[发明专利]从羧酸镁混合物中回收羧酸

说明书

技术领域

本发明涉及用于从包含羧酸镁的含水混合物中回收羧酸的方法。

背景技术

羧酸如乳酸、琥珀酸和丙酸可以通过微生物发酵碳水化合物而产生。在这种发酵过程中，碳水化合物源通常通过微生物发酵形成羧酸。其中碳水化合物源发酵的液体被称为发酵液或发酵介质。

在发酵中羧酸的形成将导致发酵液pH降低。因为这种pH的降低可能损害微生物的代谢过程，通常是在发酵介质中添加中和试剂也就是碱以便中和pH或维持对于微生物最适宜的pH值。结果，在发酵介质中产生的羧酸通常以羧酸盐的形式存在。虽然一些微生物在一定程度上能够耐受酸性环境，使得发酵可以在低pH(例如pH为3)下进行，但是即使在这些过程中仍作为羧酸盐获得至少部分羧酸。

为了在发酵后从发酵液中回收羧酸，需要下游处理。在这种处理中，发酵液中的羧酸盐需要被转化成羧酸。而且，羧酸(或羧酸盐，如果尚未转化的话)需要从发酵液中分离出来。因为发酵液包含许多化合物，包括大量的生物质(例如微生物)和盐(源自中和试剂)，回收和分离羧酸可能是相当复杂的，通常需要多个处理步骤和导致废弃材料，特别是盐废物。

WO 00/17378涉及乳酸的制备和给出了这种处理步骤的例子。所述过程包括如下步骤：在发酵反应中获得乳酸钙或乳酸镁，分离发酵液与生物质(1)，用盐酸酸化发酵液以产生乳酸和氯化镁或氯化钙的浓缩溶液(2)，浓缩由酸化发酵液产生的包含乳酸和氯化镁或氯化钙的溶液(3)，通过液-液萃取从包含乳酸的溶液中分离乳酸(4)，溶剂回收(5)，吸附纯化(6)，浓缩(7)，和热水解步骤使氯化镁与水反应以产生氧化镁粉末和盐酸(8)，通过冷激水合氧化镁，因此，获得循环至发酵罐的氢氧化镁(10)和通过水吸收HCl(11)。

在WO 00/17378中所述方法的缺点是在热水解步骤中可能发生氧化镁的污染。在萃取步骤中获得的氯化镁溶液通常包含杂质，特别是源自发酵过程的杂质，例如糖、蛋白质和盐。如果在热水解步骤中这些杂质存在于氯化镁溶液中，它们可能污染形成的氧化镁。

在WO 00/17378中所述方法的另一个缺点是热水解步骤由于焚烧乳酸盐可能导致产物损失。在萃取中，少量的乳酸盐通常将留在水相中和最终留在热水解步骤中待处理的氯化镁溶液中。这些乳酸盐收不回来了，因为它们将在该步骤使用的高温下被焚烧。

在WO 00/17378中所述方法的另一个缺点是部分镁离子和部分氯离子被萃取到有机相中。因此，这些离子不在热水解步骤中循环。此外，这些离子可能最终存在于乳酸溶液中，因此它们将在后面阶段中如通过深度洗涤被除去。

在WO 00/17378中所述方法的另一个缺点是在萃取后获得的乳酸溶液将被用于萃取的有机溶液污染，即使在溶剂回收步骤后也一样。需要除去这些杂质以增加乳酸溶液的纯度。

本发明的目的是增加WO 00/17378中所述循环步骤的效率，特别是通过克服一个或多个上述的缺点来实现。

本发明的更广义的目的是提供用于从羧酸镁溶液中回收具有高纯度的羧酸的方法，其中镁离子从羧酸盐溶液中分离出来和随后以高效的方式被循环。

这些目的中至少一个通过提供从包含羧酸镁的含水混合物中回收羧酸的方法实现，包括如下步骤：

-使含水混合物与酸性离子交换剂接触，由此形成羧酸混合物和负载镁离子的离子交换剂；和

-使所述负载镁离子的离子交换剂与盐酸(HCl溶液)接触，由此形成氯化镁溶液；和

-在至少300℃的温度下热分解所述氯化镁溶液，由此形成氧化镁和氯化氢。

发明人意识到通过使用离子交换替代萃取将羧酸盐转化为羧酸，存在于含水混合物中的镁离子可以更有效地被循环。首先，发明人意识到通过使用离子交换可以很有效地分离镁盐和羧酸，特别是相比于萃取。而且，发现相比于萃取，离子交换过程较不易于污染溶液。但更重要地，发明人发现通过用盐酸再生离子交换剂，获得具有高纯度和基本无羧酸盐或羧酸的氯化镁溶液。对于热分解步骤，这是有优势的。第一，当热分解氯化镁溶液时，无羧酸盐损失。第二，由于氯化镁溶液的高纯度，基本上不发生氧化镁污染。由于氧化镁在可能的发酵步骤中可以用作碱或它的前体和氯化氢可以在再生步骤中使用，因此本发明方法提供了使存在于含水混合物中的镁离子以有效方式循环的过程。

通过使用离子交换从包含羧酸盐的液体中回收羧酸在本领域中是已知的，例如从EP 1 669 459可知。然而，该技术与热水解的组合以及与该组合关联的有利效果还没有被意识到。