杂质，尤其是N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸的形成。在该实施方案中，催化剂BET表面积与在固定床反应器的工作体积中的液体(滞留液体)体积的比率优选是至少约3m2/cm3，更优选约100到约6000m2/cm3，和更更优选约200到约2000m2/cm3。在一些应用中，催化剂BET表面积与反应器中的滞留液体比最优选是在约400到约1500m2/cm3的范围内。固定床中滞留液体与总床体积的体积比优选是约0.1至约0.7。在某些实施方案中，低液体停留时间和高表面对体积比使得可以有利地在例如150℃的相对高温度范围操作固定床反应器，其中在初级固定床的液相流路中的液相的积分平均温度是约80℃至约130℃，优选105℃到120℃。
根据本发明，如在例如图8中所描述或在下文所述那样，只要提供足够的热传递能力，固定床反应器可以在高产量下操作。一般地，在超过约50％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物转化率下，固定床反应器可以在约0.5hr-1至约20hr-1的液体时空速度下操作，以总催化剂床体积为基准计算。在约0.5到约5hr-1的液体时空速度下能够获得超过95％或98％的更高转化率。要理解，液体时空速度基于总液相原料流计。因此，在图8所描述的反应系统中，液相原料流包含通过混合含水原料混合物物流和再循环物流，以及根据特定工艺流程图可以引入到固定床反应器的任何其它再循环或交叉流物流所获得的合并进口物流。基于这些时空速度与上述转化率的结合，已经发现，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物可以在单一固定床反应器中，在约0.05到约4，更通常约0.2到约2克分子/1·hr-N-(膦酰基甲基)甘氨酸/磅含水反应混合物的生产率下，转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
如上所述，在固定床反应器中利用的催化剂可以采用各种形式和包含不同类型的载体，包括丸粒载体和整体载体。如图8所示，一般优选在固定床501内含有的氧化催化剂是丸粒的形式(例如，上述深度还原的催化剂，包含其上沉积有贵金属的碳丸粒载体)。这些丸粒催化剂一般具有约1mm到约100mm，更优选约1.5mm到约5mm的粒度。已经进一步确定，相对于在淤浆反应器中使用的可比催化剂上的载量，在固定床中使用的贵金属/碳催化剂中的贵金属载量可以是低的。例如，在上述200到2000m2/cm3BET表面对液体滞留体积比率内，使用贵金属在碳上负载量仅为2wt％的催化剂，获得了固定床的有效操作。一般地，低于35wt％的载量可以是令人满意的。在催化剂包含Pt/C的场合，在催化剂上的铂载量可以低于在利用Pt/C淤浆催化剂的连续搅拌釜反应器中在相同的温度下提供等同生产率(按磅N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物/(小时·磅催化剂)计)所需载量的70％。
在固定床反应器中，难以长时间保持恒定催化剂活性和选择性。最后，催化剂活性和选择性降低到不可接受的水平，使得反应器系统不得不关闭，以便进行催化剂的替换和/或再活化。与上述包括一个或多个搅拌釜反应器的连续反应器系统(其中催化剂替换和/或再活化能够在反应器系统保持运转的同时进行)相比，这是不利的。可以通过提供用阀平行连接于反应系统的其余部分的备用固定床反应器，并以交替的方式操作它们，来解决催化剂去除和再活化的问题。可以从停止使用的反应器除去催化剂和用新鲜催化剂替换；或可以在离线的反应器中就地进行催化剂的再活化。
根据本发明的另一个实施方案，在利用颗粒多相催化剂，优选上述深度还原颗粒催化剂的循环流化床反应器中进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化。循环流化床反应器一般比搅拌釜反应器提供了更高的质量传递系数，并且可以以将颗粒催化剂基本保持在氧化反应区内的方式操作，使得根本不需要催化剂过滤器或其它催化剂分离措施，或至少明显降低对尺寸和压力降的要求。图9显示了循环流化床反应器400的实例，其中限定了一个氧化反应区。通过引流管405的进口403，将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流401泵送到反应器400的顶部，再在反应器400的底部附近排放到与催化剂粒子407接触的液体反应介质406中。含O2气体可以通过反应器400底部的喷嘴409喷射到反应混合物中。反应溶液412在溢流口411从反应区中排出，包含CO2的蒸气通过反应器的顶部排出。该反应器具有明显位于引流管405的排放口之上，但在溢流口411之下的反应混合物循环引出口413。具有悬浮于其中的颗粒催化剂的反应混合物在引出口413处排出，经外部环路420通过热交换器421循环，以便除去反应热，然后与原料流401合并，以便经引流管405再引入到反应器中。通过在环路420中保持高速的循环(相对于原料401供给速度和反应溶液412的排出速度)，在氧化反应区的下部淤浆区域(一般在出口413之下)中建立了上向流速，它比氧化反应区的上部滗析区域(一般在出口413之上)的上向流速高得多。选择该设备的大小和控制再循环流，使得在下部淤浆区域的上向速度明显在催化剂粒子407的沉降速度之上和因此有效保持催化剂悬浮(即夹带)在淤浆区域内的反应介质中。然而，在出口413之上的滗析区域中的上向速度明显在催化剂粒子407的沉降速度之下，以便分离从出口411排出的相对透明的反应溶液滗析液412。一般地，在反应器如图9所示的反应器中利用的催化剂粒子407的尺寸是约200μm到约1000μm。例如在开始阶段，可以用精炼过滤器(polish filter)(未显示)除去夹带在滗析液412中的较小的催化剂粒子。因此，淤浆催化剂保持在反应器内，不需要过滤，或者至少不需要具有能够以在向前流的反应溶液412中的催化剂浓度与淤浆区域的催化剂浓度相当时所需要的速度除去催化剂的能力的过滤器。
为了除去催化剂，循环流化床反应器还可以包括催化剂分离环路414，它也表示在图9中。在该环路中，从反应区的淤浆区域的出口415排出侧流淤浆并通入催化剂过滤器417，以便除去催化剂418。可以将新鲜的催化剂419加入到过滤的反应溶液中，该溶液通过与新鲜原料流401和再循环物流420混合以引入到引流管403，而再循环到反应器中。根据需要(例如清除活性和/或选择性降低的催化剂)，催化剂分离环路414可以连续或间歇操作，并省去了定期关闭反应器以便替换颗粒催化剂的需要。然而，催化剂过滤器417的能力不必与上述用于从连续搅拌釜反应器排出的反应淤浆中分离催化剂的过滤器几乎一样大。因此，能够实现资本、操作和维护费用的大量节约。
可以对图9所示的流化床反应器400做各种改变。例如，不是将含O2气体喷射到反应器400底部的反应混合物406中，而是在反应器的顶部提供与图7所示类似的射流喷嘴，通过该喷嘴，将含水原料流401和含O2气体合并，再排放到反应混合物406中。或者，通过在引流管405内旋转的叶轮，以将反应混合物引出，向下通过引流管并进入到氧化反应区的下部区域的方式，提供含有颗粒催化剂的反应混合物的循环。此外，催化剂分离环路414任选可以结合到热传递循环环路420中。循环流化床反应器的氧化反应条件和操作参数类似于以上对于由搅拌釜反应器提供的氧化反应区所述的那些。
在图10中图示了本发明的还一个供选择的实施方案，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化在包含多个反应器800A、800B、800C…800n的分布式反应器系统中进行，其中反应混合物按顺序从该系列中的一个反应器前进到下一个反应器。将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的初级原料混合物814引入到反应器800A中，将补充原料混合物分为分配到系列反应器中的平行组分原料流802B、802C、802D…802n。各反应器经给料管线804A、804B、804C…804n接受分布式供应的氧或其它氧化剂组分。任选地，将热交换器806A、806B、806C等插入到各后续反应器和前一反应器之间，以便除去由前面反应器800A、800B、800C等排出的中间反应混合物810A、810B、810C等的反应热，如果需要并使各反应器可以以绝热方式操作。或者，冷却的再循环物流808A、808B、808C、808D等可以返回到各反应器，以便除去反应放热和提供反应混合物在反应器中的冷却。在第一反应器800A之后的系列反应器的每一个中，合并的进口物流812B、812C、812D…812n是组分原料流802B、802C、802D等，从前一反应器810A、810B、810C等排出的中间反应混合物减去任何再循环物流808A、808B、808C、808D等，和任何再循环物流808B、808C、808D等的结合物。每个反应器800A、800B等可以假定是这里所述的任何机构，但优选是催化剂保留在其中的反应器的形式(例如固定床或流化床反应器)。最终反应产物810n从反应区系列的最后一个反应区800n排出。
分布式反应器系统的各组分原料流802B、802C等可以是高度浓缩的，从而有助于该方法的高生产率。事实上，可以使用包含浓稠的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物淤浆的组分原料流或糊状组分原料流。在第一反应器800A之后的各后续反应器中(例如反应器800B)，可以引入淤浆或糊状组分原料混合物，尽管优选(尤其在固定床反应器的情况下)组分802B原料组成，组分802B给料速度，从前一反应器800A排出的中间反应混合物810A(减去任何再循环808A)的组成和流速，来自反应器800B的中间反应混合物的任何再循环808B的结合应使得合并的进口物流812B基本不含底物固体或N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体。然而，本领域技术人员将会理解，在本发明的某些实施方案中，组分原料和中间反应混合物可以完全是淤浆形式，例如在氧化催化剂是均相催化剂的场合，或在利用整体催化剂如蜂窝形式的固定床的场合。
虽然优选将另外的组分原料流802B、802C等和氧化剂都引入到第一反应区之后的系列反应区800B，800C等的每一个中，但应该理解，在特定应用中，必要或理想的是仅将组分反应混合物供给到一些，而不是全部后续反应区中。在一些例子中，可以不必将氧化剂供给所有反应区，虽然在大多数情况下，将氧化剂供给每一个区是优选的。
本发明的固定床和分配原料实施方案特别适合于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐。因为底物酸和产物酸的碱金属和胺盐，例如钾、铵、异丙基胺和链烷醇胺盐一般都具有高溶解度，无论是固定床还是搅拌釜反应器均可以在比酸方法高得多的底物和产物浓度下操作，酸方法的生产率受相对低的溶解度限制。事实上，在盐的情况下，固定床方法可以是特别有利的，因为它能够在不需用于除去结晶产物或除去催化剂的任何过滤或离心操作的情况下操作。N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐溶液可以与通常用于N-(膦酰基甲基)甘氨酸的工业应用中并且能以最少的另外加工来溶解的各种赋型剂复配。为了生产所希望的商业浓缩液，仅需要适度的浓缩步骤。可以不需要大量的杂质分离。
因为与高浓度底物的氧化以及相对大比例的C1副产物如甲醛和甲酸的伴随放热氧化相关的更大的反应热负荷，搅拌釜反应系统，尤其连续搅拌釜反应系统对于盐的合成可能是有利的。连续搅拌釜反应器在利用反应热预热给到反应器的含水原料方面比间歇反应器提供了显著的优点。用于初始转化的初级连续搅拌釜与固定床终反应器的结合也可以是有利的。
然而，固定床基本活塞流反应器提供了特殊的优点，尤其在催化剂床包含贵金属/碳的场合，因为活塞流操作可以促进C1副产物的氧化，即基本为一级的C1底物反应。但是，因为相同的理由，活塞流加剧了与含有高浓度底物盐的含水原料混合物的氧化相关的重热负荷。虽然图8的再循环反应系统可以用于建立充分的热传递，但它对甲醛和甲酸的破坏动力学具有不利影响，尽管根据再循环速率，对C1破坏的影响可以保持稍优于完全反混反应器。
因此，在一些例子中，在其中固定床通过将热间接传递到包括热传递流体或工艺流体的冷却流体来冷却的反应系统中进行氧化反应可能是有利的，其中所述冷却流体流经催化剂床内或与之接触的导管。例如，固定床可以设置在管壳式热交换器的壳侧或管侧，其中冷却流体经过交换器的另一侧。在一个这样的实施方案中，固定床可以包含分开设置在热交换器管中的多组分床，其中含水原料混合物和氧化剂被分配到各组分床中，并且冷却流体流经所述热交换器的壳侧。在一个供选择的实施方案中，固定床可以包含在热交换器的壳内，壳侧上的挡板任选用于确保流经该床的液相基本呈活塞流。
或者，N-(膦酰基甲基)甘氨酸的盐可以在如上所述的被用于冷却中间反应溶液的热交换器分开的系列反应器中制备。图10的分布式进料反应系统在处理在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸盐至N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐的氧化中产生的热负荷方面可以是尤其有利的。如所述那样，在底物和产物均是水溶性盐的场合，可以获得尤其高的生产率。例如，在含水原料混合物含有至少约15wt％底物盐的场合，最终反应混合物可以含有至少约12wt％的水溶性产物盐；在含水原料混合物含有至少约25wt％水溶性底物盐的场合，最终氧化反应混合物可以含有至少约20wt％的水溶性产物盐；和在含水原料混合物含有至少约35wt％的水溶性底物盐的场合，最终氧化反应混合物可以含有至少约28wt％的水溶性产物盐；全部是按酸当量基准计。事实上，甚至能够实现超过35wt％，优选超过40wt％乃至50wt％的高产物盐浓度。如上所述，最终反应产物可以是在单一反应器中获得的初级反应混合物，如在图8中所描述的单一再循环固定床系统的初级产物级分或如在以上进一步描述的系列反应器的最后一个的流出物。
最终反应产物优选通过除去水来进一步浓缩。例如，最终反应混合物可以引入到闪蒸区，在该区中，压力低于最终氧化混合物在其排出反应器或系列反应器的最后一个的温度下的蒸气压。用相对低的能量支出，可以从最终氧化反应产物中除去足量水，以获得含有至少约40wt％(按酸当量计)N-(膦酰基甲基)甘氨酸水溶性盐的浓缩溶液。
一般地，在由本发明的反应器系统排出的氧化反应混合物流出物中，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的浓度可以高达40wt％，或者更高。优选N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度是约5到约40％，更优选约8到约30％，和还更优选约9到约15％。甲醛在产物混合物中的浓度优选低于约5000ppm，更优选低于约4000ppm，还更优选低于2800ppm，和还更更优选低于1500ppm，按重量计。甲酸在产物混合物中的浓度优选低于约12,000ppm，更优选低于约4000ppm，还更优选低于约2000ppm，和还更更优选低于约1500ppm，按重量计。氨基甲基膦酸(AMPA)、N-甲基-氨基甲基膦酸(MAMPA)、N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(NMG)在产物混合物中的浓度容易控制在各自低于9000ppm，通常可控制在低于4500ppm，和通常保持在1500ppm以下。应该理解的是，这些副产物的浓度是基于单程操作模式，其中给到反应器系统的唯一原料是含有由亚氨基二乙酸的膦酰基甲基化获得的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸或它的盐的含水混合物。在将任何再循环物流如来自以下所述的绝热结晶器的滗析液引入到反应器系统的场合，副产物的伴随再循环往往增加了反应产物混合物的副产物含量。
纯化和/或浓缩N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物本发明的另一方面涉及纯化和/或浓缩在氧化反应混合物流出物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。由本发明提供的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物回收的各种改进具有广泛的应用，例如可用于从通过这里所述的各种连续氧化反应器系统生产的氧化反应混合物回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。然而，本发明的该另一方面不限于这种应用或一般与连续氧化反应器系统联合使用。如本领域技术人员清楚的那样，这里阐述的策略可以有利地应用于从通过其它反应器系统(包括间歇反应器系统)生产的氧化反应混合物流出物中回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
除了所需的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物以外，反应混合物正常还含有水和各种杂质。这些杂质可以包括例如各种副产物和未反应的起始原料，如未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，N-甲酰基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸，磷酸，亚磷酸，六亚甲基四胺，氨基甲基膦酸，N-甲基-氨基甲基膦酸，亚氨基二乙酸，甲醛，甲酸等。N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的值正常指示了从反应混合物中的最大产物回收量，还常常提供了将至少一部分贫化反应混合物再循环到氧化反应区以便进一步转化未反应的底物和回收未被回收的产物的动机。
商业方面的考虑有时还要求在商业销售的混合物中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的浓度显著高于在通常使用上述氧化反应系统形成的反应混合物中的浓度，尤其在N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物用于农业目的的场合。例如，当使用多相催化剂在更优选的操作温度(即约95到约105℃)下制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸游离酸时，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在反应混合物中的最高浓度优选不大于约9wt％，以便它能够保持溶解。然而，有时希望商业销售的混合物具有显著更高的N-(膦酰基甲基)甘氨酸浓度。
因此，在N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物已经形成和如果必要与催化剂分离之后，一般优选将产物浓缩和将产物与氧化反应混合物中的各种杂质分离。
Smith(U.S.专利号5,087,740)描述了用于纯化和浓缩N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的一种方法。Smith公开了将含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸的反应混合物通入第一离子交换树脂柱，以便除去酸性强于N-(膦酰基甲基)甘氨酸的杂质，将来自第一离子交换树脂柱的流出物通入吸收N-(膦酰基甲基)甘氨酸的第二离子交换树脂柱，再通过将碱或强无机酸通入第二离子交换树脂柱来回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸。
用于纯化和浓缩N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的许多其它技术包括结晶步骤，其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物被结晶，以便从至少一部分剩余反应混合物中分离它。
在图11-14A中图解和以下描述的产物回收方法，在由含有容易结晶的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，尤其是含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸游离酸的那些氧化反应混合物浓缩和回收产物中具有特别的应用。浓N-(膦酰基甲基)甘氨酸游离酸一般用于制备其它N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，如上述那些。
在特别优选的实施方案中，将至少一部分最终反应混合物(优选不存在任何催化剂，尤其不存在与N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物共结晶的任何多相催化剂或均相催化剂)引入到非绝热热驱动蒸发结晶器中，其中热被施加于氧化反应混合物，以便从该反应混合物蒸发水，并从而浓缩和结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。在非绝热结晶器中使用的热正常由蒸汽获得。优选在非绝热结晶器系统中蒸发掉反应混合物中的至少约30％，更优选至少约50％，更更优选约80％到约100％，还更优选约90％到接近100％的水。蒸发结晶是特别有利的，因为它还将产物与小分子杂质，最特别地是甲醛和甲酸分离，这些小分子杂质往往随水一起从反应混合物中蒸发出来。
热驱动蒸发结晶器中的压力优选不高于约10psia，更优选约1到约10psia，更更优选约1到约5psia，还更优选约2到约3psia，和更进一步优选约2.8psia。热驱动蒸发结晶器的操作温度优选不高于约80℃，更优选约40℃到约80℃，更更优选约50℃到约70℃，和还更优选约60℃。
图11显示了使用蒸发结晶器的一个系统的实例。将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料201引入到包含一个或多个氧化反应区的氧化反应器系统203，在该系统中底物被氧化，形成了包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物205。在图11、12、13和14A中，氧化反应器系统的细节，包括可能存在的催化剂分离和再循环装置(例如，催化剂过滤器、催化剂存储罐、过滤器前闪蒸罐等)已被省略，这应理解为，从反应器系统排出的氧化反应混合物已按照需要，根据所使用的具体反应器构型，基本去除了催化剂。氧化反应混合物205任选可以通过结晶器前闪蒸罐206。结晶器前闪蒸罐206将反应混合物205的压力降低到某种程度，使溶解的CO2从混合物闪蒸出来并从闪蒸罐中排出。氧源(例如含O2气体)可以引入到结晶器前闪蒸罐206，以进一步氧化在反应器系统203的氧化反应区中未氧化的反应混合物205中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，以及进一步氧化存在于反应混合物205中的甲醛和甲酸副产物。以这种方式，结晶器前闪蒸罐206起与反应器系统203串联的氧化反应区的作用。
然后将蒸发结晶器原料流239引入到热驱动的蒸发结晶器207中，其中热被传递到蒸发结晶器原料流239中，以将水(和小分子杂质，如甲醛和甲酸)蒸发，形成非绝热结晶器顶空蒸气流209。大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物(一般约50％到约60％，按每通过一次基准计)沉淀，产生蒸发结晶淤浆211。淤浆211从非绝热蒸发结晶器207中排出，并且可以引入到一台水力旋流器(或一排水力旋流器)213，形成富含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的浓缩淤浆215和固体贫乏的物流221。将浓缩淤浆215引入到固体分离设备，优选离心机，形成离心液223(它的沉淀N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物进一步贫乏)和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物湿滤饼219。
通常，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在湿滤饼219中的浓度是至少约95％(按所有化合物和水的重量计)。如果湿滤饼219随后用水洗涤或与下述更高纯度的产物共混，可以容许更低的产物浓度。
至少部分的热驱动结晶器顶部流出物209可以再循环到反应器系统203的氧化反应区。在图11所示的实施方案中，将一部分243冷凝，并且再循环回去，用作溶解N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以形成反应器系统203的原料流201的水源。在反应器系统203包含串联的两个或多个氧化反应区的情况下，优选将冷凝液243引入到最上游氧化反应区。与本发明的几乎所有再循环物流一样，物流243可以可供选择地(或另外)直接引入到氧化反应区，而不是在引入到氧化反应区之前与其它成分(例如含水原料流201)合并。尤其在该催化剂是含碳催化剂的场合和更尤其在催化剂包含碳负载的贵金属的场合，部分非绝热结晶器顶部流出物209还可以有利地用于还原催化剂表面。这是因为热驱动蒸发结晶器顶部流出物209一般含有甲醛和/或甲酸，二者均起还原剂的作用，尤其对于含碳催化剂和更尤其对于包含碳负载的贵金属的催化剂。一般地，首先将在这种还原处理中使用的部分非绝热结晶器顶部流出物209冷凝，该冷凝液可以引入到反应器系统203内的一个或多个催化剂存储罐，在那里进行还原处理。除了还原催化剂以外，这种处理可以用于洗涤催化剂和利用催化剂在催化剂存储罐中的停留时间。在一个特别优选的实施方案中，将一部分非绝热结晶器顶部流出物209进一步精馏或蒸馏，获得含有高浓度甲醛和/或甲酸的蒸气流。该富蒸气流进而可以冷凝和与含碳催化剂接触。
热驱动蒸发结晶器顶部流出物209的至少另一部分241，一般作为清除物流241从系统中被清除(即排出)。在连续系统中，该清除物流241有助于减少系统中废料累积量(尤其小分子杂质累积量)和有助于管理系统的水平衡。该清除的废料241进而可以被进一步处理，以便除去杂质。这种处理可以包括例如让清除物流241与含O2气体和包含VIII族金属(尤其铂、钯和/或铑)和任选的碳载体的催化剂接触，从而将甲醛和甲酸氧化，形成环境友好CO2和水。反应优选在约室温到约90℃的温度(更优选约50℃到约90℃)，约大气压到约200psi的压力，约1到约7ppm的溶解氧浓度，和约0.00015∶1到约0.00040∶1的VIII族金属与反应器工作体积比下进行。该方法由Smith详细描述在U.S.专利号5,606,107中。从热驱动蒸发结晶器顶部流出物209的氧化获得的产物可以再循环到反应器系统203的氧化反应区并用作补给水的来源。
水力旋流器固体贫乏物流221优选再循环到热驱动蒸发结晶器207中，用于进一步回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
优选将来自离心机217的离心液223的至少一部分231再循环到热驱动结晶器207中，用于进一步回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。作为选择(或另外)，可将离心液223的一部分233再循环到反应器系统203的氧化反应区，以便将离心液223中未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。作为选择(或另外)，离心液223的一部分227可以从系统中清除出去。
在连续系统中清除来自离心机217的离心液223的一部分227，有助于减少系统中的杂质累积(尤其大分子杂质累积)量，并因此减少湿滤饼219中的杂质累积(尤其大分子杂质累积)量。这种处理可以包括例如1、如以上关于非绝热结晶器顶空清除物流241所述，清除物流227可以与O2和VIII族金属催化剂接触，氧化清除物流227中的甲醛和甲酸。
2、清除废料227可以与O2和含贵金属的催化剂接触，以便将任何N-取代-N-(膦酰基甲基)甘氨酸(通常最明显的是N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸)氧化断裂为其它N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，该产物进而可以在结晶器中收集，如通过将它再循环到非绝热结晶器207中。优选地，该反应在至少大气压(更优选约30到约200psig)的压力，约50℃到约200℃(更优选约70℃到约150℃，和还更优选约125℃到约150℃)的温度，不高于约2ppm的溶解氧浓度，和约1∶500到约1∶5(更优选约1∶200到约1∶10，和还更优选约1∶50到约1∶10)的贵金属与N-取代-N-(膦酰基甲基)甘氨酸副产物的重量比下进行。该处理方法由Morgenstren等人详细描述在U.S.专利号6,005,140中。
3、清除废料227可以与相对于N-(膦酰基甲基)甘氨酸化合物和其衍生物化学计量过量的甲醛合并，然后在过渡金属催化剂(例如，锰、钴、铁、镍、铬、钌、铝、钼、钒、铜、锌或铈)的存在下加热，形成更环境友好的化合物。该方法由Grabiak等人详细描述在U.S.专利号4,851,131中。
4、清除废料227可以通入另一结晶器，用于进一步回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
在另一特别优选的实施方案中，将至少一部分氧化反应混合物流出物(优选不含任何催化剂，尤其不含与N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物共沉淀的任何多相催化剂或均相催化剂)引入到基本绝热(即，对结晶器的任何供热或除热不高于约200千卡/千克给到结晶器的氧化反应混合物)，和更优选完全绝热操作的结晶器中。不象在上述非绝热结晶器中进行的方法，绝热结晶器的分离过程主要由由于冷却带来的溶解度下降而非除去水的浓缩效果产生。在优选的实施方案中，母液与沉淀的结晶固体的分离部分通过滗析来完成。因为在绝热结晶中除去的水量是相对少的，所以母液具有相对低的杂质含量。根据本发明，已发现，该母液可以直接再循环到氧化反应器系统作为工艺水的来源。绝热结晶法是有利的，因为它不需要在非绝热结晶器中进行蒸发所需的能量(一般以蒸汽的形式)。
在尤其优选的绝热结晶器系统中，最终反应混合物在闪蒸段经历突然的压力下降，引起反应混合物中的部分水蒸发。该蒸发进而引起剩余反应混合物冷却。冷却导致了N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的沉淀。然后可以滗析母液，以便浓缩N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的淤浆。绝热结晶是有利的，因为它不需要在非绝热结晶器中进行蒸发所需的能量(一般以蒸汽的形式)。
图12显示了包含绝热结晶器115的系统的一个实施方案。将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流101引入到包含一个或多个氧化反应区的氧化反应器系统103，在其中底物被氧化，形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物105。从反应器系统103排出的氧化反应混合物105任选可以通入结晶器前闪蒸罐107中。结晶器前闪蒸罐107将反应混合物105的压力降低到某种程度，使溶解的CO2从混合物中闪蒸出来和从闪蒸罐中排出。优选的压降取决于在反应器系统103中进行氧化反应的压力。通常，例如在氧化反应区压力为115psia的场合，结晶器前闪蒸罐107的压降不高于约100psig，更优选约20到约80psig，更更优选约60到约80psig，和还更优选约75psig；而在反应区压力是215psia的场合，优选的压降不高于约200psig，更优选约120到约180psig，更更优选约160到约180psig，和还更优选约175psig。这一般引起至多约1.5wt％(更通常约0.2到约1wt％，甚至更通常约0.2到约0.5wt％，和还更通常约0.25wt％)的最终反应混合物105进入蒸气相。一般地，离开结晶器前闪蒸罐107的所得结晶器原料流114的压力是至少约15psia，更优选约25到约100psia，更更优选约30到约60psia，和还更优选约40psia。
可以将氧源(例如含O2气体)引入到结晶器前闪蒸罐107中，以进一步氧化在氧化反应器系统103中未氧化的反应混合物105中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，以及进一步氧化存在于反应混合物105中的甲醛和甲酸副产物。以这种方式，结晶器前闪蒸罐107起与反应器系统103串联的氧化反应区的作用。
将结晶器原料流114引入到绝热结晶器115中。以下联系图12A，给出根据本发明的绝热结晶器系统的操作的详细描述。绝热结晶器115的操作产生了由结晶器顶部排放的蒸气117(即绝热结晶器顶部流出物)，从结…晶器排出的滗析液(即母液)物流124和由结晶器底部排出的包含沉淀的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的结晶产物淤浆125。
绝热结晶器顶部流出物117的至少一部分146和/或排出的滗析液124的至少一部分132可以再循环到反应器系统103的氧化反应区。一般地，再循环的绝热结晶器顶部流出物117和/或排出的滗析液124再循环到氧化反应区，并用作溶解N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以形成反应器系统103的原料流101的水源。在反应器系统103包含串联的两个或多个氧化反应区的情况下，优选将再循环的绝热结晶器顶部流出物117和/或排出的滗析液124引入到最上游氧化反应区。将滗析液124的至少一部分132再循环到反应器系统是有利的，因为它减少了水需求量和系统的废物体积。它还常常允许从滗析液124中未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物回收附加的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。该再循环还有另外的益处，因为它常常可以使另外的副产物，如甲醛和甲酸被氧化。物流132的再循环进一步是有利的，因为它让水由结晶器115直接再循环到氧化反应区，不必耗费能量来蒸发水(再循环上述来自热驱动蒸发结晶器的顶部流出物是这种情况)。因为再循环滗析液132还保持在相对高的温度(最优选60℃)，所以再循环的滗析液132能够用于预热含水原料流101。当在反应器系统103中利用贵金属/碳催化剂时，可以实现滗析液再循环物流132的还一益处，即由催化剂浸出的贵金属可以返回到反应器系统。据信，将含贵金属的物流如物流132再循环到反应器系统103，减少了贵金属从系统中的净损失。在这种再循环物流中含有的部分浸出的贵金属可以再沉积在催化反应器系统中多相催化剂的表面。
特别是在催化剂是含碳催化剂的场合(和更特别在催化剂包含碳负载的贵金属的场合)，优选通过将至少一部分绝热结晶器顶部流出物117冷凝和然后将冷凝液与催化剂混合来间接再循环。这常常是有利的，因为绝热结晶器顶部流出物117通常含有甲醛和/或甲酸，如上所述，二者起还原剂的作用。在一个特别优选的实施方案中，将部分绝热结晶器顶部流出物117精馏或冷凝，再进一步蒸馏，获得富含甲醛和/或甲酸的冷凝液。该富溶液进而是与含碳催化剂接触的那部分绝热结晶器顶部流出物。如上所述，该还原处理能够在反应器系统103内的一个或多个催化剂存储罐中进行。
将绝热结晶器顶部流出物117的至少另一部分149和/或排出的滗析液124的至少一部分151作为废料从系统中清除(即排放)。在连续系统中，该清除有助于减少系统中的杂质累积量。该清除的废料又可以通过本领域已知的技术，如以上对于非绝热结晶器下游离心机的清除废料物流所述的那些技术来进一步处理，以便除去杂质。例如，该清除的废料可以与含O2气体和VIII族金属催化剂接触，以便将甲醛和甲酸氧化为CO2和水。这种氧化处理的产物可以再循环到反应器系统103的氧化反应区，并用作补给水的来源。
从绝热结晶器115的底部排出的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物淤浆125含有大量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。通常将淤浆125通入离心机155，以便进一步浓缩淤浆125和形成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的湿滤饼157。通常N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在湿滤饼157中的浓度是至少约95％(按所有化合物和水的重量计)。来自离心机155的固体贫乏物流161(即离心液)例如可以经物流165再循环到绝热结晶器115中或由物流169再循环到反应器系统103的氧化反应区，用作含水原料流101中的水源。为了将杂质浓度保持在可接受的水平和能够有利地使用再循环滗析液物流132，可以经物流173除去固体贫乏物流161的至少一部分。物流173可以随后通过例如以上关于非绝热热驱动结晶器下游离心机的清除物流所述废料处理方法来处理。在另一个实施方案中，将物流173输送到热驱动蒸发结晶器，以便用类似于图13所示的方式回收其它产物。
图12A是在本发明的实施中使用的优选绝热结晶系统的示意图。如所示那样，系统115包含汽/液分离器703，它限定了一般位于保留室705之上并且与之保持流体流动联系的汽/液分离区。汽/液分离器703与保留室705的上部区域的直接联系被分开，但通过引流管706与保留室下部区域保持流体流动联系，引流管706的口708与保留室的底部仅被相对短的距离分开。该通用构型的结晶器装置可以从U.S.Filter的HPD Products Division(Plainfield，Illinois，U.S.A)购买。结晶器再循环进口709位于汽/液分离器703上，而保留室705具有位于引流管706的口708之上的结晶母液的滗析液体出口711，位于引流管的口之上和滗析液体出口711之下的中间再循环淤浆出口712以及位于室705底部的下部产物淤浆出口713。在操作过程中，保留室705基本装满液体，而在汽/液分离器703中的液体水平线715保持稍低于结晶器再循环进口709。
包含由氧化反应器系统的氧化反应区排出的反应混合物流出物114获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的含水结晶器原料混合物716(以及如下所述的各种再循环物流)，通过再循环进口709引入到汽/液分离器703。汽/液分离器构成了通过真空系统(未显示)保持在亚大气压和低于结晶原料混合物716的蒸气压的蒸发区。汽/液分离器703中的液体水平线715，通过与保留室705连通的在引流管708上段的孔借助压力平衡来保持。结晶器原料混合物716包含(a)从反应器系统的氧化反应区排出的氧化反应混合物流出物114(即起始溶液)，它可以已进行过滤以除去催化剂；(b)包含如以下所述的由中间再循环淤浆出口712排出的至少一部分淤浆的再循环淤浆物流723；和一般还有(c)如以下进一步描述的包含由离心机系统155而来的再循环结晶母液的离心液165，其中引入该离心机系统的是来自出口713的结晶产物淤浆125，用于回收固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。在汽/液分离器703中保持的压力一般不高于约8psia，优选约1.5到约4psia，更更优选约2.5到约3.5psia，和还更优选约3psia。一般地，刚刚在汽/液分离器上游的结晶器原料混合物716的压力，应使得该原料混合物在进入到汽/液分离器时经历至少约10psig，优选约10到约80psig，更优选约30到约60psig，和还更优选约38psig的减压。压力的突然下降引起水和小分子杂质(例如甲醛和甲酸)从汽/液分离器703的原料混合物716中闪蒸出来(即蒸发)。分离所产生的蒸气117(即顶部流出物)，并从分离器703的顶部排出，导入冷凝装置(未显示)。正常地，不高于约30wt％，更优选约5到约30wt％，和更更优选约5到约10wt％的氧化反应混合物114作为蒸气117排出。作为蒸发的结果，结晶器原料混合物716的剩余浓缩相部分被显著冷却，从而导致N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的沉淀和产生蒸发产物淤浆718，该蒸发产物淤浆718包含悬浮在N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液中的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体719。优选的是，优选地，由进入汽/液分离器703的压降导致的冷却效果，足以使蒸发产物淤浆718的温度比引入到绝热结晶系统的氧化反应混合物114的温度低约30到约40℃。蒸发产物淤浆718的温度不高于约80℃，更优选约45℃到约80℃，更更优选约55℃到约70℃，和尤其是约60℃到约70℃。
蒸发产物淤浆718通过下行引流管706从分离器703排出，并被引入到保留室705内保留区的下部区域。保留区被分为下部结晶区(一般在水平线720之下)和上部滗析区(一般在水平线720之上)。在保留区中，蒸发产物淤浆718被分为包含母液级分(一般是它的净产品)的上层液722以及包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物结晶和母液的第二淤浆物流723，该第二淤浆物流723通过中间淤浆出口712从保留室705排出。包含上层液722的滗析液物流124通过在滗析区域中保留室顶部附近的滗析出口711从保留室705排出。
包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物淤浆的结晶产物淤浆125通过结晶区的出口713从保留室705的底部排出。将结晶产物淤浆送到离心机系统155，在此N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体作为温滤饼分离。正常地，湿滤饼中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物是至少约95％(按所有化合物和水的重量计)。将所得离心液165再循环，并在保留区的滗析区域和结晶区域间的界面处(即云带)，与由保留室705排出的淤浆物流723中的第二部分产物淤浆合并。将合并的物流与氧化反应混合物114一起作为结晶器原料混合物716引入到汽/液分离器703。
将至少大部分，优选基本所有的由出口712排出的第二淤浆物流723再循环到汽/液分离器703，与反应混合物物流114和来自离心机155的离心液165混合，形成给到汽/液分离器的原料混合物716。在滗析区域中从蒸发产物淤浆718中分离(即滗析)母液722。滗析通过保持通过进口709引入反应混合物114的相对速度来完成，从出口711排出滗析液124，并且经结晶器原料流716由中间淤浆出口712再循环所有或部分第二淤浆723(从而控制蒸发产物淤浆718引入到保留区的速度)，使得中间淤浆出口712之下保留区的下部结晶区域中的上向流速足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体719悬浮(即夹带)在液相中，同时，在中间淤浆出口712之上的保留区的上部滗析区域中的上向流速低于结晶区域中至少约80wt％的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体719的沉降速度，优选低于至少约95wt％的晶体719沉降速度，最优选低于至少约98wt％的晶体719沉降速度。因此，在含有基本上透明的母液的保留区的上部滗析区域和含有结晶淤浆的保留区的下部结晶区域之间的约中间淤浆出口712的水平处建立了界面。
优选控制氧化反应混合物114引入到绝热结晶系统115，滗析液124从出口711排出，产物淤浆125从出口713排出，和离心液165从离心机155再循环的相对速度，使得在保留区的下部结晶区域中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率，高于由蒸发效应获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物与母液的增加的比例，这种增加的比例是逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率，即，结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的净生产。用另一种方式表示，增加的比例是如果氧化反应混合物在结晶器原料混合物中没有固体存在下(即，在没有再循环第二淤浆的情况下)闪蒸所获得的比率。应该理解的是，蒸发的效应包括浓缩效应和冷却效应；但在结晶器以基本绝热方式操作时(这是优选的)，结晶主要由将液相冷却到一定温度来获得，在该温度下N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的溶解度显著低于它在氧化反应混合物的温度下的溶解度。优选地，在保留区的下部区域中的固体/母液比是由蒸发效应产生的增量比的至少约2倍，并且产物固体在结晶区域中的浓度也是递增产生的浓度的至少2倍。用另一种方式表示，在保留区的下部结晶区域中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体浓度是至少约12wt％，优选至少约15wt％，更优选是约18wt％至约25wt％。在所举例的系统中，离心机155中的固体产物和作为滗析液124的母液的去除速度最终通过系统物质平衡来决定，但在保留区的下部结晶区域中的固体存量可以通过短暂降低或增加相对于经由出口711的滗析速度的产物淤浆从出口713排出的速度来调节。如在下文中进一步论述的那样，已经发现，在保留区的结晶区域中的固体存量的控制提供了结晶过程中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的平均粒度的控制。
通过根据工艺物质平衡和固定沉降速度决定保留室705的截面大小，来确定在保留区的上部滗析区域中的稳态上向流速。优选在保留区的下部结晶区域中的相对高的上向速度，通过保持在中间淤浆出口712和再循环进口709之间的第二淤浆723到汽/液分离器703的高速再循环来建立(例如在20∶1到100∶1的范围内，相对于氧化反应介质114引入到结晶系统的速度或除去滗析液124的速度)。作为结晶器原料混合物716的一部分再循环的来自离心机155的离心液165级分也增加了再循环速度和上向流速，但另外往往稀释了结晶区域中的淤浆。通过将高的第二淤浆再循环速度与适当决定保留室705的大小相结合，在保留区的下部结晶区域中的上向流速能够控制在其中含有的至少80wt％固体的沉降速度的至少4倍，同时在保留区的上部滗析区域中的上向流速能够建立在第二淤浆物流中含有的至少80wt％固体的沉降速度的四分之一以下。
在结晶区域中在高固体含量下操作与来自中间淤浆出口712的第二淤浆723到汽/液分离器703的高速再循环的结合，进一步在整个蒸发区提供了高固体浓度。已经发现，该操作方式同时对结晶工艺的生产率和所获得的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的粒度和排水特性具有显著有利的影响。在粒度和生产率之间是有矛盾的，因为生产率与过饱和的程度成正相关，但过饱和的程度一般与粒度成负相关。然而，即使在相对高的平均粒度下，在高固体含量下操作也有效地增加了在其上能够发生结晶的固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体的表面，因此使结晶工艺可以在提供结晶驱动力所需的液相过饱和度相对最低的情况下，以高生产率进行。在低过饱和度下的结晶进而促进了相对大的晶体的形成。因此，对于给定的蒸发区生产率，本发明的结晶工艺提供的平均粒度明显大于在对照蒸发器中获得的平均粒度，该对照蒸发器是完全反混的，并且其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率等于通过蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。例如，本发明的结晶工艺能够在高生产率下操作，获得了具有以下特征的产物(1)至少约200μm，优选至少约225μm，更优选至少约250μm，更更优选至少约275μm，还更优选至少约300μm，和尤其至少约350μm的中值立方加权粒度；(2)至少约85μm，优选至少约90μm，更优选至少约95μm，更更优选至少约100μm，还更优选至少约105μm，和尤其至少约110μm的中值长度加权粒度；和(3)不高于约0.11m2/g，更优选不高于约0.09m2/g，更更优选不高于约0.07m2/g，和还更优选不高于约0.06m2/g的BET(Brunauer-Emmett-Teller)表面积。上述中值立方加权和中值长度加权粒度可以使用聚焦光束反射测量(FBRM)设备如购自LaserSensor Technology Inc.(Redmond，Washington，U.S.A)的LASENTECModel M100F来测定。
在中间淤浆出口712和引流管706的口708之间的再循环路径中占主导的高流速下，结晶系统以基本活塞流方式操作(即，没有显著的轴向反混)。结果，过饱和程度沿该路径梯度下降，从而使可为结晶利用的积分平均驱动力最大化，并使在活塞流路径的下游端(即引流管的口)获得的过饱和度低于在反混系统中能够获得的过饱和度。由在再循环淤浆内的高固体含量提供的高晶体表面积，使得可以将活塞流的效应与一般低的过饱和度相结合，在任何给定生产率下的净结果将进一步降低保留区的下部结晶区域内的液相中的过饱和度，并因此降低由系统除去的滗析母液124中的过饱和度。
对于生产率，也可以利用活塞流操作与高固体含量的结合。已经发现，能够实现高的生产率，即使在最高过饱和度，即结晶的驱动力(表示为在再循环路径内任何位置的含水液相中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度和在这种位置的含水液相中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的饱和浓度之间的差)不高于约0.7wt％的场合，基于含水液相；或在整个再循环路径中的积分平均过饱和程度不高于0.5％的场合。以另一种方式来看过饱和和生产率之间的关系，所述方法能够在再循环路径的积分平均过饱和度比提供相同的每单位参照蒸发器工作体积结晶生产能力所需的过饱和度低至少0.2％的条件下有效地进行，其中所述参照蒸发器由完全反混蒸发区组成，在蒸发区中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率等于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
因为根据图12A所图解的方法生产的晶体具有粗粒度，所以用于将产物淤浆125脱水的离心机或过滤器的能力明显提高，附带节约了资本和维护费用。例如，通过使用垂直篮式离心机系统或其它脱水设备，获得了具有相对低水含量，例如表现出不高于约15wt％，更优选不高于约8wt％的干燥损失的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。较低的离心机滤饼湿度直接导致离心机滤饼被氯化物、NMG、未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物等污染减少。因此，绝热结晶系统的使用提供了生产格外纯等级的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的机会。为了使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体的磨耗最小化，使用轴流泵来再循环绝热结晶器系统中的物料。
有利的是，图12A的结晶操作以绝热方式进行，即没有经进入或离开汽/液分离区，保留区，给到汽/液分离区的原料混合物，再循环到汽/液分离区的第二淤浆或从离心机系统返回的离心液的热传递所实现的进入或离开体系的大量热传递。通过如上所述的原料混合物的减压，获得了充分的蒸发，以便将液相冷却到实现N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物大量结晶的程度。通过省去对蒸发器热交换器的需求而节约了资本和能量，并且还消除了定期过热沾污的热交换器所需的工艺停工时间。
而且，在不用大量能量费用来进行分离的情况下，提供了滗析物流124，它可以容易地用作再循环到氧化反应器系统的氧化反应区的工艺水的来源。因为结晶能够在相对有限的过饱和度下以高生产率进行，再循环到氧化反应区的滗析液具有几乎最低的理论N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度。因为氧化反应系统的生产率一般受N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在反应混合物流出物中的溶解度的限制，尤其在制备游离酸形式的N-(膦酰基甲基)甘氨酸中利用颗粒催化剂的场合，再循环滗析液中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物由于限制了在没有超过N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物溶解度的情况下N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的速度，而至少部分地降低了氧化反应器系统的净生产率。通过在结晶器中回收接近最高理论比例的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和从而使再循环的水流的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物含量最小化，与滗析液再循环相关的该适度的代价被减到最小。
虽然在图12A中描述的系统是优选的，但本领域技术人员会认识到，存在其它选择以在保留区的结晶区域中建立和保持高N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物与母液比，这可有效提供相对粗的晶体。图12A的方法可有效将固体保留在蒸发区中；或者可以操作该方法，使固体返回到蒸发区。例如，如果结晶在完全反混蒸发结晶器中进行，有可能通过将来自回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体的过滤器或离心机的结晶产物再循环，同时不循环滤液/离心液或循环相对于循环固体的小比例的滤液/离心液，而在结晶器中建立和保持高而不成比例的固体存量。然而，如本领域技术人员明白的那样，后一操作方案的缺点在于需要资本密集的过滤或离心能力。图12A的优选方法的一个重要优点是通过滗析而非用于固/液分离的昂贵的机械方式获得了高固体存量。
令人惊奇的是，已发现，以上述优选方式操作绝热结晶器可以不需要在将淤浆引入到离心机之前浓缩滗析的产物淤浆(如通过使用水力旋流器)。
图13显示了一个优选实施方案的实例，其中该方法包含与非绝热结晶器串联操作的绝热结晶器。
许多在图13中所示的各种物流类似于以上关于单独的非绝热结晶器和绝热结晶器所述的那些。将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流601引入到包含一个或多个氧化反应区的氧化反应器系统603，在那里，底物被氧化成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物605。可以任选将氧化反应混合物605通入结晶器前闪蒸罐607。结晶器前闪蒸罐607将反应混合物605的压力降低到某种程度，使溶解的CO2从混合物中闪蒸出来和从闪蒸罐中排出。可以将氧源(例如含O2气体)引入到结晶器前闪蒸罐607，以进一步氧化在反应器系统603的氧化反应区未氧化的反应混合物605中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，以及进一步氧化反应混合物605中存在的甲醛和甲酸副产物。以这种方式，结晶器前闪蒸罐607起与反应器系统603串联的氧化反应区的作用。
将包含大多数N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的结晶器原料流614引入到绝热结晶器615。绝热结晶器615的操作产生了由结晶器顶部排放的蒸气617(即绝热结晶器顶部流出物)，由结晶器排出的滗析液(即初级母液)物流624和由结晶器底部排出的包含沉淀的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级结晶产物淤浆625。
可以将绝热结晶器顶部流出物617的至少一部分646和/或排出的滗析液624的至少一部分632再循环到反应器系统603的氧化反应区。一般地，将再循环的绝热结晶器顶部流出物617和/或排出的滗析液624再循环到氧化反应区，并用作溶解N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以形成反应器系统603的原料流601的水源。在反应器系统603包含串联的两个或多个氧化反应区的情况下，优选将再循环的绝热结晶器顶部流出物617和/或排出的滗析液624引入到最上游的氧化反应区。将滗析液624的至少一部分632再循环到氧化反应器系统是有利的，因为它减少了水需求量和系统的废物体积。它还通常使得可以从滗析液624中未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物回收另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。该再循环另外是有利的，因为它通常使其它副产物如甲醛和甲酸被氧化。物流632的再循环进一步是有利的，因为它使水从结晶器615直接再循环到氧化反应区，不必首先消耗能量来蒸发水(上述非绝热热驱动结晶器就是如此)。因为再循环滗析液632还保持相对高的温度(最优选60℃)，再循环滗析液632能够用于预热含水原料流601。
尤其在催化剂是含碳催化剂(和尤其还包含贵金属的这种催化剂)的场合，优选通过将绝热结晶器顶部流出物617的至少一部分与催化剂混合来间接使之再循环。这是有利的，因为绝热结晶器顶部流出物617常常含有甲醛和/或甲酸，如上所述，它们二者起还原剂的作用。
在一个特别优选的实施方案中，将一部分绝热结晶器顶部流出物617进一步蒸馏，以获得含有高浓度甲醛和/或甲酸的溶液。该浓缩溶液进而与含碳催化剂接触。如上所述，该还原处理能够在反应器系统603的一个或多个催化剂存储罐中进行。
绝热结晶器顶部流出物617的至少另一部分649和/或排出的滗析液624的至少一部分651可以作为废料从系统中清除(即排放)。在连续系统中，该清除有助于减少系统中的杂质累积量。该清除的废料进而可以通过本领域已知的技术，如以上关于非绝热结晶器下游离心机的清除的废物流所述的那些技术进一步处理，以便除去杂质。排出的滗析液624的至少一部分652另外可以送到非绝热蒸发结晶器663中。
从绝热结晶器615底部排出的初级N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物淤浆625含有大部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。一般将淤浆625通入离心机655，以进一步浓缩淤浆625和形成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的湿滤饼657。正常地，N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在湿滤饼657中的浓度为至少约95％(按所有化合物和水的重量计)。
另一方面，将来自离心机655的离心液661(即初级母液)的至少一部分(优选至少约1％，更优选约1％到约67％，更更优选约20％到约50％，还更优选约30％到约40％，和还进一步更优选约33％)输送到热驱动蒸发结晶器663，它将热供给离心液661，以便蒸发水和小分子杂质，形成蒸发结晶器顶部蒸气流665。大多数N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在液体介质667中沉淀。该液体介质667从非绝热蒸发结晶器663中排出和引入到水力旋流器669中，形成富含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的富产物物流673和固体贫乏物流671。将富产物物流673引入到离心机675，形成离心液677(它的沉淀N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物进一步贫乏)和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物湿滤饼679。在其中来自离心机655的全部离心液661不完全引入到非绝热结晶器663中的情况下，离心液661的一部分695可以再循环到绝热结晶器615中和/或经清除物流693从系统中清除，并使用例如上述各种液体废料处理方法来处理。
在图13所示的实施方案中，可以将至少一部分热驱动蒸发结晶器顶部流出物665再循环到反应器系统603。通常，将一部分685再循环到反应器系统603并用作溶解N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以形成氧化反应区的原料流601的水源。尤其在催化剂是含碳催化剂的场合，还可以有利地使用一部分热驱动蒸发结晶器顶部流出物665来还原催化剂表面。这归因于蒸发结晶器顶部流出物665通常含有甲醛和/或甲酸的事实，二者起还原剂的作用，尤其对含碳催化剂。还原处理可以在反应器系统603的一个或多个催化剂存储罐中进行。
正常地，至少另一部分的热驱动蒸发结晶器顶部流出物665作清除物流683从系统中清除。在连续系统中，该清除物流683有助于减少系统的杂质累积(尤其小分子杂质累积)量。清除的废料683进而可以如以上对于绝热结晶器和非绝热结晶器的清除的顶部物流所述那样进一步处理，以便除去杂质。
优选将来自离心机675的离心液677的至少一部分689再循环到热驱动蒸发结晶器663和/或绝热结晶器615)中，以便进一步回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。作为替代方案(或另外)，将离心液677的一部分691再循环到反应器系统603的氧化反应区，以便将离心液677中未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。通常还从系统中清除离心液677的一部分687。在连续系统中，该清除物流687有助于减少系统的杂质累积(尤其大分子杂质累积)量。该清除的废料687可以通过例如以上关于绝热和非绝热结晶器的液体清除废料所述的相同技术来进一步处理，以便除去杂质。
在供选择方案中，不是将来自离心机655的离心液661给到非绝热结晶器663，或除此之外，将来自绝热结晶器615的排出滗析液624的至少一部分652(优选至少约1％，更优选约1到约67％，更更优选约20到约50％，还更优选约30到约40％，和还进一步优选约33％)引入到非绝热结晶器663中。在该情况下，离心液661可以例如再循环到绝热结晶器615(经物流695)，再循环到反应器系统603，从系统中清除(经物流693)，和/或引入到非绝热结晶器663。
图14显示了一个特别优选的实施方案的实例，其中该方法包括绝热结晶器319和非绝热结晶器343。这里，绝热结晶器319和非绝热结晶器343以半并联方式操作。
许多在图14中所示的各种物流类似于以上关于单独的非绝热结晶器和绝热结晶器所述那些。将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流301与氧一起引入到包含一个或多个氧化反应区的氧化反应器系统303，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在催化剂的存在下氧化断裂，形成氧化反应产物溶液305。然后将从反应器系统303的最后一个氧化反应区排出的氧化反应产物溶液305引入到结晶器前闪蒸罐306中，以降低压力和闪蒸出大多数溶解的CO2。在图14所示的实施方案中，将所得液体物流308用催化剂过滤器307过滤，以除去悬浮在液体物流308中的多相颗粒催化剂和形成催化剂再循环物流309和滤液311。将滤液311分为多个级分，并将一部分317(即反应产物溶液的第一级分)引入到绝热结晶器319中，获得包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆，同时将另一部分315(即反应产物溶液的第二级分)引入到非绝热热驱动蒸发结晶器343，获得包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和二级母液的蒸发结晶淤浆344(即二级产物淤浆)。在这种实施方案中，可以首先将引入到蒸发结晶器343的滤液311的所述部分315引入到结晶器给料槽(未显示)，在那里，它与贫固体的水力旋流器物流351和/或再循环离心液365混合。除了提供混合的场所以外，这种给料槽也提供了例如在该方法的开始和停止过程中保存物料的暂时缓冲。
绝热结晶器319的操作产生了由结晶器顶部排放的蒸气369(即绝热结晶器顶部流出物)，由结晶器排出的滗析液(即初级母液)物流323和由结晶器底部排出的包含沉淀的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和初级母液的初级结晶产物淤浆321。优选将绝热结晶器顶部流出物369和/或由绝热结晶器319排出的滗析液323的至少一部分(和优选全部)再循环到反应器系统303的氧化反应区。一般地，将绝热结晶器顶部流出物369的至少一部分377和/或排出的滗析液323的一部分324再循环到反应器系统303，并用作氧化反应区的水源。排出的滗析液323的至少一部分325另外可以输送到非绝热蒸发结晶器343。至少一部分绝热结晶器顶部流出物369能够间接再循环(经物流379)到反应器系统303，用于还原催化剂表面。如上所述，该还原处理常常在催化剂存储罐373中进行。
因为来自绝热结晶器319的固体贫乏液体物流(即滗析液流323)和来自随后的离心机331的固体贫乏液体物流(即离心液物流335)一般比热驱动蒸发结晶器343下游的离心机355(例如无孔转鼓离心机)的固体贫乏物流(即离心液)357具有更低的杂质(尤其大分子杂质)浓度，通常更优选将来自绝热结晶器319的全部排放滗析液323和任选的来自绝热结晶器319下游离心机331的全部固体贫乏物流335再循环到反应器系统303，同时使用热驱动蒸发结晶器343下游离心机355的固体贫乏物流(即离心液)357来从系统中清除大分子杂质(经清除物流361)。清除对于连续系统是有利的，因为它减少了系统中污染物的累积率，因此使来自绝热结晶器319的固体贫乏物流(即物流323和335)的再循环更可行。象上述清除的废物流那样，该清除的废料361可以通过例如进一步的结晶来处理。它还可以通过Smith在U.S.专利号5,606,107中所述的技术来处理。它另外可以通过例如Morgenstern等人在U.S.专利号6,005,140中详细叙述的技术来处理。它此外可以通过Grabiak等人在U.S.专利号4,851,131中详细叙述的技术来处理。
另一方面，来自绝热结晶器319下游离心机331的固体贫乏物流335一般全部再循环到例如绝热结晶器319(经物流337)或反应器系统303(经物流341)。来自热驱动蒸发结晶器343下游水力旋流器349的固体贫乏物流351能够再循环到蒸发结晶器。来自蒸发结晶器343下游离心机355的固体贫乏物流357的任何非清除部分365，一般再循环到蒸发结晶器。热驱动蒸发结晶器顶部流出物345的至少一部分一般经物流347从系统中清除，虽然一部分350任选可以直接经物流383或间接经物流381再循环到氧化反应器系统303，以用作催化剂的还原剂。
优选将不含催化剂的氧化反应混合物(即物流311)的约30％到约85％，更优选约50％到约80％，和更更优选约65％到约75％作为第一级分经物流317引入到绝热结晶器319中，同时剩余部分作为第二级分经物流315引入到非绝热热驱动结晶器343中。给到系统的第二级分315与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的重量比优选是约0.1到约9，更优选约2到约7，更更优选约2.5到4。
以半并联方式操作绝热结晶器和热驱动蒸发结晶器的实施方案(如在图14中所示的一种)一般比操作串联的绝热结晶器和蒸发结晶器的实施方案更优选。这归因于例如对于既定的蒸发结晶器尺寸，在结晶器并联的场合一般可以获得更高的结晶能力的事实。这在翻新现有的工厂中提供了更高的灵活性。
图14中的系统提供了两种N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物湿滤饼物流来自绝热结晶器319下游离心机331的湿滤饼物流333，和来自热驱动蒸发结晶器343下游的离心机355的湿滤饼物流359。正常地，来自绝热结晶器319的湿滤饼物流333优选具有至少90％(按所有化合物和水的重量计)，更优选至少95％(按所有化合物和水的重量计)，和更更优选至少约99％(按所有化合物和水的重量计)的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度，而来自蒸发结晶器343的湿滤饼物流359具有至少约85％(按所有化合物和水的重量计)，更优选至少约90％(按所有化合物和水的重量计)，和更更优选至少约95％(按所有化合物和水的重量计)的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度。一般地，来自绝热结晶器319部分的湿滤饼333的纯度高于来自热驱动蒸发结晶器343的湿滤饼359的纯度。
通常有利的是，将这些湿滤饼333与359合并。由于通常在由绝热结晶器319排出的湿滤饼333中获得的纯度水平较高，该合并使得可以容许在来自蒸发结晶器343的湿滤饼359中的纯度水平较低。因此，例如，如果合并湿滤饼的45％来自蒸发结晶器343和合并湿滤饼的55％来自绝热结晶器319，来自蒸发结晶器343的湿滤饼359的纯度水平可以低至90.2wt％，以便在来自绝热结晶器319的湿滤饼333具有99wt％纯度的场合，获得至少95wt％的合并纯度水平。正常地，希望合并的湿滤饼具有至少约95％(按所有化合物和水的重量计)，和更优选至少约96％(按所有化合物和水的重量计)的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度。
图14A显示了另一尤其优选的实施方案的实例，其中该方法包括如以上图14中所述的以半并联方式操作的绝热结晶器和非绝热热驱动蒸发结晶器。然而，该反应系统进一步包括具有一个或多个二级氧化反应区的二级反应器系统，用于处理来自初级氧化反应器系统的输送到热驱动蒸发结晶器的反应产物混合物的级分。
许多图14A所示的各种物流与以上关于图14所示的，其中绝热反应器319和热驱动蒸发结晶器343以半并联方式操作的反应系统所述的那些类似。包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流301与氧一起引入到包含一个或多个氧化反应区的初级氧化反应器系统303，在此N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在催化剂的存在下氧化断裂，形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的反应产物溶液305。如果必要在分离催化剂(例如通过过滤)之后，来自初级反应器系统303的反应产物溶液305分为包括初级级分317和二级氧化反应器原料级分315的多个级分。将初级级分317引入到绝热结晶器319中，并通过在减压条件下闪蒸水来冷却，以如上所述回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。将二级氧化反应器原料级分315引入到包含一个或多个氧化反应区的二级氧化反应器系统316，在此未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化，产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级氧化反应器流出物318。二级反应器原料级分315可以在引入到二级氧化反应器系统316之前冷却，以除去在初级氧化反应器系统303中产生的放热和减少副产物的产生。将反应器流出物318引入到非绝热热驱动蒸发结晶器中，在此水被蒸发，从而如上所述沉淀和回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
在图14A的反应系统中，应该理解的是，初级和二级反应器系统303和316分别可以包含由各种反应器构型提供的一个或多个氧化反应区，包括例如上文所述的连续反应器系统。举例说明，初级反应器系统303可以包含如图2、2A和2B所示的单一搅拌釜反应器，如图3-6所示的串联的两个搅拌釜反应器，如图8所示的一个或多个固定床反应器。在一个实施方案中，初级反应器系统303包含串联的一个或多个氧化反应区，反应产物溶液305从该系列反应区中的最后一个氧化反应区排出，并根据需要过滤。然而，应该理解的是，在初级反应器系统303的最后一个氧化反应区之前，可以分割反应产物溶液305，使得初级级分317在被引入到绝热结晶器319之前进入初级反应器系统的剩余氧化反应区。
优选二级反应器系统316包含由使用颗粒催化剂淤浆的一个或多个固定床反应器或搅拌釜反应器或它们的组合提供的一个或多个氧化反应区。然而，固定床反应器一般是更优选的，因为在二级反应器系统316中能够避免使用包含催化剂过滤器的催化剂再循环系统。而且，有关当固定床反应器用作初级反应器系统303的第一氧化反应区时出现的放热反应热的消散和温度控制的问题，在二级反应器系统316中大大被避免，因为大多数N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物优选在初级反应器系统303中氧化。因此，在二级反应器系统内的氧化反应区可以绝热操作。根据特别优选的实施方案，二级反应器系统316包含由固定床反应器提供的单一氧化反应区。优选这种固定床反应器采用同向气体和液体流通过氧化反应区的方式来操作。
在图14A所示的反应系统中二级反应器系统316的存在，使初级反应器系统303能够以在反应混合物305中允许有较高浓度的未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的方式来设计和操作。例如，初级反应器系统303的第二或后续氧化反应区可以相当小或完全省略(即初级反应器系统303可以包含单一氧化反应区)。然而，未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在反应产物溶液305中，和因此在输送到绝热结晶器319的初级级分317中的浓度仍优选保持足够低，以避免未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在主导物流温度下沉淀。对于绝热结晶器的典型操作温度(例如60℃)，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在反应产物溶液305中的浓度不高于约2wt％。然而，为了利用允许初级反应器系统303以更经济的方式设计大小和操作的二级反应器系统316，N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在反应产物溶液305中的浓度优选为至少约0.2wt％和更优选为至少约0.5wt％。
优选回收在引入到绝热结晶器319的初级级分317中的未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，再经从绝热结晶器319排出的滗析液323返回到初级反应器系统303，以及任选地将来自绝热结晶器319下游离心机331的固体贫乏物流335的至少一部分经物流341再循环到初级反应器系统。通过使用高脱水离心机(例如垂直篮式离心机)作为离心机331，提高了在固体贫乏物流335中未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的回收，同时有利地使在湿滤饼物流333中的未反应N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的级分最小化。
在本发明的另一实施方案中，在图13中所示的系统可以通过增加二级反应器系统来改良，以进一步氧化在来自非绝热蒸发结晶器663上游离心机655的离心液661中的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物。
尤其在N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物是N-(膦酰基甲基)甘氨酸本身的场合，很早已知道，该产物可以转化为各种盐或酯，以增加它在水中的溶解性，使得它更方便商业应用。这例如由Franz在U.S.专利号3,977,860和4,405,531中一般性地论述过。N-(膦酰基甲基)甘氨酸的优选盐包括例如碱金属盐(尤其钾盐)，链烷醇胺盐(尤其单乙醇胺盐)，烷基胺盐(尤其异丙基胺盐)和烷基锍盐(尤其三甲基锍盐)。N-(膦酰基甲基)甘氨酸的异丙基胺盐是尤其优选的。参阅例如Bugg等人，U.S.专利号5,994,269。该盐一般比游离酸具有明显更高的活性，并且例如在25℃下溶解性为游离酸的约40倍。
在本发明的一些实施方案中，在氧化反应区中形成的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物包含酯或盐，其含量足够大以形成具有所需商业浓度的混合物。在那些情况下，对浓缩产物的工艺步骤(例如结晶、水力旋流、离心等)的需要可以显著减少或完全消除。如果所述催化剂是上述深度还原催化剂，尤其是这样，深度还原催化剂一般形成了具有低杂质浓度和因此需要很少的纯化或不需要纯化的反应混合物。
例如在一些实施方案中，在氧化反应区中形成的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物是N-(膦酰基甲基)甘氨酸的异丙基胺盐。在更优选的氧化操作温度(即约95到约105℃)下，这种产物在高达约50wt％或更高的浓度下仍保持溶解。盐产物可以通过以下方法在氧化反应区中形成(a)使用N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的异丙基胺盐作为底物，(b)将异丙基胺引入到氧化反应区以在氧化反应区胺化氧化产物，和/或(c)将异丙基胺引入到氧化反应区下游和催化剂过滤前的容器。在具有串联的一个以上氧化反应区的场合，通常优选(虽然不是绝对必要的)使用N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的异丙基胺盐作为底物和/或将异丙基胺引入到氧化反应区的第一个中。不管如何，所形成的每摩尔的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物优选存在至少1当量(和更优选稍高于1当量)的异丙基胺阳离子。应该认识到，关于形成异丙基胺盐的这些原则一般也适用于形成其它盐，例如碱金属盐(尤其钾盐)，链烷醇胺盐(尤其单乙醇胺盐)，除了异丙基胺盐以外的烷基胺盐，和烷基锍盐(尤其三甲基锍盐)。
具体地，本发明提供了以下技术方案1、制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应器系统，在氧化反应器系统中，在氧化催化剂的存在下将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应产物溶液；将反应产物溶液分为包含初级级分和二级级分的多个级分；将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从初级级分中沉淀出来，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆；和将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从包含在所述二级级分中含有的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的含水二级结晶原料混合物中沉淀出来，形成包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和二级母液的二级产物淤浆。
2、如方案1所述的方法，其中将初级级分冷却，以便从初级级分中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，和将水从含水二级结晶原料混合物中蒸发出来，以便从含水二级结晶原料混合物中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体。
3、如方案2所述的方法，其中在通过降低压力从初级级分中蒸发出水的同时将初级级分冷却。
4、如方案3所述的方法，其中在基本绝热条件下将水从初级级分中蒸发出来。
5、如方案4所述的方法，其中所述蒸发将初级级分冷却到约45℃到约80℃的温度。
6、如方案4所述的方法，其中约5％重量到约30％重量的初级级分被蒸发。
7、如方案4所述的方法，还包括滗析分离初级母液与初级产物淤浆中的沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体。
8、如方案7所述的方法，还包括将与初级产物淤浆中的沉淀N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体滗析分离的初级母液再循环到氧化反应器系统，用作工艺水的来源。
9、如方案8所述的方法，其中将与初级产物淤浆中的沉淀N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体滗析分离的基本所有初级母液再循环到氧化反应器系统。
10、如方案9所述的方法，其中氧化催化剂包含多相催化剂，该多相催化剂含有沉积在碳载体上的贵金属。
11、如方案10所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在与氧化催化剂接触的液体反应介质中氧化，并且在液体反应介质中的氯离子浓度保持在不高于约500重量ppm。
12、如方案11所述的方法，其中液体反应介质中的氯离子浓度保持在不高于300重量ppm。
13、如方案12所述的方法，其中液体反应介质中的氯离子浓度保持在不高于100重量ppm。
14、如方案11所述的方法，其中使用N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源制备引入到反应器系统的含水原料流，并且氯离子在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源中的浓度低于约5000重量ppm，按干燥基准计。
15、如方案14所述的方法，其中氯离子在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源中的浓度低于约3000重量ppm，按干燥基准计。
16、如方案15所述的方法，其中氯离子在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源中的浓度低于约2000重量ppm，按干燥基准计。
17、如方案16所述的方法，其中氯离子在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物源中的浓度低于约1000重量ppm，按干燥基准计。
18、如方案4所述的方法，其中所述方法还包括清除二级母液以便从该方法中除去副产物和杂质。
19、如方案18所述的方法，其中从该方法中清除基本所有二级母液。
20、如方案4所述的方法，其中初级级分是反应产物溶液的约30％到约85％。
21、如方案20所述的方法，其中初级级分是反应产物溶液的约50％到约80％。
22、如方案21所述的方法，其中初级级分是反应产物溶液的约65％到约75％。
23、如方案20所述的方法，其中反应器系统包含串联的第一和第二氧化反应区；将含水原料流引入到第一氧化反应区；N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在第一氧化反应区中被连续氧化，产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间反应混合物；将中间含水原料流引入到第二氧化反应区，该中间含水原料流包含在中间反应混合物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在第二氧化反应区中被连续氧化，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应产物溶液；和将反应产物溶液分为包含初级和二级级分的多个级分。
24、如方案23所述的方法，其中氧化催化剂在各氧化反应区中与液体反应介质接触。
25、如方案24所述的方法，其中氧化催化剂包含多相颗粒催化剂。
26、如方案25所述的方法，其中多相颗粒催化剂包含沉积在颗粒碳载体上的贵金属。
27、方案4的方法，其中所述初级级分的蒸发冷却包含将含水蒸发原料混合物引入到蒸发区，所述含水原料混合物包含所述初级级分；在所述蒸发区中，在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下，将水从所述含水蒸发原料混合物中蒸发出来，从而产生包含水蒸气的蒸气相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体及N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的初级母液的蒸发产物；和在所述蒸发区中，保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与初级母液的比率大于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
28、如方案27所述的方法，其中将所述蒸发产物分割，以提供母液相对贫乏的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫乏的初级母液级分。
29、如方案28所述的方法，其中在所述蒸发区中保持所述颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率包括将在所述固体级分中获得的固体返回到所述蒸发区或将在所述固体级分中获得的固体保留在所述区内。
30、如方案29所述的方法，包括将包含所述初级级分的蒸发原料混合物引入到所述蒸发区的汽/液分离区，其中压力低于所述混合物的蒸气压，从而使水从蒸发原料混合物中闪蒸出来，产生了包含水蒸气的蒸气相，并将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从液相中沉淀出来，产生了包含在饱和或过饱和母液中的颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第一淤浆流；将所述蒸气相与所述第一淤浆流分离；将所述第一淤浆流引入到保留区，在此包含所述母液级分的上层液与包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和母液的第二淤浆流分离，所述保留区具有所述第一淤浆的进口，位于所述进口之上的用于所述上层液的滗析液体出口，以及位于所述进口之上但在滗析液体出口之下的所述第二淤浆的出口；和保持将所述第一淤浆引入到所述保留区，所述第二淤浆通过所述第二淤浆出口排出和所述上层液通过所述滗析液体出口排出的相对速度，使得在所述第二淤浆出口之下的所述保留区的下部区域中的上向流速足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物悬浮在液相中，而在所述第二淤浆出口之上的所述保留区的上部区域中的上向流速是在下部区域中的至少80％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物粒子的沉降速度之下。
31、如方案30所述的方法，其中所述第二淤浆流的至少一部分再循环到所述汽/液分离区。
32、如方案31所述的方法，其中所述第二淤浆流的至少一部分和所述初级级分一起构成引入到所述汽/液分离区的蒸发原料混合物。
33、如方案32所述的方法，其中从所述区的下部区域除去第三淤浆流。
34、如方案33所述的方法，其中所述初级级分流到所述汽/液分离区，全部或部分所述第二淤浆流再循环到所述汽/液分离区，所述上层液从所述滗析液体出口排出，所述第三淤浆流从所述保留区的下部区域排出，以及携带来自所述第三淤浆所经受的任何固体/液体分离的物流的任何液体或固体物流返回到所述蒸发区的相对速度，足以在所述区的下部区域建立一定的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率，该比率高于通过所述初级级分的蒸发效应逐渐产生的沉淀的固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物与由此逐渐产生的母液的比率。
35、如方案34所述的方法，其中控制所述各物流的相对流速，使得在所述区的下部区域的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体浓度，是这样的固体和母液混合物，即在没有所述再循环第二淤浆物流的情况下在所述气/液区中通过或将通过闪蒸所述初级级分产生的固体和母液混合物的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体浓度的至少约2倍。
36、如方案35所述的方法，其中从所述第三淤浆中除去固体，获得再循环到所述汽/液分离区的再循环液体级分，从而所述蒸发原料混合物还包含所述再循环液体级分。
37、如方案36所述的方法，其中所述初级级分和所述再循环液体级分在引入到所述汽/液分离区之前与所述第二淤浆流混合。
38、如方案37所述的方法，其中将所述二级级分引入到包含三级氧化反应区的二级反应器系统，在所述二级级分中含有的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在所述三级氧化反应区中转化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，产生三级氧化反应混合物，所述二级结晶原料混合物包含在所述三级氧化反应混合物中含有的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
39、如方案37所述的方法，其中控制所述全部物流，包括所述再循环液体级分的相对流速，使得在所述区的下部区域中的淤浆的固体含量是至少约12％重量。
40、如方案39所述的方法，还包括滗析分离初级母液和初级产物淤浆中的沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体。
41、如方案39所述的方法，还包括将初级母液再循环到所述氧化反应器系统，作为水源使用。
42、如方案39所述的方法，还包括清除二级母液以便从该方法中除去副产物和杂质。
43、如方案39所述的方法，其中所述氧化反应器系统包含至少两个连续氧化反应区的系列，该方法进一步包括
将氧化催化剂与反应产物溶液分离；和将分离的氧化催化剂连续再循环到至少一个氧化反应区。
44、制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应器系统；在氧化反应器系统中，在氧化催化剂的存在下将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，产生含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应产物溶液；将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从反应产物溶液中沉淀出来，产生包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆；和将水从初级母液中蒸发出来，从而沉淀出其它的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和获得二级母液。
45、如方案44所述的方法，其中将反应产物溶液冷却，以从反应产物溶液中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体。
46、如方案45所述的方法，其中在通过降低压力从反应产物溶液中蒸发出水的同时将反应产物溶液冷却。
47、如方案46所述的方法，其中在基本绝热条件下从反应产物溶液中蒸发水。
48、如方案47所述的方法，其中蒸发将反应产物溶液冷却到约45℃到约80℃的温度。
49、如方案47所述的方法，其中约5％重量到约30％重量的反应产物溶液被蒸发。
50、如方案47所述的方法，其中该方法还包括清除二级母液以便从该方法中去除副产物和杂质。
51、如方案50所述的方法，其中从该方法中清除基本所有二级母液。
52、制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含一个或多个氧化反应区的初级氧化反应器系统；在初级氧化反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的反应产物溶液；将反应产物溶液分为包括初级级分和二级氧化反应器原料级分的多个级分；从初级级分中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体，产生包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和初级母液的初级产物淤浆；将二级氧化反应器原料级分引入到包含一个或多个氧化反应区的二级氧化反应器系统；在二级氧化反应器系统中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级氧化反应器流出物；和将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体从二级氧化反应器流出物中沉淀出来，产生包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体和二级母液的二级产物淤浆。
53、如方案52所述的方法，其中将初级级分冷却，以从初级级分中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体，并由二级氧化反应器流出物中蒸发出水，以从二级氧化反应器流出物中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体。
54、如方案53所述的方法，其中在通过降低压力从初级级分中蒸发出水的同时将初级级分冷却。
55、如方案54所述的方法，其中在基本绝热条件下从初级级分中蒸发出水。
56、如方案52所述的方法，其中初级反应器系统包含串联的多个氧化反应区。
57、如方案56所述的方法，其中在串联的最后一个氧化反应区之后分割反应产物溶液。
58、如方案56所述的方法，其中在串联的最后一个氧化反应区之前分割反应产物溶液，并在从初级级分中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物晶体之前初级级分经过初级反应器系统中的至少一个另外的氧化反应区。59、如方案52所述的方法，其中初级反应器系统包含单一氧化反应区。
60、如方案52所述的方法，其中二级氧化反应器系统包含搅拌釜反应器。
61、如方案52所述的方法，其中二级氧化反应器系统包含固定床反应器。
62、如方案61所述的方法，其中固定床反应器采取气体和液体流同向通过氧化反应区的方式操作。
63、如方案61所述的方法，其中固定床反应器以绝热方式操作。
64、如方案52所述的方法，其中二级氧化原料级分在引入到二级氧化反应器系统之前被冷却。
65、通过氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的液体反应介质中，氧化反应区在液相中基本反混并含有与液体反应介质接触的氧化反应催化剂，液体反应介质包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；将氧化剂引入到氧化反应区；在氧化反应区中连续氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和从氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
66、如方案65所述的方法，其中催化剂包含悬浮在氧化反应区内液体反应介质中的多相颗粒催化剂，该催化剂包含沉积在颗粒碳载体上的贵金属。
67、如方案66所述的方法，其中氧化反应区由射流喷嘴环路反应器提供。
68、如方案67所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，并通过射流喷嘴环路反应器的射流喷嘴与含水原料流同时引入到氧化反应区。
69、如方案66所述的方法，其中氧化反应区由流化床反应器提供。
70、如方案66所述的方法，其中氧化反应区由连续搅拌釜反应器提供。
71、如方案70所述的方法，其中颗粒碳载体的粒度分布为使约95％的催化剂颗粒的最大尺寸为约3到约100μm。
72、如方案71所述的方法，其中颗粒催化剂的平均粒度是约15到约40μm。
73、如方案71所述的方法，其中在氧化反应区内的颗粒催化剂的浓度是约0.1到约10％重量，基于氧化反应区中催化剂和液体反应介质的总重量。
74、如方案70所述的方法，还包括冷却液体反应介质。
75、如方案74所述的方法，其中液体反应介质在包含热交换器的外部热转移循环环路中冷却。
76、如方案70所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，并喷布到氧化反应区内的液体反应介质中。
77、如方案70所述的方法，其中从氧化反应区排放的反应混合物流出物基本不含颗粒催化剂，搅拌釜反应器包含内部催化剂过滤器，以防止颗粒催化剂与反应混合物流出物一起从氧化反应区排出。
78、如方案70所述的方法，其中从氧化反应区排出的反应混合物流出物还包含颗粒催化剂，该方法还包括从反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成包含分离的颗粒催化剂的催化剂再循环物流；和将在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂引入到氧化反应区。
79、如方案78所述的方法，其中从催化剂再循环物流中清除催化剂。
80、如方案79所述的方法，其中将新鲜催化剂加入到催化剂再循环物流中。
81、如方案78所述的方法，其中在催化剂过滤器中从反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成催化剂再循环物流以及基本没有颗粒催化剂并包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液。
82、如方案81所述的方法，其中采用催化剂过滤器来从反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂。
83、如方案82所述的方法，其中催化剂过滤器是连续交叉流过滤器。
84、如方案82所述的方法，其中催化剂过滤器是连续反冲过滤器。
85、如方案84所述的方法，其中反冲过滤器包含过滤器元件，并且部分滤液用于反冲过滤器元件和从过滤器元件中除去分离的催化剂。
86、如方案84所述的方法，其中反应混合物流出物还包含溶解的CO2，反应混合物流出物在引入到催化剂过滤器之前通入闪蒸罐，以便降低反应混合物流出物的压力和从反应混合物流出物中除去溶解的CO2。
87、如方案84所述的方法，其中在被引入到氧化反应区之前，在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂被通入催化剂存储罐。
88、如方案87所述的方法，其中催化剂存储罐基本不含O2。
89、如方案88所述的方法，好包括将非氧化性气体引入到催化剂存储罐。
90、如方案88所述的方法，其中再循环催化剂在催化剂存储罐中的停留时间是至少约2分钟。
91、如方案81所述的方法，其中滤液包含未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，该方法进一步包括将滤液连续引入到第二氧化反应区；将氧化剂引入到第二氧化反应区；和在第二氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化，形成附加的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
92、如方案91所述的方法，其中第二氧化反应区在液相中基本反混。
93、如方案92所述的方法，其中第二氧化反应区由第二搅拌釜反应器来提供。
94、如方案92所述的方法，其中第二氧化反应区由射流喷嘴环路反应器来提供。
95、如方案91所述的方法，其中第二氧化反应区由固定床反应器来提供。
96、通过氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的液体反应介质中，液体反应介质包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和悬浮在其中的用于氧化反应的颗粒多相催化剂；将氧化剂引入到氧化反应区；在氧化反应区内的液体反应介质中连续氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从所述氧化反应区中连续排放反应混合物流出物，反应混合物流出物包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂，形成包含分离的催化剂的催化剂再循环物流；和将在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂再循环到所述氧化反应区。
97、如方案96所述的方法，其中在引入到所述氧化反应区之前，在催化剂再循环物流中含有的颗粒催化剂通过至少一个其它的氧化反应区。
98、如方案96所述的方法，其中将在催化剂再循环物流中含有的颗粒催化剂直接引入到所述氧化反应区。
99、如方案96所述的方法，其中在催化剂过滤器中从反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成催化剂再循环物流和基本没有颗粒催化剂且包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液。
100、如方案99所述的方法，其中采用催化剂过滤器从反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂。
101、通过在反应器系统中氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到第一氧化反应区；将氧化剂引入到第一氧化反应区；在第一氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从第-氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间反应混合物流出物；将中间含水原料流连续引入到第二氧化反应区，所述中间含水原料流包含在中间反应混合物流出物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；将氧化剂引入到第二氧化反应区；在第二氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化，形成另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和从第二氧化反应区中连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
102、如方案101所述的方法，其中第一和第二氧化反应区含有氧化反应催化剂。
103、如方案102所述的方法，其中在第一氧化反应区中的催化剂是多相颗粒催化剂，并且悬浮在包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的液体反应介质中。
104、如方案103所述的方法，其中第一氧化反应区在液相中基本反混。
105、如方案104所述的方法，其中第一氧化反应区由搅拌釜反应器来提供。
106、如方案104所述的方法，其中第一氧化反应区由射流喷嘴环路反应器来提供。
107、如方案104所述的方法，其中第一氧化反应区由流化床反应器来提供。
108、如方案104所述的方法，其中第二氧化反应区由其中具有催化剂的固定床来提供。
109、如方案102所述的方法，其中在第一和第二氧化反应区中的催化剂是多相颗粒催化剂，并且悬浮在包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的液体反应介质中。
110、如方案109所述的方法，其中第一和第二氧化反应区在液相中基本反混。
111、如方案110所述的方法，其中引入到第一和第二氧化反应区的氧化剂是含O2气体，并且第二氧化反应区在气相中基本反混。
112、如方案111所述的方法，其中第一和第二氧化反应区分别由第一和第二连续搅拌釜反应器来提供，搅拌釜反应器含有在液体反应介质之上的顶空，第二搅拌釜反应器具有适于将气体从顶空吸入到液体反应介质中的叶轮系统，从而减少吸入到液体反应介质的气体的氧分压和顶空气体的氧分压之间的差。
113、如方案112所述的方法，其中将含O2气体引入到第二搅拌釜反应器内液体反应介质之上的顶空。
114、如方案111所述的方法，其中第一氧化反应区由连续搅拌釜反应器来提供，第二氧化反应区由射流喷嘴环路反应器来提供。
115、如方案110所述的方法，其中第一和第二氧化反应区分别由第一和第二连续搅拌釜反应器来提供。
116、如方案115所述的方法，其中多相颗粒催化剂包含沉积在颗粒碳载体上的贵金属。
117、如方案116所述的方法，其中颗粒碳载体的粒度分布为使约95％的催化剂粒子的最大尺寸为约3到约100μm。
118、如方案117所述的方法，其中颗粒催化剂的平均粒度是约15到约40μm。
119、如方案117所述的方法，其中在第一和第二氧化反应区内颗粒催化剂的浓度是约0.1到约10％重量，基于在氧化反应区中的催化剂和液体反应介质的总重量。
120、如方案119所述的方法，其中由第二氧化反应区排出的反应混合物流出物还包含颗粒催化剂，该方法还包括从由第二氧化反应区排出的反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成包含分离的催化剂的催化剂再循环物流。
121、如方案120所述的方法，还包括将在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂引入到第一和第二氧化反应区的至少一个中。
122、如方案121所述的方法，其中在催化剂过滤器中从反应混合物流出物分离颗粒催化剂，形成催化剂再循环物流及基本没有颗粒催化剂并包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液。
123、如方案122所述的方法，其中采用催化剂过滤器从反应混合物流出物连续分离颗粒催化剂。
124、如方案123所述的方法，其中催化剂过滤器是连续反冲过滤器。
125、如方案124所述的方法，其中反冲过滤器包含过滤器元件，并且部分滤液用于反冲过滤器元件和由过滤器元件除去分离的催化剂。
126、如方案124所述的方法，其中在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂在引入到第一和第二氧化反应区中至少之一之前，通入到催化剂存储罐中。
127、如方案126所述的方法，其中催化剂存储罐基本不含O2。
128、如方案127所述的方法，还包括将非氧化性气体引入到催化剂存储罐。
129、如方案127所述的方法，其中再循环催化剂在催化剂存储罐中的停留时间是至少约2分钟。
130、如方案121所述的方法，其中在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第一氧化反应区。
131、如方案121所述的方法，其中在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂与在中间含水反应混合物流出物中获得的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第二氧化反应区。
132、如方案121所述的方法，其中在催化剂再循环物流中含有的一部分颗粒催化剂与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第一氧化反应区，并且在催化剂再循环物流中含有的另一部分颗粒催化剂与在中间含水反应混合物流出物中获得的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第二氧化反应区。
133、如方案121所述的方法，其中从催化剂再循环物流中清除催化剂。
134、如方案133所述的方法，其中将新鲜催化剂加到催化剂再循环物流中。
135、如方案119所述的方法，其中由第一氧化反应区排出的中间反应混合物流出物还包含颗粒催化剂。
136、如方案135所述的方法，其中引入到第二氧化反应区的中间含水原料流还包含在中间反应混合物流出物中获得的颗粒催化剂。
137、如方案135所述的方法，还包括从由第一氧化反应区排出的中间反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成包含分离的催化剂的催化剂再循环物流；和将在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第一氧化反应区。
138、如方案137所述的方法，其中在催化剂过滤器中从中间反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成催化剂再循环物流及基本没有颗粒催化剂和包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的滤液，并且引入到第二氧化反应区的中间含水原料流包含所述滤液。
139、如方案138所述的方法，其中由第二氧化反应区排出的反应混合物流出物还包含颗粒催化剂，该方法进一步包括从由第二氧化反应区排出的反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成包含分离的催化剂的第二催化剂再循环物流。
140、如方案139所述的方法，其中在第二催化剂过滤器中从反应混合物流出物中分离颗粒催化剂，形成第二催化剂再循环物流及基本不含颗粒催化剂和包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第二滤液。
141、如方案140所述的方法，还包括将第二催化剂再循环物流含有的至少一部分颗粒催化剂引入到第一和第二氧化反应区的至少一个中。
142、如方案141所述的方法，其中将在第二催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂与在中间反应混合物流出物中获得的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物同时引入到第二氧化反应区中。
143 、如方案142所述的方法，其中在第一氧化反应区的平均催化剂龄不同于在第二氧化反应区的平均催化剂龄。
144、如方案143所述的方法，其中在第一氧化反应区中的平均催化剂龄大于在第二氧化反应区中的平均催化剂龄。
145、如方案143所述的方法，其中在第一氧化反应区中的平均催化剂龄小于在第二氧化反应区中的平均催化剂龄。
146、如方案140所述的方法，其中采用催化剂过滤器从中间反应混合物流出物和反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂。
147、如方案119所述的方法，还包括冷却第一氧化反应区的液体反应介质。
148、如方案147所述的方法，其中第一氧化反应区的液体反应介质在与第一搅拌釜反应器相连的包含热交换器的外部热交换循环环路中冷却。
149、如方案147所述的方法，其中第二氧化反应区以绝热方式操作。
150、如方案147所述的方法，进一步包括冷却第二氧化反应区的液体反应介质。
151、如方案150所述的方法，其中第二氧化反应区的液体反应介质在与第二搅拌釜反应器相连的包含热交换器的外部热交换循环环路中冷却。
152、如方案150所述的方法，其中在第一氧化反应区的液体反应介质的温度保持在约95℃到约105℃，第二氧化反应区的液体反应介质的温度保持在约100℃到约105℃。
153、如方案119所述的方法，其中在含水原料流中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度是约7％重量到约15％重量。
154、如方案153所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，并且将含O2气体喷布到第一和第二氧化反应区内的液体反应介质中。
155、如方案154所述的方法，其中对于每摩尔在引入到第一搅拌釜反应器的含水原料流中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，引入到第一和第二氧化反应区的总氧量是约0.5到约5摩尔O2。
156、如方案155所述的方法，其中对于每摩尔在引入到第一搅拌釜反应器的含水原料流中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，引入到第一和第二氧化反应区的总氧量是约1到约3摩尔O2。
157、如方案156所述的方法，其中对于每摩尔在引入到第一搅拌釜反应器的含水原料流中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，引入到第一和第二氧化反应区的总氧量是约1.5到约2.5摩尔O2。
158、如方案156所述的方法，其中在由第二搅拌釜反应器排出的反应混合物流出物中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度是约200到约2000重量ppm。
159、如方案158所述的方法，其中在由第二搅拌釜反应器排出的反应混合物流出物中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度是约500到约1500重量ppm。
160、如方案159所述的方法，其中在由第二搅拌釜反应器排出的反应混合物流出物中的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度是约500到约700重量ppm。
161、如方案156所述的方法，其中在第一氧化反应区中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率是至少约70％。
162、如方案161所述的方法，其中在第一氧化反应区中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率是约80％到约95％。
163、如方案162所述的方法，其中将引入到第一和第二氧化反应区的总氧的约70％到约90％引入到第一搅拌釜反应器。
164、如方案154所述的方法，其中含O2气体以使得至少约60％的O2在第一氧化反应区中被利用的速度引入到第一氧化反应区。
165、如方案164所述的方法，其中含O2气体以使得至少约80％的O2在第一氧化反应区中被利用的速度引入到第一氧化反应区。
166、如方案165所述的方法，其中含O2气体以使得至少约90％的O2在第一氧化反应区中被利用的速度引入到第一氧化反应区。
167、如方案154所述的方法，其中含O2气体以使得至少约60％的O2在第二氧化反应区中被利用的速度引入到第二氧化反应区。
168、如方案167所述的方法，其中含O2气体以使得至少约80％的O2在第二氧化反应区中被利用的速度引入到第二氧化反应区。
169、如方案168所述的方法，其中含O2气体以使得至少约90％的O2在第二氧化反应区中被利用的速度引入到第二氧化反应区。
170、如方案119所述的方法，其中在第一搅拌釜反应器中的液体反应介质的工作体积与在第二搅拌釜反应器中的液体反应介质的工作体积的比率大于1。
171、如方案170所述的方法，其中在第一搅拌釜反应器中的液体反应介质的工作体积与在第二搅拌釜反应器中的液体反应介质的工作体积的比率是约1.1到约5。
172、如方案119所述的方法，其中在第一搅拌釜反应器中的停留时间是约10到约30分钟。
173、如方案172所述的方法，其中在第二搅拌釜反应器中的停留时间是约6到约20分钟。
174、如方案119所述的方法，其中颗粒催化剂还包含催化剂表面促进剂，其比例为催化剂的至少约0.05％重量。
175、如方案174所述的方法，其中催化剂表面促进剂包含铋、锡、镉、镁、锰、镍、铝、钴、铅、钛、锑、硒、铁、铼、锌、铈、锆、碲或锗。
176、如方案174所述的方法，还包括将补充促进剂引入到反应器系统和将它与颗粒催化剂混合。
177、如方案176所述的方法，其中将补充促进剂引入到至少一个氧化反应区内的液体反应介质中。
178、如方案177所述的方法，其中将补充促进剂引入到第一氧化反应区。
179、如方案176所述的方法，其中将补充促进剂连续或间歇引入到反应器系统。
180、如方案176所述的方法，其中引入到反应器系统的补充促进剂增加了颗粒催化剂氧化在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化过程中产生的甲醛或甲酸的活性和/或选择性。
181、如方案176所述的方法，其中引入到反应器系统的补充促进剂增加了催化剂将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的活性和/或选择性。
182、如方案176所述的方法，其中补充促进剂减少了贵金属从碳载体上的浸出。
183、如方案176所述的方法，其中补充促进剂包含铋、铅、锗、碲、钛、铜和/或镍。
184、如方案183所述的方法，其中补充促进剂包含铋。
185、如方案184所述的方法，其中引入到反应器系统的补充促进剂是铋氧化物、铋氢氧化物、铋氯化物、铋溴化物、铋碘化物、铋硫化物、铋硒化物、铋碲化物、铋亚硫酸盐、铋硫酸盐、氧铋硫酸盐、氧铋亚硝酸盐、铋硝酸盐、氧铋硝酸盐、铋和镁的双硝酸盐、铋亚磷酸盐、铋磷酸盐、铋焦磷酸盐、氧铋碳酸盐、铋高氯酸盐、铋锑酸盐、铋砷酸盐、铋亚硒酸盐、铋钛酸盐、铋钒酸盐、铋铌酸盐、铋钽酸盐、铋铬酸盐、氧铋重铬酸盐、氧铋铬酸盐、氧铋和钾的双铬酸盐、铋钼酸盐、铋和钠的双钼酸盐、铋钨酸盐、铋高锰酸盐、铋锆酸盐、铋乙酸盐、氧铋丙酸盐、铋苯甲酸盐、氧铋水杨酸盐、铋草酸盐、铋酒石酸盐、铋乳酸盐、铋柠檬酸盐、铋没食子酸盐、铋焦没食子酸盐、铋磷化物、铋砷化物、铋酸钠、铋-硫氰酸、铋-硫氰酸的钠盐、铋-硫氰酸的钾盐、三甲基、三苯基、铋氯氧化物或铋碘氧化物的形式。
186、如方案185所述的方法，其中引入到反应器系统的补充促进剂是铋氧化物形式。
187、如方案186所述的方法，其中引入到反应器系统的补充促进剂是Bi2O3。
188、从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将含水蒸发原料混合物引入到蒸发区，所述原料混合物包含所述起始水溶液；在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下，在所述蒸发区中从所述原料混合物中将水蒸发出来，从而产生包含水蒸气的蒸气相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物；和在所述蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
189、如方案188所述的方法，其中将所述蒸发产物分成母液相对贫乏的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫乏的母液级分。
190、如方案189所述的方法，其中在所述蒸发区中保持所述颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率包括将在所述固体级分中获得的固体返回到所述蒸发区和将在所述固体级分中获得的固体保留在所述区内。
191、如方案190所述的方法，包括将包含所述起始水溶液的蒸发原料混合物引入到所述蒸发区的汽/液分离区，其中压力低于所述混合物的蒸气压，从而使水从蒸发原料混合物中闪蒸出来，产生了包含水蒸气的蒸气相，并将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从液相中沉淀出来，产生了包含在饱和或过饱和母液中的颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第一淤浆流；将所述蒸气相与所述第一淤浆流分离；将所述第一淤浆流引入到保留区，在此包含所述母液级分的上层液与包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和母液的第二淤浆流分离，所述保留区具有所述第一淤浆的进口，位于所述进口之上的用于所述上层液的滗析液体出口，以及位于所述进口之上但在滗析液体出口之下的所述第二淤浆的出口；和保持将所述第一淤浆引入到所述保留区，所述第二淤浆通过所述第二淤浆出口排出和所述上层液通过所述滗析液体出口排出的相对速度，使得在所述第二淤浆出口之下的所述保留区的下部区域中的上向流速足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物悬浮在液相中，而在所述第二淤浆出口之上的所述保留区的上部区域中的上向流速是在下部区域中的至少80％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物粒子的沉降速度之下。
192、如方案191所述的方法，其中将所述第二淤浆物流的至少一部分引入到所述汽/液分离区。
193、如方案192所述的方法，其中所述第二淤浆物流的至少一部分和所述起始水溶液一起构成了引入到所述汽/液分离区的蒸发原料混合物。
194、如方案193所述的方法，其中将所述起始水溶液和所述第二淤浆物流在引入到所述汽/液分离区之前混合。
195、如方案193所述的方法，其中从所述区的下部区域除去第三淤浆物流。
196、如方案195所述的方法，其中所述第三淤浆物流通过与所述第二淤浆出口分开的淤浆出口从所述下部区域除去。
197、如方案195所述的方法，其中通过将所述第二淤浆物流分为再循环物流和所述第三淤浆物流而获得所述第三淤浆物流。
198、如方案195所述的方法，其中所述起始水溶液流到所述汽/液分离区，全部或部分所述第二淤浆流再循环到所述汽/液分离区，所述上层液从所述滗析液体出口排出，所述第三淤浆流从所述保留区的下部区域排出，以及携带来自所述第三淤浆可能经受的任何固体/液体分离的物流的任何液体或固体物流返回到所述蒸发区的相对速度，足以在所述区的下部区域建立一定的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率，该比率高于通过蒸发效应逐渐产生的沉淀的固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物与由此逐渐产生的母液的比率。
199、如方案198所述的方法，其中控制所述各物流的相对流速，使得在所述区的下部区域的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体浓度，是这样的固体和母液混合物，即在没有所述再循环第二淤浆物流的情况下在所述汽/液区中通过或将通过闪蒸所述起始水溶液产生的固体和母液混合物的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体浓度的至少约2倍。
200、如方案199所述的方法，其中从所述第三淤浆中除去固体，产生再循环到所述汽/液分离区的再循环液体级分，从而所述蒸发原料混合物进一步包含所述再循环液体级分。
201、如方案200所述的方法，其中所述起始水溶液和所述再循环液体级分在引入到所述汽/液分离区之前与所述第二淤浆物流混合。
202、如方案201所述的方法，其中控制全部所述物流，包括所述再循环液体级分的相对流速，使得在所述区的下部区域中的淤浆固体含量为至少约12％重量。
203、如方案201所述的方法，其中控制所述各物流的相对流速，使得从所述第三淤浆除去的固体具有至少约200μm的中值立方加权粒度。
204、如方案201所述的方法，其中控制所述各物流的相对流速，使得从所述第三淤浆中除去的固体具有不高于约0.09m2/g的BET表面积。
205、如方案203所述的方法，其中在所述下部区域中的上向流速是其中含有的至少80％重量固体的沉降速度的至少4倍，并且在该区的上部区域中的上向流速小于所述第二淤浆中至少80％重量固体的沉降速度的四分之一。
206、如方案199所述的方法，其中所述原料混合物包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物过饱和的含水液相中的淤浆，所述原料混合物沿在所述第二淤浆出口和进到所述汽/液分离区的进口之间的再循环路径流动，没有显著的轴向反混。
207、如方案206所述的方法，其中在所述原料混合物中含有的固体的表面积足以产生中值立方加权粒度为至少约200μm的结晶N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
208、如方案207所述的方法，其中以在所述再循环路径内任何位置的含水液相中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度和在该位置的含水液相中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的饱和浓度之间的差表示的过饱和度最高不大于约0.7％重量，基于含水液相。
209、如方案207所述的方法，其中以在整个所述再循环路径中含水液相的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度和含水液相的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物饱和浓度之间的差表示的积分平均过饱和度不大于约0.5％重量，基于含水液相。
210、如方案207所述的方法，其中以在整个所述再循环路径中含水液相的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物浓度和含水液相的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物饱和浓度之间的差表示的积分平均过饱和度，比提供相同的参照蒸发器每单位工作体积结晶生产能力所需的过饱和度低至少0.2％，其中所述参照蒸发器由完全反混蒸发区组成，在蒸发区中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率等于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
211、如方案199所述的方法，其中所述第二淤浆再循环到所述汽/液分离区的速度是所述上层液从所述滗析液体出口排出速度的至少约20倍。
212、如方案191所述的方法，其中所述汽/液分离区位于所述保留区的下部区域和上部区域之间的界面之上，并且与所述上部区域隔离，所述汽/液分离区经引流管与所述保留区的下部区域保持流体流联系，以便所述第一淤浆从所述分离区流到所述下部区域。
213、如方案191所述的方法，其中该方法以基本没有到达或离开所述汽/液分离区、所述保留区、所述原料混合物或所述第二淤浆的热传递的情况下操作。
214、如方案191所述的方法，其中在蒸发时N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的沉淀主要由蒸发区中含水液相的冷却造成。
215、如方案191所述的方法，包括从所述保留区的下部区域除去蒸发产物淤浆；对所述蒸发产物淤浆进行固/液分离，获得母液相对贫乏的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫乏的母液级分；和将在所述固体级分中获得的固体返回到所述蒸发区或将在所述固体级分中获得的固体保留在所述区内，从而在所述蒸发区保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率超过通过蒸发产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此产生的母液的比率。
216、用于从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将包含所述起始水溶液的蒸发原料混合物引入到汽/液分离区，其中压力低于所述混合物的蒸气压，从而使水从蒸发原料混合物中闪蒸出来，产生了包含水蒸气的蒸气相，并使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在剩余液相中的浓度增加到超过N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物溶解度的浓度，从而N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从液相中沉淀出来，产生了包含在饱和或过饱和母液中的颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第一淤浆物流；将所述蒸气相与所述第一淤浆物流分离；将所述第一淤浆物流引入到滗析区，在该区中，包含所述母液级分的上层液与包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和母液的第二淤浆物流分离，所述滗析区具有所述第一淤浆的进口，位于所述进口之上的用于所述上层液的滗析液体出口，以及垂直位于所述进口之上但在所述上层液出口之下的所述第二淤浆的出口；和保持将所述第一淤浆引入到所述滗析区，所述第二淤浆通过所述第二淤浆出口排出和所述上层液通过所述滗析液体出口排出的相对速度，使得在所述第二淤浆出口之下的所述滗析区的下部区域中的上向流速足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物悬浮在液相中，而在所述第二淤浆出口之上的所述滗析区的上部区域中的上向流速是在下部区域中的至少80％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物粒子的沉降速度之下。
217、从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将含水蒸发原料混合物引入到蒸发区，所述原料混合物包含所述起始水溶液；在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下在所述蒸发区中将水从所述原料混合物中蒸发出来，从而产生包含水蒸气的蒸气相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物；将所述蒸发产物分成母液相对贫乏的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫乏的母液级分；和在所述蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
218、制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物引入到液体反应介质中；在所述含水液体反应介质中催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物；将包含在所述反应混合物中产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级结晶原料混合物冷却，从而使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物沉淀和产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的初级母液；从所述初级母液中分离沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和将初级母液再循环并将它引入到所述液体反应介质中，在那里N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
219、如方案128所述的方法，其中将所述反应混合物分为初级级分和二级级分，所述初级结晶原料混合物包含在所述初级级分中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。
220、如方案219所述的方法，其中从包含在所述二级级分中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级结晶器原料混合物中结晶出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和所述氧化反应的副产物的二级母液。
221、如方案220所述的方法，其中将包含在所述二级级分中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和其中含有的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水二级反应器原料混合物引入到二级氧化反应区，在那里，未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化，生成含有附加的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级氧化反应混合物，所述二级结晶器原料混合物包含所述二级氧化反应混合物。
222、如方案221所述的方法，其中所述二级氧化反应区包含含有氧化催化剂的固定床。
223、如方案220所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从所述初级结晶原料混合物中结晶的过程包含所述初级原料混合物的蒸发冷却。
224、如方案223所述的方法，其中在蒸发冷却过程中除去占所述初级结晶原料混合物的约5％至约30％重量的水。
225、如方案223所述的方法，其中所述蒸发冷却以基本绝热方式进行。
226、如方案224所述的方法，其中所述N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从所述二级结晶原料混合物中结晶的过程包含热驱动蒸发结晶。
227、如方案218所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在初级氧化反应区的所述含水液体反应介质中被氧化，从而生成初级氧化产物，该方法进一步包括将所述初级氧化产物分为完成反应原料混合物和初级结晶级分，所述含水结晶原料混合物包含所述初级结晶级分；将所述完成反应原料混合物引入到完成反应区；和将在所述完成反应原料混合物中含有的残留N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物催化氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，获得最终反应混合物。
228、如方案227所述的方法，其中所述初级氧化产物含有约0.5至约2％重量的未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸。
229、如方案228所述的方法，其中对包含在所述最终反应混合物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的二级结晶器原料混合物进行热驱动蒸发结晶，从而沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化副产物的二级母液。
230、如方案218所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在贵金属/碳催化剂的存在下连续氧化。
231、制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物引入到包含一个或多个催化反应区的催化反应器系统，
在所述催化反应器系统中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物催化氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，生成产物混合物；将所述产物混合物分为初级级分和二级级分；将N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从所述初级级分中结晶出来，获得固体N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物级分和初级母液；将初级母液再循环，用作制备所述原料混合物的水源。
232、如方案231所述的方法，其中基本全部所述初级母液再循环，作为制备所述原料混合物的水源。
233、如方案231所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸通过蒸发结晶从所述初级级分中结晶出来。
234、如方案233所述的方法，其中另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸从所述二级级分中结晶出来，从而产生二级母液。
235、如方案234所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸通过蒸发结晶从所述二级级分中结晶出来。
236、如方案235所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)甘氨酸通过以基本绝热方式进行的蒸发结晶从所述初级级分中结晶出来。
237、如方案235所述的方法，其中将所述原料混合物连续引入到所述反应器系统，所述系统内的反应区就其中的液相而言基本反混，反应放热用于将原料混合物的内容物加热到在所述反混反应区中占主导的反应温度。
238、如方案237所述的方法，其中所述反应的催化剂包含贵金属，并且可有效将选自甲醛和甲酸的C1副产物氧化，所述C1副产物的氧化进一步有助于加热所述含水原料混合物的内容物。
239、如方案231所述的方法，其中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸在包含贵金属的多相催化剂的存在下氧化，小部分贵金属在所述催化氧化反应器系统中从所述催化剂中被浸出，在所述初级级分中含有的浸出贵金属在所述初级母液中返回到所述催化反应器系统。
240、如方案239所述的方法，其中在所述再循环初级母液中含有的浸出贵金属抑制了在所述催化反应器系统中贵金属从催化剂中进一步浸出。
241、如方案239所述的方法，其中在所述再循环母液中含有的部分浸出的贵金属在所述催化反应器系统中再沉积在所述多相催化剂的表面上。
242、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流的液相原料流引入到初级氧化反应区，初级氧化反应区包含含氧化催化剂的初级固定床；将氧化剂引入到初级氧化反应区；在初级氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的初级反应混合物；从初级氧化反应区排出初级反应混合物；和将所述反应混合物和所述含水原料流间的单位重量显热含量差保持在低于每单位重量的含水原料流在反应区中产生的放热反应热。
243、如方案242所述的方法，其中将所述反应混合物和所述含水原料流间的单位重量显热含量差保持在低于每单位重量的含水原料流在反应区中产生的放热反应热的措施包括，通过将热间接传递到流经在所述床内或与所述床接触的导管的传热流体或工艺流体而冷却所述固定床。
244、如方案242所述的方法，其中将所述反应混合物和所述含水原料流间的单位重量显热含量差保持在低于每单位重量的含水原料流在反应区中产生的放热反应热的措施包括，将包含在反应中产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的再循环级分引入到所述床中，其中所述再循环级分已在所述固定床的外部被冷却。
245、如方案244所述的方法，包括将初级反应混合物分为初级产物级分和初级反应器循环级分；
让初级反应混合物或初级反应器再循环级分通过热交换器，以便除去N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的氧化热；和将初级反应器再循环级分返回到初级氧化反应区。
246、如方案245所述的方法，其中在将所述初级反应混合物分割之前，使所述初级反应混合物通过所述热交换器。
247、如方案245所述的方法，其中初级反应器再循环级分的体积流速与初级产物级分的体积流速的比率为至少约0.5∶1。
248、如方案247所述的方法，其中初级反应器再循环级分的体积流速与初级产物级分的体积流速的比率为约1∶1到约1 0∶1。
249、如方案244所述的方法，其中将含水原料流和初级反应器再循环级分混合，获得合并的进口物流，引入到氧化反应区的液相原料流包含所述合并的进口原料流。
250、如方案249所述的方法，其中含水原料流包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物基本饱和的水溶液中的淤浆，并且初级反应器再循环级分具有比含水原料流更低的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物含量，从而通过将含水原料流与初级反应器再循环级分混合获得的合并的进口物流在初级固定床的液体进口区域中占主导的条件下基本不含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物固体。
251、如方案250所述的方法，其中含水原料流包含含有约8至约15％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的淤浆，初级反应器再循环级分包含含有约0.5至约5％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的溶液。
252、如方案242所述的方法，进一步包括将包含至少一部分初级产物级分的第二反应器原料混合物引入到第二氧化反应区，第二氧化反应区包含含有氧化催化剂的第二固定床；将氧化剂引入到第二氧化反应区中；和在第二氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物和副产物C1化合物连续氧化，生成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第二反应产物混合物。
253、如方案252所述的方法，其中在含水原料流中含有的至少95％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在初级和第二氧化反应区中被氧化。
254、如方案253所述的方法，其中在含水原料流中含有的至少98％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物在初级和第二氧化反应区中氧化。
255、如方案242所述的方法，其中在初级氧化反应区中的初级固定床含有贵金属/碳催化剂。
256、如方案255所述的方法，其中在初级氧化反应区中的初级固定床含有无贵金属的碳催化剂。
257、如方案256所述的方法，进一步包括将第二反应混合物的至少一部分引入到包含含有氧化催化剂的固定床的第三氧化反应区；将氧化剂引入到第三氧化反应区；和在第三氧化反应区中将副产物C1化合物连续氧化，生成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第三反应产物混合物。
258、如方案257所述的方法，进一步包括在第三氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化。
259、如方案257所述的方法，其中在第三氧化反应区中的固定床含有贵金属/碳催化剂，在第三氧化反应区中的反应包括催化氧化在第二反应混合物中保留的C1化合物。
260、如方案257所述的方法，其中液相反应混合物以基本活塞流和在基本没有所述第三反应产物混合物再循环或从中分出其它流出物的情况下通过第三固定床。
261、如方案260所述的方法，其中第三氧化反应区在基本没有液相反应混合物反混的情况下操作。
262、如方案255所述的方法，其中在初级氧化反应区中的固定床含有贵金属/碳催化剂，C1化合物在初级氧化反应区中被氧化。
263、如方案252所述的方法，其中液相反应混合物以基本活塞流和在基本没有所述第二反应产物混合物再循环或从中分出其它流出物的情况下通过第二固定床。
264、如方案252所述的方法，其中第二氧化反应区在基本没有液相反应混合物反混的情况下操作。
265、如方案252所述的方法，进一步包括将在第二氧化反应区中产生的反应热传递到冷却流体中。
266、如方案252所述的方法，其中第二氧化反应区以基本绝热方式操作。
267、如方案242所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，并且在初级氧化反应区中的液相流路上的积分平均氧分压是至少约50psia。
268、如方案267所述的方法，其中在初级氧化反应区中的液相流路上的积分平均氧分压是至少约100psia。
269、如方案267所述的方法，其中在反应器气体出口处的气相的氧浓度是约20％至约30％体积。
270、如方案267所述的方法，其中在初级氧化反应区中的氧利用率是约50％至约95％。
271、如方案242所述的方法，其中在经过初级氧化反应区的液相流路上的积分平均液相温度是约80℃至约130℃。
272、如方案242所述的方法，其中在经过初级氧化反应区的液相流路上的积分平均液相温度是约105℃至约120℃。
273、如方案242所述的方法，其中催化剂表面积与在初级固定床中的液相反应混合物的体积的比率是约100到约6000m2/cm3。
274、如方案273所述的方法，其中催化剂表面积与在初级固定床中的液相反应混合物的体积的比率是约200到约2000m2/cm3。
275、如方案242所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，且液相和气相同向流经初级固定床。
276、如方案242所述的方法，其中氧化剂是含O2气体，且液相和气相反向流经初级固定床。
277 、如方案242所述的方法，其中在初级固定床内的催化剂活性沿经过反应器的液相流路变化，在相对于液相流的方向的初级固定床的上游部分中的催化剂活性低于下游部分中的催化剂活性。
278、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到系列氧化反应区的第一个，系列氧化反应区的每一个包含氧化催化剂；在第一氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，产生中间氧化反应产物；将中间氧化反应产物引入到包含含有贵金属/碳催化剂的固定床的第二氧化反应区；和在第二氧化反应区中氧化副产物甲醛和/或甲酸。
279、如方案278所述的方法，其中第一和第二氧化反应区包含连续氧化反应区，含水原料流连续或间歇引入到第一氧化反应区，中间氧化产物连续或间歇从第一氧化反应区中排出并连续或间歇引入到第二氧化反应区。
280、如方案279所述的方法，其中中间氧化反应产物在引入到第二氧化反应区之前被冷却。
281、如方案280所述的方法，其中各氧化反应区包含含有用于将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的催化剂的固定床，除了该系列最后一个以外的每一个氧化反应区都产生了中间反应产物，所述产物被引入到该系列中的下一个氧化反应区，而包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的最终反应产物从最后一个氧化反应区排出。
282、如方案281所述的方法，其中该系列包含两个以上氧化反应区，从前两个氧化反应区的每一个排出的中间反应混合物在引入到下一个氧化反应区之前被冷却。
283、如方案282所述的方法，其中中间反应混合物在引入到下一个氧化反应区之前被冷却。
284、如方案282所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约15％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，并且所述最终反应混合物含有至少约12％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计。
285、如方案284所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约25％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，并且所述最终氧化反应混合物含有至少约20％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计。
286、如方案285所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约35％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，并且所述最终氧化反应混合物含有至少约28％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计。
287、如方案284所述的方法，其中最终氧化反应通过除去其中的水来浓缩。
288、如方案287所述的方法，其中将所述最终反应混合物引入到闪蒸区，闪蒸区中压力低于所述最终氧化反应混合物在其从所述系列反应器的最后一个排出时的温度下的蒸气压。
289、如方案278所述的方法，其中第一氧化反应区包含在连续搅拌釜反应器内的基本反混氧化反应区。
290、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，固定床中的液相的质量流率与气相的质量流率比是约20至约800。
291、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床中的液相滞留量与总床体积的体积比是约0.1至约0.5。
292、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床的液体出口处的氧分压不高于约100psia。
293、如方案292所述的方法，其中在固定床液体出口处的氧分压是约10至约50psia。
294、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.1ppm的固定床的任意位置，氧分压不高于约50psia。
295、如方案294所述的方法，其中在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.2ppm的固定床的任何位置，氧分压不高于约50psia。
296、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区，固定床中催化剂表面积与液体滞留量的比是约100到约6000m2/cm3；将氧化剂引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
297、如方案296所述的方法，其中固定床中催化剂表面积与液体滞留量的比率是约200至约2000m2/cm3。
298、如方案297所述的方法，其中固定床中催化剂表面积与液体滞留量的比率是约400至约1500m2/cm3。
299、如方案297所述的方法，其中催化剂包含负载在碳上的铂，并且在催化剂上的铂载量低于在利用Pt/C淤浆催化剂的连续搅拌釜反应器中在相同的温度下提供等同生产率所需载量的70％，所述生产率以磅N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物/(小时·磅催化剂)表示。
300、如方案297所述的方法，其中催化剂包含含有少于3％重量铂的铂/碳催化剂。
301、如方案296所述的方法，其中沿固定床中的液体流路的积分平均氧分压为至少约50psia。
302、如方案296所述的方法，其中在固定床中液相的积分平均温度是约80℃至约130℃。
303、如方案296所述的方法，在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.1ppm的固定床的任意位置，氧分压不高于约50psia。
304、如方案297所述的方法，其中在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.2ppm的固定床的任意位置，氧分压不高于约50psia。
305、如方案296所述的方法，其中在氧化反应区中的氧利用率是在约50％和约95％之间。
306、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床中沿液体流路的积分平均氧分压是至少约50psia，并且在固定床中的液相的积分平均温度是约80℃至约130℃。
307、如方案306所述的方法，其中在固定床中沿液体流路的积分平均氧分压是至少约100psia，并且在固定床中的液相的积分平均温是约105℃至约120℃。
308、如方案306所述的方法，其中在固定床液体出口处的氧分压不高于约100psia。
309、如方案306所述的方法，其中在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.1ppm的床的任意位置，氧分压不高于约50psia。
310、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应区，该氧化反应区包含含有氧化催化剂体和用于促进气/液传质的其它措施的固定床；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
311、如方案310所述的方法，其中所述促进气/液传质的其它措施包含惰性填料。
312、如方案311的方法，其中所述填料起催化剂的稀释剂的作用，从而调控催化剂床的活性。
313、如方案312所述的方法，其中在流体流动方向，催化剂床的活性随在所述方向中催化剂体的表面积与惰性填料的表面积的比率的变化而变化。
314、如方案311所述的方法，其中所述惰性填料选自环状、鞍状和结构填料。
315、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物的液相原料流引入到初级氧化反应区，该初级氧化反应区包含含有氧化催化剂的固定床；将氧化剂引入到初级氧化反应区；在初级氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含初级反应混合物的液相出口物流，所述初级反应混合物含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；和从初级氧化反应区排出液相出口物流；所述液相原料流引入速度和所述液相出口物流排出速度应使得所述固定床中基于总床体积的液相时空速度是约0.5hr-1至约20hr-1。
316、如方案315所述的方法，其中在所述固定床中的液相时空速度是约3hr-1至约20hr-1。
317、如方案315所述的方法，其中在所述固定床内N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率为至少约50％。
318、如方案315所述的方法，其中所述液相时空速度是约0.5h-1至约5hr-1，并且在所述固定床内N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物至N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的转化率为至少约95％。
319、如方案315所述的方法，其中在所述初级氧化反应混合物中的残留N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物不高于约0.2ppm。
320、如方案319所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约15％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，并且其中产生的最终反应混合物含有至少约12％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计，所述最终氧化反应混合物包含所述初级氧化反应混合物，初级产物包含所述初级氧化反应混合物的一部分，或通过将所述初级反应混合物或所述初级产物级分引入到包含一个或多个另外的反应区的二级反应系统，以便进一步将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和/或氧化甲醛或甲酸而获得的其它反应混合物。
321、如方案320所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约25％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，和所述最终氧化反应混合物含有至少约20％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计。
322、如方案321所述的方法，其中所述含水原料混合物含有至少约35％重量的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，按酸当量基准计，和所述最终氧化反应混合物含有至少约28％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的水溶性盐，按酸当量基准计。
323、如方案320所述的方法，其中最终氧化反应混合物通过从中除去水来浓缩。
324、如方案323所述的方法，其中将所述最终反应混合物引入到闪蒸区，其中压力低于所述最终氧化混合物在其排出所述初级反应器或所述二级反应系统的温度下的蒸气压。
325、如方案323所述的方法，其中从所述最终氧化反应产物中除去水，产生含有按酸当量基准计至少约40％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物水溶性盐的浓缩溶液。
326、如方案325所述的方法，其中从所述最终氧化反应产物中除去水，产生含有按酸当量基准计至少约40％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物水溶性盐的浓缩溶液。
327、如方案315所述的方法，其中来自所述初级反应区的所述液相出口物流的温度保持低于参照的自生绝热反应温度，该温度是在没有任何保持较低出口温度的措施的情况下由所述初级反应混合物吸收在所述初级反应区中产生的反应热而产生的温度。
328、如方案327所述的方法，其中将所述液相出口物流的温度保持在所述参照温度以下的措施包括，通过将热间接传递到流经在所述床内或与所述床接触的导管的冷却流体，包括传热流体或工艺流体而冷却所述固定床。
329、如方案328所述的方法，其中将所述固定床设置在壳管式热交换器的壳侧或管侧，所述冷却流体经过交换器的另一侧。
330、如方案329所述的方法，其中所述固定床包含分开设置在壳管式热交换器的管中的多组分床，所述含水原料混合物和氧化剂分布在所述组分床中，以便在其中将所述N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物转化为所述N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，所述冷却流体流经所述热交换器的壳侧。
331、如方案329所述的方法，其中所述固定床包含在壳管式热交换器的壳内。
332、如方案327所述的方法，其中所述固定床包含贵金属/碳催化剂，并且液相反应混合物以基本活塞流方式通过所述热交换器内的固定床，从而促进副产物甲醛和/或甲酸在其中氧化。
333、如方案327所述的方法，其中将从所述床排出的所述液相的温度保持在所述参照温度以下的措施包括，将包含在反应中产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的再循环级分引入到所述床，其中所述再循环级分已在所述固定床的外部被冷却，所述液相原料流包含所述含水原料混合物和所述再循环级分。
334、如方案333所述的方法，包括将液相出口物流分为初级产物级分和初级反应器循环级分；让液相出口物流或初级反应器循环级分通过热交换器，以便除去N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化热；和使初级反应器循环级分返回到初级氧化反应区。
335、如方案334所述的方法，其中在分割所述初级反应混合物之前让所述初级反应混合物通过所述热交换器。
336、如方案315所述的方法，其中所述催化剂包含铂/碳催化剂，该催化剂含有不高于3％的铂，按总催化剂基准计。
337、用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的第一组分原料流引入到系列连续反应区的第一个，所述系列反应区的每一个含有氧化催化剂；将氧化剂引入到该系列反应区的第一个；在所述第一反应区中催化氧化所述底物，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的中间反应混合物物流；将从所述第一反应区排出的中间反应混合物转移到该系列反应区的第二个；在所述系列反应区的每一个中催化氧化所述底物；从每一个所述反应区排出中间反应混合物；将在前一反应区产生的中间反应混合物引入到各后继反应区中；将其它组分原料流引入到在所述系列中第一反应区之后的一个或多个所述反应区的每一个中，各所述其它原料流包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；将氧化剂引入到在所述系列中第一反应区之后的一个或多个反应区中；和从所述系列反应区的最后一个中排出最终反应产物。
337、如方案336所述的方法，其中将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的其它组分原料流引入到所述系列反应区的每一个中。
338、如方案337所述的方法，其中将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的其它组分原料流引入到所述系列反应区的每一个中。
339、如方案338所述的方法，其中将氧化剂引入到所述系列反应区的每一个中。
340、如方案339所述的方法，在所述系列中包含至少三个连续反应区。
341、如方案337所述的方法，其中一个或多个所述其它组分原料流含有固体N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物。
342、如方案337所述的方法，其中所述N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的水溶性盐，并且所述盐在所述组分原料溶液中的平均浓度应使得所述最终氧化反应混合物含有至少约10％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸水溶性盐，按酸当量基准计。
343、如方案342所述的方法，其中所述盐在所述组分原料溶液中的平均浓度应使得所述最终氧化反应混合物含有至少约20％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸水溶性盐，按酸当量基准计。
344、如方案343所述的方法，其中所述盐在所述组分原料溶液中的平均浓度应使得所述最终氧化反应混合物含有至少约28％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸水溶性盐，按酸当量基准计。
345、如方案341所述的方法，其中最终氧化反应混合物通过从中除去水来浓缩。
346、如方案345所述的方法，其中将所述最终反应混合物引入到闪蒸区，其中压力低于所述最终氧化反应混合物在其排出所述初级反应器或所述二级反应系统时的温度下的蒸气压。
347、如方案345所述的方法，其中从所述最终氧化反应产物中除去水，产生含有按酸当量基准计至少约40％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸水溶性盐的浓缩溶液。
实施例以下实施例仅用来进一步说明和解释本发明。因此本发明不受实施例中任何细节的限制。
实施例1测定碳载体的孔体积使用Micromeritics ASAP 2000表面积和孔体积分布仪来获取数据。总表面积测定包括在恒定温度，例如在液氮的温度即-196℃下，将已知重量的固体暴露于一定压力的非特异吸附气体。在平衡过程中，气体分子离开主体气体，吸附到表面上，引起主体气体中平均分子数目下降，进而降低了压力。记录随气体的饱和蒸气压p0变化而变化的平衡时的相对压力p。通过结合该压力下降与容器和样品的体积，应用理想气体定律可以计算吸附气体的量(即分子数)。这些数据在约0.1到0.3的相对压力(p/po)下测量，在这种情况一般适用多层吸附的Brunauer、Emmett和Teller(BET)方程式。用已知的吸附气体分子的数目，可以使用吸附物的“已知”截面积计算表面积。对于仅发生由于范德华力的物理吸附的场合(即I型朗谬尔等温线)，由所测得的压力变化，使用BET方程式来确定表面积。孔径和孔径分布通过获取接近p/po＝1(即其中发生多层吸附和毛细冷凝的状态)的相对压力数据来计算。通过应用Kelvin公式和由Barrett、Joyner和Halenda(BJH)开发的方法，可以获得孔体积和面积。
实施例2碳载体的高温去氧可以使用在以下实施例中所述的高温去氧程序，用任何碳载体来获得去氧碳载体。
使用NH3/H2O气体的单步高温去氧#1将活性炭载体(2.5g)装入1.9cm(内径)×40.6cm长石英管中。该管与通过将70-100ml/min N2气流喷射经过70℃的10％NH4OH水溶液获得的气流连通。然后将石英管放入预热的30.5cm管式炉中，在930℃下热解60分钟，然后在不接触任何空气的干燥N2气氛下冷却到室温。
使用NH3/H2O气体的单步高温去氧#2将活性炭载体(3.55g)放入到1.9cm(内径)×35.6cm长石英管中。该管与50ml/min的NH3和89ml/min的蒸汽的气流连通，然后放入到预热的30.5cm管式炉中，并在930℃下热解30分钟。随后将该管在不接触任何空气的干燥N2气氛下冷却到室温。
为了显示在将贵金属分布到载体表面之前将碳载体去氧的优点，比较以下两种催化剂的性能一种具有碳载体，在将铂分散到该载体表面之前使用以上处理去氧；一种具有SA-30碳载体(Westvaco Corp.Carbon，Department Coyington，VA)，它按Westvaco的来样使用。使用在以下实施例3中所述的技术将铂分散到碳载体的表面。然后将催化剂还原。在一个实验中，催化剂使用NaBH4还原(规程参阅实施例12)。在第二个实验中，通过将催化剂在20％H2和80％氩气中在640℃下加热8小时来还原催化剂。
采用在实施例5中所述的反应条件，使用所述还原的催化剂来催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸至N-(膦酰基甲基)甘氨酸(即草甘膦)的氧化。表1给出了结果。去氧碳载体的使用获得了更小的CO解吸值，更少的贵金属浸出，更高的甲醛活性和更短的反应时间。
表1在将贵金属分散到碳载体的表面之前将碳载体去氧的效果
1、当≥98％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸已被消耗时。
实施例3、将铂沉积到碳载体的表面将20g的NUCHAR活性炭SA-30(Westvaco Corp.CarbonDepartment，Covington，VA)在2L水中拌浆2小时。然后，用3-4小时滴加溶解在约900ml水中的2.81g的H2PtCl6。在添加完H2PtCl6溶液之后，将淤浆再搅拌90分钟。然后使用NaOH将淤浆的pH重新调节到10.5，再搅拌10-14小时。将所得淤浆过滤，用水洗涤，直到滤液达到恒定的电导率。将湿滤饼在125℃和真空下干燥10-24小时。该物料在还原后，得到了5％的Pt/C。
应该认识到，以上工序也可以用于将铂沉积到其它碳载体的表面。
实施例4碳载体的高温氢还原将约5.8g的由5％铂负载在NUCHAR SA-30碳载体(Westvaco Corp.Carbon Department，Covyington，VA)上组成的干燥、未还原催化剂在135℃下在氩气中就地脱水1小时，之后，在640℃下用在氩气中的20％H2还原11小时。在氩气中的20％H2气氛下冷却到室温后，该催化剂准备完毕可以使用。
应该认识到，以上工序还可以用于加热其它碳载体。
实施例5使用催化剂将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸本实施例示范了使用高温气相还原来改进催化剂性能。
将由5％铂/活性炭载体组成的Aldrich催化剂(目录号20，593-1，Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)在640℃下，在20％H2和80％氩气的存在下加热4-6小时。随后，它用于N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸至草甘膦的氧化。将它的性能与Aldrich催化剂样品(按Aldrich的来样使用)的性能比较。
使用11.48g的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，0.5％催化剂(干基准)，140g的总反应物质，90℃的温度，50psig的压力，900rpm的搅拌速度和100ml/min的氧流速，在200ml玻璃反应器中进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化反应。
表2给出了结果。高温氢还原催化剂具有更少的浸出，更好的甲醛活性，并产生了更少的N-甲基-N-(膦酰基甲基)甘氨酸。还有，当使用高温氢还原催化剂时，反应时间缩短30％。
表25％Pt/活性C(Aldrich目录号20，593-1)的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化结果
实施例6使用催化剂将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸的其它实施例本实施例示范了使用高温气相还原处理和氨洗涤来改进催化剂性能。
比较六种催化剂在催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化中的性能。这些催化剂是(a)由5％铂/活性炭载体组成的催化剂(目录号33，015-9，Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)；(b)用氨洗涤后的该催化剂(氨洗涤使用与实施例10所述相同的技术来进行，只是催化剂淤浆的pH被调节和保持在11.0而非9.5)；(c)在75℃下在20％H2和80％氩气中加热4-6小时的该催化剂(GPR @ 75℃)；(d)在640℃下在20％H2和80％氩气的存在下加热4-6小时后的该催化剂(GPR @ 640℃)；和(e)在用氨洗涤和然后在640℃下在20％H2和80％氩气的存在下加热4-6小时后的两种催化剂。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应条件与实施例5相同。
表3给出了结果。未处理的催化剂显示了相对高的浸出和差的甲醛活性。在H2的存在下在640℃的高温气相还原导致了最大的浸出下降和甲醛活性增高。在75℃下在20％H2中加热催化剂将浸出降低至较低的程度，但没有增强甲醛活性。
表35％Pt/活性炭(Aldrich目录号33，015-9)的NPMIDA氧化结果
1、“GPR”是指在H2中还原2、“ND”是指未检测到在下面的实验中，在催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸时分析五种催化剂。这些催化剂是(a)由5％铂/NUCHAR SA-30组成的催化剂(Westvaco Corp.，Carbon Department，Covington，VA)；(b)用NaBH4处理后的该催化剂(规程参阅实施例12)；(c)在75℃下在20％H2和80％氩气中加热4-6小时的该催化剂(GPR@75℃)；(d)在640℃下在20％H2和80％氩气中加热4-6小时后的该催化剂(GPR@640℃)；和(e)在用氨洗涤(使用与实施例10所述相同的技术)和然后在640℃下在20％H2和80％氩气中加热4-6小时后的该催化剂。反应条件与实施例5中的那些条件相同。
表4给出了结果。未处理的催化剂显示了相对高的铂浸出和低甲醛活性。用NaBH4处理后的催化剂也显示了高浸出和低甲醛活性，GPR@75℃的催化剂也是如此。相反，GPR@640℃显示了更高的甲醛活性和更少的浸出。
表4使用5％Pt/NUCHAR SA-30的NPMIDA氧化结果
实施例7催化剂表面的C/O和O/Pt比率的影响使用PHI Quantum 2000 ESCA Microprobe Spectrometer(PhysicalElectronics，Eden Prairie，MN)分析各种新鲜催化剂表面的碳原子与氧原子比率和氧原子与铂原子比率。表面分析通过化学分析用电子能谱法(“ESCA”)来进行，采用推迟模式的、有固定带通能的分析仪(恒定分辨率)的仪器。该分析需要用软X射线，例如AlKα(1486.6eV)照射样品，它的能量足以电离芯电子和价电子。射出的电子以等于激发辐射和电子的“结合能”之间的差的动能离开样品(忽略功函效应)。因为在光电子峰中仅测量弹性电子，即不通过任何非弹性相互作用遭受能量损失的那些电子，以及因为电子在固体中的非弹性平均自由程是短的，所以ESCA固有地是表面敏感技术。电子的动能使用静电分析仪来测量，电子的数目使用电子倍增器来测定。数据以所检测的电子数对电子的结合能来提供。使用用于激发光电子的单色AlKαX射线，用设定用于117eV带通能的分析仪来获取ESCA测量谱。X射线源在40瓦功率下操作，由被照射的样品上的200μm点收集数据。这些条件获得了高灵敏度，但能量分辨率低。波谱采用在1100eV到0eV区域内的1.0eV步长和叠加(co-adding)重复扫描来累积，以便在数据中获得可接受的信噪比。使用由销售商提供的带有使用方法的标准数据处理和分析程序来鉴定和定量元素。由光电子峰的相对强度获得了元素Pt/C/O的相对原子浓度。ESCA分析使用特定仪器构型的表列响应因子，一般具有±20％的精度。
表5显示了各新鲜催化剂表面的C/O和O/Pt比率，以及各催化剂在单循环N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中的浸出量。
表5C/O和O/Pt比率在NPMIDA氧化过程中的影响1
1、反应条件与实施例5所用那些条件相同。
2、μg浸出到溶液中的Pt/g所生产的草甘膦。
3、mg甲醛/g所生产的草甘膦。
4、“ND”是指未检测到。
5、用实施例2的单步高温技术#2去氧的碳载体。
6、如实施例11中所述使用二亚硝酸·二氨合铂(II)沉积的Pt。
实施例8使用热重量分析与在线质谱分析法(TGA-MS)的催化剂表面分析通过热重量分析与在线质谱分析法(TGA-MS)，在氦气下测定各种新鲜催化剂表面的含氧官能团的浓度。为了进行该分析，将新鲜催化剂的干燥样品(100mg)投入到梅特勒天平上的陶瓷杯中。然后在室温下用氦气以150ml/min的流速吹扫样品周围的气氛达10分钟。温度随后以10℃/分钟的速度从20℃升至900℃，然后在900℃下保持30分钟。用在线质谱仪测定一氧化碳和二氧化碳的解吸量。质谱仪在单独的实验中使用草酸钙一水合物样品在相同的条件下校准。
表6给出了使用TGA-MS测定的每克各催化剂所解吸的一氧化碳量，以及各催化剂在使用与实施例5相同的反应条件的单循环N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应过程中的浸出量。如表6所示，浸出往往随CO解吸量的下降而下降，并且当解吸量不高于1.2mmol/g(mmol解吸的CO/g催化剂)时，浸出量特别低。
表6在TGA-MS过程中作为CO从催化剂表面解吸的含氧官能团的影响
1、mmol CO/g催化剂2、μg浸出到溶液中的贵金属/g所生产的草甘膦3、mg甲醛/g所生产的草甘膦实施例9在高温气相还原过程中温度的影响本实施例举例说明了当在还原剂的存在下加热催化剂时使用各种温度的影响。
具有在活性炭载体(在铂沉积之前使用实施例2中所述的单步高温去氧技术2#去氧)上的5％铂的未还原催化剂，在各种温度下在10％H2和90％氩气中加热约2小时。催化剂然后用于催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应。反应使用5gN-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，0.157％催化剂(干基准)，200g的总反应物质，80℃的温度，0psig的压力，和150ml/min的氧流速，在250ml玻璃反应器中进行。
结果在表7中给出。将还原温度从125℃增加到600℃减少了贵金属浸出量和增加了在N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化为草甘膦的反应过程中的甲醛氧化活性。
表7还原温度的影响
1、1.00的归一化值对应于在该实验中在溶液中发现的最高Pt量。
2、1.00的归一化值对应于在该实验中的最高甲醛活性。
实施例10用氨洗涤催化剂由5％铂/活性炭载体(在铂沉积到载体上之前使用在实施例2中所述的单步高温去氧技术#2去氧)组成的未还原催化剂(6.22g)在500ml水中拌浆30分钟。之后，用稀氨水将淤浆的pH调节到9.5，并将淤浆搅拌1小时，其中定期加入氨水以保持pH在9.5。将所得淤浆过滤，用约300ml水洗涤1次。湿滤饼然后在真空和125℃下干燥约12小时。该催化剂在640℃下在10％H2和90％氩气中加热11小时，然后与由5％铂/NUCHAR活性炭组成的两种其它催化剂比较(a)一种在室温下用NaBH4还原(规程参阅实施例12)，和(b)一种在640℃下在10％H2和90％氩气中加热11小时。反应条件与实施例5中的那些条件相同。
结果在表8中给出。在高温氢还原之前用氨洗涤的催化剂的铂浸出最低。
表8氨洗涤的效应
1、这些量是基于每克所生产的草甘膦。
实施例11少量氧化的贵金属前体的使用使用二亚硝酸·二氨合铂(II)将铂沉积在活性炭载体上。使用在实施例2中所述的单步高温去氧技术#2将约20g的活性炭载体去氧。接着，将载体在2L水中拌浆2小时。然后在3-4小时的过程中，滴加用水稀释到400g的约51.3g的二亚硝酸·二氨合铂(II)3.4％溶液。在添加完成后，继续搅拌另外90分钟。通过添加稀NaOH水溶液将pH重新调节到10.5，并再搅拌10-14小时。然后过滤淤浆，用大量的水洗涤，直到滤液达到恒定的电导率。湿滤饼在真空下在125℃干燥10-24小时。所得催化剂在640℃下在10％H2和90％氩气中加热4-6小时。
使用H2PtCl6将铂沉积到相同的碳上来制备对照物。对照物在与使用二亚硝酸·二氨合铂(II)制备的催化剂相同的条件下加热。
比较这些催化剂催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化反应。反应条件与实施例5中的那些条件相同。
使用二亚硝酸·二氨合铂(II)制备的催化剂与对照物相比具有较少的浸出。仅1.21μg铂/g所生产的草甘膦浸出到溶液中，这比对照物要好约3倍。
实施例12使用NaBH4还原催化剂表面本实施例的目的是证明使用NaBH4还原催化剂的影响。
将约5g的活性炭载体(在将铂沉积到载体上之前用在实施例2中所述的单步高温去氧技术#2去氧)与85ml蒸馏水在250ml圆底烧瓶中拌浆。淤浆在真空中搅拌约1小时。接着，将在28ml蒸馏水中的0.706g H2PtCl6以约1ml/100秒的速度加入到淤浆中，同时仍施加真空。在真空中搅拌过夜之后，通过进给N2气流将反应器恢复至大气压。在让淤浆沉降之后，滗析约30ml的无色上清液。将剩余淤浆转移到100ml特氟隆圆底烧瓶中。此时，用0.3g NaOH将pH调至12.2。然后，以0.075ml/min的速度加入2.3ml NaBH4的14M NaOH溶液。随后，将所得淤浆搅拌1小时，过滤，再用50ml蒸馏水洗涤5次。然后将催化剂在125℃和6mmHg下干燥12小时。
所得催化剂用于催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化。反应使用0.5％催化剂，8.2％N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，180g的总反应物质，65psig的压力，90℃的温度，900rpm的搅拌速度，和72ml/min的氧给料速率，在300ml不锈钢反应器中进行。
还在相同的反应条件下使用5.23％铂/活性炭载体(在将铂沉积到载体上之前用在实施例2中所述的单步高温去氧技术#2去氧)进行对照实验。
表9给出了使用NaBH4还原催化剂的结果，表10给出了对照实验的结果。用NaBH4还原减少了贵金属浸出量。它还减少了在一定使用期后的甲醛和NMG的量。
表9使用用NaBH4处理的催化剂的结果
表10使用不用NaBH4处理的催化剂的结果
实施例13铋作为催化剂表面促进剂的使用制备由在10-3M甲酸溶液中的10-3MBi(NO3)3·5H2O组成的500g溶液。将该溶液加入到含有6.0g 5％铂/活性炭载体的500g 5％甲醛溶液中。将溶液在40℃下在N2下搅拌过夜，然后用磁漏斗过滤。干燥等分试样，随后用X射线荧光分析。催化剂具有63％的干燥损失(“LOD”)。发现干燥的催化剂含有大约3％的铋和4％的铂。
将以下物质投入到300ml不锈钢高压釜中16.4gN-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸；4.16g活性炭催化剂，0.68g在其表面包含3％铋/4％铂的以上催化剂，和179.4g的水。反应在65psig的压力，90℃的温度，38ml/min的氧流速和900rpm的搅拌速度下进行。反应进行到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被耗尽。通过过滤分离产物溶液和催化剂，溶液再用6g的50％NaOH溶液中和。将催化剂循环5次，不进行清除。分析各循环的产物溶液。两个对照以与以上相同的方式进行，只是省却0.68g的Bi/Pt/碳催化剂。
结果在表11中给出。具有Bi/Pt/碳催化剂的循环在产物中产生较低水平的甲醛，甲酸和NMG。
表11使用Pt/Bi/C催化剂的NPMIDA氧化结果
1、DBNQ＝可以检测到，但不能定量。
实施例14将锡促进剂沉积在碳载体上将活性炭(20g)在约2L水中拌浆。接着，将0.39g SnCl2·2H2O溶解在500g0.5％HNO3中。将该溶液滴加到碳淤浆中。在添加完所有溶液之后，将淤浆搅拌2小时。然后将pH调节到9.5，将淤浆再搅拌几小时。接着，过滤淤浆，用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率为止。湿滤饼在125℃和真空下干燥，获得了1％Sn/C。在干燥之后，将1％Sn/C在500℃和氩气中煅烧6小时。
为了将铂沉积到碳载体上，首先将5g1％Sn/C在约500ml水中拌浆。然后将0.705g H2PtCl6溶解在约125ml水中，再滴加。在添加完所有H2PtCl6溶液之后，将淤浆搅拌2.5小时。然后用稀NaOH溶液将pH调至9.5，再继续搅拌几小时。然后过滤淤浆，用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率为止。湿滤饼在125℃下在真空中干燥。
该技术产生了包含负载在碳上的5％Pt和1％Sn的催化剂。
实施例15将铁促进剂沉积到碳载体上将约5g活性炭在约500ml水中拌浆。接着，将0.25g FeCl3·6H2O溶解在75ml水中。将该溶液滴加到碳淤浆中。在添加完所有溶液后，将淤浆搅拌2小时。然后过滤淤浆，用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率。湿滤饼在125℃和真空下干燥，获得了1％Fe/C。在干燥之后，1％Fe/C在氩气中在约500℃下煅烧8小时。
为了将铂沉积到碳载体的表面上，首先将2.5g的1％Fe/C在约180ml水中拌浆。然后，将0.355g的H2PtCl6溶解在约70ml水中，再滴加。在添加完所有H2PtCl6溶液之后，将淤浆再搅拌3小时。然后用稀NaOH溶液将pH调至约10.0，再继续搅拌几小时。接下来，过滤淤浆，用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率为止。湿滤饼在125℃下在真空中干燥。
该技术产生了包含负载在碳上的5％Pt和1％Fe的催化剂。
实施例16在碳载体表面上存在贵金属的作用本实施例显示了使用在其表面上具有贵金属的碳载体而非在表面上没有贵金属的单纯碳催化剂来进行N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化的优点。
N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应在单纯碳催化剂(使用在实施例2中所述的单步高温去氧技术#2去氧)的存在下进行。反应使用0.365％催化剂，8.2％N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，200g的总反应物质，65psig的压力，90℃的温度，900rpm的搅拌速度和38ml/min的氧给料速率，在300ml不锈钢反应器中进行。
表12给出了单纯碳催化剂的5个循环的反应时间(即，至少98％的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被消耗的时间)。表12还给出了在实施例12所述的反应条件下，实施例12中的两种Pt/C催化剂在6个循环中的反应时间。如可以从表12中看到的那样，单纯碳催化剂在每次循环中的去活化比在表面上具有贵金属的碳催化剂的去活化通常倾向于更大(即反应时间往往每循环增加更多)。在将贵金属沉积到表面上之后催化剂用NaBH4还原的场合，去活化尤其少。不受任何特定理论的制约，据信因为NaBH4还原催化剂上的铂浸出少于其它Pt/C催化剂上的铂浸出，所以用NaBH4还原的催化剂的去活化少于其它Pt/C催化剂的去活化。参阅实施例12，表9和10。
表12使用不用NaBH4处理的催化剂的结果
1、由于温度问题不能获得。
实施例17使用包含贵金属与催化剂表面促进剂的合金的催化剂的效应本实施例显示了包含铂与铁的合金的催化剂的优点。
1、包含铂与铁的合金的催化剂为了制备包含铂与铁的合金的催化剂，将约10g的活性炭在约180ml水中拌浆。接着，将0.27g的FeCl3·6H2O和1.39g的H2PtCl6水合物共溶解在约60ml水中。经约30分钟的时间将该溶液滴加到碳淤浆中。在添加过程中，淤浆的pH下降，用稀NaOH溶液(即1.0-2.5M NaOH溶液)保持在约4.4到约4.8。此后，在约4.7的pH下将淤浆再搅拌30分钟。然后在N2下以约2℃/min的速度将淤浆加热到70℃，同时保持pH在约4.7。在达到70℃后，通过添加稀NaOH溶液用约30分钟将pH缓慢增加到6.0。继续搅拌约10分钟的时间，直到pH稳定在约6.0。然后在N2下将淤浆冷却到约35℃。随后，过滤淤浆，滤饼用约800ml水洗涤3次。然后将滤饼在125℃和真空下干燥。在690℃在20％H2和80％Ar中加热1-6小时后，产生了含有负载在碳上的5wt％Pt和0.5wt％Fe的催化剂。
如在实施例19中更详细描述的那样，用电子显微镜分析该催化剂。通过碳载体TEM获得的图象显示，合金金属粒子高度分散和均匀地分布在整个碳载体上(白点表示金属粒子，背景强度的变化据信表示多孔碳局部密度的变化)。粒子的平均尺寸是约3.5nm，在粒子之间的平均距离是约20nm。来自催化剂的单个金属粒子的高能分辨X-射线波谱显示，存在铂和铁峰(来源于铜栅极的散射的铜峰)。不同单个金属粒子的高能分辨X射线波谱的定量分析显示，在实验误差范围内，粒子的组成不随在催化剂表面上的金属粒子的尺寸或位置的变化而变化。
2、其中较少的铂与铁成合金的催化剂为了制备其中较少的铂与铁成合金的Pt/Fe/C催化剂(即，与在本实施例中所述的第一种催化剂相比，该催化剂与铁成合金的铂较少)，将铂和铁相继沉积到碳载体的表面上。将约5g的活性炭在约500ml水中拌浆。用1N HCl将pH调节到约5.0。接着，将约0.25g的FeCl36H2O溶解在75ml水中。用约60分钟将该溶液滴加到碳淤浆中。在添加完所有溶液后，将淤浆搅拌约2小时。用稀NaOH溶液将pH调节到9.5，将淤浆再搅拌几小时。之后，过滤淤浆并用大量水洗涤。湿滤饼在125℃下在真空下干燥，产生了1wt％Fe/C。在干燥之后，该1wt％Fe/C用含有20％H2和80％Ar的气氛在635℃还原1-6小时。将约2.5g的该1wt％Fe/C在250ml的水中拌浆。接下来，将约0.36g H2PtCl6水合物溶解在65ml水中，随后经约60分钟将它滴加到该淤浆中。在添加完所有溶液后，将淤浆搅拌2小时。然后过滤淤浆和用大量水洗涤。滤饼再在450ml水中拌浆。在用稀NaOH溶液将淤浆的pH调节到9.5之后，将淤浆搅拌约45分钟。接着，过滤淤浆，用450ml水洗涤一次。湿滤饼在125℃和真空下干燥。通过在含有20％H2和80％Ar的气氛中加热到660℃的温度并保持1-6小时来还原之后，获得了含有负载在碳上的5wt％Pt和1wt％Fe的催化剂。
3、两种催化剂的比较比较这两种催化剂催化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化反应。反应条件与实施例5的那些相同。表13给出了结果。就CH2O和HCO2H活性而论，在本实施例中所述的第一种催化剂(即包含较大量的与铁成合金的铂的催化剂)具有更高的稳定性，而在本实施例中所述的第二种催化剂(即包含较少量的与铁成合金的铂的催化剂)快速去活化。另外，第一种催化剂在25次循环之后保持其铁含量的几乎一半，而第二种催化剂在第一循环中就失去了其大部分铁。
表13具有Pt/Fe合金的催化剂与具有较少Pt/Fe合金的催化剂的比较
实施例18Pt/Fe/Sn/C催化剂的制备将约10g的活性炭在约90ml水中拌浆。接着，将约0.2g的SnCl3·2H2O溶解在250ml0.025M HCl中。将溶液滴加到碳淤浆中。在添加完所有溶液之后，将淤浆搅拌3小时。然后用稀NaOH溶液(即NaOH的1.0-2.5M溶液)将pH缓慢调节到9.0，将淤浆再搅拌几小时。接着，过滤淤浆，用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率。湿滤饼在125℃和真空下干燥。这产生了0.9wt％Sn/C。将约6g的该0.9wt％Sn/C在约500ml水中拌浆。然后将约0.23g Fe(NO3)3·9H2O和0.85gH2PtCl6共同溶解在约150ml水中，再滴加到淤浆中。在添加完所有溶液之后，将淤浆搅拌4小时，然后过滤，以除去过量Fe(～80wt％)。将湿滤饼在480ml水中重新拌浆。在用稀NaOH溶液将淤浆的pH调节到9-10之后，将淤浆再搅拌几小时。接着，过滤该淤浆并用大量水洗涤，直到滤液达到恒定电导率。湿滤饼在125℃和真空下干燥。在通过在700-750℃下在20％H2和80％Ar中加热1-6小时的高温还原之后，产生了含有负载在碳上的4.9wt％Pt，0.9wt％Sn和0.1wt％Fe的催化剂。
实施例19催化剂的电子显微镜法表征使用电子显微镜技术来分析在实施例17中制备的催化剂的金属粒子的尺寸、空间分布和组成。在分析该催化剂之前，首先将该催化剂植入EM Bed 812树脂中(Electron Microscopy Sciences，FortWashington，PA)。树脂然后在约60℃下聚合约24小时。所得固化块状物用超薄切片机切成厚度约50nm的切片。这些切片然后转移到200目铜格栅，用于电子显微镜观察。
用图象分辨率小于0.3nm的Vaccum Generator专用扫描透射电子显微镜(型号VG HB501，Vacuum Generators，East Brinstead，Sussex，England)进行高精度分析电子显微镜检查实验。显微镜在100kV下操作。样品室区域中的真空度在约10-6Pa以下。数字图象获取系统(ESVision Data Acquisition System，EmiSpec Sys.，Inc.，Tempe，AZ)用于获得高分辨率电子显微镜图象。无窗能量分散X射线分光计(LinkLZ-5EDS Windowless Detector，Model E5863，High Wycombe，Bucks，England)用于从单个金属粒子获取高能量分辨X射线光谱。因为具有高原子数灵敏度，使用高角环形暗视野(HAADF)显微镜法观测金属粒子。使用小于约0.5nm的电子探针尺寸来获得HAADF图象，并使用小于约1nm的探针尺寸来获取高能量分辨X射线光谱。
实施20补充促进剂的效应本实施例显示了补充促进剂与含碳负载的贵金属的氧化催化剂混合的使用及其优点。
A、通过将含碳负载的贵金属的催化剂与各种量和来源的铋混合引起的对NPMIDA氧化反应的影响的比较进行几个单批次的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应。在各反应中，将不同来源和不同量的铋加入到反应介质中。铋的来源是(BiO)2CO3，Bi(NO3)3·5H2O或Bi2O3之一。铋的用量对应于1∶10,000；1∶2,000；或1∶1,000的铋与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸质量比。还进行其中不添加铋的对照试验。
各N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应在含有5wt％铂和0.5wt％铁的催化剂(该催化剂使用与实施例17中所述方法类似的方法制备)的存在下进行。反应在1000ml不锈钢反应器(Autoclave Engineers，Pittsburgh，PA)中进行，使用2.5g催化剂(总反应物质的0.5wt％)，60.5g N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(总反应物质的12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，500g的总反应物质，110psig的压力，100℃的温度和1000rpm的搅拌速度。前22分钟的氧给料速率是392ml/min，然后是125ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸基本耗尽为止。
表14给出了结果。在其中添加铋化合物的所有试验中，甲醛、甲酸和NMG水平低于在对照试验中发现的那些。
表14各种来源和量的铋的直接添加
*ppm是指等于1∶1,000,000的Bi与N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的比率**(质量÷总反应物质质量)×100％***mg÷g所生产的草甘膦“ND”是指未检测到B、添加铋对与催化剂接触的后续NPMIDA氧化批次的影响进行四个6次循环实验(即，在4个实验的每一个中，依次进行6批反应)，以测定(1)初始铋添加对初始铋添加之后的反应循环的作用，和(2)在一个或多个后续反应循环中添加另外的铋的作用。
全部4个实验使用含有5wt％铂和0.5wt％铁的催化剂(该催化剂使用与实施例17所述方法类似的方法制备)进行。在各6次循环实验中，6次循环的每一个使用相同的催化剂(即，在一次循环结束之后，分离反应产物溶液，排出催化剂，然后将新一批的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸与该催化剂合并，开始新一循环)。反应在1000ml不锈钢反应器(Autoclave Engineers)中进行，使用2.5g催化剂(总反应物质的0.5wt％)，60.5gN-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(总反应物质的12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，500g的总反应物质，110psig的压力，100℃的温度和1000rpm的搅拌速度。前22分钟的氧给料速率是392ml/min，然后是125ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。
在对照实验中，在6次循环的任何一次中在反应区不引入铋。在其它三个实验中，在第一反应循环的开始将0.034g的氧化铋(III)(即Bi2O3)引入到反应介质中。在这些实验之一中，仅在第一反应循环的开始将氧化铋引入到反应区。在另一实验中，在第一和第四反应循环的开始，将0.034g氧化铋(III)引入到反应介质中。在最后一个实验中，在所有6个反应循环的开始，将0.034g的氧化铋(III)引入到反应介质中。
表15、16、17和18给出了结果。氧化铋的一次添加(在表16中给出的数据)往往获得与每三个循环(在表17中给出的数据)或甚至每一个循环(在表18中给出的数据)添加一次氧化铋相同的有益效果。
表15对照实验不添加铋的6次循环NPMIDA氧化反应
*(质量÷总反应物质质量)×100％**mg÷g所生产的草甘膦“ND”是指未检测到表16在第一循环开始时添加铋的6循环NPMIDA氧化反应
*(质量÷总反应物质质量)×100％**mg÷所生产的草甘膦“ND”是指未检测到
“DBNQ”是指能检测到，但不能定量表17在第一和第四循环的开始时添加铋的6循环NPMIDA氧化反应
*(质量÷总反应物质质量)×100％**mg÷g所生产的草甘膦“ND”是指未检测到表18在每一循环的开始时添加铋的6循环NPMIDA氧化反应
*(质量÷总反应物质质量)×100％
**mg÷g所生产的草甘膦“ND”是指未检测到C、使用Pt/Fe/C催化剂在20次NPMIDA氧化循环中一次性添加铋的影响进行2个20次循环实验，以测定一次添加铋对20次N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环的影响。
两个实验均使用含有5wt％铂和0.5wt％铁的催化剂(该催化剂使用与实施例17中所述方法类似的方法来制备)进行。在各实验过程中，在20次循环的每一次中都使用相同的催化剂。反应在1000ml不锈钢反应器(Autoclave Engineers)中进行，使用2.5g催化剂(总反应物质的0.5wt％)，60.5g N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(总反应物质的12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，500g的总反应物质，110psig的压力，100℃的温度和1000rpm的搅拌速度。前22分钟的氧给料速率是392ml/min，然后是125ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。在对照实验中，在20个循环的任何一个中都不向反应区引入铋。在另一实验中，在第一反应循环开始时将0.034g氧化铋(III)引入到反应介质中。
图15比较了所得甲酸浓度变化曲线。向反应区一次引入铋降低了所有20个循环中的甲酸浓度。
D、使用Pt/Sn/C催化剂在30次NPMIDA氧化循环中一次性添加铋的影响进行两个30次循环实验，以测定一次性添加铋对30次N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环的影响。
两个实验均使用含有5wt％铂和1wt％锡的催化剂(该催化剂使用与实施例18所述方法类似的方法来制备)进行。在各实验过程中，在30个循环的每一个中都使用相同的催化剂。各循环在300ml反应器(由合金制成，HastelloyC，Autoclave Engineers)中进行，使用1.35g催化剂(总反应物质的0.75wt％)，21.8g N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(总反应物质的12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，180g的总反应物质，90psig的压力，100℃的温度和900rpm的搅拌速度。前26分钟的氧给料速率是141ml/min，然后是45ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。在对照实验中，在30个循环的任何一个中都不向反应区引入铋。在另一实验中，在第一反应循环的开始将0.012g氧化铋(III)引入到反应介质中。
图16比较了所得甲酸浓度的变化曲线，图17比较了所得甲醛浓度的变化曲线，和图18比较了所得NMG浓度的变化曲线。即使在30个循环之后，将铋一次性引入到反应区降低甲酸浓度达98％，降低甲醛浓度达50％，和降低NMG浓度达90％。
E、将铋加入到先前已在132批NPMIDA氧化反应中使用过的Pt/Fe/C催化剂中的作用进行一个14次循环实验，以测定将铋与用过的Pt/Fe/C催化剂混合的作用。在进行该实验之前，催化剂已经用于催化129批N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应。新鲜催化剂(即，在前面的129批N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化循环中使用之前的催化剂)采用与实施例17所述方法类似的方法制备，并且含有5wt％铂和0.5wt％铁。
14次N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环在300ml反应器(由合金制成，Hastelloy C，Autoclaye Engineers)中进行，使用0.9g用过的催化剂(0.5wt％)，21.8g N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，180g的总反应物质，90psig的压力，100℃的温度和900rpm的搅拌速度。前26分钟的氧给料速率是141ml/min，然后是45ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。在第四循环的开始，将0.012g氧化铋(III)引入到反应区。
图19显示了在第四循环添加铋对甲酸、甲醛和NMG副产物产生的影响。
F、将铋加入到先前在30批NPMIDA氧化反应中使用过的Pt/Sn/C催化剂中的效应进行一个11次循环实验，以测定将铋与用过的Pt/Sn/C催化剂混合的效应。该催化剂先前已经用于催化30批N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应。新鲜催化剂(即，在前面的30次N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化循环中使用之前的催化剂)使用与实施例18所述方法类似的方法来制备，并且含有5wt％铂和1wt％锡。
11次N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸氧化反应循环在300ml反应器(由合金制成，Hastelloy C，Autoclave Engineers)中进行，使用1.35g用过的催化剂(总反应物质的0.75wt％)，21.8g N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(总反应物质的12.1wt％)，1000ppm甲醛，5000ppm甲酸，180g的总反应物质，90psig的压力，100℃的温度和900rpm的搅拌速度。前26分钟的氧给料速率是141ml/min，然后是45ml/min，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。在第四循环的开始，将0.012g氧化铋(III)引入到反应区。
图20显示了在第四循环添加铋对甲酸、甲醛和NMG副产物产生的影响。
G、添加铋对与该催化剂接触的100次以上后续NPMIDA氧化批次的影响进行两个125次循环实验，以测定添加铋对使用同一催化剂的100次以上后续反应循环的影响。
两个实验均使用含有5wt％铂和1wt％锡的催化剂(该催化剂使用与实施例18所述类似的方法来制备)进行。在各实验过程中，在所有循环中使用同一催化剂。反应在搅拌釜反应器中使用0.75％催化剂(按总反应物质重量计)，12.1％N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(按总反应物质重量计)，128pisg的压力和100℃的温度进行。各批反应的第一部分的氧给料速率(确切的时间随各批次的不同而在14.9到20.3分钟内变化，其中接近14.9分钟的时间用于前面的批次，接近20.3分钟的时间用于后面的批次)是1.3(mg/min)/g总反应物质，和然后是0.35(mg/min)/g总反应物质，直到N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸被基本消耗为止。将来自各批次的一部分反应产物蒸发，并作为甲醛和甲酸的来源返回到反应器，用作下一批次反应中的牺牲还原剂。再循环到反应器的甲醛和甲酸量分别在100-330ppm和0ppm-2300ppm范围内(在添加氧化铋(III)之后的25批之后，用0-200ppm的甲酸)。
在对照实验中，在125次循环的任何一次中都不向反应区引入铋。在另一实验中，催化剂首先用于催化17个批次的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸。在催化第17个批次之后，将催化剂基本与反应产物分离，并将所得催化剂混合物转移到催化剂存储罐中，在此将9.0mg的氧化铋(III)/g催化剂引入到催化剂混合物中。然后该催化剂用于催化107个后续批次的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的氧化。
图21比较了所得甲酸浓度变化曲线，图22比较了所得甲醛浓度变化曲线，图23比较了所得NMG浓度变化曲线。即使在107次循环之后，将铋一次性引入到含有催化剂的混合物中也降低了甲酸和NMG浓度达约90％。
实施例21将NPMIDA用部分用过的催化剂和使用补充促进剂连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了利用以前用过的催化剂和补充促进剂，在连续氧化反应器系统中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(“NPMIDA”)连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸(“草甘膦”)。本实验设计用于模拟在第一反应区占主导的条件，尤其在含有反应产物的结晶器母液再循环到反应区的场合。
反应在利用2升Hastelloy C高压釜(Autoclave Engineers Inc.，Pittsburgh，PA)的连续反应器系统中进行。反应器装有具有1.25”直径6片透平叶轮的搅拌器，它在1600RPM下操作。使用具有聚四氟乙烯涂层的传感元件的Drexelbrook Universal IIITMSmart LevelTM监控反应器中的液体水平。利用内部冷却盘管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续给入含有NPMIDA的含水淤浆原料和氧气流。氧气通过位于叶轮附近的多孔玻璃引入到反应介质中。含有产物N-(膦酰基甲基)甘氨酸(“草甘膦”)的液体产物物流通过玻璃滤器从反应器中连续排出，该滤器使加到该反应器中的任何催化剂保留在反应介质中。产物气流(含有CO2和未反应的氧)从反应器顶空连续排出。
通过将含水淤浆原料(1420g)和催化剂(29.3g或反应物质的约2wt％催化剂)加入到反应器中来开始反应。该含水淤浆原料含有NPMIDA(7.53wt％)，草甘膦(2.87wt％)，甲醛(2127重量ppm)和甲酸(3896重量ppm)。原料淤浆还含有NaCl(约450重量ppm)，以模仿通常在商购NPMIDA中存在的低水平氯化物杂质。通过类似于以上实施例17中所述方法的方法制备的催化剂在颗粒碳载体上包含铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。催化剂已预先在类似于实施例20中所述的那些条件下使用过。
密封反应器，以便防止任何液体输入或输出流。将反应混合物加热到约105℃和用氮气升至约100psig的压力。起动氧流(1000sccm)，反应在没有液体输入或输出流的情况下运行约15分钟。在该初始15分钟之后，起动淤浆给料(70.4g/min)，并根据上述Drexelbrook水平指示器的指示，连续排出反应液体，以保持恒定的反应器水平。在约55分钟之后，氧流略微降低至800sccm。在800sccm的氧流下操作约280分钟之后，将Bi2O3(0.0336g)作为补充促进剂注入到反应器中。液体产物用HPLC分析。连续氧化反应的分析结果在以下表19中给出。还有，图24显示了在氧流为800sccm时甲醛和甲酸在产物液体中的分布。
表19实施例21的HPLC分析的氧化结果
1在开始淤浆给料之后的时间实施例22在以前用过的Pt/Fe/C催化剂的存在下NPMIDA连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了使用以前用过的多相颗粒催化剂将NPMIDA连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟在连续反应器系统占主导的条件，尤其在将含有反应产物的结晶器母液再循环到反应区的场合。
实验在类似于在以上实施例21中所述的连续反应器系统中进行。通过将含水淤浆原料(1424g)和多相颗粒催化剂(29.3g或反应物质的约2wt％催化剂)加到反应器来开始反应。该含水淤浆原料含有NPMIDA(7.01wt％)，草甘膦(2.88wt％)，甲醛(2099.9重量ppm)和甲酸(4690重量ppm)。淤浆原料还含有NaCl(约450重量ppm)，以模拟通常存在于商购NPMIDA中的低水平氯化物杂质。该催化剂通过类似于以上实施例17中所述方法制备，并且包含在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。催化剂先前已在类似于实施例20中所述的那些条件下使用。
密封反应器，以防止任何液体输入或输出流。将反应混合物加热到约107℃和用氮气升至约100psig的压力。起动氧流(900sccm)，反应在没有液体输入或输出流的情况下运行约13分钟。在该初始13分钟之后，起动淤浆给料(70.4g/min)，并根据在以上实施例21中所述Drexelbrook水平指示器的指示，连续排出反应液体，以保持恒定的反应器水平。液体产物用HPLC分析。连续氧化反应的分析结果在以下表20中给出。在图25中显示了所生产的草甘膦和保留在产物液体中的NPMIDA反应物的分布。
表20实施例22的氧化结果
1在开始淤浆给料之后的时间实施例23在Pt/Fe/C催化剂的存在下NPMIDA连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了在新鲜Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下(在相对低的催化剂浓度下)在长时间周期中将NPMIDA连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟在第一反应区可能占主导的条件，尤其在含有反应产物的结晶器母液再循环到反应区的场合。
实验在与以上实施例21中所述类似的连续反应器系统中进行。通过在反应器中加入含水淤浆原料(1447g)和多相颗粒催化剂(3.63g或反应物质的约0.25wt％的催化剂)来开始反应。该含水淤浆原料含有NPMIDA(3.45wt％)，草甘膦(1.55wt％)，甲醛(1140重量ppm)和甲酸(2142重量ppm)。原料淤浆还含有NaCl(约450ppm)，以模拟通常存在于商购NPMIDA中的低水平氯化物杂质。该催化剂通过与以上实施例17中所述类似的方法来制备，并且包含在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。该催化剂以前未曾使用。
密封反应器，以防止任何液体输入或输出流。将反应混合物加热到约100℃和用氮气升至约100psig的压力。起动氧流(300sccm)，反应在没有液体输入或输出流的情况下进行约22分钟。在该初始22分钟之后，起动淤浆给料(70.4g/min)，并根据在以上实施例21中所述Drexelbrook水平指示器的指示，连续排出反应液体，以保持恒定的反应器水平。让反应器系统运转约4300分钟，此后，将液体流速增倍，以便将反应器液体停留时间有效降低一半。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析结果在以下表21中给出。在图26中显示了所生产的草甘膦和保留在产物液体中的NPMIDA反应物的分布。
表21实施例23的氧化结果
1在开始淤浆给料之后的时间实施例24在串联的两个搅拌釜反应器中NPMIDA连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了在包含串联分级的两个搅拌釜反应器的连续反应器系统中NPMIDA连续氧化为草甘膦。
参照图27，实验在包含两个反应器和一个结晶器的连续反应器系统中进行。两个反应器(各自是购自Autoclave Engineers，Inc.，Pittsburgh，PA的1加仑不锈钢高压釜)作为串联的搅拌釜反应器连续操作。连续反应器系统以如下方式布置将含水淤浆原料连续引入到第一反应区(反应器R1)。连续从R1中排出液体流出物，并引入到第二反应区(反应器R2)。从R2连续排出液体流出物，并引入到结晶器，用于草甘膦淤浆的产物回收。独立将氧给到各反应区，同时独立从各反应器排出产物气体。通过位于搅拌器叶轮(2”透平叶轮片)附近的玻璃滤器将氧气引入到R1。将氧气引入到R2液体水平以上的顶空，并利用DISPERSIMAX型2.5”叶轮，有效将顶空气体反混到反应区。在各反应器中的反应物质的温度通过内部冷却螺管来控制。经玻璃滤器从R1排出液体流出物，该滤器使多相催化剂保留在R1中。同样，经玻璃滤器从R2排出液体流出物，保持多相催化剂在R2的内部。在各反应器中的反应物质/体积保持恒定。
连续反应器系统以与以上实施例21中所述类似的方式起动，其中反应器以间歇方式起动，之后不久起动通过系统的液体流。原料是含有NPMIDA(约7.6wt％)，草甘膦(约2.8wt％)，甲醛(约2200重量ppm)和甲酸(约4500重量ppm)的含水淤浆。还将低水平的NaCl(约450ppm)加入到该原料中，以模拟通常存在于商购NPMIDA中的氯化物杂质。催化剂通过以上实施例17中所述的类似方法制备，并且包含在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。将含水淤浆原料和催化剂加入到各反应器中，在各反应器中获得了约2wt％的催化剂浓度，其中R1和R2的目标总反应器物质分别是2693g和1539g。
操作条件总结在以下表22中。在以下表23中给出了用HPLC分析的含水淤浆原料组成、R1液体和气体流出物及R2液体和气体流出物的分析结果。
表22实施例24的操作条件的总结
表23实施例24的氧化反应结果
实施例25NPMIDA在串联的两个搅拌釜反应器中连续氧化成草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在包含串联的两个搅拌釜反应器的连续反应器系统中连续氧化为草甘膦，其中来自第二反应器的液体流出物被送到结晶器用于回收草甘膦且所得母液作为反应器原料的一部分从结晶器再循环到第一反应器。
参照图28，实施例25在与以上实施例24中所述类似的连续反应器系统中进行，只是来自结晶器的母液再循环到第一反应器R1。连续反应器系统以与以上实施例21所述类似的方式开始运转，其中反应器以间歇方式起动，之后不久起动通过系统的液体流。首先在结晶器(30L)中加入包含NPMIDA(0.16wt％)，草甘膦(2.0wt％)，甲醛(2754重量ppm)和甲酸(5637重量ppm)的含水淤浆原料，并在约60℃和1大气压下操作。在淤浆给料系统中加入包含NPMIDA(约25wt％)的含水淤浆原料。所使用的催化剂类似于在实施例24中使用的多相颗粒催化剂。
将含水淤浆和催化剂加入到各反应器，在各反应器中获得约2wt％催化剂浓度，其中R1和R2的目标总反应器物质分别是2693g和1539g。在初始批料运转之后，起动通过系统的液体流。进入R1的液体包含含水淤浆原料(约40ml/min)和来自结晶器的母液再循环(约80ml/min)。在该运转过程中控制各反应器中的液体水平，以便在各反应器中保持恒定的反应物质量，在R1和R2中分别达到21分钟和12.2分钟的水停留时间，以及获得约120ml/min的通过系统的总液体流。
操作条件总结在以下表24中。液体产物用HPLC分析。含水淤浆原料组成，R1液体流出物和R2液体流出物的分析结果在以下表25中给出。经过时间是指起动连续液体流之后的时间。
表24实施例25的操作条件的总结
表25实施例25的氧化结果
实施例26NPMIDA在Pt/Sn/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Sn/C多相颗粒催化剂的存在下在搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟可能在连续反应器系统的第二反应区中占主导的条件。
实验在包含500mL Hastelloy C高压釜(Autoclave Engineers，Inc.，Pittsburgh，PA)的连续反应器系统中进行。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。使用与以上实施例21中所述类似的水平指示器监控反应器中的液体水平。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续给入氧气流和含有NPMIDA的含水淤浆原料。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器从反应器中连续排出，该滤器使加到反应器中的任何催化剂保留在反应介质中。所排出的液体产物流与能够溶解草甘膦的碱溶液在线混合。产物气流(含有CO2和未反应的氧)从反应器顶空连续排出。
连续反应器系统以与以上实施例21中所述类似的方式开始运转，其中反应器以间歇方式起动，之后不久起动通过系统的液体流。含水淤浆原料包含NPMIDA(2.46wt％)，草甘膦(3.72wt％)，甲醛(1381重量ppm)和甲酸(6485重量ppm)。该催化剂通过与以上实施例14所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和锡(1.0wt％)。
操作条件在以下表26中总结。液体产物用HPLC分析。氧化反应的分析数据在以下表27中给出。
表26实施例26的操作条件的总结
表27实施例26的氧化结果
实施例27NPMIDA在Pt/Sn/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Sn/C多相颗粒催化剂的存在下在搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟可能在连续反应器系统的第二反应区中占主导的条件。还有，改变氧流速以说明各种氧流速对转化率的影响。
该实验在与以上实施例26中所述的反应器系统类似的连续反应器系统中。在操作过程中，向反应器中连续进给氧气流和含有NPMIDA的含水淤浆原料。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器从反应器中连续排出，该滤器使加到反应器中的任何催化剂保留在反应介质中。所排出的液体产物流与能够溶解草甘膦的碱溶液在线混合。产物气流(含有CO2和未反应的氧)从反应器顶空连续排出。
连续反应器系统以与以上实施例21中所述类似的方式开始运转，其中反应器以间歇方式起动，之后不久起动通过系统的液体流。含水淤浆原料包含NPMIDA(约2.8wt％)，草甘膦(约4.2wt％)，甲醛(约1425重量ppm)和甲酸(约6570重量ppm)。该催化剂通过与以上实施例14中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和锡(1.0wt％)。
操作条件在以下表28中总结。在该实验的过程中，给到反应器的氧流速在75到300sccm的范围内上升和下降。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析数据在以下表29中给出。
表28实施例27的操作条件
表29实施例27的氧化结果
表29(续)
表29(续)
表29(续)
实施例28NPMIDA在串联的两个搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在包含串联的两个搅拌釜反应器的连续反应器系统中连续氧化为草甘膦。在本实施例中，颗粒多相催化剂从第一反应器转移到第二反应器。从第二反应器排出的催化剂通过过滤与第二反应器液体流出物分离，再循环到第一反应区。
参照图29，反应在包含两个搅拌釜反应器、淤浆给料系统和催化剂过滤系统的连续反应器系统中进行。两个反应器(各自是购自Autoclave Engineers，Inc.，Pittsburgh，PA的1加仑不锈钢高压釜)作为串联的搅拌釜反应器连续操作。将氧给到各反应器。液体流出物通过汲取管从第一反应器(R1)排出，该汲取管使催化剂被来自R1的液体流出物一起带入第二反应器(R2)。一些反应产物气体也夹带在从R1到R2的汲取管中，其它R1中的反应产物气体从反应器排出。类似地，通过汲取管从R2排出液体流出物，该汲取管使催化剂和一些反应产物气体随流出物一起被除去。将含有催化剂的R2液体流出物转移到催化剂过滤系统。该催化剂过滤系统产生了无催化剂的滤液的连续流作为产物。将过滤器回洗液给到催化剂过滤系统，以将过滤出的催化剂以连续方式洗回到R1。氧通过玻璃滤器引入到R1和R2，该滤器各自位于搅拌器叶轮附近(在R1和R2中的2”透平叶片叶轮)。使用内部冷却螺管控制各反应器中的温度。
将含有约25wt％NPMIDA的含水淤浆原料以约50ml/min的速度给到反应器。过滤器回洗液含有NPMIDA(约3wt％)，草甘膦(约0.1wt％)，甲醛(约3000重量ppm)和甲酸(约7000重量ppm)。过滤器回洗液以约100ml/min的速度返回到R1。催化剂通过与以上实施例17中所述类似的方法来制备，并在颗粒碳载体上包含铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。将催化剂加入到反应器系统，以提供约1wt％的催化剂初始浓度。反应器系统以与实施例24所述类似的方式开始运转，其中反应器以间歇方式起动，此后不久起动通过该系统的液体流。
操作条件在以下表30中总结。液体产物通过HPLC分析。氧化结果在以下表31中给出。表31给出了给到R1的进口物流组成的数据(包括来自催化剂过滤回洗液和含水淤浆原料的结合物)及R1和R2的液体流出物组成的数据。
表30实施例28的操作条件的总结
表31实施例28的氧化结果
实施例29NPMIDA在Pt/Sn/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Sn/C多相颗粒催化剂的存在下连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟可能在连续反应器系统的第一搅拌釜反应区中占主导的反应条件。
实验在与实施例26中所述类似的连续反应器系统中进行，只是使用1000ml Hastelloy C高压釜。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。反应器中的液体水平使用与实施例21中所用类似的水平指示器来监控。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续进给氧气流和含有NPMIDA的含水淤浆原料。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器连续从反应器排出，该滤器使加到反应器的任何催化剂保留在反应介质中。所排出的液体产物流然后与能够溶解草甘膦的碱溶液在线混合。将产物气流(含有CO2和未反应氧)连续从反应器顶空排出。
含水淤浆原料包含NPMIDA(约7.7wt％)，甲醛(约3000重量ppm)和甲酸(约6100重量ppm)。催化剂通过与以上实施例14中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和锡(1.0wt％)。连续反应器系统以与实施例21中所述类似的方式来开始运转，其中反应器以间歇方式起动，此后不久起动经过系统的液体流。操作条件在以下表32中总结。连续氧化的分析数据在以下表33中给出。
表32实施例29的操作条件的总结
表33实施例29的氧化结果
实施例30NPMIDA在Pt/Sn/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Sn/C多相颗粒催化剂的存在下，在具有单一反应区的连续反应器系统中连续氧化为草甘膦。
实验在与以上在实施例27中所述类似的包含500mL Hastelloy C高压釜(Autoclave Engineers，Inc.，Pittsburgh，PA)的连续反应器系统中进行。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。反应器中的液体水平使用与以上在实施例21中所述类似的水平指示器来监控。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续进给氧气流和含有NPMIDA的含水淤浆原料。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器连续从反应器排出，该滤器使加到反应器的任何催化剂保留在反应介质中。将产物气流(含有CO2和未反应氧)连续从反应器顶空排出。
连续反应器系统以与实施例21中所述类似的方式来开始运转，其中反应器以间歇方式起动，此后不久起动经过系统的液体流。含水淤浆原料包含NPMIDA(约2.9wt％)。催化剂通过与以上实施例14中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和锡(1.0wt％)。操作条件在以下表34中总结。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析数据在以下表35中给出。
表34实施例30的操作条件的总结
表35实施例30的氧化结果
实施例31NPMIDA在Pt/Sn/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Sn/C多相颗粒催化剂的存在下连续氧化为草甘膦。本实验设计用于举例说明压力、液体和气体流量对NPMIDA-草甘膦转化率的影响。
实验在与实施例30所述类似的包含500mL Hastelloy C高压釜(Autoclave Engineers Inc.)的连续反应器系统中进行。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。反应器中的液体水平使用与实施例21中所用类似的水平指示器来监控。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续进给氧气流和含有NPMIDA的含水淤浆原料。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器连续从反应器排出，该滤器使加到反应器的任何催化剂保留在反应介质中。将产物气流(含有CO2和未反应氧)连续从反应器顶空排出。
含水淤浆原料包含NPMIDA(约3.0wt％)，甲醛(约1000重量ppm)和甲酸(约5100重量ppm)。催化剂通过与以上实施例14中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和锡(1.0wt％)。
连续反应器系统以与实施例21中所述类似的方式来开始运转，其中反应器以间歇方式起动，此后不久起动经过系统的液体流。在实验过程中，给到反应器的氧流速在75到300sccm的范围内上下浮动。操作条件在以下表36中总结。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析数据在以下表37中给出。
表36实施例31的操作条件的总结
表37实施例31的氧化结果
实施例32NPMIDA在Pt/Fe/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下在搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦。该实验设计用于模拟可能在连续氧化反应器系统的第一反应区中占主导的条件。
实验在与实施例29中所用类似的连续反应器系统中进行，其中反应器包含1000mL Hastelloy C高压釜。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。反应器中的液体水平使用与实施例21中所用类似的水平指示器来监控。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，向反应器中连续进给含有NPMIDA的含水淤浆原料和氧气流。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器连续从反应器排出，该滤器使加到反应器的任何催化剂保留在反应介质中。将产物气流(含有CO2和未反应氧)连续从反应器顶空排出。
给到反应器的含水淤浆原料包含NPMIDA(9.9wt％)，草甘膦(1.3wt％)，甲醛(3600重量ppm)和甲酸(6200重量ppm)。催化剂通过与以上实施例17中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。连续反应器系统以与实施例21中所述类似的方式来开始运转，其中反应器以间歇方式起动，此后不久起动经过系统的液体流。操作条件在以下表38中总结。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析数据在以下表39中给出。
表38实施例32的操作条件的总结
表39实施例32的氧化结果
实施例33NPMIDA在Pt/Fe/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下在搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦。该实验设计用于模拟可能在连续反应器系统的第二反应区中占主导的条件。
实验在与实施例29中所用类似的连续反应器系统中进行，其中反应器包含1000mL Hastelloy C高压釜。反应器装有具有1.25”直径放射状六片透平叶轮的搅拌器。反应器中的液体水平使用与实施例21中所用类似的水平指示器来监控。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在操作过程中，将含有NPMIDA的含水淤浆原料和氧气流连续引入到反应器系统。氧通过位于叶轮附近的玻璃滤器引入到反应介质中。含有草甘膦产物的液体产物流通过玻璃滤器连续从反应器排出，该滤器使加到反应器的任何催化剂保留在反应介质中。将产物气流(含有CO2和未反应氧)连续从反应器顶空排出。
含水淤浆原料含有NPMIDA(1.9wt％)，草甘膦(6.7wt％)，甲醛(2400重量ppm)，甲酸(4600重量ppm)，NMG(280重量ppm)，AMPA(400重量ppm)和MAMPA(200重量ppm)。催化剂通过与以上实施例17中所述类似的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。连续反应器系统以与实施例21中所述类似的方式来开始运转，其中反应器在起动经过系统的液体流之前以间歇方式起动，该液体流此后不久起动。操作条件在以下表40中总结。液体产物用HPLC分析。连续氧化的分析数据在以下表41中给出。
表40实施例33的操作条件的总结
表41实施例33的氧化结果
实施例34NPMIDA在Pt/Fe/C催化剂的存在下连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下在固定床反应器中连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟固定床反应器的小的初始段，其中气体和液体原料同向进入。
实验在包含立式不锈钢管式反应器的连续反应器系统中进行(2.2cm内径；61.5cm长度；215mL容积)。气体和液体原料在上部进入管式反应器并向下流经反应器。在反应器中填充催化剂(50g)和玻璃拉西环(6mm)的混合物。催化剂在1/8英寸碳颗粒载体上包含2wt％铂和0.2wt％铁。用热水原料将反应器加热到约90℃和用氮气升至约100psig的压力。在反应器达到90℃的温度之后，停止水和氮气流，再起动液体原料和氧气原料。
液体原料在90℃下给到反应器的顶部，包含含有NPMIDA(3.00wt％)和甲酸(0.54wt％)的含水淤浆原料。将氧气给到反应器的顶部，其中反应器压力保持在100psig。液体和氧给料速率在以下表42中所示的四个实验系列中变化。在各实验中，让系统平衡至少半小时，之后在柱出口收集样品并分析甲酸和草甘膦。
表42实施例34的在不同操作条件下的流出物分析
实施例35NPMIDA在具有催化剂再循环和结晶器再循环的串联的两个搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在包含串联分级的两个搅拌釜反应器的连续反应器系统中，在多相颗粒催化剂淤浆的存在下连续氧化为草甘膦。反应器系统类似于图30中所示的反应器系统。两个搅拌釜反应器(R1和R2)如在实施例24中所述，只是R2的叶轮构型不以DISPERSIMAX模式操作。使用包含平行过滤器体的反冲过滤器系统，从由R2排出的反应混合物流出物中连续过滤催化剂，再将分离的催化剂循环到R1。在结晶器(30L)中，从滤液中回收结晶的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，再将来自结晶器的母液循环到R1。
通过与以上实施例17中所述类似的方法制备多相颗粒催化剂，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。在该实施例中，将颗粒多相催化剂从R1转移到R2，来自R1的流出物包括一些夹带的气体。随反应器流出物离开R2的催化剂在反冲过滤器中分离，并循环到R1。反冲催化剂过滤器还用作来自R2的流出物的液气分离器。将来自反冲催化剂过滤器的滤液输送到结晶器，用于回收结晶的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。来自结晶器的所得母液用于反冲催化剂过滤器体和与分离的催化剂再循环到R1。
R1和R2的操作条件总结在表43中。R1和R2首先如表43中所示那样加料，氧与NPMIDA原料同时引入。NPMIDA原料包含含有约12.5％到约15％NPMIDA的含水淤浆原料和来自催化剂过滤器的再循环母液，获得给到R1的有效总原料。首先以4.3wt％引入给到R1的有效总原料，以后增加到5.2wt％。在整个试验中加入氧化铋，以增加甲酸破坏速率。氧化铋以间歇方式加入到R1(每次添加～5mg)和通过加入到NPMIDA淤浆原料(4-25mg/20kg NPMIDA淤浆)中以连续方式添加。氧化铋添加到淤浆原料中的频率和量列于表44中。通过HPLC分析给到R1的含水淤浆原料(包括来自与催化剂一起再循环的结晶器母液中的组分)，R1反应器流出物和R2反应器流出物。HPLC分析结果在表45中提供。
表43实施例35的连续氧化反应器系统的操作条件
1、初始催化剂加料是0.8wt％。在运行过程中，催化剂载量在69小时增加到1.0wt％，在119小时增加到1.2wt％，和在143小时增加到1.4wt％。
2、在沿液柱向上的约半程处的搅拌器轴上安装向下泵送叶轮。
3、结晶器母液(RML)用来反冲催化剂过滤器和将过滤的催化剂与RML一起返回到R1。
表44加到反应器系统的氧化铋的频率和量
表45实施例35的分析结果
实施例36NPMIDA在具有催化剂再循环和结晶器再循环的串联的两个搅拌釜反应器中连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了在包含利用多相颗粒催化剂淤浆的串联分级的两个搅拌釜反应器的连续反应器系统中，NPMIDA连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸。反应器系统与图31中所示的反应器系统类似。两个搅拌釜反应器(R1和R2)如在以上实施例35中所述。使用包含平行过滤器体的反冲过滤器系统，从由R2排出的反应混合物流出物连续过滤催化剂，再将分离的催化剂再循环到R1。在结晶器(30L)中从滤液回收结晶的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，再将来自结晶器的母液再循环到R1。另外，将一部分结晶器母液作为流出物稀释物流(75-100mL/min)加入到来自R2的流出物中，以便减少引入到反冲过滤器的R2流出物中的草甘膦浓度，从而减少可能的结晶问题。还有，反应系统还包含催化剂存放罐(具有向上泵送叶轮的500mL Hastelloy C高压釜)，它收集重新引入到R1之前的分离的催化剂。催化剂存放罐在没有水平控制的情况下操作，并且催化剂淤浆可以从容器的顶部排出。
多相颗粒催化剂通过类似于以上实施例17中所述的方法来制备，并且包含负载在颗粒碳载体上的铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。在本实施例中，颗粒多相催化剂从R1转移到R2，来自R1的流出物包括一些夹带的气体。随反应器流出物离开R2的催化剂在反冲过滤器中分离，并送到催化剂存放罐和再循环到R1。反冲催化剂过滤器也用作R2流出物的液气分离器。来自反冲催化剂过滤器的滤液被送到结晶器，用于回收结晶的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。来自结晶器的所得母液用于反冲催化剂过滤器体，作为通入催化剂过滤器体的R2流出物的稀释液，并与分离的催化剂一起再循环到R1。
R1和R2的操作条件在表46中总结。首先R1和R2如表46中所示那样加料，并且氧与NPMIDA原料同时引入。NPMIDA原料包含含有约20到约20.5％NPMIDA的含水淤浆原料和来自催化剂过滤器的再循环母液，得到给到R1的有效总原料。给到R1的有效总原料首先以7wt％引入和后来增加到7.7wt％。在整个运行中加入氧化铋，以增加甲酸破坏速率。氧化铋通过加入到NPMIDA淤浆原料(3-12mg/20kg NPMIDA淤浆)中以连续方式添加。氧化铋添加到淤浆原料的频率和量列于表47中。通过HPLC分析给到R1的含水淤浆原料(包括来自与催化剂一起再循环的结晶器母液中的组分)，R1反应器流出物和R2反应器流出物。HPLC分析结果在表48中提供。
表46实施例36的操作条件
1、初始催化剂加料是1.6wt％。在运行过程中，催化剂载量在344小时增加到1.7wt％，在354小时增加到1.8wt％，在356小时增加到1.9wt％，在359小时增加到2.0wt％，在363小时增加到2.1wt％和在366小时增加到2.2wt％。
2、在沿液柱向上的约半程处的搅拌器轴上安装向下泵送叶轮。
3、使用结晶器母液(RML)来反冲催化剂过滤器并将过滤的催化剂与RML一起返回到R1。
表47氧化铋加到NPMIDA淤浆原料中的频率和量
表48实施例36的分析结果
实施例37NPMIDA在使用Pt/Fe/C催化剂的固定床反应器中连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下，在固定床反应器中连续氧化为草甘膦。本实验设计用于模拟气体和液体原料同向进入的固定床反应器的一小段。
实验在包含立式不锈钢管式反应器(1.56cm内径，60.5cm长度，116ml体积)的连续反应器系统中进行。气体和液体原料流在顶部进入管式反应器并向下流经反应器。反应器含有Pt/Fe/C催化剂(42.3g)，该催化剂包含负载在长度为约1mm到约9mm、直径1.2mm的挤出碳载体上的铂(2wt％)和铁(0.2wt％)。用加热的水原料将反应器加热到90℃和用氮气升至150psig的压力。在反应器温度达到90℃之后，停止水和氮气流，再起动液体和氧给料。
液体原料(50ml/min)包含含有NPMIDA(1.92wt％)，草甘膦(1.89wt％)，甲酸(0.26wt％)和甲醛(0.15wt％)的含水淤浆原料。将氧(200sccm)给到反应器的顶部，压力保持在150psig。在连续操作10天之后，反应器产物的分析显示甲醛0.15％，甲酸0.26％和草甘膦2.53％。
实施例38NPMIDA使用Pt/Fe/C催化剂在固定床反应器中连续氧化为草甘膦本实施例举例说明了NPMIDA在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下，在气体和液体反应物同向上流的固定床反应器中连续氧化为草甘膦。
实验在包含如实施例37所述的立式不锈钢管式反应器的连续氧化反应器系统中进行，只是反应物向上流经反应区。反应器含有Pt/Fe/C催化剂(42.3g)，该催化剂包含负载在长度为约1mm到约9mm、直径1.2mm的挤出碳载体上的铂(2wt％)和铁(0.2wt％)。用加热的水原料将反应器加热到90℃和用氮气升至150psig的压力。在反应器温度达到90℃之后，停止水和氮气流，再起动液体和氧给料。
液体原料(50ml/min)包含含有NPMIDA(1.80wt％)，草甘膦(2.19wt％)，甲酸(0.26wt％)和甲醛(0.14wt％)的含水淤浆原料，并在90℃下给到反应器的底部。将氧(200sccm)给到反应器的底部，压力保持在150psig。在连续操作19小时之后，反应器产物的分析显示甲醛0.13％，甲酸0.16％和草甘膦2.42％。
实施例39NPMIDA钾盐在使用Pt/Fe/C催化剂的液体和气体反应物同向上流的固定床反应器中连续氧化为草甘膦钾盐本实施例举例说明了NPMIDA钾盐在Pt/Fe/C多相颗粒催化剂的存在下，在液体和气体反应物同向上流的固定床反应器中连续氧化为草甘膦钾盐。
实验在包含如实施例37中所述的立式不锈钢管式反应器的连续氧化反应器系统中进行，只是反应物向上流经反应区。反应器含有Pt/Fe/C催化剂(42.3g)，该催化剂包含负载在长度为约1mm到约9mm、直径1.2mm的挤出碳载体上的铂(2wt％)和铁(0.2wt％)。用加热的水原料将反应器加热到90℃和用氮气升至150psig的压力。在反应器温度达到90℃之后，停止水和氮气流，再起动液体和氧给料。
液体原料(50ml/min)包含含有NPMIDA钾盐(22.9wt％)，草甘膦(0.09wt％)，甲酸(0.20wt％)和甲醛(0.14wt％)的含水淤浆原料，并在90℃下给到反应器的底部。将氧(500sccm)给到反应器的底部，压力同时保持在150psig。反应器产物的分析显示甲醛0.35％，甲酸0.20％和草甘膦钾盐1.56％。
实施例40Pt/Fe催化剂与Pt/Fe和Pt/Fe/Te催化剂的混合物的比较本实施例比较了在使用Pt/Fe多相颗粒催化剂的连续氧化反应器系统中的NPMIDA-草甘膦的转化与在使用Pt/Fe和Pt/Fe/Te多相颗粒催化剂的混合物的连续氧化反应器系统中的NPMIDA-草甘膦的转化。
反应在利用2L Hastelloy C高压釜(Autoclave Engineers Inc，Pittsburgh，PA)的连续反应器系统中进行。反应器装有具有1.25”直径6片透平叶轮的搅拌器，它在1600RPM下操作。使用具有聚四氟乙烯涂层的传感元件的Drexelbrook Universal IIITMSmart LevelTM监控反应器中的液体水平。利用内部冷却螺管来控制反应过程中反应器内的温度。
在第一个实验中，在反应器中加入Pt/Fe多相颗粒催化剂(2.18g)和含水淤浆原料(1448g)。催化剂包含铂(5wt％)和铁(0.5wt％)。含水淤浆原料包含NPMIDA(3.5wt％)，草甘膦(1.5wt％)，甲醛(1200重量ppm)，和甲酸(2500重量ppm)。淤浆原料还含有NaCl(580重量ppm)，以模拟NaCl杂质。
用氮气将反应器加压到100psi，并加热到100℃。一旦达到该温度，在没有任何液体流通过系统的情况下将连续的氧气流进给反应器。在9分钟之后，以70.4g/min的流率起动连续淤浆原料，并如在以下表49中所述继续进给氧气流。从反应器中连续排出含有草甘膦产物的液体产物流，通过HPLC分析。氧化结果也在表49中提供。
在第二个实验中，在反应器中加入Pt/Fe多相颗粒催化剂(1.09g)，Pt/Fe/Te多相颗粒催化剂(1.09g)和含水淤浆原料(1455g)。Pt/Fe催化剂包含铂(5wt％)和铁(0.5wt％)，而Pt/Fe/Te催化剂包含铂(5wt％)，铁(0.5wt％)和碲(0.2wt％)。含水淤浆原料包含NPMIDA(3.5wt％)，草甘膦(1.5wt％)，甲醛(1200重量ppm)，和甲酸(2500重量ppm)。淤浆原料还含有NaCl(580重量ppm)，以模拟NaCl杂质。
用氮气将反应器加压到100psi，并加热到100℃。一旦达到该温度，在没有任何液体流通过系统的情况下将连续的氧气流进给反应器。在19分钟之后，以70.4g/min的流率起动连续淤浆原料，并如在以下表50中所述继续进给氧气流。从反应器中连续排出含有草甘膦产物的液体产物流，通过HPLC分析。第二个实验的氧化结果也在表50中提供。
表49Pt/Fe催化剂的氧化结果(实验1)
表50 Pt/Fe和Pt/Fe/Te催化剂的氧化结果(实验2)
本发明不局限于以上实施方案，并且可以进行各种各样的变化。以上优选实施方案包含实施例的叙述，仅用来使本领域技术人员熟悉本发明、它的原则和它的实际应用，使得本领域技术人员可以以最适合于特定用途要求的多种形式采用和应用本发明。
至于整个说明书(包括以下的权利要求书)中使用的词语包含，申请人要指出的是，除非文中另有要求，这些词语根据基本和清楚的理解来使用，它们应该被解释为开放式内含，而非封闭式排他，并且申请人希望在整个说明书中的这些词语中的每一个都如此解释。
权利要求
1.通过氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的液体反应介质中，氧化反应区在液相中基本反混并含有与液体反应介质接触的氧化反应催化剂，液体反应介质包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；将氧化剂引入到氧化反应区；在氧化反应区中连续氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和从氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
2.通过氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物引入到氧化反应区内的液体反应介质中，液体反应介质包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和悬浮在其中的用于氧化反应的颗粒多相催化剂；将氧化剂引入到氧化反应区；在氧化反应区内的液体反应介质中连续氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从所述氧化反应区中连续排放反应混合物流出物，反应混合物流出物包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从反应混合物流出物中连续分离颗粒催化剂，形成包含分离的催化剂的催化剂再循环物流；和将在催化剂再循环物流中含有的至少一部分颗粒催化剂再循环到所述氧化反应区。
3.通过在反应器系统中氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到第一氧化反应区；将氧化剂引入到第一氧化反应区；在第一氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；从第一氧化反应区连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的中间反应混合物流出物；将中间含水原料流连续引入到第二氧化反应区，所述中间含水原料流包含在中间反应混合物流出物中获得的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；将氧化剂引入到第二氧化反应区；在第二氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化，形成另外的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物；和从第二氧化反应区中连续排出包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的反应混合物流出物。
4.从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将含水蒸发原料混合物引入到蒸发区，所述原料混合物包含所述起始水溶液；在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下，在所述蒸发区中从所述原料混合物中将水蒸发出来，从而产生包含水蒸气的蒸气相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物；和在所述蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
5.用于从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将包含所述起始水溶液的蒸发原料混合物引入到汽/液分离区，其中压力低于所述混合物的蒸气压，从而使水从蒸发原料混合物中闪蒸出来，产生了包含水蒸气的蒸气相，并使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物在剩余液相中的浓度增加到超过N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物溶解度的浓度，从而N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从液相中沉淀出来，产生了包含在饱和或过饱和母液中的颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的第一淤浆物流；将所述蒸气相与所述第一淤浆物流分离；将所述第一淤浆物流引入到滗析区，在该区中，包含所述母液级分的上层液与包含沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和母液的第二淤浆物流分离，所述滗析区具有所述第一淤浆的进口，位于所述进口之上的用于所述上层液的滗析液体出口，以及垂直位于所述进口之上但在所述上层液出口之下的所述第二淤浆的出口；和保持将所述第一淤浆引入到所述滗析区，所述第二淤浆通过所述第二淤浆出口排出和所述上层液通过所述滗析液体出口排出的相对速度，使得在所述第二淤浆出口之下的所述滗析区的下部区域中的上向流速足以保持沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物悬浮在液相中，而在所述第二淤浆出口之上的所述滗析区的上部区域中的上向流速是在下部区域中的至少80％重量的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物粒子的沉降速度之下。
6.从包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的起始水溶液中除去水和使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从中结晶的方法，该方法包括将含水蒸发原料混合物引入到蒸发区，所述原料混合物包含所述起始水溶液；在固体颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的存在下在所述蒸发区中将水从所述原料混合物中蒸发出来，从而产生包含水蒸气的蒸气相，从含水液相中沉淀出N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，并产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物基本饱和或过饱和的母液的蒸发产物；将所述蒸发产物分成母液相对贫乏的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体级分和N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体相对贫乏的母液级分；和在所述蒸发区中保持颗粒N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与母液的比率大于由蒸发效应逐渐产生的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物固体与由此逐渐产生的母液的比率。
7.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流的液相原料流引入到初级氧化反应区，初级氧化反应区包含含氧化催化剂的初级固定床；将氧化剂引入到初级氧化反应区；在初级氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而形成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的初级反应混合物；从初级氧化反应区排出初级反应混合物；和将所述反应混合物和所述含水原料流间的单位重量显热含量差保持在低于每单位重量的含水原料流在反应区中产生的放热反应热。
8.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到系列氧化反应区的第一个，系列氧化反应区的每一个包含氧化催化剂；在第一氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物氧化，产生中间氧化反应产物；将中间氧化反应产物引入到包含含有贵金属/碳催化剂的固定床的第二氧化反应区；和在第二氧化反应区中氧化副产物甲醛和/或甲酸。
9.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，固定床中的液相的质量流率与气相的质量流率比是约20至约800。
10.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区中；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床中的液相滞留量与总床体积的体积比是约0.1至约0.5。
11.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床的液体出口处的氧分压不高于约100psia。
12.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在液相中N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物浓度低于约0.1ppm的固定床的任意位置，氧分压不高于约50psia。
13.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区，固定床中催化剂表面积与液体滞留量的比是约100到约6000m2/cm3；将氧化剂引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
14.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到包含含有氧化催化剂的固定床的氧化反应区；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物，在固定床中沿液体流路的积分平均氧分压是至少约50psia，并且在固定床中的液相的积分平均温度是约80℃至约130℃。
15.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料流引入到氧化反应区，该氧化反应区包含含有氧化催化剂体和用于促进气/液传质的其它措施的固定床；将含O2气体引入到氧化反应区；和在氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而获得包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的氧化反应混合物。
16.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含含有N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的含水原料混合物的液相原料流引入到初级氧化反应区，该初级氧化反应区包含含有氧化催化剂的固定床；将氧化剂引入到初级氧化反应区；在初级氧化反应区中，将N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物连续氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而产生包含初级反应混合物的液相出口物流，所述初级反应混合物含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物和未反应的N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；和从初级氧化反应区排出液相出口物流；所述液相原料流引入速度和所述液相出口物流排出速度应使得所述固定床中基于总床体积的液相时空速度是约0.5hr-1至约20hr-1。
17.用于催化氧化N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的连续方法，该方法包括将包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物的第一组分原料流引入到系列连续反应区的第一个，所述系列反应区的每一个含有氧化催化剂；将氧化剂引入到该系列反应区的第一个；在所述第一反应区中催化氧化所述底物，生成包含N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的中间反应混合物物流；将从所述第一反应区排出的中间反应混合物转移到该系列反应区的第二个；在所述系列反应区的每一个中催化氧化所述底物；从每一个所述反应区排出中间反应混合物；将在前一反应区产生的中间反应混合物引入到各后继反应区中；将其它组分原料流引入到在所述系列中第一反应区之后的一个或多个所述反应区的每一个中，各所述其它原料流包含N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物；将氧化剂引入到在所述系列中第一反应区之后的一个或多个反应区中；和从所述系列反应区的最后一个中排出最终反应产物。
全文摘要
本发明一般性涉及制备N－(膦酰基甲基)甘氨酸(在农用化学品工业还称之为草甘膦)和相关化合物的液相氧化方法。本发明例如尤其涉及其中N－(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(NPMIDA)底物(即，N－(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸，N－(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的盐或N－(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸的酯)被连续氧化成N－(膦酰基甲基)甘氨酸产物(即，N－(膦酰基甲基)甘氨酸，N－(膦酰基甲基)甘氨酸的盐，或N－(膦酰基甲基)甘氨酸的酯)的方法。本发明例如还特别涉及其中N－(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸底物被氧化成N－(膦酰基甲基)甘氨酸产物，该产物进而在绝热结晶器中结晶(至少部分)的方法。
文档编号C07F9/38GK1743335SQ200510089778
公开日2006年3月8日 申请日期2001年5月22日 优先权日2000年5月22日
发明者E·豪普菲尔, J·海斯, A·I·乔金森, M·罗杰斯, H·奇恩, E·卡萨诺娃, W·B·胡博, K·威特勒, W·施欧勒, J·阿翰赛特, M·A·雷博 申请人:孟山都技术有限责任公司