EA041653B1 - METHOD FOR PURIFYING BIO-1,3-BUTANEDIOL FROM ENZYME BROTH - Google Patents
METHOD FOR PURIFYING BIO-1,3-BUTANEDIOL FROM ENZYME BROTH Download PDFInfo
- Publication number
- EA041653B1 EA041653B1 EA202190811 EA041653B1 EA 041653 B1 EA041653 B1 EA 041653B1 EA 202190811 EA202190811 EA 202190811 EA 041653 B1 EA041653 B1 EA 041653B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- bio
- butanediol
- batch
- evaporation
- bdo
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 51
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 79
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 79
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 45
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 41
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 39
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 39
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 39
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 36
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 31
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 29
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 29
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 29
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 27
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 19
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 19
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 18
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- AXPZIVKEZRHGAS-UHFFFAOYSA-N 3-benzyl-5-[(2-nitrophenoxy)methyl]oxolan-2-one Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1OCC1OC(=O)C(CC=2C=CC=CC=2)C1 AXPZIVKEZRHGAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 79
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 56
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 43
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 36
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 35
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 33
- 235000010633 broth Nutrition 0.000 description 31
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 28
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 26
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 22
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 20
- 235000019437 butane-1,3-diol Nutrition 0.000 description 20
- WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N butane-1,4-diol Chemical compound OCCCCO WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- MKUWVMRNQOOSAT-UHFFFAOYSA-N but-3-en-2-ol Chemical compound CC(O)C=C MKUWVMRNQOOSAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N buten-2-one Chemical compound CC(=O)C=C FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- LVSQXDHWDCMMRJ-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybutan-2-one Chemical compound CC(=O)CCO LVSQXDHWDCMMRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 13
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 13
- WCASXYBKJHWFMY-NSCUHMNNSA-N 2-Buten-1-ol Chemical compound C\C=C\CO WCASXYBKJHWFMY-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 11
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 10
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 1,3-propanediol Substances OCCCO YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 9
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 9
- 229920000166 polytrimethylene carbonate Polymers 0.000 description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- ZSPTYLOMNJNZNG-UHFFFAOYSA-N 3-Buten-1-ol Chemical compound OCCC=C ZSPTYLOMNJNZNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 8
- DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N (+)-propylene glycol Chemical compound C[C@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N 0.000 description 7
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 7
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- AJCCUKNFSWHOTP-UHFFFAOYSA-N 2-ethenyl-2,4-dimethyl-1,3-dioxane Chemical compound CC1CCOC(C)(C=C)O1 AJCCUKNFSWHOTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 238000003109 Karl Fischer titration Methods 0.000 description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 5
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- WCASXYBKJHWFMY-UHFFFAOYSA-N gamma-methylallyl alcohol Natural products CC=CCO WCASXYBKJHWFMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical class CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 4
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 4
- QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- -1 for example Polymers 0.000 description 4
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 4
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 4
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 238000004457 water analysis Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010062717 Increased upper airway secretion Diseases 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 3
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 3
- 208000026435 phlegm Diseases 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- WCYWZMWISLQXQU-UHFFFAOYSA-N methyl Chemical compound [CH3] WCYWZMWISLQXQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 2
- DYLIWHYUXAJDOJ-OWOJBTEDSA-N (e)-4-(6-aminopurin-9-yl)but-2-en-1-ol Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2C\C=C\CO DYLIWHYUXAJDOJ-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 1
- AUFZRCJENRSRLY-UHFFFAOYSA-N 2,3,5-trimethylhydroquinone Chemical compound CC1=CC(O)=C(C)C(C)=C1O AUFZRCJENRSRLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LOVYCUYJRWLTSU-UHFFFAOYSA-N 2-(3,4-dichlorophenoxy)-n,n-diethylethanamine Chemical compound CCN(CC)CCOC1=CC=C(Cl)C(Cl)=C1 LOVYCUYJRWLTSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVNVAWHJIKLAGL-UHFFFAOYSA-N 2-(cyclohexen-1-yl)cyclohexan-1-one Chemical compound O=C1CCCCC1C1=CCCCC1 GVNVAWHJIKLAGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JSGVZVOGOQILFM-UHFFFAOYSA-N 3-methoxy-1-butanol Chemical compound COC(C)CCO JSGVZVOGOQILFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical class N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001494510 Arundo Species 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 description 1
- XRDWFPHEFFEXHX-UHFFFAOYSA-N C(C=CC)O.CC(C=C)O Chemical compound C(C=CC)O.CC(C=C)O XRDWFPHEFFEXHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100008050 Caenorhabditis elegans cut-6 gene Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150065749 Churc1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000132536 Cirsium Species 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 1
- 208000033962 Fontaine progeroid syndrome Diseases 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 241001495453 Parthenium argentatum Species 0.000 description 1
- 102100038239 Protein Churchill Human genes 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001502 aryl halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 230000007073 chemical hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005100 correlation spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N crotonic acid Chemical compound C\C=C\C(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- CSCPPACGZOOCGX-WFGJKAKNSA-N deuterated acetone Substances [2H]C([2H])([2H])C(=O)C([2H])([2H])[2H] CSCPPACGZOOCGX-WFGJKAKNSA-N 0.000 description 1
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 1
- 238000002451 electron ionisation mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- BEFDCLMNVWHSGT-UHFFFAOYSA-N ethenylcyclopentane Chemical compound C=CC1CCCC1 BEFDCLMNVWHSGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000011552 falling film Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000004052 folic acid antagonist Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 235000020030 perry Nutrition 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 235000012015 potatoes Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004334 sorbic acid Substances 0.000 description 1
- 229940075582 sorbic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000010199 sorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N trans-crotonic acid Natural products CC=CC(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Description
Настоящее изобретение относится к способу очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона.The present invention relates to a process for purifying bio-1,3-butanediol from fermentation broth.
Говоря более конкретно, настоящее изобретение относится к способу очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона, включающему следующие далее стадии, на которых (a) подвергают ферментативный бульон разделению;More specifically, the present invention relates to a process for purifying bio-1,3-butanediol from a fermentation broth, comprising the following steps: (a) subjecting the fermentation broth to separation;
(b) подвергают продукт, полученный на стадии (a), обработке с использованием ионообменных смол;(b) subjecting the product obtained in step (a) to treatment using ion exchange resins;
(c) подвергают продукт, полученный на стадии (b), первому выпариванию;(c) subjecting the product obtained in step (b) to a first evaporation;
(d) подвергают продукт, полученный на стадии (c), второму выпариванию;(d) subjecting the product obtained in step (c) to a second evaporation;
(e) подвергают продукт, полученный на стадии (d), третьему выпариванию, получая очищенный био -1,3-бутандиола.(e) subjecting the product obtained in step (d) to a third evaporation to obtain purified bio-1,3-butanediol.
Упомянутый очищенный био-1,3-бутандиол может быть выгодным образом использован для производства био-1,3-бутадиена, который, в свою очередь, может быть выгодным образом использован в качестве мономера или в качестве промежуточного соединения при производстве эластомеров и (со)полимеров.Said purified bio-1,3-butanediol can be advantageously used for the production of bio-1,3-butadiene, which in turn can be advantageously used as a monomer or as an intermediate in the production of elastomers and (co) polymers.
Поэтому один дополнительный объект настоящего изобретения представляет собой способ производства био-1,3-бутадиена из очищенного био-1,3-бутандиола, полученного как описано выше, а также применение упомянутого био-1,3-бутадиена в качестве мономера или в качестве промежуточного соединения при производстве эластомеров и (со)полимеров.Therefore, one additional object of the present invention is a process for the production of bio-1,3-butadiene from purified bio-1,3-butanediol obtained as described above, as well as the use of said bio-1,3-butadiene as a monomer or as an intermediate compounds in the production of elastomers and (co)polymers.
Как это, кроме того, должно быть отмечено, из упомянутого способа производства био-1,3бутадиена, в частности из дегидратации био-1,3-бутандиола, получают и другие алкенолы, а именно био2-бутен-1-ол (кротиловый спирт), био-3-бутен-2-ол (метилвинилкарбинол), био-3-бутен-1-ол (аллилкарбинол), говоря более конкретно, био-2-бутен-1-ол (кротиловый спирт) и био-3-бутен-2-ол (метилвинилкарбинол), которые помимо производства био-1,3-бутадиена могут быть выгодным образом использованы при производстве промежуточного соединения, которое, в свою очередь, может быть использовано в тонкой химии, агрохимии, фармацевтической химии или нефтехимии.As it should also be noted, from the mentioned process for the production of bio-1,3-butadiene, in particular from the dehydration of bio-1,3-butanediol, other alkenols are also obtained, namely bio2-buten-1-ol (crotyl alcohol) , bio-3-buten-2-ol (methylvinylcarbinol), bio-3-buten-1-ol (allylcarbinol), more specifically bio-2-buten-1-ol (crotyl alcohol) and bio-3-butene -2-ol (methylvinylcarbinol), which, in addition to the production of bio-1,3-butadiene, can be advantageously used in the production of an intermediate, which in turn can be used in fine chemistry, agrochemistry, pharmaceutical chemistry or petrochemistry.
Для целей настоящего описания изобретения и следующей далее формулы изобретения термин био-2-бутен-1-ол (кротиловый спирт) относится к смеси из цис- и транс-изомеров, к одному только цис-изомеру и к одному только транс-изомеру.For the purposes of this specification and the following claims, the term bio-2-buten-1-ol (crotyl alcohol) refers to a mixture of cis and trans isomers, the cis isomer alone, and the trans isomer alone.
Например, био-2-бутен-1-ол (кротиловый спирт) может быть использован в качестве предшественника для галогенидов, кротиловых сложных эфиров или кротиловых простых эфиров, которые, в свою очередь, могут быть использованы, например, в качестве промежуточных соединений при производстве мономеров, в тонкой химии (например, для производства сорбиновой кислоты, триметилгидрохинона, кротоновой кислоты, 3-метоксибутанола), агрохимии, фармацевтической химии.For example, bio-2-buten-1-ol (crotyl alcohol) can be used as a precursor for halides, crotyl esters or crotyl ethers, which in turn can be used, for example, as intermediates in the production of monomers, in fine chemistry (for example, for the production of sorbic acid, trimethylhydroquinone, crotonic acid, 3-methoxybutanol), agrochemistry, pharmaceutical chemistry.
Био-3-бутен-2-ол (метилвинилкарбинол) может быть использован в качестве растворителя в тонкой химии, в качестве компонента при модифицировании полимеров, таких как, например, полиолефины (в соответствии с описанием, например, в немецком патенте DE 1908620).Bio-3-buten-2-ol (methylvinylcarbinol) can be used as a solvent in fine chemistry, as a component in the modification of polymers such as, for example, polyolefins (as described, for example, in German patent DE 1908620).
Био-3-бутен-1-ол (аллилкарбинол) может быть использован, например, в качестве материала исходного сырья в фармацевтической химии, агрохимии, духах, смолах. Например, от реакции сочетания между био-3-бутен-1-олом (аллилкарбинолом) и арилгалогенидами, катализируемой при использовании палладия, получают арилзамещенные альдегиды, которые могут быть использованы в фармацевтической химии, например, в качестве антагонистов фолиевой кислоты.Bio-3-buten-1-ol (allylcarbinol) can be used, for example, as a raw material in pharmaceutical chemistry, agrochemistry, perfume, resins. For example, the coupling reaction between bio-3-buten-1-ol (allylcarbinol) and aryl halides, catalyzed using palladium, produces aryl-substituted aldehydes, which can be used in pharmaceutical chemistry, for example, as folic acid antagonists.
Способы очистки полиолов известны из уровня техники.Methods for purifying polyols are known in the art.
Например, американский патент US 6361983 относится к способу выделения одного или нескольких полиолов, в частности 1,3-пропандиола (1,3-PDO), из ферментативного бульона, включающему следующие далее стадии, на которых (a) добавляют основание к ферментативному бульону для увеличения значения pH до более чем 7; и (b) выделяют полиол, в частности 1,3-пропандиол, из ферментативного бульона.For example, US Pat. No. 6,361,983 relates to a process for isolating one or more polyols, in particular 1,3-propanediol (1,3-PDO), from a fermentation broth, comprising the following steps, in which (a) a base is added to the fermentation broth to increasing the pH value to more than 7; and (b) separating the polyol, in particular 1,3-propanediol, from the fermentation broth.
Полиолы, представляющие особенный интерес, представляют собой 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, глицерин, этиленгликоль. Стадию (b) выделения проводят в результате выпаривания, дистилляции, фильтрации, экстрагирования или кристаллизации. Упомянутый способ может дополнительно включать стадию (c) удаления осажденных твердых веществ, которые присутствуют в продукте, полученном со стадии (b), в результате 1) фильтрации или центрифугирования или 2) дистилляции под вакуумом. В упомянутом патенте 1,3-бутандиол конкретно не упоминается.Polyols of particular interest are 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, glycerol, ethylene glycol. Stage (b) isolation is carried out by evaporation, distillation, filtration, extraction or crystallization. Said method may further comprise the step of (c) removing precipitated solids that are present in the product obtained from step (b) by 1) filtration or centrifugation or 2) vacuum distillation. The referenced patent does not specifically mention 1,3-butanediol.
Американский патент US 7919658 относится к способу очистки био-1,3-пропандиола из ферментативного бульона, полученного от микроорганизма, способного производить 1,3-пропандиол, включающему следующие далее стадии в порядке их следования:US Pat. No. 7,919,658 relates to a process for purifying bio-1,3-propanediol from a fermentation broth obtained from a microorganism capable of producing 1,3-propanediol, comprising the following steps in their order:
(a) подвергают ферментативный бульон фильтрации;(a) subjecting the fermentation broth to filtration;
(b) подвергают продукт, полученный на стадии (a), двум стадиям очистки путем ионного обмена, включающего (i) анионный обмен и (ii) катионный обмен, для удаления ионных примесей;(b) subjecting the product obtained in step (a) to two purification steps by ion exchange, including (i) anion exchange and (ii) cation exchange, to remove ion impurities;
(c) подвергают продукт, полученный на стадии (ii), химическому восстановлению; и (d) подвергают продукт, полученный на стадии (c), по меньшей мере двум процессам дистилляции,(c) subjecting the product obtained in step (ii) to chemical reduction; and (d) subjecting the product obtained in step (c) to at least two distillation processes,
- 1 041653 включающим по меньшей мере две дистилляционные колонны, при этом одна из упомянутых дистилляционных колонн удаляет молекулы, характеризующиеся температурой кипения, большей, чем температура кипения 1,3-пропандиола, а другая удаляет молекулы, характеризующиеся температурой кипения, меньшей, чем температура кипения 1,3-пропандиола;- 1 041653 comprising at least two distillation columns, wherein one of said distillation columns removes molecules characterized by a boiling point greater than the boiling point of 1,3-propanediol, and the other removes molecules characterized by a boiling point lower than the boiling point 1,3-propanediol;
при этом получают очищенный био-1,3-пропандиол, характеризующийся совокупной концентрацией примесей, составляющей менее чем приблизительно 400 ч./млн, оптической плотностью в области 275 нм, составляющей менее чем 0,075, и величиной цветовой координаты b* (CIE L*a*b*), составляющей менее чем приблизительно 0,15.this yields a purified bio-1,3-propanediol having a total impurity concentration of less than about 400 ppm, an optical density in the 275 nm region of less than 0.075, and a b* color coordinate value (CIE L*a *b*) of less than about 0.15.
Международная патентная заявка WO 2014/141780 относится к способу выделения 1,4-бутандиола (1,4-BDO) из ферментативного бульона, включающему отделение жидкой фракции, обогащенной по 1,4-BDO, от твердой фракции, содержащей клетки, удаление воды из упомянутой жидкой фракции, удаление солей из упомянутой жидкой фракции и очистку 1,4-BDO. Упомянутый способ включает различные стадии, такие как клетки: удаление (центрифугирование и/или микрофильтрация и/или ультрафильтрация);International patent application WO 2014/141780 relates to a method for isolating 1,4-butanediol (1,4-BDO) from a fermentation broth, which includes separating a liquid fraction enriched in 1,4-BDO from a solid fraction containing cells, removing water from said liquid fraction, removing salts from said liquid fraction and purifying 1,4-BDO. Said method includes various steps such as cells: removal (centrifugation and/or microfiltration and/or ultrafiltration);
вода и легкие соединения: удаление при использовании системы для выпаривания, включающей двух- или трехкорпусной испаритель;water and light compounds: removal when using an evaporation system including a two- or three-effect evaporator;
соли: удаление при использовании нанофильтрации, и/или ионообменных смол, и/или осаждения, и/или кристаллизации.salts: removal using nanofiltration and/or ion exchange resins and/or precipitation and/or crystallization.
Как это утверждается в упомянутой патентной заявке, способ, описанный в упомянутом документе, легко может быть модифицирован для целей выделения 1,3-бутандиола, однако каких-либо примеров осуществления этого не представлено.As stated in the mentioned patent application, the method described in the mentioned document can be easily modified for the purpose of isolating 1,3-butanediol, however, no examples of this are presented.
Американская патентная заявка US 2014/0275465 относится к способу очистки 1,4-бутандиола (1,4-BDO), включающему (a) подвергают смесь исходного сырья для получения 1,4-BDO дистилляции при использовании первой дистилляционной колонны для удаления соединений, характеризующихся температурой кипения, меньшей, чем соответствующая температура для 1,4-BDO, при получении первого потока, содержащего 1,4-BDO; и (b) подвергают упомянутый первый поток, содержащий 1,4-BDO, дистилляции при использовании второй дистилляционной колонны для удаления соединений, характеризующихся температурой кипения, большей, чем соответствующая температура для 1,4-BDO, при получении первого потока высококипящих соединений, таким образом, чтобы производить очищенный 1,4-BDO, при этом упомянутый очищенный 1,4-BDO отбирают из упомянутой второй колонны в боковом положении.US Patent Application US 2014/0275465 relates to a process for purifying 1,4-butanediol (1,4-BDO) comprising (a) subjecting the feedstock mixture to produce 1,4-BDO to distillation using a first distillation column to remove compounds characterized by a boiling point less than the corresponding temperature for 1,4-BDO, upon receipt of the first stream containing 1,4-BDO; and (b) subjecting said first stream containing 1,4-BDO to distillation using a second distillation column to remove compounds having a boiling point greater than the corresponding temperature for 1,4-BDO, to obtain a first stream of high boiling compounds, such in a manner to produce purified 1,4-BDO, wherein said purified 1,4-BDO is withdrawn from said second column in a lateral position.
1,3-бутандиол упоминается в числе соединений, которые могут быть очищены при использовании упомянутого способа, однако каких-либо примеров осуществления этого не представлено.1,3-butanediol is mentioned among the compounds that can be purified using the mentioned method, however, no examples of this are presented.
Американский патент US 9533931 относится к способу производства 1,4-бутандиола, включающему следующие далее стадии, на которых (a) добавляют щелочное вещество, отличное от аммиачных соединений и отличное от аминовых соединений, к водному раствору, содержащему 1,4-бутандиол, имеющему своим происхождением ферментативный бульон;US Pat. No. 9,533,931 relates to a process for the production of 1,4-butanediol comprising the following steps, in which (a) an alkaline substance other than ammonia compounds and other than amine compounds is added to an aqueous solution containing 1,4-butanediol having its origin is a fermentative broth;
(b) осуществляют дистилляцию смеси, полученной на стадии (a); и (c) осуществляют извлечение раствора, содержащего 1,4-бутандиол, из парового потока;(b) carry out the distillation of the mixture obtained in stage (a); and (c) recovering the solution containing 1,4-butanediol from the vapor stream;
причем до добавления упомянутого щелочного вещества упомянутый водный раствор, содержащий 1,4-бутандиол, имеющий своим происхождением ферментативный бульон, подвергают стадии нанофильтрации, с которой извлекают пермеат;wherein, prior to the addition of said alkaline substance, said aqueous solution containing 1,4-butanediol originating from the fermentation broth is subjected to a nanofiltration step from which the permeate is recovered;
и/или стадии ионного обмена.and/or ion exchange steps.
Полученный очищенный 1,4-бутандиол, как это говорится, выгодным образом используют в качестве материала для производства сложного полиэфира. Однако упомянутые способы выделения и очистки 1,3-пропандиола или 1,4-бутандиола из ферментативного бульона могут демонстрировать наличие некоторых трудностей. Например, для упомянутых способов требуются стадии очистки при использовании одной или нескольких дистилляционных колонн, что в результате приводит к продлению технологических времен и увеличению производственных издержек.The purified 1,4-butanediol obtained is said to be advantageously used as a material for the production of polyester. However, the said methods for isolating and purifying 1,3-propanediol or 1,4-butanediol from the fermentation broth may present some difficulties. For example, the processes mentioned require purification steps using one or more distillation columns, resulting in extended process times and increased production costs.
Кроме того, даже несмотря на возможность, как это говорится, применения некоторых из упомянутых способов также и к очистке 1,3-бутандиола, одна из критических стадий очистки 1,3-бутандиола представляет собой дистилляцию. В действительности присутствие в ферментативном бульоне специфических загрязнителей [например, 4-гидрокси-2-бутанона (4-OH-2B)], которые отличаются, даже если только по концентрации, от соответствующих загрязнителей, присутствующих в ферментативных бульонах для производства других диолов, может стимулировать прохождение неконтролируемых реакций во время самой дистилляции.In addition, even though it is possible, as it is said, to apply some of the mentioned methods also to the purification of 1,3-butanediol, one of the critical steps in the purification of 1,3-butanediol is distillation. Indeed, the presence in the fermentation broth of specific contaminants [e.g., 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B)] that differ, even if only in concentration, from the corresponding contaminants present in fermentation broths for the production of other diols may stimulate the passage of uncontrolled reactions during the distillation itself.
В действительности, как это известно в соответствии с описанием, например, в публикации Ichikawa N. et al., Catalysis Communications (2005), vol. 6, p. 19-22, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B) может дегидратироваться с образованием 3-бутен-2-она (MVK) даже при низких температурах (например,In fact, as is known as described in, for example, Ichikawa N. et al., Catalysis Communications (2005), vol. 6, p. 19-22, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B) can dehydrate to form 3-buten-2-one (MVK) even at low temperatures (e.g.
- 2 041653- 2 041653
100-120°C), что промотируется присутствием кислотных центров. Присутствие кетона во время дистилляции раствора, содержащего 1,3-бутандиол, может приводить к образованию кеталя в результате прохождения реакции между 1,3-бутандиолом и 3-бутен-2-оном (MVK), который загрязняет фракции, содержащие очищенный 1,3-бутандиол, и который, даже в случае успешного удаления, приводит к потере части 1,3-бутандиола и, таким образом, к уменьшению выхода для способа [как это можно видеть из (сравнительного) примера 3, о котором сообщается ниже]. В случае дистилляции упомянутого раствора, содержащего 1,3-бутандиол, под высоким вакуумом ингибируется образование 3-бутен-2-она (MVK) и, таким образом, образование кеталя, но для той же самой используемой колонны это стимулирует увеличение времен пребывания упомянутого раствора в перегонном кубе, что в результате приводит к увеличению количества продуктов термического разложения 1,3-бутандиола. [Как это можно видеть из (сравнительного) примера 4, о котором сообщается ниже].100-120°C), which is promoted by the presence of acid sites. The presence of a ketone during the distillation of a solution containing 1,3-butanediol can lead to the formation of ketal from the reaction between 1,3-butanediol and 3-buten-2-one (MVK), which contaminates fractions containing purified 1,3 -butanediol, and which, even if successfully removed, leads to the loss of part of the 1,3-butanediol and thus to a decrease in the yield for the process [as can be seen from (comparative) example 3, which is reported below]. In the case of distillation of said solution containing 1,3-butanediol under high vacuum, the formation of 3-buten-2-one (MVK) and thus the formation of ketal is inhibited, but for the same column used, this encourages an increase in the residence times of said solution in the distillation cube, which results in an increase in the amount of thermal decomposition products of 1,3-butanediol. [As can be seen from the (comparative) example 4 reported below].
Поэтому заявитель поставил перед собой проблему отыскания способа очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона, который способен преодолевать недостатки, о которых сообщалось выше.Therefore, the Applicant has set himself the problem of finding a process for purifying bio-1,3-butanediol from fermentation broth that is capable of overcoming the drawbacks reported above.
Как теперь установил заявитель, в результате избегания стадий дистилляции, известных из уровня техники, и в результате использования стадии первого, второго и третьего выпаривания могут быть преодолены недостатки, обсуждавшиеся выше. В частности, заявитель обнаружил способ очистки био-1,3бутандиола из ферментативного бульона, включающий следующие далее стадии, на которых (a) подвергают ферментативный бульон разделению;As the Applicant has now established, by avoiding the prior art distillation steps and by using the first, second and third evaporation steps, the disadvantages discussed above can be overcome. In particular, Applicant has discovered a process for purifying bio-1,3butanediol from fermentation broth, comprising the following steps: (a) subjecting the fermentation broth to separation;
(b) подвергают продукт, полученный на стадии (a), обработке с использованием ионообменных смол;(b) subjecting the product obtained in step (a) to treatment using ion exchange resins;
(c) подвергают продукт, полученный на стадии (b), первому выпариванию;(c) subjecting the product obtained in step (b) to a first evaporation;
(d) подвергают продукт, полученный на стадии (c), второму выпариванию;(d) subjecting the product obtained in step (c) to a second evaporation;
(e) подвергают продукт, полученный на стадии (d), третьему выпариванию, получая очищенный био-1,3-бутандиол.(e) subjecting the product obtained in step (d) to a third evaporation to obtain purified bio-1,3-butanediol.
При использовании вышеупомянутого способа добиваются достижения множества преимуществ. Например, упомянутый способ делает возможным избегание как образования кеталя в результате прохождения реакции между био-1,3-бутандиолом и био-3-бутен-2-оном (MVK), так и термического разложения био-1,3-бутандиола, что в результате приводит к увеличению выхода для способа. Кроме того, в результате избегания использования дистилляционных колонн упрощаются как система, так и способ, что в результате приводит к экономии как с экономической точки зрения, так и применительно к технологическим временам.By using the above method, many advantages are achieved. For example, said method makes it possible to avoid both the formation of ketal as a result of the reaction between bio-1,3-butanediol and bio-3-buten-2-one (MVK), and the thermal decomposition of bio-1,3-butanediol, which in the result is an increase in yield for the process. In addition, by avoiding the use of distillation columns, both the system and the process are simplified, resulting in savings both economically and in terms of process times.
Кроме того, упомянутый способ делает возможным получение очищенного био-1,3-бутандиола, который может быть выгодным образом использован для производства био-1,3-бутадиена, который, в свою очередь, может быть выгодным образом использован в качестве мономера или в качестве промежуточного соединения при производстве эластомеров и (со)полимеров.In addition, said process makes it possible to obtain purified bio-1,3-butanediol, which can be advantageously used for the production of bio-1,3-butadiene, which in turn can be advantageously used as a monomer or as an intermediate in the production of elastomers and (co)polymers.
Поэтому один дополнительный объект настоящего изобретения представляет собой способ производства био-1,3-бутадиена из очищенного био-1,3-бутандиола, полученного как описано выше, а также применение упомянутого био-1,3-бутадиена в качестве мономера или в качестве промежуточного соединения при производстве эластомеров и (со)полимеров.Therefore, one additional object of the present invention is a process for the production of bio-1,3-butadiene from purified bio-1,3-butanediol obtained as described above, as well as the use of said bio-1,3-butadiene as a monomer or as an intermediate compounds in the production of elastomers and (co)polymers.
Поэтому объект настоящего изобретения включает способ очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона, включающий следующие далее стадии, на которых (a) подвергают ферментативный бульон разделению;Therefore, an object of the present invention includes a process for purifying bio-1,3-butanediol from a fermentation broth, comprising the following steps: (a) subjecting the fermentation broth to separation;
(b) подвергают продукт, полученный на стадии (a), обработке с использованием ионообменных смол;(b) subjecting the product obtained in step (a) to treatment using ion exchange resins;
(c) подвергают продукт, полученный на стадии (b), первому выпариванию;(c) subjecting the product obtained in step (b) to a first evaporation;
(d) подвергают продукт, полученный на стадии (c), второму выпариванию;(d) subjecting the product obtained in step (c) to a second evaporation;
(e) подвергают продукт, полученный на стадии (d), третьему выпариванию, получая очищенный био-1,3-бутандиол.(e) subjecting the product obtained in step (d) to a third evaporation to obtain purified bio-1,3-butanediol.
Для целей настоящего описания изобретения и следующей далее формулы изобретения определения численных диапазонов всегда будут включать граничные точки, если только не будет утверждаться обратного.For the purposes of this specification and the following claims, definitions of numerical ranges will always include endpoints unless otherwise stated.
Для целей настоящего описания изобретения и следующей далее формулы изобретения термин содержащий также включает термины по существу состоящий из или состоящий из.For the purposes of this specification and the following claims, the term containing also includes terms essentially consisting of or consisting of.
Для целей настоящего описания изобретения и следующей далее формулы изобретения термин очищенный био-1,3-бутандиол указывает на получение в конце способа, соответствующего настоящему изобретению, т.е. в конце стадии (e) третьего выпаривания, водного раствора, в котором био -1,3-бутандиол присутствует при концентрации, большей или равной 85 мас.%, предпочтительно большей или равной 90 мас.%, при расчете на совокупную массу упомянутого водного раствора;For the purposes of the present specification and the following claims, the term purified bio-1,3-butanediol refers to the preparation at the end of the process according to the present invention, i.e. at the end of step (e) of the third evaporation, an aqueous solution in which bio-1,3-butanediol is present at a concentration greater than or equal to 85% by weight, preferably greater than or equal to 90% by weight, based on the total weight of said aqueous solution ;
вода присутствует при концентрации, меньшей или равной 15 мас.%, предпочтительно меньшей или равной 8 мас.%, при расчете на совокупную массу упомянутого водного раствора;water is present at a concentration less than or equal to 15% by weight, preferably less than or equal to 8% by weight, based on the total weight of said aqueous solution;
любые органические примеси [например, кислоты, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B)] могут присутствовать в количестве, меньшем или равном 2 мас.%, предпочтительно в количестве, меньшем или рав- 3 041653 ном 1 мас.%, при расчете на совокупную массу упомянутого водного раствора;any organic impurities [for example, acids, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B)] may be present in an amount less than or equal to 2 wt.%, preferably in an amount less than or equal to 1 wt. %, based on the total weight of said aqueous solution;
любые продукты, происходящие от разложения био-1,3-бутандиола, [например, 3-бутен-2-он,any products derived from the degradation of bio-1,3-butanediol [e.g. 3-buten-2-one,
2-бутен-1-ол (цис- и транс-изомеры), 3-бутен-1-ол, 3-бутен-2-ол] могут присутствовать в количестве, меньшем или равном 0,01 мас.%, предпочтительно меньшем или равном 0,005 мас.%, при расчете на совокупную массу упомянутого водного раствора;2-buten-1-ol (cis and trans isomers), 3-buten-1-ol, 3-buten-2-ol] may be present in an amount less than or equal to 0.01% by weight, preferably less than or equal to 0.005 wt.%, based on the total weight of the mentioned aqueous solution;
любые сахара (например, глюкоза) могут присутствовать в количестве, меньшем или равном 0,001 г/л, предпочтительно меньшем или равном 0,0005 г/л.any sugars (eg glucose) may be present in an amount less than or equal to 0.001 g/l, preferably less than or equal to 0.0005 g/l.
Для целей настоящего описания изобретения и следующей далее формулы изобретения термин био-1,3-бутандиол указывает на синтезирование упомянутого 1,3-бутандиола от одного или нескольких биологических видов или штаммов живых организмов, в том числе предпочтительно штаммов бактерий, дрожжей, грибков и других организмов.For the purposes of this specification and the following claims, the term bio-1,3-butanediol refers to the synthesis of said 1,3-butanediol from one or more biological species or strains of living organisms, including preferably strains of bacteria, yeasts, fungi and others. organisms.
В общем случае упомянутый ферментативный бульон может быть произведен от ферментации доступных на коммерческих условиях сахаров или может производиться из возобновляемых источников при выполнении операции в подходящей для использования культуральной среде в присутствии по меньшей мере одного микроорганизма, генетически модифицированного для производства 1,3-бутандиола. В общем случае упомянутый микроорганизм генетически модифицируют в результате введения одного или нескольких экзогенных генов, которые кодируют соединения, принадлежащие к ферментативному маршруту, направленному на производство 1,3-бутандиола. Необязательно упомянутый микроорганизм может, кроме того, включать разрушение гена для оптимизирования тока углерода через желаемый маршрут производства 1,3-бутандиола. Упомянутые возобновляемые источники в общем случае представляют собой биомассы растительного происхождения: для данных целей возможным является использование, например, сахарных тростника и свеклы в качестве источников сахара (например, глюкозы, арабинозы, ксилозы, сахарозы) или кукурузы и картофеля в качестве источника крахмала и, таким образом, декстрозы. Однако при взгляде в будущее повышенный интерес представляют собой и непищевые биомассы, такие как стебли кукурузы, солома зерновых культур, арундо, стебли чертополоха, багасса гуайюлы и тому подобное, которые могут обеспечивать получение сахаров в результате распада целлюлозы и гемицеллюлозы. В общем случае биомассу растительного происхождения подвергают химическому и/или ферментативному гидролизу для получения субстратов, которые впоследствии могут быть подвергнуты биокаталитической переработке для получения представляющих интерес химических продуктов. Упомянутые субстраты включают смеси из углеводов, а также ароматические соединения и другие продукты, произведенные из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, присутствующих в биомассе. Углеводы, полученные от гидролиза упомянутой биомассы, представляют собой смесь, обогащенную по сахарам, содержащим 5 и 6 атомов углерода, и включают, например, сахарозу, глюкозу, ксилозу, арабинозу, галактозу, маннозу и фруктозу, которые будут использоваться при ферментации. Дополнительные подробности в отношении вышеупомянутых способов синтезирования 1,3-бутандиола могут быть обнаружены, например, в американских патентных заявках US 2010/330635, US 2012/329113, US 2013/066035, US 2013/109064, включенных в настоящий документ посредством ссылки на них.In general, said fermentation broth may be produced from the fermentation of commercially available sugars, or may be produced from renewable sources when operated in a suitable culture medium in the presence of at least one microorganism genetically modified to produce 1,3-butanediol. In general, said microorganism is genetically modified by introducing one or more exogenous genes that encode compounds belonging to the enzymatic route for the production of 1,3-butanediol. Optionally, said microorganism may further include gene disruption to optimize carbon flow through the desired 1,3-butanediol production route. The renewable sources mentioned are generally biomasses of plant origin: for these purposes it is possible to use, for example, sugarcane and beets as sources of sugar (e.g. glucose, arabinose, xylose, sucrose) or corn and potatoes as a source of starch and, thus dextrose. However, looking to the future, non-edible biomasses such as corn stalks, cereal straw, arundo, thistle stalks, guayule bagasse and the like are also of increased interest, which can provide sugars from the breakdown of cellulose and hemicellulose. In general, plant biomass is subjected to chemical and/or enzymatic hydrolysis to produce substrates that can subsequently be biocatalytically processed to produce chemicals of interest. Said substrates include mixtures of carbohydrates as well as aromatic compounds and other products derived from cellulose, hemicellulose and lignin present in the biomass. The carbohydrates obtained from the hydrolysis of said biomass are a mixture enriched in sugars containing 5 and 6 carbon atoms and include, for example, sucrose, glucose, xylose, arabinose, galactose, mannose and fructose, which will be used in fermentation. Additional details regarding the above methods for the synthesis of 1,3-butanediol can be found, for example, in US patent applications US 2010/330635, US 2012/329113, US 2013/066035, US 2013/109064, incorporated herein by reference. .
Для очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона сначала желательным является отделение клеточной биомассы, а также клеточного дебриса и загрязнителей, имеющих относительно высокую молекулярную массу, из упомянутого ферментативного бульона. На современном уровне техники известны способы, подходящие для использования при отделении клеточной биомассы и других соединений в форме частиц от жидкостей, такие как фильтрация и центрифугирование.To purify bio-1,3-butanediol from a fermentation broth, it is first desirable to separate the cell biomass as well as cell debris and contaminants having a relatively high molecular weight from said fermentation broth. The state of the art knows methods suitable for use in separating cell biomass and other particulate compounds from liquids, such as filtration and centrifugation.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a) может включать следующие далее стадии:In one preferred embodiment of the present invention, said step (a) may include the following steps:
(a1a) микрофильтрация; и (a2) нанофильтрация.(a 1a ) microfiltration; and (a 2 ) nanofiltration.
В одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a) может включать следующие далее стадии:In one further preferred embodiment of the present invention, said step (a) may include the following steps:
(a1b) центрифугирование; и (a2) нанофильтрация.(a 1b ) centrifugation; and (a 2 ) nanofiltration.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1a) микрофильтрации может быть проведена при использовании мембран, характеризующихся средним диаметром пор в диапазоне от 0,01 до 1,0 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,02 до 0,08 мкм.In one preferred embodiment of the present invention, said microfiltration step (a 1a ) can be carried out using membranes having an average pore diameter in the range of 0.01 to 1.0 µm, preferably in the range of 0.02 to 0.08 µm.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1a) микрофильтрации может быть проведена при выполнении операции при трансмембранном давлении в диапазоне от 0,1 до 8 бар, предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 бар, при этом упомянутое трансмембранное давление определяют в качестве среднего давления между давлением, измеренным выше по ходу технологического потока от модуля для микрофильтрации, и давлением, измеренным ниже по ходу технологического потока от него.In one preferred embodiment of the present invention, said microfiltration step (a 1a ) can be carried out in operation at a transmembrane pressure in the range of 0.1 to 8 bar, preferably in the range of 1 to 5 bar, said transmembrane pressure being defined as the average pressure between the pressure measured upstream of the microfiltration module and the pressure measured downstream of the microfiltration module.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1a) микрофильтрации может быть проведена при температуре в диапазоне от 20 до 90°C, предпочтительно в диапазоне от 40 до 70°C, более предпочтительно при температуре ферментации.In one preferred embodiment of the present invention, said microfiltration step (a 1a ) can be carried out at a temperature in the range of 20 to 90°C, preferably in the range of 40 to 70°C, more preferably at a fermentation temperature.
- 4 041653- 4 041653
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1a) микрофильтрации может быть проведена при использовании керамических мембран, которые являются погружными либо в конфигурации поперечного тока, либо в конфигурации динамического поперечного тока, или при использовании плоских или половолоконных полимерных мембран, которые являются погружными либо в конфигурации поперечного тока.In one preferred embodiment of the present invention, said microfiltration step (a 1a ) can be carried out using ceramic membranes that are submersible in either a cross-flow configuration or a dynamic cross-current configuration, or using flat or hollow fiber polymer membranes that are submersible. or in cross current configuration.
Примерами мембран, которые могут быть использованы для целей настоящего изобретения и которые являются доступными на коммерческих условиях, являются продукты Hydrosart® Microfiltration Cassettes от компании Sartorius или продукты Ceram inside® от компании Tami, или продукты Schumasiv™, или Membralox® от компании Pall, или продукты Microza от компании Asahi Kasei Corporation.Examples of membranes that can be used for the purposes of the present invention and are commercially available are Hydrosart® Microfiltration Cassettes from Sartorius or Ceram inside® from Tami or Schumasiv™ or Membralox® from Pall, or Microza products from Asahi Kasei Corporation.
В конце упомянутой стадии (a1a) микрофильтрации получают пермеат, содержащий био-1,3бутандиол, воду и остаточные примеси (например, сахара, другие органические примеси, соли), который может быть отправлен на стадию (a2) нанофильтрации, как описано выше, или же непосредственно на стадию (b) обработки с использованием ионообменных смол, а также ретентат, содержащий клеточную биомассу и любой клеточный дебрис. Упомянутый ретентат может быть высушен и утилизирован на полигоне для захоронения отходов или сожжен или же может быть отправлен непосредственно на станцию по обработке воды.At the end of said microfiltration step (a 1a ), a permeate containing bio-1,3butanediol, water and residual impurities (eg sugars, other organic impurities, salts) is obtained, which can be sent to the nanofiltration step (a 2 ) as described above. , or directly to stage (b) processing using ion exchange resins, as well as a retentate containing cell biomass and any cell debris. Said retentate may be dried and disposed of in a landfill or incinerated, or may be sent directly to a water treatment plant.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1b) центрифугирования может быть проведена при температуре в диапазоне от 20 до 90°C, предпочтительно в диапазоне от 25 до 70°C, более предпочтительно при комнатной температуре (25°C).In one preferred embodiment of the present invention, said centrifugation step (a 1b ) can be carried out at a temperature in the range of 20 to 90°C, preferably in the range of 25 to 70°C, more preferably at room temperature (25°C).
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1b) центрифугирования может быть проведена при выполнении операции со скоростью при подаче в центрифугу в диапазоне от 50 до 1000 л/ч, предпочтительно в диапазоне от 90 до 500 л/ч.In one preferred embodiment of the present invention, said centrifugation step (a 1b ) can be carried out in operation at a centrifuge feed rate in the range of 50 to 1000 l/h, preferably in the range of 90 to 500 l/h.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a1b) центрифугирования может быть проведена при скорости вращения в диапазоне от 2000 до 50000 об/мин, предпочтительно в диапазоне от 3000 до 9000 об/мин.In one preferred embodiment of the present invention, said centrifugation step (a 1b ) can be carried out at a rotation speed in the range of 2000 to 50000 rpm, preferably in the range of 3000 to 9000 rpm.
Для целей настоящего изобретения упомянутая стадия (a1b) центрифугирования может быть проведена в любом типе центрифуги, известном на современном уровне техники; в частности, использовали тарельчатую центрифугу, включающую автоматическое панельное эжектирование, модели CA21-P от компании Andritz.For the purposes of the present invention, said centrifugation step (a 1b ) may be carried out in any type of centrifuge known in the art; in particular, a plate centrifuge including automatic panel ejection model CA21-P from Andritz was used.
В конце упомянутой стадии (a1b) центрифугирования получают более легкую водную фазу (супернатант), содержащую био-1,3-бутандиол, воду и остаточные примеси (например, сахара, другие органические примеси, соли), которая может быть отправлена на стадию (a2) нанофильтрации, как описано выше, или же непосредственно на стадию (b) обработки с использованием ионообменных смол, а также вторую более тяжелую водную фазу (преципитат), содержащий клеточную биомассу и любой клеточный дебрис. Упомянутая вторая водная фаза (преципитат) может быть высушена и утилизирована на полигоне для захоронения отходов или сожжена или же может быть отправлена непосредственно на станцию по обработке воды.At the end of said centrifugation step (a 1b ), a lighter aqueous phase (supernatant) containing bio-1,3-butanediol, water and residual impurities (eg sugars, other organic impurities, salts) is obtained, which can be sent to the step ( a 2 ) nanofiltration as described above, or directly to stage (b) processing using ion exchange resins, as well as a second heavier aqueous phase (precipitate) containing cellular biomass and any cellular debris. Said second aqueous phase (precipitate) may be dried and disposed of in a landfill or incinerated, or may be sent directly to a water treatment plant.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a2) нанофильтрации может быть проведена при использовании мембран для нанофильтрации, характеризующихся номинальным отсечением по молекулярной массе (MWCO) в диапазоне от 100 до 500 дальтонов, предпочтительно в диапазоне от 120 до 400 дальтонов.In one preferred embodiment of the present invention, said nanofiltration step (a2) can be carried out using nanofiltration membranes having a nominal molecular weight cutoff (MWCO) in the range of 100 to 500 daltons, preferably in the range of 120 to 400 daltons.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a2) нанофильтрации может быть проведена при использовании мембран для нанофильтрации, характеризующихся максимальной рабочей температурой в диапазоне от 15 до 100°C, предпочтительно в диапазоне от 20 до 80°C.In one preferred embodiment of the present invention, said nanofiltration step (a 2 ) can be carried out using nanofiltration membranes having a maximum operating temperature in the range of 15 to 100°C, preferably in the range of 20 to 80°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (a2) нанофильтрации может быть проведена при выполнении операции при трансмембранном давлении в диапазоне от 10 до 50 бар, предпочтительно в диапазоне от 20 до 40 бар, при этом упомянутое трансмембранное давление определяют в качестве среднего давления между давлением, измеренным выше по ходу технологического потока от модуля для нанофильтрации, и давлением, измеренным ниже по ходу технологического потока от него.In one preferred embodiment of the present invention, said nanofiltration step (a 2 ) can be carried out in operation at a transmembrane pressure in the range of 10 to 50 bar, preferably in the range of 20 to 40 bar, said transmembrane pressure being defined as the mean pressure between the pressure measured upstream of the nanofiltration module and the pressure measured downstream of the nanofiltration module.
Вышеупомянутые гидрофильные мембраны для нанофильтрации могут иметь форму плоских листов, полых волокон, трубчатой мембраны, мембран, относящихся к рулонному типу, или другие благоприятные формы.The aforementioned hydrophilic nanofiltration membranes may be in the form of flat sheets, hollow fibers, tubular membranes, roll type membranes, or other favorable forms.
Мембраны для нанофильтрации, которые выгодным образом могут быть использованы для целей настоящего изобретения, представляют собой продукты, известные под торговыми наименованиями DK Series от компании GE Power & Water или SR3D™ Membrane от компании Koch Membrane Systems.Nanofiltration membranes that can advantageously be used for the purposes of the present invention are products known under the trade names DK Series from GE Power & Water or SR3D™ Membrane from Koch Membrane Systems.
В конце упомянутой стадии (a2) нанофильтрации получают пермеат, содержащий био-1,3бутандиол, воду и остаточные примеси (например, соли, кислоты), который отправляют на стадию (b) обработки с использованием ионообменных смол, а также ретентат, содержащий соединения, характеризующиеся большими стерическими затруднениями, (например, белки, двухвалентные соли). Упомяну- 5 041653 тый ретентат может быть непосредственно отправлен на станцию по обработке воды.At the end of said stage (a 2 ) of nanofiltration, a permeate containing bio-1,3butanediol, water and residual impurities (for example, salts, acids) is obtained, which is sent to stage (b) of processing using ion exchange resins, as well as a retentate containing compounds , characterized by large steric hindrances (for example, proteins, divalent salts). Said retentate can be sent directly to a water treatment plant.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (b) обработки с использованием ионообменных смол может включать две стадии:In one preferred embodiment of the present invention, said step (b) of the treatment using ion exchange resins may include two steps:
(b1) стадию анионного обмена;(b 1 ) an anion exchange step;
(b2) стадию катионного обмена.(b 2 ) cation exchange step.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (b1) может быть проведена при использовании колонки, содержащей слабую анионную смолу.In one preferred embodiment of the present invention, said step (b1) can be carried out using a column containing a weak anionic resin.
Слабые анионные смолы, которые выгодным образом могут быть использованы для целей настоящего изобретения, представляют собой продукты, известные под торговыми наименованиями Dowex™ Monosphere™ 77 от компании Dow Chemical или Diaion® WA30 от компании Mitsubishi Chemical Corporation.Weak anionic resins that can advantageously be used for the purposes of the present invention are products known under the trade names Dowex™ Monosphere™ 77 from Dow Chemical or Diaion® WA30 from Mitsubishi Chemical Corporation.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (b2) может быть проведена при использовании колонки, содержащей сильную катионную смолу.In one preferred embodiment of the present invention, said step (b 2 ) can be carried out using a column containing a strong cationic resin.
Сильные катионные смолы, которые выгодным образом могут быть использованы для целей настоящего изобретения, представляют собой продукты, известные под торговыми наименованиями Dowex™ Monosphere™ 88 от компании Dow Chemical или Amberlite™ MB 150 от компании Rohm & Haas Resins.Strong cationic resins that can be advantageously used for the purposes of the present invention are products known under the trade names Dowex™ Monosphere™ 88 from Dow Chemical or Amberlite™ MB 150 from Rohm & Haas Resins.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутые стадии (b1) и (b2) могут быть проведены при температуре в диапазоне от 15 до 50°C, предпочтительно в диапазоне от 20 до 45°C.In one preferred embodiment of the present invention, said steps (b1) and (b 2 ) can be carried out at a temperature in the range of 15 to 50°C, preferably in the range of 20 to 45°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутые стадии (b1) и (b2) могут быть проведены при расходе [литры продукта, полученного на стадии (a), в ч] в диапазоне от 2 до 4 OC/ч, предпочтительно в диапазоне от 2,5 до 3,5 OC/ч, (OC-Объем слоя=объем смолы при расчете на одну колонку).In one preferred embodiment of the present invention, said steps (b1) and (b 2 ) can be carried out at a flow rate [liters of the product obtained in step (a) per hour] in the range of 2 to 4 OC/h, preferably in the range of 2.5 to 3.5 OC/h, (OC-bed volume=resin volume per column).
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения продукт, полученный с упомянутых стадий (b1) и (b2), может характеризоваться остаточной удельной проводимостью в диапазоне от 0,1 до 100 мкСм/см, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 15 мкСм/см.In one preferred embodiment of the present invention, the product obtained from said steps (b1) and (b 2 ) may have a residual conductivity in the range of 0.1 to 100 µS/cm, preferably in the range of 0.5 to 15 µS/ cm.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения продукт, полученный на стадии (a), может быть подан на стадию (b1), а впоследствии на стадию (b2) или может быть подан на стадию (b2), а впоследствии на стадию (b1).In one preferred embodiment of the present invention, the product obtained in step (a) may be fed to step (b1) and subsequently to step (b2) or may be fed to step (b2) and subsequently to step (b1).
В конце упомянутой стадии (b) обработки с использованием ионообменных смол получают водный раствор, содержащий био-1,3-бутандиол, воду, легкие органические соединения (например, этанол), тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли. Упомянутый водный раствор отправляют на стадию (c) первого выпаривания.At the end of said step (b) of treatment using ion exchange resins, an aqueous solution is obtained containing bio-1,3-butanediol, water, light organic compounds (e.g. ethanol), heavy organic compounds [e.g. 4-hydroxy-2-butanone ( 4-OH-2B)], unconverted sugars and any salts not removed. Said aqueous solution is sent to step (c) of the first evaporation.
В конце упомянутой стадии (b) колонки, содержащие ионообменные смолы, использованные на вышеупомянутых стадиях (b1) и (b2), подвергают регенерированию при использовании растворов кислот или оснований при выполнении операции в соответствии со способами, известными на современном уровне техники.At the end of said step (b), the columns containing the ion exchange resins used in the above steps (b1) and (b 2 ) are regenerated using acid or base solutions in an operation according to methods known in the state of the art.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (c) первого выпаривания может быть проведена при температуре в диапазоне от 30 до 100°C, предпочтительно в диапазоне от 40 до 70°C.In one preferred embodiment of the present invention, said first evaporation step (c) may be carried out at a temperature in the range of 30 to 100°C, preferably in the range of 40 to 70°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (c) первого выпаривания может быть проведена при давлении в диапазоне от 5 до 100 мбар, предпочтительно в диапазоне от 10 до 80 мбар.In one preferred embodiment of the present invention, said first evaporation step (c) can be carried out at a pressure in the range of 5 to 100 mbar, preferably in the range of 10 to 80 mbar.
Для целей упомянутой стадии (c) выгодным образом может быть использован любой тип испарителя, известный на современном уровне техники. Конкретными примерами испарителей, которые выгодным образом могут быть использованы, являются ротационные испарители, испарители с естественным циркулированием, в которых выпаривание стимулируется в результате перемещений, обусловленных просто кипением, испарители с паровым пространством, испарители, у которых выпаривание стимулируется под воздействием принудительного циркулирования, для которых скорость и турбулентность наращивают при использовании циркуляционного насоса (испарители с принудительным циркулированием), испарители ME-EV (многокорпусные испарители), одноступенчатые или многоступенчатые испарители, однокорпусные испарители, испарители STV (вертикальные испарители с внутренней нагревательной камерой), испарители LTV (вертикальные испарители с длинными трубками), испарители, относящиеся к корзиночному типу, испарители с горизонтальными трубками, испарители с падающей пленкой, испарители с распределяемой пленкой, испарители мгновенного вскипания, многоступенчатые испарители мгновенного вскипания и тому подобное. Предпочтительно на упомянутой стадии (c) может быть использован испаритель ME-EV (многокорпусной испаритель).For the purposes of said step (c), any type of evaporator known in the art can advantageously be used. Specific examples of evaporators which can be advantageously used are rotary evaporators, natural circulation evaporators in which evaporation is stimulated by movements caused by simply boiling, vapor space evaporators, evaporators in which evaporation is stimulated by forced circulation, for which speed and turbulence are increased by using a circulation pump (forced circulation evaporators), ME-EV evaporators (multi-effect evaporators), single-stage or multi-stage evaporators, single-effect evaporators, STV evaporators (vertical evaporators with internal heating chamber), LTV evaporators (vertical evaporators with long tube type), basket type evaporators, horizontal tube evaporators, falling film evaporators, spreading film evaporators, flash evaporators, multi-stage evaporators m instant effervescence and the like. Preferably, in said step (c), an ME-EV (multi-effect evaporator) evaporator can be used.
В конце упомянутой стадии (c) первого выпаривания получают концентрированный раствор, содержащий био-1,3-бутандиол, воду, тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2-бутанонAt the end of said step (c) of the first evaporation, a concentrated solution is obtained containing bio-1,3-butanediol, water, heavy organic compounds [e.g. 4-hydroxy-2-butanone
- 6 041653 (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли, который отправляют на стадию (d) второго выпаривания, а также водную фазу, содержащую главным образом воду и следовые количества этанола и био-1,3-бутандиола, которая может быть отправлена на рециркулирование на одну из следующих стадий: (a1a) микрофильтрации, (a1b) центрифугирования, (a2) нанофильтрации, (b) обработки с использованием ионообменных смол. В альтернативном варианте упомянутая водная фаза может быть непосредственно отправлена на станцию по обработке воды.- 6 041653 (4-OH-2B)], unconverted sugars and any salts not removed, which are sent to stage (d) of the second evaporation, as well as an aqueous phase containing mainly water and trace amounts of ethanol and bio- 1,3-butanediol, which can be recycled to one of the following stages: (a 1a ) microfiltration, (a 1b ) centrifugation, (a 2 ) nanofiltration, (b) processing using ion exchange resins. Alternatively, said aqueous phase may be sent directly to a water treatment plant.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (d) второго выпаривания может быть проведена при температуре в диапазоне от 30 до 150°C, предпочтительно в диапазоне от 40 до 130°C.In one preferred embodiment of the present invention, said second evaporation step (d) may be carried out at a temperature in the range of 30 to 150°C, preferably in the range of 40 to 130°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (d) второго выпаривания может быть проведена при давлении в диапазоне от 1 до 100 мбар, предпочтительно в диапазоне от 8 до 80 мбар.In one preferred embodiment of the present invention, said second evaporation step (d) can be carried out at a pressure in the range of 1 to 100 mbar, preferably in the range of 8 to 80 mbar.
Для целей вышеупомянутой стадии (d) выгодным образом может быть использован любой тип испарителя, известный на современном уровне техники. Конкретными примерами испарителей, которые выгодным образом могут быть использованы, являются соответствующие испарители, о которых сообщалось выше. Предпочтительно на упомянутой стадии (d) может быть использован испаритель с распределяемой пленкой.For the purposes of the above step (d), any type of evaporator known in the art can advantageously be used. Specific examples of evaporators which can advantageously be used are the corresponding evaporators reported above. Preferably, in said step (d), a spread film evaporator may be used.
В конце упомянутой стадии (d) второго выпаривания получают концентрированный раствор, содержащий био-1,3-бутандиол, воду и следовые количества тяжелых органических соединений [например, 4-гидрокси-2-бутанона (4-OH-2B)], сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей, который отправляют на стадию (e) третьего выпаривания, а также водную фазу, содержащую главным образом воду, органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, меньшей, чем соответствующая температура для био-1,3-бутандиола, и следовые количества био-1,3-бутандиола, которая может быть непосредственно отправлена на станцию по обработке воды.At the end of said second evaporation step (d), a concentrated solution is obtained containing bio-1,3-butanediol, water and trace amounts of heavy organic compounds [for example, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B)], sugars, unconverted and any salts not removed, which are sent to stage (e) of the third evaporation, as well as an aqueous phase containing mainly water, organic compounds characterized by a boiling point lower than the corresponding temperature for bio-1,3-butanediol , and trace amounts of bio-1,3-butanediol, which can be sent directly to a water treatment plant.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (e) третьего выпаривания может быть проведена при температуре в диапазоне от 30 до 150°C, предпочтительно в диапазоне от 40 до 130°C.In one preferred embodiment of the present invention, said third evaporation step (e) may be carried out at a temperature in the range of 30 to 150°C, preferably in the range of 40 to 130°C.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая стадия (e) третьего выпаривания может быть проведена при давлении в диапазоне от 5 до 100 мбар, предпочтительно в диапазоне от 8 до 80 мбар.In one preferred embodiment of the present invention, said third evaporation step (e) can be carried out at a pressure in the range of 5 to 100 mbar, preferably in the range of 8 to 80 mbar.
Для целей вышеупомянутой стадии (e) выгодным образом может быть использован любой тип испарителя, известный на современном уровне техники. Конкретными примерами испарителей, которые выгодным образом могут быть использованы, являются соответствующие испарители, о которых сообщалось выше. Предпочтительно на упомянутой стадии (e) может быть использован испаритель с распределяемой пленкой.For the purposes of the above step (e), any type of evaporator known in the art can advantageously be used. Specific examples of evaporators which can advantageously be used are the corresponding evaporators reported above. Preferably, in said step (e), a spread film evaporator may be used.
В конце упомянутой стадии (e) третьего выпаривания получают две фазы:At the end of said step (e) of the third evaporation, two phases are obtained:
водную фазу, содержащую очищенный био-1,3-бутандиол;an aqueous phase containing purified bio-1,3-butanediol;
органическую фазу, содержащую любые органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, большей, чем соответствующая температура для био-1,3-бутандиола, и следовые количества неочищенного био-1,3-бутандиола, сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей.an organic phase containing any organic compounds having a boiling point greater than the corresponding temperature for bio-1,3-butanediol and trace amounts of crude bio-1,3-butanediol, unconverted sugars and any salts not removed.
Дополнительные подробности в отношении типов использованных испарителей могут быть найдены, например, в публикациях Process Heat Transfer, Donald Q. Kern, McGraw-Hill (1950), Chapter 14, Evaporator, p. 375-510; Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill (7th ed., 1997), Section 11, p. 108-118.Further details regarding the types of evaporators used can be found, for example, in Process Heat Transfer, Donald Q. Kern, McGraw-Hill (1950), Chapter 14, Evaporator, p. 375-510; Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill (7th ed., 1997), Section 11, p. 108-118.
Как это должно быть отмечено, на упомянутых стадиях (c), (d) и (e) выпаривания скорость выпаривания будет находиться на максимуме в начале выпаривания и будет с течением времени уменьшаться вплоть до ее равенства нулю в конце выпаривания.As it should be noted, in said stages (c), (d) and (e) of evaporation, the evaporation rate will be at a maximum at the beginning of evaporation and will decrease over time until it is equal to zero at the end of evaporation.
В соответствии с представленным выше утверждением изобретения био-1,3-бутандиол, извлеченный в конце упомянутой стадии (e), выгодным образом может быть использован в способе производства био-1,3-бутадиена. Поэтому один дополнительный объект настоящего изобретения представляет собой способ приготовления био-1,3-бутадиена, включающий стадии, на которых осуществляют подачу смеси (i), содержащей био-1,3-бутандиол, полученный в соответствии с описанным выше способом, в первый реактор, содержащий по меньшей мере один катализатор дегидратации, с получением потока (ii), содержащего алкенолы, воду и необязательно примеси, не подвергшиеся превращению, и/или био-1,3-бутандиол, не подвергшийся превращению, выходящего из упомянутого первого реактора;According to the above statement of the invention, the bio-1,3-butanediol recovered at the end of said step (e) can advantageously be used in a process for the production of bio-1,3-butadiene. Therefore, one additional object of the present invention is a process for the preparation of bio-1,3-butadiene, which includes the steps at which the mixture (i) containing bio-1,3-butanediol obtained in accordance with the method described above is fed into the first reactor containing at least one dehydration catalyst, to obtain a stream (ii) containing alkenols, water and optional impurities that have not been converted, and/or bio-1,3-butanediol that has not been converted leaving said first reactor;
необязательно подачу упомянутого потока (ii) в секцию первой очистки с получением потока (iii), содержащего алкенолы, воду и необязательно примеси;optionally feeding said stream (ii) to the first purification section to obtain a stream (iii) containing alkenols, water and optional impurities;
потока (iv), содержащего воду и необязательно примеси и/или био-1,3-бутандиол, не подвергшийся превращению; и необязательно потока (v), содержащего примеси;a stream (iv) containing water and optional impurities and/or unconverted bio-1,3-butanediol; and optionally a stream (v) containing impurities;
подачу упомянутого потока (iii) и/или упомянутого потока (iv) во второй реактор, содержащий поfeeding said stream (iii) and/or said stream (iv) into a second reactor containing
- 7 041653 меньшей мере один катализатор дегидратации, с получением потока (vi), содержащего био-1,3-бутадиен, воду и необязательно примеси и/или алкенолы, не подвергшиеся превращению, выходящего из упомянутого второго реактора;- 7 041653 at least one dehydration catalyst, to obtain a stream (vi) containing bio-1,3-butadiene, water and optional impurities and/or alkenols that have not been converted, leaving said second reactor;
подачу упомянутого потока (vi) в секцию второй очистки с получением потока (vii), содержащего чистый био-1,3-бутадиен;feeding said stream (vi) to a second purification section to obtain a stream (vii) containing pure bio-1,3-butadiene;
потока (viii), содержащего воду и необязательно алкенолы, не подвергшиеся превращению; и необязательно потока (ix), содержащего примеси.a stream (viii) containing water and optionally unconverted alkenols; and optionally a stream (ix) containing impurities.
Для целей настоящего изобретения упомянутый способ приготовления био-1,3-бутадиена выгодным образом может быть осуществлен в соответствии с описанием изобретения в американской патентной заявке US 2017/313633 на имя заявителя, включенной в настоящий документ посредством ссылки на нее.For the purposes of the present invention, said process for the preparation of bio-1,3-butadiene can advantageously be carried out in accordance with the description of the invention in US patent application US 2017/313633 in the name of the applicant, incorporated herein by reference.
Однако, как это должно быть отмечено, упомянутый био-1,3-бутандиол выгодным образом может быть использован для приготовления био-1,3-бутадиена в соответствии с любыми из способов, известных на современном уровне техники, при выполнении операции в соответствии с описаниями изобретений, например, в международной патентной заявке WO 2015/173780, в американских патентных заявках US 2018/0002250, US 2018/0002249 на имя заявителя, включенных в настоящий документ посредством ссылки на них.However, as it should be noted, said bio-1,3-butanediol can advantageously be used to prepare bio-1,3-butadiene in accordance with any of the methods known in the state of the art, when carried out in the operation in accordance with the descriptions inventions, for example, in international patent application WO 2015/173780, in US patent applications US 2018/0002250, US 2018/0002249 in the name of the applicant, incorporated herein by reference.
В соответствии с представленным выше утверждением изобретения один дополнительный объект настоящего изобретения также представляет собой применение упомянутого био-1,3-бутадиена в качестве мономера или в качестве промежуточного соединения при производстве эластомеров и (со)полимеров.In accordance with the above statement of the invention, one additional object of the present invention is also the use of said bio-1,3-butadiene as a monomer or as an intermediate in the production of elastomers and (co)polymers.
Теперь настоящее изобретение будет проиллюстрировано более подробно при использовании одной формы воплощения и при обращении к фиг. 1 и 2, о которых сообщается ниже.The present invention will now be illustrated in more detail using one embodiment and with reference to FIG. 1 and 2, which are reported below.
Способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть воплощен, как это продемонстрировано, например, на фиг. 1.The method according to the present invention can be implemented as shown, for example, in FIG. 1.
В данном контексте ферментативный бульон (1), содержащий био-1,3-бутандиол и воду, при этом упомянутый ферментативный бульон предпочтительно происходит от ферментации сахаров, полученных из биомассы, отправляют на стадию микрофильтрации с получением пермеата (2), содержащего био-1,3бутандиол, воду и остаточные примеси (например, сахара, другие органические примеси, соли), который отправляют на стадию нанофильтрации, а также ретентат (не показано на фиг. 1), содержащий клеточную биомассу и любой клеточный дебрис, который может быть высушен и утилизирован на полигоне для захоронения отходов или сожжен или же может быть отправлен непосредственно на станцию по обработке воды. В конце упомянутой стадии нанофильтрации получают пермеат (3), содержащий био-1,3бутандиол, воду и остаточные примеси (например, соли), который отправляют на стадию обработки с использованием ионообменных смол, а также ретентат (не показано на фиг. 1), содержащий соединения, характеризующиеся большими стерическими затруднениями, (например, белки, двухвалентные соли), который может быть непосредственно отправлен на станцию по обработке воды. Таким образом, упомянутый пермеат (3) подвергают стадии обработки с использованием ионообменных смол, а именно обработке в колонке, содержащей слабую анионную смолу, со следующей далее обработкой в колонке, содержащей сильную катионную смолу, или наоборот (не показано на фиг. 1) с получением водного раствора (4), содержащего био-1,3-бутандиол, воду, легкие органические соединения (например, этанол), тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли. Упомянутый водный раствор (4) отправляют на стадию первого выпаривания с получением концентрированного раствора (5), содержащего био-1,3-бутандиол, воду, тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли, который отправляют на стадию второго выпаривания, а также водной фазы (не показано на фиг. 1), содержащей главным образом воду и следовые количества этанола и био-1,3-бутандиола, которая может быть отправлена на рециркулирование на одну из следующих далее стадий:In this context, a fermentation broth (1) containing bio-1,3-butanediol and water, said fermentation broth preferably derived from the fermentation of biomass-derived sugars, is sent to a microfiltration step to obtain a permeate (2) containing bio-1 ,3butanediol, water and residual impurities (for example, sugars, other organic impurities, salts), which are sent to the nanofiltration stage, as well as a retentate (not shown in Fig. 1) containing cellular biomass and any cellular debris that can be dried and disposed of in a landfill or incinerated, or may be sent directly to a water treatment plant. At the end of the mentioned nanofiltration stage, a permeate (3) is obtained containing bio-1,3butanediol, water and residual impurities (for example, salts), which is sent to the processing stage using ion exchange resins, as well as a retentate (not shown in Fig. 1), containing compounds characterized by high steric hindrance (eg proteins, divalent salts), which can be sent directly to the water treatment plant. Thus, said permeate (3) is subjected to a treatment step using ion exchange resins, namely a treatment in a column containing a weak anionic resin followed by a treatment in a column containing a strong cationic resin, or vice versa (not shown in Fig. 1) with obtaining an aqueous solution (4) containing bio-1,3-butanediol, water, light organic compounds (for example, ethanol), heavy organic compounds [for example, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B)], sugars , not subjected to transformation, and any salts not removed. Said aqueous solution (4) is sent to the first evaporation stage to obtain a concentrated solution (5) containing bio-1,3-butanediol, water, heavy organic compounds [for example, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B) ], unconverted sugars, and any salts not removed, which are sent to the second evaporation stage, and an aqueous phase (not shown in Figure 1) containing mainly water and trace amounts of ethanol and bio-1,3-butanediol , which can be sent for recycling to one of the following stages:
(a1a) микрофильтрации (4c);(a 1a ) microfiltration (4c);
(a2) нанофильтрации (4b);(a 2 ) nanofiltration (4b);
(b) обработки с использованием ионообменных смол (4a) (показано прерывистыми линиями на фиг. 1).(b) treatments using ion exchange resins (4a) (shown in broken lines in Fig. 1).
С упомянутой стадии второго выпаривания получают концентрированный раствор (6), содержащий био-1,3-бутандиол, воду и следовые количества тяжелых органических соединений [например, 4-гидрокси2-бутанона (4-OH-2B)], сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей, который отправляют на стадию третьего выпаривания, а также водную фазу (не показано на фиг. 1), содержащую главным образом воду, органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, меньшей, чем соответствующая температура для био-1,3-бутандиола, и следовые количества био-1,3-бутандиола, которая может быть непосредственно отправлена на станцию по обработке воды. С упомянутой стадии третьего выпаривания получают две фазы:From said second evaporation step, a concentrated solution (6) is obtained containing bio-1,3-butanediol, water and trace amounts of heavy organic compounds [e.g. 4-hydroxy2-butanone (4-OH-2B)], unconverted sugars , and any non-removed salts, which is sent to the third evaporation stage, as well as an aqueous phase (not shown in Fig. 1) containing mainly water, organic compounds characterized by a boiling point lower than the corresponding temperature for bio-1,3 -butanediol, and trace amounts of bio-1,3-butanediol, which can be sent directly to the water treatment plant. From the said third evaporation step, two phases are obtained:
водную фазу (7), содержащую очищенный био-1,3-бутандиол; а также органическую фазу (не показано на фиг. 1), содержащую любые органические соединения, характери- 8 041653 зующиеся температурой кипения, большей, чем соответствующая температура для био-1,3-бутандиола, и следовые количества неочищенного био-1,3-бутандиола, сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей.an aqueous phase (7) containing purified bio-1,3-butanediol; and an organic phase (not shown in Figure 1) containing any organic compounds having a boiling point greater than the corresponding temperature for bio-1,3-butanediol and trace amounts of crude bio-1,3- butanediol, unconverted sugars and any non-removed salts.
На фиг. 2 демонстрируется форма воплощения способа приготовления био-1,3-бутадиена, соответствующего настоящему изобретению.In FIG. 2 shows a form of embodiment of the process for preparing bio-1,3-butadiene according to the present invention.
На фиг. 2 смесь (i), содержащую био-1,3-бутандиол, полученный в соответствии с объектом способа настоящего изобретения, подают в первый реактор, содержащий по меньшей мере один катализатор дегидратации, с получением потока (ii), содержащего алкенолы, воду и необязательно примеси и/или био-1,3-бутандиол, не подвергшийся превращению, выходящего из упомянутого первого реактора; упомянутый поток (ii) подают в секцию первой очистки с получением потока (iii), содержащего алкенолы, воду и необязательно примеси, потока (iv), содержащего воду и необязательно примеси и/или био-1,3бутандиол, не подвергшийся превращению (не показано на фиг. 2), и потока (v), содержащего примеси (не показано на фиг. 2); упомянутый поток (iii) подают во второй реактор, содержащий по меньшей мере один катализатор дегидратации, с получением потока (vi), содержащего био-1,3-бутадиен, воду и необязательно примеси и/или алкенолы, не подвергшиеся превращению, выходящего из упомянутого второго реактора, который подают в секцию второй очистки с получением потока (vii), содержащего чистый био1,3-бутадиен, потока (viii), содержащего воду и необязательно алкенолы, не подвергшиеся превращению, (не показано на фиг. 2) и необязательно потока (ix), содержащего примеси (не показано на фиг. 2).In FIG. 2 mixture (i) containing bio-1,3-butanediol obtained in accordance with the object of the method of the present invention is fed into the first reactor containing at least one dehydration catalyst, obtaining a stream (ii) containing alkenols, water and optionally impurities and/or unconverted bio-1,3-butanediol leaving said first reactor; said stream (ii) is fed to the first purification section to obtain a stream (iii) containing alkenols, water and optional impurities, a stream (iv) containing water and optional impurities and/or unconverted bio-1,3butanediol (not shown in Fig. 2) and a stream (v) containing impurities (not shown in Fig. 2); said stream (iii) is fed to a second reactor containing at least one dehydration catalyst to obtain a stream (vi) containing bio-1,3-butadiene, water and optionally unconverted impurities and/or alkenols leaving said the second reactor, which is fed into the second purification section to obtain a stream (vii) containing pure bio 1,3-butadiene, a stream (viii) containing water and optionally unconverted alkenols (not shown in Fig. 2) and optionally a stream (ix) containing impurities (not shown in Fig. 2).
Для лучшего понимания настоящего изобретения и для введения его в практическую плоскость ниже в настоящем документе сообщается об его иллюстративных неограничивающих примерах.For a better understanding of the present invention and to put it into practice, illustrative non-limiting examples thereof are reported herein below.
Пример 1. Очистка био-1,3-бутандиола.Example 1 Purification of bio-1,3-butanediol.
Для данных целей использовали модельный ферментативный бульон, содержащий био-1,3бутандиол (для простоты обозначаемый ниже в настоящем документе как 6uo-1,3-BDO) и характеризующийся средней композицией, о которой сообщается в табл. 1.For these purposes, a model fermentation broth was used containing bio-1,3-butanediol (for simplicity, hereinafter referred to as 6uo-1,3-BDO) and characterized by an average composition, which is reported in table. 1.
Таблица 1Table 1
Композиция модельного ферментативного бульона, содержащего 6uo-1,3-BDOComposition of a model fermentation broth containing 6uo-1,3-BDO
* Остальное составляет вода.* The rest is water.
Уровень содержания сахаров и органических кислот, а также био-1,3-бутандиола в разбавленных растворах (т.е. в водных растворах, характеризующихся концентрацией 1,3-BDO<150 г/л) определяли при использовании высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), используя хроматограф с модульной системой Waters 2690 Alliance, снабженный бинарным насосом, дегазатором, автоматическим пробоотборником и отсеком для термостатированной колонки. Использованная колонка представляет собой продукт Phenomenex ROA-Organic Acid H+, имеющий размеры 300x7,8 мм, при 45°C в изократическом режиме при использовании водного раствора серной кислоты (H2SO4) при 0,005 н. со скоростью течения 0,6 мл/мин. Использовали два детектора: детектор (DAD) оптического поглощения при двух длинах волн в УФ/видимом диапазоне Waters 2487 и детектор (RID) показателя преломления Waters 2410.The level of sugars and organic acids, as well as bio-1,3-butanediol in dilute solutions (i.e. in aqueous solutions characterized by a concentration of 1,3-BDO<150 g/l) was determined using high performance liquid chromatography (HPLC) using a Waters 2690 Alliance Modular System Chromatograph equipped with a binary pump, degasser, autosampler and oven compartment. The column used is a Phenomenex ROA-Organic Acid H + product, having dimensions of 300x7.8 mm, at 45°C in isocratic mode using an aqueous solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) at 0.005 N. with a flow rate of 0.6 ml/min. Two detectors were used: a Waters 2487 optical absorption detector (DAD) at two wavelengths in the UV/visible range and a Waters 2410 refractive index detector (RID).
Ферментативный бульон, о котором сообщалось в табл. 1, разделяли на три отдельные партии, т.е. партию 03, партию 04 и партию 05, и очищали при выполнении операции следующим далее образом.The fermentation broth reported in Table. 1 were divided into three separate batches, ie. batch 03, batch 04 and batch 05, and purified by performing the operation as follows.
Удаление клеточной биомассы в результате микрофильтрации.Removal of cell biomass as a result of microfiltration.
Для удаления клеточной биомассы ферментативный бульон, т.е. партию 04 и партию 05, отправляли в модуль для микрофильтрации, включающий керамическую мембрану Membralox® в конфигурации поперечного тока, характеризующуюся средним диаметром пор 0,05 мкм. Упомянутый модуль для микрофильтрации был подразделен на 19 каналов, характеризующихся диаметром 6 мм и совокупной площадью фильтрации 0,36 м2. Во время испытания была предпринята попытка сохранения скорости тока 4-5 м/с в мембране таким образом, чтобы ограничить ее засорение и добиться достижения концентрационного фактора [отношения объемных концентраций (VCR)], определяемого в виде отношения между подаваемым на входе объемом ферментативного бульона и полученным объемом пермеата, составляющего более чем 5, предпочтительно находящегося в диапазоне от 6 до 10: о дополнительных данных в отношении рабочих условий, в которых проводили микрофильтрацию, сообщается в табл. 2. В конце микрофильтрации получали пермеат, содержащий 6uo-1,3-BDO, воду и остаточные примеси (например, сахара, другие органические примеси, соли), который отправляли в модуль для нанофильтрации при выполнении операции в соответствии с представленным ниже описанием, а также ретентат, содержащий клеточную биомассу и любой клеточный дебрис, который высушивали и утилизировали на поли- 9 041653 гоне для захоронения отходов: о количестве извлеченного соединения 6uo-1,3-BDO также сообщается в табл. 2.To remove cell biomass, the fermentation broth, i.e. batch 04 and batch 05 were sent to a microfiltration module comprising a Membralox® ceramic membrane in a crossflow configuration having an average pore diameter of 0.05 µm. Said microfiltration module was subdivided into 19 channels, characterized by a diameter of 6 mm and a total filtration area of 0.36 m 2 . During the test, an attempt was made to maintain a current velocity of 4-5 m/s in the membrane in such a way as to limit fouling and to achieve a concentration factor [volume concentration ratio (VCR)], defined as the ratio between the volume of fermentation broth supplied at the inlet and the resulting volume of permeate, constituting more than 5, preferably in the range from 6 to 10: additional data regarding the operating conditions in which the microfiltration was carried out, reported in table. 2. At the end of microfiltration, a permeate containing 6uo-1,3-BDO, water and residual impurities (e.g., sugars, other organic impurities, salts) was obtained, which was sent to the nanofiltration module in the operation as described below, and also retentate containing cell biomass and any cell debris that was dried and disposed of at a landfill: the amount of 6uo-1,3-BDO compound recovered is also reported in Table 1. 2.
Удаление клеточной биомассы в результате центрифугирования.Removal of cell biomass by centrifugation.
Для удаления клеточной биомассы ферментативный бульон, т.е. партию 03, подвергали центрифугированию при использовании тарельчатой центрифуги, включающей автоматическое панельное эжектирование, модели CA21-P (Andritz) при выполнении операции в следующих далее условиях:To remove cell biomass, the fermentation broth, i.e. Batch 03 was centrifuged using a plate centrifuge including automatic panel ejection model CA21-P (Andritz) when operating under the following conditions:
скорость подачи: 100 л/ч;feed rate: 100 l/h;
интервал панельного эжектирования: 5 мин;panel ejection interval: 5 min;
способ эжектирования: эжектирование воды;ejection method: water ejection;
скорость вращения: 8000 об/мин;rotation speed: 8000 rpm;
температура: комнатная температура (25°C).temperature: room temperature (25°C).
О дополнительных данных в отношении рабочих условий, в которых проводили центрифугирование, сообщается в табл. 2. В конце центрифугирования получали первую более легкую водную фазу (супернатант), содержащую 6uo-1,3-BDO, воду и остаточные примеси (например, сахара, другие органические примеси, соли), которую отправляли в модуль для нанофильтрации при выполнении операции в соответствии с представленным ниже описанием, а также вторую более тяжелую водную фазу (преципитат), содержащую клеточную биомассу и любой клеточный дебрис, которую высушивали и утилизировали на полигоне для захоронения отходов: о количестве извлеченного соединения 6uo-1,3-BDO также сообщается в табл. 2.Additional data regarding the operating conditions under which centrifugation was performed is reported in Table 1. 2. At the end of the centrifugation, a first lighter aqueous phase (supernatant) containing 6uo-1,3-BDO, water and residual impurities (e.g. sugars, other organic impurities, salts) was obtained, which was sent to the nanofiltration module when performing the operation in as described below, as well as a second heavier aqueous phase (precipitate) containing cellular biomass and any cellular debris, which was dried and disposed of in a landfill: the amount of compound 6uo-1,3-BDO recovered is also reported in Table . 2.
Таблица 2table 2
Рабочие условия для микрофильтрации (партия 04 и партия 05) и центрифугирования (партия 03)Operating conditions for microfiltration (batch 04 and batch 05) and centrifugation (batch 03)
(1) Расход для питающего насоса; (1) Flow rate for feed pump;
(2) нетермостатированная система; (2) non-thermostated system;
(3) количество соединения 6uo-1,3-BDO, выходящего из центрифуги или из модуля для микрофильтрации, поделенное на количество соединения био-1,3BDO, поступающего в центрифугу или модуль для микрофильтрации, х100. (3) the amount of 6uo-1,3-BDO compound leaving the centrifuge or microfiltration module divided by the amount of bio-1,3BDO compound entering the centrifuge or microfiltration module, x100.
Нанофильтрация.Nanofiltration.
Для удаления воды и остаточных примесей (например, сахаров, других органических примесей, солей) проводили стадию нанофильтрации.A nanofiltration step was performed to remove water and residual impurities (eg sugars, other organic impurities, salts).
Пермеат, выходящий из модуля для микрофильтрации, происходящий из партии 04 и партии 05, подавали в модуль для нанофильтрации, включающий мембрану, относящуюся к рулонному типу, в то время как первую водную фазу (супернатант), выходящую из центрифуги, происходящую из партии 03, подавали в систему для вибрационной нанофильтрации, обозначаемую как VSEP (установка для усовершенствованного вибрационно-сдвижного процесса - New Logic Research Inc.). Обе системы снабжали мембранами GE DK (Koch Membrane Systems), характеризующимися номинальным отсечением по молекулярной массе (MWCO) в диапазоне от 150 до 300 дальтонов.The permeate exiting the microfiltration module originating from batch 04 and batch 05 was fed into the nanofiltration module including the roll-type membrane, while the first aqueous phase (supernatant) leaving the centrifuge originating from batch 03, was fed into a vibratory nanofiltration system referred to as VSEP (Advanced Vibratory Shear Process Unit - New Logic Research Inc.). Both systems were provided with GE DK membranes (Koch Membrane Systems) having a nominal molecular weight cutoff (MWCO) in the range of 150 to 300 daltons.
О дополнительных данных в отношении рабочих условий, в которых проводили нанофильтрацию, сообщается в табл. 3. В конце нанофильтрации получали пермеат, содержащий 6uo-1,3-BDO, воду и остаточные примеси (например, соли, кислоты), который отправляли на обработку с использованием ионообменных смол, а также ретентат, содержащий соединения, характеризующиеся большими стерическими затруднениями (например, белки, двухвалентные соли), который высушивали и утилизировали на полигоне для захоронения отходов: о количестве извлеченного соединения 6uo-1,3-BDO также сообщается в табл. 3.Additional data regarding the operating conditions under which the nanofiltration was carried out is reported in Table 1. 3. At the end of nanofiltration, a permeate containing 6uo-1,3-BDO, water and residual impurities (for example, salts, acids) was obtained, which was sent for processing using ion-exchange resins, as well as a retentate containing compounds characterized by high steric hindrance ( e.g. proteins, divalent salts) that was dried and disposed of in a landfill: the amount of recovered compound 6uo-1,3-BDO is also reported in Table. 3.
- 10 041653- 10 041653
Таблица 3Table 3
Рабочие условия для нанофильтрации (партия 03, партия 04 и партия 05) «партия 03» «партия 04»__«партия 05» __VSEP__Рулонного типа Рулонного типаWorking Conditions for Nanofiltration (Batch 03, Batch 04 and Batch 05) "Batch 03" "Batch 04"__"Batch 05" __VSEP__ Roll type Roll type
(1) Количество соединения 6uo-1,3-BDO, выходящего из модуля для нанофильтрации, поделенное на количество соединения 6uo-1,3-BDO, поступающего в модуль для нанофильтрации, х100. (1) The amount of 6uo-1,3-BDO compound leaving the nanofiltration module divided by the amount of 6uo-1,3-BDO compound entering the nanofiltration module x100.
Обработка с использованием ионообменных смол.Processing using ion exchange resins.
Для удаления остаточных примесей (например, солей, кислот) проводили стадию обработки с использованием ионообменных смол.To remove residual impurities (eg salts, acids) a treatment step was carried out using ion exchange resins.
Для данных целей пермеат, выходящий из модуля для нанофильтрации, произведенный из партии 03, был поделен на две аликвоты, обозначаемые как партия 03-1 и партия 03-2, до отправления на стадию обработки с использованием ионообменных смол.For this purpose, the permeate exiting the nanofiltration module produced from Lot 03 was divided into two aliquots, referred to as Lot 03-1 and Lot 03-2, prior to being sent to the ion exchange resin treatment step.
Пермеат, выходящий из модуля для нанофильтрации, произведенный из партии 03 (т.е. партии 03-1 и партии 03-2), из партии 04 и из партии 05, подавали в систему для обработки с использованием ионообменных смол.The permeate leaving the nanofiltration module, produced from Batch 03 (ie Batch 03-1 and Batch 03-2), Batch 04, and Batch 05, was fed into the ion exchange resin treatment system.
Система была образована из двух прозрачных поливинилхлоридных колонок (PVC-U - GF Piping System), имеющих следующие далее размеры: диаметр=151 мм, высота=1200 мм. Упомянутые две колонки были соединены последовательно и заполнены ионообменными смолами: первая колонка была заполнена сильной катионной смолой (Dowex™ Monosphere™ 88 - Dow Chemical), в то время как вторая колонка была заполнена слабой анионной смолой (Dowex™ Monosphere™ 77 - Dow Chemical).The system was formed from two transparent polyvinyl chloride columns (PVC-U - GF Piping System) having the following dimensions: diameter=151 mm, height=1200 mm. These two columns were connected in series and packed with ion exchange resins: the first column was packed with a strong cationic resin (Dowex™ Monosphere™ 88 - Dow Chemical) while the second column was packed with a weak anionic resin (Dowex™ Monosphere™ 77 - Dow Chemical) .
Цель операции заключалась в получении проводимости продукта, выходящего из второй колонки, <15 мкСм/см, и, если выходящий продукт имел более высокую проводимость, упомянутый продукт по давали в упомянутую систему еще раз после регенерации смолы.The purpose of the operation was to obtain a conductivity of the product leaving the second column, <15 µS/cm, and if the exit product had a higher conductivity, said product was fed into said system again after the resin was regenerated.
Упомянутую стадию обработки с использованием ионообменных смол проводили при комнатной температуре (25°C), в то время как расход составлял 3,3 OC/ч при использовании дозирующего насоса (соленоидного мембранного дозирующего насоса Delta® 4 - ProMinent).Said ion exchange resin treatment step was carried out at room temperature (25° C.) while the flow rate was 3.3 OC/h using a metering pump (Delta® 4 solenoid diaphragm metering pump - ProMinent).
О дополнительных данных в отношении рабочих условий, в которых проводили стадию обработки с использованием ионообменных смол, сообщается в табл. 4. В конце упомянутой обработки при использовании ионообменных смол получали водный раствор, содержащий 6uo-1,3-BDO, воду, легкие органические соединения (например, этанол), тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2бутанон (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли, который подавали в ротационный испаритель (стадия первого выпаривания): о количестве извлеченного соединения 6uo-1,3-BDO также сообщается в табл. 4.Additional data regarding the operating conditions under which the processing step using ion exchange resins was carried out is reported in Table 1. 4. At the end of said treatment, using ion exchange resins, an aqueous solution was obtained containing 6uo-1,3-BDO, water, light organic compounds (for example, ethanol), heavy organic compounds [for example, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH- 2B)], unconverted sugars, and any salts not removed that were fed to the rotary evaporator (first evaporation step): the amount of 6uo-1,3-BDO compound recovered is also reported in Table 2. 4.
- 11 041653- 11 041653
Таблица 4Table 4
Рабочие условия для обработки с использованием ионообменных смол (партия 03-1, партия 03-2, партия 04 и партия 05)Operating Conditions for Processing with Ion Exchange Resins (Batch 03-1, Batch 03-2, Batch 04 and Batch 05)
(1) Количество соединения 6uo-1,3-BDO, выходящего из системы для обработки с использованием ионообменных смол, поделенное на количество соединения 6uo-1,3-BDO, поступающего в систему для обработки с использованием ионообменных смол, х 100; (1) The amount of 6uo-1,3-BDO compound leaving the ion exchange resin treatment system divided by the amount of 6uo-1,3-BDO compound entering the ion exchange resin treatment system, x 100;
(2) совокупные количества, полученные от обработки партии 03-1 и партии 03-2 с использованием ионообменных смол. (2) the cumulative amounts obtained from processing batch 03-1 and batch 03-2 using ion exchange resins.
Первое выпаривание.First evaporation.
Для удаления воды и легких органических соединений (например, этанола) водные растворы, полученные со стадии обработки с использованием ионообменных смол, подвергали стадии первого выпаривания.To remove water and light organic compounds (eg ethanol), the aqueous solutions obtained from the ion exchange resin treatment step were subjected to a first evaporation step.
Таким образом, растворы, полученные со стадии обработки с использованием ионообменных смол, подавали в ротационный испаритель Buchi Rotavapor®, имеющий 20-литровую загрузочную шаровую колбу, которую нагревали в результате погружения в термостатированную водную ванну. Раствор в загрузочную шаровую колбу подавали в полунепрерывном режиме и из испарителя удаляли паровую фазу, получая концентрированный раствор, содержащий 6uo-1,3-BDO, воду, тяжелые органические соединения [например, 4-гидрокси-2-бутанон (4-OH-2B)], сахара, не подвергшиеся превращению, и любые не удаленные соли, который отправляли на стадию второго выпаривания, а также водную фазу, содержащую главным образом воду и следовые количества этанола и 6uo-1,3-BDO, которая могла бы быть отправлена на рециркулирование на одну из следующих далее стадий:Thus, the solutions from the ion exchange resin treatment step were fed into a Buchi Rotavapor® having a 20 liter loading bead flask which was heated by immersion in a thermostated water bath. The solution was fed into the loading ball flask in a semi-continuous mode and the vapor phase was removed from the evaporator, obtaining a concentrated solution containing 6uo-1,3-BDO, water, heavy organic compounds [for example, 4-hydroxy-2-butanone (4-OH-2B )], unconverted sugars and any non-removed salts, which was sent to the second evaporation stage, as well as an aqueous phase containing mainly water and trace amounts of ethanol and 6uo-1,3-BDO, which could be sent to recycling to one of the following stages:
(a1a) микрофильтрация;(a 1a ) microfiltration;
(a1b) центрифугирование;(a 1b ) centrifugation;
(a2) нанофильтрация;(a 2 ) nanofiltration;
(b) обработка с использованием ионообменных смол.(b) treatment using ion exchange resins.
Условия для упомянутой стадии первого выпаривания представляли собой нижеследующее: температура термостатированной ванны: 60°C;Conditions for said first evaporation step were as follows: thermostatic bath temperature: 60°C;
давление: 70-10 мбар.pressure: 70-10 mbar.
Выпаривание считалось завершенным в конце конденсирования паров. Концентрированные растворы, содержащие 6uo-1,3-BDO, дополнительно очищали, как описано в приведенных ниже примерах. В частности, концентрированный раствор, имеющий своим происхождением партию 04, был поделен на две аликвоты, т.е. партию 04-1 и партию 04-2;Evaporation was considered completed at the end of vapor condensation. Concentrated solutions containing 6uo-1,3-BDO were further purified as described in the examples below. In particular, the concentrated solution originating from Batch 04 was divided into two aliquots, i.e. batch 04-1 and batch 04-2;
концентрированные растворы, произведенные из партии 03-2 и партии 04-2, дополнительно очищали, как описано в примере 2 (изобретение) и в примере 5 (изобретение) соответственно;concentrated solutions produced from batch 03-2 and batch 04-2 were further purified as described in example 2 (invention) and in example 5 (invention), respectively;
концентрированный раствор, произведенный из партии 03-1, дополнительно очищали, как описано в примере 3 (сравнительный);the concentrated solution produced from batch 03-1 was further purified as described in example 3 (comparative);
концентрированные растворы, произведенные из партии 05 и партии 04-1, дополнительно очищали, как описано в примере 4 (сравнительный) и в примере 6 (сравнительный) соответственно.the concentrated solutions produced from batch 05 and batch 04-1 were further purified as described in example 4 (comparative) and example 6 (comparative), respectively.
Пример 2. Очистка 6uo-1,3-BDO (второе и третье выпаривание) (изобретение).Example 2 Purification of 6uo-1,3-BDO (second and third evaporation) (invention).
Стадии второго выпаривания и третьего выпаривания проводили в соответствии с тем, о чем сообщается ниже, в рабочих условиях, о которых сообщается в табл. 5.The second evaporation and third evaporation steps were carried out as reported below under the operating conditions reported in Table 1. 5.
Для данных целей концентрированный раствор, имеющий своим происхождением стадию первого выпаривания, т.е. партию 03-2 (приблизительно 2,6 кг), подавали в ротационный испаритель (Laborota® 4003 control - Heidolph), имеющий 2-литровую загрузочную шаровую колбу.For these purposes, a concentrated solution having its origin in the first evaporation step, i.e. batch 03-2 (approximately 2.6 kg) was fed into a rotary evaporator (Laborota® 4003 control - Heidolph) having a 2 liter loading bead flask.
Нагревание проводили в результате погружения загрузочной шаровой колбы в масляную ванну, снабженную термостатом. Конденсатор был образован из стеклянного змеевика, во внутреннем про- 12 041653 странстве которого в замкнутом контуре циркулировали вода и этиленгликоль (приблизительно 10%).Heating was carried out by immersing the loading spherical flask in an oil bath equipped with a thermostat. The condenser was formed from a glass coil, in the interior of which water and ethylene glycol (approximately 10%) circulated in a closed circuit.
Охлаждение текучего хладагента проводили при использовании воздушно/жидкостного криостата.Cooling of the fluid refrigerant was carried out using an air/liquid cryostat.
Испытание начиналось в рабочих условиях стадии первого выпаривания (т.е. 60°C в термостатированной ванне и давление в диапазоне 70-30 мбар) вплоть до подтверждения отсутствия выпаривания из образца. Любую извлеченную водную фазу отбрасывали. Впоследствии рабочими условиями, использованными для стадии второго выпаривания и для стадии третьего выпаривания, являются соответствующие условия, о которых сообщается в табл. 5 (выпаривание считалось завершенным в конце конденсирования паров): второе выпаривание (стадия II) и третье выпаривание (стадия III). Об извлеченных количествах фазы (II) и фазы (III) в соответствии с представленным ниже определением также сообщается в табл. 5.The test was started under the operating conditions of the first evaporation stage (ie 60° C. in a thermostated bath and pressure in the range of 70-30 mbar) until confirmation that there was no evaporation from the sample. Any aqueous phase recovered was discarded. Subsequently, the operating conditions used for the stage of the second evaporation and for the stage of the third evaporation, are the corresponding conditions, which are reported in table. 5 (evaporation was considered complete at the end of vapor condensation): second evaporation (stage II) and third evaporation (stage III). The recovered amounts of phase (II) and phase (III) as defined below are also reported in Table 1. 5.
Таблица 5Table 5
Рабочие условия и фазы, извлеченные из партии 03-2Operating conditions and phases extracted from lot 03-2
Со стадии II (стадии второго выпаривания) получали водную фазу, содержащую воду, органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, меньшей, чем соответствующая температура 6ho-1,3-BDO, и следовые количества неочищенного соединения 6uo-1,3-BDO, которую утилизировали на полигоне для захоронения отходов, а также концентрированный раствор (фазу II), содержащий био1,3-BDO, воду и следовые количества тяжелых органических соединений [например, 4-гидрокси-2бутанон (4-OH-2B)], сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей, которые формировали подаваемый поток для стадии третьего выпаривания (стадии III).From stage II (second evaporation stage), an aqueous phase containing water, organic compounds having a boiling point lower than the corresponding temperature of 6ho-1,3-BDO, and trace amounts of the crude compound 6uo-1,3-BDO was obtained, which was disposed of in a landfill, as well as a concentrated solution (phase II) containing bio1,3-BDO, water and trace amounts of heavy organic compounds [e.g. 4-hydroxy-2butanone (4-OH-2B)], sugars not subjected to conversion, and any non-removed salts that formed the feed stream for the third evaporation stage (stage III).
Со стадии III (стадии третьего выпаривания) получали водную фазу (фазу III), содержащую очищенное соединение 6ho-1,3-BDO, а также органическую фазу (фазу IV), содержащую любые органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, большей, чем соответствующая температура для 6ho-1,3-BDO, и следовые количества неочищенного соединения 6ho-1,3-BDO, сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей.From stage III (third evaporation stage), an aqueous phase (phase III) containing the purified 6ho-1,3-BDO compound was obtained, as well as an organic phase (phase IV) containing any organic compounds characterized by a boiling point greater than the corresponding temperature for 6ho-1,3-BDO, and trace amounts of crude 6ho-1,3-BDO compound, unconverted sugars, and any salts not removed.
В табл. 6 сообщается о газохроматографическом (ГХ) анализе, проводимом, как описано выше в примере 1, в отношении извлеченных фаз и подаваемого потока (партии 03-2).In table. 6 reports a gas chromatographic (GC) analysis performed as described in Example 1 above on the recovered phases and feed stream (batch 03-2).
Таблица 6Table 6
(1) Био-4-гидрокси-2-бутанон; (1) Bio-4-hydroxy-2-butanone;
(2) совокупность из З-бутен-2-она, 2-бутен-1-ола (цис- и транс-изомеров), З-бутен-1ола, З-бутен-2-ола; (2) a combination of 3-buten-2-one, 2-buten-1-ol (cis- and trans-isomers), 3-buten-1ol, 3-buten-2-ol;
(3) остальное до 100 составляют другие примеси, о которых не сообщается в табл. 6. (3) the rest up to 100 are other impurities, which are not reported in table. 6.
Фаза IV имела внешний вид цвета жженого сахара, и ее анализировали при использовании только высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) при выполнении операции, как описано выше в примере 1.Phase IV had a burnt sugar appearance and was analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC) alone in the operation as described in Example 1 above.
Между тем для анализа фазы II и фазы III использовали газовый хроматограф (ГХ) Agilent HP6890, снабженный инжектором Split/Splitless на колонке Quadrex 007 FFAP с длиной 25 м, диаметром 0,32 мм, пленкой 1 мкм, использованный носитель представлял собой гелий при скорости 50 см/с, детектором был пламенный детектор. Определение проводили при использовании внутреннего стандарта с калибровочными кривыми для известных индивидуальных компонентов. Кроме того, в целях анализа воды для фазы III использовали титрование Карла Фишера (831 KF Coulometer Metrohm) (для фазы II количество воды рассчитывали по разности).Meanwhile, an Agilent HP6890 gas chromatograph (GC) equipped with a Split/Splitless injector on a Quadrex 007 FFAP column with a length of 25 m, a diameter of 0.32 mm, a 1 μm film was used for the analysis of phase II and phase III, the carrier used was helium at a speed of 50 cm/s, the detector was a flame detector. The determination was carried out using an internal standard with calibration curves for known individual components. In addition, a Karl Fischer titration (831 KF Coulometer Metrohm) was used for phase III water analysis (for phase II, the amount of water was calculated by difference).
Фазу III впоследствии подавали в систему для дегидратации в целях производства бутенолов при выполнении операции как описано в примере 7, о котором сообщается ниже.Phase III was subsequently fed into the dehydration system for the production of butenols in an operation as described in Example 7, which is reported below.
Пример З. Очистка 6ho-1,3-BDO (сравнительная).Example H Purification of 6ho-1,3-BDO (comparative).
Концентрированный раствор, имеющий своим происхождением партию 03-1 и составляющий приблизительно 2,7 кг, подавали в дистилляционную колонну и подвергали переработке по партиям. Дистилляцию проводили при использовании 5-литрового перегонного куба и адиабатической колонны (диаметр=2 см, высота=60 см) с насадкой Sulzer. Во время дистилляции удаляли остаточную воду и ор- 13 041653 ганические соединения, характеризующиеся температурой кипения в диапазоне между соответствующими температурами для воды и 6uo-1,3-BDO, в то время как высококипящие органические соединения, остаточные соли и сахар, не подвергшийся превращению, оставались в перегонном кубе: о фракциях, полученных от дистилляции, сообщается в табл. 7.The concentrated solution, originating in batch 03-1 and amounting to approximately 2.7 kg, was fed into the distillation column and subjected to batch processing. Distillation was carried out using a 5 liter still and an adiabatic column (diameter=2 cm, height=60 cm) with Sulzer packing. During distillation, residual water and organic compounds having a boiling point in the range between the corresponding temperatures for water and 6uo-1,3-BDO were removed, while high-boiling organic compounds, residual salts and unconverted sugar remained in the distillation cube: the fractions obtained from distillation are reported in Table. 7.
Таблица 7Table 7
Фракции, отогнанные из партии 03-1Fractions driven away from batch 03-1
Фракции, обогащенные по 6uo-1,3-BDO, являются фракцией 7 и фракцией 8. Однако все извлеченные фракции оказывались загрязненными молекулой, не присутствующей в исходном растворе; упомянутую молекулу идентифицировали при использовании различных аналитических методов (ИК-ПФ, ГХМС, ГХ, ЯМР) как кеталь, который образуется в результате прохождения реакции между 6uo-1,3-BDO и З-бутен-2-оном (MVK), а именно 2,4-диметил-2-винил-1,3-диоксан (DMV13Diox). В частности, хроматограмма, полученная при использовании газохроматографического (ГХ) анализа, проводимого как описано выше в примере 1, сделала возможным наблюдение присутствия во всех фракциях нового пика, не присутствующего в начальном подаваемом потоке. Интенсивность пика в различных фракциях оказалась различающейся, таким образом, для различных фракций использовали различные аналитические методики. Анализ ЯМР в растворе, ИК-ПФ и ГХ-МС идентифицировали упомянутую молекулу как 2,4диметил-2-винил-1,3-диоксан (DMV13Diox). Упомянутые анализы проводили следующим далее образом.Fractions enriched in 6uo-1,3-BDO are fraction 7 and fraction 8. However, all recovered fractions were contaminated with a molecule not present in the original solution; the mentioned molecule was identified using various analytical methods (IR-PF, GCMS, GC, NMR) as a ketal, which is formed as a result of the reaction between 6uo-1,3-BDO and 3-buten-2-one (MVK), namely 2,4-dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (DMV13Diox). In particular, the chromatogram obtained using the gas chromatographic (GC) analysis carried out as described in Example 1 above made it possible to observe the presence in all fractions of a new peak not present in the initial feed stream. The intensity of the peak in different fractions turned out to be different, thus, different analytical methods were used for different fractions. Analysis of NMR in solution, IR-PF and GC-MS identified the mentioned molecule as 2,4dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (DMV13Diox). Said analyzes were carried out as follows.
Спектроскопический анализ ЯМР для образца фракции 1.Spectroscopic NMR analysis for a sample of fraction 1.
Спектры ЯМР регистрировали при использовании прибора Bruker Avance 400 NMR в растворе в дейтерированном ацетоне. Сигнал от CH3 ацетона, расположенный в области 2,05 м.д. в спектре 1Н-ЯМР и в области 29,5 м.д. в спектре 13С-ЯМР, принимали за эталонный сигнал.NMR spectra were recorded using a Bruker Avance 400 NMR instrument in deuterated acetone solution. The signal from CH3 of acetone, located in the region of 2.05 ppm. in the 1 H-NMR spectrum and in the region of 29.5 ppm. in the 13 C-NMR spectrum, was taken as a reference signal.
В спектре 1Н-ЯМР идентифицировали различные продукты (с различными интенсивностями: в их числе соединение, присутствующее в наибольшем количестве, характеризуется присутствием явно опознаваемой винильной группы CH2=CH- в областях 5,80, 5,32 и 5,29 м.д., что соответствует по интенсивности набору сигналов, приписываемых CH2-O- и CH-O-, характеризующемуся на удивление высокой константой взаимодействия, причем это в общем случае встречается только для циклических алифатических систем). Упомянутые результаты сделали возможным идентифицирование кеталевой частицы, в частности, исходя из знания основных соединений фракции, как DMV13Diox. Все взаимодействия, кроме того, оценивали только при использовании спектра 1H-1H двумерной корреляционной спектроскопии.In the 1 H-NMR spectrum, various products were identified (with different intensities: among them, the compound present in the largest amount is characterized by the presence of a clearly identifiable vinyl group CH 2 \u003d CH- in the regions of 5.80, 5.32 and 5.29 m. which corresponds in intensity to the set of signals attributed to CH2-O- and CH-O-, characterized by a surprisingly high coupling constant, and this is generally found only for cyclic aliphatic systems). The mentioned results made it possible to identify the ketal particle, in particular, based on the knowledge of the main compounds of the fraction, as DMV13Diox. All interactions, in addition, were evaluated only using the spectrum 1H-1H two-dimensional correlation spectroscopy.
Масс-спектр для образца фракции 7.Mass spectrum for sample fraction 7.
Фракцию 7 анализировали при использовании газовой хроматографии - масс-спектрометрии (ГХ-МС) на спектрометре с одной квадрупольной линзой (Trace DSQ, Thermo), используя метод анализа паровой фазы над жидкостью. Измерения для образца проводили во флаконе для парофазного анализа и образец нагревали до 80°C на протяжении приблизительно 1 ч. Впоследствии 1 мл газофазного супернатанта на жидкости (площадь поверхности и пары, произведенные от рассматриваемого образца) вводили в газовый хроматограф при использовании способа, который делает возможным отделение воздуха (в избытке) от органических компонентов. Использованные условия анализа представляли собой нижеследующее: температурная схема газового хроматографа от 50 до 300°C при 4°С/мин, введение пробы с делением потока, температура инжектора 280°C, переходной линии 250°C. Масс-спектры регистрировали в диапазоне от 35 до 500 дальтонов в режиме электронной ионизации (ЭИ).Fraction 7 was analyzed using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) on a spectrometer with a single quadrupole lens (Trace DSQ, Thermo) using the method of analysis of the vapor phase over liquid. The sample was measured in a headspace vial and the sample was heated to 80°C for approximately 1 hour. Subsequently, 1 ml of the liquid gas phase supernatant (surface area and vapor produced from the sample in question) was injected into the gas chromatograph using a method that makes possible separation of air (in excess) from organic components. The analysis conditions used were as follows: gas chromatograph temperature scheme from 50 to 300°C at 4°C/min, split sample injection, injector temperature 280°C, transfer line 250°C. Mass spectra were recorded in the range from 35 to 500 daltons in the electron ionization (EI) mode.
Масс-спектр (ЭИ) для частиц при времени удерживания 3,9 мин.Mass spectrum (EI) for particles at a retention time of 3.9 min.
Несмотря на невидимость молекулярного иона, как это можно предположить, имеют место потеря метила (CH3) из молекулярного иона с образованием иона 127 (относительное содержание 22,5%) и потеря 27 (аллила) для иона 115 (относительное содержание 80,9%). Таким образом, согласно оценке молекулярная масса составляет 142, что подтвердило бы гипотезу, выдвинутую на основании анализа ЯМР, о котором сообщалось выше. Исходя из структуры гипотетически предложенной на основании анализа ЯМР, возможным также было бы объяснение и для других фрагментарных ионов, полученных в спектре ЭИ-МС (действительно, методика ЭИ в общем случае включает высокую степень фрагментирования органических молекул и таким образом делает возможными реконструирование или подтверждение струк- 14 041653 туры). В частности:Despite the invisibility of the molecular ion, as can be assumed, there is a loss of methyl (CH3) from the molecular ion to form ion 127 (relative content 22.5%) and a loss of 27 (allyl) for ion 115 (relative content 80.9%) . Thus, the estimated molecular weight is 142, which would confirm the hypothesis put forward on the basis of the NMR analysis reported above. Based on the structure hypothetically proposed on the basis of NMR analysis, it would also be possible to explain other fragmentary ions obtained in the EI-MS spectrum (indeed, the EI technique generally involves a high degree of fragmentation of organic molecules and thus makes it possible to reconstruct or confirm the structure - 14 041653 tours). In particular:
основной ион 55 (относительное содержание 100%) мог бы соответствовать частицеthe main ion 55 (relative content 100%) could correspond to the particle
СН2=СНСНСН3 +*, ион 71 (относительное содержание 35,3%) - частице СН2=СНСНОСН3*.CH 2 = CHCHCH 3 + *, ion 71 (relative content 35.3%) - particle CH 2 = CHCH CH 3 *.
Масс-спектр (ЭИ) для частиц при времени удерживания 4,44 мин.Mass spectrum (EI) for particles at a retention time of 4.44 min.
Основной ион 55 (относительное содержание 100%) - частица СН2=СНСНСН3*, ион 71 (относительное содержание 19,3%) - частица СН2=СНСНОСН3*.The main ion 55 (relative content 100%) - particle CH 2 =CHCHCH 3 *, ion 71 (relative content 19.3%) - particle CH 2 =CHSNHOCH 3 *.
Ион 127 (относительное содержание 32,5%) в результате потери метила из молекулярного иона; потеря 27 (аллила) из молекулярного иона для иона 115 (относительное содержание 11,9%).Ion 127 (relative content 32.5%) as a result of the loss of methyl from the molecular ion; loss of 27 (allyl) from the molecular ion for ion 115 (relative content 11.9%).
Спектр ИК-ПФ для образца фракции 1.IR-PF spectrum for sample fraction 1.
Спектры ИК-ПФ для образцов, осажденных на окошке из КВг, получали при использовании спектрометра Nicolet Nexus FT-IR при 64 сканированиях и разрешении 2 см'1.IR-PF spectra for the samples deposited on the KBr window were obtained using a Nicolet Nexus FT-IR spectrometer with 64 scans and a resolution of 2 cm' 1 .
Полосы, приписываемые винильным группам продукта DMV13Diox, обнаруживались в областях 3088 см'1 (асимметричное валентное колебание СН2), 985 и 916 см'1 (веерные колебания СН и СН2), в то время как полосы в диапазоне 1200-1100 см'1 и в области 962 см'1 могут быть приписаны соответственно, асимметричным и симметричным валентным колебаниям связи С-О. Подобным образом исходя из продукта DMV13Diox могли бы быть идентифицированы колебания связи С-О-С в области 1050 см'1 и двойной связи С=С в области 1640 см'1.The bands attributed to the vinyl groups of the DMV13Diox product were found in the regions of 3088 cm' 1 (asymmetric stretching vibration of CH2), 985 and 916 cm' 1 (fan vibrations of CH and CH2), while bands in the range of 1200-1100 cm' 1 and in the region of 962 cm' 1 can be attributed, respectively, to asymmetric and symmetric stretching vibrations of the C-O bond. Similarly, from the DMV13Diox product, vibrations of the C-O-C bond in the region of 1050 cm' 1 and the C=C double bond in the region of 1640 cm' 1 could be identified.
В табл. 8 сообщается о газохроматографическом (ГХ) анализе, проводимом, как описано в примере 1, в отношении подаваемого потока (партии 03-1), фракции 7 и фракции 8, произведенных от дистилляции для партии 03-1, и остатка в перегонном кубе, полученного в конце дистилляции.In table. 8 reports a gas chromatographic (GC) analysis performed as described in Example 1 on the feed stream (batch 03-1), fraction 7 and fraction 8 produced from the distillation for batch 03-1, and the bottom still obtained at the end of the distillation.
Таблица 8Table 8
Анализ ГХ для фракций, обогащенных по 6ho-1,3-BDOGC analysis for fractions enriched in 6ho-1,3-BDO
(1) Био-4-гидрокси-2-бутанон; (1 ) Bio-4-hydroxy-2-butanone;
2,4-диметил-2-винил-1,3-диоксан (при выражении через процентную долю площади исходя из площади пика для био-1,3-BDO);2,4-dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (expressed as area percentage based on bio-1,3-BDO peak area);
остальное до 100 составляют другие примеси, о которых не сообщалось в табл. 8.the rest up to 100 are other impurities, which were not reported in the table. 8.
Остаток в перегонном кубе имел внешний вид цвета жженого сахара, и его анализировали при использовании только метода ВЭЖХ при выполнении операции, как описано в представленном выше примере 1. Кроме того, в целях анализа воды для фракции 7 и для фракции 8 использовали титрование Карла Фишера (831 KF Coulometer Metrohm).The remainder in the still had a burnt sugar appearance and was analyzed using HPLC alone in the operation as described in Example 1 above. In addition, Karl Fischer titration was used for fraction 7 and fraction 8 for water analysis ( 831 KF Coulometer Metrohm).
Пример 4. Очистка 6ho-1,3-BDO (сравнительная).Example 4 Purification of 6ho-1,3-BDO (comparative).
Раствор, имеющий своим происхождением партию 05 и составляющий приблизительно 4,2 кг, подавали в дистилляционную колонну и подвергали переработке по партиям. Дистилляцию проводили при использовании 5-литрового перегонного куба и адиабатической колонны (диаметр=2 см, высота=60 см) с насадкой Sulzer. Во время дистилляции удаляли остаточную воду и органические соединения, характеризующиеся температурой кипения в диапазоне между соответствующими температурами для воды и био1,3-BDO, в то время как высококипящие органические соединения, остаточные соли и сахар, не подвергшийся превращению, оставались в перегонном кубе; о фракциях, полученных от дистилляции, сообщается в табл. 9.The solution originating in Batch 05, which is approximately 4.2 kg, was fed into the distillation column and subjected to batch processing. Distillation was carried out using a 5 liter still and an adiabatic column (diameter=2 cm, height=60 cm) with Sulzer packing. During distillation, residual water and organic compounds having a boiling point in the range between those of water and bio1,3-BDO were removed, while high-boiling organic compounds, residual salts and unconverted sugar remained in the still; fractions obtained from distillation are reported in table. 9.
Таблица 9Table 9
Фракции, отогнанные из партии 05Fractions driven away from lot 05
Фракции, обогащенные по био-1,3-BDO, являются фракцией 6 и фракцией 7.Fractions enriched in bio-1,3-BDO are fraction 6 and fraction 7.
В результате уменьшения давления в колонне и, таким образом, температуры системы избегают об- 15 041653 разования 3-бутен-2-она (MVK) и соответствующего кеталя. Однако в последней отогнанной фракции (фракции 7) отмечается присутствие продуктов разложения 6uo-1,3-BDO, которые приводят к уменьшению выхода дистилляции: в табл. 10 сообщается о газохроматографическом анализе, проводимом, как описано в представленном выше примере 1, в отношении фракций, обогащенных по 6uo-1,3-BDO.By reducing the pressure in the column and thus the temperature of the system, the formation of 3-buten-2-one (MVK) and the corresponding ketal is avoided. However, in the last distilled fraction (fraction 7), the presence of decomposition products of 6uo-1,3-BDO is noted, which lead to a decrease in the distillation yield: in table. 10 reports a gas chromatographic analysis carried out as described in Example 1 above for fractions enriched in 6uo-1,3-BDO.
Таблица 10Table 10
(1) Био-4-гидрокси-2-бутанон; (1) Bio-4-hydroxy-2-butanone;
(2) 2,4-диметил-2-винил-1,3-диоксан (при выражении через процентную долю площади исходя из площади пика для 6uo-1,3-BDO); (2) 2,4-dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (expressed as area percentage based on peak area for 6uo-1,3-BDO);
(3) совокупность из бутен-2-она, 2-бутен-1-ола (цис- и транс-изомеров), З-бутен-1-ола, З-бутен-2-ола; (3) a combination of buten-2-one, 2-buten-1-ol (cis- and trans-isomers), 3-buten-1-ol, 3-buten-2-ol;
(4) остальное до 100 составляют другие примеси, о которых не сообщалось в табл. 10. (4) the rest up to 100 are other impurities, which are not reported in the table. 10.
Остаток в перегонном кубе имел внешний вид цвета жженого сахара, и его анализировали при использовании только метода ВЭЖХ при выполнении операции, как описано в представленном выше примере 1. Кроме того, в целях анализа воды для фракции 5, для фракции 6 и для фракции 7 использовали титрование Карла Фишера (831 KF Coulometer Metrohm).The remainder in the still had a burnt sugar appearance and was analyzed using HPLC method alone in the operation as described in Example 1 above. Karl Fischer titration (831 KF Coulometer Metrohm).
Впоследствии фракцию 6 из партии 5 подавали в систему для дегидратации в целях производства бутенолов при выполнении операции, как описано в представленном ниже примере 7.Subsequently, cut 6 from batch 5 was fed into the dehydration system for the production of butenols in an operation as described in Example 7 below.
Пример 5. Очистка 6uo-1,3-BDO (второе и третье выпаривание) (изобретение).Example 5 Purification of 6uo-1,3-BDO (Second and Third Evaporation) (Invention)
Стадии второго и третьего выпариваний проводили в соответствии с тем, о чем сообщается ниже, в рабочих условиях, о которых сообщается в табл. 11.Stages of the second and third evaporation was carried out in accordance with what is reported below, under operating conditions, which are reported in table. eleven.
Для данных целей концентрированный раствор, имеющий своим происхождением стадию первого выпаривания, то есть партию 04-2 (приблизительно 6,8 кг), подавали в ротационный испаритель (Laborota® 4003 control - Heidolph), имеющий 2-литровую загрузочную шаровую колбу.For this purpose, a concentrated solution originating from the first evaporation step, ie batch 04-2 (approximately 6.8 kg), was fed into a rotary evaporator (Laborota® 4003 control - Heidolph) having a 2 liter loading bead flask.
Нагревание проводили в результате погружения загрузочной шаровой колбы в масляную ванну, снабженную термостатом. Конденсатор был образован из стеклянного змеевика, во внутреннем пространстве которого в замкнутом контуре циркулировали вода и этиленгликоль (приблизительно 10%). Охлаждение текучего хладагента проводили при использовании воздушно/жидкостного криостата.Heating was carried out by immersing the loading spherical flask in an oil bath equipped with a thermostat. The condenser was formed from a glass coil, in the interior of which water and ethylene glycol (approximately 10%) circulated in a closed circuit. Cooling of the fluid refrigerant was carried out using an air/liquid cryostat.
Испытание начиналось в рабочих условиях стадии первого выпаривания (т.е. 60°C в термостатированной ванне и давление в диапазоне 70-30 мбар) вплоть до подтверждения отсутствия выпаривания из образца. Любую извлеченную водную фазу отбрасывали. Впоследствии рабочими условиями, использованными для стадии второго выпаривания и для стадии третьего выпаривания, являются соответствующие условия, о которых сообщается в табл. 11 (выпаривание считалось завершенным в конце конденсирования паров): второе выпаривание (стадия II) и третье выпаривание (стадия III). Об извлеченных количествах фазы (II) и фазы (III) в соответствии с представленным ниже определением также сообщается в табл. 11.The test was started under the operating conditions of the first evaporation stage (ie 60° C. in a thermostated bath and pressure in the range of 70-30 mbar) until confirmation that there was no evaporation from the sample. Any aqueous phase recovered was discarded. Subsequently, the operating conditions used for the stage of the second evaporation and for the stage of the third evaporation, are the corresponding conditions, which are reported in table. 11 (evaporation was considered complete at the end of vapor condensation): second evaporation (stage II) and third evaporation (stage III). The recovered amounts of phase (II) and phase (III) as defined below are also reported in Table 1. eleven.
Таблица 11Table 11
Рабочие условия и фазы, извлеченные из партии 04-2Operating conditions and phases extracted from lot 04-2
Со стадии II (стадии второго выпаривания) получали водную фазу, содержащую воду, органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, меньшей, чем соответствующая температура 6uo-1,3-BDO, и следовые количества неочищенного соединения 6uo-1,3-BDO, которую утилизировали на полигоне для захоронения отходов, а также концентрированный раствор (фазу II), содержащую био1,3-BDO, воду и следовые количества тяжелых органических соединений (например, 4-гидрокси-2бутанона), сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей, которые формировали подаваемый поток для стадии третьего выпаривания (стадия III).From stage II (second evaporation stage) an aqueous phase containing water, organic compounds having a boiling point lower than the corresponding temperature of 6uo-1,3-BDO, and trace amounts of the crude compound 6uo-1,3-BDO was obtained, which was disposed of in a landfill, as well as a concentrated solution (phase II) containing bio1,3-BDO, water, and trace amounts of heavy organic compounds (e.g., 4-hydroxy-2butanone), unconverted sugars, and any unremoved salts , which formed the feed stream for the stage of the third evaporation (stage III).
- 16 041653- 16 041653
Со стадии III (стадии третьего выпаривания) получали водную фазу (фазу III), содержащую очищенное соединение 6ho-1,3-BDO, а также органическую фазу (фазу IV), содержащую любые органические соединения, характеризующиеся температурой кипения, большей, чем соответствующая температура для 6uo-1,3-BDO, и следовые количества неочищенного соединения 6uo-1,3-BDO, сахаров, не подвергшихся превращению, и любых не удаленных солей.From stage III (third evaporation stage), an aqueous phase (phase III) containing the purified 6ho-1,3-BDO compound was obtained, as well as an organic phase (phase IV) containing any organic compounds characterized by a boiling point greater than the corresponding temperature for 6uo-1,3-BDO, and traces of crude 6uo-1,3-BDO compound, unconverted sugars, and any salts not removed.
В табл. 12 сообщается о газохроматографическом (ГХ) анализе, проводимом как описано выше в примере 1 в отношении извлеченных фаз и подаваемого потока (партии 04-2).In table. 12 reports a gas chromatographic (GC) analysis performed as described in Example 1 above on the recovered phases and feed stream (batch 04-2).
Таблица 12 Композиция партии 04-2 и извлеченных фазTable 12 Composition of batch 04-2 and recovered phases
(1) Био-4-гидрокси-2-бутанон; (1) Bio-4-hydroxy-2-butanone;
(2) совокупность из 3-бутен-2-она, 2-бутен-1-ола (цис- и транс-изомеров), 3-бутен-1ола, 3-бутен-2-ола; (2) a combination of 3-buten-2-one, 2-buten-1-ol (cis- and trans-isomers), 3-buten-1ol, 3-buten-2-ol;
(3) остальное до 100 составляют другие примеси, о которых не сообщалось в табл. 12. (3) the rest up to 100 are other impurities, which are not reported in the table. 12.
Фаза IV имела внешний вид цвета жженого сахара, и ее анализировали при использовании только высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) при выполнении операции, как описано выше в примере 1.Phase IV had a burnt sugar appearance and was analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC) alone in the operation as described in Example 1 above.
Кроме того, в целях анализа воды для фазы (III) использовали титрование Карла Фишера (831 KF Coulometer Metrohm) (для фазы II количество воды рассчитывали по разности).In addition, a Karl Fischer titration (831 KF Coulometer Metrohm) was used for phase (III) water analysis (for phase II, the amount of water was calculated by difference).
Фазу III впоследствии подавали в систему для дегидратации в целях производства бутенолов при выполнении операции, как описано в примере 7, о котором сообщается ниже.Phase III was subsequently fed into the dehydration system for the production of butenols in an operation as described in Example 7, which is reported below.
Пример 6. Очистка 6uo-1,3-BDO (сравнительная).Example 6 Purification of 6uo-1,3-BDO (comparative).
Раствор, имеющий своим происхождением партию 04-1 и составляющий приблизительно 4,05 кг, подавали в дистилляционную колонну и подвергали переработке по партиям. Дистилляцию проводили при использовании 5-литрового перегонного куба и адиабатической колонны (диаметр=2 см, высота=60 см) с насадкой Sulzer. Во время дистилляции удаляли остаточную воду и органические соединения, характеризующиеся температурой кипения в диапазоне между соответствующими температурами для воды и био1,3-BDO, в то время как высококипящие органические соединения, остаточные соли и сахар, не подвергшийся превращению, оставались в перегонном кубе: о фракциях, полученных от дистилляции, сообщается в табл. 13.The solution, originating in Batch 04-1 and amounting to approximately 4.05 kg, was fed into the distillation column and subjected to batch processing. Distillation was carried out using a 5 liter still and an adiabatic column (diameter=2 cm, height=60 cm) with Sulzer packing. During distillation, residual water and organic compounds with a boiling point in the range between the corresponding temperatures for water and bio 1,3-BDO were removed, while high-boiling organic compounds, residual salts and unconverted sugar remained in the still: o fractions obtained from distillation, reported in table. 13.
Таблица 13Table 13
Фракции, отогнанные из партии 04-1Factions driven away from batch 04-1
Фракции, обогащенные по 6uo-1,3-BDO, являются фракцией 4 и фракцией 5.Fractions enriched in 6uo-1,3-BDO are fraction 4 and fraction 5.
В результате уменьшения давления в колонне и, таким образом, температуры системы избегают образования 3-бутен-2-она (MVK) и соответствующего кеталя. Однако в последней отогнанной фракции (фракции 5) отмечается присутствие продуктов разложения 6uo-1,3-BDO, которые приводят к уменьшению выхода для дистилляции: в табл. 14 сообщается о газохроматографическом (ГХ) анализе, проводимом, как описано в представленном выше примере 1 в отношении фракций, обогащенных по био-1,3BDO, и подаваемого потока (партии 04-1).By reducing the pressure in the column and thus the temperature of the system, the formation of 3-buten-2-one (MVK) and the corresponding ketal is avoided. However, in the last distilled fraction (fraction 5), the presence of decomposition products of 6uo-1,3-BDO is noted, which lead to a decrease in the yield for distillation: in table. 14 reports a gas chromatographic (GC) analysis performed as described in Example 1 above on bio-1,3BDO enriched fractions and feed (batch 04-1).
- 17 041653- 17 041653
Таблица 14Table 14
Анализ ГХ для фракций, обогащенных по 1,3-BDO, из партии 04-1______GC analysis for fractions enriched in 1,3-BDO from Lot 04-1______
(1) Био-4-гидрокси-2-бутанон; (1) Bio-4-hydroxy-2-butanone;
(2) 2,4-диметил-2-винил-1,З-диоксан (при выражении через процентную долю площади исходя из площади пика для 6uo-1,3-BDO); (2) 2,4-dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (expressed as area percentage based on peak area for 6uo-1,3-BDO);
(З) совокупность из бутен-2-она, 2-бутен-1-ола (цис- и транс-изомеров), З-бутен-1-ола, З-бутен-2-ола; (3) a combination of buten-2-one, 2-buten-1-ol (cis and trans isomers), 3-buten-1-ol, 3-buten-2-ol;
(4) остальное до 100 составляют другие примеси, о которых не сообщалось в табл. 14. (4) the rest up to 100 are other impurities, which are not reported in the table. 14.
Остаток в перегонном кубе имел внешний вид цвета жженого сахара, и его анализировали при использовании только метода ВЭЖХ при выполнении операции, как описано в представленном выше примере 1. Кроме того, в целях анализа воды для фракций З, 4 и 5 использовали титрование Карла Фишера (831 KF Coulometer Metrohm).The remainder in the still had a burnt sugar appearance and was analyzed using HPLC alone in the operation as described in Example 1 above. In addition, Karl Fischer titration was used for water analysis for fractions 3, 4 and 5 ( 831 KF Coulometer Metrohm).
Впоследствии фракцию 4 из партии 04-1 подавали в систему для дегидратации в целях производства бутенолов при выполнении операции, как описано в примере 7, о котором сообщается ниже.Subsequently, fraction 4 from Batch 04-1 was fed into a dehydration system for the production of butenols in an operation as described in Example 7, which is reported below.
О выходах для примера 2 (изобретения) (фазы III из партии 0З-2), примера 4 (сравнительный) (фракции 6 из партии 05), примера 5 (изобретения) (фазы III из партии 04-2) и примера 6 (сравнительный) (фракции 4 из партии 04-1) сообщается в табл. 15. О выходах для примера З (сравнительный) не сообщается, поскольку фракции, обогащенные по 1,3-BDO, являются загрязненными 2,4-диметил-2винил-1,З-диоксаном (DMV13Diox), и их не отправляют в систему для дегидратации в целях производства бутенолов.About the Yields of Example 2 (Invention) (Phase III from Lot 03-2), Example 4 (Comparative) (Fraction 6 from Lot 05), Example 5 (Invention) (Phase III from Lot 04-2) and Example 6 (Comparative) ) (fraction 4 from batch 04-1) is reported in Table. 15. No yields are reported for example 3 (comparative) because the fractions enriched in 1,3-BDO are contaminated with 2,4-dimethyl-2-vinyl-1,3-dioxane (DMV13Diox) and are not sent to the system for dehydration for the production of butenols.
Таблица 15Table 15
Выход и скорость извлечения для фракций из примера 1 и примера 4 (изобретения), примера З и примера 5 (сравнительные)Yield and recovery rate for fractions from example 1 and example 4 (invention), example 3 and example 5 (comparative)
Совокупную скорость извлечения рассчитывали как совокупность из извлеченных фаз или фракций (г), поделенную на полные часы испытания (ч), при проведении отсчета от первой удаленной сконденсированной капли. Скорость извлечения для био-1,З-БОО рассчитывали в качестве количества извлеченных очищенных фазы или фракции (г), поделенного на часы очистки данных индивидуальных фазы или фракции (ч), при проведении отсчета от удаленной первой сконденсированной капли упомянутых фазы или фракции.The cumulative recovery rate was calculated as the sum of the recovered phases or fractions (g) divided by the total test hours (h) as measured from the first condensed drop removed. The recovery rate for Bio-1,3-BOO was calculated as the amount of purified phase or fraction recovered (g) divided by the hours of purification of the individual phase or fraction data (h) as measured from the removed first condensed drop of said phase or fraction.
Как это можно видеть исходя из данных, о которых сообщалось в табл. 15, пример 2 и пример 5 (изобретения) оказываются демонстрирующими больший выход (т.е. извлечение фазы или фракции, обогащенных по био-1,З-BDO), чем пример 4 и пример 6 (сравнительные), а скорость извлечения для био1,3-BDO из использованных фазы или фракции оказывается намного большей.As can be seen from the data reported in Table. 15, Example 2 and Example 5 (of the invention) appear to show a higher yield (i.e. recovery of a phase or fraction enriched in bio-1,3-BDO) than Example 4 and Example 6 (comparative), and the recovery rate for bio1 ,3-BDO from the used phase or fraction is much larger.
Пример 7. Производство био-бутенолов из био-1,З-BDO.Example 7 Production of bio-butenols from bio-1,3-BDO.
Очищенное соединение 1,3-BDO, полученное в примере 2 (изобретения) (фазу III из партии 0З-2), и очищенное соединение био-1,З-BDO, полученное в примере 4 (сравнительный) (фракцию 6 из партии 05), подвергали каталитической дегидратации при выполнении операции следующим далее образом.Purified compound 1,3-BDO obtained in example 2 (of the invention) (phase III from lot 03-2) and purified compound bio-1,3-BDO obtained in example 4 (comparative) (fraction 6 from lot 05) , subjected to catalytic dehydration in the operation as follows.
- 18 041653- 18 041653
Для данных целей сначала синтезировали катализаторы A и B при выполнении операции следующим далее образом.For these purposes, Catalysts A and B were first synthesized by performing the operation as follows.
Синтез катализатора A.Synthesis of catalyst A.
В стеклянном химическом стакане, снабженном якорем магнитной мешалки, приготавливали раствор 870 г гексагидрата нитрата церия в 4200 г воды в результате интенсивного перемешивания при комнатной температуре (25°C). Полученный раствор переводили в стеклянный реактор, снабженный мешалкой в форме пластинки, и выдерживали при перемешивании на протяжении 15 мин. К полученному раствору, выдерживаемому при перемешивании, при использовании перистальтического насоса добавляли 790 г водного раствора при 15% гидроксида аммония (NH4OH), приготовленного прежде в результате разбавления коммерческого водного раствора при 28-30%, на протяжении 3 ч при одновременном отслеживании значения pH при использовании стеклянного электрода для измерения значения pH Metrohm (6.0248.030), соединенного с pH-метром Metrohm 691. В конце добавления раствора значение pH суспензии составляло 9,0, все в целом оставляли при перемешивании в тех же самых условиях на протяжении 64 ч, в конце чего значение pH оказывалось равным 4,3. Впоследствии к полученной суспензии, выдерживаемой при перемешивании, при использовании перистальтического насоса добавляли еще 90 г водного раствора при 15% гидроксида аммония (NH4OH), приготовленного прежде как описано выше, на протяжении 25 мин при получении суспензии при значении pH 9,0. Суспензию оставляли при перемешивании на протяжении 24 ч, в конце чего значение pH измеряли еще раз, и оно оказывалось равным 8,8, и получали преципитат. Полученный преципитат отфильтровывали, промывали при использовании приблизительно 10 л воды, а впоследствии высушивали в печи при 120°C на протяжении 2 ч. После высушивания полученное твердое вещество прокаливали на протяжении 6 часов при 600°C.In a glass beaker equipped with a magnetic stir bar, a solution of 870 g of cerium nitrate hexahydrate in 4200 g of water was prepared by vigorous stirring at room temperature (25°C). The resulting solution was transferred to a glass reactor equipped with a plate stirrer and kept under stirring for 15 minutes. 790 g of an aqueous solution at 15% ammonium hydroxide (NH 4 OH), prepared previously by diluting a commercial aqueous solution at 28-30%, was added to the resulting solution, kept under stirring, using a peristaltic pump, over 3 hours while monitoring the value pH using a Metrohm pH glass electrode (6.0248.030) connected to a Metrohm 691 pH meter. h, at the end of which the pH value was equal to 4.3. Subsequently, another 90 g of the aqueous solution at 15% ammonium hydroxide (NH 4 OH) prepared before as described above was added to the resulting agitated suspension using a peristaltic pump over a period of 25 minutes to obtain a suspension at pH 9.0. The suspension was left under stirring for 24 h, at the end of which the pH value was measured again, and it turned out to be equal to 8.8, and a precipitate was obtained. The resulting precipitate was filtered off, washed with approximately 10 L of water, and subsequently dried in an oven at 120°C for 2 hours. After drying, the resulting solid was calcined for 6 hours at 600°C.
Синтез катализатора В.Synthesis of the catalyst B.
В химический стакан, снабженный мешалкой с тефлоновой серповидной лопастью, добавляли 200 г водного раствора при приблизительно 30% гидроксида аммония (NH4OH) и для измерения значения pH вводили электрод [стеклянный электрод для измерения значения pH Metrohm (6.0248.030), соединенный с pH-метром Metrohm 780]. В еще одном химическом стакане, снабженном якорем магнитной мешалки, приготавливали раствор 200 г гексагидрата нитрата церия в 200 г воды: после этого нитрат церия солюбилизировали в результате интенсивного перемешивания при комнатной температуре (25°C). Полученный раствор вводили в капельный дозатор и подавали каплю за каплей на протяжении 6 мин в вышеупомянутый раствор гидроксида аммония, содержащийся в химическом стакане, при постоянном интенсивном перемешивании. Значение pH для полученной суспензии составляло 10,1. Все в целом оставляли при интенсивном перемешивании на протяжении 3 ч, в течение которых добавляли 200 мл воды и измеряли значение pH, которое составляло 9,6. Все в целом оставляли при интенсивном перемешивании на протяжении еще 1,5 ч, в конце чего добавляли еще 200 мл воды и еще раз измеряли значение pH, которое составляло 9,5. Упомянутую суспензию оставляли при интенсивном перемешивании на протяжении 64 ч, в конце чего еще раз измеряли значение pH, которое составляло 4,5. Впоследствии добавляли еще 23 г водного раствора при приблизительно 30% гидроксида аммония (NH4OH) при получении значения pH 9,0: все это оставляли при перемешивании на протяжении 6 ч при получении значения pH 8,5. Впоследствии добавляли 16 г водного раствора при приблизительно 30% гидроксида аммония (NH4OH) при получении значения pH 9,0. Все это оставляли при интенсивном перемешивании на протяжении 17 ч, в конце чего значение pH составляло 7,9, и получали преципитат. Полученный преципитат отфильтровывали, промывали при использовании 2 л воды, а впоследствии высушивали в печи при 120°C на протяжении 2 ч. После высушивания полученное твердое вещество прокаливали на протяжении 5 ч при 600°C.Into a beaker equipped with a Teflon crescent blade stirrer, 200 g of an aqueous solution at approximately 30% ammonium hydroxide (NH 4 OH) was added and an electrode [Metrohm pH glass electrode (6.0248.030) connected to pH meter Metrohm 780]. In another beaker equipped with a magnetic stir bar, a solution of 200 g of cerium nitrate hexahydrate in 200 g of water was prepared: the cerium nitrate was then solubilized by vigorous stirring at room temperature (25°C). The resulting solution was introduced into a drop dispenser and was added drop by drop over 6 minutes to the aforementioned ammonium hydroxide solution contained in the beaker with constant vigorous stirring. The pH value for the resulting suspension was 10.1. The whole was left under vigorous stirring for 3 hours, during which time 200 ml of water was added and the pH value was measured, which was 9.6. The whole was left under vigorous stirring for another 1.5 h, at the end of which another 200 ml of water was added and the pH value was measured again, which was 9.5. Said suspension was left under vigorous stirring for 64 hours, at the end of which the pH value was measured again, which was 4.5. Subsequently, another 23 g of an aqueous solution at about 30% ammonium hydroxide (NH 4 OH) was added to give a pH of 9.0: the whole was left under stirring for 6 hours to give a pH of 8.5. Subsequently, 16 g of an aqueous solution at approximately 30% ammonium hydroxide (NH 4 OH) was added to obtain a pH value of 9.0. The whole was left under vigorous stirring for 17 hours, at the end of which the pH was 7.9, and a precipitate was obtained. The resulting precipitate was filtered off, washed with 2 liters of water and subsequently dried in an oven at 120°C for 2 hours. After drying, the resulting solid was calcined for 5 hours at 600°C.
Реакция дегидратации.dehydration reaction.
Реакцию дегидратации для 6uo-1,3-BDO проводили в стальном трубчатом реакторе непрерывного действия с неподвижным слоем катализатора AISI 316L, имеющем длину 400 мм и внутренний диаметр 9,65 мм. Реактор был термостатирован до температуры реакции при использовании электрического нагревателя. Для оптимального регулирования температуры внутри реактора вдоль его оси имеется карман, имеющий внешний диаметр 3 мм, который вмещает термопару для регулирования температуры.The dehydration reaction for 6uo-1,3-BDO was carried out in an AISI 316L fixed bed steel tubular continuous reactor having a length of 400 mm and an internal diameter of 9.65 mm. The reactor was thermostated to reaction temperature using an electric heater. For optimal temperature control inside the reactor along its axis there is a pocket having an outer diameter of 3 mm, which accommodates a thermocouple for temperature control.
Катализаторы, использованные в данных испытаниях, просеивали и отбирали во фракцию в диапазоне от 0,5 до 1 мм. Загрузку катализатора, равную 3 г, вводили в реактор между двумя слоями инертного материала (корунда), каталитический слой удерживался на месте при использовании перегородки из спеченной стали, расположенной на основании реактора.The catalysts used in these tests were sieved and taken into fractions in the range from 0.5 to 1 mm. A catalyst charge of 3 g was introduced into the reactor between two layers of inert material (corundum), the catalyst layer was held in place by a sintered steel baffle located on the reactor base.
Подачу проводили с верха реактора выше области, заполненной инертным материалом, где данная область также выполняет функцию испарителя и обеспечивает возможность перевода реагентов в газообразное состояние и достижения ими температуры реакции до вхождения в контакт с катализатором. Таким образом, реактор демонстрирует компоновку с нисходящим потоком.The feed was carried out from the top of the reactor above the area filled with inert material, where this area also functions as an evaporator and allows the reagents to be transferred into a gaseous state and reach the reaction temperature before coming into contact with the catalyst. Thus, the reactor exhibits a downflow arrangement.
Жидкие реагенты подавали при использовании дозирующего насоса, относящегося к типу, используемому при высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Газы подавали при использовании теплового массового расходомера (ТМР). По ходу технологического потока ниже реактора полученные продукты охлаждали в теплообменнике, а сконденсированную жидкость собирали в стеклянных флаконах при использовании последовательности из клапанов с регулировкой по времени. СобранныеLiquid reagents were supplied using a metering pump of the type used in high performance liquid chromatography (HPLC). Gases were supplied using a thermal mass flow meter (TMF). Downstream of the reactor, the resulting products were cooled in a heat exchanger and the condensed liquid was collected in glass vials using a sequence of time controlled valves. Collected
- 19 041653 образцы жидкостей анализировали при использовании газохроматографического анализа, используя газовый хроматограф (ГХ) Agilent HP6890, снабженный инжектором Split/Splitless на колонке Quadrex 007- 19 041653 liquid samples were analyzed using gas chromatographic analysis using an Agilent HP6890 gas chromatograph (GC) equipped with a Split/Splitless injector on a Quadrex 007 column
FFAP с длиной 25 м, диаметром 0,32 мм, пленкой 1 мкм, использованный носитель представлял собой гелий при скорости 50 см/с, детектором был пламенный детектор. Определение проводили при использовании внутреннего стандарта с калибровочными кривыми для известных индивидуальных компонентов.FFAP with a length of 25 m, a diameter of 0.32 mm, a film of 1 μm, the carrier used was helium at a speed of 50 cm/s, the detector was a flame detector. The determination was carried out using an internal standard with calibration curves for known individual components.
Между тем неконденсируемые газы анализировали при использовании газового хроматографа (ГХ), работающего в режиме реального времени, и в конце концов отправляли в газоизмеритель, относящийся к типу с мерным барабаном, для измерения объема. Анализ газов в режиме реального времени проводили при использовании газового хроматографа (ГХ) Agilent HP7890, имеющего колонку HP-AI/S с длиной 50 м, диаметром 0,53 мм, пленкой 15 микронов, использованный носитель представлял собой гелий при скорости 30 см/с, детектором был пламенный детектор. Определение проводили при использовании внешнего стандарта с калибровочными кривыми для известных индивидуальных компонентов.Meanwhile, the non-condensable gases were analyzed using a real-time gas chromatograph (GC) and finally sent to a drum-type gas meter for volume measurement. Real-time gas analysis was performed using an Agilent HP7890 gas chromatograph (GC) having a HP-AI/S column with a length of 50 m, a diameter of 0.53 mm, a 15 micron film, the carrier used was helium at a speed of 30 cm/s , the detector was a flame detector. The determination was carried out using an external standard with calibration curves for known individual components.
Каталитические эксплуатационные характеристики, о которых сообщается в табл. 16 и 17, выражают при вычислении степени превращения для 6uo-1,3-BDO (C1j3-BDo) и селективностей по бутенолам в соответствии с формулами, о которых сообщается ниже:Catalytic performance, which is reported in table. 16 and 17 are expressed when calculating the degree of conversion for 6uo-1,3-BDO (C 1j3-BD o) and selectivities to butenols according to the formulas reported below:
{ мо/ш^ - ( ШИЩ J П}11 W,{ mo/w^ - (SHISH J P}11 W,
Г ,,-ГИи - ---------------------------.-----—-------х Н'1'G ,,-GIi ---------------------------.-----—------- x H' 1 '
...... 1-wU...... 1-wU
S, _ —_-----. х j ” t мату з mU. , где (моли1,3-№О)вх=моли 1,3-бутандиола на входе;S, _ —_-----. х j ” t matu z mU. , where (mol1, 3-N0 ) in = moles of 1,3-butanediol at the inlet;
(моли1,3-ВпО)вых.=моли 1,3-бутандиола на выходе;(mole1, 3-BPO ) out .= moles of 1,3-butanediol at the outlet;
молибутенолы=совокупные моли алкенолов [обозначающих З-бутен-2-ол (метилвинилкарбинол) и 2-бутен-1-ол (кротиловый спирт)].moles of butenols = total moles of alkenols [denoting 3-buten-2-ol (methylvinylcarbinol) and 2-buten-1-ol (crotyl alcohol)].
Для случая превышения совокупностью из селективностей по всем продуктам 100% результат испытания выражают в виде селективности по бутенолам, приведенной к 100, илиFor the case when the totality of the selectivities for all products exceeds 100%, the test result is expressed as the selectivity for butenols, normalized to 100, or
НН!NN!
До начала каталитического испытания катализатор подвергают обработке in situ при 300°С в токе азота (N2). В упомянутый реактор впоследствии подают 36 г/ч 83,3%-ного раствора 1,3-бутандиола в воде при атмосферном давлении (1 бар абсолютного давления).Prior to starting the catalytic test, the catalyst is subjected to an in situ treatment at 300° C. in a stream of nitrogen (N2). 36 g/h of a 83.3% strength solution of 1,3-butanediol in water are subsequently fed into said reactor at atmospheric pressure (1 bar absolute pressure).
Приблизительно 3,19 кг фракции 6 из партии 05, полученной как описано в примере 4 (сравнительный), разбавляли при использовании 640 г воды. Полученный раствор подавали в реактор для дегидратации при использовании катализатора A при температуре 370°С в отсутствие катализатора, демонстрирующего проблемы, связанные с потерей активности или потерей выхода.Approximately 3.19 kg of fraction 6 from lot 05, obtained as described in example 4 (comparative), was diluted with 640 g of water. The resulting solution was fed into the dehydration reactor using Catalyst A at 370° C. in the absence of catalyst, showing problems with loss of activity or loss of yield.
Впоследствии во втором испытании, в котором использовали катализатор В, подавали 2,135 кг фазы III из партии 03-2, полученной как описано в примере 2 (изобретения), при добавлении 428 г воды. Температуру реакции устанавливали равной 355°С. Также и в данном случае катализатор не демонстрировал проблем, связанных с потерей активности или потерей выхода.Subsequently, in a second test using Catalyst B, 2.135 kg of Phase III from Batch 03-2 prepared as described in Example 2 (Invention) were fed with the addition of 428 g of water. The reaction temperature was set to 355°C. Also in this case, the catalyst did not show problems with loss of activity or loss of yield.
В табл. 16 сообщается о каталитических результатах, полученных применительно к степени превращения (С%) и селективности (S%) при вычислении, как описано выше.In table. 16 reports the catalytic results obtained for conversion (C%) and selectivity (S%) when calculated as described above.
Таблица 16Table 16
Результаты испытаний по дегидратации в отношении очищенного соединения 6uo-1,3-BDO, полученного в примере 2 (изобретения) (фаза III из партии 03-2) и примере 4 (сравнительный) (фракция 6 из партии 05)Dehydration Test Results for Purified Compound 6uo-1,3-BDO Obtained in Example 2 (Invention) (Phase III from Lot 03-2) and Example 4 (Comparative) (Fraction 6 from Lot 05)
Пример 8.Example 8
Очищенное соединение 6uo-1,3-BDO, полученное в примере 5 (изобретения) (фазу III из партии 04-2), и очищенное соединение 6uo-1,3-BDO, полученное в примере 6 (сравнительный) (фракцию 4 из партии 04-1) подвергали каталитической дегидратации при выполнении операции следующим далее образом.Purified compound 6uo-1,3-BDO obtained in example 5 (of the invention) (phase III from lot 04-2) and purified compound 6uo-1,3-BDO obtained in example 6 (comparative) (fraction 4 from lot 04-1) was subjected to catalytic dehydration in the operation as follows.
Для данных целей сначала синтезировали катализатор С при выполнении операции следующим далее образом.For these purposes, Catalyst C was first synthesized by performing the operation as follows.
Синтез катализатора С.Synthesis of catalyst C.
Приготовление катализатора на основе экструдированного диоксида церия.Preparation of a catalyst based on extruded cerium dioxide.
- 20 041653- 20 041653
Экструдированный катализатор получали в результате выполнения операции, как описано в примере 9 из международной патентной заявки WO 2015/173780 на имя заявителя.An extruded catalyst was obtained by performing the operation as described in example 9 of the international patent application WO 2015/173780 in the name of the applicant.
Для данных целей в стеклянном химическом стакане, снабженном якорем магнитной мешалки, приготавливали раствор 870 г гексагидрата нитрата церия (99%, от компании Aldrich, код продукта 238538; номер CAS 10294-41-4) в 4200 г воды в результате интенсивного перемешивания при комнатной температуре (25°C). Полученный раствор переводили в стеклянный реактор, снабженный мешалкой в форме пластинки, и выдерживали при перемешивании на протяжении 15 мин. К полученному раствору, выдерживаемому при перемешивании, при использовании перистальтического насоса добавляли 790 г водного раствора при 15% гидроксида аммония (NH4OH), приготовленного прежде в результате разбавления коммерческого водного раствора при 28-30% (от компании Aldrich, 28-30% NH3 Basis ACS reagent; код продукта 221228; номер CAS 1336-21-6), на протяжении 3 ч при одновременном отслеживании значения pH при использовании стеклянного электрода для измерения значения pH Metrohm 6.0248.030, соединенного с pH-метром Metrohm 691. В конце добавления раствора значение pH суспензии составляло 9,0: все в целом оставляли при перемешивании на протяжении 64 ч, в конце чего значение pH оказывалось равным 4,3. Впоследствии к полученной суспензии, выдерживаемой при перемешивании, при использовании перистальтического насоса добавляли еще 90 г водного раствора при 15% гидроксида аммония (NH4OH), приготовленного прежде как описано выше, на протяжении 25 мин при получении суспензии при значении pH 9,0. Суспензию оставляли при перемешивании на протяжении 24 ч, в конце чего значение pH измеряли еще раз, и оно оказывалось равным 8,8, и получали преципитат. Полученный преципитат отфильтровывали, промывали при использовании приблизительно 10 л воды, а впоследствии высушивали в печи при 120°C на протяжении 2 ч.For this purpose, in a glass beaker equipped with a magnetic stir bar, a solution of 870 g of cerium nitrate hexahydrate (99%, from Aldrich, product code 238538; CAS number 10294-41-4) was prepared in 4200 g of water by vigorous stirring at room temperature (25°C). The resulting solution was transferred to a glass reactor equipped with a plate stirrer and kept under stirring for 15 minutes. 790 g of an aqueous solution at 15% ammonium hydroxide (NH 4 OH) previously prepared by diluting a commercial aqueous solution at 28-30% (from Aldrich, 28-30% NH 3 Basis ACS reagent; product code 221228; CAS number 1336-21-6) for 3 hours while monitoring the pH value using a Metrohm 6.0248.030 pH glass electrode connected to a Metrohm 691 pH meter. at the end of the addition of the solution, the pH of the suspension was 9.0: the whole was left under stirring for 64 hours, at the end of which the pH turned out to be 4.3. Subsequently, another 90 g of the aqueous solution at 15% ammonium hydroxide (NH 4 OH) prepared before as described above was added to the resulting agitated suspension using a peristaltic pump over a period of 25 minutes to obtain a suspension at pH 9.0. The suspension was left under stirring for 24 h, at the end of which the pH value was measured again, and it turned out to be equal to 8.8, and a precipitate was obtained. The resulting precipitate was filtered off, washed with approximately 10 L of water, and subsequently dried in an oven at 120°C for 2 hours.
После повторения упомянутого приготовления для нескольких партий, подходящих для использования при получении достаточных количеств материала, полученные твердые вещества объединяли и размалывали в ступке: 1905 г порошка, полученного таким образом, впоследствии располагали в планетарном смесителе Erweka, имеющем двигатель модели AMD.After repeating said preparation for several batches suitable for use when sufficient quantities of material were obtained, the resulting solids were combined and ground in a mortar: 1905 g of the powder thus obtained was subsequently placed in an Erweka planetary mixer having an AMD model motor.
Порошок смешивали в сухом состоянии на протяжении 1 ч, а впоследствии в результате прикапывания добавляли в последовательности 250 г водного раствора при 25% гидроксида аммония (NH4OH), приготовленного прежде в результате разбавления коммерческого водного раствора при 28-30% (от компании Aldrich, 28-30% NH3 Basis ACS reagent; код продукта 221228; номер CAS 1336-21-6), на протяжении 50 мин и 250 мл деминерализованной воды подобным образом на протяжении 50 мин при получении пасты, которую экструдировали при использовании экструдера Hutt, на котором монтировали валики, имеющие отверстия в 2 мм. Гранулы, полученные от экструдирования, оставляли для высушивания на воздухе на протяжении двух дней.The powder was dry-blended for 1 hour, and subsequently 250 g of an aqueous solution at 25% ammonium hydroxide (NH 4 OH) previously prepared by diluting a commercial aqueous solution at 28-30% (from Aldrich) was added dropwise in sequence. , 28-30% NH 3 Basis ACS reagent; product code 221228; CAS number 1336-21-6) for 50 minutes and 250 ml of demineralized water in a similar way for 50 minutes to obtain a paste that was extruded using a Hutt extruder, on which rollers with holes of 2 mm were mounted. The extruded pellets were left to air dry for two days.
Впоследствии образец гранул с массой 134 г высушивали в печи при 120°C на протяжении 2 ч, а впоследствии прокаливали на протяжении 6 ч при 600°C при получении катализатора на основе диоксида церия. После этого для каталитического испытания катализатор приготавливали в результате измельчения его и просеивания его при выборе фракции в диапазоне от 0,5 до 1 мм.Subsequently, a sample of granules weighing 134 g was dried in an oven at 120°C for 2 hours, and subsequently calcined for 6 hours at 600°C to obtain a catalyst based on cerium dioxide. Thereafter, for the catalytic test, the catalyst was prepared by pulverizing it and sieving it to select a fraction in the range of 0.5 to 1 mm.
Катализатор C, полученный как описано выше, загружали в реактор и подвергали воздействию предварительных операций, как описано в примере 7. Испытания начинали при использовании 83,3%-ного раствора 1,3-BDO небиологического происхождения (Sigma-Aldrich B84784) в деминерализованной воде при температуре 370°C и расходе 36 г/ч.Catalyst C, prepared as described above, was loaded into the reactor and subjected to pre-treatments as described in Example 7. Tests were started using an 83.3% solution of non-biological 1,3-BDO (Sigma-Aldrich B84784) in demineralized water. at a temperature of 370°C and a flow rate of 36 g/h.
По истечении приблизительно 125 ч операции в реактор для дегидратации подавали 4,072 кг 83,3%-ного раствора 6uo-1,3-BDO в воде, полученного в результате подходящего разбавления фракции 4 из партии 04-1, полученной как описано в примере 6 (сравнительный). В табл. 17 сообщается о каталитических результатах, полученных применительно к степени превращения (C%) и селективности (S%) при вычислении, как описано выше. Во время испытания эксплуатационные характеристики оставались постоянными и катализатор не демонстрировал проблем, связанных с потерей активности или потерей выхода.After approximately 125 hours of operation, 4.072 kg of an 83.3% solution of 6uo-1,3-BDO in water, obtained by appropriate dilution of fraction 4 from batch 04-1, obtained as described in example 6 ( comparative). In table. 17 reports the catalytic results obtained for conversion (C%) and selectivity (S%) when calculated as described above. During the test, the performance remained constant and the catalyst showed no problems with loss of activity or loss of yield.
Испытание продолжали при использовании исходного раствора 1,3-BDO небиологического происхождения. На данной стадии температуру реакции устанавливали равной 375°C, что дало в ответ легкую потерю степени превращения. Впоследствии во время того же самого испытания подавали 4,226 кг раствора, полученного в результате разбавления при использовании деминерализованной воды фазы III из партии 04-2, полученной, как описано в примере 5 (изобретения), таким образом, чтобы получить 83,3%-ный раствор. Также и в данном случае в табл. 17 сообщается о каталитических результатах, полученных применительно к степени превращения (C%) и селективности (S%) при вычислении, как описано выше. Как и в предыдущем случае, эксплуатационные характеристики оставались постоянными и катализатор не демонстрировал проблем, связанных с потерей активности или потерей выхода.The test was continued using a non-biological stock solution of 1,3-BDO. At this stage, the reaction temperature was set equal to 375°C, which gave in response to a slight loss of conversion. Subsequently, during the same test, 4.226 kg of a solution obtained by diluting with phase III demineralized water from batch 04-2, obtained as described in example 5 (invention), were supplied, so as to obtain 83.3% solution. Also in this case, Table 17 reports the catalytic results obtained for conversion (C%) and selectivity (S%) when calculated as described above. As in the previous case, the performance remained constant and the catalyst showed no problems with loss of activity or loss of yield.
--
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT102018000008820 | 2018-09-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA041653B1 true EA041653B1 (en) | 2022-11-18 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6321743B2 (en) | Method for separating components of fermentation broth | |
US6361983B1 (en) | Process for the isolation of 1,3-propanediol from fermentation broth | |
EP2937328B2 (en) | Alcohol production method | |
WO2013183592A1 (en) | Production method for 1, 4-butanediol | |
US9926613B2 (en) | Method of producing sugar solution | |
RU2631503C2 (en) | Quality test of polymerized lactic acid and method of its implementation | |
CN113166008B (en) | Method for purifying bio-1, 3-butanediol from fermentation broth | |
EP4267542A1 (en) | Process for purification of a mixture including diols and acetals | |
US20210351355A1 (en) | Conjugated polymers including an indacen-4-one derivative, procedure for their preparation and photovoltaic devices comprising the same | |
KR101975187B1 (en) | Method of preparaing diol | |
EA041653B1 (en) | METHOD FOR PURIFYING BIO-1,3-BUTANEDIOL FROM ENZYME BROTH | |
CN113480406B (en) | 1, 3-butanediol and preparation method thereof | |
CA3213622A1 (en) | Recovery of diols from a mixture | |
CN118510744A (en) | 1,3-Butanediol purified from a mixture of diols | |
CN115716784A (en) | Method for separating and extracting lactic acid, lactic acid product and preparation method thereof, and preparation method of calcium lactate particles | |
CN112028758A (en) | Process for the preparation of hydroxyaldehydes and process for resolving optical isomers using electrodialysis techniques |