CN105324358A - 由重组宿主细胞生产的脂肪醇组合物的下游处理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脂肪醇(FALC)的下游处理，且提供了一种以高纯度和产率提供FALC的新的纯化方法。

Description

由重组宿主细胞生产的脂肪醇组合物的下游处理
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月7日提交的美国临时申请61/774,375的权益，其内容由此全文并入。
领域
本发明涉及脂肪醇的下游处理。此处，本发明涵盖一种以高纯度和产率提供脂肪醇的新的纯化方法。
背景
脂肪醇具有许多商业用途。较短链的脂肪醇作为乳化剂、润肤剂和增稠剂用于化妆品和食品工业中。由于其两亲特性，脂肪醇相当于非离子表面活性剂，其可用于个人护理和家用产品中，例如用于洗涤剂和清洁组合物中。此外，脂肪醇用于蜡、胶、树脂、药膏和洗剂、润滑油添加剂、织物抗静电剂和整理剂、增塑剂、化妆品、工业溶剂和脂肪溶剂中。脂肪醇(FALC)可获自棕榈油、棕榈仁油、植物油、大豆或牛油，然而财务和环境成本很高。当FALC衍生自常规来源(例如植物油、棕榈油等)时，初始混合物包含大量杂质，包括游离脂肪酸、脂肪酸甲酯(FAME)、重质脂肪-脂肪酯(例如长链分子，包括C20-C30)以及其它杂质。
FALC也可获自微生物的发酵(培养)，所述微生物经工程化以生产具有C6-C18链长的FALC。在特定培养条件下，由微生物发酵液生产的粗FALC除FALC之外可包含特定杂质。该类杂质包括但不限于游离脂肪酸(FFA)；脂肪-脂肪酯(FFE)；脂肪醛、脂肪酮和含羰基的化合物；硫和金属化合物；水和其它杂质。通常将杂质从FALC中移除以满足最终产品规格。FFA的移除(脱酸化)通常通过碱精制法(即，经由化学方法)和物理精制法(即，经由FFA的蒸发)进行，例如在商业操作中。常规碱精制法并非不存在缺点；特别是在试图从FALC中分离细碎分散且部分溶剂化的皂(例如C8-C18链长)(这在离心和随后的水洗期间发生)时，碱精制法往往发生困难。一般而言，碱精制法受阻于不可接受的高醇损失和必须通常单独的工艺步骤降低的FFE污染。此外，由于FALC、FFA和FFE具有类似的沸点，物理精制几乎是不可能的。此外，FFA具有与FALC类似的链长分布且一些FFE的链长与FALC重叠。因此，就商业规模而言，碱和物理精制法不适于移除存在于粗FALC中的FFA和FFE。因此，需要更新且更好的方法以生产具有满足在特定产品中应用所需规格的所需特性(例如纯度)的FALC。
简述
本发明的一个方面提供了一种纯化脂肪醇(FALC)的方法，包括：(a)提供包含FALC和可皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；和(c)蒸发第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物。在一个实施方案中，所述可皂化杂质包括游离脂肪酸(FFA)、脂肪-脂肪酯(FFE)和含羰基的化合物。在另一实施方案中，所述强碱包含0.3-0.6重量％过量的氢氧化钠(NaOH)。在另一实施方案中，所述强碱通过中和FAA和皂化FEE而减少FFA和FFE，其中皂化FEE产生用于中和的额外FFA以及额外的FALC。所述强碱进一步减少了含羰基的化合物。在仍另一实施方案中，中和和皂化在约100-约130℃的温度下在环境压力至约80托的部分真空下进行。在又一实施方案中，中和和皂化实施约2-4小时。在仍另一实施方案中，第二混合物中的FFA的量小于约0.03mgKOH/g样品，且第二混合物中的FFE的量小于约0.4mgKOH/g样品。在另一实施方案中，第二混合物中的钠皂的量小于约20ppm。在第二混合物中获得的FALC通常具有约98％的纯度。
本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：(a)提供包含FALC和可皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；(c)蒸发第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物；和(d)用漂白剂漂白所述第二混合物，从而产生经漂白的FALC。在一个实施方案中，所述漂白剂包括但不限于次氯酸盐、过氧化物、漂白土和吸收剂。在另一实施方案中，所述漂白剂有效地移除金属化合物；有色体；包括氧化的脂肪族化合物或具有自由基的脂肪族化合物或它们的组合的痕量水平的额外杂质。
本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：(a)提供包含FALC和可皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；(c)蒸发第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物；(d)用漂白剂漂白所述第二混合物，从而产生经漂白的FALC；和(e)用氢气和催化剂氢化所述第二混合物，从而产生氢化FALC。在一个实施方案中，所述氢化包括但不限于一锅法浆液反应；浆液反应和随后的填充床反应；以及两个串联的填充床反应。在另一实施方案中，所述方法进一步包括根据沸点分馏氢化的FALC，其中分离链长相差两个或更多个碳的FALC。在另一实施方案中，氢化的FALC包含至少约50％的C12-C18脂肪醇。
本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，其中所述原料包含至少0.1-0.5重量％的FFA和/或至少0.1-05重量％的FFE。所述原料可进一步包含至少0.1-0.5重量％的含羰基的化合物。此外，所述原料可进一步包含小于1重量％的二醇化合物。所述原料可进一步包含硫或至少一种含硫化合物和/或水。在一个实施方案中，所述原料为发酵液的产物。在另一实施方案中，所述发酵液为大肠杆菌(E.coli)发酵液。在又一实施方案中，所述原料具有约20mgKOH/g或更小的皂化(SAP)值。
本发明的另一方面提供了一种纯化FALC的方法，包括：(a)提供包含FALC和可皂化杂质的原料；(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；和(c)蒸发第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物，其中蒸发在低于约150℃的温度下在约1托下进行。在另一实施方案中，蒸发在低于约187℃的温度下在约5托下进行。在又一实施方案中，蒸发在对应于C18醇蒸气压的温度下进行。
详细描述
新纯化方法的开发提供了比已知碱精制法显著更高的脂肪醇产率，且用于生产具有满足特定产品规格所需的特性(包括更高的纯度)的脂肪醇。该新方法包括中和和皂化原料。因此，该新方法包括向包含脂肪醇(FALC)和可皂化杂质的原料中添加强碱。这种杂质包括例如游离脂肪酸(FFA)、脂肪-脂肪酯(FFE)和含羰基的化合物。原料通常衍生自在发酵液中生长的微生物。当将强碱添加至原料中时，其通过中和混合物中的FFA和皂化混合物中的FFE而减少FFA和FFE。此外，所述强碱将混合物中的一些含羰基化合物氧化成FFA，且将其它含羰基化合物还原成醛和酮，它们进一步分解成FFA。FFE的皂化导致产生额外的FFA和FALC，其中再次将FFA中和且由此皂化。在某一时刻，所有FFA均转化成皂且富含FALC。因此，使用过量强碱皂化FFE并中和FFA导致几乎所有FFA和几乎所有FFE转化成皂，从而导致高度富含FALC的溶液。使用随后的脂肪醇的蒸发制得几乎不含FFA、FFE和盐的高纯度FALC。申请人令人惊讶地发现，该简单的二步法导致了约98％纯度的FALC。因此，本发明提供了一种由包含FALC和可皂化杂质的原料纯化FALC的新的和更好的方法。最终的混合物富含FALC，其中最终的混合物中的皂(即，FFA的盐)的量小于20ppm。该新方法制得了几乎不含FFA和FFE的FALC产物，其中FFA为约0.1％(例如约0.05％、约0.03％或约0.01％)，且其中FFE具有约0.5的皂化(SAP)值(例如约0.4、约0.3或约0.2)。
原料可包含FALC和可皂化杂质(包括特定重量百分比(重量％)的FFA、FFE和/或含羰基化合物)的任何组合。在优选实施方案中，原料包含至少约0.5重量％(例如至少1.0重量％)的FFE和/或至少约0.5重量％(例如至少1.0重量％)的FFA和/或至少约0.5重量％(例如至少1.0重量％)的含羰基化合物。原料通常包含小于约5重量％(例如小于4重量％，小于3重量％，小于2重量％和/或小于1重量％)的含羰基化合物。原料也可包含其它组分和/或杂质，例如小于约1重量％(例如小于0.5重量％)的二醇化合物、硫、至少一种含硫化合物和/或小于约5重量％(例如小于3.5重量％)的水。优选地，原料具有约20mg(例如15mg、10mg、5mg或2mg)KOH/g或更小的皂化(SAP)值。原料的一个实例包含小于约10重量％的FFA、小于约5重量％的FFE、小于约2重量％的含羰基化合物、约250ppm的硫、约3.5重量％的水和含C6-C18脂肪醇的剩余部分。在本发明的一个实施方案中，原料为发酵液的产物。所述发酵液可例如为微生物发酵液，例如大肠杆菌发酵液。微生物细胞优选经基因工程化以优化FALC生产。用于优化基因工程化微生物细胞内的FALC生产的方法和组合物例如描述于美国公开专利申请2012/0142979、2011/0256599、2011/0250663和2010/0105963中。
强碱为水解(例如完全水解)且可中和FFA和皂化FFE的任何碱。该类强碱通常为第I或II族碱金属的氢氧化物。强碱包括例如氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铯、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钙、氢氧化锂和氢氧化铷。在一个优选实施方案中，强碱为氢氧化钠。强碱可以以任何合适的浓度使用以中和FFA和皂化FFE。通常使用过量的强碱，例如约0.01重量％或更高(例如0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、0.2重量％或更高、0.3重量％或更高、0.4重量％或更高或0.5重量％或更高的过量碱，相对于原料的总SAP值)。替代地(或者此外)，所用过量的强碱可为约1.0重量％或更低(例如0.9重量％或更小、0.8重量％或更小、0.7重量％或更小、0.6重量％或更小、0.5重量％或更小或0.4重量％或更小的过量碱，相对于原料的总SAP值)。因此，过量的强碱可为由任意两个上述端点限定的量(例如0.1-0.5重量％、0.3-0.6重量％、0.5-1.0重量％、0.6-0.8重量％或0.05-1.0重量％)。例如，本文通过使用过量0.2-0.5重量％的NaOH有效地实现了FFE至FFA和脂肪醇的皂化以及全部FFA的中和。NaOH的理论量由粗脂肪醇中的FFA、FFE和羰基决定。强碱通常以包含至少约1重量％(例如至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％和至少60重量％)碱的含水混合物形式使用。所述皂(即FFA的盐)为FFA和强碱之间的皂化反应的副产物。所述皂依赖于用于强碱的碱的性质，且包括例如第I族(例如Li、Na、K等)和/或第II族(例如Mg、Ca等)的成员。在一个优选实施方案中，所述皂为钠皂。
典型的中和/皂化工艺条件包括110-140℃的操作温度，至少1小时的反应时间，和/或环境压力至360托部分真空的压力。在本发明的一个实施方案中，第一混合物的产生(例如FFA中和和FFE皂化)可例如在约80-180℃下利用相对于原料的总SAP值过量约0.05-1.0重量％的碱实施约0.5-4小时。当FFA被中和时，粗脂肪醇的粘度显著增大。中和的粗脂肪醇在完全移除水分时通常可在低于约110℃的温度下固化。在高于约130℃的温度下，观察到中和且除湿的粗脂肪醇(具有至多约10％的FFA水平)为液相。
原料通常包含水分(例如至少1重量％、至少2重量％、至少3重量％、至少4重量％和至少5重量％；但小于10重量％、小于8重量％和小于6重量％)。例如，原料可包含约3.5重量％的水。由于添加20-50％碱溶液以及在FFA中和期间产生的水分而导致的过量水分在脂肪醇蒸发期间导致显著起泡。可在SAP降低反应(其通常在130℃和360托下运行2小时)之前或之后安装水分干燥工艺(例如具有约130℃的操作温度和80托)。可施加部分真空以减少干燥和SAP减少反应步骤二者中的脂肪醇产物的氧化。存在于粗脂肪醇中的少量己醇是不希望的副产物组分，且可在水分干燥步骤期间同时移除，从而达到随后的下游处理所需的水平。用强碱中和FFA和皂化FFE(即水解)的步骤可包括减少含羰基化合物(例如脂肪醛和脂肪酮)的量。例如，含羰基化合物的浓度降低至少1％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％。蒸发可在约155℃蒸气温度和1托下、187℃和5托下、或对应于C18醇蒸气压的温度下进行。蒸气温度通常在夹带物分离器的顶部测定。可使用正链烷醇的VLE图来确定蒸气温度和真空水平。当蒸发完成时，高度粘稠的蒸发器塔底物包含脂肪醇(大部分为C18OH)、盐和过量碱。为了保持蒸发器塔底中的液态或凝胶态，通常将温度保持在约130℃或更高下。蒸发器塔底温度通常比相应的蒸气温度高10-50℃，其中蒸气温度由蒸发表面至完全冷凝点的压降确定。因此，蒸发器塔底温度依赖于所用的设备。粗FALC蒸发的馏出物称为“EC-FALC”，其中任选产生EC-FALC(参见实施例3)。EC-FALC的总SAP为约6.5mgKOH/g(2.5％FFA当量)。
如上所述(上述)，典型的中和/皂化条件包括约110-140℃(例如100-130℃)的操作温度，至少1小时(例如2-4小时)的反应时间，和/或环境压力至360托(例如80托)部分真空的压力。在具体实例中，在约130℃下使用0.3-0.5重量％的过量NaOH实施约2小时的中和和皂化工艺制得了钠盐和具有不可检测水平的FFA、小于0.2的SAP值和显著降低的羰基浓度的脂肪醇。在另一具体实例中，在约130℃和约80托下使用约0.4重量％的过量NaOH实施约4小时的中和和皂化工艺制得了钠盐和具有类似地不可检测水平的FFA、小于0.2的SAP值和显著降低的羰基浓度的脂肪醇。在约155℃蒸气温度和1托下、约187℃和5托下、或者在对应于C18醇蒸气压的温度下实施中和/皂化的脂肪醇的蒸发移除了全部钠盐且将馏出物中的硫浓度降至20-30ppm。脂肪醇馏出物的产率可为包含约5％FFA和总SAP值大于20mgKOH/g的粗脂肪醇中的脂肪醇含量的约98％或更大。
所述方法可进一步包括：(d)将第一混合物(中和/皂化的脂肪醇)的蒸馏塔底物酸化，从而产生酸化的塔底物。可使用任何合适的酸，例如无机酸或有机酸(例如磺酸、羧酸)。无机酸的实例包括但不限于盐酸、氢溴酸、氢碘酸、次氯酸、亚氯酸、氯酸、高氯酸、硫酸、氟磺酸、硝酸、磷酸、六氟磷酸、铬酸和硼酸。有机酸的实例包括但不限于甲烷磺酸、对甲苯磺酸、乙酸、柠檬酸、乳酸、葡糖酸和甲酸。在一个优选实施方案中，所述酸为无机酸(例如硫酸)。所述酸可以以任何合适的浓度用于酸化第一混合物(中和/皂化的脂肪醇)。例如，所述酸可为包含至少约1重量％(例如至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％和至少25重量％)酸的含水混合物。可实施原位酸化方法以模拟商业过程，其中可借助在线强力混合器或者在间歇混合槽中将低于240℃的来自刮板式薄膜蒸发器的塔底出料酸化。在具体实例中，使用20％化学计量过量的20重量％硫酸溶液与钠皂和剩余的NaOH反应，从而形成FFA、Na2SO4和水。该方法通过将蒸发器塔底温度保持在130℃且低于环境压力而实施。缓慢引入20重量％的硫酸溶液加料，从而不导致过多的水蒸气烟雾。随着酸剂量的提高，蒸发器塔底温度降至约100℃。在100℃下10分钟的反应时间后，将所得的蒸发器塔底物完全液化。在该阶段，在完全液化的蒸发器塔底物中添加大致等体积的去离子水以用于清洁目的和稀释酸化混合物。在热量导出后，将所得混合物混合过夜以充分清洁蒸发装置。
原料可包含至多40-90％的各种链长的单不饱和脂肪醇。在某些实施方案中，FALC具有至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个或至少19个碳的长度。替代地或者除此之外，FALC具有20个或更少、19个或更少、18个或更少、17个或更少、16个或更少、15个或更少、14个或更少、13个或更少、12个或更少、11个或更少、10个或更少、9个或更少、8个或更少、7个或更少，或6个或更少碳的长度。因此，FALC可具有由任意两个上述端点所限定的链长。例如，R基团可具有6-16个碳的长度、10-14个碳的长度，或12-18个碳的长度。在一些实施方案中，FALC为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25或C26FALC。在某些实施方案中，FALC为C12、C13、C14、C15、C16、C17或C18FALC。原料可包含任意量的任意上述链长的FALC。原料也可包含支化或未支化FALC。支链可具有超过一个的支化点，且可包括环状支链。在一些实施方案中，支化FALC为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25或C26支化FALC。在一个实施方案中，支化FALC为C6、C8、C10、C12、C13、C14、C15、C16、C17或C18支化FALC。在另一实施方案中，支化FALC的羟基位于伯(C1)位。在另一实施方案中，支化FALC为异脂肪醇或反异脂肪醇。在又一实施方案中，支化FALC包括但不限于异C7:0、异C8:0、异C9:0、异C10:0、异C11:0、异C12:0、异C13:0、异C14:0、异C15:0、异C16:0、异C17:0、异C18:0、异C19:0、反异C7:0、反异C8:0、反异C9:0、反异C10:0、反异C11:0、反异C12:0、反异C13:0、反异C14:0、反异C15:0、反异C16:0、反异C17:0、反异C18:0和反异C19:0支化脂肪醇。此外，原料可包含饱和或不饱和的FALC。如果不饱和，则FALC可具有一个或超过一个不饱和点。在一个实施方案中，不饱和FALC为单不饱和FALC。在另一实施方案中，不饱和FALC包括但不限于C6:1、C7:1、C8:1、C9:1、C10:1、C11:1、C12:1、C13:1、C14:1、C15:1、C16:1、C17:1、C18:1、C19:1、C20:1、C21:1、C22:1、C23:1、C24:1、C25:1和C26:1不饱和FALC。在某些实施方案中，不饱和FALC为C10:1、C12:1、C14:1、C16:1或C18:1。在仍然其它实施方案中，不饱和FALC为ω-7位不饱和的。在其它实施方案中，不饱和FALC包含顺式双键。
不饱和FALC可转化成完全或近似完全饱和的。因此，所述方法可进一步包括：(d)用氢气和催化剂氢化第二混合物，从而产生氢化FALC。氢化步骤可使用本领域已知的方法实施，包括一锅法浆液反应，浆液反应和随后的填充床反应，两个串联的填充床反应，或者这些技术的组合。氢化FALC包含至少约50％(例如至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％和至少80％)的C12-C18脂肪醇。氢化FALC通常包含至多约100％(例如至多99％、至多97％、至多95％、至多93％、至多91％、至多88％和至多85％)的C12-C18脂肪醇。氢化FALC可包含上述值任意组合的任意范围，例如50-99％、55-97％等的C12-C18脂肪醇。决定氢化反应化学计量和动力学的关键参数是进料脂肪醇的饱和水平(通过碘值(IV)测量)、脂肪醇密度、氢气在脂肪醇中的溶解度、催化剂装填量和反应温度和/或压力。除进行IV滴定之外，饱和水平也可通过GC或GC-MS分析确定。可使用催化剂来驱动氢化反应。在第一反应步骤中，不饱和脂肪醇在反应条件下开始热或动力学地旋转，从而由顺位重整为反位。由于其较低的能态，反式脂肪醇通常有利于氢化反应。然后氢气在催化剂表面上加成至双键上，从而形成饱和脂肪醇。氢化反应的完全依赖于催化剂的选择、催化剂装填量、反应条件和时间。可将许多催化剂用于该脂肪醇氢化方法。市售催化剂包括锌、镍、钯、铂和铜-铬。镍基催化剂的成本较低，然而反应动力学可能较慢，选择性可能较低，且所述催化剂可能更易污染。可将镍用作提供主要不饱和(通过IV滴定测定)减少的初始反应器。已知钯和铂基催化剂具有更好的饱和反应动力学和更好的选择性。这些催化剂的成本显著高于镍，且它们可最好地用于修饰氢化(polishinghydrogenation)步骤中，从而获得完全饱和(即IV<0.1)。也可使用铜-铬催化剂。在一个具体实例中，使用镍作为催化剂。催化剂装填量和催化剂寿命高度依赖于饱和完全度、反应动力学和进料流中的潜在杂质。催化剂的典型量为至少约0.01重量％(例如至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.05重量％、至少0.08重量％、至少0.1重量％、至少0.2重量％、至少0.5重量％、至少1重量％和至少1.5重量％)。催化剂的量通常小于约10重量％(例如小于8重量％、小于5重量％、小于3重量％、小于2重量％、小于1重量％、小于0.5重量％、小于0.1重量％、小于0.08重量％和小于0.05重量％)。催化剂的量也可包括前述值任意组合的任意范围，例如0.01-10重量％。催化剂通常还可能为氢化工艺成本的主要贡献者。因此，应采取措施来移除脂肪醇进料中的可使催化剂潜在失活且缩短其可用寿命周期的杂质。已知诸如硫、磷、硒、钠、镁、钾、钙、二氧化硅和氮化合物(例如氨基酸、肽、蛋白质和胺)对催化剂具有某些有害影响。蒸发可显著减少这些杂质以及移除消泡剂(如果存在的话)、有色体和游离脂肪酸(FFA)。
在任意前述方法中，氢化步骤为一锅法浆液反应，且氢化步骤使用1-3重量％镍催化剂在100-135℃和100-500psi下进行约4-8小时，从而获得纯度为至少约97％(例如至少98％或至少99％)的FALC产物，且全部FALC产物的产率为至少约90％，其中FALC产物具有小于约0.3的碘值(“IV”)和小于约150ppm的羰基水平。或者，氢化步骤为浆液反应和随后的填充床反应，其中浆液反应使用0.03-0.05重量％镍催化剂在约100-135℃和约100-500psi下进行约0.5-2小时，且填充床反应使用粒状镍催化剂在100-135℃和约100-500psi下实施4-8小时停留时间当量，从而获得纯度为至少约97％(例如至少98％或至少99％)的FALC产物且全部FALC产物的产率为至少约90％，其中FALC产物具有小于约0.3的碘值(“IV”)和小于约150ppm的羰基水平。此外，氢化步骤可为两个串联的填充床反应，其中第一填充床反应器具有0.5-1小时当量镍停留时间，随后为4-8小时停留时间当量，其中使用粒状镍催化剂在100-135℃和约100-500psi，从而获得纯度为至少约97％(例如至少98％或至少99％)的FALC产物，且全部FALC产物的产率为至少约90％，其中FALC产物具有小于约0.3的碘值(“IV”)和小于约150ppm的羰基水平。在步骤(d)中的氢化之前，所述方法可进一步包括用漂白剂漂白第二混合物(例如中和/皂化的FALC的馏出物)。漂白剂为有效移除金属化合物(例如硫、磷、钠、钙、镁等)、有色体和/或痕量水平的其它杂质的任何合适的物质，例如次氯酸盐、过氧化物、漂白土、吸收剂材料。漂白剂也可包括任意前述材料的组合。在本发明的一个实施方案中，使用漂白土，例如F-160(BASF)或Biosil(SüdChemie)。废漂白土可通过MF(微滤)过滤移除。可使用任何合适量的漂白土，只要该量有效地移除杂质，例如金属化合物和有色体。典型的量包括至少0.1重量％、至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％、至少0.5重量％、至少0.6重量％、至少0.8重量％、至少1重量％和至少2重量％。此处描述了漂白步骤所用的条件实例，然而温度通常为约80-120℃(例如105-115℃)和/或约60-100托(例如60托、70托、80托、90托或100托)。漂白时间依赖于原料中的组分浓度以及漂白剂的类型和量。漂白时间的实例为至少约15分钟(例如至少20分钟、至少30分钟、至少45分钟、至少60分钟、至少90分钟和至少120分钟)。所述方法可进一步包括：(e)在某些条件下分馏氢化的FALC，其中分离链长相差两个或更多个碳的FALC。在一个示例性方法中，包含粗FALC的原料经历如下此处所述的工艺步骤：(A)FALC蒸发，(B)连续皂化和蒸发，(C)漂白，(D)一锅法氢化，和(E)至少两段式分馏。
实施例
下文实施例进一步阐述本发明，然而当然不应理解为以任何方式限制其范围。下表1描述了一些此处所用的术语。
表1
FALC 描述
EC-FALC 初始蒸发的FALC
SE-FALC 皂化的FALC
F-FALC 漂白和过滤的SE-FALC
HF-FALC 氢化和过滤的BF-FALC
HFE-FALC HF-FALC的馏出物
实施例1
该实施例给出了使用中和和皂化且随后蒸发脂肪醇而纯化粗FALC。
原料尤其包含88.6％粗FALC、12.8mgKOH/g样品的FFA、7.3mgKOH/g样品的FFE、1800ppm含羰基化合物和3％水分。在110℃和480毫巴下向原料中添加总共2.23重量％NaOH(过量0.61重量％的NaOH)，并搅拌2小时。然后将所述混合物在240℃的塔底温度和2-4托下蒸发，从而产生富含FALC的SE-FALC。所述混合物的组成示于表2中。
SE-FALC(中和/皂化的FALC的馏出物)包含中间体FALC，其中FFA和FFE杂质(符合洗涤剂或化学原料规格)可通过皂化/蒸发(SAP/EVAP)方法移除。其它杂质(羰基、硫和不饱和物)可通过随后的工艺步骤例如漂白、氢化和分馏减少。
表2
特性 单位 粗脂肪醇 SE-FALC
FALC ％ 88.6 99.7
C6OH ％ 1.1 0.96
酸值 mg KOH/g样品 12.8 不可检测
SAP(FFE) mg KOH/g样品 7.3 0.18
羰基 ppm 1800 620
硫 ppm 250 <20
水分 ％ 3 0.1
钠 ppm <2 <1
产率 ％ - 98.3
实施例2
该实施例给出了包含BF-FALC(漂白和过滤的SE-FALC)的原料和镍催化剂的三次氢化运行的结果。进料表示氢化前的原料。在100psig(表压)下使用0.27克Pricat9910(镍基催化剂)运行三种不同的温度。结果示于表3中。
表3
运行1和运行2中的IV和GC数据二者均表明不饱和度显著降低。尽管运行3的数据无法获得，然而氢气消耗表明转化程度是可比较的。羟基值(HV)是完整羟基的数量指数。HV值的降低表明那些基团发生副反应而变成烷烃。由于HV未降低，因此170℃的操作温度是可行的。
实施例3
该实施例给出了本发明一个实施方案中的粗FALC的纯化。提供获自中试(1m3)或Fermic(20m3)发酵的具有1-2％FFA的数个粗FALC样品。使用初始FALC蒸发步骤以显著降低粗FALC的FFA和FFE含量，从而提供“EC-FALC”。为了回收近似100％的FALC且最大程度地减少FFA和FFE，蒸发的蒸气温度(在夹带物分离器的顶部测定)为5托下的187℃，或1托下的155℃。表4提供了EC-FALC的特性。用于产生EC-FALC的额外蒸发步骤是任选的，且仅在原料包含高水平FFA和FFE下才是需要的，这是因为该高水平的FFA和FFE可在皂化/蒸发(SAP/EVAP)程序期间导致困难。
表4
EC-FALC具有约6.5(～2.5％FFA当量)的总SAP。
随后，对所述EC-FALC进行连续皂化/蒸发工艺(CSEP)，这包括皂化、水分干燥、C6OH移除和蒸发皂化的FALC以形成“SE-FALC”(例如FALC的第二混合物)。将使用50％NaOH溶液相对于总SAP值0.2-0.4重量％的过量NaOH添加至EC-FALC中以完全中和和皂化FFE。皂化FFE分解成FFA和FALC。一些含羰基的化合物氧化，从而产生FFA、可皂化的化合物和具有比饱和和不饱和C18OH更高沸点的长链化合物。皂化反应器中的所有FFA均转化成钠皂。皂化在110-130℃和60托下进行2小时。随后，通过降至20-30托的真空达1小时而移除水分。在干燥结束时，预期皂化的EC-FALC的水分含量低于1000ppm。冷凝水包含显著量的己醇(C6OH)，然而在这些条件下，C6OH仅从皂化的EC-FALC中部分移除。将干燥的皂化的EC-FALC在155℃和1托或187℃和5托下蒸发。第一混合物(中和/皂化的FALC)蒸发的馏出物称为“SE-FALC”(例如第二混合物FALC)。在5托下215℃的蒸发器塔底温度可提供所需的产率。蒸发器中的皂相也可是适度干燥的。
当在蒸发器塔顶安装合适的夹带或蒸馏塔时，SE-FALC的皂值应小于30ppm(0.01酸值当量)。为了实现皂的连续移除以及FALC产率的最大化，可对市售系统使用两段式蒸发。两段式市售蒸发单元由如下组成：在蒸发器塔顶具有填充塔的降膜、升膜或强制循环蒸发器，随后为在刮板式薄膜蒸发器(WFE)塔顶具有夹带物分离器的WFE。在该实施例中，使用间歇蒸发器来产生SE-FALC。所述蒸发器具有由侧面和底部反应器夹套有效加热的能力，且在该蒸发器的塔顶装备具有用于将由皂形成的稳定泡沫破碎的多个叶片的混合器以及夹带物分离器。夹带物分离器也具有夹套用于热油或蒸气加热至190℃。
下表5提供了SE-FALC的特性。
表5
在皂化/蒸发工艺步骤结束后，SE-FALC具有不可检测的酸、<0.4的SAP值、<1ppm的Na、50-100ppm的Si、7-20ppm的硫、浅黄色至非常透明的颜色，和大致与粗FALC相同的IV。还从EC-FALC移除消泡剂和大部分有色体。还观察到通过皂化/蒸发步骤而使羰基部分减少。
在中和/皂化的EC-FALC的蒸发结束后，在蒸发器塔底残留用于间歇蒸发工艺的所产生的皂。皂相包含大致等量的皂和FALC。使用H2SO4在100-130℃下达1小时在蒸发器中对皂实施酸化以回收脂肪族物质，并对蒸发器进行CIP(就地清洗)。使用20％过量的H2SO4(10％溶液)。通过用额外等量的去离子水再蒸煮1小时而实现完全的CIP。添加水以完全润湿被皂涂覆的反应釜表面。
使用漂白单元操作来保护氢化催化剂。漂白可减少SE-FALC中的显著量的硫、金属杂质、有色体和其它微量杂质。漂白在115℃和80托下使用0.5％漂白土(F160，获自BASF)进行1小时的吸附时间。然后，将所述混合物冷却至60℃，然后过滤。经漂白和过滤的SE-FALC称为“BE-FALC”。漂白后的硫和钠水平通常分别为<5ppm和<1ppm。由于在部分真空所用的反应温度下氧化，浅黄色可稍微增强。下表6提供了BE-FALC的特性。
表6
从表6看出，含羰基的化合物是BF-FALC的残留杂质。不饱和化合物的水平与初始粗FALC相同(表示为IV)。理想地，通过氢化，含羰基化合物和IV分别降低至小于150ppm和0.15。可使用PRICATTM9910(JohnsonMatthey，Billingham，英格兰，位于涂覆有完全饱和的C16OH/C18OH涂层或完全硬化的植物油(TAG)涂层作为保护介质的二氧化硅载体上的22％活性镍催化剂)作为间歇浆液氢化的催化剂。可使用负载于二氧化硅或氧化铝上的粒状镍作为填充床氢化的催化剂。可使用两段式氢化(即，间歇浆液IV氢化，随后填充床羰基氢化和IV整饰)。可使用一锅法氢化工艺条件以涉及IV和羰基氢化两者。
一锅法氢化条件通常可为5-13％PRICATTM9910催化剂(1.1-2.86％活性Ni)、100-130℃、100-300psi(例如250psi)H2和4-8小时反应时间。使用N2冲洗反应器。在氢化结束后，将氢化的FALC冷却至60℃以过滤催化剂。可使用sparkler(1μmMF过滤器)过滤来过滤PRICATTM9910催化剂。当使用TAG涂覆的Pricat9910时，TAG(催化剂上的保护性植物油涂层)残留在完全氢化的FALC的滤液中。完全氢化/过滤的FALC称为“HF-FALC”。在分馏之前，可通过使用蒸发步骤移除TAG或者作为最终蒸馏塔底物移除。HF-FALC的馏出物称为“HFE-FALC”。HFE-FALC必须具有IV<0.15、羰基<150ppm和忽略不计的烷烃。下表7提供了HF-FALC和HFE-FALC的特性。
表7
表8显示了C8OH馏分的特性。
表8
表9显示了C10OH馏分的特性。
表9
表10显示了中间馏分FALC的特性。
表10
表11显示了重质馏分FALC的特性。
表11
表12汇总了本实施例所述的工艺条件。
表12
分馏条件通常依赖于蒸馏设备的类型，且本领域技术人员可根据需要使用它们。监测各处理步骤的性能以确保中间体和最终FALC产物的质量。粗FALC、中间体和最终产物的分析要求汇总于下表13中。
表13
实施例4
本实施例给出了本发明又一实施方案中的FALC的纯化。在本实施例中，FALC的纯化在不使用额外蒸发步骤下进行以产生粗FALC(即，EC-FALC；参见实施例3)。此外，本实施例显示了当通过本方法用强碱中和和皂化以产生第一混合物、然后蒸发以产生第二混合物而富集FALC时，可获得高纯度。
原料包含约89.95％的偶数链FALC、0.78％奇数链的FALC、1.28mgKOH/g样品的FFA、13.71mgKOH/g样品的FFE、2061ppm含羰基化合物和2.99％的水分。在130℃和360托下向原料中添加总计1.47重量％NaOH(过量0.4重量％的NaOH)，并搅拌2小时，从而经历中和和皂化工艺以获得第一混合物。第一混合物(中和/皂化的FALC的馏出物)包含中间体FALC，其中通过蒸发移除FFA和FFE杂质(满足清洁剂或化学进料的规格)。此处，将第一混合物在240℃的蒸发塔底温度和2托下蒸发，从而产生富含FALC的第二混合物。第二混合物的组成示于下表14中。特别地，第二混合物的组成包括纯度为约98.5％的FALC。所述富含FALC混合物的高纯度是令人惊讶的，因为这是通过相对较简单的二步程序(即，皂化和蒸发(SAP/EVAP))实现的。所述纯度为98.5％的FALC仍包含微量的一些杂质，如600ppm羰基和7.8ppm硫。这些杂质如此之少，以至于它们不干扰该98.5％FALC在商业产品中的应用。然而，任何剩余的杂质可通过漂白、整饰和分馏移除。此外，FALC的不饱和度可通过随后的氢化步骤而降低。
为了测试少量杂质的移除，使用如下条件用于在115℃和80托下使用0.5重量％F-160(BASF)漂白土漂白1小时的反应时间。使用一锅法间歇浆液氢化步骤且使用1.5％活性镍(PRICATTM9910，获自JohnsonMatthey)在130℃、450psiH2下进行4小时反应时间来减少不饱和的FALC。在漂白和氢化后，FALC的纯度提高至约98.8％。为了证实通过本发明的新工艺步骤产生的中间馏分FALC(MC-FALC)的质量，首先在83℃蒸气温度和2托下以2:1的回流比移除轻质馏分(LC-FALC)，随后在168℃蒸气温度和2托下以2:1的回流比蒸馏MC-FALC。尽管所产生的MC-FALC的链长分布并不精确符合商业MC-FALC，然而足够接近，从而证实了除羟基值之外的所有其它规格。
表14
正如本领域技术人员所知晓的那样，可在不偏离本发明的主旨和范围下对上述方面和实施方案作出各种调整和变型。该类调整和变型处于本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种纯化脂肪醇(FALC)的方法，包括：
(a)提供包含FALC和可皂化杂质的原料；
(b)向所述原料中添加强碱，从而产生第一混合物；和
(c)蒸发所述第一混合物，从而产生富含FALC的第二混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述可皂化杂质包括游离脂肪酸(FFA)、脂肪-脂肪酯(FFE)和含羰基化合物。
3.根据权利要求2的方法，其中所述强碱包括0.3-0.6重量％过量的氢氧化钠(NaOH)。
4.根据权利要求3的方法，其中所述强碱通过中和FAA和皂化FEE而减少FFA和FFE，其中皂化FEE产生用于中和的额外FFA和额外的FALC，且其中所述强碱进一步减少含羰基化合物。
5.根据权利要求4的方法，其中所述中和和皂化在约100-约130℃的温度和环境压力至约80托的部分真空下进行。
6.根据权利要求5的方法，其中所述中和和皂化实施约2-4小时。
7.根据权利要求1的方法，其中所述第二混合物中的FFA的量小于约0.03mgKOH/g样品，且所述第二混合物中的FFE的量小于约0.4mgKOH/g样品。
8.根据权利要求1的方法，其中所述第二混合物中的钠皂的量小于约20ppm。
9.根据权利要求1的方法，其中所述第二混合物中的FALC具有约98％的纯度。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括用漂白剂漂白所述第二混合物，从而产生经漂白的FALC。
11.根据权利要求10的方法，其中漂白剂选自次氯酸盐、过氧化物、漂白土和吸收剂。
12.根据权利要求11的方法，其中所述漂白剂有效地移除金属化合物；有色体；包括氧化的脂肪族化合物或具有自由基的脂肪族化合物或它们的组合的痕量水平的额外杂质。
13.根据权利要求1的方法，进一步包括用氢气和催化剂氢化所述第二混合物，从而产生氢化的FALC。
14.根据权利要求13的方法，其中所述氢化选自一锅法浆液反应，浆液反应和随后的填充床反应，以及两个串联的填充床反应。
15.根据权利要求13的方法，进一步包括根据沸点分馏氢化的FALC，其中分离链长相差两个或更多个碳的FALC。
16.根据权利要求13的方法，其中氢化的FALC包含至少约50％的C12-C18脂肪醇。
17.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料包含至少0.1-0.5重量％的所述FFA。
18.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料包含至少0.1-0.5重量％的所述FFE。
19.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料包含至少0.1-0.5重量％的所述含羰基化合物。
20.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料进一步包含小于1重量％的二醇化合物。
21.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料进一步包含硫或至少一种含硫化合物。
22.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料进一步包含水。
23.根据权利要求2-16中任一项的方法，其中所述原料为发酵液的产物。
24.根据权利要求23的方法，其中所述发酵液为大肠杆菌发酵液。
25.根据权利要求5的方法，其中所述原料包含约20mgKOH/g或更小的皂化(SAP)值。
26.根据权利要求1的方法，其中所述蒸发在低于约150℃的温度下在约1托下进行。
27.根据权利要求1的方法，其中所述蒸发在低于约187℃的温度下在约5托下进行。
28.根据权利要求1的方法，其中所述蒸发在对应于C18醇蒸气压的温度下进行。
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