[发明专利]使用降膜、刮膜、薄膜或短程蒸发器从发酵液纯化醇的方法

说明书

本发明涉及从发酵液纯化醇。

通过微生物发酵产生醇具有许多优点。举例而言，通过发酵产生丁醇、1，3-丙二醇和1，2-丙二醇是周知的。发酵介质中的起始原材料可为甘油。具体而言，已描述了通过由梭菌(clostridium)发酵甘油合成1，3丙二醇。通过发酵甘油合成1，3-丙二醇与使用石油产物的化学合成相比，导致生产成本显著降低。

通过发酵产生醇通常伴随产生有机酸。因此，通过微生物发酵产生1，3-丙二醇可伴随同时产生其他产物或副产物，具体为丙酮，或以酸或乙酸盐形式的酸。

因此，必须将由发酵产生的醇从发酵液纯化。除了醇之外，发酵液可含有也可从发酵液纯化的有价值的副产物(例如丙酮或乙酸)。然而，发酵液通常还含有杂质或不希望的副产物如水、有机杂质、无机盐和有机盐。

在1，3-丙二醇的具体情况下，常常观察到造成1，3-丙二醇颜色和气味的有机杂质。这些杂质并未得到鉴定，但有可能是由于1，3-丙二醇降解而出现的。因此，在产生和纯化1，3-丙二醇过程中必须避免此种降解。

在从发酵液纯化醇的过程中遇到的一个主要问题是盐的消除。这些盐通常为氯化钠和氯化钙，但也可为铵盐和磷酸盐。如果未经消除，这些盐会在醇纯化过程中沉淀。

已经描述了多种从发酵液纯化1，3-丙二醇的方法，特别是EP 1218327，US 7056439，EP 1103618和WO2004/101479。

US 5,254,467描述1，3-丙二醇的发酵产生。在消除了生物质之后，使用多种技术纯化该1，3-丙二醇。可通过蒸发去除水、低沸点和高沸点组分。

对于盐，最显著而言，已提出了通过多种技术如使用离子交换树脂(WO2004101479)，电透析(Gong等，2006；Gong等，2004)和沉淀-过滤(US6,361,983)从纯化方法上游消除盐。

ZHI-LONG XIU等涉及生物法产生的1，3-丙二醇和2，3-丁二醇的下游加工。在该综述文章中，讨论了多种技术包括蒸发、液-液提取和蒸馏技术。ZHI-LONG XIU等承认在蒸馏之前需要脱盐和脱质子化。提出的一种方法是添加乙醇以引发盐和蛋白的沉淀，然后在进一步纯化之前将其去除。

WO2009/068110描述了从发酵液纯化醇的方法。在这些方法中，将甘油添加至浓缩的发酵液防止了盐在蒸馏柱底部的结晶。甘油的添加使盐留在液相直至纯化工艺终了。该工艺的主要缺点是需用于溶解盐的甘油量可能非常高，导致高纯化成本。

WO2004/101479也涉及生物法产生的1，3-丙二醇的纯化。该纯化工艺包括过滤、离子交换纯化和包括至少两个蒸馏柱的蒸馏过程。盐在该工艺起始时使用离子交换树脂来去除。主要的问题是离子交换树脂的结垢(fouling)，这是由于经过滤的发酵液中的重杂质。离子交换是有效的技术，但由于当该技术应用于具有高盐含量的溶液时需要再生树脂而导致非常高的运营成本。由于重杂质造成的离子交换树脂的结垢和由于高盐含量造成的迅速饱和两者均导致运营成本提高，因为需要频繁地再生和/或替换树脂。

US 2004/0222153公开了从发酵液基于液-液提取回收1，3-丙二醇的工艺。液-液提取依赖于在有机溶剂中提取1，3-丙二醇。选择适当的溶剂使得1，3-丙二醇对该溶剂的亲和力高于对水的亲和力。然而，限制因素是1，3-丙二醇非常亲水，因此需要大体积的溶剂以有效地提取1，3-丙二醇。

因此，这些技术均未产生令人满意的结果。

本发明提出了新的从发酵液纯化醇如1，3-丙二醇的方法。本发明的方法在进一步纯化所述醇之前使得发酵液有效地脱盐。

有利地，本发明的方法在纯化步骤中防止所述醇的降解。

本发明的方法是基于将重溶剂添加至发酵液，其中所述重溶剂具有比通过发酵产生的醇的沸点更高的沸点。在本发明的方法中，在添加了重溶剂之后，将发酵液给料于降膜蒸发器、刮膜蒸发器或短程蒸发器，其中该醇被蒸发，而盐结晶并由所述重溶剂抽出(draw out)。重溶剂的添加导致盐的机械抽出，同时导致蒸馏物中所需产物的高产量，从而导致从含有待纯化的醇的发酵液中盐的早期消除。

在去除盐之后，可进一步使用多种技术如例如蒸馏来纯化所述醇。残留的杂质可进一步通过离子交换或吸附来去除，但这些技术是用作锦上添花的(polishing)技术以达到甚至更高的最终质量。减少了离子交换树脂或吸附固体的结垢，因为之前已去去除了盐和重杂质。

有利地，本发明的方法使得在从发酵液纯化醇的过程中能够使用简单、便宜和易于工业化的工艺有效地消除盐。