[发明专利]从可再生资源中纯化异戊二烯

说明书

技术领域

本公开涉及异戊二烯的制备。

背景技术

异戊二烯(2-甲基-1，3-丁二烯)是有广泛应用的重要有机化合物。例如，异戊二烯在许多化学组合物和聚合物的合成中用作中间体或原料。异戊二烯还是一种由多种植物和动物(包括人类)天然合成的重要生物材料。

当二十世纪六十年代早期异戊二烯的立构规整聚合在商业上变得可行时，异戊二烯便成为顺式-1，4-聚异戊二烯合成中使用的重要单体。通过此类立构规整聚合制备的顺式-1，4-聚异戊二烯在结构和特性方面与天然橡胶类似。尽管它不完全等同于天然橡胶，但它在多种应用中可以用作天然橡胶的替代品。例如，合成顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶广泛用于制造汽车轮胎和其他橡胶产品。对合成顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶的这种需求消耗了在全球市场中可得的大部分异戊二烯。其余的异戊二烯则用于制备其他合成橡胶、嵌段共聚物和其他化学产品。例如，用异戊二烯制备丁二烯-异戊二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯共聚物橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。

多年来，已经研究了多种用于制备异戊二烯的合成路线。例如，通过将异丁烯与甲醛在催化剂的存在下反应而进行的异戊二烯合成描述于美国专利3,146,278、美国专利3,437,711、美国专利3,621,072、美国专利3,662,016、美国专利3,972,955、美国专利4,000,209、美国专利4,014,952、美国专利4,067,923和美国专利4,511,751。美国专利3,574,780公开了另一种制备异戊二烯的方法，该方法通过使甲基叔丁基醚与空气的混合物流过混合氧化物催化剂而制备异戊二烯。甲基叔丁基醚在该催化剂作用下裂解为异丁烯和甲醇。所生成的甲醇接着被氧化成甲醛，然后甲醛与异丁烯在同一催化剂作用下反应生成异戊二烯。美国专利5,177,290公开了制备包括异戊二烯在内的二烯的方法，其包括在一定反应条件下将叔烷基醚和氧气源的反应混合物在两种功能不同的催化剂作用下反应，所述反应条件保证足以生成高收率的二烯并且使得叔烷基醚和叔烷基醚分解产物的再循环量最少。

工业应用中使用的异戊二烯通常作为石油或石脑油的热裂解副产物制备而得，或以其他方式从石化生产过程中提取。这是较为昂贵的能源密集型方法。由于全球对石化产品的需求不断增长，预期异戊二烯的成本会在长期内升至更高的水平并且它的可得性在任何情况下都会受到限制。令人担忧的是，未来从基于石化来源提供的异戊二烯将不足以满足预计的需求，并且其价格将会升至前所未有的水平。因此，需要从环保的低成本可再生资源获得异戊二烯源。

最近用可再生资源进行异戊二烯的制备已取得了若干进展(请参见，例如，国际专利申请公布No.WO2009/076676)用这些制备技术生产的异戊二烯组合物通常包含数量不等的作为发酵流程一部分的杂质。例如，发酵可以生成挥发性成分，如来自发酵培养基的水蒸气、作为呼吸产物的二氧化碳和有氧代谢中的残余氧气，以及其他有机生物副产物。氧气可能会引发不需要的异戊二烯化学反应，从而降低收率并生成不期望的反应产物。二氧化碳是异戊二烯转化和应用的后续催化反应的已知抑制剂，例如抑制异戊二烯转化为聚合物-如二聚物、三聚物，直至如同合成橡胶之类的很长链的聚合物。水蒸气和其他残余生物副产物对于使用异戊二烯的许多应用而言也是不期望的。因此，期望获得用可再生资源制备的异戊二烯组合物的纯化技术和方法。

本文提及的所有出版物、专利、专利申请和公布的专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文中。

发明内容

本发明专门地提供了纯化可再生资源或类似物中的异戊二烯的方法和设备以及所得的纯化异戊二烯组合物。

在一个方面，提供了纯化发酵罐废气中的异戊二烯的方法，其中废气包含异戊二烯、挥发性杂质和生物副产物杂质，该方法包括：将发酵罐废气与包括第一(吸收-汽提-蒸馏)塔柱的设备中的溶剂接触，从而形成：富含异戊二烯的溶液，该溶液包含溶剂、大部分异戊二烯和大部分生物副产物杂质；和包含大部分挥发性杂质的蒸汽；将富含异戊二烯的溶液从第一塔柱转移至第二塔柱；并且从第二塔柱中的富含异戊二烯的溶液中蒸出异戊二烯，从而形成：贫含异戊二烯的溶液，该溶液包含大部分生物副产物杂质；及纯化了的的异戊二烯组合物。在一些实施例中，废气为生物异戊二烯组合物。