(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デキストロースからアクリル酸を作製する方法であって、
ａ．生物学的触媒の存在下でデキストロースを発酵させて乳酸を含有する発酵ブロスを生成することと、
ｂ．前記発酵ブロスから固形物を除去して清澄化発酵ブロスを生成することと、
ｃ．有機溶媒中への抽出によって前記清澄化発酵ブロスから乳酸を除去することと、
ｄ．乳酸が除去された後の残留発酵ブロスから乳酸含有有機溶媒を分離することと、
ｅ．前記残留発酵ブロスの少なくとも一部を発酵工程に再利用することと、
ｆ．前記乳酸含有溶媒中の乳酸をアンモニアと反応させて乳酸アンモニウムを含む粗製脱水用フィードを得ることと、
ｇ．前記粗製脱水用フィード中の有機溶媒から乳酸アンモニウムを分離して脱水用フィードを得ることと、
ｈ．前記脱水用フィード中の乳酸アンモニウムの気相脱水を実施して粗製アクリル酸生成物を生成することと、
ｉ．頂部のアセトアルデヒドおよびアンモニアを除去し、かつアクリル酸およびプロピオン酸で主に構成された底部流を得るための第１の蒸留と、
アクリル酸に富む第２の蒸留頂部流およびプロピオン酸に富む第２の蒸留底部流を得るための第１の蒸留からの底部流に対する第２の蒸留と
を含むプロセスによって、粗製アクリル酸生成物を精製して精製アクリル酸生成物を得ることと、
ｊ．溶融結晶化、クロマトグラフィーまたは溶融結晶化とクロマトグラフィーとの両方によって、第２の蒸留頂部流中のアクリル酸をさらに精製することとを含む、方法。
【請求項２】
前記精製アクリル酸生成物が３０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記精製アクリル酸生成物が１０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記清澄化発酵ブロスからの乳酸の分離が、１つまたは複数の親水性ナノ濾過膜の使用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
デキストロース発酵が、分裂酵母の酸抵抗性形質転換体、分裂酵母の組換え体株、または外来性乳酸脱水素酵素遺伝子を含むゲノムを含む耐酸性酵母菌株の使用を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
さらなる精製工程において、過剰なプロピオン酸を含有するアクリル酸を両性イオン交換樹脂と接触させてプロピオン酸をラフィネート中に溶離させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
接触が一連のカラム内で達成され、溶離液が疑似移動床式としてのカラムを通過する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
両性イオン交換樹脂が、架橋ポリスチレン骨格上に組み込まれている第四級アンモニウム基およびカルボキシ基を有する、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
水、または、有機溶媒と組み合わせた水の溶離液が使用される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項１０】
有機溶媒がメタノールまたはアセトンである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらなる精製が、溶融結晶化および両性イオン交換樹脂上の吸着の両方を含む、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は概して、バイオベースのアクリル酸を作製する方法に関し、より具体的には、糖からバイオベースのアクリル酸を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  アクリル酸は価値ある工業物品であり、用途が多様である。アクリル酸から作製されるポリマーは、接着剤、結合剤、コーティング、塗料、光沢剤および超吸収性ポリマーの製造に使用され、最後の超吸収性ポリマーは、ひいては例えばおむつおよび衛生製品を含めた使い捨て吸収性物品に使用される。
【０００３】
[0003]  現状、アクリル酸は石油源材料から作製されている。例えば、長年アクリル酸はプロピレンの触媒酸化によって調製されてきた。しかし近年では、アクリル酸および他の従来の石油化学製品を製造するための、再生可能源をベースにした方法を開発する必要性についての意識が高まり、再生可能な資源からアクリル酸を作製する方法の確認および開発に多くの研究が向けられてきた。
【０００４】
[0004]  したがって、多数の文献でグリセロールをアクリル酸および／またはアクリル酸塩に変換するための方法が記載され、一般には、植物油からバイオディーゼル（脂肪酸メチルエステル）を作製する際に生成されるものなどのグリセロールを使用しており、例えば、ＤｕＢｏｉｓらのＵＳ７，３９６，９６２およびその中で引用された文献を参照されたい。
【０００５】
[0005]  より直接的に本発明の方法に関連することであるが、炭水化物および／または炭水化物由来の供給原料からアクリル酸を作製する方法の開発にも、同様に多くの取り組みがなされてきた。炭水化物に由来し得てかつ綿密に評価を受けてきた供給原料の１つは、３−ヒドロキシプロピオン酸、すなわち３−ＨＰＡである。Ｈｏｌｍｅｎに対するＵＳ２，８５９，２４０（１９５８年）では、３−ＨＰＡの脱水は「比較的単純かつ経済的なプロセス」であることが示されているが、「出発物質はコスト的に低いわけでも量的に入手しやすいわけでもない」（欄１、５５〜５８行目）と結論付けられている。４５年後にも本質的に同じ評価がなされ、Ｋｕｍａｒら、「Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ３−ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｃ  ａｃｉｄ」、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｄｖａｎｃｅｓ、３１巻、９４５〜９６１頁（２０１３年）において、この著者らは、過去１０年間で「近い将来の商業的生産」に向けての「著しい進歩」があったにもかかわらず、「多くの重要な問題が依然残っており、より広範な検討を要する」と結論付けている。
【０００６】
[0006]  炭水化物に由来し得てかつ同様に多くの研究の対象とされてきた別の供給原料は、乳酸である。例えば、同じ１９５８年のＨｏｌｍｅｎ特許において、乳酸はその即時利用可能性のために、しばらくの間は有望な供給原料として３−ＨＰＡと同じくらい好ましいものとして認識されてきたと示されている（乳酸および乳酸の低級アルキルエステルをアクリル酸および対応するアクリル酸の低級アルキルエステルに変換する方法を開発する当時の取り組みについての１９５０年の概説を引用）。最近出願された多数の進行中の特許出願によって証拠付けられているように、乳酸をアクリル酸に変換するための商業的に実行可能な方法も、依然よく把握されていない。
【０００７】
[0007]  ＯｚｍｅｒａｌらのＷＯ２０１２／０３３８４５、ＤｏｎｇａｒｅらのＷＯ２０１２／１５６９２１およびＬｉｎｇｏｅｓらのＷＯ２０１３／１５５２４５は、乳酸（および／または乳酸エステル）をアクリル酸（および／または対応するアクリル酸エステル）に変換する商業的に実行可能な方法を開発するためのこの進行中の取り組みの代表例であり、各々が順繰りに、同じ目的に対する過去の仕事を詳述しながら、追加公表された技術の大部分について論評している。
【０００８】
[0008]  ＷＯ２０１２／０３３８４５では、乳酸アンモニウムを含有する発酵ブロスを４つの経路のうちの１つに従って処理してアクリル酸エステルを生成させると記載されている。第１の経路では、まず発酵ブロスから乳酸を精製する。次に、高度に精製された乳酸を適切な触媒の存在下で高温での気相脱水反応に供してアクリル酸を生成し、今度はエステル化触媒の存在下でエステル化してアクリル酸エステルを得る。第２の経路では、発酵ブロス中の乳酸を「さほど精製することなく」脱水し、その後にエステル化してアクリル酸エステルを生成させる。第３の経路では、発酵ブロス中の乳酸アンモニウムを同時に脱水およびエステル化反応に供してアクリル酸エステル生成物を生成させ、第４の経路では、まず発酵ブロス中の乳酸アンモニウムをさほど精製することなくエステル化反応に供して乳酸エステルを生成させ、次にこの乳酸エステルを脱水してアクリル酸エステル生成物を得る。この第４の経路による「最も好ましい」実施形態では、乳酸アンモニウムを含有する発酵ブロスを水の蒸発によって濃縮し、好ましくは外部のエステル化触媒の非存在下で、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルアルコールによるエステル化に供する。この濃縮プロセス中に放出されるアンモニアは、乳酸発酵に再利用するため、エステル化反応中に放出されるさらなるアンモニアと共に取り込まれる。次に、第一段階で得られた乳酸エステルを脱水して対応するアクリル酸エステルを生成させる。
【０００９】
[0009]  ＤｏｎｇａｒｅらのＷＯ２０１２／１５６９２１では、乳酸からアクリル酸への選択率が改良されかつアセトアルデヒドおよび他の生成物の生成を低下させる触媒を乳酸からアクリル酸に脱水するために使用することが提案されており、この触媒は、任意選択により５質量パーセントのナトリウムで修飾された、カルシウム対リン酸比が１．５〜１．９のリン酸カルシウムを含む。この方法は、高度に純粋な窒素下、摂氏３７０度〜３８０度の温度で２０〜４０分間、触媒を固定層型反応器内で予熱し、次に５０〜８０質量パーセントの予熱された乳酸溶液の蒸気を石英固定された触媒層反応器に窒素キャリヤーガスを用いて通過させることを含むものとして記載されている。報告によるとこれらの条件下での乳酸の変換率は１００パーセントであり、アクリル酸の選択率が６０〜８０パーセント、アセトアルデヒドの選択率が１５〜３５パーセントであった。
【００１０】
[0010]  ＬｉｎｇｏｅｓらのＷＯ２０１３／１５５２４５では、Ｄｏｎｇａｒｅらの報告にあるものと類似の特徴を備えた多数の陣営による研究に対してまず言及がなされ、これらの研究は、リン酸塩および硝酸塩が酸性触媒の表面酸性度を望ましく変化させて特にアセトアルデヒドへの乳酸の脱カルボニル／脱炭酸を抑制し得ることを確証したとしている。
【００１１】
[0011]  Ｌｉｎｇｏｅｓらは、アセトアルデヒドに対する選択率が低下しても、副産物が触媒に堆積し、汚染と早期かつ迅速な触媒の失活とがもたらされ得るため、やはり低下した量であっても問題であると主張している。さらに、いったん堆積すると、副産物は他の望ましくない反応、例えば重合反応を触媒し得る（段落０００５）。
【００１２】
[0012]  また、Ｌｉｎｇｏｅｓらは、問題となっている触媒への堆積に起因する困難とは別に、アセトアルデヒド、プロパン酸、一酸化炭素、二酸化炭素、２−３−ペンタンジオンおよび乳酸オリゴマーなどの副産物の量が非常に少量であっても、当時既知の乳酸からアクリル酸へのプロセスであるアクリル酸を処理して超吸収性ポリマーにする際に起こり得る困難について指摘し、このため文献の大部分はアクリル酸からのこれらの不純物の除去に基づいて存在するものであった。
【００１３】
[0013]  Ｌｉｎｇｏｅｓらは、この文献の原型としてＵＳ６，５４１，６６５および米国公開特許出願第２０１１／０２５７３５５号を引用している。ＵＳ６，５４１，６６５では、（２つの精製段階および３つの除去段階を含む）５段階の結晶化が、他の種の中でも、２６００質量百万分率の酢酸および３５８ｐｐｍのプロパン酸を含有する９９．９４％アクリル酸を得るために有効であった。ＵＳ２０１１／０２５７３５５では、単一パスの結晶化でグリセロール脱水／酸化に由来する粗製反応混合物からプロパン酸を除去して９９％のアクリル酸を得る方法が記載されている。Ｌｉｎｇｏｅｓらによれば、彼らによる改善された触媒および方法の前に存在した、乳酸をアクリル酸に変換する先行技術の諸方法では、このような精製方法を利用するには多すぎる（「はるかに多すぎる」）量の副産物が生成された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0014]  本発明は一態様において、デキストロースからアクリル酸を作製する方法に関係し、
ａ）生物学的触媒の存在下でデキストロースを発酵させて乳酸を含有する発酵ブロスを生成することと、
ｂ）前記発酵ブロスから固形物を除去して清澄化発酵ブロスを生成することと、
ｃ）有機溶媒中への抽出によって前記清澄化発酵ブロスから乳酸を除去することと、
ｄ）そこから乳酸が除去された後の残留発酵ブロスから乳酸含有有機溶媒を分離することと、
ｅ）前記残留発酵ブロスの少なくとも一部を発酵工程に再利用することと、
ｆ）前記乳酸含有溶媒中の乳酸をアンモニアと反応させて乳酸アンモニウムを含む粗製脱水用フィードを得ることと、
ｇ）前記粗製脱水用フィード中の有機溶媒から乳酸アンモニウムを分離して脱水用フィードを得ることと、
ｈ）前記脱水用フィード中の乳酸アンモニウムの気相脱水を実施して粗製アクリル酸生成物を生成することと、
ｉ）頂部のアセトアルデヒドおよびアンモニアを除去しかつアクリル酸およびプロピオン酸で主に構成されている底部流を得るための第１の蒸留と、
アクリル酸に富む第２の蒸留頂部流およびプロピオン酸に富む第２の蒸留底部流を得るための第１の蒸留からの底部流に対する第２の蒸留と
を含むプロセスによって、粗製アクリル酸生成物を精製して精製アクリル酸生成物を得ることと、
ｊ）溶融結晶化、クロマトグラフィーまたは溶融結晶化とクロマトグラフィーとの両方によって、第２の蒸留頂部流中のアクリル酸をさらに精製することと
を含む。
【００１５】
[0015]  一実施形態では、精製アクリル酸生成物は、氷アクリル酸として市販するために許容される純度を少なくとも有する。
【００１６】
[0016]  別の実施形態では、精製アクリル酸生成物は、３０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する。
【００１７】
[0017]  別の実施形態では、精製アクリル酸生成物は、１０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する。
【００１８】
[0018]  本発明による方法の別の実施形態では、この方法は、好適な触媒の存在下、第２の蒸留底部流中のプロピオン酸の酸化脱水素を実施してさらなるアクリル酸を得ることをさらに含む。未変換プロピオン酸の残留、所望の氷アクリル酸生成物を得るために該当するプロピオン酸の制限（製造業者および購入者の両方が要求する従来の石油由来原料からの氷アクリル酸の純度は多少異なるため）を考慮すると、次に、必要に応じて、このさらなるアクリル酸を、溶融結晶化、クロマトグラフィーまたは溶融結晶化とクロマトグラフィーとの両方によって精製することができる。これは典型的には、必ずしもではないが、少なくとも部分的には、溶融結晶化、クロマトグラフィーまたは溶融結晶化とクロマトグラフィーとの両方による精製の前に、第２の蒸留頂部流中のアクリル酸と合わせるために第２の蒸留底部流中のプロピオン酸を酸化脱水素することから得られるアクリル酸を再利用することによって行われることになる。
【００１９】
[0019]  別の実施形態では、この方法は、好適な触媒の存在下で、水素源を用いて第２の蒸留底部流中のアクリル酸の水素化を実施して第２の蒸留底部流から商業的品質のプロピオン酸副生成物を生成することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】[0020]本発明の一実施形態による方法の一部の概略図である。
【図１Ｂ】[0021]本発明の代替的実施形態による方法の一部の概略図である。
【図２】[0022]本発明の一実施形態による方法の第２の下流部分の概略図である。
【図３】[0023]図１および２に概略的に示す方法、例えば水を溶離液として使用した方法において、アクリル酸生成物から過剰なプロピオン酸をクロマトグラフ分離するために使用する両性樹脂を用いたパルス試験の結果を示している。
【図４】[0024]同じ樹脂系の、ただし水中５％アセトンの混合溶離液を使用したパルス試験の結果を示している。
【図５】[0025]アセトンではなくメタノール補助溶媒を使用したパルス試験の結果を示している。
【図６】[0026]より高いパーセンテージのメタノール補助溶媒を使用したパルス試験の結果を示している。
【図７】[0027]最初のパルス試験に基づいて以下のいくつかの実施例で使用されている１２カラムの疑似移動床式クロマトグラフィー機器を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[0028]  次に図１Ａ／１Ｂおよび図２を参照するが、本発明による方法全体のうちの第１の部分については図１Ａおよび１Ｂに示す２つの可能な構造によって、本発明による方法の１つの例示的な実施形態が２つに分けて概略的に示されている。図１Ａおよび１Ｂは、粗製アクリル酸生成物流を連続的に生成するプロセスの第１の上流部分に関する代替的構造を示し、一方、図２は商業的に許容される氷アクリル酸生成物を連続的に生成し得る粗製アクリル酸生成物流の精製を対象としている、第２の下流部分を示している。
【００２２】
[0029]  次に、図１Ａの一実施形態（１０）に例示されている方法の上流部分を参照するが、デキストロース１２は微生物１４と微生物１４のための栄養素１６と共に発酵器１８に供給され、ここでデキストロースは乳酸を含有する発酵ブロス２０の形態で生物学的に乳酸に変換される。
【００２３】
[0030]  乳酸含有発酵ブロスを得るためのデキストロースの発酵は商業的に実践されており、当業者であれば、発酵器内でデキストロースから乳酸を生成するために用いられ得ると思われる多数の微生物および関連方法に精通しているであろう。好適な方法の例としては、ＨａｒａらのＵＳ２０１２／０２１４２１４（分裂酵母の酸抵抗性形質転換体を使用）、ＳｉｎｅｏｋｉｊらのＲＵ２２６８３０４Ｃ１（分裂酵母の組換え体株を使用）、およびＬｉｕらのＵＳ２００５／０１１２７３７（外来性乳酸脱水素酵素遺伝子を含めたゲノムを含む耐酸性酵母菌株を使用）に記載の方法が挙げられ、これら全てがこれにより参照によって本明細書に組み込まれている。
【００２４】
[0031]  乳酸含有発酵ブロス２０は、例示の実施形態では乳酸ブロスタンク２２内に収集される。発酵ブロス処理の技術分野において概して一般に行われているように、次に固形物除去工程２３が乳酸含有発酵ブロス２０から固形物を除去して（概略的に参照番号２５によって示されているように）例えば細胞片が除去された清澄化乳酸含有発酵ブロス２４を得る。発酵ブロス処理の技術分野では固形物を除去する様々な手段が周知であり、したがって、固形物除去工程２３では、限定するものではないが濾過、凝集、沈降、遠心分離などを含めた様々な形態の手段が用いられ得ると思われるが、好ましい実施形態では限外濾過が使用される。
【００２５】
[0032]  いずれにしても、清澄化発酵ブロス２４は次に、乳酸を発酵ブロス２４から除去し好適な有機溶媒中に入れるための溶媒抽出工程２６に連続的に供給され、一方２５の回収された細胞体は発酵器１８で再利用される。一実施形態では、溶媒抽出工程２６は、シェルアンドチューブ型構造に配置された複数の中空繊維膜の使用を伴うが、多くの異なる膜構造が既知であり、それらを使用に選択してもよい。例えば、一枚の平面のシート膜もしくは積み重ねた平面のシート膜を使用してもよく、または（スパイラルフィルターとして一般に知られている）らせん状構造に配置された複数の同心のチューブ状膜を使用してもよい。膜ベースのガス回収または分離システムに精通した当業者であれば、適切な膜システムおよび構造を十分に選択することができるであろうが、現時点で好ましい実施形態は親水性ナノ濾過膜を用いることになる。以下の実施例で実証されるように、Ｍｅｍｂｒａｎａ  ＧｍｂＨ、Ｗｕｐｐｅｒｔａｌ、Ｇｅｒｍａｎｙが販売するＬｉｑｕｉ−ｃｅｌ（商標）膜接触器で用いられる疎水性膜の型も使用できると思われるが、現時点では好ましいものではない。
【００２６】
[0033]  シェルアンドチューブ型構造に配置された中空繊維膜を使用する一実施形態では、水酸化アンモニウム２８が添加された溶媒タンク３０の有機溶媒が、流路３２を介して工程２６に用いられている中空繊維膜のシェル側に供給される。水性乳酸含有フィード２４からの乳酸が中空繊維膜に沿ってかつ放射状に移動してシェル側で乳酸アンモニウムを溶媒中に形成する。次に、フィード２４の乳酸枯渇残留物は、中に含まれているさらなる栄養素を発酵器１８内の発酵補助に利用するために、好ましくは、流路３４ａを介して少なくとも部分的に再利用され、さほど使用されていない任意の乳酸枯渇残留物は、図示のように流路３４ｂを介して乳酸ブロスタンク２２で再利用されるが、パージ部分３６については乳酸ブロスタンク２２および水性乳酸含有フィード２４における所望の乳酸濃度を維持するために必要に応じて除かれる。
【００２７】
[0034]  その間、乳酸アンモニウムは溶媒中で流路３８を介して沈降タンク４０に供給され、ここで乳酸アンモニウムは重力沈降によって濃縮され、部分的に有機溶媒から分離される。沈降タンク４０の前に、任意選択による追加工程において、乳酸と共に有機溶媒に移行した可能性のある残留アニオン種（例えば、リン、硫黄、アルミニウムおよび鉄）および色体を、吸着性媒体による吸着および／またはイオン交換もしくはイオン排除のうちの１つまたは複数によって、既知の方法に従って通常の技量を使用して除去してもよい。次に、沈降タンク４０の底部からの乳酸アンモニウム溶液４２が、蒸気状乳酸アンモニウムフィード４６を脱水反応器４８に供給するために蒸発器４４に連絡し、一方回収された溶媒は沈降タンク４０の上部から再生使用のために流路５０において再利用される。小パージ５２は、蒸気状乳酸アンモニウムフィード中の乳酸アンモニウム濃度を所望の範囲内で維持するために、示されているように蒸発器４４から抜き取られる。
【００２８】
[0035]  反応器４８において、蒸気状乳酸アンモニウムフィード４６中の乳酸アンモニウムを脱水して、アクリル酸ならびに少量の他の副産物、例えばプロピオン酸、アセトアルデヒド、一酸化炭素および二酸化炭素などを含む生成物にする。反応器４８において様々な脱水触媒および関連方法の使用が想定され得るが、一実施形態では、ＰａｐａｒｉｚｏｓらのＵＳ４，７８６，７５６に記載のような、水性無機塩基処理されたリン酸アルミニウム触媒が使用され、このような特許はここで参照によって本明細書に組み込まれている。Ｐａｐａｒｉｚｏｓらにおいては、乳酸および／または乳酸アンモニウムは、乳酸および／または乳酸アンモニウム１モル当たり蒸気０．１〜５０モル、通常は０．５〜５０モルの水ならびに乳酸および／または乳酸アンモニウムの混合物を、水性無機塩基で処理し摂氏３００度〜６５０度、通常は摂氏４５０〜５５０度の範囲の温度で焼成したリン酸アルミニウムと、１０分〜２０時間、典型的には３０分〜１０時間接触させることによって、気相でアクリル酸に変換される。この反応は、摂氏２５０度〜５００度、通常は摂氏３２０度〜３７５度の温度で、０．１〜１５秒、通常は２〜４秒の接触時間で実施される。乳酸アンモニウムが脱水される場合は乳酸およびアンモニアが生成され、所望の場合、アンモニアはデキストロースから乳酸への発酵で栄養素として使用することができる。図１を参照し、流路３４ａはこのように発酵器１８で少なくとも部分的に再利用することができ、抽出膜ユニット２６において乳酸と反応しない任意のアンモニアがこの膜を通過して、発酵器１８において進行中の発酵にさらなる栄養素をもたらす水性乳酸含有発酵ブロス２０内に入る。
【００２９】
[0036]  図１Ｂは、粗製アクリル酸生成物流を連続的に生成するプロセスの第１の上流部分の代替的構造を示している。一実施形態１０Ｂでは、デキストロース、微生物ならびにその微生物のための栄養素１２、１４および１６が、図１Ａにおけるように発酵器１８に供給され、ここでデキストロースが乳酸含有発酵ブロス２０の形態で生物学的に乳酸に変換される。
【００３０】
[0037]  発酵ブロス２０は限外濾過工程２１における限外濾過を経て、発酵器１８に戻される細胞体の再利用流２３と、溶媒抽出工程２９に供給される清澄化発酵ブロス２７とを生成する。溶媒抽出工程２９では、有機溶媒３１を清澄化発酵ブロス２７と綿密に混合してそこから乳酸を抽出するか、またはより好ましくは、清澄化発酵ブロスから乳酸を有機溶媒中に除去することを可能にし、同時に、有機溶媒が発酵ブロス中に進入することと、発酵ブロスからの高分子量の色体が乳酸と共に有機溶媒に進入することとを実質的に防止する、親水性ナノ濾過膜材料をその中に使用する。前述したことと同様に、様々な親水性ナノ濾過膜材料が、様々な既知の空間構造で、一般的な実施者の技量の範囲内で使用され得る。
【００３１】
[0038]  抽出乳酸（３３）を含有する有機溶媒流は次に容器３５に進み、そこで水性の水酸化アンモニウム流路３７内に供給されているアンモニアが抽出乳酸と反応して乳酸アンモニウム生成物３９を形成し、一方乳酸が除去された残留発酵ブロス４１は発酵器１８に戻って再利用される。
【００３２】
[0039]  乳酸アンモニウム生成物３９は、次に容器４３内で相分離されて乳酸アンモニウム水溶液４５をもたらし、これは次に、図１Ａの実施形態における流路４２の手法で蒸発器４４に供給され、反応器４８内で気相脱水を経る。再生された有機溶媒を含有する有機相は、次に流路３１を介して清澄化発酵ブロス２７のさらなる分から乳酸を回収する際にさらに使用するために（必要に応じて任意のさらなる補充溶媒と共に）再利用される。
【００３３】
[0040]  これより、図２に概略的に示されている、本発明の方法における例示的な実施形態の第２の部分を参照して、反応器４８で達成される脱水では、アクリル酸、プロピオン酸、アセトアルデヒド、アンモニア、二酸化炭素および一酸化炭素を含む粗製アクリル酸生成物５０に加えて相当な量の水が生成される。この水の大部分は、粗製アクリル酸生成物５０残留物からの有機物を、抽出カラム５４において向流的に流れる好適な抽出溶媒５２、例えば、アクリル酸エチルへ抽出することによって、粗製アクリル酸生成物５０の残留物から分離される。過剰な水は流路５６を介して除去され、それから図２に示すように、より軽い有機成分（アンモニア、一酸化炭素および二酸化炭素）は、次にあるフラッシュ容器６０から流路５８にフラッシュ分離される。残留物は、第１の蒸留カラムフィード６２の形態で、第１の蒸留カラム６４で蒸留されて、アクリル酸およびプロピオン酸以外の好ましくは実質的に全ての残留する軽い成分（例えば、アンモニア、酢酸、ギ酸およびアセトアルデヒド）は頂部の流路６６内に除去され、一方、アクリル酸およびプロピオン酸で主に構成され、好ましくは実質的に全てがそれらで構成されている底部流路６８は、アクリル酸およびプロピオン酸を蒸留のみを用いて粗製アクリル酸生成物５０内に、好ましくは実現可能な範囲で完全に分離することができるように、非常に低圧下で（例えば、約１０ｋＰａ（０．１バール）で）作動している第２の蒸留カラム７０に送られる。
【００３４】
[0041]  アクリル酸およびプロピオン酸の沸点は互いに非常に近いため、粗製アクリル酸生成物５０からの所望のアクリル酸の大部分を含有する第２の蒸留頂部流路７２は、例示の実施形態ではさらなる精製手段に渡される。一実施形態では、このさらなる精製手段は、これにより参照によって本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡されたＳｃｈｕｌｔｚらのＷＯ２０１５／０３１１８２に記載のようなものとなるであろう。したがって、（以下の実施例のいくつかが関連する）一実施形態では、過剰なプロピオン酸を第２の蒸留頂部流路７２から分離するために、好ましくはそれによって氷アクリル酸の品質を有する生成物が得られる程度において、クロマトグラフィー、特に疑似移動床式クロマトグラフィーが使用される。別の実施形態では、クロマトグラフィーは、過剰なプロピオン酸を分離し、低下したプロピオン酸、好ましくは氷アクリル酸の純度を有する、バイオベースのアクリル酸生成物を得るために、結晶化との組合せで用いられる。
【００３５】
[0042]  連続的な工業規模の吸着プロセスはその効率がよく知られている。連続的向流移動床式クロマトグラフィー機器の操作により、特に物質移動駆動力が強化されており、従来のバッチ溶離クロマトグラフィーと比較して、所与量の吸着剤に対するより高い処理スループットおよび所望の成分のより完全な分離を可能にする。ただし、この向流操作モードでは、流体相および固相の両方が動作中でなければならない。しかし、固体の運動は、吸着剤の侵食（高度な圧力降下につながる微粉をもたらす）および装備の摩耗を含めた、相当な技術上の問題を呈する。これらの困難があるため、固体の吸着剤は静的に保たれるが、出口流と同様、全ての入口に流体の流れ方向に周期的な１カラムシフトが行われる、疑似移動床式クロマトグラフィーシステムが開発された。この手法では、固体の見かけ上のまたは疑似的な向流運動が流体の流れに対して創出される。このような疑似移動床式クロマトグラフィーシステムは、多くの産業でかつ様々な用途で広く使用されており、例えば第２の蒸留カラム７０からの頂部流７２から過剰なプロピオン酸を除去し、好ましくは３０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸、より好ましくは１０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する、プロピオン酸含量が低下したアクリル酸生成物を得るためにクロマトグラフィーを使う場合に、好ましいアプローチである。
【００３６】
[0043]  疑似移動床式クロマトグラフィーシステムは、使用されよく知られているため、その詳細な取り扱い、設計および操作については本明細書で扱わないが、当業者は所望に応じて、公開文献、例えばＧｏｍｅｓおよびＲｏｄｒｉｇｕｅｓ、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｂｅｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：Ｆｒｏｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｔｏ  Ｐｒｏｏｆ−ｏｆ−Ｃｏｎｃｅｐｔ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３５巻、１号、１７〜３４頁（２０１１年）でさらなる情報を見出すことができ、この論文はこれにより参照によって本明細書に組み込まれ、また以下に記載されている実施例から導かれることになる。
【００３７】
[0044]  今引用した例は、ポリスチレンマトリックスに結合しているカチオンおよびアニオンの両方の官能基を含めた両性樹脂が、ここでの用途に有効なクロマトグラフィー樹脂であることを示している。これらの樹脂は、典型的には、電解質および非電解質の分離、または２つの電解質の分離のために使用される。Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌによって販売され、以下のいくつかの実施例で用いられているＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂に加えて、様々な両性クロマトグラフィー樹脂が市販されており、使用することができる。例えば、旧バージョンの同じ樹脂がＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０１という商品名で販売されていたが、依然としてある程度市販されている可能性があり、伝えられるところによれば、ビーズサイズは異なっておりかつおそらくは均一性が劣るものの、この旧バージョンの樹脂もプロセス工程１６における使用に好適であるはずである。
【００３８】
[0045]  ＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂それ自体は、供給業者の記載によれば、架橋ポリスチレン骨格上に第四級アンモニウム基およびカルボキシ基が組み込まれている両性イオン交換樹脂であり、２６０μｍの均一なビーズサイズを有し、劣化および浸出に対する顕著な耐性を有する。提案されている用途は、水を溶離液（移動相）として使用して水溶液中の様々な塩を分離するというものであり、したがって、代替の実施形態では、プロピオン酸およびアクリル酸からプロピオン酸エステルおよびアクリル酸エステルを形成し、次にこれらのエステルを分離することによって、頂部流７２におけるプロピオン酸およびアクリル酸がＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂または類似の両性樹脂を使用して分離することができると予想される。
【００３９】
[0046]  水を溶離液として使用すること（塩の分離についてMitsubishiが提案するように）は、結果が図３に示されているパルス試験が示すように、アクリル酸の保持時間および図３で明白なアクリル酸ピークのわずかな尾引きのために、多量の水を要する可能性がある。次に、この溶離液は１つまたは複数の有機溶媒と水との組合せであることが好ましい。メタノールおよびアセトンの両方は、（図４〜６が示すように）アクリル酸ピークの保持時間の低下および全体的な溶離液必要量の低下に有効であることが判明したが、当業者であれば、これらの目的を達成する他の有機溶媒を特定し、以下の実施例の手法に従って水を伴う使用を最適化することは十分に可能であろう。
【００４０】
[0047]  過剰なプロピオン酸も、他の実施形態ではクロマトグラフィーおよび結晶化の組合せによって除去することができる。アクリル酸精製のための溶融および分別結晶化の使用は、よく知られ、かつ確立されており、様々な動的、懸濁および静的結晶化の方法およびデバイスが公知である。本来、溶融結晶化は、初期の系の熱力学平衡に従って所望の生成物を冷却および結晶化することで溶融物から化合物を単離することによって機能するが、本発明の文脈においては、結晶器に送られたプロピオン酸含有アクリル酸溶液および母液保持プロピオン酸溶液と比べて低下したプロピオン酸含量を有するアクリル酸を生成するために、溶融結晶化を使用する。
【００４１】
[0048]  任意の既知の結晶器を用いることができ、かつその型またはサイズは特に限定されないと考えられる。例えば、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｌｔｄ．、Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄが販売している型の流下薄膜型結晶器は、アクリル酸の精製に現在使用されている動的層結晶化デバイスの１つの型であり、図２の特定の実施形態で示されているいくつかの溶融結晶化段階のために一実施形態で使用してもよいが、Ｄｕｂｏｉｓに対するＵＳ８，４４０，８５９では、最後の静的結晶器の前の一連の流下薄膜型結晶器についてはプリファレンスが明示されている。ほとんどの流下薄膜型結晶器では、精製アクリル酸はチューブの内面に結晶化するが、Ｌｅ  Ｐａｇｅ  Ｍｏｓｔｅｆａら、「Ａ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｒｏｕｔｅ  ｏｆ  ｂｉｏ−ａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｂｙ  ｍｅｌｔ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｓｐｅｃｔｆｕｌ  ｏｆ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ」、Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２５５巻、９８〜１０２頁（２０１４年）では、流下薄膜型結晶器において、アクリル酸はチューブの外面に結晶化すると記載されている。著者らによれば、このような構造は、結晶化がチューブの内面に起きる場合に発生し得る目詰まりのリスクなしで、初期溶融物の比較的大きい部分を結晶化することを可能にし、かつこの結晶器からはより高い生産性が得られるとしている。著者らは、過去に知られていた設計と比べて低下したサイクルタイムを含めて、彼らの設計から得られる他の利点も主張している。この文献では、さらに他の結晶器の設計が引き続き紹介され、これらは図２で概略的に示されている溶融結晶化段階のうちの１つまたは複数での使用が考えられ得、例えば、ＶｅｒｄｏｅｓおよびＢａｓｓｅｔｔ、「Ｈｉｇｈ  Ｐｕｒｉｔｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｂｙ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ」、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、２９巻、７号、３２〜３５頁（２００９年）およびＦｕｎａｋｏｓｈｉら、「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ｒｅｆｌｕｘ  ｒａｔｉｏ  ｏｎ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｂｙ  ｉｎｃｌｉｎｅｄ  ｃｏｌｕｍｎ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２３７−２３９、２２５１〜２２５６頁（２００２年）によって記載されている水圧洗浄カラムを参照されたい。
【００４２】
[0049]  概して、流下薄膜型結晶化は多チューブ交換機内で実施され、各チューブは、プロピオン酸が除去されることになるアクリル酸の液体流（溶融物）を上部で連続的に受け取り、その液体はチューブの内壁に沿って薄膜として落下し、チューブ底部で受け取られ、内部の管壁上で所望の量のアクリル酸を結晶化するための閉ループ内で、必要である限りチューブの上部で再循環する。同時に、熱交換流体、典型的にはエチレングリコール／水またはメタノール／水がチューブの外壁に沿って流れて結晶化サイクルの各段階の操作に必要な冷却または加熱をもたらし、チューブ底部からチューブ上部までの再利用は結晶化サイクルの期間行われる。
【００４３】
[0050]  各結晶化段階自体は、結晶化、結露および溶融の３つの相または段階で進行する。結晶化段階における熱交換流体の温度は、溶融物内のアクリル酸の結晶化温度をわずかに上回る温度、典型的には摂氏１４度、から開始する負の温度勾配に沿って低下する。結晶は、内部管壁の表面に形成される。循環させているアクリル酸のおよそ３０〜８０パーセントが結晶化したときに、残存する液体画分である母液が排出され、除去される。結露における熱交換流体の温度は、形成中のアクリル酸結晶の層内に包含物の形態で閉じ込められている不純物（この場合、主にプロピオン酸）を溶融によって除去するために、正の温度勾配に沿って上昇するが、この包含物はアクリル酸が晶出するにつれてプロピオン酸中でますます濃縮される再循環不純アクリル酸との接触を通じて、層が増大するに伴ってますます発生する。溶融段階において、熱交換液体の温度は、アクリル酸の融点（摂氏１４度）を超えると急速に上昇し、ただし重合が発生する程度には至らない温度（例えば、摂氏３５〜４０度以下）まで上昇して、結晶質層は溶融し、収集される。典型的には、第１の結晶器からの結晶質層は溶融物として第２の結晶器に供給され、その結果、順序立てられた操作を通して、以下のある特定の実施例に例示されるようにより高い純度を実現することができる。
【００４４】
[0051]  先ほど説明したようなクロマトグラフィーおよび溶融結晶化の両方を利用している、図２に概略的に例示された特定の実施形態では、第２のフラッシュ容器７４は流路７６中の軽い成分をフラッシュ分離し、一方９８パーセント超の純粋なアクリル酸からなるが好ましい上限である３０００質量ｐｐｍを超えるプロピオン酸を依然含有する残留物７８は、次に第１の溶融結晶化段階８０に運搬される。
【００４５】
[0052]  段階８０からの母液８２は第２の溶融結晶化段階８４に入り、一方第２の溶融結晶化段階８４からの結晶化物８６は第１の溶融結晶化段階８０からの結晶化物８８と合わされ、合わされた結晶化物８６および８８は第３の溶融結晶化段階９０に送られる。第２の段階８４からの母液９２は、先ほど説明した典型的な２カラム配列内の第２の蒸留カラムからのプロピオン酸含有底部流路９４と合わされ、この組合せは疑似移動床式クロマトグラフィーシステム９６に対するフィードとして使用される。次に、工程４０における好ましい疑似移動床式クロマトグラフィーシステムからのアクリル酸生成物９８は、結晶化物８６と８８と共に第３の溶融結晶化段階９０に送られ、一方疑似移動床式クロマトグラフィーシステム９６からのラフィネート流路１００は、粗製アクリル酸生成物５０に含有された過剰なプロピオン酸で主に構成されている。
【００４６】
[0053]  一実施形態では、任意選択によるさらなる工程において、ラフィネート流路１００中にプロピオン酸と共に残存する残留アクリル酸は、反応器１０２内で水素１０４によって水素化されてさらなるプロピオン酸を生成し、それによってより高い純度のプロピオン酸副生成物１０６を得る。ある特定の実施形態では、水素化は、上で引用されたＤｕｂｏｉｓに対するＵＳ８，４４０，８５９に記載の手法で実施され得る。しかし、Ｄｕｂｏｉｓの想定では水素化される材料が５０〜９０質量パーセントのアクリル酸を含有することになるのに対し、本明細書におけるラフィネート１００のアクリル酸含量は５０質量パーセントをはるかに下回ることになる点に留意すべきである。したがって、Ｄｕｂｏｉｓが所望する、少なくとも８５質量パーセント、好ましくは少なくとも９５質量パーセント、より好ましくは少なくとも９９質量％のプロピオン酸純度の達成は、例えば、ラフィネート１００が７．９質量パーセントの残留アクリル酸を含有する（実施例２８）発明者らの方法では、Ｄｕｂｏｉｓの場合のようにほとんどアクリル酸で構成されるよりも、結局のところ相当に容易であるはずである。
【００４７】
[0054]  Ｄｕｂｏｉｓに対するＵＳ８，４４０，８５９で述べられているように、水素化は、水素分子源と共に液相または気相で実施され得る。Ｄｕｂｏｉｓによって引用された水素化を実施する既知の方法には、ＦＲ２２１９９２７、Ｃｈｅｍｉｃｋｙ  Ｐｒｕｍｓｙｌ  ３７、６５１〜６５３頁（１９８７年）およびＥｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（１９７５年）、７５〜８０頁が含まれる。具体的には以下のように記載されている：ルテニウム−ホスフィン錯体および溶媒としてメタノールを使用し、およそ摂氏６０度、およそ３ＭＰａの圧力で実施される均質な液相プロセス；固定層における酸化アルミニウム−銅／亜鉛触媒により、摂氏２５０度〜３５０度の間の温度、０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａの間の圧力（１〜６気圧）での不均質な気相触媒作用；ならびに、ケイ酸または活性炭などの多孔質支持層に吸着した液体パラジウム塩溶液の形態で適用され、塩は続いて還元され金属白金を形成するパラジウム触媒により、摂氏２０度〜８０度の温度、０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａ（１〜１０気圧）の水素圧力での不均質な触媒作用。
【００４８】
[0055]  別の実施形態では、さほど好ましいとされない代替のさらなる工程を用いて、ラフィネート１００中の過剰なプロピオン酸は酸化的に脱水素され、例えば、式ＡａＭｂＮｃＸｄＺｅＯｆの混合金属酸化物触媒を使用する、ＨａｎらのＥＰ２０３９６７４Ｂ１に記載の触媒および方法によって、さらなるアクリル酸を得る（式中、Ａは、「ＭｏおよびＷからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｍは、ＶおよびＣｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｎは、Ｔｅ、ＳｂおよびＳｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｘは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｐ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる少なくとも１つの元素であり、Ｚは、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｒ、Ｓｍ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、ＮｄおよびＴｂからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｏは、酸化物形態の酸素である（式中、ａ＝１、ｂ＝０．０１〜１．０、ｃ＝０．０１〜１．０、ｄ＝０．０１〜１．０、ｅ＝０〜０．１であるとき、ｆは他の元素の酸化状態に依存する）」）。好ましい触媒は、「ＭｏａＶｍＴｅｎＮｂｘＯｏおよびＷａＶｍＴｅｎＮｂｘＯｏ（式中、ａ、ｍ、ｎ、ｘおよびｏ［ｓｉｃ  −  ｆ？］は先に定義されたとおりである）」であった。代替的に、Ｈａｎらによって言及された参考文献ＪＰ２００００５３６１１に記載のＭｏＦｅＣｏＯ触媒および方法を使用してもよい。別の代替の実施形態では、（Daicel Chemical Industries Ltdに譲渡された）Ｋｅｉｋｏに対するＪＰ０７−３３０６５８に記載の触媒および方法があり、ここでは式ＰａＭｏｂＶｃＡｄＣｅｅＢｆＯｇの触媒を使用してプロピオン酸またはその対応エステルが酸化的に脱水素される（式中、Ａは銅、ヒ素、アンチモン、ケイ素、タングステン、クロム、銀およびマグネシウムのうちの１つまたは複数であり、Ｂはカリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムのうちの１つまたは複数であり、（ａ）は０．５〜３であり、（ｃ）は０．１〜３であり、（ｄ）は０〜３であり、（ｅ）は０．０１〜３であり、（ｆ）は０．０１〜２であり、（ｇ）は（ｂ）が１２であるときに必要に応じる）。別の代替の実施形態では、金／チタニア触媒が用いられたＭｃＥｎｔｅｅら、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｏｘｉｄａｔｉｖｅ−Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  Ａｃｉｄｓ  −  Ａｃｒｙｌａｔｅ  ａｎｄ  Ｃｒｏｔｏｎａｔｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｔ  ｔｈｅ  Ａｕ／ＴｉＯ２  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１３６巻、５１１６〜５１２０頁（２０１４年）に記載の触媒および方法を使用してもよい。さらに別の代替の実施形態では、Ｗａｔｋｉｎｓに対するＵＳ３，８５５，２７９に記載の、（実施例９で具体的に示されているように）鉄および鉛のリン酸塩混合物の焼成された残渣で構成された触媒を使用して、酸素存在下でかつ摂氏２５０度〜摂氏６００度までの範囲の温度で、プロピオン��を酸化的に脱水素してアクリル酸にすることができる、触媒および方法を使用してもよい。このさらなるアクリル酸は、クロマトグラフィーによって、結晶化によって、または本明細書に例示のようにクロマトグラフィーおよび結晶化の組合せによって、同様に処理することができる。
【００４９】
[0056]  好ましくは３０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸、より好ましくは１０００質量ｐｐｍ未満のプロピオン酸を含有する氷アクリル酸生成物流路１０８は第３の溶融結晶化段階９０から生成され、一方第３の溶融結晶化段階９０からの母液１１０は結晶器配列の開始部分、第１の溶融結晶化段階８０で再利用される。
【００５０】
[0057]  本発明は、以下の非制限的な実施例によってさらに例示される。
【実施例】
【００５１】
[0059]  実施例１
[0060]  アクリル酸／プロピオン酸混合物に対する一連のパルス試験を、ＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂を使用して行った。標準試験手順は、室温の水中スラリーとしての樹脂１００ｍｌを直径１．５ｃｍのガラスカラムに装填することを伴った。次に樹脂を水５００ｍｌで洗浄した。水を樹脂の上部に排出させ、よってフィードのパルス６ｍｌを樹脂カラムに装填した。液体を樹脂の上部に再び排出し、水２ｍｌを添加した。再び、液体を樹脂の上部に排出させ、よって水１０ｍｌをヘッドスペースに添加した。水を３ｍｌ／分で樹脂を通して流し、周期的に画分６ｍｌを収集した。次に、この画分６ｍｌを分析した。
【００５２】
[0061]  上記手順の後、図３に示すように、均一濃度条件下、ＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂などの両性イオン交換樹脂を使用したＳＭＢクロマトグラフィーを用いて、酢酸およびプロピオン酸の両方がアクリル酸から分離され得ることが見いだされた。
【００５３】
[0062]  実施例２〜４
[0063]  実施例１で行ったパルス試験は、アクリル酸のプロピオン酸からのＳＭＢクロマトグラフ分離が技術的に可能であることを示している。しかし、アクリル酸ピークの遅い溶出およびわずかな尾引きのために、水の必要量が相当多くなる可能性が非常に高い。見込みがある解決策の１つは、溶離液必要量を減少させるために有機溶媒、または水と有機溶媒との混合物を使用することであろう。上記手順の後、実施例２〜４で、異なるレベルのメタノールおよびアセトンを水と組み合わせて評価し、アクリル酸の保持率およびピーク形状を改善することができるか調べた。
【００５４】
[0064]  水中５％アセトンの使用（実施例２および図４）によって、アクリル酸ピークの保持時間が０．５ベッド体積減少し、尾部が約１ベッド体積減少し得ることが示されたが、このことは、実際には溶離液必要量がＳＭＢクロマトグラフ分離における均一濃度分離と比べて低下され得ることを示すものである。
【００５５】
[0065]  パルス試験の溶離に用いられた補助溶媒としての１５％のメタノール（実施例３および図５）も溶離液必要量を減少させ、全ての酸のピーク形状を改善した。メタノールの相対濃度を５０％に増加（実施例４および図６）させることでアクリル酸の溶出時間は著しく減少したが、アクリル酸およびプロピオン酸のピークにおけるピーク重複は、ＳＭＢクロマトグラフ分離では成功しない可能性が高いと思われるポイントまで増加した。
【００５６】
[0066]  実施例５〜９
[0067]  実施例１〜４で報告されたパルス試験は、酢酸およびプロピオン酸の両方からアクリル酸を分離するために、両方の均一濃度条件を使用し混合溶媒を溶離液として用いたＳＭＢクロマトグラフィーが使用できることを確認するものだが、酢酸およびアクリル酸の沸点が異なるため、酢酸の副産物に関しては蒸留分離が好ましいものとなり得る。ＳＭＢクロマトグラフィー装置における様々な溶離液の性能をさらに評価するために、１２カラムの回転ＳＭＢクロマトグラフィーユニットをＤＩＡＩＯＮ  ＡＭＰ−０３両性イオン交換樹脂を用いた２−５−４−１のカラム装置に配置した（図７参照）。脱着、濃縮、フィードおよび再装填流について４つの個々のポンプを独立に操作した。
[0068]  表１は１２カラムの装置および均一濃度条件を使用して実行した一連の実験を示し、全ての流量をグラム／分で報告している。
【００５７】
【表１】
0006574838.tif 000002
【００５８】
[0069]  表１のデータが示すように、９９パーセント強の純粋なアクリル酸生成物を実現し、これに対しプロピオン酸は９５パーセント超の回収率であった。フィードは、プロピオン酸７〜１５ｇ／リットルと合わせたアクリル酸１００〜１５０ｇ／リットルを含有していた。
【００５９】
[0070]  実施例１０〜１８
[0071]  表２は、１２カラムの装置を使用したが、アセトン／水の組合せの溶離液中の１０％のアセトンを用いた一連の実験ランを示している。
【００６０】
【表２】
0006574838.tif 000003
【００６１】
[0072]  パルス試験から予想されたように、溶離液溶媒に１０％のアセトンを含めるように変更すると、均一濃度分離についての実施例５〜９からの溶離液必要量である溶離液：フィード＝５：１から、アセトン／水混合溶離液では３：１と大きく減少した量で、所望の収率および純度を実現した。これは、抽出濃度の増加および蒸発の減少をもたらす。溶媒回収コストがある程度これらの利点を相殺し得る。
【００６２】
[0073]  実施例１９〜２７
[0074]  表３は、２５％メタノールを補助溶媒として用いて行われた一連の実験ランを示している。
【００６３】
【表３】
0006574838.tif 000004
【００６４】
[0075]  ここでも、均一濃度操作と比べて大きく減少した溶離液必要量を用いて、所望の収率および純度を達成することができた。
【００６５】
[0076]  実施例２８
[0077]  図２に概略的に示すように、溶融結晶化およびクロマトグラフィー配列は、Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．、Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓから市販されているＡＳＰＥＮＰＬＵＳ（バージョン８．２）プロセスモデリングソフトウェアを使用してモデル化し、平衡相図を構築しアクリル酸とプロピオン酸との間の共晶組成を決定するためにアクリル酸およびプロピオン酸の様々な組合せで行われた一連の溶融結晶化実験に従い、さらに上で概括されたクロマトグラフィー試験に基づいている。モデル化の結果を次の表４に示すが、頂部流７２の流入残留物７８は第２の蒸留カラム７０からのものであり、プロピオン酸含有底部流９４も第２の蒸留カラム７０からのものであり、概してＰａｐａｒｉｚｏｓらのＵＳ４，７８６，７５６による、バイオベースのアクリル酸を作製する先述の方法におけるものである。
【００６６】
【表４】
0006574838.tif 000005
【００６７】
[0078]  実施例２９〜３２
[0079]  ＨａｒａらのＵＳ２０１２／０２１４２１４による方法を用いて生成し次に限外濾過によって濾過した発酵ブロスから乳酸を抽出する一連のバッチトライアルを行った。
【００６８】
[0080]  Ａｌａｍｉｎｅ（登録商標）３０４−１の水不溶性トリ−オクチル／ドデシルアミン（BASF SE、Ludwigshafen、Germany）およびｎ−オクタノールの２５：７５の比での溶媒の組合せを、各バッチトライアル用の限外濾過された発酵ブロスと綿密に混合した。定量的分離のために３０分〜６０分の期間にわたって相分離させた後、抽出された乳酸を含有する有機溶媒相および残留発酵ブロスをイオン排除ＨＰＬＣによって分析して発酵ブロスから抽出された乳酸の量を決定した。次に有機溶媒を２６ボーメ（２９．４質量パーセント）の水酸化アンモニウム水溶液を用いた逆抽出によって再生し、さらなる相分離の後、形成された乳酸アンモニウム溶液において、乳酸についてはイオン排除ＨＰＬＣによって、アンモニアについてはアンモニアイオン専用電極の使用によって分析した。
【００６９】
[0081]  次に、再生された溶媒を限外濾過された発酵ブロスからさらなる量を抽出するために使用し、限外濾過された発酵ブロスの４つのバッチが処理されるまで、先述のバッチトライアルの工程を繰り返した。
【００７０】
[0082]  ４つのバッチトライアルの結果は次のとおりであった。
【００７１】
[0083]
[0084]  トライアル１：
[0085]  限外濾過ブロスの体積              ５００ｍｌ
[0086]  ブロスの乳酸濃度                  ７１．６ｇ／ｋｇ
[0087]  溶媒混合物の体積                  ８２０ｍｌ
[0088]  回収されたラフィネート            ４４８ｍｌ
[0089]  ラフィネートの乳酸濃度            １０ｇ／ｋｇ
[0090]  ラフィネートのｐＨ                未検
[0091]  添加された水酸化アンモニウム      ２８ｍｌ
[0092]  回収された乳酸アンモニウム        ７２ｍｌ
[0093]  抽出乳酸％                        ８７．２％
[0094]  乳酸アンモニウムの乳酸濃度        ３４．８％
[0095]  乳酸のアンモニア濃度              ８．３２％
[0096]  乳酸アンモニウム溶液濃度          ４１．３７％（計算値）
[0097]
【００７２】
[0098]  トライアル２
[0099]  限外濾過ブロスの体積              ３００ｍｌ
[00100]  ブロスの乳酸濃度                  ７０．７ｇ／ｋｇ
[00101]  溶媒混合物の体積                  ８００ｍｌ
[00102]  回収されたラフィネート            ２７６ｍｌ
[00103]  ラフィネートの乳酸濃度            １６．４ｇ／ｋｇ
[00104]  ラフィネートのｐＨ                ４．９３
[00105]  添加された水酸化アンモニウム      １８ｍｌ
[00106]  回収された乳酸アンモニウム        ５２ｍｌ
[00107]  抽出乳酸％                        ８０％
[00108]  乳酸アンモニウムの乳酸濃度        ３１．７％
[00109]  乳酸のアンモニア濃度              ８．４２％
[00110]  乳酸アンモニウム溶液濃度          ３７．７％（計算値）
【００７３】
[00111]
[00112]  トライアル３
[00113]  限外濾過ブロスの体積              ３００ｍｌ
[00114]  ブロスの乳酸濃度                  ７０．７ｇ／ｋｇ
[00115]  溶媒混合物の体積                  ８００ｍｌ
[00116]  回収されたラフィネート            ２８０ｍｌ
[00117]  ラフィネートの乳酸濃度            １２．６４ｇ／ｋｇ
[00118]  ラフィネートのｐＨ                ４．７７
[00119]  添加された水酸化アンモニウム      １７．５ｍｌ
[00120]  回収された乳酸アンモニウム        ５０ｍｌ
[00121]  抽出乳酸％                        ８３．４％
[00122]  乳酸アンモニウムの乳酸濃度        ３３．４％
[00123]  乳酸のアンモニア濃度              ９．３９％
[00124]  乳酸アンモニウム溶液濃度          ３９．７％（計算値）
【００７４】
[00125]
[00126]  トライアル４
[00127]  限外濾過ブロスの体積              ３００ｍｌ
[00128]  ブロスの乳酸濃度                  ７０．９ｇ／ｋｇ
[00129]  溶媒混合物の体積                  ８１０ｍｌ
[00130]  回収されたラフィネート            ２７７ｍｌ
[00131]  ラフィネートの乳酸濃度            １６．５ｇ／ｋｇ
[00132]  ラフィネートのｐＨ                ４．８３
[00133]  添加された水酸化アンモニウム      １７．５ｍｌ
[00134]  回収された乳酸アンモニウム        ４８ｍｌ
[00135]  抽出乳酸％                        ７８．６％
[00136]  乳酸アンモニウムの乳酸濃度        ３３．８％
[00137]  乳酸のアンモニア濃度              ８．９％
[00138]  乳酸アンモニウム溶液濃度          ４０．２％（計算値）
【００７５】
[00139]
[00140]  実施例３３
[00141]  この実施例および次の実施例については、疎水性Ｘ５０ポリプロピレンチューブ状膜（Membrana GmbH、Wuppertal、Germany）を装備したＬｉｑｕｉＣｅｌ（登録商標）ＭｉｎｉＭｏｄｕｌｅ（登録商標）膜接触器を用いた。
【００７６】
[00142]  第１のトライアルでは、限外濾過された発酵ブロス１．２５リットルを、膜接触器のＸ５０チューブ状膜を通して、Ａｌａｍｉｎｅ（登録商標）３３６の水不溶性トリ−ｎ−ドデシルアミン（BASF SE、Ludwighafen、Germany）および２，６−ジメチル−４−ヘプタノールの２５：７５混合物２．５リットルの中へ抽出した。溶媒混合物をチューブ状膜のシェル側で循環させ、一方発酵ブロスはルーメン側を通して循環させた。このトライアルは５．６７時間にわたって実施された。フィード乳酸濃度は６６．８ｇ／ｋｇ、最終ブロス濃度は１４．５ｇ／ｋｇであった。乳酸輸送溶媒混合物約２．３リットルがトライアルの終了時に回収され、このとき小さい水層が認識されたが、２６ボーメのアンモニア水溶液６９ｍｌを用いた乳酸輸送溶媒混合物の逆抽出の前には分離されなかった。アンモニア溶液および乳酸輸送溶媒混合物を６４分にわたって十分に混合し、次に相分離させた。乳酸アンモニウム水溶液１７２ｍＬを回収した。分析によって、乳酸アンモニウム溶液中に３３９．６ｇ／ｋｇの乳酸濃度および８９ｇ／ｋｇのアンモニアが示された。乳酸アンモニウム濃度の計算値は４０．４質量パーセントであった。
【００７７】
[00143]  実施例３４
[00144]  第２のトライアルでは、限外濾過された発酵ブロス１．１４リットルを、膜接触器のＸ５０チューブ状膜を通して、Ａｌａｍｉｎｅ（登録商標）３３６の水不溶性トリ−ｎ−ドデシルアミン（BASF SE、Ludwighafen、Germany）および２，６−ジメチル−４−ヘプタノールの２５：７５混合物２．５リットルの中へ抽出した。溶媒混合物をチューブ状膜のシェル側で循環させ、一方発酵ブロスはルーメン側を通して循環させた。このトライアルは５．１時間にわたって実施された。フィード乳酸濃度は６４．７ｇ／ｋｇ、最終ブロス濃度は１１．７ｇ／ｋｇであった。トライアル終了時に、抽出発酵ブロス約１リットルを回収し、乳酸輸送溶媒混合物約２．５リットルを回収した。次に、乳酸輸送溶媒混合物を２６ボーメのアンモニア水溶液６５ｍｌで逆抽出した。アンモニア溶液および乳酸輸送溶媒混合物を４５分にわたって十分に混合し、次に相分離させた。乳酸アンモニウム水溶液１６２ｍＬを回収した。分析によって、乳酸アンモニウム溶液中に３６７ｇ／ｋｇの乳酸濃度および１００ｇ／ｋｇのアンモニアが示された。乳酸アンモニウム濃度の計算値は４３．６質量パーセントであり、限外濾過された発酵ブロス中の約８４パーセントの乳酸を乳酸アンモニウム生成物中に回収した。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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