KR102271255B1

KR102271255B1 - 재조합 숙주 세포에 의해 생성된 지방알코올 조성물들의 하류 공정

Info

Publication number: KR102271255B1
Application number: KR1020157027462A
Authority: KR
Inventors: 명 케이. 고; 하이보 왕; 패트리샤 제이. 콜; 페리 와이. 리아오; 사이먼 리
Original assignee: 게노마티카 인코포레이티드
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2021-06-30
Also published as: US20210323900A1; CA2904406C; BR112015021763A8; MX2020002127A; ES2828751T3; EP2964598B1; JP6933971B2; US11053184B2; JP2018076346A; BR112015021763A2; JP6335934B2; KR102363796B1; BR112015021763B1; JP2022045359A; WO2014138590A3; JP2016510761A; KR102456004B1; JP2020063306A; WO2014138590A2; KR20220143966A

Abstract

본 발명은 지방알코올(FALC)의 하류 공정에 관한 것이며, 높은 순도 및 수율로 FALC를 제공하는 신규한 정제 방법을 제공한다.

Description

재조합 숙주 세포에 의해 생성된 지방알코올 조성물들의 하류 공정{DOWNSTREAM PROCESSING OF FATTY ALCOHOL COMPOSITIONS PRODUCED BY RECOMBINANT HOST CELLS}

본 출원은 2013년 3월 7일에 출원된 미국 가출원 제 61/774,375호의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

본 발명은 지방알코올(fatty alcohol)들의 하류 공정(downstream processing)에 관한 것이다. 여기에서, 본 발명은 높은 순도 및 수율로 지방알코올들을 제공하는 신규한 정제 방법을 포함한다.

지방알코올들은 많은 상업적인 용도를 갖는다. 더 짧은 사슬의 지방알코올들은 유화제, 완화제 및 증점제로서 화장품 및 식품 산업들에 사용된다. 이들의 양친매성(amphiphilic) 성질로 인해, 지방알코올들은 비이온성 계면활성제처럼 거동하고, 이는 예를 들어 세제 및 세정 조성물들과 같은 개인 케어 용품 및 가정 용품에 유용하다. 또한, 지방알코올들은 왁스, 검(gums), 수지, 약제학적 연고 및 로션, 윤활유 첨가제, 직물 정전기 방지제 및 마무리제, 가소제, 화장품, 공업 용제 및 지방용 용제에 사용된다. 지방알코올(FALC)은 상당한 재정 및 환경 비용에도 불구하고, 팜유, 팜핵유, 식물성 유지, 콩 또는 우지로부터 얻어질 수 있다. FALC가 종래의 소스들(예를 들어, 식물성 유지, 팜유 등)로부터 유래되는 경우, 초기 혼합물은 유리 지방산(free fatty acid), 지방산 메틸 에스테르(FAME), 중지방-지방 에스테르(heavy fatty-fatty ester)(즉, C20 내지 C30을 포함한 긴 사슬 분자들), 및 다른 불순물들을 포함한 다수 불순물들을 포함한다.

또한, FALC는 C6 내지 C18의 사슬-길이를 갖는 FALC를 생성하도록 조작(engineer)된 미생물의 발효(배양)로부터 얻어질 수 있다. 소정 배양 조건들 하에서, 미생물의 발효 배양액(fermentation broth)으로부터 생성되는 비정제(crude) FALC는 FALC 이외에도 소정 불순물들을 포함할 수 있다. 이러한 불순물들은 유리 지방산(FFA); 지방-지방 에스테르(FFE); 지방 알데히드, 지방 케톤 및 카르보닐-함유 화합물; 황 및 금속 화합물; 물 및 추가 불순물들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 불순물들은 통상적으로 FALC로부터 제거되어, 최종 생성물 사양(final product specifications)을 충족시킨다. FFA의 제거(탈산)는 보통 상업적 작업들에서와 같이 물리적 정제법들에 의해(즉, FFA의 증발을 통해), 및 알칼리 정제법들에 의해(즉, 화학적 방법들을 통해) 수행된다. 종래의 알칼리 정제법들은 단점이 없는 것은 아니다; 특히, 이들은 미세하게 분산되고 부분적으로 가용화된 비누(soap)(예를 들어, C8-C18 사슬-길이)를 FALC로부터 분리하려고 시도할 때 어려움을 겪기 쉬우며, 이는 수-세척이 이어지는 원심분리 동안 발생한다. 일반적으로, 알칼리 정제법들은 허용가능하지 않게 높은 알코올 손실 및 FFE 오염으로 지장을 받으며, 이는 별도 처리 단계를 통해 감소되어야 한다. 또한, 물리적 정제는 FALC, FFA 및 FFE가 유사한 끓는점을 갖기 때문에 거의 불가능하다. 더욱이, FFA는 FALC와 유사한 사슬-길이 분포를 갖고, FFE 중 일부는 FALC와 사슬-길이에서 오버랩(overlap)된다. 따라서, 상업적 스케일에서, 알칼리 및 물리적 정제법들은 미정제 FALC에 존재하는 FFA 및 FFE의 제거에 적절하지 않다.

따라서, 특정 생성물들에서 사용하기 위해 필요한 사양들을 충족시키도록 요구되는 특성들(예를 들어, 순도)을 갖는 FALC를 생성하는 더 신규하고 더 우수한 방법들이 필요하다.

본 발명의 일 실시형태는 지방알코올(FALC)을 정제하는 방법을 제공하며, 이는 (a) FALC 및 비누화 불순물들(saponifiable impurities)을 포함한 출발 물질(starting material)을 제공하는 단계; (b) 제 1 혼합물을 발생시키도록 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계; 및 (c) FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시키도록 제 1 혼합물을 증발시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 비누화 불순물들은 유리 지방산(FFA), 지방-지방 에스테르(FFE), 및 카르보닐-함유 화합물들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 강염기는 0.3 내지 0.6 중량퍼센트 과잉 수산화나트륨(NaOH)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 강염기는 FFA를 중화시키고 FFE를 비누화함으로써 FFA 및 FFE를 감소(reduce)시키며, FFE의 비누화는 중화를 위한 추가 FFA 및 추가 FALC를 발생시킨다. 또한, 강염기는 카르보닐-함유 화합물들을 감소시킨다. 또 다른 실시예에서, 중화 및 비누화는 주위 압력 내지 약 80 토르(torr)의 부분 진공에서 약 100 ℃ 내지 약 130 ℃의 온도로 수행된다. 또 다른 실시예에서, 중화 및 비누화는 약 2 내지 4 시간 동안 수행된다. 또 다른 실시예에서, 제 2 혼합물 내의 FFA의 양은 약 0.03 mg KOH/g 샘플 미만이고, 제 2 혼합물 내의 FFE의 양은 약 0.4 mg KOH/g 샘플 미만이다. 또 다른 실시예에서, 제 2 혼합물 내의 나트륨 비누(sodium soap)의 양은 약 20 ppm 미만이다. 제 2 혼합물에서 얻어진 FALC는 일반적으로 약 98 % 순수하다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 FALC를 정제하는 방법을 제공하며, 이는 (a) FALC 및 비누화 불순물들을 포함한 출발 물질을 제공하는 단계; (b) 제 1 혼합물을 발생시키도록 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계; (c) FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시키도록 제 1 혼합물을 증발시키는 단계; 및 (d) 표백된 FALC를 발생시키도록 표백제로 제 2 혼합물을 표백하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 표백제는 하이포아염소산염, 과산화물, 표백토, 및 흡수제를 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 표백제는 금속 화합물; 유색체(color bodies); 산화된 지방 화합물 또는 유리 라디칼(free radical)을 갖는 지방 화합물을 포함한 추적 레벨(trace level)의 추가 불순물들, 또는 그 조합들을 제거하는 데 효과적이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 FALC를 정제하는 방법을 제공하며, 이는 (a) FALC 및 비누화 불순물들을 포함한 출발 물질을 제공하는 단계; (b) 제 1 혼합물을 발생시키도록 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계; (c) FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시키도록 제 1 혼합물을 증발시키는 단계; (d) 표백된 FALC를 발생시키도록 표백제로 제 2 혼합물을 표백하는 단계; 및 (e) 수소화된(hydrogenated) FALC를 발생시키도록 수소 및 촉매로 제 2 혼합물을 수소화하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 수소화는 원 포트 슬러리 반응, 슬러리 반응 후 충전층 반응, 및 2 개의 직렬 충전층 반응을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 끓는점에 따라 수소화된 FALC를 분별(fractionate)하는 단계를 더 포함하며, 2 이상의 탄소들의 사슬 길이의 차이를 갖는 FALC가 분리된다. 또 다른 실시예에서, 수소화된 FALC는 적어도 약 50 % C₁₂ 내지 C₁₈ 지방알코올을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 FALC를 정제하는 방법을 제공하며, 출발 물질은 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트의 FFA 및/또는 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트의 FFE를 포함한다. 또한, 출발 물질은 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트 카르보닐-함유 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 출발 물질은 1 중량퍼센트 미만 디알코올 화합물을 더 포함할 수 있다. 또한, 출발 물질은 황 또는 적어도 하나의 황-함유 화합물 및/또는 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 출발 물질은 발효 배양액의 생성물이다. 또 다른 실시예에서, 발효 배양액은 대장균(E. coli) 발효 배양액이다. 또 다른 실시예에서, 출발 물질은 약 20 mg KOH/g 이하의 비누화(SAP) 값을 포괄한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 FALC를 정제하는 방법을 제공하며, 이는 (a) FALC 및 비누화 불순물들을 포함한 출발 물질을 제공하는 단계; (b) 제 1 혼합물을 발생시키도록 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계; 및 (c) FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시키도록 제 1 혼합물을 증발시키는 단계를 포함하고, 증발시키는 단계는 약 1 토르에서 약 150 ℃ 미만의 온도로 실행된다. 또 다른 실시예에서, 증발시키는 단계는 약 5 토르에서 약 187 ℃ 미만의 온도로 실행된다. 또 다른 실시예에서, 증발시키는 단계는 C₁₈ 알코올의 증기압에 대응하는 온도로 실행된다.

신규한 정제 방법의 개발은 알려진 알칼리 정제법들보다 훨씬 더 높은 지방알코올 수율을 제공하며, 더 높은 순도를 포함한 특정 생성물들에 대한 사양들을 충족시키도록 요구되는 특성들을 갖는 지방알코올을 생성하는 데 사용된다. 신규한 방법은 출발 물질의 중화 및 비누화를 수반한다. 이러한 것으로서, 신규한 방법은 지방알코올(FALC) 및 비누화 불순물들을 포함하는 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계를 포함한다. 이러한 불순물들은, 예를 들어 유리 지방산(FFA), 지방-지방 에스테르(FFE), 및 카르보닐-함유 화합물들을 포함한다. 출발 물질은 일반적으로 발효 배양액에서 성장된 미생물로부터 유래된다. 강염기가 출발 물질에 첨가되는 경우, 이는 혼합물에서 FFA를 중화시키고 FFE를 비누화함으로써 FFA 및 FFE를 감소시킨다. 또한, 강염기는 혼합물 내의 일부 카르보닐-함유 화합물들을 FFA로 산화시키고, 다른 카르보닐-함유 화합물들을 FFA로 더 분할되는 알데히드 및 케톤들로 환원시킨다. FFE의 비누화는 추가 FFA 및 FALC의 발생을 유도하고, FFA는 다시 중화되어 비누화된다. 어느 지점에서, 모든 FFA는 비누로 전환되었고, FALC가 농축되었다. 그러므로, 과잉 강염기를 이용한 FFE의 비누화 및 FFA의 중화가 거의 모든 FFA 및 거의 모든 FFE를 비누로 전환시켜, FALC에 대해 매우 농축된 용액을 유도한다. 후속한 지방알코올 증발을 이용하여, FFA, FFE 및 염들이 거의 없는 고순도 FALC가 생성된다. 놀랍게도, 출원인들은 이 단순한 2-단계 방법이 약 98 % 순수한 FALC를 유도한다고 알아내었다. 따라서, 본 발명은 FALC 및 비누화 불순물들을 포함한 출발 물질로부터 FALC를 정제하는 신규하고 더 우수한 방법을 제공한다. 최종 혼합물은 FALC에 대해 농축되며, 최종 혼합물 내의 비누(즉, FFA의 염)의 양은 20 ppm 미만이다. 신규한 방법은 FFA 및 FFE가 거의 없는 FALC 생성물을 생성하며, FFA는 약 0.1 %(예를 들어, 약 0.05 %, 약 0.03 %, 또는 약 0.01 %)이고, FFE는 약 0.5 비누화(SAP) 값(예를 들어, 약 0.4, 약 0.3, 또는 약 0.2)을 갖는다.

출발 물질은 소정 중량퍼센트(wt%)로 FFA, FFE 및/또는 카르보닐-함유 화합물들을 포함한 비누화 불순물들 및 FALC의 여하한의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 출발 물질은 적어도 약 0.5(wt%)(예를 들어, 적어도 1.0 wt%) FFE 및/또는 적어도 약 0.5 wt%(예를 들어, 적어도 1.0 wt%) FFA 및/또는 적어도 약 0.5 wt%(예를 들어, 적어도 1.0 wt%) 카르보닐-함유 화합물들을 포함한다. 출발 물질은 통상적으로 약 5 wt% 미만(예를 들어, 4 wt% 미만, 3 wt% 미만, 2 wt% 미만, 및/또는 1 wt% 미만)의 카르보닐-함유 화합물들을 포함할 것이다. 또한, 출발 물질은 약 1 wt% 미만(예를 들어, 0.5 wt% 미만) 디알코올 화합물들, 황, 적어도 하나의 황-함유 화합물, 및/또는 약 5 wt% 미만(예를 들어, 3.5 wt% 미만)에서의 물과 같은 다른 구성요소들 및/또는 불순물들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 출발 물질은 약 20 mg(예를 들어, 15 mg, 10 mg, 5 mg, 또는 2 mg) KOH/g 이하의 비누화(SAP) 값을 포함한다. 출발 물질의 일 예시는 약 10 wt% 미만 FFA, 약 5 wt% 미만 FFE, 약 2 wt% 미만 카르보닐-함유 화합물들, 약 250 ppm 황, 약 3.5 wt% 물, 및 C₆ 내지 C₁₈ 범위의 지방알코올들을 함유하는 나머지 부분을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 출발 물질은 발효 배양액의 생성물이다. 발효 배양액은, 예를 들어 대장균 발효 배양액과 같은 미생물 발효 배양액일 수 있다. 바람직하게는, 미생물 세포(microbial cell)는 FALC 생성을 최적화하도록 유전적으로 조작된다. 유전적으로 조작된 미생물 세포들에서 FALC 생성을 최적화하는 방법들 및 조성물들은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개공보 2012/0142979, 2011/0256599, 2011/0250663, 및 2010/0105963에서 설명된다.

강염기는 가수분해(예를 들어, 완전히 가수분해)하는 여하한의 염기이며, FFA를 중화하고 FFE를 비누화할 수 있다. 통상적으로, 이러한 강염기는 Group I 또는 Ⅱ 알칼리 금속의 수산화물이다. 강염기는, 예를 들어 수산화칼륨, 수산화바륨, 수산화세슘, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화칼슘, 수산화리튬, 및 수산화루비듐을 포함한다. 바람직한 일 실시예에서, 강염기는 수산화나트륨이다. 강염기는 FFA를 중화하고 FFE를 비누화하기 위해 여하한의 적절한 농도로 사용될 수 있다. 일반적으로, 약 0.01 wt% 이상과 같이 과량의 강염기(예를 들어, 출발 물질에 대한 총 SAP 값에 대해 0.05 wt% 이상, 0.1 wt% 이상, 0.2 wt% 이상, 0.3 wt% 이상, 0.4 wt% 이상, 또는 0.5 wt% 이상의 과잉 염기)가 사용될 것이다. 대안적으로(또는 추가적으로), 사용되는 강염기의 과량은 약 1.0 wt% 이하일 수 있다(예를 들어, 출발 물질에 대한 총 SAP 값에 대해 0.9 wt% 이하, 0.8 wt% 이하, 0.7 wt% 이하, 0.6 wt% 이하, 0.5 wt% 이하, 또는 0.4 wt% 이하의 과잉 염기). 따라서, 강염기의 과량은 앞선 종말점들 중 어느 둘에 의해 한정되는 양(예를 들어, 0.1 내지 0.5 wt%, 0.3 내지 0.6 wt%, 0.5 내지 1.0 wt%, 0.6 내지 0.8 wt%, 또는 0.05 내지 1.0 wt%)일 수 있다. 예를 들어, FFE의 FFA 및 지방알코올로의 비누화 및 전체 FFA의 중화가 본 명세서에서 과잉 0.2 내지 0.5 wt% NaOH를 사용하여 효과적으로 달성되었다. NaOH의 이론적 양은 미정제 지방알코올에서의 FFA, FFE, 및 카르보닐에 따른다. 통상적으로, 강염기는 적어도 약 1 wt%(예를 들어, 염기의 적어도 5 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 15 wt%, 적어도 20 wt%, 적어도 25 wt%, 적어도 30 wt%, 적어도 40 wt%, 적어도 50 wt%, 및 적어도 60 wt%)를 포함하는 수성 혼합물의 형태로 사용될 것이다. 비누(즉, FFA의 염)는 FFA와 강염기 사이의 비누화 반응의 부산물이다. 비누는 강염기에 사용되는 알칼리의 성질에 의존하며, 예를 들어 Group I(예를 들어, Li, Na, K 등) 및/또는 Group Ⅱ(예를 들어, Mg, Ca 등)의 멤버들을 포함한다. 바람직한 일 실시예에서, 비누는 나트륨 비누이다.

통상적인 중화/비누화 과정 조건들은 110 ℃ 내지 140 ℃ 범위의 작동 온도, 적어도 1 시간의 반응 시간, 및/또는 주위 압력에서 360 토르의 부분 진공까지 이르는 압력들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 혼합물의 생성(예를 들어, FFA 중화 및 FFE 비누화)은 예를 들어 출발 물질에 대한 총 SAP 값에 대해 과량의 약 0.05 내지 1.0 wt% 염기로 약 80 ℃ 내지 180 ℃에서 약 0.5 내지 4 시간 동안 수행될 수 있다. FFA가 중화됨에 따라, 미정제 지방알코올의 점성이 실질적으로 증가한다. 통상적으로, 중화된 미정제 지방알코올은 수분이 완전히 제거되는 경우에 약 110 ℃ 아래의 온도에서 응고될 수 있다. 약 130 ℃보다 높은 온도에서는, 약 10 %까지의 FFA 레벨을 갖는, 중화되고 수분제거된 미정제 지방알코올이 액체 상인 것으로 관찰된다.

통상적으로, 출발 물질은 수분을 (예를 들어, 적어도 1 wt%, 적어도 2 wt%, 적어도 3 wt%, 적어도 4 wt%, 및 적어도 5 wt%; 그러나, 10 wt% 미만, 8 wt% 미만, 및 6 wt% 미만) 함유한다. 예를 들어, 출발 물질은 약 3.5 wt% 물을 포함할 수 있다. FFA 중화 동안의 수분 발생 및 20 % 내지 50 % 염기 용액의 첨가에 의한 여분의 수분이 지방알코올 증발 시 상당한 거품(foaming)을 야기한다. (예를 들어, 130 ℃ 정도의 작동 온도 및 80 토르로의) 수분 건조 과정은, 통상적으로 130 ℃ 및 360 토르에서 2 시간 동안 작용되는 SAP 환원 반응 전이나 후에 놓일 수 있다. 건조 및 SAP 환원 반응 단계들 모두에서 지방알코올 생성물의 산화를 감소시키기 위해 부분 진공이 적용될 수 있다. 미정제 지방알코올 내에 존재하는 소량의 헥산올은 바람직하지 않은 부산물 성분이며, 이는 후속한 하류 공정에 요구되는 레벨에 도달하도록 수분 건조 단계 동안 동시에 제거될 수 있다. 강염기로 FFA를 중화시키고 FFE를 비누화하는(즉, 가수분해하는) 단계는 카르보닐-함유 화합물들(예를 들어, 지방 알데히드 및 지방 케톤)의 양을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카르보닐-함유 화합물들의 농도는 적어도 1 %, 적어도 5 %, 적어도 10 %, 적어도 15 %, 적어도 20 %, 적어도 25 %, 적어도 30 %, 적어도 40 %, 적어도 50 %, 적어도 60 %, 적어도 70 %, 적어도 80 %, 또는 적어도 90 %만큼 감소된다. 증발은 1 토르에서 약 155 ℃, 5 토르에서 187 ℃의 증기 온도로, 또는 C₁₈ 알코올의 증기압에 대응하는 온도로 수행될 수 있다. 증기 온도는 통상적으로 비말 포집기(entrainment separator)의 최상부에서 측정된다. 증기 온도 및 진공 레벨을 결정하기 위해, 노르말 파라핀 알코올들의 VLE 그래프가 사용될 수 있다. 증발이 완료되는 경우, 점성이 높은 증발기 잔류물(highly viscous evaporator bottom)은 지방알코올(주로 C₁₈OH), 염, 및 과잉 염기를 포함한다. 증발기 잔류물에서 액체 또는 겔 상태를 유지하기 위해, 온도는 통상적으로 약 130 ℃ 이상으로 유지된다. 증발기 잔류물 온도는 통상적으로 대응하는 증기 온도보다 10 내지 50 ℃ 더 높으며, 이는 증발 표면으로부터 완전 응결 지점(complete condensation point)까지의 압력 강하에 의해 결정된다. 그러므로, 증발기 잔류물 온도는 채택되는 장비에 의존한다. 미정제 FALC 증발의 유출물(distillate)은 "EC-FALC"라고 칭하며, EC-FALC를 생성하는 것은 선택적이다(예시 3 참조). EC-FALC의 총 SAP는 약 6.5 mg KOH/g(2.5 % FFA 당량)이다.

앞서 유의되는 바와 같이(supra), 통상적인 중화/비누화 조건들은 약 110 ℃ 내지 140 ℃(예를 들어, 100 내지 130 ℃) 범위의 작동 온도, 적어도 1 시간(예를 들어, 2 내지 4 시간)의 반응 시간, 및/또는 주위 압력에서 360 토르(예를 들어, 80 토르)의 부분 진공까지 이르는 압력들을 포함한다. 특정 예시에서, 0.3 내지 0.5 wt% 과잉 NaOH를 채택하여 약 2 시간 동안 약 130 ℃에서 수행되는 중화 및 비누화 과정은 검출가능하지 않은 레벨의 FFA, 0.2 미만 SAP 값 및 상당히 감소된 카르보닐 농도를 갖는 지방알코올 및 나트륨 염(sodium salt)을 생성한다. 또 다른 특정 예시에서, 약 0.4 wt% 과잉 NaOH를 채택하여 약 80 토르에서 약 4 시간 동안 약 130 ℃로 수행되는 중화 및 비누화 과정은 유사하게 검출가능하지 않은 레벨의 FFA, 0.2 미만 SAP 값 및 상당히 감소된 카르보닐 농도를 갖는 지방알코올 및 나트륨 염을 생성한다. 중화/비누화된 지방알코올의 증발은 1 토르에서 약 155 ℃의 증기 온도, 5 토르에서 약 187 ℃, 또는 C₁₈ 알코올의 증기압에 대응하는 온도로 수행되며, 모든 나트륨 염을 제거하고, 유출물 내의 황 농도를 20 내지 30 ppm까지 감소시킨다. 지방알코올 유출물의 수율은, 약 5 % FFA 및 20 mg KOH/g보다 큰 전체 SAP 값을 포함하는 미정제 지방알코올 내의 지방알코올 함유량의 약 98 % 이상일 수 있다.

상기 방법은 (d) 산성화된 잔류물(acidulated bottom)을 발생시키도록 제 1 혼합물(중화/비누화된 지방알코올)의 증류 잔류물을 산성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 무기산 또는 유기산(예를 들어, 술폰산, 카르복실산)과 같은 여하한의 적절한 산이 사용될 수 있다. 무기산의 예시들은 염산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 하이포아염소산, 아염소산, 염소산, 과염소산, 황산, 플루오로황산, 질산, 인산, 헥사플루오로인산, 크롬산, 및 붕산을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 유기산의 예시들은 메탄술폰산, p-톨루엔술폰산, 아세트산, 시트르산, 락트산, 글루콘산, 및 포름산을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 바람직한 일 실시예에서, 산은 무기산(예를 들어, 황산)이다. 산은 제 1 혼합물(중화/비누화된 지방알코올)을 산성화하기 위해 여하한의 적절한 농도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 산은 적어도 약 1 wt%(예를 들어, 적어도 5 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 15 wt%, 적어도 20 wt%, 및 적어도 25 wt%)의 산을 포함한 수성 혼합물일 수 있다. 인시츄(in-situ) 산성화 공정이 상업적 공정을 시뮬레이션하도록 수행될 수 있으며, 240 ℃ 이하의 박막증류장치(wiped film evaporator)로부터의 잔류물의 배출물이 인텐스 인라인 믹서(intense in-line mixer)를 통해 또는 배치 믹싱 탱크(batch mixing tank)에서 산성화될 수 있다. 특정한 예시에서, 20 % 화학량론적 과량의 20 wt% 황산 용액이 나트륨 비누 및 잔여 NaOH와 반응하는 데 사용되어, FFA, Na₂SO₄, 및 물을 형성하였다. 이 공정은 주위 압력 하에 증발기 잔류물 온도를 130 ℃로 유지함으로써 수행되었다. 20 wt% 황산 용액의 첨가는 과도한 수증기 퓸을 야기하지 않도록 서서히 도입되었다. 산 첨가량(acid dosage)이 증가함에 따라, 증발기 잔류물 온도는 약 100 ℃까지 감소하였다. 100 ℃에서의 반응 시간 10 분 후, 결과적인 증발기 잔류물은 완전히 액화되었다. 이 단계에서, 거의 동일한 부피의 탈이온수가 세정을 위해, 그리고 산성화된 혼합물을 희석하기 위해 완전히 액화된 증발기 잔류물에 첨가되었다. 가열이 중지된 후, 결과적인 혼합물은 증발 장치(evaporation setup)를 완전히 세정하도록 하룻밤 동안 혼합되었다.

출발 물질은 다양한 사슬 길이의 최대 40 내지 90 % 단일-불포화 지방알코올을 포함할 수 있다. 소정 실시예들에서, FALC는 길이가 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 적어도 10, 적어도 11, 적어도 12, 적어도 13, 적어도 14, 적어도 15, 적어도 16, 적어도 17, 적어도 18, 또는 적어도 19 개의 탄소들이다. 대안적으로 또는 추가적으로, FALC는 길이가 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하, 11 이하, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 또는 6 이하의 탄소들이다. 따라서, FALC는 앞선 종말점들 중 어느 둘에 의해 한정되는 사슬 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, R기는 6 내지 16 개의 탄소 길이, 10 내지 14 개의 탄소 길이, 또는 12 내지 18 개의 탄소 길이일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, FALC는 C₆, C₇, C₈, C₉, C_1O, C₁₁, C₁₂, C₁₃, C₁₄, C₁₅, C₁₆, C₁₇, C₁₈, C₁₉, C₂₀, C₂₁, C₂₂, C₂₃, C₂₄, C₂₅ 또는 C₂₆ FALC이다. 소정 실시예들에서, FALC는 C₁₂, C₁₃, C₁₄, C₁₅, C₁₆, C₁₇ 또는 C₁₈ FALC이다. 출발 물질은 여하한의 양으로 여하한의 앞선 사슬 길이들의 FALC를 포함할 수 있다. 또한, 출발 물질은 분지 또는 비분지 FALC를 포함할 수 있다. 분지 사슬은 하나 이상의 분지점들을 가질 수 있고, 사이클릭 분지들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분지 FALC는 C₆, C₇, C₈, C₉, C₁₀, C₁₁, C₁₂, C₁₃, C₁₄, C₁₅, C₁₆, C₁₇, C₁₈, C₁₉, C₂₀, C₂₁, C₂₂, C₂₃, C₂₄, C₂₅ 또는 C₂₆ 분지 FALC이다. 일 실시예에서, 분지 FALC는 C₆, C₈, C₁₀, C₁₂, C₁₃, C₁₄, C₁₅, C₁₆, C₁₇ 또는 C₁₈ 분지 FALC이다. 또 다른 실시예들에서, 분지 FALC의 하이드록실기는 최초(C₁) 위치에 존재한다. 또 다른 실시예에서, 분지 FALC는 이소(iso)-지방알코올 또는 안테이소(anteiso)-지방알코올이다. 또 다른 실시예에서, 분지 FALC는 이소-C_7:0, 이소-C_8:0, 이소-C_9:0, 이소-C_10:0, 이소-C_11:0, 이소-C_12:0, 이소-C_13:0, 이소-C_14:0, 이소-C_15:0, 이소-C_16:0, 이소-C_17:0, 이소-C_18:0, 이소-C_19:0, 안테이소-C_7:0, 안테이소-C_8:0, 안테이소-C_9:0, 안테이소-C_10:0, 안테이소-C_11:0, 안테이소-C_12:0, 안테이소-C_13:0, 안테이소-C_14:0, 안테이소-C_15:0, 안테이소-C_16:0, 안테이소-C_17:0, 안테이소-C_18:0 및 안테이소-C_19:0 분지 지방알코올을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 출발 물질은 포화 또는 불포화 FALC를 포함할 수 있다. 불포화된 경우, FALC는 1 이상의 불포화점을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 불포화 FALC는 단일불포화 FALC이다. 또 다른 실시예에서, 불포화 FALC는 C6:1, C7:1, C8:1, C9:1, C10:1, C11:1, C12:1, C13:1, C14:1, C15:1, C16:1, C17:1, C18:1, C19:1, C20:1, C21:1, C22:1, C23:1, C24:1, C25:1 및 C26:1 불포화 FALC를 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 소정 실시예들에서, 불포화 FALC는 C10:1, C12:1, C14:1, C16:1 또는 C18:1이다. 다른 실시예들에서, 불포화 FALC는 오메가-7 위치에서 불포화된다. 다른 실시예들에서, 불포화 FALC는 시스(cis)-이중 결합을 포함한다.

불포화 FALC는 완전하거나 거의 완전한 포화로 전환될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 (d) 수소화된 FALC를 발생시키도록 수소 및 촉매로 제 2 혼합물을 수소화하는 단계를 포함한다. 수소화 단계는 원 포트 슬러리 반응, 슬러리 반응 후 충전층 반응, 2 개의 직렬 충전층 반응, 또는 이 기술들의 조합을 포함한 당업계에 알려진 방법들을 이용하여 수행될 수 있다. 수소화된 FALC는 적어도 약 50 %(예를 들어, 적어도 55 %, 적어도 60 %, 적어도 65 %, 적어도 70 %, 적어도 75 %, 및 적어도 80 %) C₁₂ 내지 C₁₈ 지방알코올을 포함한다. 일반적으로, 수소화된 FALC는 최대 약 100 %(예를 들어, 최대 99 %, 최대 97 %, 최대 95 %, 최대 93 %, 최대 91 %, 최대 88 %, 및 최대 85 %) C₁₂ 내지 C₁₈ 지방알코올을 포함할 것이다. 수소화된 FALC는 C₁₂ 내지 C₁₈ 지방알코올의 50 내지 99 %, 55 내지 97 % 등과 같은 앞선 값들의 여하한의 조합에서의 여하한의 범위를 포함할 수 있다. 수소화 반응 화학량론 및 속도론을 결정하는 주요 파라미터들은 [요오드 값(IV)에 의해 측정되는] 공급 지방알코올의 포화 레벨, 지방알코올 밀도, 지방알코올에서의 수소 용해도, 촉매 담지량(catalyst loading), 및 반응 온도 및/또는 압력이다. IV 적정을 수행하는 것 외에도, 포화 레벨은 GC 또는 GC-MS 분석을 통해 결정될 수도 있다. 촉매는 수소화 반응을 유도하는 데 사용될 수 있다. 제 1 반응 단계에서, 열적 및/또는 동역학적으로 불포화된 지방알코올은 시스로부터 트랜스 위치로 개질(reform)하도록 반응 조건들 하에서 회전하기 시작한다. 트랜스 지방알코올들은 일반적으로 그 더 낮은 에너지 상태로 인해 수소화 반응들에 대해 선호된다. 그 후, 포화 지방알코올을 형성하기 위해 촉매 표면에서 이중 결합을 거쳐 수소가 첨가된다. 수소화 반응의 완전성(completeness)은 촉매의 선택, 촉매 부하, 반응 조건들, 및 시간에 의존한다. 다수의 촉매가 지방알코올 수소화 공정에 사용될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 촉매는 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 및 구리-크롬을 포함한다. 니켈계 촉매는 비용이 더 낮지만, 반응 속도가 더 느릴 수 있고, 선택성이 더 적을 수 있으며, 촉매가 더 쉽게 오염(foul)될 수 있다. 니켈은 IV 적정에 의해 측정되는 바와 같이, 불포화도의 주요 감소를 제공하는 초기 반응기로서 사용될 수 있다. 팔라듐 및 백금계 촉매는 더 우수한 포화 반응 속도 및 더 우수한 선택성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이 촉매들의 비용은 니켈보다 상당히 더 높으며, 이들은 완전 포화(즉, IV < 0.1)를 얻기 위해 폴리싱(polishing) 수소화 단계에서 가장 많이 사용될 수 있다. 또한, 구리-크롬 촉매가 사용될 수 있다. 특정한 일 예시에서, 니켈이 촉매로서 사용된다. 촉매 부하 및 촉매 수명은 포화 완전성, 반응 속도 및 공급 스트림 내의 잠재적 불순물들에 크게 의존한다. 촉매의 통상적인 양은 적어도 약 0.01 wt%(예를 들어, 적어도 0.02 wt%, 적어도 0.03 wt%, 적어도 0.05 wt%, 적어도 0.08 wt%, 적어도 0.1 wt%, 적어도 0.2 wt%, 적어도 0.5 wt%, 적어도 1 wt%, 및 적어도 1.5 wt%)이다. 일반적으로, 촉매의 양은 약 10 wt% 미만(예를 들어, 8 wt% 미만, 5 wt% 미만, 3 wt% 미만, 2 wt% 미만, 1 wt% 미만, 0.5 wt% 미만, 0.1 wt% 미만, 0.08 wt% 미만, 및 0.05 wt% 미만)이다. 또한, 촉매의 양은 0.01 내지 10 wt%와 같은 앞선 값들의 여하한의 조합에서의 여하한의 범위를 포함할 수 있다. 일반적으로, 촉매는 수소화 공정 비용의 주요 기여자일 수 있다. 결과로서, 잠재적으로 촉매를 비활성화하고 그 유용한 수명 주기를 단축할 수 있는 지방알코올 공급에서의 불순물들을 제거하는 조치들이 취해져야 한다. 황, 인, 셀레늄, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 실리카, 및 질소 화합물들(예를 들어, 아미노산, 펩티드, 단백질, 및 아민)과 같은 불순물이 촉매에 몇몇 부정적 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 증발이 이 불순물들을 상당히 감소시키고, 소포제(존재하는 경우), 유색체, 및 유리 지방산(FFA)을 제거할 수 있다.

앞선 여한한의 방법에서, 수소화 단계는 원 포트 슬러리 반응이며, 수소화 단계는 약 4 내지 8 시간 동안 100 내지 500 psi, 100 내지 135 ℃에서 1 내지 3 wt% 니켈 촉매로 수행되어, 적어도 약 90 %의 총 FALC 생성물의 수율로 적어도 약 97 %(예를 들어, 적어도 98 %, 또는 적어도 99 %) 순수한 FALC 생성물을 유도하며, FALC 생성물은 약 0.3 미만의 요오드 값("IV") 및 약 150 ppm 미만의 카르보닐 레벨을 갖는다. 대안적으로, 수소화 단계는 슬러리 반응 후 충전층 반응이며, 슬러리 반응은 약 0.5 내지 2 시간 동안 약 100 내지 135 ℃ 및 약 100 내지 500 psi에서 0.03 내지 0.05 wt% 니켈 촉매로 수행되고, 충전층 반응은 100 내지 135 ℃ 및 약 100 내지 500 psi에서 펠레타이징된 니켈 촉매를 이용하여 4 내지 8 시간의 체류시간 당량(residence time equivalent) 동안 수행되어, 적어도 약 90 %의 총 FALC 생성물의 수율로 적어도 약 97 %(예를 들어, 적어도 98 %, 또는 적어도 99 %) 순수한 FALC 생성물을 유도하며, FALC 생성물은 약 0.3 미만의 요오드 값("IV") 및 약 150 ppm 미만의 카르보닐 레벨을 갖는다. 또한, 수소화 단계는 2 개의 직렬 충전층 반응일 수 있으며, 100 내지 135 ℃ 및 약 100 내지 500 psi에서 펠레타이징된 니켈 촉매를 이용하여 제 1 충전층 반응기에 대한 0.5 내지 1 시간과 동등한 니켈 체류시간 후 4 내지 8 시간의 체류시간 당량으로 수행되어, 적어도 약 90 %의 총 FALC 생성물의 수율로 적어도 약 97 %(예를 들어, 적어도 98 %, 또는 적어도 99 %) 순수한 FALC 생성물을 유도하며, FALC 생성물은 약 0.3 미만의 요오드 값("IV") 및 약 150 ppm 미만의 카르보닐 레벨을 갖는다. 단계 (d)에서의 수소화에 앞서, 상기 방법은 표백제로 제 2 혼합물(예를 들어, 중화/비누화된 FALC의 유출물)을 표백하는 단계를 더 포함할 수 있다. 표백제는 하이포아염소산염, 과산화물, 표백토, 금속 화합물들(예를 들어, 황, 인, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 등), 유색체 및/또는 추적 레벨의 다른 불순물들을 제거하는 데 효과적인 흡수성 물질과 같은 여한한의 적절한 물질이다. 또한, 표백제는 앞선 여하한의 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, F-160(BASF) 또는 Biosil(Sued Chemie)와 같은 표백토가 사용된다. 소비된 표백토는 MF(마이크로-필터) 여과를 통해 제거될 수 있다. 여하한의 적절한 양의 표백제가, 그 양이 금속 화합물 및 유색체와 같은 불순물들을 제거하는 데 효과적인 한 사용될 수 있다. 통상적인 양은 적어도 0.1 wt%, 적어도 0.2 wt%, 적어도 0.3 wt%, 적어도 0.4 wt%, 적어도 0.5 wt%, 적어도 0.6 wt%, 적어도 0.8 wt%, 적어도 1 wt%, 및 적어도 2 wt%를 포함한다. 표백 단계에 사용되는 조건들의 예시들이 본 명세서에서 설명되지만, 통상적으로 약 80 내지 120 ℃(예를 들어, 105 내지 115℃) 범위의 온도 및/또는 약 60 내지 100 토르(예를 들어, 60 토르, 70 토르, 80 토르, 90 토르, 또는 100 토르)일 것이다. 표백하는 시간 주기는 출발 물질 내의 성분들의 농도, 및 표백제의 타입 및 양에 의존할 것이다. 표백하는 시간 주기의 일 예시는 적어도 약 15 분(예를 들어, 적어도 20 분, 적어도 30 분, 적어도 45 분, 적어도 60 분, 적어도 90 분, 및 적어도 120 분)이다. 상기 방법은 (e) 2 이상의 탄소들의 사슬 길이의 차이를 갖는 FALC가 분리되는 조건들 하에서 수소화된 FALC를 분별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예시적인 일 공정에서, 미정제 FALC를 포함한 출발 물질은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 다음 공정 단계들: 즉, (A) FALC 증발, (B) 연속한 비누화 및 증발, (C) 표백, (D) 원 포트 수소화, 및 (E) 적어도 2-단계의 분별 증류를 거친다.

예시들

다음 예시들은 본 발명을 더 나타내지만, 물론 어떠한 방식으로도 그 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 아래의 표 1은 본 명세서에서 사용되는 일부 용어들을 설명한다.

예시 1

이 예시는 중화 & 비누화 후 지방알코올 증발을 이용한 미정제 FALC의 정제를 보여준다.

출발 물질은 그 중에서도 88.6 % 미정제 FALC, 12.8 mg KOH/g 샘플의 FFA, 7.3 mg KOH/g 샘플 FFE, 1800 ppm 카르보닐-함유 화합물들, 및 3 % 수분을 포함하였다. 총 2.23 wt% NaOH(0.61 wt% NaOH의 과량을 가짐)가 110 ℃ 및 480 mbar에서 출발 물질에 첨가되었고, 2 시간 동안 교반되었다. 그 후, 혼합물은 240 ℃의 잔류물 온도 및 2 내지 4 토르에서 증발되어, FALC에 대해 농축된 SE-FALC를 발생시켰다. 혼합물의 조성은 표 2에서 설명된다.

SE-FALC(중화/비누화된 FALC의 유출물)는, 비누화/증발(SAP/EVAP) 공정을 통해 (세제 또는 화학적 공급원료 사양들을 충족하는) FFA 및 FFE 불순물들이 제거될 수 있는 중간 FALC를 포함한다. 후속한 공정 단계들, 예를 들어 표백, 수소화 및 분별 증류를 통해 다른 불순물들(카르보닐, 황 및 불포화)이 감소될 수 있다.

표 2

예시 2

이 예시는 BF-FALC(표백 및 여과된 SE-FALC) 및 니켈 촉매를 포함한 출발 물질의 3 개의 수소화 실행들의 결과들을 보여준다. 공급물(feed)은 수소화 이전의 출발 물질을 나타낸다. 3 개의 상이한 온도들이 0.27 그램의 Pricat 9910, 니켈계 촉매를 이용하여 100 psig 압력에서 실행되었다. 결과들은 표 3에서 설명된다.

표 3

실행 1 및 실행 2에서의 IV 및 GC 데이터는 둘 다 불포화의 상당한 감소를 나타낸다. 실행 3 데이터가 이용가능하지 않지만, 수소 소비는 전환의 정도가 비슷하다는 것을 시사한다. 하이드록실 값(HV)은 온전한 하이드록실기의 수의 지수(index)이다. HV 수의 감소가 그 기의 알칸에 대한 부반응을 나타낼 것이다. HV의 감소가 존재하지 않았기 때문에, 170 ℃의 작동 온도가 실현가능하다.

예시 3

이 예시는 본 발명의 일 실시예에서의 미정제 FALC의 정제를 보여준다. 파일럿(1㎥) 또는 Fermic(20㎥) 발효들로부터의 1 내지 2 % FFA를 갖는 수 개의 미정제 FALC 샘플들이 제공되었다. "EC-FALC"를 제공하기 위해 미정제 FALC의 FFA 및 FFE 함유량을 실질적으로 감소시키도록 초기 FALC 증발 단계가 채택되었다. FFA 및 FFE의 최대 감소를 갖는 거의 100 %의 FALC를 회수하기 위해, 비말 포집기의 최상부에서 측정된 바와 같이 증발의 증기 온도는 5 토르에서 187 ℃이거나 1 토르에서 155 ℃였다. EC-FALC의 특성들이 표 4에서 제공된다. EC-FALC를 발생시키는 추가적인 증발 단계는 선택적이며, 출발 물질이 높은 레벨의 FFA 및 FFE를 함유하는 경우에만 요구되는데, 이는 이러한 높은 레벨의 FFA 및 FFE가 비누화/증발(SAP/EVAP) 절차 동안 처리 어려움들을 야기할 수 있기 때문이다.

표 4

EC-FALC는 약 6.5의 총 SAP(~2.5 % FFA 당량)를 가졌다.

그 다음, EC-FALC는 "SE-FALC"(예를 들어, FALC의 제 2 혼합물)를 형성하기 위해 연속한 비누화/증발 공정(CSEP)을 거쳤으며, 이는 비누화, 수분 건조, C₆OH 제거, 및 비누화된 FALC의 증발을 포함한다. FFE를 비누화하고 완전히 중화하기 위해, 50 % NaOH 용액을 이용한 총 SAP 값에 대한 0.2 wt% 내지 0.4 wt% 과잉 NaOH가 EC-FALC에 첨가되었다. 비누화된 FFE는 FFA 및 FALC로 분할되었다. 일부 카르보닐-함유 화합물들은 산화되어, FFA, 비누화 화합물들, 및 포화 및 불포화 C₁₈OH보다 높은 끓는점을 갖는 긴-사슬 화합물들을 발생시켰다. 비누화 반응기 내의 모든 FFA가 나트륨 비누로 전환되었다. 비누화는 110 내지 130 ℃ 및 60 토르에서 2 시간 동안 수행되었다. 후속하여, 1 시간 동안 20 내지 30 토르로 진공을 낮춤으로써 수분이 제거되었다. 건조 마지막에, 비누화된 EC-FALC의 예상 수분 함유량은 1000 ppm 이하였다. 응결수는 상당량의 헥산올(C₆OH)을 포함했지만, 이 조건들 하에서 C₆OH는 비누화된 EC-FALC로부터 부분적으로만 제거되었다. 건조된 비누화된-EC-FALC는 1 토르에서의 155 ℃, 또는 5 토르에서의 187 ℃에서 증발되었다. 제 1 혼합물(중화/비누화된 FALC) 증발의 유출물은 "SE-FALC"(예를 들어, 제 2 혼합물 FALC)라고 칭해졌다. 5 토르에서의 215 ℃의 증발기 잔류물 온도가 바람직한 수율을 제공할 수 있다. 또한, 증발기에서의 비누 상(soap phase)이 적당하게 건조될 수 있다.

SE-FALC의 비누 값은, 적절한 비말동반(entrainment) 또는 증류탑이 증발기의 최상부에 구비되는 경우에 30 ppm(0.01 산# 당량) 미만이어야 한다. 비누의 연속적인 제거 및 FALC의 최대 수율을 달성하기 위해, 2-단계 증발이 상업적 시스템에 사용될 수 있다. 2-단계 상업적 증발 유닛은, WFE의 최상부에 비말 포집기를 갖는 박막증류장치(WFE)가 이어지는 증발기의 최상부에 충전탑을 갖는 강하막(falling-film), 상승막(rising film), 또는 강제 순환(forced-circulation) 증발기로 구성될 것이다. 이 예시에서는, SE-FALC를 발생시키기 위해 배치 증발기가 채택되었다. 증발기는 반응기 재킷(reactor jacket)들의 측면 및 바닥으로부터의 효과적인 가열 능력을 갖고, 증발기의 최상부에 비말 포집기 및 비누에 의해 형성된 안정적인 폼을 부수는 다수 블레이드(blade)들을 갖는 믹서가 구비된다. 또한, 비말 포집기는 190 ℃까지의 고온 오일 또는 스팀 가열을 위해 재킷형이다(jacketed).

SE-FALC의 특성들은 아래의 표 5에서 제공된다.

표 5

비누화/증발 공정 단계의 완료 후, SE-FALC는 검출가능한 산을 갖지 않으며, < 0.4의 SAP 값, < 1 ppm의 Na, 50 내지 100 ppm의 Si, 7 내지 20 ppm의 황, 희미한 노란색 내지 매우 투명한 색, 및 미정제 FALC와 거의 동일한 IV를 갖는다. 또한, 이는 소포제 및 EC-FALC로부터의 대부분의 유색체들을 제거하였다. 또한, 비누화/증발 단계를 통해 카르보닐의 부분적인 감소가 관찰되었다.

중화/비누화된 EC-FALC의 증발을 완료한 후, 발생된 비누는 배치 증발 공정에 대한 증발기 잔류물에 남았다. 비누 상은 거의 동일한 양의 비누 및 FALC를 함유하였다. 1 시간 동안 100 내지 130 ℃에서 H₂SO₄를 이용하여 증발기의 CIP(clean-in-place) 및 지방 종(fatty species)의 회수를 위해 증발기 내의 비누의 산성화가 수행되었다. 20 % 과량의 H₂SO₄(10 % 용액)가 사용되었다. 추가적인 동일한 양의 DI 물로의 추가적인 한 시간의 쿠킹을 통해 완전한 CIP가 달성되었다. 물의 첨가는 비누로 코팅된 반응 용기 표면을 완전히 적시기 위해 이루어졌다.

수소화 촉매를 보호하기 위해, 표백 유닛 작동이 채택되었다. 표백은 SE-FALC로부터 상당한 양의 황, 금속 불순물들, 유색체, 및 다른 미세한 불순물들을 감소시킬 수 있다. 1 시간의 흡착 시간 동안 0.5 %의 표백토(BASF로부터의 F160)로 115 ℃ 및 80 토르에서 표백이 수행되었다. 그 후, 혼합물은 여과에 앞서 60 ℃까지 냉각되었다. 표백되고 여과된 SE-FALC는 "BF-FALC"라고 칭해진다. 통상적으로, 표백 후 황 및 나트륨 레벨들은 각각 < 5 ppm 및 < 1 ppm이다. 부분 진공에서 채택된 반응 온도 하의 산화로 인해, 희미한 노란색이 미세하게 진해질 수 있다. BF-FALC의 특성들은 아래의 표 6에 제공된다.

표 6

표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 카르보닐-함유 화합물들이 BF-FALC의 남은 불순물이다. 불포화 화합물들의 레벨은 (IV로 표시된) 초기 미정제 FALC와 동일하였다. 이상적으로는, 수소화를 통해 카르보닐-함유 화합물들 및 IV가 각각 150 ppm 및 0.15 이하로 감소된다. PRICAT™ 9910(Johnson Matthey, Billingham, England), 보호 매질로서 완전 포화 C₁₆OH/C₁₈OH 코팅 또는 완전 경화된 식물성 유지(TAG) 코팅으로 코팅되는 실리카 담체 상의 22 % 활성 니켈 촉매가 배치 슬러리 수소화를 위한 촉매로서 사용될 수 있다. 실리카 또는 알루미나에 지지되는 펠레타이징된 니켈이 충전층 수소화를 위한 촉매로서 사용될 수 있다. 2-단계 수소화(즉, 배치 슬러리 IV 수소화 후 충전층 카르보닐 수소화 및 IV 폴리싱)가 사용될 수 있다. IV 및 카르보닐 수소화를 둘 다 다루기 위해, 원-포트 수소화 공정 조건들이 적용될 수 있다.

원-포트 수소화 조건들은 통상적으로 5 내지 13 % PRICAT™ 9910 촉매(1.1 내지 2.86 % 활성 Ni), 100 내지 130 ℃, 100 내지 300 psi(예를 들어, 250 psi) H₂, 및 4 내지 8 시간의 반응 시간일 수 있다. N₂가 반응기를 플러싱(flush)하는 데 사용된다. 수소화의 완료 후, 수소화된 FALC는 촉매 여과를 위해 60 ℃까지 냉각된다. 스파클러(1 ㎛ MF 필터) 여과가 PRICAT™ 9910 촉매의 여과를 위해 사용될 수 있다. TAG 코팅된 Pricat9910이 사용되는 경우, TAG(촉매의 보호 식물성 유지 코팅)는 완전 수소화된 FALC의 여과물(filtrate)에 남을 것이다. 완전 수소화/여과된 FALC는 "HF-FALC"라고 한다. TAG는 증발 단계를 채택함으로써 분별 증류에 앞서 제거되거나, 최종 증류 잔류물로서 제거될 수 있다. HF-FALC의 유출물은 "HFE-FALC"라고 칭해진다. HFE-FALC는 IV < 0.15, 카르보닐 < 150 ppm, 및 무시해도 좋은 알칸을 가져야 한다. HF-FALC 및 HFE-FALC의 특성들은 아래의 표 7에서 제공된다.

표 7

표 8은 C₈OH-컷의 특성을 나타낸다.

표 8

표 9는 C₁₀OH-컷의 특성을 나타낸다.

표 9

표 10은 미드컷(mid-cut) FALC의 특성을 나타낸다.

표 10

표 11은 헤비컷(heavy-cut) FALC의 특성을 나타낸다.

표 11

표 12는 이 예시에서 설명된 바와 같은 공정 조건들을 요약한다.

표 12

분별 증류 조건들은 일반적으로 증류 장비의 타입에 의존하며, 숙련자가 필요에 따라 이들을 채택할 수 있다. 각각의 처리 단계의 성과는 중간물 및 최종 FALC 생성물의 품질을 보장하도록 모니터링된다. 미정제 FALC, 중간물, 및 최종 생성물의 분석적 요건은 아래의 표 13에서 요약된다.

표 13

예시 4

이 예시는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 FALC의 정제를 보여준다. 이 예시에서, FALC의 정제는 일 형태의 미정제 FALC(즉, EC-FALC; 예시 3 참조)를 발생시키는 추가 증발 단계를 채택하지 않고 수행되었다. 또한, 이 예시는 FALC가 본 방법에 의하여 제 1 혼합물을 발생시키도록 강염기로 중화 및 비누화하는 단계, 및 그 후 제 2 혼합물을 발생시키도록 증발시키는 단계를 통해 농축되는 경우에 달성될 수 있는 높은 순도를 나타낸다.

출발 물질은 약 89.95 % 짝수-사슬(even-chain) FALC, 0.78 % 홀수-사슬(odd-chain) FALC, 1.28 mg KOH/g 샘플의 FFA, 13.71 mg KOH/g 샘플의 FFE, 2061 ppm 카르보닐-함유 화합물들, 및 2.99 % 수분을 포함하였다. 총 1.47 wt% NaOH(0.4 wt% NaOH의 과량을 가짐)가 130 ℃ 및 360 토르에서 출발 물질에 첨가되고 2 시간 동안 교반되어, 제 1 혼합물을 얻도록 중화 및 비누화 공정을 거쳤다. 제 1 혼합물(중화/비누화된 FALC의 유출물)은 증발을 통해 (세제 또는 화학적 공급원료 사양들을 충족하는) FFA 및 FFE 불순물들이 제거된 중간 FALC를 포함하였다. 본 명세서에서, 제 1 혼합물은 240 ℃의 증발 잔류물 온도 및 2 토르에서 증발되어 FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시켰다. 제 2 혼합물의 조성물이 아래의 표 14에 나타내어진다. 특히, 제 2 혼합물의 조성물은 약 98.5 % 순도의 FALC를 포함하였다. 농축된 FALC 혼합물의 높은 순도는 비교적 단순한 2-단계 절차[즉, 비누화 및 증발(SAP/EVAP)]에 의해 달성되기 때문에 놀라운 것이었다. 98.5 % 순수한 FALC는 여전히 600 ppm 카르보닐 및 7.8 ppm 황과 같은 미세한 양의 몇몇 불순물들을 함유하였다. 이 불순물들은 너무 작아서, 상품으로 98.5 % FALC를 이용하는 것을 방해하지 않는다. 하지만, 표백, 폴리싱 및 분별 증류를 통해 여하한의 나머지 불순물들이 제거될 수 있다. 또한, 후속한 수소화 단계를 통해 FALC의 불포화가 감소될 수 있다.

작은 불순물들의 제거를 테스트하기 위해, 다음 조건들이 0.5 wt% F-160(BASF) 표백토를 이용하여 1 시간의 반응 시간 동안 115 ℃ 및 80 토르에서 표백하는 데 사용되었다. 원-포트 배치 슬러리 수소화 단계는 1.5 % 활성 니켈(Johnson Matthey로부터의 PRICAT™ 9910)을 이용하여 130 ℃, 450 psi H₂, 4 시간의 반응 시간에 불포화 FALC를 감소시키도록 채택되었다. 표백 및 수소화 후, FALC의 순도는 약 98.8 %로 증가하였다. 본 발명의 신규한 공정 단계들을 통해 발생된 미드컷 FALC(MC-FALC)의 품질을 입증하기 위해, 라이트 부분(light fraction: LC-FALC)이 먼저 2:1 환류비로 83 ℃의 증기 온도 및 2 토르에서 제거된 후, 2:1 환류비로 168 ℃의 증기 온도 및 2 토르에서 MC-FALC의 증류가 이어졌다. 발생된 MC-FALC의 사슬-길이 분포가 상업적 MC-FALC를 정확히 충족시키고 있지는 않지만, 이는 하이드록실 값을 제외한 모든 다른 사양들을 입증하기에 충분히 가깝다.

표 14

당업자라면 이해하는 바와 같이, 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 앞선 실시형태들 및 실시예들의 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다. 이러한 수정들 및 변형들은 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

지방알코올(FALC)을 정제하는 방법에 있어서:
(a) FALC 및 비누화 불순물들(saponifiable impurities)을 포함한 출발 물질(starting material)을 제공하는 단계로,
상기 출발 물질은 대장균(E.coli) 발효 배양액(fermentation broth)이고,
상기 비누화 불순물들은 유리 지방산(FFA), 지방-지방 에스테르(fatty-fatty ester: FFE), 및 카르보닐-함유 화합물들을 포함하는 것인 단계;
(b) 제 1 혼합물을 발생시키도록 상기 출발 물질에 강염기를 첨가하는 단계로,
상기 강염기는 0.3 내지 0.6 중량퍼센트 과잉 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 수성 혼합물인 단계;
(c) FALC에 대해 농축된 제 2 혼합물을 발생시키도록 상기 제 1 혼합물을 증발시키는 단계; 및
(d) 표백된 FALC를 발생시키도록 표백제로 상기 제 2 혼합물을 표백하는 단계를 포함하는 방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 강염기는 상기 FFA를 중화시키고 상기 FFE를 비누화함으로써 상기 FFA 및 FFE를 감소(reduce)시키며, 상기 FFE를 비누화하는 것은 중화를 위한 추가 FFA 및 추가 FALC를 발생시키고, 상기 강염기는 상기 카르보닐-함유 화합물들을 더 감소시키는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 중화 및 비누화는 주위 압력 내지 80 토르(torr)의 부분 진공에서 100 ℃ 내지 130 ℃의 온도로 수행되는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 중화 및 비누화는 2 내지 4 시간 동안 수행되는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 혼합물 내의 FFA의 양은 0.03 mg KOH/g 샘플 미만이고, 상기 제 2 혼합물 내의 FFE의 양은 0.4 mg KOH/g 샘플 미만인 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 혼합물 내의 나트륨 비누(sodium soap)의 양은 20 ppm 미만인 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 혼합물에서의 FALC는 98 % 순수한 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 표백제는 하이포아염소산염, 과산화물, 표백토, 및 흡수제로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 표백제는 금속 화합물; 유색체(color bodies); 산화된 지방 화합물 또는 유리 라디칼(free radicals)을 갖는 지방 화합물을 포함한 추적 레벨(trace level)의 추가 불순물들, 또는 그 조합들을 제거하는 데 효과적인 방법.
제 1 항에 있어서,
수소화된(hydrogenated) FALC를 발생시키도록 수소 및 촉매로 상기 제 2 혼합물을 수소화하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 수소화는 원 포트 슬러리 반응(one pot slurry reaction), 슬러리 반응 후 충전층 반응, 및 2 개의 직렬 충전층 반응(two packed bed reactions in series)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
제 13 항에 있어서,
끓는점에 따라 상기 수소화된 FALC를 분별(fractionate)하는 단계를 더 포함하며, 2 이상의 탄소들의 사슬 길이의 차이를 갖는 FALC가 분리되는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 수소화된 FALC는 적어도 50 퍼센트 C₁₂ 내지 C₁₈ 지방알코올을 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트의 FFA를 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트의 FFE를 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 적어도 0.1 내지 0.5 중량퍼센트의 카르보닐-함유 화합물들을 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 1 중량퍼센트 미만 디알코올 화합물들을 더 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 황 또는 적어도 하나의 황-함유 화합물을 더 포함하는 방법.
제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출발 물질은 물을 더 포함하는 방법.
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제 5 항에 있어서,
상기 출발 물질은 20 mg KOH/g 이하의 비누화(SAP) 값을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 증발시키는 단계는 1 토르에서 150 ℃ 미만의 온도로 수행되는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 증발시키는 단계는 5 토르에서 187 ℃ 미만의 온도로 수행되는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 증발시키는 단계는 C₁₈ 알코올의 증기압에 대응하는 온도로 수행되는 방법.