[发明专利]从水溶液中回收有机酸的方法

说明书

披露了一种从水溶液(102)中回收有机酸的方法，该方法包括将溶解在该水溶液中的该有机酸萃取到包含用于该有机酸的萃取剂的与水不混溶的萃取相(123)中，将该萃取相(123)与该水溶液(122)分离，将醇(131)添加到与该水溶液分离的该萃取相中，以及由该有机酸和该醇形成酯(141)。

技术领域

本发明涉及从水溶液、特别是从发酵液中有效地回收有机酸(比如羧酸)的方法。

背景技术

为了促进向生物基经济过渡，进行了研究以从可再生能源生产用于生物塑料的结构单元。这些通常是通过用第一代和第二代糖发酵产生的二酸，比如琥珀酸、衣康酸和2，5-呋喃-二羧酸。另外，目前也已经通过发酵手段生产了其他酸，像柠檬酸和乳酸。

为了能够使用例如酸作为生物基塑料的原料，必须回收和纯化这些酸。实现所需纯度所必需的全部工艺流程(即下游加工)被认为是主要成本并且估计约为生产成本的60％。因此，继续努力以实现更有效的工艺。

为了从发酵液中回收这些酸，可以应用几种技术。实例是结晶/盐沉淀、电渗析和萃取。盐沉淀通常应用于回收有机酸(也以工业规模用于回收柠檬酸和乳酸)，相对简单但需要中和发酵液，并且与增加发酵性能的方法不兼容。它还导致石膏侧流。电渗析对于介质的盐组成具有限制，并且一般而言相当昂贵。有机酸在非极性溶剂中有限的溶解度也限制了液-液萃取的选项。

从US 2004/0210087，2004年10月21日(US′087)和US 2005/0256337，2005年11月17日(US′337)已知从包含羧酸的盐的溶液中回收羧酸。在US′087中，将铵或(水溶性的)胺添加到发酵液中以形成羧酸的铵盐。然后将发酵液加热以分离铵盐，并于在水中不混溶的有机萃取剂(例如叔胺)的存在下产生酸。然后使羧酸与酯化剂(比如醇)反应。在US′337中，羧酸盐包含形成不溶性碳酸盐的阳离子，比如Ca、Zn、Ba和Mg。将叔胺和CO₂添加到盐水溶液中以形成酸-胺络合物和不溶性碳酸盐。通过添加与水不混溶的溶剂，特别是醇，从盐水溶液中回收酸-胺络合物，以形成包括酸-胺络合物和与水不混溶的溶剂的反应相。反应相与水溶液形成分离相并被分离。然后由酸和醇溶剂形成酯。

两种工艺的一个缺点是发酵液被中和(如US′087中通过添加铵或如US′337中通过添加碱土金属阳离子)，这在回收酸后产生无用的最终流，并且还提出与原位产品回收方法不兼容的额外的单元操作。另外，两种工艺都需要盐分解反应，该盐分解反应需要添加热量(US′087)或鼓泡CO₂通过发酵液，这需要额外的能量消耗用于反应性萃取步骤。此外，在US′337中，酯化步骤是用醇进行的，该醇在反应性萃取步骤中用作与水不混溶的溶剂。这是一种高级烷基醇，产生更难处理的酯。

从文章Development of reactive extraction systems for itaconic acid：astep towards in situ product recovery for itaconic acid fermentation[衣康酸的反应性萃取系统的发展：衣康酸发酵的原位产物回收的步骤]，K.Elst和G.Kaur，RSC Adv.[RSC进展]，2014，4，45029-45039已知通过基于胺-稀释剂组合的反应性萃取系统回收衣康酸。发现包括三辛胺、二辛胺和N-甲基二辛胺作为胺萃取剂的萃取系统的高萃取产率，这些胺萃取剂溶解在1-辛醇、乙酸戊酯和辛酸甲酯中。这些系统能够将酸从水溶液中萃取到分离相中，在其中酸与胺络合。然而，该文章没有提及如何可以从酸-胺络合物中反萃取酸。