丙酸铵的热盐分解的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的临时申请系列编号61/794, 573的优先权，所 述申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于将丙酸铵转化成丙酸的方法。
【背景技术】
[0004] -种制造丙酸的生物基方法涉及在中性pH或接近中性pH下使糖发酵。然而， 将发酵保持在中性PH或接近中性pH会导致形成丙酸盐，最常见的是丙酸铵（ammonium propionate，AP)。为了获得丙酸，需要将来自发酵工艺的AP盐"分解"成氨和丙酸。一旦 分解，就回收氨并且可以将丙酸转化成更有用的产物。
[0005] 然而，在将AP盐"分解"成氨和丙酸时存在一些问题。举例来说，在一种"分解"AP 盐的方法中，以一种称为"热盐分解"（thermal salt-splitting，TSS)的方法，在常压或减 压下加热AP的水溶液。TSS将水从所述水溶液去除，这是不合需要的，因为所得溶液的粘度 增加到使其难以处理的程度。
[0006] 因此，需要一种将水性混合物中的丙酸铵转化成丙酸的方法，所述方法通过使用 盐分解液将AP盐"分解"成氨和丙酸来使粘度增加减到最小。
【发明内容】
[0007] 本发明的方法是这样一种将水性混合物中的丙酸铵转化成丙酸的方法，所述方法 包含：
[0008] 将极性非质子有机溶剂与所述水性混合物混合，其中所述丙酸铵和所述丙酸至少 部分溶于所述极性非质子有机溶剂中，形成盐分解液；
[0009] 加热所述盐分解液以将所述丙酸铵转化成丙酸和氨，其中加热所述盐分解液产生 含有至少水、氨及所述溶剂的气相；
[0010] 在所述加热期间，从所述气相去除所述水和所述氨的至少一部分；及
[0011] 使所述溶剂的至少一部分从所述气相返回到所述盐分解液中。
[0012] 所述盐分解液可以加热到l〇〇°C到130°C的温度。所述极性非质子有机溶剂选 自由以下各物组成的群组：C4 s烷醇、二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲 基-2-吡咯烷酮（NMP)、二甲亚砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷、二乙二醇二甲醚或其组合。将所 述极性非质子有机溶剂与所述水性混合物混合以使得所述水性混合物中丙酸与极性非质 子有机溶剂的重量比是0.6 : 1或更低，优选是0.18 : 1到0.58 : 1，更优选是0.24 : 1 到 0· 42 : 1。
[0013]出人意料的是，本发明的方法不仅保持低粘度，而且还使特别不合需要的副产物 酰胺的形成减到最少。塔顶中丙酸的损失也得以减少。
【具体实施方式】
[0014] 丙酸制造中使用的发酵液或水性混合物是在中性pH或接近中性pH下操作。在维 持这一中性PH时，产生丙酸盐，最常见的是AP。为了获得丙酸，将氨从丙酸铵中"分解"。
[0015] 将AP "分解"成氨和丙酸的一种直接方法是在"热盐分解"或"TSS"方法中加热 水性混合物。在加热期间，由于氨和水被移除，故丙酸铵转化成丙酸。由于氨和水被去除， 故加热过程还引起水性混合物的酸性（例如水性混合物酸性变强）及丙酸浓度的增加。
[0016] 在DE 2718363中提出，加热过程可以用于水溶性有机溶剂（例如二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲基吡咯啶酮（NMP)、二甲亚砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷及二 乙二醇二甲醚）中的羧酸铵盐（例如异丁酸盐、乙酸盐、己二酸盐、（甲基）丙烯酸盐、苯甲 酸盐及对苯二甲酸盐）。
[0017] 然而，DE 2718363的方法存在若干问题。举例来说，DE 2718363中的溶剂在溶剂 中盐浓度较低情况下作用良好（例如低浓度是100克溶剂中〇. 2摩尔盐，或丙酸/溶剂比 率是〇. 18)。然而，对于工业方法，需要的是在较高丙酸浓度（例如以整个溶液（例如盐分 解溶液）的总重量计，丙酸浓度从18重量％ (wt% )到高达60重量％ )下作用。此外，DE 2718363教示，使用较低沸点的溶剂（例如DMF、DM及DMS0)会导致严重的起泡问题，这使 其不适合用于工业方法中。
[0018] 本发明提供针对这些问题的解决方案。已意外地发现，将极性非质子有机溶剂添 加到含有AP的水性混合物中促进以较高程度去除氨（较高的盐到氨和酸的转化率）。如果 采用烷醇作为溶剂，那么其与反应混合物中的水形成非均质共沸混合物。在塔顶冷凝器中， 有可能将烷醇与水分离，并且烷醇可以再循环到反应混合物中。也已意外地发现，在水性混 合物中使用烷醇也缓和在加热过程（例如热盐分解）期间利用许多极性非质子有机溶剂所 碰到的起泡问题。
[0019] 如本文中所使用，"水性混合物"可以衍生自发酵液，或者可以是通过使微生物在 发酵培养基中经历一个或多个发酵阶段以产生丙酸和丙酸盐（例如丙酸铵）以及其他物质 而得到的产物介质。如本文中所使用，发酵培养基意思指在一个或多个发酵阶段中允许微 生物产生丙酸和AP以及其它化合物所使用的水、糖及溶解固体的混合物。所述水性混合物 可以经历巴氏灭菌、杀菌、纯化、过滤、浓缩或其组合。如本文中所使用，水性混合物的适合 实例包括但不限于，国际公开案号WO 2011/094457中描述的那些，所述公开案以全文引用 的方式并入本文中。
[0020] 如本文所使用，术语"铵"（例如呈丙酸铵形式）是指具有式NHR/的阳离子，其中 每一 R基团独立地是氢，或被取代或未被取代的烷基、芳基、芳烷基或烷氧基。优选R基团 各自是氢。
[0021] 如本文中所使用，"盐分解液"可以具有如本领域中已知的混合物或溶液的物理特 征。水性混合物和极性非质子溶剂一起形成盐分解液。
[0022] 如本文中所使用，"热盐分解"是用于将AP "分解"或"转化"成丙酸和氨的一种方 法。热盐分解方法包括加热包括水性混合物的盐分解液以将AP转化成丙酸和氨。因此，加 热盐分解液以将AP转化成丙酸和氨是热盐分解方法。
[0023] 本发明的方法将水性混合物中的AP转化成丙酸。所述方法包括将极性非质子有 机溶剂与所述水性混合物混合，其中丙酸铵和丙酸可溶于极性非质子有机溶剂中。
[0024] 加热盐分解液以将AP转化成丙酸和氨（例如TSS)。加热盐分解液还产生含有至 少水、氨及所述溶剂的气相。在加热期间，从气相中去除水和氨的至少一部分并且使至少一 部分溶剂从气相返回到盐分解液中。
[0025] 如本文所使用，可溶性意思指AP和丙酸在本文提供的浓度下与极性非质子有机 溶剂和水性混合物混合形成均质溶液（例如水性混合物的水溶液）的能力。这允许AP、丙 酸及极性非质子有机溶剂溶解于水性混合物（例如水和其它化合物）中。从这一均质溶 液可以分离出（经由气相）水和氨，在盐分解液中留下极性非质子有机溶剂。将极性非质 子有机溶剂保持在盐分解液中有助于保持足够低的水性混合物粘度（例如，如在25°C下测 量，小于5000厘泊（cP)，优选地小于2000cP)以允许更容易地处理盐分解液。将溶剂保持 在盐分解液中也有助于保持丙酸稀释度（例如每升盐分解液约6. 3摩尔丙酸或更低的浓 度）。因此，本发明尤其提供一种极性非质子有机溶剂，其在加热（例如热盐分解）期间与 水性混合物一起使用时，允许水、丙酸及AP溶解于盐分解液中，允许分离气相中的水和氨， 并且使极性非质子有机溶剂保留在水性混合物的盐分解液中以保持系统粘度低到足以处 理材料并保持足够的丙酸稀释度以使副反应减到最少。
[0026] 优选极性非质子有机溶剂的沸点高于但接近水的沸点（在类似的压力和温度 下）。这允许在加热过程期间优先去除水并且还有助于在后续工艺中去除水。如所论述， 水、丙酸及AP都可溶于极性非质子溶剂中（例如极性非质子溶剂对于水性混合物来说是一 种良好溶剂）。如所论述，水性混合物可以被"浓缩"（例如，其中在添加极性非质子溶剂之 前，已例如通过旋转蒸发从水性混合物中去除水），由此提供用于本发明的浓缩的水性混合 物。
[0027] 极性非质子有机溶剂可以是按所需比例溶解丙酸和AP的溶剂。极性非质子有 机溶剂的实例包括但不限于，选自由以下各物组成的群组的那些：C48烷醇、二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基乙酰胺（DMA)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)、二甲亚砜（DMSO)、二甲砜、二噁烷、二 乙二醇二甲醚或其组合。C48烷醇的实例包括丁醇、戊醇、己醇、庚醇及辛醇。优选正烷醇。
[0028] 与水性混合物混合的极性非质子有机溶剂的量是基于以下假设确定：到本发明的 方法结束时，水将完全从盐分解液中去除。因此，极性非质子有机溶剂的用量随所述方法结 束时如本文所提供的极性非质子有机溶剂中丙酸的希望浓度（例如wt% )而变化。这也可 以随丙酸与极性非质子有机溶剂的重量比而变化。
[0029] 对于各种实施例，将极性非质子有机溶剂与水性混合物混合以使得水性混合物中 丙酸与极性非质子有机溶剂的重量比是0.6 : 1或更低，优选是0.18 : 1到0.58 : 1，更优 选是0.24 : 1到0.42 : 1。有关将多少极性非质子有机溶剂与水性混合物混合的另一方 法是在盐分解液中具有高达60重量％ (wt%)的丙酸浓度，优选在盐分解液中具有10wt% 到40wt %的丙酸浓度，更优选在盐分解液中具有Ilwt %到26wt %的丙酸浓度。以盐分解液 的总重量计，盐分解液中丙酸可以具有15wt%到25wt%的浓度也是可能的。如果采用烷醇 作为溶剂，那么其与反应混合物中的水形成非均质共沸混合物。在塔顶冷凝器中，有