способ извлечения уксусной кислоты из водных потоков и бульона ферментации (варианты), способ микробиологической анаэробной ферментации для получения уксусной кислоты (варианты), не смешивающаяся с водой смесь растворителей для экстракции уксусной кислоты, способ получения модифицированного растворителя

Формула изобретения

1. Не смешивающаяся с водой смесь растворителей для экстракции уксусной кислоты из водных потоков, содержащая (a) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, и (b) по меньшей мере, 10% по объему линейного углеводородного сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (a).

2. Смесь по п.1, где указанный сорастворитель является не смешивающимся с водой и легко отделяемым от нее и обладает низкой токсичностью в отношении анаэробных ацетогенных бактерий.

3. Смесь по п.1, где указанный сорастворитель образует азеотропную смесь с водой и уксусной кислотой.

4. Смесь по п.1, где указанный углеводород имеет от 9 до 11 атомов углерода.

5. Смесь по п.1, где указанный растворитель (a) содержит более 80% по объему указанных диалкиламинов и пониженное до менее чем приблизительно 1% по объему количество низкокипящих соединений и моноалкиламинов, где указанные низкокипящие соединения кипят при температуре 115С или ниже при давлении 70 торр.

6. Смесь по п.1, где указанный растворитель (a) дополнительно содержит от приблизительно 1 до 10% по объему триалкиламинов.

7. Смесь по п.1, где указанный растворитель (a) получают дистилляцией из растворителя, содержащего низкокипящие соединения, моноалкиламины, диалкиламины и триалкиламины, практически всех низкокипящих соединений и моноалкиламинов для улучшения способности экстрагировать уксусную кислоту, где указанные низкокипящие соединения кипят при температуре 115С или ниже при давлении 70 торр.

8. Смесь по п.7, где указанный растворитель (a) получают второй дистилляцией указанного дистиллированного растворителя для удаления практически всех триалкиламинов.

9. Способ получения уксусной кислоты из водной фазы, содержащей уксусную кислоту, включающий стадии (a) контактирования водной фазы с не смешивающейся с водой смесью растворителей, содержащей (i) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, и (ii) по меньшей мере, 10% по объему сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (i), (b) экстракции уксусной кислоты из указанной водной фазы в получаемую фазу растворителя, и (c) дистилляции уксусной кислоты из указанной фазы растворителя при температуре, не превышающей 160С.

10. Способ по п.9, где указанный сорастворитель является не смешивающимся с водой и легко отделяемым от нее, и обладает низкой токсичностью в отношении анаэробных ацетогенных бактерий.

11. Способ по п.9, где указанный сорастворитель образует азеотропную смесь с водой и уксусной кислотой.

12. Способ по п.9, где указанный сорастворитель включает углеводород, имеющий от 9 до 11 атомов углерода.

13. Способ по п.9, где указанный растворитель (i) содержит более 80% по объему указанных диалкиламинов и пониженное до менее чем приблизительно 1% по объему количество низкокипящих соединений и моноалкиламинов, где указанные низкокипящие соединения кипят при температуре 115С или ниже при давлении 70 торр.

14. Способ по п.9, где указанный растворитель (i) содержит от приблизительно 1 до 10% по объему триалкиламинов.

15. Способ по п.9, где указанный растворитель (i) получают дистилляцией из растворителя, содержащего низкокипящие соединения, моноалкиламины, диалкиламины и триалкиламины, практически всех низкокипящих соединений и моноалкиламинов для улучшения способности экстрагировать уксусную кислоту, где указанные низкокипящие соединения кипят при температуре 115С или ниже при давлении 70 торр.

16. Способ по п.15, где указанный растворитель (i) получают второй дистилляцией указанного дистиллированного растворителя для удаления практически всех триалкиламинов.

17. Способ по п.9, где указанную водную фазу, содержащую уксусную кислоту, получают ферментацией в биореакторе водного потока, включающего анаэробные ацетогенные бактерии в питательной среде, и газового потока, содержащего, по меньшей мере, один газ, выбираемый из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода.

18. Способ анаэробной микробиологической ферментации для получения уксусной кислоты, включающий стадии (a) ферментации, по меньшей мере, одного газа, выбранного из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода в биореакторе в присутствии водного потока, включающего анаэробные ацетогенные бактерии в питательной среде, в результате чего образуется бульон ферментации, включающий уксусную кислоту, (b) отделения указанных бактерий от других компонентов указанного бульона для получения практически свободного от клеток потока, (c) непрерывной экстракции уксусной кислоты из указанного свободного от клеток потока в фазу растворителя путем контактирования указанного свободного от клеток потока с не смешивающейся с водой смесью растворителей для образования фазы растворителя, включающей уксусную кислоту, и водной фазы, включающей указанную питательную среду, причем указанная смесь растворителей содержит (i) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, (ii) по меньшей мере, 10% по объему сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (i), (d) рециркуляции указанной водной фазы в указанный биореактор и подачи указанной фазы растворителя в дистилляционную колонну, и (е) непрерывной дистилляции из фазы растворителя, полученной на стадии (c), уксусной кислоты для отделения от фазы растворителя при температуре, не превышающей 160С, где указанные стадии экстракции и дистилляции проходят без существенной деградации указанного амина до амида, что тем самым повышает эффективность получения уксусной кислоты.

19. Способ по п.18, где на указанной стадии разделения используют центрифугу, мембрану из полых волокон или устройство для разделения твердого и жидкого материала.

20. Способ по п.18, где указанную стадию дистилляции осуществляют в вакууме, практически свободном от кислорода.

21. Способ по п.18, где на стадии (е) дополнительно используют вакуум при давлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 psia.

22. Способ по п.18, где указанные анаэробные бактерии выбирают из группы, состоящей из Acetobacterium kivui, A. woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, C. acetobutylicum, C. formoaceticum, C. kluyveri, C. thermoaceticum, C. thermocellum, C. thermosaccharolyticum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus и C. ljungdahlii и их смесей.

23. Способ по п.22, где указанную C. ljungdahlii выбирают из штаммов, состоящих из PETC ATCC 55383, O-52 ATCC 55989, ERI2 ATCC 55380, C-01 ATCC 55988 и их смесей.

24. Способ повышения эффективности извлечения уксусной кислоты из бульона ферментации, включающего водный поток, содержащий анаэробные ацетогенные бактерии и питательную среду, и, по меньшей мере, один газ, выбираемый из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода, причем указанный газ проферментирован в нем, и указанный способ включает контактирование указанного водного потока с не смешиваемой с водой смесью растворителей, содержащей (i) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, (ii) по меньшей мере, 10% по объему сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (i), непрерывную экстракцию указанной уксусной кислоты из указанного водного потока в указанную смесь растворителей, и дистилляцию указанной уксусной кислоты из указанного растворителя при температуре дистилляции, не превышающей 160С, без существенной деградации указанного амина до амида.

25. Способ анаэробной микробиологической ферментации для получения уксусной кислоты, включающий стадии (a) введения в ферментер анаэробных ацетогенных бактерий в питательной смеси и не смешивающейся с водой смеси растворителей в течение периода времени, достаточного для адаптации указанных бактерий к указанному растворителю, где указанная смесь растворителей содержит (i) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, (ii) по меньшей мере, 10% по объему сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (i), (b) введения в указанный ферментер газового потока, содержащего, по меньшей мере, один газ, выбираемый из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода, и получения бульона ферментации, содержащего указанные бактерии, питательную среду, уксусную кислоту, растворитель и воду, где указанный газ ферментируется в нем, (c) введения указанного бульона ферментации в разделительное устройство, в котором водная фаза, содержащая указанные бактерии и питательную среду, отделяется от фазы растворителя, которая содержит уксусную кислоту, растворитель и воду, без фильтрации, (d) непрерывной дистилляции из фазы растворителя, полученной на стадии (c) уксусной кислоты для отделения от фазы растворителя при температуре, не превышающей 160С, где указанная стадия дистилляции происходит без существенной деградации указанного амина до амида, тем самым повышая эффективность получения уксусной кислоты.

26. Способ по п.25, дополнительно включающий рециркуляцию указанного растворителя в дистилляционную колонну и указанной водной фазы, содержащей указанные бактерии, в указанный ферментер.

27. Способ по п.25, где указанную стадию дистилляции осуществляют в вакууме, практически свободном от кислорода.

28. Способ по п.25, где на стадии (d) дополнительно используют вакуум при давлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 psia.

29. Способ по п.25, где указанные анаэробные бактерии выбирают из группы, состоящей из Acetobacterium kivui, A woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, C. acetobutylicum, C. formoaceticum, C. kluyveri, C. thermoaceticum, C. thermocellum, C. thermosaccharolyticum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus и C. ljungdahlii и их смесей.

30. Способ по п.29, где указанную C. ljungdahlii выбирают из штаммов, состоящих из PETC ATCC 55383, O-52 ATCC 55989, ERI2 ATCC 55380 и C-01 ATCC 55988 и их смесей.

31. Способ анаэробной микробиологической ферментации для получения уксусной кислоты, включающий стадии (a) ферментации, по меньшей мере, одного газа, выбранного из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода в биореакторе, содержащем водную питательную смесь и анаэробные ацетогенные бактерии, с получением тем самым бульона, содержащего уксусную кислоту, воду и бактерии, (b) введения в устройство для экстракции, содержащее либо непрерывную фазу растворителя, либо непрерывную водную фазу, и имеющее для них вводы и выводы, (i) указанного бульона без отделения клеток и (ii) растворителя, включающего не смешивающуюся с водой смесь растворителей, содержащую (iii) не смешивающийся с водой растворитель, включающий более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, и где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, (iv) по меньшей мере, 10% по объему сорастворителя, точка кипения которого ниже точки кипения указанного растворителя (iii), где фаза растворителя, содержащая уксусную кислоту, растворитель и воду, выводится из указанного устройства для экстракции отдельно от водной фазы, содержащей указанные бактерии и питательные среды, (c) рециркуляции указанного растворителя в дистилляционную колонну и указанной водной фазы, содержащей указанные бактерии, в указанный ферментер, (d) непрерывной дистилляции из фазы растворителя, полученной на стадии (b), уксусной кислоты и воды для отделения от растворителя при температуре, не превышающей 160С, без существенной деградации указанного амина до амида, тем самым повышая эффективность получения уксусной кислоты.

32. Способ по п.31, где указанная стадия (b) включает введение указанного растворителя в указанное устройство для экстракции параллельно или в противотоке по отношению к потоку указанного бульона.

33. Способ по п.31, где указанную стадию дистилляции осуществляют в вакууме, практически свободном от кислорода.

34. Способ по п.31, где на стадии (c) дополнительно используют вакуум при давлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 psia.

35. Способ по п.31, где указанные анаэробные бактерии выбирают из группы, состоящей из Acetobacterium kivui, A woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, C. acetobutylicum, C. formoaceticum, C. kluyveri, C. thermoaceticum, C. thermocellum, C. thermosaccharolyticum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus и C. ljungdahlii и их смесей.

36. Способ по п.35, где указанную C. ljungdahlii выбирают из штаммов, состоящих из PETC ATCC 55383, O-52 ATCC 55989, ERI2 ATCC 55380, C-01 ATCC 55988 и их смесей.

37. Способ анаэробной микробиологической ферментации для получения уксусной кислоты, причем указанный способ включает стадии (a) ферментации, по меньшей мере, одного газа, выбранного из группы, состоящей из (1) моноокиси углерода, (2) двуокиси углерода и водорода, (3) моноокиси углерода, двуокиси углерода и водорода, и (4) моноокиси углерода и водорода в биореакторе, содержащем водную питательную смесь и анаэробные ацетогенные бактерии, с получением тем самым бульона ферментации, содержащего уксусную кислоту и растворенную двуокись углерода, (b) удаления указанной двуокиси углерода из бульона ферментации перед экстракцией, (c) контактирования указанного бульона со стадии (b) с растворителем, содержащим амин и дающим возможность для образования фазы растворителя, содержащей уксусную кислоту, и водной фазы, содержащей указанную питательную среду, (d) непрерывной дистилляции уксусной кислоты из указанной фазы растворителя, и (е) возврата указанной водной фазы в указанный биореактор.

38. Способ по п.37, где указанный бульон ферментации содержит растворенный сероводород, причем способ дополнительно включает удаление указанного сероводорода из указанного бульона ферментации перед экстракцией.

39. Способ по п.37 или 38, где указанная стадия удаления включает контактирование указанного бульона ферментации с газом, не содержащим двуокись углерода, кислород или сероводород.

40. Способ по п.39, где указанный газ дополнительно содержит другой газ, выбранный из группы, состоящей из азота, метана, гелия, аргона, нереактивного газа или их смеси.

41. Способ по п.39, где указанную стадию удаления проводят в противоточной отпарной колонне.

42. Способ по п.37 или 38, где указанная стадия удаления включает воздействие пониженного давления на указанный бульон ферментации в емкости, отделенной от указанного ферментера.

43. Способ по п.37 или 38, дополнительно включающий отделение указанных бактерий от других компонентов указанного бульона для получения практически свободного от клеток потока перед указанной стадией удаления.

44. Способ по п.43, где указанная стадия удаления включает нагревание указанного свободного от клеток потока до примерно 80С в емкости, отделенной от указанного ферментера.

45. Способ по п.37, где указанный растворитель представляет собой смесь растворителей по любому из пп.1-8.

46. Способ по п.45, где указанную стадию дистилляции проводят при температуре, не превышающей 160С, без существенной деградации указанного амина до амида, тем самым повышая эффективность получения уксусной кислоты.

47. Способ по п.37, где указанную стадию дистилляции осуществляют в вакууме, практически свободном от кислорода.

48. Способ по п.37, где на указанной стадии дистилляции дополнительно используют вакуум при давлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 psia.

49. Способ по п.37, где указанные анаэробные бактерии выбирают из группы, состоящей из Acetobacterium kivui, A woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, C. acetobutylicum, C. formoaceticum, C. kluyveri, C. thermoaceticum, C. thermocellum, C. thermosaccharolyticum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus и C. ljungdahlii и их смесей.

50. Способ по п.49, где указанную C. ljungdahlii выбирают из штаммов, состоящих из PETC ATCC 55383, O-52 ATCC 55989, ERI2 ATCC 55380, C-01 ATCC 55988 и их смесей.

51. Способ по п.37, где указанный контакт с растворителем происходит в противоточной колонне.

52. Модифицированный не смешивающийся с водой растворитель, пригодный при экстракции уксусной кислоты из водных потоков, состоящий из более чем 50% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и из от приблизительно 0,01 до 20% по объему моноалкиламинов, причем указанный растворитель имеет коэффициент распределения более 10, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода.

53. Модифицированный не смешивающийся с водой растворитель по п.52, содержащий от приблизительно 85 до приблизительно 91% по объему смеси изомеров сильно разветвленных диалкиламинов и от приблизительно 0,01 до приблизительно 6% по объему моноалкиламинов, где каждая алкильная группа указанных моно- и диалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, и указанный растворитель имеет коэффициент распределения от приблизительно 10 до приблизительно 20.

54. Способ получения модифицированного растворителя, включающий стадии (a) дистилляции из немодифицированного растворителя, содержащего низкокипящие соединения, моноалкиламины, сильно разветвленные диалкиламины и триалкиламины, от приблизительно 75 до приблизительно 100% указанных низкокипящих соединений и от приблизительно 80 до приблизительно 100% указанных моноалкиламинов, где каждая алкильная группа указанных диалкил- и моноалкиламинов имеет от 12 до 14 атомов углерода, тем самым улучшая способность указанного дистиллированного растворителя экстрагировать уксусную кислоту, где указанная дистилляция указанных низкокипящих соединений происходит при температуре от приблизительно 100 до приблизительно 160С и при давлении приблизительно 70 торр, и (b) промывки указанного дистиллированного растворителя с помощью органической кислоты при соотношении кислоты и растворителя от приблизительно 1:1 до приблизительно 5:1.

55. Способ по п.54, дополнительно включающий вторую дистилляцию дистиллированного растворителя для практически полного удаления всех триалкиламинов.

Описание изобретения к патенту

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)