丙酸銨的熱鹽分解的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的臨時(shí)申請(qǐng)系列編號(hào)61/794, 573的優(yōu)先權(quán)，所 述申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種用于將丙酸銨轉(zhuǎn)化成丙酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] -種制造丙酸的生物基方法涉及在中性pH或接近中性pH下使糖發(fā)酵。然而， 將發(fā)酵保持在中性PH或接近中性pH會(huì)導(dǎo)致形成丙酸鹽，最常見(jiàn)的是丙酸銨（ammonium propionate，AP)。為了獲得丙酸，需要將來(lái)自發(fā)酵工藝的AP鹽"分解"成氨和丙酸。一旦 分解，就回收氨并且可以將丙酸轉(zhuǎn)化成更有用的產(chǎn)物。
[0005] 然而，在將AP鹽"分解"成氨和丙酸時(shí)存在一些問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，在一種"分解"AP 鹽的方法中，以一種稱為"熱鹽分解"（thermal salt-splitting，TSS)的方法，在常壓或減 壓下加熱AP的水溶液。TSS將水從所述水溶液去除，這是不合需要的，因?yàn)樗萌芤旱恼扯?增加到使其難以處理的程度。
[0006] 因此，需要一種將水性混合物中的丙酸銨轉(zhuǎn)化成丙酸的方法，所述方法通過(guò)使用 鹽分解液將AP鹽"分解"成氨和丙酸來(lái)使粘度增加減到最小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的方法是這樣一種將水性混合物中的丙酸銨轉(zhuǎn)化成丙酸的方法，所述方法 包含：
[0008] 將極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑與所述水性混合物混合，其中所述丙酸銨和所述丙酸至少 部分溶于所述極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑中，形成鹽分解液；
[0009] 加熱所述鹽分解液以將所述丙酸銨轉(zhuǎn)化成丙酸和氨，其中加熱所述鹽分解液產(chǎn)生 含有至少水、氨及所述溶劑的氣相；
[0010] 在所述加熱期間，從所述氣相去除所述水和所述氨的至少一部分；及
[0011] 使所述溶劑的至少一部分從所述氣相返回到所述鹽分解液中。
[0012] 所述鹽分解液可以加熱到l〇〇°C到130°C的溫度。所述極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑選 自由以下各物組成的群組：C4 s烷醇、二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲 基-2-吡咯烷酮（NMP)、二甲亞砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷、二乙二醇二甲醚或其組合。將所 述極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑與所述水性混合物混合以使得所述水性混合物中丙酸與極性非質(zhì) 子有機(jī)溶劑的重量比是0.6 : 1或更低，優(yōu)選是0.18 : 1到0.58 : 1，更優(yōu)選是0.24 : 1 到 0· 42 : 1。
[0013]出人意料的是，本發(fā)明的方法不僅保持低粘度，而且還使特別不合需要的副產(chǎn)物 酰胺的形成減到最少。塔頂中丙酸的損失也得以減少。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 丙酸制造中使用的發(fā)酵液或水性混合物是在中性pH或接近中性pH下操作。在維 持這一中性PH時(shí)，產(chǎn)生丙酸鹽，最常見(jiàn)的是AP。為了獲得丙酸，將氨從丙酸銨中"分解"。
[0015] 將AP "分解"成氨和丙酸的一種直接方法是在"熱鹽分解"或"TSS"方法中加熱 水性混合物。在加熱期間，由于氨和水被移除，故丙酸銨轉(zhuǎn)化成丙酸。由于氨和水被去除， 故加熱過(guò)程還引起水性混合物的酸性（例如水性混合物酸性變強(qiáng)）及丙酸濃度的增加。
[0016] 在DE 2718363中提出，加熱過(guò)程可以用于水溶性有機(jī)溶劑（例如二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲基吡咯啶酮（NMP)、二甲亞砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷及二 乙二醇二甲醚）中的羧酸銨鹽（例如異丁酸鹽、乙酸鹽、己二酸鹽、（甲基）丙烯酸鹽、苯甲 酸鹽及對(duì)苯二甲酸鹽）。
[0017] 然而，DE 2718363的方法存在若干問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，DE 2718363中的溶劑在溶劑 中鹽濃度較低情況下作用良好（例如低濃度是100克溶劑中〇. 2摩爾鹽，或丙酸/溶劑比 率是〇. 18)。然而，對(duì)于工業(yè)方法，需要的是在較高丙酸濃度（例如以整個(gè)溶液（例如鹽分 解溶液）的總重量計(jì)，丙酸濃度從18重量％ (wt% )到高達(dá)60重量％ )下作用。此外，DE 2718363教示，使用較低沸點(diǎn)的溶劑（例如DMF、DM及DMS0)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的起泡問(wèn)題，這使 其不適合用于工業(yè)方法中。
[0018] 本發(fā)明提供針對(duì)這些問(wèn)題的解決方案。已意外地發(fā)現(xiàn)，將極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑添 加到含有AP的水性混合物中促進(jìn)以較高程度去除氨（較高的鹽到氨和酸的轉(zhuǎn)化率）。如果 采用烷醇作為溶劑，那么其與反應(yīng)混合物中的水形成非均質(zhì)共沸混合物。在塔頂冷凝器中， 有可能將烷醇與水分離，并且烷醇可以再循環(huán)到反應(yīng)混合物中。也已意外地發(fā)現(xiàn)，在水性混 合物中使用烷醇也緩和在加熱過(guò)程（例如熱鹽分解）期間利用許多極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑所 碰到的起泡問(wèn)題。
[0019] 如本文中所使用，"水性混合物"可以衍生自發(fā)酵液，或者可以是通過(guò)使微生物在 發(fā)酵培養(yǎng)基中經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)發(fā)酵階段以產(chǎn)生丙酸和丙酸鹽（例如丙酸銨）以及其他物質(zhì) 而得到的產(chǎn)物介質(zhì)。如本文中所使用，發(fā)酵培養(yǎng)基意思指在一個(gè)或多個(gè)發(fā)酵階段中允許微 生物產(chǎn)生丙酸和AP以及其它化合物所使用的水、糖及溶解固體的混合物。所述水性混合物 可以經(jīng)歷巴氏滅菌、殺菌、純化、過(guò)濾、濃縮或其組合。如本文中所使用，水性混合物的適合 實(shí)例包括但不限于，國(guó)際公開(kāi)案號(hào)WO 2011/094457中描述的那些，所述公開(kāi)案以全文引用 的方式并入本文中。
[0020] 如本文所使用，術(shù)語(yǔ)"銨"（例如呈丙酸銨形式）是指具有式NHR/的陽(yáng)離子，其中 每一 R基團(tuán)獨(dú)立地是氫，或被取代或未被取代的烷基、芳基、芳烷基或烷氧基。優(yōu)選R基團(tuán) 各自是氫。
[0021] 如本文中所使用，"鹽分解液"可以具有如本領(lǐng)域中已知的混合物或溶液的物理特 征。水性混合物和極性非質(zhì)子溶劑一起形成鹽分解液。
[0022] 如本文中所使用，"熱鹽分解"是用于將AP "分解"或"轉(zhuǎn)化"成丙酸和氨的一種方 法。熱鹽分解方法包括加熱包括水性混合物的鹽分解液以將AP轉(zhuǎn)化成丙酸和氨。因此，加 熱鹽分解液以將AP轉(zhuǎn)化成丙酸和氨是熱鹽分解方法。
[0023] 本發(fā)明的方法將水性混合物中的AP轉(zhuǎn)化成丙酸。所述方法包括將極性非質(zhì)子有 機(jī)溶劑與所述水性混合物混合，其中丙酸銨和丙酸可溶于極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑中。
[0024] 加熱鹽分解液以將AP轉(zhuǎn)化成丙酸和氨（例如TSS)。加熱鹽分解液還產(chǎn)生含有至 少水、氨及所述溶劑的氣相。在加熱期間，從氣相中去除水和氨的至少一部分并且使至少一 部分溶劑從氣相返回到鹽分解液中。
[0025] 如本文所使用，可溶性意思指AP和丙酸在本文提供的濃度下與極性非質(zhì)子有機(jī) 溶劑和水性混合物混合形成均質(zhì)溶液（例如水性混合物的水溶液）的能力。這允許AP、丙 酸及極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑溶解于水性混合物（例如水和其它化合物）中。從這一均質(zhì)溶 液可以分離出（經(jīng)由氣相）水和氨，在鹽分解液中留下極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑。將極性非質(zhì) 子有機(jī)溶劑保持在鹽分解液中有助于保持足夠低的水性混合物粘度（例如，如在25°C下測(cè) 量，小于5000厘泊（cP)，優(yōu)選地小于2000cP)以允許更容易地處理鹽分解液。將溶劑保持 在鹽分解液中也有助于保持丙酸稀釋度（例如每升鹽分解液約6. 3摩爾丙酸或更低的濃 度）。因此，本發(fā)明尤其提供一種極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑，其在加熱（例如熱鹽分解）期間與 水性混合物一起使用時(shí)，允許水、丙酸及AP溶解于鹽分解液中，允許分離氣相中的水和氨， 并且使極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑保留在水性混合物的鹽分解液中以保持系統(tǒng)粘度低到足以處 理材料并保持足夠的丙酸稀釋度以使副反應(yīng)減到最少。
[0026] 優(yōu)選極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于但接近水的沸點(diǎn)（在類(lèi)似的壓力和溫度 下）。這允許在加熱過(guò)程期間優(yōu)先去除水并且還有助于在后續(xù)工藝中去除水。如所論述， 水、丙酸及AP都可溶于極性非質(zhì)子溶劑中（例如極性非質(zhì)子溶劑對(duì)于水性混合物來(lái)說(shuō)是一 種良好溶劑）。如所論述，水性混合物可以被"濃縮"（例如，其中在添加極性非質(zhì)子溶劑之 前，已例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)從水性混合物中去除水），由此提供用于本發(fā)明的濃縮的水性混合 物。
[0027] 極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑可以是按所需比例溶解丙酸和AP的溶劑。極性非質(zhì)子有 機(jī)溶劑的實(shí)例包括但不限于，選自由以下各物組成的群組的那些：C48烷醇、二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)、二甲亞砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷、二 乙二醇二甲醚或其組合。C48烷醇的實(shí)例包括丁醇、戊醇、己醇、庚醇及辛醇。優(yōu)選正烷醇。
[0028] 與水性混合物混合的極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑的量是基于以下假設(shè)確定：到本發(fā)明的 方法結(jié)束時(shí)，水將完全從鹽分解液中去除。因此，極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑的用量隨所述方法結(jié) 束時(shí)如本文所提供的極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑中丙酸的希望濃度（例如wt% )而變化。這也可 以隨丙酸與極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑的重量比而變化。
[0029] 對(duì)于各種實(shí)施例，將極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑與水性混合物混合以使得水性混合物中 丙酸與極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑的重量比是0.6 : 1或更低，優(yōu)選是0.18 : 1到0.58 : 1，更優(yōu) 選是0.24 : 1到0.42 : 1。有關(guān)將多少極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑與水性混合物混合的另一方 法是在鹽分解液中具有高達(dá)60重量％ (wt%)的丙酸濃度，優(yōu)選在鹽分解液中具有10wt% 到40wt %的丙酸濃度，更優(yōu)選在鹽分解液中具有Ilwt %到26wt %的丙酸濃度。以鹽分解液 的總重量計(jì)，鹽分解液中丙酸可以具有15wt%到25wt%的濃度也是可能的。如果采用烷醇 作為溶劑，那么其與反應(yīng)混合物中的水形成非均質(zhì)共沸混合物。在塔頂冷凝器中，有