[发明专利]从水溶液中分离羧酸的方法

说明书

本发明涉及通过一体化方法制造羧酸的方法。

可通过微生物经由碳源例如碳水化合物或甘油的发酵来制造羧酸。在这一发酵方法中，通常通过微生物将碳水化合物源发酵以形成羧酸。在其中碳水化合物源被发酵的液体称为发酵液或发酵介质。

在发酵过程中形成羧酸将导致发酵液的pH下降。因为这一pH下降可损害微生物的新陈代谢过程，常见的实践是在发酵介质中添加中和剂即碱，以便中和pH。结果，在发酵介质中产生的羧酸通常以羧酸盐形式存在。尽管存在一定程度上抗酸性环境的微生物，使得可在低pH(例如pH＝3)下进行发酵，但即使在这些方法中，至少一部分羧酸以羧酸盐形式获得。

为了在发酵之后从发酵液中回收羧酸，需要下游处理。在这些处理中，需要将发酵液内的羧酸盐转化成羧酸。此外，需要将羧酸(或如果尚未转化的话则为羧酸盐)从发酵液中分离。由于发酵液包括许多化合物，其中包括显著量的生物质(例如微生物)和盐(源自于中和剂)，因此，回收并分离羧酸可能相当复杂，通常需要多个处理步骤并导致废物材料尤其盐废物。

WO0017378公开了制备乳酸的方法，其目的是解决这些缺陷。在这一参考文献的方法中，通过发酵制造乳酸，且在发酵过程中例如用氢氧化镁调节pH，形成乳酸镁。使乳酸镁与HC1在含水介质中反应，形成含乳酸和已溶解的氯化镁的反应混合物。借助采用有机液体的正向萃取从盐溶液中回收该酸，接着使用水反向萃取有机酸溶液，形成产物乳酸溶液。萃取溶剂选自胺类、醇类和醚类，优选异戊醇、二异丙基醚和Alamine336。可对残留的氯化镁溶液进行热解步骤，其中将氯化镁转化成氧化镁粉末和盐酸。氧化镁粉末被转化成氢氧化镁，将氢氧化镁再循环到发酵步骤中。将盐酸再循环到酸化步骤中。这一参考文献的方法理论上是相当有吸引力的，因为可将镁和氯化物再循环，从而防止形成废物盐。然而，由于许多原因，在WO0017378中描述的方法本身不适合于商业操作。似乎显著量的萃取溶剂终止在提供到热水解(thermohydrolysis)步骤的盐溶液中。这是不利的，不仅因为溶剂的损失本身是不需要的，而且因为在还含有氯的氛围内有机组分的焚烧具有形成不需要的副产物的风险。

似乎在WO00/17378中形成的产物含水的酸溶液还含有不需要的污染物，而且难以除去这些不需要的污染物。

因此，需要在WO00/17378中描述的方法的适应性变体，它不具有上述的缺点。本发明提供这样的一种方法。

本发明涉及制造羧酸的方法，该方法包括下述步骤：

-对包括羧酸和至少5wt％已溶解的氯化镁的含水混合物进行正向萃取步骤，基于在该含水混合物内水和已溶解的材料的总重量，其中将羧酸从含水混合物中萃取到含有机溶剂的第一有机液体内，该有机溶剂选自C5+酮类，从而获得有机羧酸溶液和含氯化镁的含水废液，

-对有机羧酸溶液进行反向萃取步骤，其中将羧酸从有机羧酸溶液萃取到含水液体内，从而获得羧酸水溶液和第二有机液体，

-在至少300℃的温度下，对从正向萃取中得到的含氯化镁的含水废液进行热分解步骤，从而使氯化镁分解成氧化镁和HC1。

本发明的关键在于在萃取步骤中选择特定的溶剂。已发现，使用C5+酮导致形成含有较少杂质且与使用在WO00/17378中描述的溶剂制造的溶液相比更加容易纯化的终产物羧酸水溶液。此外，提供到热分解工艺中的液体还含有较少的有机化合物，并且在其内存在的化合物不那么有害。二者导致可在HSE-可接受的条件下操作且不需要大型(extensive)装置的热分解工艺。

不希望受理论束缚，认为在WO0017378中描述的溶剂具有下述缺点。由于它们的碱性性质，因此醚类和胺类二者对盐溶液具有相对高的亲和性，从而导致在提供到热分解步骤中的盐溶液内这些溶剂相对高的浓度，在热分解步骤中通过不完全分解它们可引起形成不需要的副产物。对于胺类作为溶剂，存在的额外风险是形成NO_x化合物，这使得需要额外的装置。对于醚类，将它们提供到热分解步骤中带来爆炸的风险。此外，由于相同的原因即它们的碱性性质，因此醚类和胺类将以相对大的含量终止于产物的酸水溶液内。尤其难以从中除去胺类。此外，已发现由于胺或醚与HC1的酸-碱相互作用，这些化合物还导致产物内增加的氯化物浓度。不仅氯化物化合物难以除去，而且由于它们的腐蚀性质，因而它们的存在对工艺设备提出了严苛的要求。