EP3802505A1 - Preparation of hmf catalyzed by a mixture of salt and acid - Google Patents

Preparation of hmf catalyzed by a mixture of salt and acid

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Publication number
EP3802505A1
EP3802505A1 EP19730696.2A EP19730696A EP3802505A1 EP 3802505 A1 EP3802505 A1 EP 3802505A1 EP 19730696 A EP19730696 A EP 19730696A EP 3802505 A1 EP3802505 A1 EP 3802505A1
Authority
EP
European Patent Office
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acid
hmf
fructose
fraction
mol
Prior art date
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Pending
Application number
EP19730696.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alireza Haji Begli
Christine KRÖNER
Kay MANTYK
Ralf RIEMENSCHNITTER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suedzucker AG
Original Assignee
Suedzucker AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suedzucker AG filed Critical Suedzucker AG
Publication of EP3802505A1 publication Critical patent/EP3802505A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/34Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/38Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D307/40Radicals substituted by oxygen atoms
    • C07D307/46Doubly bound oxygen atoms, or two oxygen atoms singly bound to the same carbon atom
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    • C07D307/54Radicals substituted by carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07D307/34Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/38Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D307/40Radicals substituted by oxygen atoms
    • C07D307/46Doubly bound oxygen atoms, or two oxygen atoms singly bound to the same carbon atom
    • C07D307/48Furfural
    • C07D307/50Preparation from natural products

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of 5-hydroxymcthylfurfural (HMF), which converts a fructose-containing component using a catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture at a temperature of 90 to 200 ° C and to obtain a HMF containing product mixture, wherein advantageously a high HMF selectivity is achieved at the same time significantly lower by-product formation.
  • HMF 5-hydroxymcthylfurfural
  • HMF 5-Hydroxymethylfurfural
  • FDCA 2,5-furandicarboxylic acid
  • HMF is not stable under the reaction conditions required for the synthesis (acidic pH, elevated temperature) and, on the one hand, reacts with itself and / or the educts and intermediates to form so-called humins, which are soluble depending on the chain length or insoluble and lead to a brown to black coloration of the reaction solution.
  • HMF acid-catalyzed rehydration of HMF to levulinic and formic acid
  • levulinic acid with HMF can react to other undesirable by-products.
  • HMF acid-catalyzed rehydration of HMF to levulinic and formic acid
  • the reaction of the hexose to HMF is carried out in the aqueous phase and the resulting HMF is extracted continuously using an organic solvent.
  • the solvent must not be miscible with water and must have a sufficiently high partition coefficient for HMF between aqueous and organic phase in order to ensure efficient extraction of the HMF.
  • the most commonly used in two-phase reaction systems organic solvent is methyl isobutyl ketone (MIBK), which is optionally used in combination with Phasenmodifizierem such as 2-butanol.
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • the final removal of the solvent (s) or solvents used in this case proves to be problematic because of the high boiling points of suitable solvents.
  • EP 0 230 250 B1 discloses processes for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural including a crystalline product using water alone as the solvent.
  • saccharides are dissolved in aqueous solution decomposed at a temperature of above 100 ° C with an acidic catalyst to a mixture of hexoses and HMF and then separated the HMF formed on ion exchange columns at a temperature of 35 to 85 ° C by-products so that in addition to a HMF fraction a saccharide Fraction can be obtained, which is available for a new HMF synthesis according to the described method.
  • the batchwise reaction disclosed in this document is accompanied by a high fructose conversion and an immediately following high concentration of HMF in the reaction solution which, under the prevailing conditions, leads to an increased formation of by-products and degradation products, as a result of the amount of fructose reacted to a reduced HMF yield comes.
  • WO 2013/106136 A1 relates to a process for the preparation of HMF and HMF derivatives from sugars comprising the recovery of unreacted sugars suitable for direct use in ethanol fermentation.
  • hexose-containing solutions are reacted in the aqueous phase by acid-catalyzed dehydration to HMF, then the unreacted sugars contained in the product mixture are separated by adsorption and / or solvent extraction from the product mixture and this finally used in aerobic or anaerobic Permentations compiler for ethanol production. It is taught to carry out the acid catalyzed dehydration reaction at a temperature of 175 to 205 ° C.
  • WO 2015/113060 A2 discloses the conversion of fructose-containing starting materials to HMF-containing products.
  • fructose, water, an acid catalyst and at least one other solvent are mixed in a reaction zone and brought to reaction by choosing suitable reaction parameters for a period of about 1 to 60 minutes, so that an HMF yield of 80% is not exceeded .
  • the reaction components are immediately cooled to minimize the formation of undesirable by-products.
  • WO 2014/158554 discloses processes for preparing HMF or derivatives thereof from glucose and / or fructose-containing solutions, wherein the acid-catalyzed dehydration reaction is carried out under oxygen-reduced conditions. This is intended to increase the stability of HMF and prevent possible degradation reactions, thus reducing the formation of undesirable by-products.
  • antioxidants are added to prevent an auto-oxidation reaction of HMF. Li et al.
  • the present invention relates to a process for the preparation of
  • HMF Hydroxymethylfenuric
  • a process is thus provided which produces 5-hydroxymethylfurfural (HMF) by selective, preferably highly selective, reaction of the fructose of a fructose-containing component.
  • a catalyst system comprising a solution, in particular an aqueous solution, a salt and acid mixture is used according to the invention.
  • the present invention thus advantageously provides for mixing a fructose-containing component with a solution, in particular an aqueous solution, a salt and acid mixture, and then carrying out a reaction of the fructose present in the reaction solution to form HMF.
  • a salt and acid mixture for reacting the fructose present in the fructose-containing component to form HMF is advantageous in that a compared to conventional HMF production processes, which use for example sulfuric acid alone as a catalyst, a significantly higher HMF selectivity at at the same time significantly reduced by-product formation and comparable Fructoseum arrangementsn is provided.
  • fructose conversions> 30% are possible with an acceptable selectivity of more than 80%.
  • the use of the salt and acid mixture also allows a higher carbohydrate concentration in the reaction solution, namely in an advantageous preferred embodiment up to 40% dry matter carbohydrate.
  • the use of the catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture leads to very high HMF selectivities, without the use of other catalysts in homogeneous or heterogeneous form being necessary in an advantageous preferred embodiment.
  • the use of the catalyst system according to the invention leads to a significantly lower humic substance formation, in particular of insoluble humin, which leads to technical problems in the conventional process by caking and encrustations.
  • the use according to the invention of the salt and acid mixture, ie of the catalyst system accordingly leads, in particular, to significantly higher fructose conversions with economically meaningful HMF selectivity.
  • the procedure according to the invention allows significantly higher HMF selectivity to be achieved, with comparable fructose conversions compared to the prior art reduced by-product formation, in particular a reduced rehydration of HMF to levulinic acid and formic acid occurs.
  • the catalyst system according to the invention comprises a solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is preferably a mineral acid and / or an organic acid and the salt is preferably a salt of a mineral acid and / or an organic acid.
  • Catalyst system a solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is preferably a mineral acid, an organic acid or a mixture of a mineral acid and an organic acid.
  • Catalyst system is a solution of a salt and acid mixture, wherein the salt is preferably a salt of a mineral acid, a salt of an organic acid or a mixture of salts of a mineral acid and an organic acid.
  • the mineral acid is particularly preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid; and the organic acid selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid.
  • the salt of a mineral acid selected from the group consisting of alkali halides, alkaline earth halides, alkali nitrates, alkaline earth nitrates, alkali metal sulphates, alkaline earth sulphates, alkali phosphates, alkaline earth phosphates and mixtures thereof; and the salt of an organic acid selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates, gluconates and mixtures thereof.
  • the acid present in the catalyst system according to the invention is a mineral acid.
  • the mineral acid is particularly preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. Particularly preferred is the mineral acid hydrochloric acid or nitric acid.
  • the acid contained in the catalyst system is an organic acid.
  • the organic acid is particularly preferably selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid.
  • the salt contained in the catalyst system according to the invention is a salt of a mineral acid. More preferably, the salt is selected from the group consisting of alkali halides, alkaline earth halides, alkali nitrates, alkaline earth nitrates, alkali metal sulfates, alkaline earth sulfates, alkali phosphates, alkaline earth phosphates, and mixtures thereof. Most preferably, the salt is sodium chloride, sodium nitrate, calcium chloride, magnesium chloride or mixtures thereof. In a further preferred embodiment, the salt contained in the catalyst system is a salt of an organic acid. The salt is particularly preferably selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates, gluconates and mixtures thereof.
  • the solution of a salt and acid mixture is an aqueous solution.
  • a single-phase process is preferably provided leadership.
  • a two-phase process is excluded leadership.
  • no phase separation in particular no induced phase separation, is provided.
  • the catalyst system according to the invention comprises, in particular consists of, an aqueous solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is a mineral acid, preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid and the salt is a salt of a mineral acid, preferably selected from the group consisting of sodium chloride, sodium nitrate, calcium chloride and magnesium chloride.
  • the catalyst system according to the invention comprises sodium chloride as salt and hydrochloric acid as mineral acid.
  • the catalyst system according to the invention comprises sodium nitrate as salt and nitric acid as mineral acid.
  • the catalyst system according to the invention comprises hydrochloric acid as mineral acid and calcium chloride as salt.
  • the catalyst system according to the invention comprises hydrochloric acid as mineral acid and magnesium chloride as salt.
  • the salt is an alkali metal or alkaline earth metal salt, in particular an alkali metal salt, in particular an alkaline earth metal salt.
  • HMF selectivity was achieved with a mixture of nitric acid and sodium nitrate catalyst system in the process of the present invention, although nitrates have heretofore been considered an unsuitable catalyst for the formation of HMF (see Examples 4 and 6; Tao et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 357, 2012, 11-18, Tyrlik et al., Starch /opathy, 47 (5), 1995, 171-174).
  • the catalyst system comprises, in particular, an aqueous solution of a salt and acid mixture, the acid being an organic acid, preferably selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid and the salt is an organic acid salt, preferably selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates and gluconates.
  • the concentration of the salt and acid mixture, ie of the catalyst system, in the process according to the invention is preferably 0.01 to 2.00% by weight, preferably 0.05 to 1.75% by weight, preferably 0.1 to 1, 5 wt .-%, preferably 0.2 to 1.4 wt .-%, preferably 0.3 to 1.3 wt .-%, preferably 0.4 to 1.2 wt .-%, preferably 0.5 to 1.1 wt .-%, preferably 0.6 to 1.0 wt .-%, preferably 0.75 to 0.9 wt .-%, (in each case based on the total weight of the reaction solution obtained in step b)).
  • the catalyst system is preferably used in a concentration of at most 2.0% by weight, preferably at most 1.75% by weight, preferably at most 1.5% by weight, preferably at most 1.3% by weight, preferably at most 1 , 0 wt .-%, preferably at most 0.75 wt .-%, preferably at most 0.5 wt .-% (in each case based on the total weight of the obtained in step b) reaction solution).
  • concentrations are well below the concentrations used in the prior art. Surprisingly, however, arises precisely for these low concentrations of salt and Acid mixture a particularly high HMF selectivity in combination with a low formation of by-products.
  • the salt concentration of the reaction solution in process step b) of the process according to the invention is 1 ⁇ 10 5 to 0.45 mol / l, preferably 5 ⁇ 10 5 to 0.4 mol / l, preferably 1 ⁇ 10 4 to 0.35 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.3 mol / l, particularly preferably 0.01 to 0.25 mol / l.
  • the acid concentration of the reaction solution in process step b) of the process according to the invention is 1 ⁇ 10 6 to 0.35 mol / l, preferably 8 ⁇ 10 6 to 0.3 mol / l, preferably 1 ⁇ 10 5 to 0.25 mol / l, preferably 1 x 10 4 to 0.2 mol / l, particularly preferably 1 x 10 3 to 0.15 mol / l.
  • the ratio of salt to free acid in the reaction solution obtained in process step b) is 0.8 to 10, preferably 1 to 9, preferably 1.2 to 8, preferably 1.5 to 7, preferably 2 to 6, preferably from 2.3 to 5, preferably 2.5 to 4 (in each case mol / mol).
  • the ratio of anions of the salt and acid mixture to cations of the salt of the salt and acid mixture in the reaction solution obtained in process step b) is particularly preferably 0.55 to 4, preferably 1.0 to 3.5, preferably 1.1 to 2.0, preferably 1.5 to 3, preferably 1.75 to 2.75, preferably 2 to 2.5 (in each case mol / mol).
  • the concentration of anions of the catalyst system in the reaction solution obtained in process step b) is preferably 1 ⁇ 10 5 to 0.6 mol / l, preferably 8 ⁇ 10 5 to 0.55 mol / l, preferably 1 ⁇ 10 4 to 0, 53 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.45 mol / l, preferably 0.01 to 0.35 mol / l, preferably 0.05 to 0.5 mol / l, preferably 0.1 to 0.4 mol / l, preferably 0.2 to 0.3 mol / l.
  • the concentration of cations of the catalyst system in the reaction solution obtained in process step b) is preferably 1 ⁇ 10 5 to 0.45 mol / l, preferably 5 ⁇ 10 5 to 0.4 mol / l, preferably 1 ⁇ 10 4 to 0, 35 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.3 mol / l, particularly preferably 0.01 to 0.25 mol / l.
  • reaction solution of 1.2 to 4.5, preferably 1.3 to 4, preferably 1.4 to 3.5, preferably 1.5 to 3, preferably 1.7 to 2.5, preferably 2 to 2.2.
  • the pH of the reaction solution obtained in step b) is thus usually higher by the use of the salt in the catalyst system according to the invention than in purely acid-catalyzed process, but surprisingly by a higher HMF selectivity can be achieved (see examples).
  • no organic solvent is used in the process according to the invention, in particular in process steps a) to d), in particular a) to c).
  • no organic solvent is used which is miscible with water or immiscible with water.
  • process steps a) to d) take place in aqueous solution.
  • a fructose-containing component is provided in step a) of the process according to the invention.
  • This is preferably a solid fructose-containing component, in particular fructose, or a liquid fructose-containing component, in particular a fructose syrup, a fructose / glucose syrup or a fructose solution, in particular an aqueous fructose solution.
  • the fructose-containing component is therefore also referred to herein as fructose-containing starting solution.
  • the fructose-containing component can also be obtained from sucrose or starch or glucose obtained from biomass can be isomerized to fructose.
  • the fructose-containing component preferably has a dry matter content (TS) of 40 to 100% by weight, preferably 50 to 90% by weight, preferably 60 to 85% by weight, of fructose.
  • the components provided in step a) are obtained in step b) to obtain a reaction solution having a carbohydrate content of from 5% by weight to 50% by weight (dry matter, hereinafter also TS, carbohydrate Total weight of reaction solution) and reacted according to process step c).
  • the carbohydrate content of the reaction solution in step b) is particularly preferably 10% by weight to 45% by weight, preferably 15% by weight to 40% by weight, preferably 25% by weight to 35% by weight, preferably 20% by weight, 30% by weight or 40% by weight (in each case TS carbohydrate with respect to total weight of reaction solution).
  • the fructose content of the reaction solution obtained in process step b) is 40% by weight to 100% by weight, preferably 70% by weight to 100% by weight, preferably 80% by weight to 100% by weight .%, Preferably 90 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 95 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 40 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 99 wt.
  • each TS fructose in terms of dry matter the carbohydrate portion, that is all carbohydrates present in the reaction solution preferably 50 wt .-% to 95 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 90 wt .-%, preferably 55 wt .-% to 85 wt .-% (each TS fructose in terms of dry matter the carbohydrate portion, that is all carbohydrates present in the reaction solution).
  • step b) for obtaining a reaction solution having a carbohydrate content of 5 wt .-% to 50 wt .-%, preferably 10 wt .-% to 45 wt.
  • wt .-% preferably 15 wt .-% to 40 wt .-%, preferably 25 wt .-% to 35 wt .-%, preferably 20 wt .-%, 30 wt .-% or 40 wt .-%, (each TS carbohydrate with respect to total weight of reaction solution) and a fructose content of 40 wt.% To 100 wt.%, Preferably 70 wt.% To 100 wt.%, Preferably 80 wt.% To 100 wt.%, Preferably 90 Wt .-% to 100 wt.%, Preferably 95 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 40 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 50 Wt .-% to 95 wt .-%, preferably 45 wt
  • mixing, ie step b) of the process according to the invention, of the components used for the preparation of the reaction solution, that is to say in particular the fructose-containing component and the catalyst system, takes place in a mixing device and / or a line.
  • the mixing device or the conduit and the reactor system in which the reaction, that is, step c), of the present method takes place may be spatially separated units, which are connected by at least one Feitung, they may also separate but integral parts of a device represent.
  • the reaction solution is preferably introduced into the reactor system by means of a pump, in particular a high-pressure pump.
  • the fructose-containing component, the catalyst system or both provided in step a) is adjusted to a temperature of from 90 ° C. to 200 ° C. before step b).
  • at least one, preferably all, of the components provided in step a), ie the fructose-containing component and the catalyst system are separated from one another at a temperature of 90 ° C. to 200 ° C., preferably 100 ° C. to 175 ° C, preferably preheated 150 ° C to 175 ° C.
  • step b) at least one, preferably all, of the components provided in step a) are heated to a temperature of 120 ° C to 180 ° C, preferably 130 ° C to 180 ° C, preferably 140 ° C preheated to 180 ° C.
  • at least one, preferably all, of the components provided in step a) are preheated separately from one another to a temperature of 160 ° C., 165 ° C., 170 ° C. or 175 ° C. before step b).
  • the reaction solution obtained in step b) is adjusted to a temperature of 90 ° C to 200 ° C.
  • the reaction solution obtained in step b) by mixing the components provided in step a), preferably after step b) and before step c), to a temperature of 90 ° C to 200 ° C, preferably 100 ° C to 175 ° C, preferably 150 ° C to 175 ° C heated.
  • the reaction solution obtained in step b) is heated to a temperature of 160 ° C, 165 ° C, l70 ° C or 175 ° C.
  • the subsequent step c) of the present process ie the reaction of the fructose present in the reaction solution to form HMF, at a temperature of 90 to 200 ° C, in particular 120 to 195 ° C, in particular 140 to 190 ° C, in particular 150 to 180 ° C, in particular 160 to 175 ° C, in particular 165 to 170 ° C, in particular 165 to 175 ° C, in particular 170 to 175 ° C, in particular 160 to 165 ° C, in particular 165 ° C, in particular 170 ° C, in particular 175 ° C performed.
  • the temperature used to carry out the process according to the invention in a preferred embodiment at any time at most 200 ° C, preferably at most 175 ° C, in particular at most 165 ° C.
  • the reaction of the fructose into HMF in step c) preferably takes place in a period of at most 10 min, preferably at most 9 min, preferably at most 8 min, preferably at most 7 min, preferably at most 6 min, preferably at most 5 min, preferably at most 4 min.
  • the invention provides that in step c) a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol% is achieved.
  • the conversion of the fructose into HMF in step c) takes place with adjustment of a fructose conversion of from 1 mol% to 50 mol%, preferably from 5 mol% to 40 mol%, preferably from 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol%, preferably 20 mol% to 25 mol%.
  • the conversion of the fructose into HMF in step c) preferably takes place with adjustment of a fructose conversion of at most 50 mol%, preferably at most 40 mol%, preferably at most 30 mol%, preferably at most 25 mol%, preferably at most 20 mol -%. This is done according to the invention at a temperature of 90 ° C to 200 ° C.
  • adjustment of a fructose conversion means that the reaction parameters used for the conversion of fructose into HMF, in particular the reaction temperature and the reaction time in the reactor, are chosen such that there is only a limited conversion of the fructose of a maximum of 50 mol%, whereby a high HMF selectivity and thus a low by-product formation can be achieved.
  • the process is adjusted so that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol% is obtained ,
  • the HMF selectivity in step c) is preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol% , preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol%.
  • the process is adjusted so that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol%, preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol%, preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol% and a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol%, preferably 5 mol% to 40 mol%, preferably 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol% , preferably 20 mol% to 25 mol%, preferably at most 50 mol
  • the process is adjusted such that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol%, preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol%, preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol% and a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol%, preferably 5 mol% to 40 mol%, preferably 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol%, preferably 20 mol% to 25 mol%, preferably at most 50 mol
  • the HMF selectivity is based on the amount of fructose that has been converted, whereby proportions of other carbohydrates, in particular glucose, are disregarded.
  • the HMF yield is 3 to 50 mol%, preferably 5 to 45 mol%, preferably 10 to 40 mol%, preferably 15 to 35 mol%, particularly preferably 20 to 30 mol%.
  • step c) the pressure for reacting the fructose present in the reaction solution to HMF is adjusted so that boiling of the reaction solution and thus the occurrence of vapor bubbles is avoided.
  • the pressure for reacting the fructose present in the reaction solution to form HMF in the reactor system is preferably 0.1 to 2 MPa, preferably 0.2 to 1.5 MPa, particularly preferably 1 MPa.
  • the fructose present in the reaction solution is converted to HMF in step c) by adjusting various parameters such as temperature, reaction time, pH, catalyst concentration, acid / salt ratio and / or pressure and in step d) a liquid HMF-containing product mixture is obtained.
  • the process is thus preferably carried out in such a way that, by adjusting the temperature, and preferably also the reaction time, a limited reaction of the fructose of 1 mol% to 50 mol% occurs, as a result of which a surprisingly high HMF selectivity, preferably of 60 mol% to 100 mol%, can be achieved.
  • the reaction of the fructose present in the reaction solution to HMF and the obtaining of HMF according to process steps c) and d) provide for a one-step process.
  • the procedure according to the invention according to process steps c) and d) is preferably not a two-step procedure.
  • the present process further comprises the step of: e) cooling the liquid HMF product mixture obtained in step d) to a temperature of 20 ° C to 80 ° C, preferably 25 ° C to 70 ° C, preferably 30 ° C to 60 ° C, preferably 30 ° C to 55 ° C, preferably 30 ° C to 50 ° C, preferably 30 ° C to 45 ° C, preferably 30 ° C to 40 ° C, preferably 80 ° C, preferably 70 ° C, preferably 60 ° C, preferably 55 ° C, preferably 50 ° C, preferably 45 ° C, preferably 40 ° C, preferably 35 ° C, preferably 30 ° C.
  • the liquid HMF product mixture is preferably heated in step e) to a temperature of at most 75 ° C., preferably at most 70 ° C., preferably at most 60 ° C., preferably at most 55 ° C., preferably at most 50 ° C., preferably at most 45 ° C. preferably at most 40 ° C, preferably at most 35 ° C cooled.
  • This can be done according to the invention in one or two stages.
  • the temperature of the product mixture in step e) is preferably not more than 10 min, preferably not more than 9 min, preferably not more than 8 min, preferably not more than 7 min, preferably not more than 6 min, preferably not more than 5 min, preferably not more than 4 min, preferably not more than 3 min.
  • the HMF-containing product mixture obtained in step d) is cooled to a temperature of 20 ° C to 80 ° C after reaching the limited fructose conversion of not more than 50 mol% in step e). This advantageously prevents as far as possible the formation of undesirable by-products and the decomposition of the HMF formed.
  • the process according to the invention for producing HMF is preferably carried out in a suitable reactor system. According to the invention, this is preferably a continuous reactor system.
  • the continuous reactor system used is designed as a tubular reactor system.
  • a continuous reactor system is a reactor system known to those skilled in the art.
  • a plug-flow reactor (PFR) can be used as the continuous reactor system.
  • the continuous reactor system can also be designed as a flow tube, stirred tank or stirred tank cascade.
  • a plug-flow reactor (PFR) is understood to be a so-called ideal flow tube (IR), that is to say a tubular reactor in which there is a plug flow.
  • such a reactor is also distinguished by the fact that no mixing, backflow or turbulence of the reaction solution carried out takes place, but rather a uniform flow takes place under mass transfer taking place in parallel.
  • the plug-flow reactor ensures that each substance fed into the plug-flow reactor, in particular each component fed in, is continuously reacted under the same conditions, ie all components are exposed to the conversion process for the same period of time.
  • the present process optionally further comprises the step of: f) filtering, decolorizing and / or purifying the liquid HMF product mixture.
  • a filtration of the HMF product mixture preferably via a suitable filter or a suitable filter system, and a decolorization and / or purification of the product mixture, preferably a decolorization and / or purification over activated carbon instead.
  • Filtration of the product mixture preferably takes place via a suitable filter or a suitable filter system and decolorization and / or purification of the product mixture, for example via activated carbon after step e).
  • a filtration of the product mixture via a suitable filter or a suitable filter system and a decolorization and / or purification of the product mixture for example via activated carbon before Step g) or h).
  • a decolorization and / or purification of the product mixture, in particular over activated carbon and optionally after step g) a repeated filtration be carried out via a suitable filter or a suitable filter system.
  • a decolorization and / or purification in particular via activated carbon and optionally after step g) a repeated filtration over a suitable Filter or a suitable filter system performed in this order.
  • a metal sintered filter is preferably used for the filtration.
  • the product mixture obtained in step e) or optionally step f) has a dry matter content of 5 to 50 wt .-%, preferably 10 to 40 wt .-%, preferably at least 5 wt .-%, preferably at least 10 wt .-%, preferably at most 40 wt .-%, preferably at most 60 wt .-% on.
  • the present process optionally further comprises the step of: g) adjusting the liquid HMF product mixture to a dry matter content of 20 to 70 Wt .-%, preferably 25 to 50 wt .-%, preferably 25 to 45 wt .-%, preferably 30 to 45 wt .-%, preferably 30 to 40 wt .-%.
  • the present method further comprises the steps of: h) purifying the liquid HMF product mixture by means of chromatography, ultrafiltration and / or nanofiltration, extraction with a suitable extractant, adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis Separating at least one HMF fraction, and i) obtaining at least one HMF fraction.
  • At least one HMF fraction is separated from the liquid HMF-containing product mixture so that only other components contained in the product mixture, such as unreacted fructose, glucose or by-products such as organic acids and humins, remain , It may also be provided according to the invention to use a combination of at least two or more of said purification processes for the separation of at least one HMF fraction and / or optionally other fractions containing one or more other components of the product mixture.
  • the present method further comprises the steps of: h) purifying the liquid HMF product mixture by means of chromatography, ultra- and / or nanofiltration, extraction with a suitable extractant, adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis for separating at least one fraction selected from the group consisting of an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction, and i) obtaining at least one fraction selected from the group consisting of an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid
  • step i) it may further be provided, at least one of the fractions obtained in step i) by means of a purification process selected from the group consisting of chromatography, ultra and / or nanofiltration, extraction with a suitable Extracting agent to further treat adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis.
  • a purification process selected from the group consisting of chromatography, ultra and / or nanofiltration, extraction with a suitable Extracting agent to further treat adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis.
  • One of the purification processes envisaged in the process according to the invention is ultra-filtration and / or nanofiltration. This can be done via suitable membranes on the one hand, a concentration of the liquid HMF-containing product mixture, on the other hand, but also a removal of soluble and / or insoluble humins or in the case of nanofiltration, a separation of HMF and / or organic acids from the product mixture.
  • a concentrated product mixture a product mixture freed from soluble and / or insoluble humic substances, an HMF fraction and a product mixture freed of HMF, an HMF fraction and / or an organic acid fraction and a product mixture freed from HMF and / or organic acids, or a glucose and / or fructose fraction and a product mixture freed from humins and / or glucose and / or fructose.
  • Another purification process provided in the process according to the invention is the extraction with a suitable extraction agent.
  • a solvent which is immiscible or hardly miscible with water and which has a sufficiently high affinity for HMF.
  • the boiling point of the organic solvent is preferably relatively low and the density difference between water and the solvent sufficiently high so that phase separation can be achieved.
  • Suitable solvents are preferably methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, butanol, diethyl ether, methyl butyl ether, isoamyl alcohol, methyl tetrahydrofuran or the like.
  • Another purification process provided in the process according to the invention is the adsorption on a suitable material and the subsequent desorption.
  • the adsorption of HMF can in principle be carried out on any material which preferably adsorbs HMF from hexose-containing solutions.
  • Preferred materials are Polymcr-basicrtc resins such as divinylbenzene-styrene copolymers, adsorbent resins, activated carbons, zeolites, aluminas, non-functionalized resins or cation exchange resins.
  • the product mixture obtained in step e), f) or g) is preferably continuously mixed with the HMF adsorbing material in Contact, but not more than exhaustion of the material.
  • the adsorbed HMF is desorbed with a suitable desorbent such as water or polar organic solvents such as alcohols, ethyl acetate, THF or the like. From the organic solvent HMF can then be recovered by suitable methods.
  • a suitable desorbent such as water or polar organic solvents such as alcohols, ethyl acetate, THF or the like.
  • electrodialysis is an electrochemically driven membrane process that utilizes ion exchange membranes in combination with an electrical potential difference to separate ionic species from uncharged species or contaminants in the solution.
  • the electrodialysis can be used to rid the product mixture of inorganic and / or organic cations and anions, such as salts of the salt and acid mixture, lavulinic and formic acids as by-products.
  • the HMF contained in the product mixture is particularly preferably separated off from the further components of the product mixture using a chromatographic method, in particular by means of chromatography on ion exchange resins, in particular cation exchange resins, in particular by means of single or multistage chromatography on ion exchange resins, in particular cation exchange resins.
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins, in particular chromatography on cation exchange resins, is an ion exchange chromatography, in particular a cation exchange chromatography.
  • the liquid HMF product mixture in step h) is chromatographed in at least four fractions comprising an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and a separated organic acids fraction and in step i) at least one HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction.
  • the purification of the product mixture obtained in step e), if appropriate f) or optionally g) in step h) is carried out continuously by chromatography.
  • Continuous chromatography is also preferably understood to mean simulated countercurrent chromatography, such as Simulated Moving Bed Chromatography (SMB).
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequential SMB
  • ISMB Intermittent / Improved SMB
  • NMCI New MCI
  • chromatography in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) is a Simulated Moving Bed (SMB) method, a Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB) method or an Improved Simulated Moving Bed method or intermittent Simulated moving bed method (ISMB).
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequentially Simulated Moving Bed
  • ISMB intermittent Simulated moving bed method
  • Preference is given to chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) a simulated moving bed method (SMB), a sequential simulated moving bed method (SSMB), an improved simulated moving bed method (ISMB) or a new MCI Procedure (NMCI).
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequentially Simulated Moving Bed
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed method
  • NMCI new MCI Procedure
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) is a one-step process.
  • Chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) is preferably a multi-stage process, preferably a two-stage process.
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) preferably comprises a plurality of stages, preferably at least two stages, preferably at least three stages, preferably two stages, preferably three stages.
  • step h) in a first stage of the chromatography for the separation of at least one fraction, preferably exactly one fraction, in particular an HMF fraction or a glucose fraction, preferably at least two fractions, preferably exactly two fractions, preferably exactly three fractions.
  • step h) in a second stage of the chromatography to separate at least one fraction, preferably exactly one fraction, preferably at least two fractions, preferably exactly two fractions, preferably exactly three fractions, especially one Glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction or an HMF fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction.
  • the first step of the chromatography in step h) is a chromatography method selected from the group consisting of Simulated Moving Bed (SMB), Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB), Improved Simulated Moving Bed Method (ISMB) and New MCI Method (NMCI).
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequentially Simulated Moving Bed
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed Method
  • NMCI New MCI Method
  • the first step of the chromatography in step h) is an Improved Simulated Moving Bed (ISMB) method.
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequentially Simulated Moving Bed
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed
  • NMCI New MCI
  • the second step of chromatography in step h) is a chromatography method selected from the group consisting of Simulated Moving Bed (SMB), Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB), Improved Simulated Moving Bed Method (ISMB) and New MCI Method (NMCI).
  • SMB Simulated Moving Bed
  • SSMB Sequentially Simulated Moving Bed
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed Method
  • NMCI New MCI Method
  • the first step of the chromatography in step h) is a New MCI method (NMCI).
  • NMCI New MCI method
  • SMB simulated moving bed
  • SSMB sequentially simulated moving bed method
  • ISMB Improved Simulated Moving Bed
  • NMCI New MCI
  • an at least two-stage chromatography separation is preferred, in which the HMF fraction is separated off in the first stage.
  • the glucose fraction can be separated.
  • the first stage of the at least two-stage chromatography separation is preferably a moving bed method (ISMB).
  • the second stage of at least two-step chromatography separation is a New MCI method (NMCI).
  • a two-stage chromatography separation is preferred in which the HMF fraction is separated in the first stage.
  • the glucose fraction can be separated.
  • the first stage of the two-stage chromatography separation is a moving bed process (ISMB).
  • the second stage of the two-stage chromatography separation is a New MCI method (NMCI).
  • NMCI New MCI method
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins in step h) is a chromatography on cation exchange resins.
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins in step h) is carried out using a cation exchange resin in H + form.
  • the chromatography in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) at a temperature of 40 ° C to 80 ° C, preferably 40 ° C to 70 ° C, preferably 40 ° C to 60 ° C, preferably 50 ° C to 80 ° C, preferably 50 ° C to 70 ° C, preferably 50 ° C to 60 ° C, preferably 60 ° C to 80 ° C, preferably 60 ° C to 70 ° C, carried out.
  • the fructose fraction optionally obtained in step i) is preferably recycled continuously to process step a).
  • the optionally obtained in step i) fructose fraction is advantageously largely, preferably completely, freed from formed Hurvulin Textre.
  • the fructose fraction obtained in step i) is advantageously as far as possible, preferably completely, freed of educated favulinic and formic acid.
  • the fructose fraction optionally obtained in step i), if appropriate after concentration, is continuously preferably completely recycled to step a).
  • the fructose fraction obtained in step i) is continuously, optionally after concentration, at least partially, in particular at least 70%, preferably at least 80%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 98%, preferably at least 99%, in step a) (in each case% by weight of the recycled fructose fraction relative to the fructose fraction obtained in step i).
  • a "recycled fructose fraction” is understood to mean a purified fraction of unreacted fructose which has been obtained by the process according to the invention and which is largely, preferably completely, made up of by-products formed during the fructose conversion, especially fecal and formic acid and humic substances.
  • the resulting aqueous fraction of unreacted fructose to such a high purity that in a preferred embodiment directly, optionally after concentration, that is, without further purification, in the process step a) is recycled and after mixing with the fructose-containing component and the catalyst system, that is, step b), for further conversion to HMF in step c) is available.
  • step a) of the process according to the invention it is particularly preferable for step a) of the process according to the invention to provide a fructose-containing component, a salt and acid mixture and a recycled fructose fraction which are mixed in step b) to obtain a reaction solution. Since in this preferred embodiment initially no recirculated fructose fraction is available in the initiation of the process according to the invention, in this case preferably a correspondingly larger amount of the fructose-containing component is used.
  • step i) of the process according to the invention ie after carrying out the purification, in addition to the HMF fraction optionally a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction are obtained, in particular isolated.
  • the individual fractions obtained via the purification processes used have such high purities that they can be used directly, optionally after concentration, ie without further purification, in different subsequent processes.
  • the optionally obtained fructose fraction is largely free, in particular completely free, of educated faevulinic acid.
  • the fructose fraction obtained is preferably substantially free, in particular completely free from formed organic acids, in particular favulinic and formic acids.
  • the fructose fraction optionally obtained in step i) in the process according to the invention advantageously has one such high purity, in particular free of educated levulinic acid, particularly preferably free from levulinic and formic acid, that in a preferred embodiment, directly, optionally after concentration, in particular without purification steps, for further implementation in the process, in particular step a), returned can be.
  • the process according to the invention consists of the process steps a), b), c) and d), in particular between these
  • the method according to the invention comprises the method steps a), b), c) and d), wherein no further method steps are carried out between the method steps a), b), c) and d), but optionally after execution of process step d) further process steps are carried out.
  • the present process comprises the steps a) to d), preferably a) to e), preferably a) to f), preferably a) to g), preferably a) to h), in particular a) to i).
  • the present process comprises the steps a), b), c), d), e), f), g), h) and i).
  • the present process comprises the steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e), f ), h) and i) or a), b), c), d), e), f ), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i).
  • the present process consists of process steps a) to d), preferably a) to e), preferably a) to f), preferably a) to g), preferably a) to h), in particular a) to i).
  • the present process consists of the process steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e), f), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i).
  • the process is carried out in the sequence of process steps a), b), c), d), e), f), g), h) and i).
  • the present process can be carried out in the sequence of process steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e ), f), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i).
  • the reaction of the present in the reaction mixture fructose to HMF in a continuous reactor system and the subsequent purification of the resulting product mixture for the separation of at least four fractions continuously, that is under constant supply of educts and removal of products.
  • a continuous process according to the invention is preferably understood as meaning a process in which not only the reactor system is continuous, but also the purification of the product mixture.
  • the present invention makes it possible to provide processes for the preparation of HMF and / or formic acid and / or levulinic acid, in particular for the simultaneous preparation from a starting material, namely a fructose-containing component and optionally a recycled fructose fraction.
  • the process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and formic acid and levulinic acid, which comprises the steps a) to i) and serves for the targeted preparation of three products of interest.
  • the process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and formic acid which comprises the steps a) to i) and which serves for the production of two valuable substances of interest.
  • the process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and levulinic acid which comprises the steps a) to i) and which serves for the preparation of two valuable substances of interest.
  • the glucose fraction obtained in step i) comprises at least 20% by weight of the glucose present in the product mixture (in each case based on the product mixture).
  • the glucose fraction obtained in step i) has a sufficiently high purity, is in particular free of fermentation inhibitors, directly, optionally after concentration, both as feed (feed material) in fermentative processes, in particular for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, as well as educt in chemical processes, in particular the oxidation of glucose to gluconic acid, can be used.
  • the glucose fraction optionally obtained in step i) is used for the production of ethanol, in particular glucose fermentation to ethanol, in particular for the bioethanol recovery, and / or for gluconic acid recovery.
  • the present invention therefore also provides a process for the production of a feed for fermentative processes, in particular for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, or for the preparation of a starting material, that is educts, in chemical processes, in particular for the production of gluconic acid
  • a process of the present invention is carried out with the process steps a) to i) to obtain a glucose fraction, which can be used as feed or starting material.
  • a process for the production of ethanol, in particular glucose fermentation to ethanol, in which the process according to the invention, in particular the process steps a) to i), are carried out, in particular to obtain a glucose fraction, the glucose obtained -Fraction for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, in particular for the bio-ethanol extraction, is used.
  • the glucose fraction optionally obtained in step i) is used for gluconic acid recovery, optionally after concentration.
  • a process for the production of gluconic acid comprising the process according to the invention, in particular the process steps a) to i), in particular for obtaining a glucose fraction which is suitable for obtaining glucose and for subsequent oxidation of the glucose to gluconic acid is used.
  • the organic acid fraction optionally obtained in step i) is used for the isolation of levulinic and formic acid. In a further preferred embodiment, the organic acid fraction obtained in step i) is used for the isolation of levulinic acid. In another In the preferred embodiment, the organic acid fraction obtained in step i) is used for the isolation of formic acid.
  • the present invention therefore also relates to a process for the preparation of levulinic acid, formic acid or levulinic acid and formic acid, wherein a process comprising steps a) to i) of the present invention is carried out and in step i) levulinic acid, formic acid or levulinic acid and formic acid is obtained.
  • the HML fraction obtained in step i) is oxidized directly in an additional step to 2,5-lurandicarboxylic acid (LDCA), optionally after concentration, that is to say without the need for further purification.
  • LDCA 2,5-lurandicarboxylic acid
  • the present invention therefore also relates to a process for the preparation of LDCA comprising steps a) to i) of the present invention, wherein the HML-lraction obtained in step i), preferably directly, optionally after concentration, and without the need for elaborate further purification , is oxidized to LDCA.
  • the optionally obtained glucose lraction contains 0.8% by weight to 100% by weight of glucose, 0% by weight to 99.2% by weight of lructose, at most 2% by weight, preferably at most 1% by weight.
  • % preferably at most 0.5 wt.%, preferably at most 0.1 wt.%, levulinic and formic acid and at most 10 wt.%, preferably at most 5 wt.%, preferably at most 2 wt.
  • the glucose-lraction preferably contains at most 10% by weight, more preferably at most 5% by weight, of HML.
  • the lructose fraction optionally obtained in step i) contains at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, of the lructose contained in the product mixture
  • the optionally obtained lructose lraction contains 0% by weight to 60% by weight of glucose, 40% by weight to 100% by weight of lructose, at most 2% by weight, preferably at most 1% by weight, preferably not more than 0.5% by weight, preferably not more than 0.1% by weight of levulinic acid, at most 2 wt .-%, preferably at most 1.5 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.5 wt .-%, preferably at most 0.25 wt .-%, preferably at most 0.1 Wt .-%, formic acid and at most 2 wt .-%, preferably at most 1.5 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.8 wt .-%, preferably at most 0.6 wt.
  • the fructose fraction preferably contains at most 2% by weight of HMF.
  • the fructose fraction preferably contains at most 2% by weight of levulinic acid
  • the ratio is from fructose to glucose in the fructose fraction not smaller than in the fructose-containing component provided in step a).
  • the organic acid fraction optionally obtained in step i) contains at least 60% by weight, preferably at least 65% by weight, preferably at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight. %, preferably at least 95 wt .-%, preferably at least 98 wt .-%, preferably at least 99 wt .-%, preferably at least 99.5 wt .-%, preferably at least 99.8 wt .-%, preferably 100 wt. -% of lavulinic and formic acid contained in the product mixture (in each case TS, based on product mixture).
  • the optionally obtained organic acid fraction contains 50 wt.% To 100 wt.%, Preferably 60 wt.% To 100 wt.%, Preferably, more preferably 65 wt.% To 100 wt. preferably from 70% by weight to 100% by weight, preferably from 80% by weight to 100% by weight, preferably from 90% by weight to 100% by weight, preferably from 95% by weight to 100% by weight %, preferably 98% to 100%, preferably 99% to 100%, preferably 99.5% to 100%, preferably 99.7% by weight % to 100% by weight of levulinic and formic acid (in each case TS, based on the sum of the analyzed components (glucose, fructose, levulinic acid, formic acid, HMF, diffusanhydrides (DFA))
  • the organic acid fraction preferably contains at least 50% by weight. % Levulinic acid, more preferably at least 60% by weight levulinic acid, more preferably at least 70% by weight levulinic acid
  • the HMF fraction obtained in step i) contains at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight, preferably at least 98% by weight, preferably at least 99% by weight, according to the invention. , preferably at least 99.5% by weight, preferably at least 99.8 wt .-%, preferably 100 wt .-% of the HMF contained in the product mixture (in each case TS, based on product mixture).
  • the HMF fraction contains 80% by weight to 100% by weight, preferably 85% by weight to 100% by weight, preferably 90% by weight to 100% by weight, preferably 95% by weight to 100 wt.%, preferably 98 wt.% to 100 wt.%, preferably 99 wt.% to 100 wt.%, preferably 99.5 wt.% to 100 wt.%, preferably 99 , 7 wt .-% to 100 wt .-% HMF and at most 16 wt .-%, preferably at most 14 wt .-%, preferably at most 12 wt .-%, preferably at most 10 wt .-%, preferably at most 8 wt.
  • -% preferably at most 6 wt .-%, preferably at most 4 wt .-%, preferably at most 2 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, favulinic and formic acid, at most 2 wt .-%, preferably at most 1 %
  • By weight preferably at most 0.8% by weight, preferably at most 0.6% by weight, preferably at most 0.4% by weight, preferably at most 0.2% by weight, preferably at most 0.1 Wt .-%, glucose and at most 2 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.8 wt .-%, preferably at most 0.6 wt .-%, preferably highest ns 0.4 wt .-%, preferably at most 0.2 wt .-%, preferably at most 0.1 wt .-% fructose (in each case TS, based on the sum of the analyzed
  • the process according to the invention in particular during steps a) to i), is not carried out under oxygen-reduced conditions.
  • the term “comprising” is understood to mean that, in addition to the elements explicitly covered by the term, further elements not explicitly mentioned may also be added. In connection with the present The invention also means by these terms that only the explicitly mentioned elements are detected and no further elements are present. In this particular embodiment, the meaning of the term “comprising” is synonymous with the term “consisting of”. In addition, the term “encompassing” also encompasses entities which, in addition to the explicitly mentioned elements, also contain other elements which are not mentioned, but which are of a functional and qualitatively subordinate nature. In this embodiment, the term “comprising” is synonymous with the term “consisting essentially of”.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the reactor system used according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the method according to the invention, wherein the provided in step a) components are first mixed in step b) and the resulting reaction solution is heated and after the purification step h) an HMF fraction is obtained (step i)).
  • FIG 3 shows a schematic representation of the method according to the invention analogous to Figure 2, wherein in step h) a column chromatographic separation is carried out and an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction is obtained (step i )).
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the method according to the invention, wherein the provided in step a) components are heated separately and then mixed in step b) to obtain a reaction solution and after the purification step h) an HMF fraction is obtained (step i )).
  • Figure 5 shows a schematic representation of the inventive method analogous to Figure 4, wherein in step h) a column chromatographic separation is performed and an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction is obtained (step i )).
  • FIG. 6 shows results of the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.08% by weight HCl without added salt at temperatures of 145-152 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
  • Figure 7 shows results of HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.18 wt .-% HNO 3 without addition of salt at temperatures of 145 - 152 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
  • Figure 8 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -18% depending on the sodium content at constant chloride content and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point.
  • Figure 9 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -20% depending on the sodium content at constant nitrate content and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point.
  • Figure 10 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -20%, depending on the concentration of the salt and acid mixture at constant chloride / sodium ratio and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point.
  • Figure 11 shows the reaction temperatures necessary for fructose conversion of -27%, depending on the concentration of the salt and acid mixture at constant nitrate / sodium ratio, and HMF, faevulinic and formic acid selectivities, and the balance at this point.
  • Figure 12 shows the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.12 wt .-% HCl / CaCl 2 at temperatures of 165-169 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
  • Figure 13 shows the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.12 wt .-% HCl / MgCl 2 at temperatures of 162-169 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
  • a fructose-containing component having a variable ratio of fructose to glucose and an aqueous solution of a salt and acid mixture.
  • the fructose-containing component is mixed with the aqueous solution of a salt and acid mixture, so that a reaction solution with a dry matter content of> 20% TS is obtained.
  • the reaction solution thus obtained was pumped by means of an HPLC pump into the heated tubular reactor (outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 630 mm).
  • the tube reactor is constructed as a double tube heat exchanger in countercurrent, the temperature is controlled by means of a thermal oil in the outer jacket of the heat exchanger, the temperature of the thermal oil is controlled by means of a thermostat.
  • the transition into the cooling zone takes place directly.
  • This is also designed as a double-tube heat exchanger in countercurrent (dimensions of the product-carrying inner tube outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 125 mm).
  • the reaction solution is cooled to room temperature and the reaction is stopped.
  • the product mixture is filtered through a metal sintered filter (pore size 7 mhi) and freed of any resulting insoluble humic substances.
  • the pressure in the reactor system is adjusted by means of a pressure holding valve so that a boiling of the reaction solution and thus the occurrence of vapor bubbles is avoided (about 1 MPa at 180 ° C).
  • the following examples show the implementation of the method according to the invention with different salts and acids, different acid or salt concentrations, and different temperatures. Furthermore, comparative experiments were performed without added salt.
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with DI water and hydrochloric acid added so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a hydrochloric acid content of 0.08 wt% based on the total solution (corresponding to 0.025 mol / L).
  • the pH of the reaction solution was 1.52. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 145 ° C - 152 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state.
  • the results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 6 and Table 1.
  • Table 1 Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance as a function of the reaction temperature using 0.08 wt .-% HCl.
  • Example 2 HMF synthesis with 0.18% by weight of nitric acid (comparative experiment without salt addition)
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with demineralized water and nitric acid added so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a nitric acid content of 0.18% by weight based on the total solution (corresponding to 0.03 mol / l).
  • the pH of the reaction solution was 1.44.
  • This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 145 ° C - 150 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state.
  • the results for fructose sales, HMF-, Faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in Figure 7 and Table 2.
  • Table 2 Fructose conversion, HMF, levulinic and formic acid selectivity and balance as a function of the reaction temperature using 0.18 wt .-% HNO 3 .
  • Example 3 HMF synthesis with sodium chloride / hydrochloric acid mixtures - Influence of the sodium chloride / hydrochloric acid ratio
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with deionized water and admixed with hydrochloric acid and sodium chloride in the desired ratio, so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a chloride content of 0.09% by weight based on total solution (corresponding to 0.03 mol / l) had.
  • Chloride / sodium ratios, salt / acid ratio and resulting pH are shown in Table 3.
  • Table 3 Chloride contents, chloride / sodium ratio, salt / acid ratio and pH values and used reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 3.
  • Table 4 HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at the reaction temperature required for 18% fructose conversion, depending on the sodium content (at constant chloride concentration).
  • Example 4 HMF synthesis with sodium nitrate / nitric acid mixtures - Influence of the sodium nitrate / nitric acid ratio
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with DI water and with nitric acid and Sodium nitrate added in the desired ratio, so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a nitrate content of 0.19 wt .-% based on total solution (corresponding to 0.03 mol / l) had.
  • the nitrate / sodium ratios, salt / acid ratio and resulting pH are shown in Table 5.
  • Table 5 Nitrate contents, nitrate / sodium ratio, salt / acid ratio and pH values and reaction temperatures used of the reaction solutions used in Example 4.
  • reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 5 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state.
  • Table 6 HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and C balance at the reaction temperature required for 18% fructose conversion as a function of the sodium content (at constant nitrate concentration).
  • Example 5 HMF synthesis with hydrochloric acid / sodium chloride mixtures - influence of the concentration of the acid / salt mixture
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with deionized water and treated with a mixture of hydrochloric acid and sodium chloride, which had a chloride / sodium ratio of 1.3.
  • various reaction solutions were prepared, all having a dry matter content of 20% TS and a variable acid / salt mix concentration between 0.01 and 0.75 wt% based on the total solution. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 7 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state.
  • Table 7 Concentration of the hydrochloric acid / sodium chloride mixture, pH values and reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 5.
  • Table 8 HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at different reaction temperatures as a function of the concentration of the acid / salt mixture at a constant chloride / sodium ratio. With increasing salt concentration significantly lower temperatures are necessary to achieve the same conversion. It can also be seen that the high HMF selectivities of ⁇ 90% are still achieved even at high fructose conversions of> 30%.
  • Example 6 HMF synthesis with nitric acid / sodium nitrate mixtures - influence of the concentration of the acid / salt mixture
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with deionized water and treated with a mixture of nitric acid and sodium nitrate, which had a nitrate / sodium ratio of 1.2.
  • various reaction solutions were prepared, all of which had a dry matter content of 20% TS and a variable acid / salt mix concentration of between 0.01 and 1.5% by weight, based on total solution. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 9 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state.
  • Table 9 Concentration of the nitric acid / sodium nitrate mixture, pH values and reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 5.
  • Table 10 HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at different reaction temperatures as a function of the concentration of the acid / salt mixture at a constant nitrate / sodium ratio.
  • Example 7 HMF synthesis with 0.11% by weight hydrochloric acid / calcium chloride mixture
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with demineralized water and treated with a mixture of hydrochloric acid and calcium chloride, which resulted in the same amount of free acid as in Example 5 with 0.12 wt% HCl / NaCl, Table 7 Experiment 2.
  • the pH Value of the reaction solution was 2.08. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 165 ° C - 169 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours in the steady-state reach.
  • the results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 12 and Table 11.
  • Table 11 Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and C balance as a function of the reaction temperature when using 0.12% by weight of HCl / CaCl 2 .
  • Example 8 HMF synthesis with 0.12% by weight hydrochloric acid / magnesium chloride mixture
  • the educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%.
  • the fructose syrup was diluted with deionised water and treated with a mixture of hydrochloric acid and magnesium chloride, which resulted in the same amount of free acid as in Example 5 with 0.12 wt% HCl / NaCl, Table 7 Experiment 2.
  • the pH Value of the reaction solution was 2.09. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 162 ° C - 169 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state.
  • the results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 13 and Table 12.
  • Table 12 Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and the balance as a function of the reaction temperature using 0.12 wt .-% HCl / MgCl 2 .
  • Examples 7 and 8 show that the positive effects with regard to the high HMF selectivities are achieved even when other cations (here calcium and magnesium) are used.

Abstract

The present invention relates to a process for preparing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) which converts a fructose-containing component, using a catalyst system that comprises a mixture of salt and acid at a temperature of 90 to 200°C and results in an HMF-containing product mixture, advantageously obtaining a high HMF selectivity and simultaneously considerably reducing the buildup of byproducts.

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Salz- und Säuregemisch-katalysierte HMF-Herstellung Salt and acid mixture catalyzed HMF production
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymcthylfurfural (HMF), das eine Fructose-haltige Komponente unter Verwendung eines Katalysatorsystems umfassend eine Lösung einer Salz- und Säuremischung bei einer Temperatur von 90 bis 200 °C umsetzt und zum Erhalten einer HMF-haltigen Produktmischung führt, wobei vorteilhafterweise eine hohe HMF-Selektivität bei gleichzeitig deutlich geringerer Nebenproduktbildung erreicht wird. The present invention relates to a process for the preparation of 5-hydroxymcthylfurfural (HMF), which converts a fructose-containing component using a catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture at a temperature of 90 to 200 ° C and to obtain a HMF containing product mixture, wherein advantageously a high HMF selectivity is achieved at the same time significantly lower by-product formation.
5-Hydroxymethylfurfüral (HMF) ist ein multifünktionales Molekül mit einem aromatischen 5- Ring-System, einer Aldehyd- und einer Alkoholgruppe. Die vielen Funktionalitäten machen das Molekül zu einer vielfältig einsetzbaren Plattformchemikalie, die als Basis für eine große Vielzahl weiterer Verbindungen dienen kann. Zu den Verbindungen, die auf Basis von HMF hergestellt werden können, gehören zum einen Chemikalien, die heute bereits im Bulkmaßstab auf petrochemischem Wege hergestellt werden, beispielsweise Caprolactam oder Adipinsäure, aber auch Verbindungen mit einem großen Anwendungspotential, für die bislang noch kein technischer Herstellprozess zur Verfügung steht, wie 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA). 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) is a multifunctional molecule with an aromatic 5-ring system, an aldehyde and an alcohol group. The many functionalities make the molecule a versatile platform chemical that can serve as the basis for a wide variety of other compounds. The compounds which can be produced on the basis of HMF include, on the one hand, chemicals which are already produced on a mass scale by petrochemical means, for example caprolactam or adipic acid, but also compounds with a large application potential, for which hitherto no technical manufacturing process has been used Available, such as 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).
Trotz des großen Potentials von HMF und FDCA fehlt es bislang an wirtschaftlichen, technisch etablierten Herstellungsverfahren für diese Verbindungen. Die Multifunktionalität von HMF als einer der größten Vorteile des Moleküls hat sich in Bezug auf die daraus resultierende mögliche Folgechemie gleichfalls als Hauptnachteil bei der Synthese erwiesen. HMF ist vor allem in wässrigen Systemen unter den für die Synthese notwendigen Reaktionsbedingungen (saurer pH- Wert, erhöhte Temperatur) nicht stabil und reagiert zum einen unter Polymerisation mit sich selbst und/oder den Edukten und Zwischenprodukten zu sogenannten Huminen, die je nach Kettenlänge löslich oder unlöslich sind und zu einer Braun- bis Schwarzfärbung der Reaktionslösung führen. Eine weitere unerwünschte Folgereaktion ist die sauerkatalysierte Rehydratisierung von HMF zu Lävulin- und Ameisensäure, wobei insbesondere Lävulinsäure mit HMF zu weiteren unerwünschten Nebenprodukten reagieren kann. Für eine möglichst wirtschaftliche Herstellung von HMF ist es daher unbedingt notwendig, das Auftreten dieser Nebenreaktion sowie die Folgereaktion von HMF und Lävulinsäure soweit wie möglich zu vermeiden. Despite the great potential of HMF and FDCA, there is still a lack of economical, technically established production processes for these compounds. The multifunctionality of HMF as one of the major advantages of the molecule has also proven to be a major drawback in terms of the resulting potential subsequent chemistry. Especially in aqueous systems, HMF is not stable under the reaction conditions required for the synthesis (acidic pH, elevated temperature) and, on the one hand, reacts with itself and / or the educts and intermediates to form so-called humins, which are soluble depending on the chain length or insoluble and lead to a brown to black coloration of the reaction solution. Another undesirable consequence reaction is the acid-catalyzed rehydration of HMF to levulinic and formic acid, in particular levulinic acid with HMF can react to other undesirable by-products. For the most economical production of HMF, it is therefore essential that these occur To avoid side reaction as well as the subsequent reaction of HMF and levulinic acid as much as possible.
Grundsätzlich kann bei den vielzähligen unterschiedlichen Synthesewegen, die im Stand der Technik zur Herstellung von HMF beschrieben wurden, zwischen einphasigen und zweiphasigen Reaktionssystemen unterschieden werden. Bei beiden Ansätzen können sowohl homogene als auch heterogene Katalysatoren zum Einsatz kommen. Bei den einphasigen Systemen kann die HMF-Synthese neben rein wässrigen Systemen auch in organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise DMSO, DMF und Sulfolan, oder in ionischen Flüssigkeiten durchgeführt werden. Die Vermeidung von wässrigen Systemen führt zwar rein auf die chemische Reaktion bezogen zu besseren Selektivitäten für HMF, jedoch sind für die Entfernung der Lösungsmittel oftmals hohe Temperaturen notwendig, unter denen es zur thermischen Zersetzung von HMF kommen kann, wodurch wiederum die Reinheit und Ausbeute des HMF deutlich verschlechtert wird. Zudem spielen bei der Verwendung von wasserfreien Systemen die Kosten für die Lösungsmittel sowie Sicherheits- und Umweltaspekte eine große Rolle. Auch erweist sich als nachteilig, dass die für die HMF-Synthese eingesetzten Hexosen, insbesondere Fructose und/oder Glucose, in vielen gängigen organischen Lösungsmitteln eine schlechte Löslichkeit aufweisen. Basically, in the many different synthetic routes described in the prior art for the preparation of HMF, a distinction can be made between single-phase and two-phase reaction systems. In both approaches, both homogeneous and heterogeneous catalysts can be used. In the case of single-phase systems, the HMF synthesis can be carried out not only purely aqueous systems but also in organic solvents, such as DMSO, DMF and sulfolane, or in ionic liquids. Although the avoidance of aqueous systems leads to better selectivities for HMF based purely on the chemical reaction, high temperatures are often necessary for the removal of the solvents, under which the thermal decomposition of HMF can occur, which in turn increases the purity and yield of the HMF is significantly deteriorated. In addition, when using anhydrous systems, the cost of solvents and safety and environmental considerations play a major role. It also proves disadvantageous that the hexoses used for HMF synthesis, in particular fructose and / or glucose, have poor solubility in many common organic solvents.
Bei den zweiphasigen Reaktionssystemen wird die Reaktion der Hexose zu HMF in wässriger Phase durchgeführt und das entstandene HMF kontinuierlich mithilfe eines organischen Lösungsmittels extrahiert. Dabei darf das Lösungsmittel nicht mit Wasser mischbar sein und muss einen ausreichend hohen Verteilungskoeffizienten für HMF zwischen wässriger und organischer Phase aufweisen, um eine effiziente Extraktion des HMF zu gewährleisten. Da insbesondere die Verteilungskoeffizienten für die meisten Lösungsmittel nicht sehr hoch sind, müssen in solchen Systemen oftmals sehr große Mengen an Lösungsmittel eingesetzt werden. Das in zweiphasigen Reaktionssystemen am häufigsten verwendete organische Lösungsmittel ist dabei Methylisobutylketon (MIBK), welches gegebenenfalls in Kombination mit Phasenmodifizierem wie 2-Butanol eingesetzt wird. Wie bereits für die einphasigen wasserfreien Reaktionssysteme dargestellt, erweist sich jedoch auch in diesem Fall die abschließende Entfernung der oder des verwendeten Lösungsmittel(s) aufgrund der hohen Siedepunkte geeigneter Lösungsmittel als problematisch. In the biphasic reaction systems, the reaction of the hexose to HMF is carried out in the aqueous phase and the resulting HMF is extracted continuously using an organic solvent. In this case, the solvent must not be miscible with water and must have a sufficiently high partition coefficient for HMF between aqueous and organic phase in order to ensure efficient extraction of the HMF. In particular, since the distribution coefficients are not very high for most solvents, very large amounts of solvent often have to be used in such systems. The most commonly used in two-phase reaction systems organic solvent is methyl isobutyl ketone (MIBK), which is optionally used in combination with Phasenmodifizierem such as 2-butanol. However, as already shown for the one-phase anhydrous reaction systems, the final removal of the solvent (s) or solvents used in this case proves to be problematic because of the high boiling points of suitable solvents.
EP 0 230 250 Bl offenbart Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfüral einschließlich eines kristallinen Produktes unter alleiniger Verwendung von Wasser als Lösungsmittel. In dem beschriebenen Batch- Verfahren werden Saccharide in wässriger Lösung bei einer Temperatur von über 100 °C mit einem sauren Katalysator zu einem Gemisch von Hexosen und HMF zersetzt und anschließend das gebildete HMF über Ionenaustauschersäulen bei einer Temperatur von 35 bis 85 °C von Nebenprodukten so getrennt, dass neben einer HMF- Fraktion eine Saccharid-Fraktion gewonnen werden kann, die für eine erneute HMF-Synthese gemäß dem beschriebenen Verfahren zur Verfügung steht. Die in diesem Dokument offenbarte batchweise Umsetzung geht mit einem hohen Fructoseumsatz und einer daraus unmittelbar folgenden hohen HMF-Konzentration in der Reaktionslösung einher, die unter den vorherrschenden Bedingungen zu einer vermehrten Bildung von Neben- und Abbauprodukten führt, wodurch es in Bezug auf die umgesetzte Fructosemenge zu einer verringerten HMF- Ausbeute kommt. EP 0 230 250 B1 discloses processes for the preparation of 5-hydroxymethylfurfural including a crystalline product using water alone as the solvent. In the described batch process, saccharides are dissolved in aqueous solution decomposed at a temperature of above 100 ° C with an acidic catalyst to a mixture of hexoses and HMF and then separated the HMF formed on ion exchange columns at a temperature of 35 to 85 ° C by-products so that in addition to a HMF fraction a saccharide Fraction can be obtained, which is available for a new HMF synthesis according to the described method. The batchwise reaction disclosed in this document is accompanied by a high fructose conversion and an immediately following high concentration of HMF in the reaction solution which, under the prevailing conditions, leads to an increased formation of by-products and degradation products, as a result of the amount of fructose reacted to a reduced HMF yield comes.
WO 2013/106136 Al betrifft ein Verfahren zur Herstellung von HMF und HMF-Derivaten aus Zucker, umfassend die Rückgewinnung von nicht umgesetzten Zuckern, die zur direkten Verwendung in der Ethanol-Fermentation geeignet sind. Dabei werden Hexose-haltige Lösungen in wässriger Phase durch säurekatalysierte Dehydratisierungsreaktion zu HMF umgesetzt, anschließend werden die in der Produktmischung enthaltenen nicht umgesetzten Zucker durch Adsorption und/oder Lösungsmittelextraktion aus der Produktmischung abgetrennt und diese schließlich in aeroben oder anaeroben Permentationsverfahren zur Ethanolgewinnung eingesetzt. Es wird gelehrt, die säurekatalysierte Dehydratisierungsreaktion bei einer Temperatur von 175 bis 205 °C durchzuführen. WO 2013/106136 A1 relates to a process for the preparation of HMF and HMF derivatives from sugars comprising the recovery of unreacted sugars suitable for direct use in ethanol fermentation. In this case, hexose-containing solutions are reacted in the aqueous phase by acid-catalyzed dehydration to HMF, then the unreacted sugars contained in the product mixture are separated by adsorption and / or solvent extraction from the product mixture and this finally used in aerobic or anaerobic Permentationsverfahren for ethanol production. It is taught to carry out the acid catalyzed dehydration reaction at a temperature of 175 to 205 ° C.
WO 2015/113060 A2 offenbart die Umwandlung von Fructose-haltigen Ausgangsmaterialien zu HMF-haltigen Produkten. Mittels des beschriebenen Verfahrens werden Fructose, Wasser, ein Säurekatalysator und mindestens ein weiteres Lösungsmittel in einer Reaktionszone vermischt und durch Wahl geeigneter Reaktionsparameter für eine Dauer von ca. 1 bis 60 Minuten zur Reaktion gebracht, sodass eine HMF-Ausbeute von 80 % nicht überschritten wird. Beim Erreichen des festgelegten Umsatzes werden die Reaktionskomponenten umgehend abgekühlt, um die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zu minimieren. WO 2015/113060 A2 discloses the conversion of fructose-containing starting materials to HMF-containing products. By means of the described process, fructose, water, an acid catalyst and at least one other solvent are mixed in a reaction zone and brought to reaction by choosing suitable reaction parameters for a period of about 1 to 60 minutes, so that an HMF yield of 80% is not exceeded , Upon reaching the specified conversion, the reaction components are immediately cooled to minimize the formation of undesirable by-products.
WO 2014/158554 offenbart Verfahren zur Herstellung von HMF oder Derivaten davon aus Glucose- und/oder Fructose-haltigen Lösungen, wobei die säurekatalysierte Dehydratisierungsreaktion unter Sauerstoff-reduzierten Bedingungen durchgeführt wird. Dies soll die Stabilität von HMF erhöhen und mögliche Degradationsreaktionen verhindern, sodass die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten reduziert wird. Gegebenenfalls werden Antioxidantien zugegeben, um eine Autooxidationsreaktion von HMF zu verhindern. Li et al. (RSC Adv., 2017, 7, 14330 - 14336) beschreiben die Umsetzung von Glucose zu HMF ohne Isomerisierung zu Fructose mit Hilfe einer Mischung aus Salzsäure und Natriumchlorid in einem W ass c r/g- Va 1 c ro 1 ac to n - S y s t c m bei einer Temperatur von 140 °C und einer Reaktionszeit von 60 Minuten. Wie vorstehend bereits erwähnt ist jedoch auch hier die abschließende Entfernung des Lösungsmittels aufgrund des hohen Siedepunktes von 205 °C problematisch, da die Zersetzung von HMF bereits ab einer Temperatur von 170 °C stattfindet. WO 2014/158554 discloses processes for preparing HMF or derivatives thereof from glucose and / or fructose-containing solutions, wherein the acid-catalyzed dehydration reaction is carried out under oxygen-reduced conditions. This is intended to increase the stability of HMF and prevent possible degradation reactions, thus reducing the formation of undesirable by-products. Optionally, antioxidants are added to prevent an auto-oxidation reaction of HMF. Li et al. (RSC Adv., 2017, 7, 14330-14336) describe the conversion of glucose to HMF without isomerization to fructose with the aid of a mixture of hydrochloric acid and sodium chloride in a W ascr / g-Va 1 c ro 1 ac to n -S ystcm at a temperature of 140 ° C and a reaction time of 60 minutes. However, as already mentioned above, the final removal of the solvent is problematic because of the high boiling point of 205 ° C, since the decomposition of HMF already takes place from a temperature of 170 ° C.
Zur Sicherstellung eines kostengünstigen und effektiven Herstellungsverfahrens für HMF ist entscheidend, dass während der Umsetzung einer Fructose-haltigen Ausgangslösung zu HMF die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten und die Zersetzung des durch die Dehydratisierungsreaktion gebildeten HMF durch die Wahl geeigneter Reaktionsbedingungen und Verfahrensschritte soweit wie möglich vermieden wird. Weiterhin ist es wirtschaftlich sinnvoll, wenn die nicht umgesetzte Fructose von den während der Dehydratisierungsreaktion gebildeten störenden Nebenprodukten abgetrennt wird und somit in möglichst reiner Form gegebenenfalls für die Rückführung in den kontinuierlichen Herstellungsprozess bereitgestellt wird. To ensure a cost effective and effective HMF production process, it is crucial that during the reaction of a fructose-containing starting solution to HMF, the formation of undesirable by-products and the decomposition of the HMF formed by the dehydration reaction be avoided as much as possible by the choice of suitable reaction conditions and process steps. Furthermore, it makes economic sense if the unreacted fructose is separated from the interfering byproducts formed during the dehydration reaction and is thus optionally provided in the purest possible form for the return to the continuous production process.
Ein entsprechendes Verfahren zur kostengünstigen und effektiven Herstellung von HMF, bevorzugt in einem kontinuierlichen Prozess, ist bislang aus dem Stand der Technik nicht bekannt. A corresponding method for the cost-effective and effective production of HMF, preferably in a continuous process, is hitherto unknown from the prior art.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile und Einschränkungen der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu überwinden, insbesondere ein Verfahren bereitzustellen, Fructose hochselektiv, insbesondere unter maximaler Vermeidung von Nebenproduktbildung und auf kostengünstige und effektive Weise, zu HMF umzusetzen. It is therefore the object of the present invention to overcome the disadvantages and limitations of the known from the prior art, in particular to provide a method of highly selective fructose, especially with maximum avoidance of by-product formation and in a cost effective and effective way to implement HMF.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die technische Lehre der Ansprüche gelöst. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 5-The object of the present invention is achieved by the technical teaching of the claims. In particular, the present invention relates to a process for the preparation of
Hydroxymethylfürfüral (HMF) umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Fructose-haltigen Komponente und eines Katalysatorsystems umfassend eine Lösung einer Salz- und Säuremischung, b) Vermischen der Fructose-haltigen Komponente mit dem Katalysatorsystem zum Erhalten einer Reaktionslösung, c) Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF bei einer Temperatur von 90 °C bis 200 °C zum Erhalten einer flüssigen HMF-haltigen Produktmischung und d) Erhalten einer flüssigen HMF-haltigen Produktmischung. Hydroxymethylfenuric (HMF) comprising the steps of: a) providing a fructose-containing component and a catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture, b) mixing the fructose-containing component with the catalyst system to obtain a reaction solution, c) reacting the fructose present in the reaction solution to HMF at a temperature of 90 ° C to 200 ° C to obtain a liquid HMF-containing product mixture and d) a liquid HMF-containing product mixture.
Erfindungsgemäß wird demnach ein Verfahren bereit gestellt, welches 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) durch selektive, bevorzugt hochselektive, Umsetzung der Fructose einer Fructose- haltigen Komponente herstellt. Für die Umsetzung der Fructose wird erfindungsgemäß ein Katalysatorsystem umfassend eine Fösung, insbesondere eine wässrige Fösung, einer Salz- und Säuremischung eingesetzt. Die vorliegende Erfindung sieht vorteilhafterweise also vor, eine Fructose-haltige Komponente mit einer Fösung, insbesondere einer wässrigen Fösung, einer Salz- und Säuremischung zu vermischen und anschließend eine Umsetzung der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF durchzuführen. Der Einsatz einer Salz- und Säuremischung zur Umsetzung der in der Fructose-haltigen Komponente vorhandenen Fructose zu HMF ist insofern vorteilhaft, als dass eine im Vergleich zu üblichen HMF- Herstellungsverfahren, welche beispielsweise Schwefelsäure allein als Katalysator einsetzen, eine deutlich höhere HMF- Selektivität bei gleichzeitig deutlich verringerter Nebenproduktbildung und vergleichbaren Fructoseumsätzen bereitgestellt wird. So sind in vorteilhafter bevorzugter Ausführungsform Fructoseumsätze > 30% bei akzeptabler Selektivität von mehr als 80% möglich. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz der Salz- und Säuremischung auch eine höhere Kohlenhydratkonzentration in der Reaktionslösung, nämlich in vorteilhafter bevorzugter Ausführungsform bis zu 40% Trockensubstanz Kohlenhydrat. Erfindungsgemäß führt die Verwendung des Katalysatorsystems umfassend eine Fösung einer Salz- und Säuremischung zu sehr hohen HMF-Selektivitäten, ohne dass in vorteilhafter bevorzugter Ausführungsform der Einsatz anderer Katalysatoren in homogener oder heterogener Form notwendig ist. Darüber hinaus führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems zu einer deutlich geringeren Huminstoffbildung, insbesondere von unlöslichem Humin, die bei der üblichen Prozessführung durch Anbackungen und Verkrustungen zu technischen Problemen führen. Die erfindungsgemäße Verwendung der Salz- und Säuremischung, das heißt des Katalysatorsystems, führt demgemäß insbesondere zu deutlich höheren Fructoseumsätzen bei wirtschaftlich sinnvoller HMF-Selektivität. In besonders bevorzugter Ausführungsform ermöglicht es die erfindungsgemäße Verfahrensweise, insbesondere die Durchführung der Verfahrensschritte a) bis d), deutlich höhere HMF-Selektivität zu erreichen, wobei bei vergleichbaren Fructose-Umsätzen im Vergleich zum Stand der Technik eine verringerte Nebenproduktbildung, insbesondere eine verringerte Rehydratisierung von HMF zu Lävulinsäure und Ameisensäure auftritt. According to the invention, a process is thus provided which produces 5-hydroxymethylfurfural (HMF) by selective, preferably highly selective, reaction of the fructose of a fructose-containing component. For the reaction of the fructose, a catalyst system comprising a solution, in particular an aqueous solution, a salt and acid mixture is used according to the invention. The present invention thus advantageously provides for mixing a fructose-containing component with a solution, in particular an aqueous solution, a salt and acid mixture, and then carrying out a reaction of the fructose present in the reaction solution to form HMF. The use of a salt and acid mixture for reacting the fructose present in the fructose-containing component to form HMF is advantageous in that a compared to conventional HMF production processes, which use for example sulfuric acid alone as a catalyst, a significantly higher HMF selectivity at at the same time significantly reduced by-product formation and comparable Fructoseumsätzen is provided. Thus, in an advantageous preferred embodiment, fructose conversions> 30% are possible with an acceptable selectivity of more than 80%. In addition, the use of the salt and acid mixture also allows a higher carbohydrate concentration in the reaction solution, namely in an advantageous preferred embodiment up to 40% dry matter carbohydrate. According to the invention, the use of the catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture leads to very high HMF selectivities, without the use of other catalysts in homogeneous or heterogeneous form being necessary in an advantageous preferred embodiment. In addition, the use of the catalyst system according to the invention leads to a significantly lower humic substance formation, in particular of insoluble humin, which leads to technical problems in the conventional process by caking and encrustations. The use according to the invention of the salt and acid mixture, ie of the catalyst system, accordingly leads, in particular, to significantly higher fructose conversions with economically meaningful HMF selectivity. In a particularly preferred embodiment, the procedure according to the invention, in particular the implementation of process steps a) to d), allows significantly higher HMF selectivity to be achieved, with comparable fructose conversions compared to the prior art reduced by-product formation, in particular a reduced rehydration of HMF to levulinic acid and formic acid occurs.
In besonders bevorzugter Ausführungsform beträgt die Selektivität für Lävulinsäure im erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere den Verfahrensschritten a) bis d), < 6 %, bevorzugt < 5 %, bevorzugt < 4 %, besonders bevorzugt < 3 % (bezogen auf den umgesetzten Fructoseanteil). Das erfindungsgemäße Katalysatorsystem umfasst eine Lösung einer Salz- und Säuremischung, wobei die Säure bevorzugt eine Mineralsäure und/oder eine organische Säure ist und das Salz bevorzugt ein Salz einer Mineralsäure und/oder einer organischen Säure ist. In a particularly preferred embodiment, the selectivity for levulinic acid in the process according to the invention, in particular the process steps a) to d), <6%, preferably <5%, preferably <4%, particularly preferably <3% (based on the reacted fructose). The catalyst system according to the invention comprises a solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is preferably a mineral acid and / or an organic acid and the salt is preferably a salt of a mineral acid and / or an organic acid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäßeIn a particularly preferred embodiment, the inventive
Katalysatorsystem eine Lösung einer Salz- und Säuremischung, wobei die Säure bevorzugt eine Mineralsäure, eine organische Säure oder eine Mischung einer Mineralsäure und einer organischen Säure ist. Catalyst system, a solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is preferably a mineral acid, an organic acid or a mixture of a mineral acid and an organic acid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäßeIn a particularly preferred embodiment, the inventive
Katalysatorsystem eine Lösung einer Salz- und Säuremischung, wobei das Salz bevorzugt ein Salz einer Mineralsäure, ein Salz einer organischen Säure oder eine Mischung von Salzen einer Mineralsäure und einer organischen Säure ist. Catalyst system is a solution of a salt and acid mixture, wherein the salt is preferably a salt of a mineral acid, a salt of an organic acid or a mixture of salts of a mineral acid and an organic acid.
Besonders bevorzugt ist die Mineralsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure; und die organische Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, Glycolsäure und Gluconsäure. Besonders bevorzugt ist das Salz einer Mineralsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalihalogeniden, Erdalkalihalogeniden, Alkalinitraten, Erdalkalinitraten, Alkalisulfaten, Erdalkalisulfaten, Alkaliphosphaten, Erdalkaliphosphaten und Gemischen davon; und das Salz einer organischen Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acetaten, Citraten, Tartraten, Oxalaten, Glycolaten, Gluconaten und Gemischen davon. In bevorzugter Ausführungsform ist die im erfindungsgemäßen Katalysatorsystem enthaltene Säure eine Mineralsäure. Besonders bevorzugt ist die Mineralsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure. Insbesondere bevorzugt ist die Mineralsäure Salzsäure oder Salpetersäure. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die im Katalysatorsystem enthaltene Säure eine organische Säure. Besonders bevorzugt ist die organische Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, Glycolsäure und Gluconsäure. The mineral acid is particularly preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid; and the organic acid selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid. Especially preferred is the salt of a mineral acid selected from the group consisting of alkali halides, alkaline earth halides, alkali nitrates, alkaline earth nitrates, alkali metal sulphates, alkaline earth sulphates, alkali phosphates, alkaline earth phosphates and mixtures thereof; and the salt of an organic acid selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates, gluconates and mixtures thereof. In a preferred embodiment, the acid present in the catalyst system according to the invention is a mineral acid. The mineral acid is particularly preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. Particularly preferred is the mineral acid hydrochloric acid or nitric acid. In a further preferred embodiment, the acid contained in the catalyst system is an organic acid. The organic acid is particularly preferably selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid.
In bevorzugter Ausführungsform ist das im erfindungsgemäßen Katalysatorsystem enthaltene Salz ein Salz einer Mineralsäure. Besonders bevorzugt ist das Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalihalogeniden, Erdalkalihalogeniden, Alkalinitraten, Erdalkalinitraten, Alkalisulfaten, Erdalkalisulfaten, Alkaliphosphaten, Erdalkaliphosphaten und Gemischen davon. Insbesondere bevorzugt ist das Salz Natriumchlorid, Natriumnitrat, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder Gemische davon. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das im Katalysatorsystem enthaltene Salz ein Salz einer organischen Säure. Besonders bevorzugt ist das Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acetaten, Citraten, Tartraten, Oxalaten, Glycolaten, Gluconaten und Gemischen davon. In a preferred embodiment, the salt contained in the catalyst system according to the invention is a salt of a mineral acid. More preferably, the salt is selected from the group consisting of alkali halides, alkaline earth halides, alkali nitrates, alkaline earth nitrates, alkali metal sulfates, alkaline earth sulfates, alkali phosphates, alkaline earth phosphates, and mixtures thereof. Most preferably, the salt is sodium chloride, sodium nitrate, calcium chloride, magnesium chloride or mixtures thereof. In a further preferred embodiment, the salt contained in the catalyst system is a salt of an organic acid. The salt is particularly preferably selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates, gluconates and mixtures thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lösung einer Salz- und Säuremischung eine wässrige Lösung. Erfindungsgemäß ist bevorzugt eine einphasige Verfahrens führung vorgesehen. Bevorzugt ist eine zweiphasige Verfahrens führung ausgeschlossen. Bevorzugt ist keine Phasentrennung, insbesondere keine induzierte Phasentrennung, vorgesehen. Das erfindungsgemäße Katalysatorsystem umfasst, insbesondere besteht aus, einer wässrigen Lösung einer Salz- und Säuremischung, wobei die Säure eine Mineralsäure ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure und das Salz ein Salz einer Mineralsäure ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumchlorid, Natriumnitrat, Calciumchlorid und Magnesiumchlorid. In a particularly preferred embodiment, the solution of a salt and acid mixture is an aqueous solution. According to the invention, a single-phase process is preferably provided leadership. Preferably, a two-phase process is excluded leadership. Preferably, no phase separation, in particular no induced phase separation, is provided. The catalyst system according to the invention comprises, in particular consists of, an aqueous solution of a salt and acid mixture, wherein the acid is a mineral acid, preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid and the salt is a salt of a mineral acid, preferably selected from the group consisting of sodium chloride, sodium nitrate, calcium chloride and magnesium chloride.
In besonders bevorzugter Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Katalysatorsystem Natriumchlorid als Salz und Salzsäure als Mineralsäure. In a particularly preferred embodiment, the catalyst system according to the invention comprises sodium chloride as salt and hydrochloric acid as mineral acid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Katalysatorsystem Natriumnitrat als Salz und Salpetersäure als Mineralsäure. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Katalysatorsystem Salzsäure als Mineralsäure und Calciumchlorid als Salz. In a further preferred embodiment, the catalyst system according to the invention comprises sodium nitrate as salt and nitric acid as mineral acid. In a further preferred embodiment of the present invention, the catalyst system according to the invention comprises hydrochloric acid as mineral acid and calcium chloride as salt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Katalysatorsystem Salzsäure als Mineralsäure und Magnesiumchlorid als Salz. In a further preferred embodiment of the present invention, the catalyst system according to the invention comprises hydrochloric acid as mineral acid and magnesium chloride as salt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Salz ein Alkali- oder Erdalkalisalz, insbesondere ein Alkalisalz, insbesondere ein Erdalkalisalz. In a further preferred embodiment, the salt is an alkali metal or alkaline earth metal salt, in particular an alkali metal salt, in particular an alkaline earth metal salt.
Überraschenderweise wurden mit einer Mischung aus Salpetersäure und Natriumnitrat als Katalysatorsystem im erfindungsgemäßen Verfahren gute Ergebnisse hinsichtlich der HMF- Selektivität erzielt, obwohl Nitrate bisher als ungeeigneter Katalysator für die Bildung von HMF galten (siehe Beispiele 4 und 6; Tao et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 357, 2012, 11 - 18; Tyrlik et al., Starch/Stärke, 47(5), 1995, 171 - 174). Surprisingly, HMF selectivity was achieved with a mixture of nitric acid and sodium nitrate catalyst system in the process of the present invention, although nitrates have heretofore been considered an unsuitable catalyst for the formation of HMF (see Examples 4 and 6; Tao et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 357, 2012, 11-18, Tyrlik et al., Starch / Stärke, 47 (5), 1995, 171-174).
In einer weiteren Ausführungsform umfasst, insbesondere besteht, das Katalysatorsystem aus einer wässrigen Lösung einer Salz- und Säuremischung, wobei die Säure eine organische Säure ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, Glycolsäure und Gluconsäure und das Salz ein Salz einer organischen Säure ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acetaten, Citraten, Tartraten, Oxalaten, Glycolaten und Gluconaten. In a further embodiment, the catalyst system comprises, in particular, an aqueous solution of a salt and acid mixture, the acid being an organic acid, preferably selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid and the salt is an organic acid salt, preferably selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates and gluconates.
Die Konzentration der Salz- und Säuremischung, das heißt des Katalysatorsystems, beträgt im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt 0,01 bis 2,00 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 1,75 Gew.- %, bevorzugt 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 1,4 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 1,3 Gew.-%, bevorzugt 0,4 bis 1,2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 1,1 Gew.-%, bevorzugt 0,6 bis 1,0 Gew.-%, bevorzugt 0,75 bis 0,9 Gew.-%, (jeweils bezogen auf Gesamtgewicht der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung). Bevorzugt wird das Katalysatorsystem in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,75 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,3 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,75 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung) eingesetzt. Diese Konzentrationen liegen deutlich unterhalb der im Stand der Technik verwendeten Konzentrationen. Überraschenderweise ergibt sich jedoch gerade für diese geringen Konzentrationen der Salz- und Säuremischung eine besonders hohe HMF-Selektivität in Kombination mit einer geringen Bildung von Nebenprodukten. The concentration of the salt and acid mixture, ie of the catalyst system, in the process according to the invention is preferably 0.01 to 2.00% by weight, preferably 0.05 to 1.75% by weight, preferably 0.1 to 1, 5 wt .-%, preferably 0.2 to 1.4 wt .-%, preferably 0.3 to 1.3 wt .-%, preferably 0.4 to 1.2 wt .-%, preferably 0.5 to 1.1 wt .-%, preferably 0.6 to 1.0 wt .-%, preferably 0.75 to 0.9 wt .-%, (in each case based on the total weight of the reaction solution obtained in step b)). The catalyst system is preferably used in a concentration of at most 2.0% by weight, preferably at most 1.75% by weight, preferably at most 1.5% by weight, preferably at most 1.3% by weight, preferably at most 1 , 0 wt .-%, preferably at most 0.75 wt .-%, preferably at most 0.5 wt .-% (in each case based on the total weight of the obtained in step b) reaction solution). These concentrations are well below the concentrations used in the prior art. Surprisingly, however, arises precisely for these low concentrations of salt and Acid mixture a particularly high HMF selectivity in combination with a low formation of by-products.
In bevorzugter Ausführungsform beträgt die Salzkonzentration der Reaktionslösung in Verfahrensschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 x 10 5 bis 0,45 mol/l, bevorzugt 5 x 10 5 bis 0,4 mol/l, bevorzugt 1 x 10 4 bis 0,35 mol/l, bevorzugt 1 x 10 3 bis 0,3 mol/l, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,25 mol/l. In a preferred embodiment, the salt concentration of the reaction solution in process step b) of the process according to the invention is 1 × 10 5 to 0.45 mol / l, preferably 5 × 10 5 to 0.4 mol / l, preferably 1 × 10 4 to 0.35 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.3 mol / l, particularly preferably 0.01 to 0.25 mol / l.
In bevorzugter Ausführungsform beträgt die Säurekonzentration der Reaktionslösung in Verfahrensschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 x 10 6 bis 0,35 mol/l, bevorzugt 8 x 10 6 bis 0,3 mol/l, bevorzugt 1 x 10 5 bis 0,25 mol/l, bevorzugt 1 x 10 4 bis 0,2 mol/l, besonders bevorzugt 1 x 10 3 bis 0,15 mol/l. In a preferred embodiment, the acid concentration of the reaction solution in process step b) of the process according to the invention is 1 × 10 6 to 0.35 mol / l, preferably 8 × 10 6 to 0.3 mol / l, preferably 1 × 10 5 to 0.25 mol / l, preferably 1 x 10 4 to 0.2 mol / l, particularly preferably 1 x 10 3 to 0.15 mol / l.
Innerhalb des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems beträgt das Verhältnis von Salz zu freier Säure in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 0,8 bis 10, bevorzugt 1 bis 9, bevorzugt 1,2 bis 8, bevorzugt 1,5 bis 7, bevorzugt 2 bis 6, bevorzugt 2,3 bis 5, bevorzugt 2,5 bis 4 (jeweils mol/mol). Insbesondere bevorzugt beträgt hierbei das Verhältnis von Anionen der Salz- und Säuremischung zu Kationen des Salzes der Salz- und Säuremischung in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 0,55 bis 4, bevorzugt 1,0 bis 3,5, bevorzugt 1,1 bis 2,0, bevorzugt 1,5 bis 3, bevorzugt 1,75 bis 2,75, bevorzugt 2 bis 2,5 (jeweils mol/mol). Within the catalyst system according to the invention, the ratio of salt to free acid in the reaction solution obtained in process step b) is 0.8 to 10, preferably 1 to 9, preferably 1.2 to 8, preferably 1.5 to 7, preferably 2 to 6, preferably from 2.3 to 5, preferably 2.5 to 4 (in each case mol / mol). In this case, the ratio of anions of the salt and acid mixture to cations of the salt of the salt and acid mixture in the reaction solution obtained in process step b) is particularly preferably 0.55 to 4, preferably 1.0 to 3.5, preferably 1.1 to 2.0, preferably 1.5 to 3, preferably 1.75 to 2.75, preferably 2 to 2.5 (in each case mol / mol).
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt die Konzentration an Anionen des Katalysatorsystems in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 1 x 10 5 bis 0,6 mol/l, bevorzugt 8 x 10 5 bis 0,55 mol/l, bevorzugt 1 x 10 4 bis 0,53 mol/l, bevorzugt 1 x 10 3 bis 0,45 mol/l, bevorzugt 0,01 bis 0,35 mol/l, bevorzugt 0,05 bis 0,5 mol/l, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mol/l, bevorzugt 0,2 bis 0,3 mol/l. According to the invention, the concentration of anions of the catalyst system in the reaction solution obtained in process step b) is preferably 1 × 10 5 to 0.6 mol / l, preferably 8 × 10 5 to 0.55 mol / l, preferably 1 × 10 4 to 0, 53 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.45 mol / l, preferably 0.01 to 0.35 mol / l, preferably 0.05 to 0.5 mol / l, preferably 0.1 to 0.4 mol / l, preferably 0.2 to 0.3 mol / l.
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt die Konzentration an Kationen des Katalysatorsystems in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 1 x 10 5 bis 0,45 mol/l, bevorzugt 5 x 10 5 bis 0,4 mol/l, bevorzugt 1 x 10 4 bis 0,35 mol/l, bevorzugt 1 x 10 3 bis 0,3 mol/l, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,25 mol/l. According to the invention, the concentration of cations of the catalyst system in the reaction solution obtained in process step b) is preferably 1 × 10 5 to 0.45 mol / l, preferably 5 × 10 5 to 0.4 mol / l, preferably 1 × 10 4 to 0, 35 mol / l, preferably 1 x 10 3 to 0.3 mol / l, particularly preferably 0.01 to 0.25 mol / l.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems in den oben genannten bevorzugten Konzentrationen führt bevorzugt zu einem pH-Wert der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung von 1,2 bis 4,5, bevorzugt 1,3 bis 4, bevorzugt 1,4 bis 3,5, bevorzugt 1,5 bis 3, bevorzugt 1,7 bis 2,5, bevorzugt 2 bis 2,2. Der pH-Wert der in Schritt b) erhaltenen Reaktionslösung ist somit durch die Verwendung des Salzes im erfindungsgemäßen Katalysatorsystem meist höher als in rein säurekatalysierten Verfahren, überraschenderweise kann dadurch jedoch eine höhere HMF-Selektivität erreicht werden (siehe Beispiele). The use of the catalyst system according to the invention in the abovementioned preferred concentrations preferably leads to a pH value which is in process step b). reaction solution of 1.2 to 4.5, preferably 1.3 to 4, preferably 1.4 to 3.5, preferably 1.5 to 3, preferably 1.7 to 2.5, preferably 2 to 2.2. The pH of the reaction solution obtained in step b) is thus usually higher by the use of the salt in the catalyst system according to the invention than in purely acid-catalyzed process, but surprisingly by a higher HMF selectivity can be achieved (see examples).
Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere in den Verfahrensschritten a) bis d), insbesondere a) bis c), abgesehen von der Salz- und Säuremischung, keine weitere katalytisch aktive Komponente verwendet. Preferably, in the process according to the invention, in particular in process steps a) to d), in particular a) to c), apart from the salt and acid mixture, no further catalytically active component is used.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass im erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere in den Verfahrensschritten a) bis d), insbesondere a) bis c), kein organisches Lösungsmittel eingesetzt wird. Insbesondere wird in den Verfahrensschritten a) bis d), insbesondere a) bis c), kein organisches Lösungsmittel eingesetzt, das mit Wasser mischbar oder mit Wasser nicht mischbar ist. In a particularly preferred embodiment, it is provided that no organic solvent is used in the process according to the invention, in particular in process steps a) to d), in particular a) to c). In particular, in process steps a) to d), in particular a) to c), no organic solvent is used which is miscible with water or immiscible with water.
Insbesondere finden die Verfahrensschritte a) bis d) in wässriger Lösung statt. In particular, process steps a) to d) take place in aqueous solution.
Neben der Salz- und Säuremischung wird in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Fructose-haltige Komponente bereitgestellt. Diese ist bevorzugt eine feste Fructose-haltige Komponente, insbesondere Fructose, oder eine flüssige Fructose-haltige Komponente, insbesondere ein Fructosesirup, ein Fructose/Glucose-Sirup oder eine Fructoselösung, insbesondere eine wässrige Fructoselösung. Die Fructose-haltige Komponente wird daher vorliegend auch als Fructose-haltige Ausgangslösung bezeichnet. Erfindungsgemäß kann die Fructose-haltige Komponente auch aus Saccharose oder Stärke gewonnen werden oder aus Biomasse gewonnene Glucose kann zu Fructose isomerisiert werden. Bevorzugt weist die Fructose-haltige Komponente einen Trockensubstanzgehalt (TS) von 40 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 85 Gew.-% Fructose auf. In addition to the salt and acid mixture, a fructose-containing component is provided in step a) of the process according to the invention. This is preferably a solid fructose-containing component, in particular fructose, or a liquid fructose-containing component, in particular a fructose syrup, a fructose / glucose syrup or a fructose solution, in particular an aqueous fructose solution. The fructose-containing component is therefore also referred to herein as fructose-containing starting solution. According to the invention, the fructose-containing component can also be obtained from sucrose or starch or glucose obtained from biomass can be isomerized to fructose. The fructose-containing component preferably has a dry matter content (TS) of 40 to 100% by weight, preferably 50 to 90% by weight, preferably 60 to 85% by weight, of fructose.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in Schritt a) bereitgestellten Komponenten in Schritt b) zum Erhalten einer Reaktionslösung mit einem Kohlenhydratgehalt von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% (Trockensubstanz, im folgenden auch TS, Kohlenhydrat in Bezug auf Gesamtgewicht Reaktionslösung) vermischt und gemäß Verfahrensschritt c) umgesetzt. Besonders bevorzugt beträgt der Kohlenhydratgehalt der Reaktionslösung in Schritt b) 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 25 Gew.-% bis 35 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-%, 30 Gew.-% oder 40 Gew.-% (jeweils TS Kohlenhydrat in Bezug auf Gesamtgewicht Reaktionslösung). In a preferred embodiment of the present invention, the components provided in step a) are obtained in step b) to obtain a reaction solution having a carbohydrate content of from 5% by weight to 50% by weight (dry matter, hereinafter also TS, carbohydrate Total weight of reaction solution) and reacted according to process step c). The carbohydrate content of the reaction solution in step b) is particularly preferably 10% by weight to 45% by weight, preferably 15% by weight to 40% by weight, preferably 25% by weight to 35% by weight, preferably 20% by weight, 30% by weight or 40% by weight (in each case TS carbohydrate with respect to total weight of reaction solution).
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens beträgt der Fructosegehalt der im Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 40 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 70 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 80 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 90 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 95 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 40 Gew.-% bis 99 Gew.-%, bevorzugt 45 Gew.-% bis 99 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bevorzugt 45 Gew.-% bis 90 Gew.-%, bevorzugt 55 Gew.-% bis 85 Gew.-% (jeweils TS Fructose in Bezug auf die Trockensubstanz des Kohlenhydratanteils, das heißt alle in der Reaktionslösung vorhandenen Kohlenhydrate). In a preferred embodiment of the present process, the fructose content of the reaction solution obtained in process step b) is 40% by weight to 100% by weight, preferably 70% by weight to 100% by weight, preferably 80% by weight to 100% by weight .%, Preferably 90 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 95 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 40 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 99 wt. -%, preferably 50 wt .-% to 95 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 90 wt .-%, preferably 55 wt .-% to 85 wt .-% (each TS fructose in terms of dry matter the carbohydrate portion, that is all carbohydrates present in the reaction solution).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in Schritt a) bereitgestellten Komponenten in Schritt b) zum Erhalten einer Reaktionslösung mit einem Kohlenhydratgehalt von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 45 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 25 Gew.-% bis 35 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-%, 30 Gew.-% oder 40 Gew.-%, (jeweils TS Kohlenhydrat in Bezug auf Gesamtgewicht Reaktionslösung) und einem Fructosegehalt von 40 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 70 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 80 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 90 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 95 Gew.-% bis 100 Gew.%, bevorzugt 40 Gew.-% bis 99 Gew.-%, bevorzugt 45 Gew.-% bis 99 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bevorzugt 45 Gew.-% bis 90 Gew.-%, bevorzugt 55 Gew.-% bis 85 Gew.-% (jeweils TS Fructose in Bezug auf die Trockensubstanz des Kohlenhydratanteils, das heißt alle in der Reaktionslösung vorhandenen Kohlenhydrate) vermischt und gemäß Verfahrensschritt c) umgesetzt. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the components provided in step a) in step b) for obtaining a reaction solution having a carbohydrate content of 5 wt .-% to 50 wt .-%, preferably 10 wt .-% to 45 wt. -%, preferably 15 wt .-% to 40 wt .-%, preferably 25 wt .-% to 35 wt .-%, preferably 20 wt .-%, 30 wt .-% or 40 wt .-%, (each TS carbohydrate with respect to total weight of reaction solution) and a fructose content of 40 wt.% To 100 wt.%, Preferably 70 wt.% To 100 wt.%, Preferably 80 wt.% To 100 wt.%, Preferably 90 Wt .-% to 100 wt.%, Preferably 95 wt .-% to 100 wt.%, Preferably 40 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 99 wt .-%, preferably 50 Wt .-% to 95 wt .-%, preferably 45 wt .-% to 90 wt .-%, preferably 55 wt .-% to 85 wt .-% (each TS fructose with respect to the dry matter of the carbohydrate content, ie all carbohydrates present in the reaction solution) and mixed according to Verfa Step c) implemented.
In besonders bevorzugter Ausführungsform findet das Vermischen, also Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens, der für die Herstellung der Reaktionslösung eingesetzten Komponenten, das heißt insbesondere der Fructose-haltigen Komponente und des Katalysatorsystems in einer Mischvorrichtung und/oder einer Feitung statt. Die Mischvorrichtung beziehungsweise die Feitung und das Reaktorsystem, in dem die Umsetzung, das heißt Schritt c), des vorliegenden Verfahrens stattfindet, können räumlich getrennte Baueinheiten darstellen, die durch mindestens eine Feitung miteinander verbunden sind, sie können auch getrennte, aber integrale Bestandteile einer Vorrichtung darstellen. Bevorzugt wird die Reaktionslösung mithilfe einer Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe, in das Reaktorsystem eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die in Schritt a) bereitgestellte Fructose-haltige Komponente, das Katalysatorsystem oder beide vor Schritt b) auf eine Temperatur von 90 °C bis 200 °C eingestellt. Bevorzugt wird also vor Schritt b) mindestens eine, vorzugsweise alle, der in Schritt a) bereitgestellten Komponenten, das heißt die Fructose- haltige Komponente und das Katalysatorsystem getrennt voneinander auf eine Temperatur von 90 °C bis 200°C, bevorzugt 100 °C bis 175 °C, bevorzugt 150 °C bis 175 °C vorgeheizt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor Schritt b) mindestens eine, vorzugsweise alle, der in Schritt a) bereitgestellten Komponenten auf eine Temperatur von 120 °C bis 180 °C, bevorzugt 130 °C bis 180 °C, bevorzugt 140 °C bis 180 °C vorgeheizt. Insbesondere wird vor Schritt b) mindestens eine, vorzugsweise alle, der in Schritt a) bereitgestellten Komponenten getrennt voneinander auf eine Temperatur von 160 °C, 165 °C, l70°C oder 175 °C vorgeheizt. In a particularly preferred embodiment, mixing, ie step b) of the process according to the invention, of the components used for the preparation of the reaction solution, that is to say in particular the fructose-containing component and the catalyst system, takes place in a mixing device and / or a line. The mixing device or the conduit and the reactor system in which the reaction, that is, step c), of the present method takes place, may be spatially separated units, which are connected by at least one Feitung, they may also separate but integral parts of a device represent. The reaction solution is preferably introduced into the reactor system by means of a pump, in particular a high-pressure pump. In a preferred embodiment of the present invention, the fructose-containing component, the catalyst system or both provided in step a) is adjusted to a temperature of from 90 ° C. to 200 ° C. before step b). Preferably, therefore, before step b), at least one, preferably all, of the components provided in step a), ie the fructose-containing component and the catalyst system, are separated from one another at a temperature of 90 ° C. to 200 ° C., preferably 100 ° C. to 175 ° C, preferably preheated 150 ° C to 175 ° C. In a preferred embodiment of the present invention, before step b), at least one, preferably all, of the components provided in step a) are heated to a temperature of 120 ° C to 180 ° C, preferably 130 ° C to 180 ° C, preferably 140 ° C preheated to 180 ° C. In particular, at least one, preferably all, of the components provided in step a) are preheated separately from one another to a temperature of 160 ° C., 165 ° C., 170 ° C. or 175 ° C. before step b).
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die in Schritt b) erhaltene Reaktionslösung auf eine Temperatur von 90 °C bis 200 °C eingestellt. Bevorzugt wird also die in Schritt b) durch das Vermischen der in Schritt a) bereitgestellten Komponenten erhaltene Reaktionslösung, bevorzugt nach Schritt b) und vor Schritt c), auf eine Temperatur von 90 °C bis 200 °C, bevorzugt 100 °C bis 175 °C, bevorzugt 150 °C bis 175 °C erhitzt. Bevorzugt wird die in Schritt b) erhaltene Reaktionslösung, bevorzugt nach Schritt b) und vor Schritt c), auf eine Temperatur von 120 °C bis 180 °C, bevorzugt 130 °C bis 180 °C, bevorzugt 140 °C bis 180 °C erhitzt. Insbesondere wird die in Schritt b) erhaltene Reaktionslösung auf eine Temperatur von 160 °C, 165 °C, l70°C oder 175 °C erhitzt. In an alternative preferred embodiment of the present invention, the reaction solution obtained in step b) is adjusted to a temperature of 90 ° C to 200 ° C. Preferably, therefore, the reaction solution obtained in step b) by mixing the components provided in step a), preferably after step b) and before step c), to a temperature of 90 ° C to 200 ° C, preferably 100 ° C to 175 ° C, preferably 150 ° C to 175 ° C heated. Preferably, the reaction solution obtained in step b), preferably after step b) and before step c), to a temperature of 120 ° C to 180 ° C, preferably 130 ° C to 180 ° C, preferably 140 ° C to 180 ° C. heated. In particular, the reaction solution obtained in step b) is heated to a temperature of 160 ° C, 165 ° C, l70 ° C or 175 ° C.
In besonders bevorzugter Ausführungsform wird der anschießende Schritt c) des vorliegenden Verfahrens, also das Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF, bei einer Temperatur von 90 bis 200 °C, insbesondere 120 bis 195 °C, insbesondere 140 bis 190 °C, insbesondere 150 bis 180 °C, insbesondere 160 bis 175 °C, insbesondere 165 bis 170 °C, insbesondere 165 bis 175 °C, insbesondere 170 bis 175 °C, insbesondere 160 bis 165 °C, insbesondere 165 °C, insbesondere 170 °C, insbesondere 175 °C durchgeführt. In a particularly preferred embodiment, the subsequent step c) of the present process, ie the reaction of the fructose present in the reaction solution to form HMF, at a temperature of 90 to 200 ° C, in particular 120 to 195 ° C, in particular 140 to 190 ° C, in particular 150 to 180 ° C, in particular 160 to 175 ° C, in particular 165 to 170 ° C, in particular 165 to 175 ° C, in particular 170 to 175 ° C, in particular 160 to 165 ° C, in particular 165 ° C, in particular 170 ° C, in particular 175 ° C performed.
Erfindungsgemäß beträgt die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Temperatur in bevorzugter Ausführungsform zu jedem Zeitpunkt höchstens 200 °C, bevorzugt höchstens 175 °C, insbesondere höchstens 165 °C. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Umsetzung der in der Reaktionslösung enthaltenen Fructose zu HMF in Schritt c) in einem Zeitraum von 0,1 bis 20 min, insbesondere 0,1 bis 15 min, insbesondere 8 bis 13 min, insbesondere 4 bis 10 min, insbesondere 8 bis 10 min, bevorzugt 0,1 bis 8 min, bevorzugt 0,2 bis 7 min, bevorzugt 0,5 bis 5 min, bevorzugt 1 bis 4 min, bevorzugt 5 bis 6 min. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung der Fructose zu HMF in Schritt c) in einem Zeitraum von höchstens 10 min, bevorzugt höchstens 9 min, bevorzugt höchstens 8 min, bevorzugt höchstens 7 min, bevorzugt höchstens 6 min, bevorzugt höchstens 5 min, bevorzugt höchstens 4 Minuten. According to the invention, the temperature used to carry out the process according to the invention in a preferred embodiment at any time at most 200 ° C, preferably at most 175 ° C, in particular at most 165 ° C. In a preferred embodiment of the present invention, the reaction of the fructose contained in the reaction solution to HMF in step c) in a period of 0.1 to 20 min, in particular 0.1 to 15 min, especially 8 to 13 min, in particular 4 to 10 min, in particular 8 to 10 min, preferably 0.1 to 8 min, preferably 0.2 to 7 min, preferably 0.5 to 5 min, preferably 1 to 4 min, preferably 5 to 6 min. The reaction of the fructose into HMF in step c) preferably takes place in a period of at most 10 min, preferably at most 9 min, preferably at most 8 min, preferably at most 7 min, preferably at most 6 min, preferably at most 5 min, preferably at most 4 min.
In bevorzugter Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass in Schritt c) ein Fructoseumsatz von 1 mol-% bis 50 mol-% erreicht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung der Fructose zu HMF in Schritt c) unter Einstellung eines Fructose-Umsatzes von 1 mol-% bis 50 mol-%, bevorzugt 5 mol-% bis 40 mol-%, bevorzugt 10 mol-% bis 30 mol-%, bevorzugt 15 mol-% bis 25 mol-%, bevorzugt 20 mol-% bis 25 mol-%. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung der Fructose zu HMF in Schritt c) unter Einstellung eines Fructose-Umsatzes von höchstens 50 mol-%, bevorzugt höchstens 40 mol-%, bevorzugt höchstens 30 mol-%, bevorzugt höchstens 25 mol-%, bevorzugt höchstens 20 mol-%. Dies erfolgt erfindungsgemäß bei einer Temperatur von 90 °C bis 200 °C. In a preferred embodiment, the invention provides that in step c) a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol% is achieved. In a preferred embodiment, the conversion of the fructose into HMF in step c) takes place with adjustment of a fructose conversion of from 1 mol% to 50 mol%, preferably from 5 mol% to 40 mol%, preferably from 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol%, preferably 20 mol% to 25 mol%. The conversion of the fructose into HMF in step c) preferably takes place with adjustment of a fructose conversion of at most 50 mol%, preferably at most 40 mol%, preferably at most 30 mol%, preferably at most 25 mol%, preferably at most 20 mol -%. This is done according to the invention at a temperature of 90 ° C to 200 ° C.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter„Einstellung eines Fructose- Umsatzes“ verstanden, dass die für die Umsetzung von Fructose zu HMF verwendeten Reaktionsparameter, insbesondere die Reaktionstemperatur und die Reaktionsdauer im Reaktor so gewählt werden, dass es lediglich zu einer limitierten Umsetzung der Fructose von maximal 50 mol-% kommt, wodurch eine hohe HMF-Selektivität und damit verbunden eine geringe Nebenproduktbildung erreicht werden kann. In connection with the present invention, "adjustment of a fructose conversion" means that the reaction parameters used for the conversion of fructose into HMF, in particular the reaction temperature and the reaction time in the reactor, are chosen such that there is only a limited conversion of the fructose of a maximum of 50 mol%, whereby a high HMF selectivity and thus a low by-product formation can be achieved.
Bevorzugt ist es also möglich, im Rahmen der vorgegebenen Parameter gezielt definierte Fructoseumsätze bereitzustellen, insbesondere durch Verwendung der erfindungsgemäß bevorzugten Reaktionstemperatur, gegebenenfalls in bevorzugter Ausführungsform auch der Reaktionszeit, für Schritt c). Anhand dieser Parameter kann auch eine erfindungsgemäß bevorzugte HMF-Selektivität eingestellt werden. In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann die Einstellung des gewünschten Fructoseumsatzes, und gegebenenfalls der HMF-Selektivität, durch Probeentnahme während des Verfahrens, Analyse der Probe und anschließender Berechnung der zum Erreichen der gewünschten Fructoseumsatzwerte und der gegebenenfalls gewünschten HMF-Selektivität aufrecht zu erhaltenden oder anzupassenden Parameter erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung der in der Fructose- haltigen Komponente enthaltenen Fructose in Schritt c) bei einer Temperatur von 90 bis 200 °C, bevorzugt 150 bis 190 °C, insbesondere 160 °C, 165 °C, 170 °C oder l75°C für einen Zeitraum von 4 bis 7 min, bevorzugt 5 bis 6 min, insbesondere 5,6 Minuten. Dies führt bevorzugt zu einem Fructoseumsatz von 1 bis 50 mol-%. Thus, it is preferably possible to provide specifically defined fructose conversions within the scope of the given parameters, in particular by using the inventively preferred reaction temperature, optionally in a preferred embodiment also the reaction time, for step c). On the basis of these parameters, it is also possible to set a preferred HMF selectivity according to the invention. In accordance with the invention, preference may be given to adjusting the desired fructose conversion, and optionally HMF selectivity, by sampling during the process, analysis of the sample, and subsequent calculation of the parameters to be maintained or adjusted to achieve the desired fructose conversion values and optionally desired HMF selectivity , In a particularly preferred embodiment, the reaction of the fructose contained in the fructose-containing component in step c) at a temperature of 90 to 200 ° C, preferably 150 to 190 ° C, in particular 160 ° C, 165 ° C, 170 ° C. or 175 ° C for a period of 4 to 7 minutes, preferably 5 to 6 minutes, especially 5.6 minutes. This preferably leads to a fructose conversion of 1 to 50 mol%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren so eingestellt, dass in Schritt c) eine HMF-Selektivität von 60 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 65 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 70 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 75 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 80 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 85 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 90 mol-% bis 100 mol-% erhalten wird. Bevorzugt beträgt die HMF-Selektivität in Schritt c) mindestens 60 mol-%, bevorzugt mindestens 65 mol-%, bevorzugt mindestens 70 mol-%, bevorzugt mindestens 75 mol-%, bevorzugt mindestens 80 mol-%, bevorzugt mindestens 85 mol-%, bevorzugt mindestens 90 mol-%, bevorzugt mindestens 95 mol-%. In a preferred embodiment of the present invention, the process is adjusted so that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol% is obtained , The HMF selectivity in step c) is preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol% , preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren so eingestellt, dass in Schritt c) eine HMF-Selektivität von 60 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 65 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 70 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 75 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 80 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 85 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 90 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, bevorzugt mindestens 65 mol-%, bevorzugt mindestens 70 mol-%, bevorzugt mindestens 75 mol-%, bevorzugt mindestens 80 mol-%, bevorzugt mindestens 85 mol-%, bevorzugt mindestens 90 mol-%, bevorzugt mindestens 95 mol-% und ein Fructoseumsatz von 1 mol-% bis 50 mol-%, bevorzugt 5 mol-% bis 40 mol-%, bevorzugt 10 mol-% bis 30 mol-%, bevorzugt 15 mol-% bis 25 mol-%, bevorzugt 20 mol-% bis 25 mol-%, bevorzugt höchstens 50 mol-%, bevorzugt höchstens 40 mol-%, bevorzugt höchstens 30 mol-%, bevorzugt höchstens 25 mol-%, bevorzugt höchstens 20 mol-% erhalten wird. In a preferred embodiment of the present invention, the process is adjusted so that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol%, preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol%, preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol% and a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol%, preferably 5 mol% to 40 mol%, preferably 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol% , preferably 20 mol% to 25 mol%, preferably at most 50 mol%, preferably at most 40 mol%, preferably at most 30 mol%, preferably at most 25 mol%, preferably at most 20 mol% is obtained.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren so eingestellt, dass in Schritt c) eine HMF-Selektivität von 60 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 65 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 70 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 75 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 80 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 85 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt 90 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, bevorzugt mindestens 65 mol-%, bevorzugt mindestens 70 mol-%, bevorzugt mindestens 75 mol-%, bevorzugt mindestens 80 mol-%, bevorzugt mindestens 85 mol-%, bevorzugt mindestens 90 mol-%, bevorzugt mindestens 95 mol-% und ein Fructoseumsatz von 1 mol-% bis 50 mol-%, bevorzugt 5 mol-% bis 40 mol-%, bevorzugt 10 mol-% bis 30 mol-%, bevorzugt 15 mol-% bis 25 mol-%, bevorzugt 20 mol-% bis 25 mol-%, bevorzugt höchstens 50 mol-%, bevorzugt höchstens 40 mol-%, bevorzugt höchstens 30 mol-%, bevorzugt höchstens 25 mol-%, bevorzugt höchstens 20 mol-% erhalten wird, wobei dies mithilfe einer Temperatur von 90 bis 200 °C, insbesondere 140 bis 190 °C, insbesondere 150 bis 180 °C, insbesondere 160 bis 175 °C, insbesondere 165 bis 170 °C, insbesondere 165 bis 175 °C, insbesondere 170 bis 175 °C, insbesondere 160 bis 165 °C, insbesondere 165 °C, insbesondere 170 °C, insbesondere 175 °C und innerhalb eines Zeitraums von 0,1 bis 20 min, insbesondere 0,1 bis 15 min, insbesondere 8 bis 13 min, insbesondere 4 bis 10 min, insbesondere 8 bis 10 min, bevorzugt 0,1 bis 8 min, bevorzugt 0,2 bis 7 min, bevorzugt 0,5 bis 5 min, bevorzugt 1 bis 4 min, bevorzugt 5 bis 6 min erreicht wird. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the process is adjusted such that in step c) an HMF selectivity of 60 mol% to 100 mol%, preferably 65 mol% to 100 mol%, preferably 70 mol% to 100 mol%, preferably 75 mol% to 100 mol%, preferably 80 mol% to 100 mol%, preferably 85 mol% to 100 mol%, preferably 90 mol% to 100 mol%, preferably at least 60 mol%, preferably at least 65 mol%, preferably at least 70 mol%, preferably at least 75 mol%, preferably at least 80 mol%, preferably at least 85 mol%, preferably at least 90 mol%, preferably at least 95 mol% and a fructose conversion of 1 mol% to 50 mol%, preferably 5 mol% to 40 mol%, preferably 10 mol% to 30 mol%, preferably 15 mol% to 25 mol%, preferably 20 mol% to 25 mol%, preferably at most 50 mol%, preferably at most 40 mol -%, preferably at most 30 mol%, preferably at most 25 mol%, preferably at most 20 mol% is obtained, this by means of a temperature of 90 to 200 ° C, in particular 140 to 190 ° C, in particular 150 to 180 ° C, in particular 160 to 175 ° C, in particular 165 to 170 ° C, in particular 165 to 175 ° C, in particular 170 to 175 ° C, in particular 160 to 165 ° C, in particular 165 ° C, in particular 170 ° C, in particular 175 ° C and within a period of 0.1 to 20 minutes, in particular 0.1 to 15 minutes, in particular 8 to 13 minutes, in particular 4 to 10 minutes, in particular 8 to 10 minutes, preferably 0.1 to 8 minutes, preferably 0, 2 to 7 minutes, preferably 0.5 to 5 minutes, preferably 1 to 4 minutes, preferably 5 to 6 minutes.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die HMF- Selektivität auf den umgesetzten Fructoseanteil bezogen, wobei Anteile anderer Kohlenhydrate, insbesondere Glucose unberücksichtigt bleiben. In the context of the present invention, the HMF selectivity is based on the amount of fructose that has been converted, whereby proportions of other carbohydrates, in particular glucose, are disregarded.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die HMF -Ausbeute bei 3 bis 50 mol-%, bevorzugt 5 bis 45 mol-%, bevorzugt 10 bis 40 mol-%, bevorzugt 15 bis 35 mol-%, besonders bevorzugt bei 20 bis 30 mol-%. In a preferred embodiment of the present invention, the HMF yield is 3 to 50 mol%, preferably 5 to 45 mol%, preferably 10 to 40 mol%, preferably 15 to 35 mol%, particularly preferably 20 to 30 mol%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt c) der Druck zum Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF so eingestellt, dass ein Sieden der Reaktionslösung und damit das Auftreten von Dampfblasen vermieden wird. Bevorzugt liegt der Druck zum Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF im Reaktorsystem bei 0,1 bis 2 MPa, bevorzugt 0,2 bis 1,5 MPa, besonders bevorzugt 1 MPa. In a preferred embodiment of the present invention, in step c), the pressure for reacting the fructose present in the reaction solution to HMF is adjusted so that boiling of the reaction solution and thus the occurrence of vapor bubbles is avoided. The pressure for reacting the fructose present in the reaction solution to form HMF in the reactor system is preferably 0.1 to 2 MPa, preferably 0.2 to 1.5 MPa, particularly preferably 1 MPa.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die in der Reaktionslösung vorhandene Fructose in Schritt c) unter Einstellung verschiedener Parameter wie Temperatur, Reaktionszeit, pH-Wert, Katalysatorkonzentration, Säure/Salz- Verhältnis und/oder Druck zu HMF umgesetzt wird und in Schritt d) eine flüssige HMF -haltige Produktmischung erhalten wird. Bevorzugt wird das Verfahren also so geführt, dass es durch Einstellung der Temperatur, und bevorzugt auch der Reaktionszeit, zielgerichtet zu einer limitierten Umsetzung der Fructose von 1 mol-% bis 50 mol-% kommt, wodurch eine überraschend hohe HMF- Selektivität, bevorzugt von 60 mol-% bis 100 mol-%, erreicht werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäß vorgesehene Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF und das Erhalten von HMF gemäß der Verfahrensschritte c) und d) ein einstufiges Verfahren vor. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Verfahrensweise gemäß der Verfahrensschritte c) und d) bevorzugt keine zweistufige Verfahrensweise. According to the invention, it is provided that the fructose present in the reaction solution is converted to HMF in step c) by adjusting various parameters such as temperature, reaction time, pH, catalyst concentration, acid / salt ratio and / or pressure and in step d) a liquid HMF-containing product mixture is obtained. The process is thus preferably carried out in such a way that, by adjusting the temperature, and preferably also the reaction time, a limited reaction of the fructose of 1 mol% to 50 mol% occurs, as a result of which a surprisingly high HMF selectivity, preferably of 60 mol% to 100 mol%, can be achieved. In a particularly preferred embodiment, the reaction of the fructose present in the reaction solution to HMF and the obtaining of HMF according to process steps c) and d) provide for a one-step process. In particular, the procedure according to the invention according to process steps c) and d) is preferably not a two-step procedure.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren weiterhin Schritt: e) Abkühlen der in Schritt d) erhaltenen flüssigen HMF-Produktmischung auf eine Temperatur von 20 °C bis 80 °C, bevorzugt 25 °C bis 70 °C, bevorzugt 30 °C bis 60 °C, bevorzugt 30 °C bis 55 °C, bevorzugt 30 °C bis 50 °C, bevorzugt 30 °C bis 45 °C, bevorzugt 30 °C bis 40 °C, bevorzugt 80 °C, bevorzugt 70 °C, bevorzugt 60 °C, bevorzugt 55 °C, bevorzugt 50 °C, bevorzugt 45 °C, bevorzugt 40 °C, bevorzugt 35 °C, bevorzugt 30 °C. Bevorzugt wird die flüssige HMF-Produktmischung in Schritt e) auf eine Temperatur von höchstens 75°C, bevorzugt höchstens 70 °C, bevorzugt höchstens 60 °C, bevorzugt höchstens 55 °C, bevorzugt höchstens 50 °C, bevorzugt höchstens 45 °C, bevorzugt höchstens 40 °C, bevorzugt höchstens 35 °C abgekühlt. Dies kann erfindungsgemäß ein- oder zweistufig erfolgen. In a preferred embodiment, the present process further comprises the step of: e) cooling the liquid HMF product mixture obtained in step d) to a temperature of 20 ° C to 80 ° C, preferably 25 ° C to 70 ° C, preferably 30 ° C to 60 ° C, preferably 30 ° C to 55 ° C, preferably 30 ° C to 50 ° C, preferably 30 ° C to 45 ° C, preferably 30 ° C to 40 ° C, preferably 80 ° C, preferably 70 ° C, preferably 60 ° C, preferably 55 ° C, preferably 50 ° C, preferably 45 ° C, preferably 40 ° C, preferably 35 ° C, preferably 30 ° C. The liquid HMF product mixture is preferably heated in step e) to a temperature of at most 75 ° C., preferably at most 70 ° C., preferably at most 60 ° C., preferably at most 55 ° C., preferably at most 50 ° C., preferably at most 45 ° C. preferably at most 40 ° C, preferably at most 35 ° C cooled. This can be done according to the invention in one or two stages.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur der flüssigen HMF-Produktmischung in Schritt e) in einem Zeitraum von 0,1 bis 10 min, bevorzugt 0,1 bis 9 min, bevorzugt 0,1 bis 8 min, bevorzugt 0,2 bis 7 min, bevorzugt 0,2 bis 6 min, bevorzugt 0,5 bis 5 min, bevorzugt 0,5 bis 4 min, bevorzugt 0,5 bis 3 min eingestellt, beziehungsweise abgekühlt. Bevorzugt wird die Temperatur der Produktmischung in Schritt e) in höchstens 10 min, bevorzugt höchstens 9 min, bevorzugt höchstens 8 min, bevorzugt höchstens 7 min, bevorzugt höchstens 6 min, bevorzugt höchstens 5 min, bevorzugt höchstens 4 min, bevorzugt höchstens 3 min, bevorzugt höchstens 2 min, bevorzugt höchstens 1 min, bevorzugt höchstens 0,5 min eingestellt, beziehungsweise abgekühlt. Somit wird die in Schritt d) erhaltene HMF-haltige Produktmischung nach Erreichen des limitierten Fructose-Umsatzes von maximal 50 mol-% in Schritt e) auf eine Temperatur von 20 °C bis 80 °C abgekühlt. Dies verhindert vorteilhafterweise weitestgehend die Bildung unerwünschter Nebenprodukte sowie die Zersetzung des gebildeten HMF. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von HMF wird bevorzugt in einem geeigneten Reaktorsystem durchgeführt. Erfindungsgemäß bevorzugt handelt es sich dabei um ein kontinuierliches Reaktorsystem. In a preferred embodiment of the present invention, the temperature of the liquid HMF product mixture in step e) in a period of 0.1 to 10 minutes, preferably 0.1 to 9 minutes, preferably 0.1 to 8 minutes, preferably 0.2 to 7 min, preferably 0.2 to 6 min, preferably 0.5 to 5 min, preferably 0.5 to 4 min, preferably 0.5 to 3 min set, or cooled. The temperature of the product mixture in step e) is preferably not more than 10 min, preferably not more than 9 min, preferably not more than 8 min, preferably not more than 7 min, preferably not more than 6 min, preferably not more than 5 min, preferably not more than 4 min, preferably not more than 3 min. preferably at most 2 minutes, preferably at most 1 minute, preferably set at most 0.5 minutes, or cooled. Thus, the HMF-containing product mixture obtained in step d) is cooled to a temperature of 20 ° C to 80 ° C after reaching the limited fructose conversion of not more than 50 mol% in step e). This advantageously prevents as far as possible the formation of undesirable by-products and the decomposition of the HMF formed. The process according to the invention for producing HMF is preferably carried out in a suitable reactor system. According to the invention, this is preferably a continuous reactor system.
In besonders bevorzugter Ausführungsform wird das eingesetzte kontinuierliche Reaktorsystem als Rohrreaktorsystem ausgeführt. Ein derartiges kontinuierliches Reaktorsystem ist ein dem Fachmann bekanntes Reaktorsystem. In besonders bevorzugter Ausführungsform kann auch ein kontinuierliches Reaktorsystem, insbesondere ein Konti-System, mit geringer Rückvermischung eingesetzt werden. In besonders bevorzugter Ausführungsform kann als kontinuierliches Reaktorsystem ein plug-flow-Reaktor (PFR) eingesetzt werden. In bevorzugter Ausführungsform kann das kontinuierliche Reaktorsystem auch als Strömungsrohr, Rührkessel oder Rührkesselkaskade ausgeführt sein. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem plug-flow-Reaktor (PFR) ein sogenanntes ideales Strömungsrohr (IR) verstanden, das heißt ein rohrförmiger Reaktor, in welchem eine Pfropfenströmung vorliegt. Ein derartiger Reaktor ist insbesondere auch dadurch ausgezeichnet, dass keine Vermischung, Rückströmung oder Verwirbelung der durchgeführten Reaktionslösung stattfindet, sondern vielmehr eine gleichmäßige Durchströmung unter parallel stattfindender Stoffümwandlung stattfindet. Der plug-flow-Reaktor stellt insbesondere sicher, dass jeder in den plug-flow-Reaktor eingespeiste Stoff, insbesondere jede eingespeiste Komponente, unter gleichen Bedingungen kontinuierlich umgesetzt wird, das heißt alle Komponenten dem Umsetzungsprozess für die gleiche Zeitdauer ausgesetzt werden. In a particularly preferred embodiment, the continuous reactor system used is designed as a tubular reactor system. Such a continuous reactor system is a reactor system known to those skilled in the art. In a particularly preferred embodiment, it is also possible to use a continuous reactor system, in particular a continuous system, with little backmixing. In a particularly preferred embodiment, a plug-flow reactor (PFR) can be used as the continuous reactor system. In a preferred embodiment, the continuous reactor system can also be designed as a flow tube, stirred tank or stirred tank cascade. In the context of the present invention, a plug-flow reactor (PFR) is understood to be a so-called ideal flow tube (IR), that is to say a tubular reactor in which there is a plug flow. In particular, such a reactor is also distinguished by the fact that no mixing, backflow or turbulence of the reaction solution carried out takes place, but rather a uniform flow takes place under mass transfer taking place in parallel. In particular, the plug-flow reactor ensures that each substance fed into the plug-flow reactor, in particular each component fed in, is continuously reacted under the same conditions, ie all components are exposed to the conversion process for the same period of time.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren optional weiterhin den Schritt: f) Filtration, Entfärbung und/oder Reinigung der flüssigen HMF-Produktmischung. In a preferred embodiment, the present process optionally further comprises the step of: f) filtering, decolorizing and / or purifying the liquid HMF product mixture.
Das heißt, in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform findet eine Filtration der HMF- Produktmischung, bevorzugt über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem, und eine Entfärbung und/oder Reinigung der Produktmischung, bevorzugt eine Entfärbung und/oder Reinigung über Aktivkohle, statt. Bevorzugt erfolgt eine Filtration der Produktmischung über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem und eine Entfärbung und/oder Reinigung der Produktmischung zum Beispiel über Aktivkohle nach Schritt e). Bevorzugt erfolgt eine Filtration der Produktmischung über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem und eine Entfärbung und/oder Reinigung der Produktmischung zum Beispiel über Aktivkohle vor Schritt g) oder h). In besonders bevorzugter Ausführungsform kann nach Verfahrensschritt e) und/oder Verfahrensschritt g) in beliebiger Reihenfolge eine Filtration über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem, eine Entfärbung und/oder Reinigung der Produktmischung, insbesondere über Aktivkohle und gegebenenfalls nach Schritt g) eine nochmalige Filtration über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem durchgeführt werden. In besonders bevorzugter Ausführungsform wird nach Schritt e) und/oder Verfahrensschritt g) zunächst eine Filtration über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem, dann eine Entfärbung und/oder Reinigung, insbesondere über Aktivkohle und gegebenenfalls nach Schritt g) eine nochmalige Filtration über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem in dieser Reihenfolge durchgeführt. Erfindungsgemäß bevorzugt wird für die Filtration ein Metallsinterfilter verwendet. That is, in a further preferred embodiment, there is a filtration of the HMF product mixture, preferably via a suitable filter or a suitable filter system, and a decolorization and / or purification of the product mixture, preferably a decolorization and / or purification over activated carbon instead. Filtration of the product mixture preferably takes place via a suitable filter or a suitable filter system and decolorization and / or purification of the product mixture, for example via activated carbon after step e). Preferably, a filtration of the product mixture via a suitable filter or a suitable filter system and a decolorization and / or purification of the product mixture, for example via activated carbon before Step g) or h). In a particularly preferred embodiment, after process step e) and / or process step g) in any order a filtration through a suitable filter or a suitable filter system, a decolorization and / or purification of the product mixture, in particular over activated carbon and optionally after step g) a repeated filtration be carried out via a suitable filter or a suitable filter system. In a particularly preferred embodiment, after step e) and / or process step g), first a filtration through a suitable filter or a suitable filter system, then a decolorization and / or purification, in particular via activated carbon and optionally after step g) a repeated filtration over a suitable Filter or a suitable filter system performed in this order. According to the invention, a metal sintered filter is preferably used for the filtration.
Bevorzugt werden durch die Filtration der Produktmischung über einen geeigneten Filter oder ein geeignetes Filtersystem und Entfärbung und/oder Reinigung über zum Beispiel Aktivkohle unerwünschte Nebenprodukte, insbesondere lösliche und unlösliche Huminstoffe, aus der Produktmischung entfernt. Preference is given to removing unwanted by-products, in particular soluble and insoluble humic substances, from the product mixture by filtering the product mixture through a suitable filter or a suitable filter system and decolorizing and / or purifying via, for example, activated carbon.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die in Schritt e) oder gegebenenfalls Schritt f) erhaltene Produktmischung einen Trockensubstanzgehalt von 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt höchstens 40 Gew.-%, bevorzugt höchstens 60 Gew.-% auf. In a preferred embodiment of the present invention, the product mixture obtained in step e) or optionally step f) has a dry matter content of 5 to 50 wt .-%, preferably 10 to 40 wt .-%, preferably at least 5 wt .-%, preferably at least 10 wt .-%, preferably at most 40 wt .-%, preferably at most 60 wt .-% on.
Sollte der Trockensubstanzgehalt der in Schritt e) oder gegebenenfalls f) erhaltenen Produktmischung zu niedrig sein, kann es erfindungs gemäß vorgesehen sein, dass das vorliegende Verfahren optional weiterhin den Schritt umfasst: g) Einstellen der flüssigen HMF -Produktmischung auf einen Trockensubstanzgehalt von 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%. If the dry matter content of the product mixture obtained in step e) or optionally f) is too low, it may be provided according to the invention that the present process optionally further comprises the step of: g) adjusting the liquid HMF product mixture to a dry matter content of 20 to 70 Wt .-%, preferably 25 to 50 wt .-%, preferably 25 to 45 wt .-%, preferably 30 to 45 wt .-%, preferably 30 to 40 wt .-%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt e) oder gegebenenfalls f) erhaltene Produktmischung auf einen Trockensubstanzgehalt von 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt höchstens 70 Gew.-%, bevorzugt höchstens 60 Gew.-%, bevorzugt höchstens 50 Gew.-% eingestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren weiterhin die Schritte: h) Aufreinigen der flüssigen HMF-Produktmischung mittels Chromatographie, Ultra- und/oder Nanofiltration, Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel, Adsorption an ein geeignetes Material und anschließender gezielter Desorption und/oder Elektrodialyse zur Abtrennung mindestens einer HMF-Fraktion, und i) Erhalten mindestens einer HMF-Fraktion. In a further preferred embodiment, the product mixture obtained in step e) or optionally f) to a dry matter content of 20 to 70 wt .-%, preferably at least 20 wt .-%, preferably at least 30 wt .-%, preferably at least 40 wt. -%, preferably at least 50 wt .-%, preferably at most 70 wt .-%, preferably at most 60 wt .-%, preferably at most 50 wt .-% set. In a preferred embodiment, the present method further comprises the steps of: h) purifying the liquid HMF product mixture by means of chromatography, ultrafiltration and / or nanofiltration, extraction with a suitable extractant, adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis Separating at least one HMF fraction, and i) obtaining at least one HMF fraction.
Das heißt, bevorzugt wird durch die Anwendung mindestens eines der genannten Aufreinigungsprozesse mindestens eine HMF-Fraktion aus der flüssigen HMF -haltigen Produktmischung abgetrennt, sodass lediglich andere in der Produktmischung enthaltene Komponenten wie beispielsweise nicht umgesetzte Fructose, Glucose oder Nebenprodukte wie organische Säuren und Humine übrigbleiben. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, eine Kombination von mindestens zwei oder mehr der genannten Aufreinigungsprozesse für die Abtrennung mindestens einer HMF-Fraktion und/oder gegebenenfalls anderen Fraktionen enthaltend eine oder mehrere andere Komponenten der Produktmischung, anzuwenden. That is, preferably by the application of at least one of said purification processes, at least one HMF fraction is separated from the liquid HMF-containing product mixture so that only other components contained in the product mixture, such as unreacted fructose, glucose or by-products such as organic acids and humins, remain , It may also be provided according to the invention to use a combination of at least two or more of said purification processes for the separation of at least one HMF fraction and / or optionally other fractions containing one or more other components of the product mixture.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren weiterhin die Schritte: h) Aufreinigen der flüssigen HMF-Produktmischung mittels Chromatographie, Ultra- und/oder Nanofiltration, Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel, Adsorption an ein geeignetes Material und anschließender gezielter Desorption und/oder Elektrodialyse zur Abtrennung mindestens einer Fraktion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer HMF- Fraktion, einer Glucose-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organischen Säuren- Fraktion, und i) Erhalten mindestens einer Fraktion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer HMF- Fraktion, einer Glucose-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organischen Säuren-In an alternative preferred embodiment, the present method further comprises the steps of: h) purifying the liquid HMF product mixture by means of chromatography, ultra- and / or nanofiltration, extraction with a suitable extractant, adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis for separating at least one fraction selected from the group consisting of an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction, and i) obtaining at least one fraction selected from the group consisting of an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid
Fraktion. Fraction.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, mindestens eine der in Schritt i) erhaltenen Fraktionen mithilfe eines Aufreinigungsprozesses ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chromatographie, Ultra- und/oder Nanofiltration, Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel, Adsorption an ein geeignetes Material und anschließender gezielter Desorption und/oder Elektrodialyse weiterzubehandeln. It may further be provided, at least one of the fractions obtained in step i) by means of a purification process selected from the group consisting of chromatography, ultra and / or nanofiltration, extraction with a suitable Extracting agent to further treat adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis.
Einer der im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen Aufreinigungsprozesse ist die Ultra- und/oder Nanofiltration. Hierbei kann über geeignete Membranen zum einen eine Aufkonzentration der flüssigen HMF-haltigen Produktmischung erfolgen, zum anderen aber auch eine Entfernung von löslichen und/oder unlöslichen Huminen oder im Falle von Nanofiltration auch eine Abtrennung von HMF und/oder organischen Säuren aus der Produktmischung erfolgen. Bevorzugt kann durch die Ultra- und/oder Nanofiltration daher eine aufkonzentrierte Produktmischung, eine von löslichen und/oder unlöslichen Huminstoffen befreite Produktmischung, eine HMF-Fraktion und eine von HMF befreite Produktmischung, eine HMF-Fraktion und/oder eine organische Säuren Fraktion und eine von HMF und/oder organischen Säuren befreite Produktmischung, oder eine Glucose- und/oder Fructose-Fraktion und eine von Huminen und/oder Glucose und/oder Fructose befreite Produktmischung erhalten werden. One of the purification processes envisaged in the process according to the invention is ultra-filtration and / or nanofiltration. This can be done via suitable membranes on the one hand, a concentration of the liquid HMF-containing product mixture, on the other hand, but also a removal of soluble and / or insoluble humins or in the case of nanofiltration, a separation of HMF and / or organic acids from the product mixture. Therefore, a concentrated product mixture, a product mixture freed from soluble and / or insoluble humic substances, an HMF fraction and a product mixture freed of HMF, an HMF fraction and / or an organic acid fraction and a product mixture freed from HMF and / or organic acids, or a glucose and / or fructose fraction and a product mixture freed from humins and / or glucose and / or fructose.
Ein weiterer im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehener Aufreinigungsprozess ist die Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel. Zur Extraktion von HMF aus der HMF- haltigen Produktmischung wird vorzugsweise ein Fösungsmittel verwendet, welches nicht oder kaum mit Wasser mischbar ist und welches eine ausreichend hohe Affinität zu HMF aufweist. Idealerweise ist der Siedepunkt des organischen Fösungsmittels bevorzugt relativ niedrig und der Dichteunterschied zwischen Wasser und dem Fösungsmittel ausreichend hoch sodass eine Phasentrennung erzielt werden kann. Geeignete Fösungsmittel sind bevorzugt Methylisobutylketon, Ethylacetat, Methylethylketon, Butanol, Diethylether, Methylbutylether, Isoamylalkohol, Methyltetrahydrofüran oder ähnliche. Nach dem Extraktionsschritt bleibt eine wässrige Produktmischung, die nicht umgesetzte Fructose und Glucose enthält, übrig und es wird eine organische Phase, die HMF und gegebenenfalls organische Säuren enthält, erhalten. Another purification process provided in the process according to the invention is the extraction with a suitable extraction agent. For the extraction of HMF from the HMF-containing product mixture it is preferred to use a solvent which is immiscible or hardly miscible with water and which has a sufficiently high affinity for HMF. Ideally, the boiling point of the organic solvent is preferably relatively low and the density difference between water and the solvent sufficiently high so that phase separation can be achieved. Suitable solvents are preferably methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, butanol, diethyl ether, methyl butyl ether, isoamyl alcohol, methyl tetrahydrofuran or the like. After the extraction step, an aqueous product mixture containing unreacted fructose and glucose remains and an organic phase containing HMF and optionally organic acids is obtained.
Ein weiterer im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehener Aufreinigungsprozess ist die Adsorption an ein geeignetes Material und die anschließende Desorption. Die Adsorption von HMF kann prinzipiell an jedes Material erfolgen das bevorzugt HMF aus Hexose-haltigen Fösungen adsorbiert. Bevorzugte Materialien sind Polymcr-basicrtc Harze wie beispielsweise Divinylbenzol-Styrol-Copolymere, Adsorber-Harze, Aktivkohlen, Zeolithe, Aluminiumoxide, nicht-fünktionalisierte Harze oder Kationentauscherharze. Die in Schritt e), f) oder g) erhaltene Produktmischung wird vorzugsweise kontinuierlich mit dem HMF-adsorbierenden Material in Kontakt gebracht, jedoch maximal bis zur Erschöpfung des Materials. Anschließend wird das adsorbierte HMF mit einem geeigneten Desorptionsmittel wie beispielsweise Wasser oder polaren organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen, Ethylacetat, THF oder ähnlichen desorbiert. Aus dem organischen Lösungsmittel kann HMF dann durch geeignete Verfahren gewonnen werden. Another purification process provided in the process according to the invention is the adsorption on a suitable material and the subsequent desorption. The adsorption of HMF can in principle be carried out on any material which preferably adsorbs HMF from hexose-containing solutions. Preferred materials are Polymcr-basicrtc resins such as divinylbenzene-styrene copolymers, adsorbent resins, activated carbons, zeolites, aluminas, non-functionalized resins or cation exchange resins. The product mixture obtained in step e), f) or g) is preferably continuously mixed with the HMF adsorbing material in Contact, but not more than exhaustion of the material. Subsequently, the adsorbed HMF is desorbed with a suitable desorbent such as water or polar organic solvents such as alcohols, ethyl acetate, THF or the like. From the organic solvent HMF can then be recovered by suitable methods.
Ein weiterer im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehener Aufreinigungsprozess ist die Elektrodialyse. Diese ist ein elektrochemisch getriebener Membranprozess, bei dem Ionentauschermembranen in Kombination mit einer elektrischen Potentialdifferenz genutzt werden, um ionische Spezies von ungeladenen Spezies oder Verunreinigungen in der Lösung zu trennen. Im Falle des vorliegenden Prozesses kann die Elektrodialyse dazu genutzt werden, die Produktmischung von anorganischen und/oder organischen Kationen und Anionen wie beispielsweise Salze aus der Salz- und Säuremischung, Lävulin- und Ameisensäure als Nebenprodukte zu befreien. Another purification process provided in the process according to the invention is electrodialysis. This is an electrochemically driven membrane process that utilizes ion exchange membranes in combination with an electrical potential difference to separate ionic species from uncharged species or contaminants in the solution. In the case of the present process, the electrodialysis can be used to rid the product mixture of inorganic and / or organic cations and anions, such as salts of the salt and acid mixture, lavulinic and formic acids as by-products.
Ein weiterer im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehener Aufreinigungsprozess ist die Chromatographie. Diese wird nachstehend näher erläutert. Another purification process provided in the process according to the invention is chromatography. This will be explained in more detail below.
Alle vorstehend genannten Aufreinigungsprozesse können einzeln oder auch in Kombination miteinander angewendet werden. All the aforementioned purification processes can be used individually or in combination with each other.
Besonders bevorzugt wird in Schritt h) das in der Produktmischung enthaltene HMF unter Verwendung eines chromatographischen Verfahrens, insbesondere mittels Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere Kationenaustauscherharzen, insbesondere mittels ein- oder mehrstufiger Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere Kationenaustauscherharzen, von den weiteren Komponenten der Produktmischung abgetrennt. In step h), the HMF contained in the product mixture is particularly preferably separated off from the further components of the product mixture using a chromatographic method, in particular by means of chromatography on ion exchange resins, in particular cation exchange resins, in particular by means of single or multistage chromatography on ion exchange resins, in particular cation exchange resins.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere Chromatographie an Kationenaustauscherharzen, eine Ionenaustauschchromatographie, insbesondere eine Kationenaustauschchromatographie. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in particular chromatography on cation exchange resins, is an ion exchange chromatography, in particular a cation exchange chromatography.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird die flüssige HMF- Produktmischung in Schritt h) mittels Chromatographie in mindestens vier Fraktionen, umfassend eine HMF-Fraktion, eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren Fraktion aufgetrennt und in Schritt i) mindestens eine HMF-Fraktion, eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren Fraktion erhalten. In a preferred embodiment of the present invention, the liquid HMF product mixture in step h) is chromatographed in at least four fractions comprising an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and a separated organic acids fraction and in step i) at least one HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction.
Besonders bevorzugt erfolgt die Aufreinigung der in Schritt e), gegebenenfalls f) oder gegebenenfalls g) erhaltenen Produktmischung gemäß Schritt h) mittels Chromatographie kontinuierlich. Unter einer kontinuierlichen Chromatographie wird bevorzugt auch eine simulierte Gegenstromchromatographie, wie zum Beispiel die Simulated Moving Bed Chromatography (SMB), verstanden. Particularly preferably, the purification of the product mixture obtained in step e), if appropriate f) or optionally g) in step h) is carried out continuously by chromatography. Continuous chromatography is also preferably understood to mean simulated countercurrent chromatography, such as Simulated Moving Bed Chromatography (SMB).
Kontinuierliche Chromatographieverfahren sind dem Fachmann allgemein bekannt. Beispielsweise zeigt die US 2011 /0137084 Al die Funktionsweise der SMB Verfahrens. Weitere geeignete Chromatographieverfahren sind in A. Rajendran et al.; J. Chromatogr. A 1216 (2009), Seiten 709 bis 738 offenbart. Continuous chromatography methods are well known to those skilled in the art. For example, US 2011/0137084 Al shows the operation of the SMB method. Other suitable chromatography methods are described in A. Rajendran et al .; J. Chromatogr. A 1216 (2009), pages 709-738.
Simulated Moving Bed (SMB) Systeme beziehungsweise Weiterentwicklungen des SMB- Systems, wie zum Beispiel Sequential SMB (SSMB), Intermittent/Improved SMB (ISMB) oder New MCI (NMCI) erlauben in vorteilhafter Weise die Trennung und die Gewinnung der vier beschriebenen Fraktionen in kontinuierlicher Betriebsweise. Simulated Moving Bed (SMB) systems or enhancements of the SMB system, such as Sequential SMB (SSMB), Intermittent / Improved SMB (ISMB) or New MCI (NMCI) advantageously allow the separation and recovery of the four described fractions in continuous operation.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, in Schritt h) ein Simulated Moving Bed-Verfahren (SMB), ein Sequential Simulated Moving Bed-Verfahren (SSMB) oder ein Improved Simulated Moving Bed-Verfahren beziehungsweise Intermittent Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB). Bevorzugt ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, in Schritt h) ein Simulated Moving Bed-Verfahren (SMB), ein Sequential Simulated Moving Bed-Verfahren (SSMB), ein Improved Simulated Moving Bed- Verfahren (ISMB) oder ein New MCI-Verfahren (NMCI). Durch die Verwendung eines Simulated Moving Bed- Verfahrens (SMB), eines Sequential Simulated Moving Bed- Verfahrens (SSMB), eines Improved Simulated Moving Bed- Verfahrens (ISMB) oder eines New MCI- Verfahrens (NMCI) in Schritt h) ist es vorteilhafterweise möglich, die Aufreinigung der in Schritt e), f) oder g) erhaltenen Produktmischung zur Abtrennung einer HMF-Fraktion, einer Glucose-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organische Säuren-Fraktion in einer kontinuierlichen Fahrweise durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere an Kationenaustauscherharzen, in Schritt h) ein einstufiges Verfahren. Bevorzugt ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere an Kationenaustauscherharzen, in Schritt h) ein mehrstufiges Verfahren, bevorzugt ein zweistufiges Verfahren. In a preferred embodiment of the present invention, chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) is a Simulated Moving Bed (SMB) method, a Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB) method or an Improved Simulated Moving Bed method or intermittent Simulated moving bed method (ISMB). Preference is given to chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) a simulated moving bed method (SMB), a sequential simulated moving bed method (SSMB), an improved simulated moving bed method (ISMB) or a new MCI Procedure (NMCI). By using a Simulated Moving Bedding (SMB) method, a Sequentially Simulated Moving Bedding (SSMB) method, an Improved Simulated Moving Bed (ISMB) method, or a New MCI (NMCI) method in step h), it is advantageous possible to carry out the purification of the product mixture obtained in step e), f) or g) for the separation of an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction in a continuous procedure. In a preferred embodiment of the present invention, the chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) is a one-step process. Chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) is preferably a multi-stage process, preferably a two-stage process.
Bevorzugt umfasst die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, insbesondere an Kationenaustauscherharzen, in Schritt h) mehrere Stufen, bevorzugt mindestens zwei Stufen, bevorzugt mindestens drei Stufen, bevorzugt zwei Stufen, bevorzugt drei Stufen. The chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in particular on cation exchange resins, in step h) preferably comprises a plurality of stages, preferably at least two stages, preferably at least three stages, preferably two stages, preferably three stages.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt es in Schritt h) in einer ersten Stufe der Chromatographie zur Abtrennung von mindestens einer Fraktion, bevorzugt genau einer Fraktion, insbesondere einer HMF-Fraktion oder einer Glucose-Fraktion, bevorzugt von mindestens zwei Fraktionen, bevorzugt genau zwei Fraktionen, bevorzugt genau drei Fraktionen. In a preferred embodiment of the present invention, in step h) in a first stage of the chromatography for the separation of at least one fraction, preferably exactly one fraction, in particular an HMF fraction or a glucose fraction, preferably at least two fractions, preferably exactly two fractions, preferably exactly three fractions.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt es in Schritt h) in einer zweiten Stufe der Chromatographie zur Abtrennung von mindestens einer Fraktion, bevorzugt genau einer Fraktion, bevorzugt von mindestens zwei Fraktionen, bevorzugt genau zwei Fraktionen, bevorzugt genau drei Fraktionen, insbesondere einer Glucose-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organische Säuren-Fraktion oder einer HMF-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organische Säuren-Fraktion. In a further preferred embodiment of the present invention, in step h) in a second stage of the chromatography to separate at least one fraction, preferably exactly one fraction, preferably at least two fractions, preferably exactly two fractions, preferably exactly three fractions, especially one Glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction or an HMF fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ersten Stufe der Chromatographie in Schritt h) um ein Chromatographieverfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend Simulated Moving Bed-Verfahren (SMB), Sequential Simulated Moving Bed- Verfahren (SSMB), Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB) und New MCI- Verfahren (NMCI). In a preferred embodiment of the present invention, the first step of the chromatography in step h) is a chromatography method selected from the group consisting of Simulated Moving Bed (SMB), Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB), Improved Simulated Moving Bed Method (ISMB) and New MCI Method (NMCI).
Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Stufe der Chromatographie in Schritt h) um ein Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB). Bevorzugt kommt es in Schritt h) in einer ersten Stufe zur Abtrennung von mindestens einer Fraktion, bevorzugt genau einer Fraktion, insbesondere einer HMF-Fraktion oder einer organische Säuren-Fraktion, mittels eines Chromatographieverfahrens ausgewählt aus der Gruppe bestehend Simulated Moving Bed- Verfahren (SMB), Sequential Simulated Moving Bed-Verfahren (SSMB), Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB) und New MCI-Verfahren (NMCI), bevorzugt mittels eines Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB). Preferably, the first step of the chromatography in step h) is an Improved Simulated Moving Bed (ISMB) method. Preference is given in step h) in a first stage for the separation of at least one fraction, preferably exactly one fraction, in particular an HMF fraction or an organic acid fraction, by means of a Chromatography method selected from the group consisting of Simulated Moving Bed (SMB), Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB), Improved Simulated Moving Bed (ISMB), and New MCI (NMCI), preferably using an Improved Simulated Moving Bed Method (ISMB).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der zweiten Stufe der Chromatographie in Schritt h) um ein Chromatographieverfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend Simulated Moving Bed-Verfahren (SMB), Sequential Simulated Moving Bed-Verfahren (SSMB), Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB) und New MCI-Verfahren (NMCI). In a preferred embodiment of the present invention, the second step of chromatography in step h) is a chromatography method selected from the group consisting of Simulated Moving Bed (SMB), Sequentially Simulated Moving Bed (SSMB), Improved Simulated Moving Bed Method (ISMB) and New MCI Method (NMCI).
Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Stufe der Chromatographie in Schritt h) um ein New MCI-Verfahren (NMCI). Bevorzugt kommt es in Schritt h) in einer zweiten Stufe zur Abtrennung von mindestens einer Fraktion, bevorzugt genau einer Fraktion, bevorzugt mindestens zwei Fraktionen, bevorzugt genau zwei Fraktionen, bevorzugt mindestens drei Fraktionen, bevorzugt genau drei Fraktionen, insbesondere einer Glucose-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organische Säuren-Fraktion oder einer HMF-Fraktion, einer Fructose-Fraktion und einer organische Säuren-Fraktion, mittels eines Chromatographieverfahrens ausgewählt aus der Gruppe bestehend Simulated Moving Bed- Verfahren (SMB), Sequential Simulated Moving Bed-Verfahren (SSMB), Improved Simulated Moving Bed-Verfahren (ISMB) und New MCI-Verfahren (NMCI), bevorzugt mittels eines New MCI- Verfahrens (NMCI). Preferably, the first step of the chromatography in step h) is a New MCI method (NMCI). Preference is given in step h) in a second stage for the separation of at least one fraction, preferably exactly one fraction, preferably at least two fractions, preferably exactly two fractions, preferably at least three fractions, preferably exactly three fractions, in particular a glucose fraction, a Fructose fraction and an organic acid fraction or an HMF fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction, by means of a chromatography method selected from the group consisting of simulated moving bed (SMB) method, sequentially simulated moving bed method ( SSMB), Improved Simulated Moving Bed (ISMB) and New MCI (NMCI), preferably using a New MCI (NMCI) method.
Bevorzugt ist insbesondere eine mindestens zweistufige Chromatographie-Auftrennung, bei der in der ersten Stufe die HMF Fraktion abgetrennt wird. Alternativ kann in der ersten Stufe auch die Glucose-Fraktion abgetrennt werden. Bevorzugt ist die erste Stufe der mindestens zweistufigen Chromatographie-Auftrennung ein Moving Bed-Verfahren (ISMB). Bevorzugt ist die zweite Stufe der mindestens zweistufigen Chromatographie-Auftrennung ein New MCI- Verfahrens (NMCI). In particular, an at least two-stage chromatography separation is preferred, in which the HMF fraction is separated off in the first stage. Alternatively, in the first stage, the glucose fraction can be separated. The first stage of the at least two-stage chromatography separation is preferably a moving bed method (ISMB). Preferably, the second stage of at least two-step chromatography separation is a New MCI method (NMCI).
Bevorzugt ist insbesondere eine zweistufige Chromatographie-Auftrennung, bei der in der ersten Stufe die HMF-Fraktion abgetrennt wird. Alternativ kann in der ersten Stufe auch die Glucose- Fraktion abgetrennt werden. Bevorzugt ist die erste Stufe der zweistufigen Chromatographie- Auftrennung ein Moving Bed-Verfahren (ISMB). Bevorzugt ist die zweite Stufe der zweistufigen Chromatographie-Auftrennung ein New MCI-Verfahren (NMCI). Bevorzugt werden in der zweiten Stufe der zweistufigen Chromatographie-Auftrennung die organische Säuren-Fraktion, die Fructose-Fraktion und die Glucose-Fraktion voneinander abgetrennt. Alternativ werden in der zweiten Stufe der zweistufigen Chromatographie-Auftrennung die organische Säuren-Fraktion, die Fructose-Fraktion und die HMF-Fraktion voneinander abgetrennt. In particular, a two-stage chromatography separation is preferred in which the HMF fraction is separated in the first stage. Alternatively, in the first stage, the glucose fraction can be separated. Preferably, the first stage of the two-stage chromatography separation is a moving bed process (ISMB). Preferably, the second stage of the two-stage chromatography separation is a New MCI method (NMCI). Prefers In the second stage of the two-stage chromatography separation, the organic acid fraction, the fructose fraction and the glucose fraction are separated from one another. Alternatively, in the second stage of the two-step chromatography separation, the organic acid fraction, the fructose fraction and the HMF fraction are separated from each other.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen in Schritt h) eine Chromatographie an Kationenaustauscherharzen. In a preferred embodiment of the present invention, the chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins in step h) is a chromatography on cation exchange resins.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen in Schritt h) unter Verwendung eines Kationenaustauscherharzes in H+-Form durchgeführt. In a preferred embodiment of the present invention, the chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins in step h) is carried out using a cation exchange resin in H + form.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Chromatographie, insbesondere Chromatographie an Ionenaustauscherharzen, in Schritt h) bei einer Temperatur von 40 °C bis 80 °C, bevorzugt 40 °C bis 70 °C, bevorzugt 40 °C bis 60 °C, bevorzugt 50 °C bis 80 °C, bevorzugt 50 °C bis 70 °C, bevorzugt 50 °C bis 60 °C, bevorzugt 60 °C bis 80 °C, bevorzugt 60 °C bis 70 °C, durchgeführt. In a preferred embodiment, the chromatography, in particular chromatography on ion exchange resins, in step h) at a temperature of 40 ° C to 80 ° C, preferably 40 ° C to 70 ° C, preferably 40 ° C to 60 ° C, preferably 50 ° C to 80 ° C, preferably 50 ° C to 70 ° C, preferably 50 ° C to 60 ° C, preferably 60 ° C to 80 ° C, preferably 60 ° C to 70 ° C, carried out.
Die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene Fructose-Fraktion wird bevorzugt kontinuierlich in den Verfahrensschritt a) rückgeführt. Dabei ist die in Schritt i) gegebenenfalls erhaltene Fructose- Fraktion vorteilhafterweise weitestgehend, bevorzugt vollständig, von gebildeter Fävulinsäure befreit. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die in Schritt i) erhaltene Fructose- Fraktion vorteilhafterweise weitestgehend, bevorzugt vollständig, von gebildeter Fävulin- und Ameisensäure befreit. The fructose fraction optionally obtained in step i) is preferably recycled continuously to process step a). The optionally obtained in step i) fructose fraction is advantageously largely, preferably completely, freed from formed Fävulinsäure. In a further preferred embodiment, the fructose fraction obtained in step i) is advantageously as far as possible, preferably completely, freed of educated favulinic and formic acid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene Fructose-Fraktion, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, kontinuierlich bevorzugt vollständig in den Schritt a) rückgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt i) erhaltene Fructose-Fraktion kontinuierlich, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, zumindest teilweise, insbesondere zu mindestens 70 %, bevorzugt zu mindestens 80 %, bevorzugt zu mindestens 90 %, bevorzugt zu mindestens 95 %, bevorzugt zu mindestens 98 %, bevorzugt zu mindestens 99 %, in Schritt a) rückgeführt (jeweils Gew.-% der rückgeführten Fructose-Fraktion in Bezug auf die in Schritt i) erhaltene Fructose-Fraktion). Erfindungsgemäß wird unter einer„rückgeführten Fructose-Fraktion“ eine nach der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Aufreinigung, also Schritt h), gegebenenfalls erhaltene wässrige Fraktion nicht umgesetzter Fructose verstanden, die weitestgehend, bevorzugt vollständig, von während der Fructoseumsetzung gebildeten Nebenprodukten, insbesondere Fävulin- und Ameisensäure und Huminstoffen, befreit ist. Dabei weist die erhaltene wässrige Fraktion nicht umgesetzter Fructose eine derart hohe Reinheit auf, dass sie in einer bevorzugten Ausführungsform direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, das heißt ohne weitere Aufreinigung, in den Verfahrensschritt a) zurückgeführt wird und nach dem Vermischen mit der Fructose-haltigen Komponente und dem Katalysatorsystem, das heißt Schritt b), für eine weitere Umsetzung zu HMF in Schritt c) zur Verfügung steht. Besonders bevorzugt sieht daher Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens vor eine Fructose-haltige Komponente, eine Salz- und Säuremischung und eine rückgeführte Fructose-Fraktion bereitzustellen, die in Schritt b) zum Erhalten einer Reaktionslösung vermischt werden. Da in dieser bevorzugten Ausführungsform bei der Initiierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst noch keine rückgeführte Fructose-Fraktion zur Verfügung steht, wird in diesem Fall stattdessen bevorzugt eine entsprechend größere Menge der Fructose-haltigen Komponente verwendet. In a particularly preferred embodiment, the fructose fraction optionally obtained in step i), if appropriate after concentration, is continuously preferably completely recycled to step a). In a further preferred embodiment, the fructose fraction obtained in step i) is continuously, optionally after concentration, at least partially, in particular at least 70%, preferably at least 80%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 98%, preferably at least 99%, in step a) (in each case% by weight of the recycled fructose fraction relative to the fructose fraction obtained in step i). According to the invention, a "recycled fructose fraction" is understood to mean a purified fraction of unreacted fructose which has been obtained by the process according to the invention and which is largely, preferably completely, made up of by-products formed during the fructose conversion, especially fecal and formic acid and humic substances. In this case, the resulting aqueous fraction of unreacted fructose to such a high purity that in a preferred embodiment directly, optionally after concentration, that is, without further purification, in the process step a) is recycled and after mixing with the fructose-containing component and the catalyst system, that is, step b), for further conversion to HMF in step c) is available. It is therefore particularly preferable for step a) of the process according to the invention to provide a fructose-containing component, a salt and acid mixture and a recycled fructose fraction which are mixed in step b) to obtain a reaction solution. Since in this preferred embodiment initially no recirculated fructose fraction is available in the initiation of the process according to the invention, in this case preferably a correspondingly larger amount of the fructose-containing component is used.
In Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens, also nach Durchführung der Aufreinigung, wird neben der HMF-Fraktion gegebenenfalls eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren-Fraktion erhalten, insbesondere isoliert. Vorteilhafterweise weisen die über die verwendeten Aufreinigungsverfahren erhaltenen einzelnen Fraktionen derart hohe Reinheiten auf, dass sie direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, das heißt ohne weitere Aufreinigung, in unterschiedlichen Folgeprozessen eingesetzt werden können. In step i) of the process according to the invention, ie after carrying out the purification, in addition to the HMF fraction optionally a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction are obtained, in particular isolated. Advantageously, the individual fractions obtained via the purification processes used have such high purities that they can be used directly, optionally after concentration, ie without further purification, in different subsequent processes.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die gegebenenfalls erhaltene Fructose-Fraktion weitgehend frei, insbesondere vollständig frei, von gebildeter Fävulinsäure. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die erhaltene Fructose-Fraktion weitgehend frei, insbesondere vollständig frei von gebildeten organischen Säuren, insbesondere Fävulin- und Ameisensäure. According to the invention, the optionally obtained fructose fraction is largely free, in particular completely free, of educated faevulinic acid. According to the invention, the fructose fraction obtained is preferably substantially free, in particular completely free from formed organic acids, in particular favulinic and formic acids.
Fävulinsäure begünstigt nachteiligerweise die Huminstoffbildung während der HMF-Synthese. So würde ein über die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform rückgeführte Fructose- Fraktion bewirkter erhöhter Gehalt an Fävulinsäure in der Reaktionslösung zu einer vermehrten Bildung von Huminstoffen aus HMF und Kohlenhydraten führen und damit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses deutlich herabsetzen. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene Fructose-Fraktion weist jedoch vorteilhafterweise eine derart hohe Reinheit auf, ist insbesondere frei von gebildeter Lävulinsäure, besonders bevorzugt frei von Lävulin- und Ameisensäure, dass sie in einer bevorzugten Ausführungsform direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, insbesondere ohne Reinigungsschritte, zur weiteren Umsetzung in das Verfahren, insbesondere Schritt a), zurückgeführt werden kann. Insbesondere kommt es durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene limitierte Umsetzung von Fructose und der damit verbundenen verringerten Bildung von Neben- und Abbauprodukten, insbesondere Lävulin- und Ameisensäure und Huminstoffen, sowie in bevorzugter Ausführungsform durch die Rückführung einer vom Produktgemisch abgetrennten Fraktion nicht umgesetzter Fructose zur einer hohen HMF- Selektivität und einer hohen HMF-Ausbeute. Fävulinsäure disadvantageously favors the humic substance formation during the HMF synthesis. Thus, an increased content of faevulinic acid in the reaction solution caused by the fructose fraction recycled according to a preferred embodiment would lead to an increased formation of humic substances from HMF and carbohydrates and thus significantly reduce the economic efficiency of the process. However, the fructose fraction optionally obtained in step i) in the process according to the invention advantageously has one such high purity, in particular free of educated levulinic acid, particularly preferably free from levulinic and formic acid, that in a preferred embodiment, directly, optionally after concentration, in particular without purification steps, for further implementation in the process, in particular step a), returned can be. In particular, it comes by the provided by the novel limited reaction of fructose and the associated reduced formation of by-products and degradation products, especially lavulinic and formic acid and humic substances, as well as in a preferred embodiment by recycling a fraction separated from the product fraction unreacted fructose to high HMF selectivity and high HMF yield.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Verfahrensschritten a), b), c) und d), insbesondere werden zwischen diesenIn a particularly preferred embodiment, the process according to the invention consists of the process steps a), b), c) and d), in particular between these
Verfahrensschritten keine weiteren Verfahrensschritte durchgeführt. Process steps performed no further process steps.
In besonders bevorzugter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Verfahrensschritte a), b), c) und d), wobei zwischen den Verfahrensschritten a), b), c) und d) keine weiteren Verfahrensschritte durchgeführt werden, optional allerdings nach Durchführung von Verfahrensschritt d) weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the method according to the invention comprises the method steps a), b), c) and d), wherein no further method steps are carried out between the method steps a), b), c) and d), but optionally after execution of process step d) further process steps are carried out.
Erfindungsgemäß umfasst das vorliegende Verfahren die Schritte a) bis d), bevorzugt a) bis e), bevorzugt a) bis f), bevorzugt a) bis g), bevorzugt a) bis h), insbesondere a) bis i). Erfindungsgemäß besonders bevorzugt umfasst das vorliegende Verfahren die Schritte a), b), c), d), e), f), g), h) und i). Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das vorliegende Verfahren die Schritte a), b), c), d), e), h) und i) oder a), b), c), d), e), f), h) und i) oder a), b), c), d), e), g) h) und i) umfasst. In besonders bevorzugter Aus führungs form besteht das vorliegende Verfahren aus den Verfahrensschritten a) bis d), bevorzugt a) bis e), bevorzugt a) bis f), bevorzugt a) bis g), bevorzugt a) bis h), insbesondere a) bis i). In besonders bevorzugter Ausführungsform besteht das vorliegende Verfahren aus den Verfahrensschritten a), b), c), d), e), h) und i) oder a), b), c), d), e), f), h) und i) oder a), b), c), d), e), g) h) und i). In bevorzugter Ausführungsform wird das Verfahren in der Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b), c), d), e), f), g), h) und i) durchgeführt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das vorliegende Verfahren in der Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b), c), d), e), h) und i) oder a), b), c), d), e), f), h) und i) oder a), b), c), d), e), g) h) und i) durchgeführt wird. Erfindungsgemäß erfolgt im Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfüral gemäß der Schritte a) bis i), die Umsetzung der in der Reaktionsmischung vorhandenen Fructose zu HMF in einem kontinuierlichen Reaktorsystem und die anschließende Aufreinigung der erhaltenen Produktmischung zur Auftrennung von mindestens vier Fraktionen kontinuierlich, das heißt unter konstanter Zuführung von Edukten und Entnahme von Produkten. According to the invention, the present process comprises the steps a) to d), preferably a) to e), preferably a) to f), preferably a) to g), preferably a) to h), in particular a) to i). According to the invention, the present process comprises the steps a), b), c), d), e), f), g), h) and i). However, it can also be provided that the present process comprises the steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e), f ), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i). In a particularly preferred embodiment, the present process consists of process steps a) to d), preferably a) to e), preferably a) to f), preferably a) to g), preferably a) to h), in particular a) to i). In a particularly preferred embodiment, the present process consists of the process steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e), f), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i). In a preferred embodiment, the process is carried out in the sequence of process steps a), b), c), d), e), f), g), h) and i). However, it can also be provided that the present process can be carried out in the sequence of process steps a), b), c), d), e), h) and i) or a), b), c), d), e ), f), h) and i) or a), b), c), d), e), g) h) and i). According to the invention, in the process for the preparation of 5-hydroxymethylfurfüral according to steps a) to i), the reaction of the present in the reaction mixture fructose to HMF in a continuous reactor system and the subsequent purification of the resulting product mixture for the separation of at least four fractions continuously, that is under constant supply of educts and removal of products.
Bevorzugt wird unter einem kontinuierlichen erfindungsgemäßen Prozess ein Prozess verstanden, bei dem nicht nur das Reaktorsystem kontinuierlich ist, sondern auch die Aufreinigung der Produktmischung. A continuous process according to the invention is preferably understood as meaning a process in which not only the reactor system is continuous, but also the purification of the product mixture.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung von HMF und/oder Ameisensäure und/oder Lävulinsäure, insbesondere zur simultanen Herstellung aus einem Ausgangsmaterial, nämlich einer Fructose-haltigen Komponente und gegebenenfalls einer rückgeführten Fructose-Fraktion. The present invention makes it possible to provide processes for the preparation of HMF and / or formic acid and / or levulinic acid, in particular for the simultaneous preparation from a starting material, namely a fructose-containing component and optionally a recycled fructose fraction.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von HMF ist in bevorzugter Ausführungsform daher auch ein Verfahren zur Herstellung von HMF und Ameisensäure und Lävulinsäure, welches die Schritte a) bis i) umfasst und der gezielten Herstellung dreier interessierender Produkte dient. The process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and formic acid and levulinic acid, which comprises the steps a) to i) and serves for the targeted preparation of three products of interest.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von HMF ist in bevorzugter Ausführungsform daher auch ein Verfahren zur Herstellung von HMF und Ameisensäure, welches die Schritte a) bis i), umfasst und das zur Herstellung von zwei interessierenden Wertstoffen dient. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von HMF ist in bevorzugter Ausführungsform daher auch ein Verfahren zur Herstellung von HMF und Lävulinsäure, welches die Schritte a) bis i), umfasst und das zur Herstellung von zwei interessierenden Wertstoffen dient. The process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and formic acid which comprises the steps a) to i) and which serves for the production of two valuable substances of interest. The process according to the invention for the production of HMF in a preferred embodiment is therefore also a process for the preparation of HMF and levulinic acid which comprises the steps a) to i) and which serves for the preparation of two valuable substances of interest.
Erfindungsgemäß umfasst die in Schritt i) erhaltene Glucose-Fraktion mindestens 20 Gew.-% der in der Produktmischung enthaltenen Glucose (jeweils TS bezogen auf Produktmischung). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist gegebenenfalls die in Schritt i) erhaltene Glucose-Fraktion eine hinreichend hohe Reinheit auf, ist insbesondere frei von Fermentationsinhibitoren, dass sie direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, sowohl als Feed (Einspeisungsmaterial) in fermentativen Prozessen, insbesondere zur Ethanolherstellung, insbesondere Glucose-Fermentation zu Ethanol, als auch als Edukt in chemischen Prozessen, insbesondere der Oxidation von Glucose zu Gluconsäure, eingesetzt werden kann. According to the invention, the glucose fraction obtained in step i) comprises at least 20% by weight of the glucose present in the product mixture (in each case based on the product mixture). In a further preferred embodiment of the present invention, if appropriate, the glucose fraction obtained in step i) has a sufficiently high purity, is in particular free of fermentation inhibitors, directly, optionally after concentration, both as feed (feed material) in fermentative processes, in particular for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, as well as educt in chemical processes, in particular the oxidation of glucose to gluconic acid, can be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene, Glucose-Fraktion für die Ethanolherstellung, insbesondere Glucose-Fermentation zu Ethanol, insbesondere für die Bio-Ethanol-Gewinnung, und/oder zur Gluconsäure-Gewinnung eingesetzt. In a further preferred embodiment, the glucose fraction optionally obtained in step i) is used for the production of ethanol, in particular glucose fermentation to ethanol, in particular for the bioethanol recovery, and / or for gluconic acid recovery.
Die vorliegende Erfindung stellt daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Feeds für fermentative Prozesse, insbesondere zur Ethanolherstellung, insbesondere Glucose-Fermentation zu Ethanol, oder zur Herstellung eines Ausgangsmaterials, das heißt Eduktes, in chemischen Prozessen, insbesondere zur Herstellung von Gluconsäure, bereit, im Rahmen dessen ein Verfahren der vorliegenden Erfindung mit den Verfahrensschritten a) bis i) unter Erhalten einer Glucose-Fraktion, die als Feed oder Edukt eingesetzt werden kann, durchgeführt wird. The present invention therefore also provides a process for the production of a feed for fermentative processes, in particular for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, or for the preparation of a starting material, that is educts, in chemical processes, in particular for the production of gluconic acid A process of the present invention is carried out with the process steps a) to i) to obtain a glucose fraction, which can be used as feed or starting material.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren für die Ethanolherstellung, insbesondere Glucose-Fermentation zu Ethanol bereitgestellt, im Rahmen dessen das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Verfahrensschritte a) bis i), insbesondere zum Erhalten einer Glucose-Fraktion durchgeführt werden, wobei die erhaltene Glucose-Fraktion für die Ethanolherstellung, insbesondere Glucose-Fermentation zu Ethanol, insbesondere für die Bio-Ethanol-Gewinnung, eingesetzt wird. In a particularly preferred embodiment, a process is provided for the production of ethanol, in particular glucose fermentation to ethanol, in which the process according to the invention, in particular the process steps a) to i), are carried out, in particular to obtain a glucose fraction, the glucose obtained -Fraction for ethanol production, in particular glucose fermentation to ethanol, in particular for the bio-ethanol extraction, is used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene Glucose-Fraktion zur Gluconsäure-Gewinnung eingesetzt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung. In a further preferred embodiment, the glucose fraction optionally obtained in step i) is used for gluconic acid recovery, optionally after concentration.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von Gluconsäure bereitgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren umfasst, insbesondere die Verfahrensschritte a) bis i), insbesondere zum Erhalten einer Glucose-Fraktion, die zur Gewinnung von Glucose und zur anschließenden Oxidation der Glucose zu Gluconsäure eingesetzt wird. In a particularly preferred embodiment there is provided a process for the production of gluconic acid comprising the process according to the invention, in particular the process steps a) to i), in particular for obtaining a glucose fraction which is suitable for obtaining glucose and for subsequent oxidation of the glucose to gluconic acid is used.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene organische Säuren-Fraktion zur Isolierung von Lävulin- und Ameisensäure eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt i) erhaltene organische Säuren-Fraktion zur Isolierung von Lävulinsäure eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt i) erhaltene organische Säuren-Fraktion zur Isolierung von Ameisensäure eingesetzt. In a preferred embodiment of the present invention, the organic acid fraction optionally obtained in step i) is used for the isolation of levulinic and formic acid. In a further preferred embodiment, the organic acid fraction obtained in step i) is used for the isolation of levulinic acid. In another In the preferred embodiment, the organic acid fraction obtained in step i) is used for the isolation of formic acid.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Lävulinsäure, Ameisensäure oder Lävulinsäure und Ameisensäure, wobei ein Verfahren, umfassend die Schritte a) bis i), der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird und in einem Schritt i) Lävulinsäure, Ameisensäure oder Lävulinsäure und Ameisensäure erhalten wird. The present invention therefore also relates to a process for the preparation of levulinic acid, formic acid or levulinic acid and formic acid, wherein a process comprising steps a) to i) of the present invention is carried out and in step i) levulinic acid, formic acid or levulinic acid and formic acid is obtained.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die in Schritt i) erhaltene HML-Lraktion direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, das heißt ohne die Notwendigkeit aufwendiger weiterer Aufreinigung, in einem zusätzlichen Schritt zu 2,5- Lurandicarbonsäure (LDCA) oxidiert. In a further preferred embodiment of the present invention, the HML fraction obtained in step i) is oxidized directly in an additional step to 2,5-lurandicarboxylic acid (LDCA), optionally after concentration, that is to say without the need for further purification.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung von LDCA, umfassend die Schritte a) bis i) der vorliegenden Erfindung, wobei die in Schritt i) erhaltene HML-Lraktion, vorzugsweise direkt, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung, und ohne die Notwendigkeit aufwendiger weiterer Aufreinigung, zu LDCA oxidiert wird. Erfindungsgemäß enthält die gegebenenfalls erhaltene Glucose-Lraktion 0,8 Gew.-% bis 100 Gew.-% Glucose, 0 Gew.-% bis 99,2 Gew.-% Lructose, höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, Lävulin- und Ameisensäure und höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, HML (jeweils TS, bezogen auf Summe der analysierten Komponenten (Glucose, Lructose, Lävulinsäure, Ameisensäure, HML, Difructoseanhydride (DLA)). Erfindungsgemäß bevorzugt enthält die Glucose-Lraktion höchstens 10 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 5 Gew.-% HML. The present invention therefore also relates to a process for the preparation of LDCA comprising steps a) to i) of the present invention, wherein the HML-lraction obtained in step i), preferably directly, optionally after concentration, and without the need for elaborate further purification , is oxidized to LDCA. According to the invention, the optionally obtained glucose lraction contains 0.8% by weight to 100% by weight of glucose, 0% by weight to 99.2% by weight of lructose, at most 2% by weight, preferably at most 1% by weight. %, preferably at most 0.5 wt.%, preferably at most 0.1 wt.%, levulinic and formic acid and at most 10 wt.%, preferably at most 5 wt.%, preferably at most 2 wt. , more preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.5 wt .-%, preferably at most 0.1 wt .-%, HML (each TS, based on the sum of the analyzed components (glucose, lructose, levulinic acid, formic acid, HML, Difructose Anhydride (DLA)) According to the invention, the glucose-lraction preferably contains at most 10% by weight, more preferably at most 5% by weight, of HML.
Die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene Lructose-Lraktion enthält erfindungsgemäß mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, der in der Produktmischung enthaltenen LructoseThe lructose fraction optionally obtained in step i) contains at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, of the lructose contained in the product mixture
(jeweils TS bezogen auf Produktmischung). (each TS based on product mixture).
Erfindungsgemäß enthält die gegebenenfalls erhaltene Lructose-Lraktion 0 Gew.-% bis 60 Gew.- % Glucose, 40 Gew.-% bis 100 Gew.-% Lructose, höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% Lävulinsäure, höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, Ameisensäure und höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, HMF (jeweils TS, bezogen auf die Summe der analysierten Komponenten (Glucose, Fructose, Lävulinsäure, Ameisensäure, HMF, Diffuctoseanhydride (DFA)). Erfindungsgemäß bevorzugt enthält die Fructose-Fraktion höchstens 2 Gew.-%, HMF. Erfindungsgemäß bevorzugt enthält die Fructose-Fraktion höchstens 2 Gew.-%, Lävulinsäure. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das Verhältnis von Fructose zu Glucose in der Fructose- Fraktion nicht kleiner als in der in Schritt a) bereitgestellten Fructose-haltigen Komponente. According to the invention, the optionally obtained lructose lraction contains 0% by weight to 60% by weight of glucose, 40% by weight to 100% by weight of lructose, at most 2% by weight, preferably at most 1% by weight, preferably not more than 0.5% by weight, preferably not more than 0.1% by weight of levulinic acid, at most 2 wt .-%, preferably at most 1.5 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.5 wt .-%, preferably at most 0.25 wt .-%, preferably at most 0.1 Wt .-%, formic acid and at most 2 wt .-%, preferably at most 1.5 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.8 wt .-%, preferably at most 0.6 wt. %, preferably at most 0.4 wt .-%, preferably at most 0.2 wt .-%, preferably at most 0.1 wt .-%, HMF (in each case TS, based on the sum of the analyzed components (glucose, fructose, levulinic acid According to the invention, the fructose fraction preferably contains at most 2% by weight of HMF. According to the invention, the fructose fraction preferably contains at most 2% by weight of levulinic acid In a particularly preferred embodiment the ratio is from fructose to glucose in the fructose fraction not smaller than in the fructose-containing component provided in step a).
Erfindungsgemäß enthält die gegebenenfalls in Schritt i) erhaltene organische Säuren-Fraktion mindestens 60 Gew.-%, bevorzugt mindestens 65 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, bevorzugt mindestens 98 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,8 Gew.-%, bevorzugt 100 Gew.-% der in der Produktmischung enthaltenen Lävulin- und Ameisensäure (jeweils TS, bezogen auf Produktmischung). According to the invention, the organic acid fraction optionally obtained in step i) contains at least 60% by weight, preferably at least 65% by weight, preferably at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight. %, preferably at least 95 wt .-%, preferably at least 98 wt .-%, preferably at least 99 wt .-%, preferably at least 99.5 wt .-%, preferably at least 99.8 wt .-%, preferably 100 wt. -% of lavulinic and formic acid contained in the product mixture (in each case TS, based on product mixture).
Erfindungsgemäß enthält die gegebenenfalls erhaltene organische Säuren-Fraktion 50 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 60 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt, mehr bevorzugt 65 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 70 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 90 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 95 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 98 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99,5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99,7 Gew.-% bis 100 Gew.-% Lävulin- und Ameisensäure (jeweils TS, bezogen auf Summe der analysierten Komponenten (Glucose, Fructose, Lävulinsäure, Ameisensäure, HMF, Diffuctoseanhydride (DFA)). Erfindungsgemäß bevorzugt enthält die organische Säuren-Fraktion mindestens 50 Gew.-% Lävulinsäure, mehr bevorzugt mindestens 60 Gew.-% Lävulinsäure, mehr bevorzugt mindestens 70 Gew.-% Lävulinsäure. According to the invention, the optionally obtained organic acid fraction contains 50 wt.% To 100 wt.%, Preferably 60 wt.% To 100 wt.%, Preferably, more preferably 65 wt.% To 100 wt. preferably from 70% by weight to 100% by weight, preferably from 80% by weight to 100% by weight, preferably from 90% by weight to 100% by weight, preferably from 95% by weight to 100% by weight %, preferably 98% to 100%, preferably 99% to 100%, preferably 99.5% to 100%, preferably 99.7% by weight % to 100% by weight of levulinic and formic acid (in each case TS, based on the sum of the analyzed components (glucose, fructose, levulinic acid, formic acid, HMF, diffusanhydrides (DFA)) According to the invention, the organic acid fraction preferably contains at least 50% by weight. % Levulinic acid, more preferably at least 60% by weight levulinic acid, more preferably at least 70% by weight levulinic acid.
Die in Schritt i) erhaltene HMF-Fraktion enthält erfindungsgemäß mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 98 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,8 Gew.-%, bevorzugt 100 Gew.-% des in der Produktmischung enthaltenen HMF (jeweils TS, bezogen auf Produktmischung). The HMF fraction obtained in step i) contains at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight, preferably at least 98% by weight, preferably at least 99% by weight, according to the invention. , preferably at least 99.5% by weight, preferably at least 99.8 wt .-%, preferably 100 wt .-% of the HMF contained in the product mixture (in each case TS, based on product mixture).
Erfindungsgemäß enthält die HMF-Fraktion 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 85 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 90 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 95 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 98 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99,5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bevorzugt 99,7 Gew.-% bis 100 Gew.-% HMF und höchstens 16 Gew.-%, bevorzugt höchstens 14 Gew.-%, bevorzugt höchstens 12 Gew.-%, bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt höchstens 8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, Fävulin- und Ameisensäure, höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, Glukose und höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% Fructose (jeweils TS, bezogen auf Summe der analysierten Komponenten (Glukose, Fructose, Fävulinsäure, Ameisensäure, HMF, Diffuctoseanhydride (DFA)). According to the invention, the HMF fraction contains 80% by weight to 100% by weight, preferably 85% by weight to 100% by weight, preferably 90% by weight to 100% by weight, preferably 95% by weight to 100 wt.%, preferably 98 wt.% to 100 wt.%, preferably 99 wt.% to 100 wt.%, preferably 99.5 wt.% to 100 wt.%, preferably 99 , 7 wt .-% to 100 wt .-% HMF and at most 16 wt .-%, preferably at most 14 wt .-%, preferably at most 12 wt .-%, preferably at most 10 wt .-%, preferably at most 8 wt. -%, preferably at most 6 wt .-%, preferably at most 4 wt .-%, preferably at most 2 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, favulinic and formic acid, at most 2 wt .-%, preferably at most 1 % By weight, preferably at most 0.8% by weight, preferably at most 0.6% by weight, preferably at most 0.4% by weight, preferably at most 0.2% by weight, preferably at most 0.1 Wt .-%, glucose and at most 2 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, preferably at most 0.8 wt .-%, preferably at most 0.6 wt .-%, preferably highest ns 0.4 wt .-%, preferably at most 0.2 wt .-%, preferably at most 0.1 wt .-% fructose (in each case TS, based on the sum of the analyzed components (glucose, fructose, faevulinic acid, formic acid, HMF, Diffusion Anhydride (DFA)).
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere während der Schritte a) bis g), gegebenenfalls a) bis i), keine organischen Fösungsmittel, insbesondere keine ionischen Flüssigkeiten eingesetzt. In a preferred embodiment, in the process according to the invention, in particular during steps a) to g), if appropriate a) to i), no organic solvents, in particular no ionic liquids, are used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere während der Schritte a) bis i), nicht unter sauerstoffreduzierten Bedingungen durchgeführt. In a preferred embodiment, the process according to the invention, in particular during steps a) to i), is not carried out under oxygen-reduced conditions.
Unter dem Begriff „und/oder“ wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass alle Mitglieder einer Gruppe, welche durch den Begriff„und/oder“ verbunden sind, sowohl alternativ zueinander als auch jeweils untereinander kumulativ in einer beliebigen Kombination offenbart sind. Dies bedeutet für den Ausdruck„A, B und/oder C“, dass folgender Offenbarungsgehalt darunter zu verstehen ist: A oder B oder C oder (A und B) oder (A und C) oder (B und C) oder (A und B und C). The term "and / or" in the context of the present invention is understood to mean that all members of a group, which are connected by the term "and / or" are disclosed both alternatively to each other and in each case cumulatively in any combination. This means for the expression "A, B and / or C" that the following disclosure content is to be understood: A or B or C or (A and B) or (A and C) or (B and C) or (A and B and C).
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „umfassend“ verstanden, dass zusätzlich zu den von dem Begriff explizit erfassten Elementen noch weitere, nicht explizit genannte Elemente hinzutreten können. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter diesen Begriffen auch verstanden, dass allein die explizit genannten Elemente erfasst werden und keine weiteren Elemente vorliegen. In dieser besonderen Ausführungsform ist die Bedeutung des Begriffes„umfassend“ gleichbedeutend mit dem Begriff „bestehend aus“. Darüber hinaus erfasst der Begriff„umfassend“ auch Gesamtheiten, die neben den explizit genannten Elementen auch weitere nicht genannte Elemente enthalten, die jedoch von funktionell und qualitativ untergeordneter Natur sind. In dieser Ausführungsform ist der Begriff„umfassend“ gleichbedeutend mit dem Begriff„im Wesentlichen bestehend aus“. In the context of the present invention, the term "comprising" is understood to mean that, in addition to the elements explicitly covered by the term, further elements not explicitly mentioned may also be added. In connection with the present The invention also means by these terms that only the explicitly mentioned elements are detected and no further elements are present. In this particular embodiment, the meaning of the term "comprising" is synonymous with the term "consisting of". In addition, the term "encompassing" also encompasses entities which, in addition to the explicitly mentioned elements, also contain other elements which are not mentioned, but which are of a functional and qualitatively subordinate nature. In this embodiment, the term "comprising" is synonymous with the term "consisting essentially of".
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further preferred embodiments emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments and the accompanying figures.
Die Figuren zeigen: The figures show:
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß verwendeten Reaktorsystems. FIG. 1 shows a schematic representation of the reactor system used according to the invention.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die in Schritt a) bereit gestellten Komponenten zunächst in Schritt b) vermischt und die erhaltene Reaktionslösung anschließend erhitzt wird und nach dem Aufreinigungsschritt h) eine HMF- Fraktion erhalten wird (Schritt i)). Figure 2 shows a schematic representation of the method according to the invention, wherein the provided in step a) components are first mixed in step b) and the resulting reaction solution is heated and after the purification step h) an HMF fraction is obtained (step i)).
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens analog zu Figur 2, wobei in Schritt h) eine säulenchromatographische Auftrennung durchgeführt wird und eine HMF-Fraktion, eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren- Fraktion erhalten wird (Schritt i)). Figure 3 shows a schematic representation of the method according to the invention analogous to Figure 2, wherein in step h) a column chromatographic separation is carried out and an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction is obtained (step i )).
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die in Schritt a) bereit gestellten Komponenten getrennt voneinander erhitzt und erst anschließend in Schritt b) zum Erhalten einer Reaktionslösung vermischt werden und nach dem Aufreinigungsschritt h) eine HMF-Fraktion erhalten wird (Schritt i)). Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens analog zu Figur 4, wobei in Schritt h) eine säulenchromatographische Auftrennung durchgeführt wird und eine HMF-Fraktion, eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren- Fraktion erhalten wird (Schritt i)). Figur 6 zeigt Ergebnisse der HMF-Synthese mit 20 % TS KH (85 % Fructosereinheit) und 0,08 Gew.-% HCl ohne Salzzusatz bei Temperaturen von 145 - 152 °C. Darstellung von Fructose- umsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie der Bilanz. Figure 4 shows a schematic representation of the method according to the invention, wherein the provided in step a) components are heated separately and then mixed in step b) to obtain a reaction solution and after the purification step h) an HMF fraction is obtained (step i )). Figure 5 shows a schematic representation of the inventive method analogous to Figure 4, wherein in step h) a column chromatographic separation is performed and an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction is obtained (step i )). FIG. 6 shows results of the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.08% by weight HCl without added salt at temperatures of 145-152 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
Figur 7 zeigt Ergebnisse der HMF-Synthese mit 20 % TS KH (85 % Fructosereinheit) und 0,18 Gew.-% HNO3 ohne Salzzusatz bei Temperaturen von 145 - 152 °C. Darstellung von Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie der Bilanz. Figure 7 shows results of HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.18 wt .-% HNO 3 without addition of salt at temperatures of 145 - 152 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
Figur 8 zeigt die Reaktionstemperaturen, die für einen Fructoseumsatz von -18 % notwendig sind in Abhängigkeit des Natriumgehalts bei konstantem Chloridgehalt sowie HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten und die Bilanz an diesem Punkt. Figur 9 zeigt die Reaktionstemperaturen, die für einen Fructoseumsatz von -20 % notwendig sind in Abhängigkeit des Natriumgehalts bei konstantem Nitratgehalt sowie HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten und die Bilanz an diesem Punkt. Figure 8 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -18% depending on the sodium content at constant chloride content and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point. Figure 9 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -20% depending on the sodium content at constant nitrate content and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point.
Figur 10 zeigt die Reaktionstemperaturen, die für einen Fructoseumsatz von -20 % notwendig sind in Abhängigkeit von der Konzentration der Salz- und Säuremischung bei konstantem Chlorid/Natriumverhältnis sowie HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten und die Bilanz an diesem Punkt. Figure 10 shows the reaction temperatures necessary for a fructose conversion of -20%, depending on the concentration of the salt and acid mixture at constant chloride / sodium ratio and HMF, faevulinic and formic acid selectivities and the balance at this point.
Figur 11 zeigt die Reaktionstemperaturen, die für einen Fructoseumsatz von -27 % notwendig sind in Abhängigkeit von der Konzentration der Salz- und Säuremischung bei konstantem Nitrat/Natriumverhältnis sowie HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten und die Bilanz an diesem Punkt. Figure 11 shows the reaction temperatures necessary for fructose conversion of -27%, depending on the concentration of the salt and acid mixture at constant nitrate / sodium ratio, and HMF, faevulinic and formic acid selectivities, and the balance at this point.
Figur 12 zeigt die HMF-Synthese mit 20 % TS KH (85 % Fructosereinheit) und 0,12 Gew.-% HCl/CaCl2 bei Temperaturen von 165 - 169 °C. Darstellung von Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie der Bilanz. Figure 12 shows the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.12 wt .-% HCl / CaCl 2 at temperatures of 165-169 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance.
Figur 13 zeigt die HMF-Synthese mit 20 % TS KH (85 % Fructosereinheit) und 0,12 Gew.-% HCl/MgCl2 bei Temperaturen von 162 - 169 °C. Darstellung von Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie der Bilanz. BEISPIELE Figure 13 shows the HMF synthesis with 20% TS KH (85% fructose unit) and 0.12 wt .-% HCl / MgCl 2 at temperatures of 162-169 ° C. Presentation of fructose conversion, HMF, faevulinic acid and formic acid selectivity as well as the balance. EXAMPLES
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden als Ausgangsmaterialien eine Fructose-haltige Komponente, die ein variables Verhältnis von Fructose zu Glucose aufweist und eine wässrige Lösung einer Salz- und Säuremischung eingesetzt. Die Fructose-haltige Komponente wird mit der wässrigen Lösung einer Salz- und Säuremischung vermischt, sodass eine Reaktionslösung mit einem Trockensubstanzgehalt von > 20 % TS erhalten wird. Die so erhaltene Reaktionslösung wurde mit Hilfe einer HPLC-Pumpe in den beheizten Rohrreaktor (Außendurchmesser 8 mm, Innendurchmesser 6 mm, Länge 630 mm) gepumpt. Der Rohrreaktor ist als Dopplerohrwärmetauscher im Gegenstrom aufgebaut, die Temperierung erfolgt mittels eines Thermoöls im Außenmantel des Wärmetauschers, die Temperierung des Thermoöls erfolgt mit Hilfe eines Thermostaten. Nach dieser sogenannten Heizzone des Rohrreaktors erfolgt direkt der Übergang in die Kühlzone. Diese ist ebenfalls als Doppelrohrwärmetauscher im Gegenstrom ausgeführt (Dimensionen des produktführenden Innenrohres Außendurchmesser 8 mm, Innendurchmesser 6 mm, Länge 125 mm). Innerhalb der Kühlzone wird die Reaktionslösung auf Raumtemperatur abgekühlt und die Umsetzung gestoppt. Im Anschluss daran wird die Produktmischung über einen Metallsinterfilter (Porenweite 7 mhi) filtriert und von eventuell entstandenen unlöslichen Huminstoffen befreit. Der Druck im Reaktorsystem wird mit Hilfe eines Druckhalteventils so eingestellt, dass ein Sieden der Reaktionslösung und damit das Auftreten von Dampfblasen vermieden wird (ca. 1 MPa bei 180 °C). Die nachfolgenden Beispiele zeigen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit unterschiedlichen Salzen und Säuren, verschiedenen Säure- bzw. Salzkonzentrationen, sowie verschiedenen Temperaturen. Des Weiteren wurden Vergleichsexperimente ohne Salzzusatz durchgeführt. In the process according to the invention are used as starting materials, a fructose-containing component having a variable ratio of fructose to glucose and an aqueous solution of a salt and acid mixture. The fructose-containing component is mixed with the aqueous solution of a salt and acid mixture, so that a reaction solution with a dry matter content of> 20% TS is obtained. The reaction solution thus obtained was pumped by means of an HPLC pump into the heated tubular reactor (outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 630 mm). The tube reactor is constructed as a double tube heat exchanger in countercurrent, the temperature is controlled by means of a thermal oil in the outer jacket of the heat exchanger, the temperature of the thermal oil is controlled by means of a thermostat. After this so-called heating zone of the tubular reactor, the transition into the cooling zone takes place directly. This is also designed as a double-tube heat exchanger in countercurrent (dimensions of the product-carrying inner tube outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 125 mm). Within the cooling zone, the reaction solution is cooled to room temperature and the reaction is stopped. Subsequently, the product mixture is filtered through a metal sintered filter (pore size 7 mhi) and freed of any resulting insoluble humic substances. The pressure in the reactor system is adjusted by means of a pressure holding valve so that a boiling of the reaction solution and thus the occurrence of vapor bubbles is avoided (about 1 MPa at 180 ° C). The following examples show the implementation of the method according to the invention with different salts and acids, different acid or salt concentrations, and different temperatures. Furthermore, comparative experiments were performed without added salt.
Bei allen Experimenten wurden während des Versuchs Proben entnommen und mittels HPLC analysiert (BIORAD Aminex 87-H, 5 mmol/l Schwefelsäure, 50 °C). Aus denFor all experiments, samples were taken during the experiment and analyzed by HPLC (BIORAD Aminex 87-H, 5 mmol / L sulfuric acid, 50 ° C). From the
Analysenergebnissen wurde anschließend Fructoseumsatz, HMF-Selektivität und die Bilanz (Bilanz = (Summe nicht-umgesetzte Zucker, HMF und Ameisensäure (in mol) * 100 / eingesetzter Zucker (in mol)). Lävulinsäure wird in der Bilanz nicht berücksichtigt, da je ein Molekül Ameisensäure und Lävulinsäure aus einem Molekül HMF entstehen. Beispiel 1: HMF-Synthese mit 0,08 Gew.-% Salzsäure (Vergleichsexperiment ohne Salzzusatz) Analysis results were then fructose, HMF selectivity and balance (balance = (sum of unreacted sugars, HMF and formic acid (in mol) * 100 / used sugar (in mol)) .Lävulinsäure is not included in the balance, as ever Molecular formic acid and levulinic acid arise from one molecule of HMF. Example 1: HMF synthesis with 0.08% by weight hydrochloric acid (comparative experiment without addition of salt)
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE -Wasser verdünnt und mit Salzsäure versetzt, so dass die resultierende Fösung einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und einen Salzsäuregehalt von 0,08 Gew.-% bezogen auf die Gesamtlösung (entsprechend 0,025 mol/l) hatte. Der pH-Wert der Reaktionslösung betrug 1,52. Diese Reaktionslösung wurde dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei einer Temperatur von 145 °C - 152 °C (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 Stunden Zeit gegeben in den steady-state zu gelangen. Die Ergebnisse zu Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und Bilanz sind in Figur 6 und Tabelle 1 dargestellt. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with DI water and hydrochloric acid added so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a hydrochloric acid content of 0.08 wt% based on the total solution (corresponding to 0.025 mol / L). The pH of the reaction solution was 1.52. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 145 ° C - 152 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state. The results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 6 and Table 1.
Tabelle 1: Fructose -Umsatz, HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und Bilanz in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei Verwendung von 0,08 Gew.-% HCl.  Table 1: Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance as a function of the reaction temperature using 0.08 wt .-% HCl.
Beispiel 2: HMF-Synthese mit 0,18 Gew.-% Salpetersäure (Vergleichsexperiment ohne Salzzusatz) Example 2: HMF synthesis with 0.18% by weight of nitric acid (comparative experiment without salt addition)
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE-Wasser verdünnt und mit Salpetersäure versetzt, so dass die resultierende Fösung einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und einen Salpetersäuregehalt von 0,18 Gew.-% bezogen auf die Gesamtlösung (entsprechend 0,03 mol/l) hatte. Der pH-Wert der Reaktionslösung betrug 1,44. Diese Reaktionslösung wurde dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei einer Temperatur von 145 °C - 150 °C (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady-state zu gelangen. Die Ergebnisse zu Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und Bilanz sind in Figur 7 und Tabelle 2 dargestellt. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with demineralized water and nitric acid added so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a nitric acid content of 0.18% by weight based on the total solution (corresponding to 0.03 mol / l). The pH of the reaction solution was 1.44. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 145 ° C - 150 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state. The results for fructose sales, HMF-, Faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in Figure 7 and Table 2.
Tabelle 2: Fructose -Umsatz, HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und Bilanz in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei Verwendung von 0,18 Gew.-% HNO3. Table 2: Fructose conversion, HMF, levulinic and formic acid selectivity and balance as a function of the reaction temperature using 0.18 wt .-% HNO 3 .
Beispiel 3: HMF-Synthese mit Natriumchlorid/Salzsäuremischungen - Einfluss des Natriumchlorid/Salzsäureverhältnisses Example 3: HMF synthesis with sodium chloride / hydrochloric acid mixtures - Influence of the sodium chloride / hydrochloric acid ratio
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE -Wasser verdünnt und mit Salzsäure und Natriumchlorid im gewünschten Verhältnis versetzt, so dass die resultierende Fösung einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und einen Chloridgehalt von 0,09 Gew.-% bezogen auf Gesamtlösung (entsprechend 0,03 mol/l) hatte. Die Chlorid/Natriumverhältnisse, das Salz/Säure- Verhältnis und die resultierenden pH-Werte sind in Tabelle 3 angegeben. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with deionized water and admixed with hydrochloric acid and sodium chloride in the desired ratio, so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a chloride content of 0.09% by weight based on total solution (corresponding to 0.03 mol / l) had. Chloride / sodium ratios, salt / acid ratio and resulting pH are shown in Table 3.
Tabelle 3: Chloridgehalte, Chlorid/Natriumverhältnis, Salz/Säureverhältnis sowie pH-Werte und verwendete Reaktionstemperaturen der in Beispiel 3 eingesetzten Reaktionslösungen.  Table 3: Chloride contents, chloride / sodium ratio, salt / acid ratio and pH values and used reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 3.
Diese Reaktionslösungen wurden dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei den in Tabelle 3 angegebenen Reaktionstemperaturen (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady- state zu gelangen. In Figur 8 und Tabelle 4 sind die notwendigen Reaktionstemperaturen sowie die resultierenden HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten und Bilanzen jeweils bei einem Fructoseumsatz von -18 % dargestellt. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 3 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state. In Figure 8 and Table 4, the necessary reaction temperatures and the resulting HMF, Fävulinsäure- and formic acid selectivities and balances are each shown at a fructose conversion of -18%.
Tabelle 4: HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie Bilanz bei der für 18 % Fructoseumsatz notwendigen Reaktionstemperatur in Abhängigkeit des Natriumgehalts (bei konstanter Chloridkonzentration).  Table 4: HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at the reaction temperature required for 18% fructose conversion, depending on the sodium content (at constant chloride concentration).
Es zeigt sich, dass mit zunehmendem Natriumgehalt und damit steigendem pH-Wert zwar eine höhere Temperatur notwendig ist, um den gleichen Umsatz zu erreichen (siehe Figur 6), gleichzeitig steigt jedoch auch die erzielte Selektivität für HMF von 85 % ohne Natrium auf bis zu 94 % bei 500 mg/l Natrium. It turns out that with increasing sodium content and thus increasing pH value, although a higher temperature is necessary to achieve the same conversion (see FIG. 6), at the same time the achieved selectivity for HMF increases from 85% without sodium up to 94% at 500 mg / L sodium.
Beispiel 4: HMF-Synthese mit Natriumnitrat/Salpetersäuremischungen - Einfluss des Natriumnitrat/Salpetersäureverhältnisses Example 4: HMF synthesis with sodium nitrate / nitric acid mixtures - Influence of the sodium nitrate / nitric acid ratio
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE -Wasser verdünnt und mit Salpetersäure und Natriumnitrat im gewünschten Verhältnis versetzt, so dass die resultierende Lösung einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und einen Nitratgehalt von 0,19 Gew.-% bezogen auf Gesamtlösung (entsprechend 0,03 mol/l) hatte. Die Nitrat/Natriumverhältnisse, das Salz/Säure- Verhältnis und die resultierenden pH-Werte sind in Tabelle 5 angegeben. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with DI water and with nitric acid and Sodium nitrate added in the desired ratio, so that the resulting solution had a dry matter content of 20% TS and a nitrate content of 0.19 wt .-% based on total solution (corresponding to 0.03 mol / l) had. The nitrate / sodium ratios, salt / acid ratio and resulting pH are shown in Table 5.
Tabelle 5: Nitratgehalte, Nitrat/Natriumverhältnis, Salz/Säureverhältnis sowie pH-Werte und verwendete Reaktionstemperaturen der in Beispiel 4 eingesetzten Reaktionslösungen.  Table 5: Nitrate contents, nitrate / sodium ratio, salt / acid ratio and pH values and reaction temperatures used of the reaction solutions used in Example 4.
Diese Reaktionslösungen wurden dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei den in Tabelle 5 angegebenen Reaktionstemperaturen (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady- state zu gelangen. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 5 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state.
In Figur 9 und Tabelle 6 sind die notwendigen Reaktionstemperaturen sowie die resultierenden HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten sowie die Bilanzen jeweils bei einem Fructoseumsatz von ~20 % dargestellt. Auch hier ist zu erkennen, dass mit steigendem Natriumgehalt und damit steigendem pH-Wert eine höhere Temperatur notwendig ist, um gleiche Umsätze zu erzielen, gleichzeitig steigt jedoch die Selektivität zu HMF deutlich an von 86,3 % (bei 19,7 % Umsatz) ohne Natrium auf 93,1 % (bei 17,6 % Umsatz) bei 600 mg/l Natrium. Auch die Selektivitäten zu den Nebenprodukten Lävulin- und Ameisensäure sind in Anwesenheit von Natrium geringer, wenn gleiche Umsätze verglichen werden. In Figure 9 and Table 6, the necessary reaction temperatures and the resulting HMF, levulinic and formic acid selectivities and the balances are each shown at a Fructoseumsatz of ~ 20%. Again, it can be seen that with increasing sodium content and thus increasing pH, a higher temperature is necessary to achieve the same sales, but at the same time the selectivity to HMF increases significantly from 86.3% (at 19.7% conversion) without sodium to 93.1% (at 17.6% conversion) at 600 mg / l sodium. The selectivities to the by-products levulinic and formic acid are also lower in the presence of sodium, when the same sales are compared.
Tabelle 6: HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und C-Bilanz bei der für 18 % Fructoseumsatz notwendigen R aktionstemperatur in Abhängigkeit vom Natriumgehalt (bei konstanter Nitratkonzentration).  Table 6: HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and C balance at the reaction temperature required for 18% fructose conversion as a function of the sodium content (at constant nitrate concentration).
Beispiel 5: HMF-Synthese mit Salzsäure/Natriumchloridmischungen - Einfluss der Konzentration der Säure/Salzmischung Example 5: HMF synthesis with hydrochloric acid / sodium chloride mixtures - influence of the concentration of the acid / salt mixture
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE- Wasser verdünnt und mit einer Mischung aus Salzsäure und Natriumchlorid versetzt, die ein Chlorid/Natriumverhältnis von 1,3 aufwies. So wurden verschiedene Reaktionslösungen hergestellt, die alle einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und eine variable Säure/Salzmischungskonzentration zwischen 0,01 und 0,75 Gew.-% bezogen auf die Gesamtlösung hatten. Diese Reaktionslösungen wurden dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei den in Tabelle 7 angegebenen Reaktionstemperaturen (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady- state zu gelangen. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with deionized water and treated with a mixture of hydrochloric acid and sodium chloride, which had a chloride / sodium ratio of 1.3. Thus, various reaction solutions were prepared, all having a dry matter content of 20% TS and a variable acid / salt mix concentration between 0.01 and 0.75 wt% based on the total solution. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 7 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state.
Tabelle 7: Konzentration der Salzsäure/Natriumchloridmischung, pH-Werte und Reaktionstemperaturen der in Beispiel 5 eingesetzten Reaktionslösungen.  Table 7: Concentration of the hydrochloric acid / sodium chloride mixture, pH values and reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 5.
In Figur 10 und Tabelle 8 sind die notwendigen Reaktionstemperaturen sowie die resultierenden HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten sowie die Bilanzen jeweils bei einem Fructoseumsatz von ~20 % dargestellt. In Figure 10 and Table 8, the necessary reaction temperatures and the resulting HMF, levulinic and formic acid selectivities and the balances are each shown at a Fructoseumsatz of ~ 20%.
Tabelle 8: HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure- Selektivität sowie Bilanz bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen in Abhängigkeit von der Konzentration der Säure/Salzmischung bei konstantem Chlorid/Natriumverhältnis. Mit steigender Salzkonzentration sind zum Erreichen des gleichen Umsatzes deutlich geringere Temperaturen notwendig. Es ist ebenfalls zu sehen, dass die hohen HMF- Selektivitäten von ~90 % auch bei hohen Fructoseumsätzen von > 30 % noch erreicht werden. Table 8: HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at different reaction temperatures as a function of the concentration of the acid / salt mixture at a constant chloride / sodium ratio. With increasing salt concentration significantly lower temperatures are necessary to achieve the same conversion. It can also be seen that the high HMF selectivities of ~ 90% are still achieved even at high fructose conversions of> 30%.
Beispiel 6: HMF-Synthese mit Salpetersäure/Natriumnitratmischungen - Einfluss der Konzentration der Säure/Salzmischung Example 6: HMF synthesis with nitric acid / sodium nitrate mixtures - influence of the concentration of the acid / salt mixture
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE- Wasser verdünnt und mit einer Mischung aus Salpetersäure und Natriumnitrat versetzt, die ein Nitrat/Natriumverhältnis von 1,2 aufwies. So wurden verschiedene Reaktionslösungen hergestellt, die alle einen Trockensubstanzgehalt von 20 % TS und eine variable Säure/Salzmischungskonzentration zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% bezogen auf Gesamtlösung hatten. Diese Reaktionslösungen wurden dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei den in Tabelle 9 angegebenen Reaktionstemperaturen (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady-state zu gelangen. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with deionized water and treated with a mixture of nitric acid and sodium nitrate, which had a nitrate / sodium ratio of 1.2. Thus, various reaction solutions were prepared, all of which had a dry matter content of 20% TS and a variable acid / salt mix concentration of between 0.01 and 1.5% by weight, based on total solution. These reaction solutions were then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at the reaction temperatures indicated in Table 9 (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady-state.
Tabelle 9: Konzentration der Salpetersäure/Natriumnitratmischung, pH-Werte und Reaktionstemperaturen der in Beispiel 5 eingesetzten Reaktionslösungen.  Table 9: Concentration of the nitric acid / sodium nitrate mixture, pH values and reaction temperatures of the reaction solutions used in Example 5.
In Figur 11 und Tabelle 10 sind die notwendigen Reaktionstemperaturen sowie die resultierenden HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivitäten sowie die Bilanzen jeweils bei einem Fructoseumsatz von ~27 % dargestellt. In Figure 11 and Table 10, the necessary reaction temperatures and the resulting HMF, Fävulinsäure- and formic acid selectivities and the balances are each shown at a Fructoseumsatz of ~ 27%.
Tabelle 10: HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie Bilanz bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen in Abhängigkeit von der Konzentration der Säure/Salzmischung bei konstantem N itrat/N atriumverhältnis .  Table 10: HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and balance at different reaction temperatures as a function of the concentration of the acid / salt mixture at a constant nitrate / sodium ratio.
Mit steigender Salzkonzentration sind zum Erreichen des gleichen Umsatzes deutlich geringere Temperaturen notwendig. Es ist ebenfalls zu sehen, dass die hohen HMF- Selektivität von ~90 % auch bei hohen Fructoseumsätzen von >37 % noch erreicht werden. Sogar bei einem Fructoseumsatz von ~47 % wird noch eine HMF- Selektivität von ~89 % erreicht. With increasing salt concentration significantly lower temperatures are necessary to achieve the same conversion. It can also be seen that the high HMF selectivity of ~ 90% is still achieved even with high fructose conversions of> 37%. Even with a fructose conversion of ~ 47%, an HMF selectivity of ~ 89% is achieved.
Beispiel 7: HMF-Synthese mit 0,11 Gew.-% Salzsäure/Calciumchloridmischung Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE- Wasser verdünnt und mit einer Mischung aus Salzsäure und Calciumchlorid versetzt, die zu der gleichen Menge an freier Säure führte wie in Beilspiel 5 mit 0,12 Gew.-% HCl/NaCl, Tabelle 7 Versuch 2. Der pH-Wert der Reaktionslösung betrug 2,08. Diese Reaktionslösung wurde dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei einer Temperatur von 165 °C - 169 °C (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady-state zu gelangen. Die Ergebnisse zu Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure- Selektivität und Bilanz sind in Figur 12 und Tabelle 11 dargestellt. Example 7: HMF synthesis with 0.11% by weight hydrochloric acid / calcium chloride mixture The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with demineralized water and treated with a mixture of hydrochloric acid and calcium chloride, which resulted in the same amount of free acid as in Example 5 with 0.12 wt% HCl / NaCl, Table 7 Experiment 2. The pH Value of the reaction solution was 2.08. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 165 ° C - 169 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours in the steady-state reach. The results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 12 and Table 11.
Tabelle 11: Fructose -Umsatz, HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität und C-Bilanz in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei Verwendung von 0,12 Gew.-% HCl/CaCl2. Table 11: Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and C balance as a function of the reaction temperature when using 0.12% by weight of HCl / CaCl 2 .
Beispiel 8: HMF-Synthese mit 0,12 Gew.-% Salzsäure/Magnesiumchloridmischung Example 8: HMF synthesis with 0.12% by weight hydrochloric acid / magnesium chloride mixture
Als Edukt wurde ein Fructosesirup mit 85 % Fructosereinheit und einem TS-Gehalt von 75 % eingesetzt. Der Fructosesirup wurde mit VE- Wasser verdünnt und mit einer Mischung aus Salzsäure und Magnesiumchlorid versetzt, die zu der gleichen Menge an freier Säure führte wie in Beispiel 5 mit 0,12 Gew.-% HCl/NaCl, Tabelle 7 Versuch 2. Der pH-Wert der Reaktionslösung betrug 2,09. Diese Reaktionslösung wurde dann mit einer Verweilzeit von 5,6 min in der Heizzone bei einer Temperatur von 162 °C - 169 °C (Temperatur des Thermoöls) umgesetzt. Nach jeder Temperaturerhöhung wurde dem System 2 h Zeit gegeben in den steady- state zu gelangen. Die Ergebnisse zu Fructoseumsatz, HMF-, Fävulinsäure- und Ameisensäure- Selektivität und Bilanz sind in Figur 13 und Tabelle 12 dargestellt. The educt used was a fructose syrup with 85% fructose unit and a TS content of 75%. The fructose syrup was diluted with deionised water and treated with a mixture of hydrochloric acid and magnesium chloride, which resulted in the same amount of free acid as in Example 5 with 0.12 wt% HCl / NaCl, Table 7 Experiment 2. The pH Value of the reaction solution was 2.09. This reaction solution was then reacted with a residence time of 5.6 minutes in the heating zone at a temperature of 162 ° C - 169 ° C (temperature of the thermal oil). After each temperature increase, the system was given 2 hours to reach the steady state. The results for fructose conversion, HMF, faevulinic and formic acid selectivity and balance are shown in FIG. 13 and Table 12.
Tabelle 12: Fructose -Umsatz, HMF-, Lävulinsäure- und Ameisensäure-Selektivität sowie die Bilanz in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei Verwendung von 0,12 Gew.-% HCl/MgCl2. Die Beispiele 7 und 8 zeigen, dass auch bei Einsatz von anderen Kationen (hier Calcium und Magnesium) die positiven Effekte hinsichtlich der hohen HMF- Selektivitäten erreicht werden. Table 12: Fructose conversion, HMF, levulinic acid and formic acid selectivity and the balance as a function of the reaction temperature using 0.12 wt .-% HCl / MgCl 2 . Examples 7 and 8 show that the positive effects with regard to the high HMF selectivities are achieved even when other cations (here calcium and magnesium) are used.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Fructose-haltigen Komponente und eines Katalysatorsystems umfassend eine Lösung einer Salz- und Säuremischung, b) Vermischen der Fructose-haltigen Komponente mit dem Katalysatorsystem zum Erhalten einer Reaktionslösung, c) Umsetzen der in der Reaktionslösung vorhandenen Fructose zu HMF bei einer Temperatur von 90 °C bis 200 °C zum Erhalten einer flüssigen HMF -haltigen Produktmischung und d) Erhalten einer flüssigen HMF -haltigen Produktmischung. A process for preparing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) comprising the steps of: a) providing a fructose-containing component and a catalyst system comprising a solution of a salt and acid mixture, b) mixing the fructose-containing component with the catalyst system to obtain a Reaction solution, c) reacting the fructose present in the reaction solution to HMF at a temperature of 90 ° C to 200 ° C to obtain a liquid HMF-containing product mixture and d) obtaining a liquid HMF-containing product mixture.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Säure eine Mineralsäure und/oder eine organische Säure ist und das Salz ein Salz einer Mineralsäure und/oder einer organischen Säure ist. 2. The method of claim 1, wherein the acid is a mineral acid and / or an organic acid and the salt is a salt of a mineral acid and / or an organic acid.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mineralsäure insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure; und die organische Säure insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, Glycolsäure und Gluconsäure. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the mineral acid is in particular selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid; and the organic acid is in particular selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, glycolic acid and gluconic acid.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Salz einer Mineralsäure insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalihalogeniden, Erdalkalihalogeniden, Alkalinitraten, Erdalkalinitraten, Alkalisulfaten, Erdalkalisulfaten, Alkaliphosphaten, Erdalkaliphosphaten und Gemischen davon; und das Salz einer organischen Säure insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acetaten, Citraten, Tartraten, Oxalaten, Glycolaten, Gluconaten und Gemischen davon. A process according to any one of the preceding claims wherein the salt of a mineral acid is especially selected from the group consisting of alkali halides, alkaline earth halides, alkali nitrates, alkaline earth nitrates, alkali sulphates, alkaline earth sulphates, alkali phosphates, alkaline earth phosphates and mixtures thereof; and the salt of an organic acid, in particular, is selected from the group consisting of acetates, citrates, tartrates, oxalates, glycolates, gluconates and mixtures thereof.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konzentration der Salz- und Säuremischung 0,01 bis 2,00 Gew.-% (bezogen auf Gesamtgewicht der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung) beträgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentration of the salt and acid mixture 0.01 to 2.00 wt .-% (based on total weight of the reaction solution obtained in step b)).
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 1,2 bis 4,5, bevorzugt 1,5 bis 3, beträgt. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the pH of the reaction solution obtained in step b) 1.2 to 4.5, preferably 1.5 to 3, is.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt b) eine Reaktionslösung mit einem Kohlenhydratgehalt von 5 bis 50 Gew.- % (Trockensubstanz Kohlenhydrat in Bezug auf Gesamtgewicht Reaktionslösung) erhalten und in Verfahrensschritt c) eingesetzt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step b) a reaction solution having a carbohydrate content of 5 to 50% by weight (dry matter Carbohydrate with respect to total weight of reaction solution) and used in process step c).
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt b) eine Reaktionslösung mit einem Fructoseanteil von 40 bis 100 Gew.-% (Trockensubstanz Fructose in Bezug auf Trockensubstanz Kohlenhydrat) erhalten und in Verfahrensschritt c) eingesetzt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step b), a reaction solution having a fructose content of 40 to 100 wt .-% (dry matter fructose with respect to dry matter carbohydrate) and in step c) is used.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fructose-haltige Komponente eine feste Fructose-haltige Komponente, insbesondere Fructose, oder eine flüssige Fructose haltige Komponente, insbesondere ein Fructosesirup oder eine Fructoselösung ist. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fructose-containing component is a solid fructose-containing component, in particular fructose, or a liquid fructose-containing component, in particular a fructose syrup or a fructose solution.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis von Salz zu freier Säure in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 0,8 bis 10 (mol/mol) beträgt. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ratio of salt to free acid in the reaction solution obtained in step b) is 0.8 to 10 (mol / mol).
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis von Anionen der Salz- und Säuremischung zu Kationen des Salzes der Salz- und Säuremischung in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 0,5 bis 4 (mol/mol) beträgt. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ratio of anions of the salt and acid mixture to cations of the salt of the salt and acid mixture in the reaction solution obtained in step b) 0.5 to 4 (mol / mol).
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konzentration an Anionen des Katalysatorsystems in der in Verfahrensschritt b) erhaltenen Reaktionslösung 1 xlO 5 bis 0,6 mol/1 beträgt. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concentration of anions of the catalyst system in the reaction solution obtained in step b) 1 xlO 5 to 0.6 mol / 1.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Fructose-haltige Komponente, das Katalysatorsystem oder beide vor Verfahrensschritt b) auf eine Temperatur von 90 °C bis 200 °C eingestellt werden oder wobei die in Verfahrensschritt b) erhaltene Reaktionslösung auf eine Temperatur von 90 °C bis 200 °C eingestellt wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the provided in step a) fructose-containing component, the catalyst system or both before step b) are set to a temperature of 90 ° C to 200 ° C or wherein the obtained in step b) Reaction solution is adjusted to a temperature of 90 ° C to 200 ° C.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren so geführt wird, dass in Verfahrensschritt c) ein Fructoseumsatz von 1 bis 50 mol-% erreicht wird. 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is performed so that in process step c) a fructose conversion of 1 to 50 mol% is achieved.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren so eingestellt wird, dass in Verfahrensschritt c) eine HMF-Selektivität von 60 bis 100 mol-% erhalten wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is adjusted so that in step c) an HMF selectivity of 60 to 100 mol% is obtained.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Verfahren abgesehen von dem Katalysatorsystem keine weitere katalytisch aktive Komponente verwendet wird. 16. The method according to any one of the preceding claims, wherein no further catalytically active component is used in the method apart from the catalyst system.
17. V erfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: e) Abkühlen der flüssigen HMF -Produktmischung auf eine Temperatur von 20° bis 80° C. 17. V experienced according to any one of the preceding claims, comprising the step: e) cooling the liquid HMF product mixture to a temperature of 20 ° to 80 ° C.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: f) Filtration, Entfärbung und/oder Reinigung der flüssigen HMF -Produktmischung. 18. The method according to any one of the preceding claims, comprising the step: f) filtration, decolorization and / or purification of the liquid HMF product mixture.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: g) Einstellen der flüssigen HMF -Produktmischung auf einen Trockensubstanzgehalt von 20 bis 70 Gew.-%. A method according to any one of the preceding claims, comprising the step of: g) adjusting the liquid HMF product mixture to a dry matter content of from 20 to 70% by weight.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: h) Aufreinigen der flüssigen HMF -Produktmischung mittels Chromatographie, Ultra- und/oder Nanofiltration, Extraktion mit einem geeigneten Extraktionsmittel, Adsorption an ein geeignetes Material und anschließender gezielter Desorption und/oder Elektrodialyse zur Abtrennung mindestens einer HMF-Fraktion, und i) Erhalten mindestens einer HMF-Fraktion. 20. The method according to any one of the preceding claims, comprising the steps: h) Purification of the liquid HMF product mixture by chromatography, ultra- and / or nanofiltration, extraction with a suitable extraction agent, adsorption to a suitable material and subsequent targeted desorption and / or electrodialysis for separating at least one HMF fraction, and i) obtaining at least one HMF fraction.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die flüssige HMF-Produktmischung in Schritt h) mittels Chromatographie in mindestens vier Fraktionen, umfassend eine HMF-Fraktion, eine Glucose- Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren-Fraktion aufgetrennt und in Schritt i) mindestens eine HMF-Fraktion, eine Glucose-Fraktion, eine Fructose-Fraktion und eine organische Säuren-Fraktion erhalten wird. 21. The method of claim 20, wherein the liquid HMF product mixture in step h) is separated by chromatography into at least four fractions comprising an HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction and in step i ) at least one HMF fraction, a glucose fraction, a fructose fraction and an organic acid fraction is obtained.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die in Verfahrensschritt i) erhaltene Fructose-Fraktion in den Schritt a) rückgeführt wird. 22. The method according to claim 21, wherein the fructose fraction obtained in process step i) is recycled to step a).
23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 22, wobei die in Verfahrensschritt i) erhaltene Glucose-Fraktion für die Ethanolherstellung eingesetzt wird. 23. The method according to any one of the preceding claims 21 to 22, wherein the obtained in step i) glucose fraction is used for the production of ethanol.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 23, wobei die in Verfahrensschritt i) erhaltene organische Säuren-Fraktion zur Isolierung von Lävulin- und Ameisensäure eingesetzt wird. 24. The method according to any one of the preceding claims 21 to 23, wherein the organic acid fraction obtained in step i) is used for the isolation of levulinic and formic acid.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 20 bis 24, wobei die in Verfahrensschritt i) erhaltene HMF-Fraktion direkt und ohne die Notwendigkeit weiterer Aufreinigung in einem weiteren Schritt zu 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) oxidiert wird. 25. The method according to any one of the preceding claims 20 to 24, wherein the obtained in step i) HMF fraction is oxidized directly and without the need for further purification in a further step to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).
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