Proceso de producción de ácido succínico.

Proceso para la preparación de ácido succínico que incluye las etapas de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprende succinato de magnesio por fermentación, donde una fuente decarbohidratos se fermenta mediante un microorganismo para formar ácido succínico, adicionándose una base demagnesio como agente de neutralización durante la fermentación para proporcionar el succinato de magnesio;

b) someter el medio acuoso que comprende succinato de magnesio a un paso de cristalización y un paso deintercambio de sales para proporcionar una solución acuosa que comprende una sal de succinato monovalente, dondeel intercambio de sales, que se realiza previamente o después de la cristalización, comprende el tratamiento delsuccinato de magnesio con una base monovalente para proporcionar una base de magnesio y la sal de succinatomonovalente;

c) ajustar la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa a un valor entre un 10 y un 35 %en peso en aquellos casos donde la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa del paso b)esté fuera del rango entre 10 y 35 % en peso;

d) someter la solución acuosa que comprende la sal de succinato monovalente a electrodiálisis con descomposición deagua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución quecomprende ácido succínico y sal de succinato monovalente, realizándose la electrodiálisis hasta una conversión parcialde 40 a 95 % en moles;

e) separar la segunda solución que comprende ácido succínico y sal de succinato monovalente en ácido succínico yuna solución que comprende la sal de succinato monovalente por cristalización;

f) reciclar la solución del paso e) que comprende la sal de succinato monovalente al paso d).

Proceso de producción de ácido succínico [0001] La presente invención concierne a un proceso para la producción de ácido succínico en la alta pureza de manera económica.

El ácido succínico se produce frecuentemente mediante la fermentación de carbohidratos por microorganismos. Una característica común para todos procesos de fermentación es la necesidad de neutralizar los ácidos excretados por los microorganismos. Una bajada del pH por debajo de un valor crítico, dependiendo del microorganismo usado en el proceso, podría dañar el proceso metabólico del microorganismo y llevar el proceso de fermentación a una parada. Por lo tanto, es una práctica común añadir una base en los medios de fermentación para controlar el pH. Esto tiene como resultado la presencia del ácido succínico producido en los medios de fermentación en forma de una sal de succinato.

A pesar de la práctica desde la antigüedad para producir ácido succínico a través de la fermentación, uno de los desafíos en la producción de ácido succínico sigue siendo obtener el ácido en una forma relativamente pura mientras que, al mismo tiempo, se realice el proceso de una manera económica en una escala que sea comercialmente atractiva.

La electrodiálisis es uno de los procesos de purificación que se pueden utilizar en la producción de ácido succínico a través de fermentación. La electrodiálisis con descomposición de agua en particular permite la conversión directa de la sal de succinato en el ácido succínico y base. En este tipo electrodiálisis se utilizan generalmente +

membranas bipolares para dividir agua en H y OH respectivamente, que se combinan con el anión y el catión de la sal de succinato respectivamente, dando como resultado la producción de soluciones separadas de ácido succínico y base.

El documento EP 2 157 185 describe un proceso para la producción de una solución de succinato de amonio que comprende pasos de cristalización/fermentación para producir succinato de calcio trihidrato, un paso de transferencia/cristalización de succinato de calcio trihidrato a succinato de calcio monohidrato, un paso de separación de los cristales, un paso de sustitución de sales para convertir el succinato de calcio en una solución de succinato de amonio y un paso de separación sólido/líquido para la eliminación del precipitado de carbonato cálcico de la solución de succinato de amonio. El documento indica que el succinato de amonio es un intermedio adecuado para la producción de ácido succínico derivado de fermentación por métodos conocidos, por ejemplo un método que utiliza ácido acético.

El documento US 2007/0015264 describe la producción de una solución de amonio de un ácido orgánico, tal como succinato de amonio, que incluye las etapas de obtención de un caldo de fermentación que contiene sal magnésica de un ácido orgánico usando un microorganismo productor de ácido orgánico en presencia de un compuesto de magnesio, sometimiento de la sal magnésica de ácido orgánico contenida en el caldo de fermentación a un intercambio de sales que utilizando un compuesto de amoníaco para producir una sal amónica de ácido orgánico y compuestos de magnesio, y separando el compuesto de magnesio producido para obtener la solución de sal amónica de ácido orgánico. El documento menciona que la sal amónica de ácido orgánico obtenida se puede utilizar para obtener el ácido orgánico por diferentes métodos incluyendo electrodiálisis, resinas de intercambio iónico, neutralización con ácido sulfúrico, cristalización reactiva y extracción reactiva, sin dar detalles adicionales.

El documento US 5, 034, 105 describe un proceso para preparar un ácido carboxílico, (preferiblemente ácido succínico) que comprende los pasos de preparación de una solución subsaturada de una sal del ácido carboxílico (preferiblemente una solución de succinato de sodio obtenida después de la concentración de un caldo de fermentación conteniendo succinato de sodio por electrodiálisis de desalación) , sometimiento de la solución a electrodiálisis con descomposición de agua para formar base y cristalización del ácido carboxílico de la solución sobresaturada.

El documento EP 0 389 103 describe un proceso para la producción y purificación de ácido succínico que comprende los pasos de producción de una sal de succinato a través de fermentación, sometimiento del caldo de fermentación a un proceso de electrodiálisis de desalación para la recuperación de la sal de succinato como una solución salina concentrada de succinato y sometimiento de la solución salina a electrodiálisis con descomposición de agua para formar una base y ácido succínico. El producto de ácido succínico se trata luego con un intercambiador iónico fuertemente ácido en forma ácida para eliminar cualquier sodio u otros cationes seguido de un intercambiador iónico débilmente básico en forma de base libre para eliminar cualquier ión sulfato o ácido sulfúrico y para obtener un producto de ácido succínico altamente purificado. La desventaja del uso intercambiadores de iones es la necesidad de regenerar las resinas de intercambio iónico, lo cual genera residuos de productos secundarios. Este documento no sugiere someter la sal de succinato obtenida a través de fermentación a una reacción de intercambio de sales.

Sigue habiendo necesidad de un proceso para la producción de ácido succínico que proporcione ácido succínico en la alta pureza y que se pueda realizar de manera económica con un consumo de energía bajo, sin producción de cantidades sustanciales de componentes no reutilizables (es decir, productos secundarios residuales) y sin pérdida sustancial de rendimiento.

La presente invención proporciona tal proceso, es decir el proceso tal y como se define por la reivindicación 1. En este proceso el succinato de magnesio está provisto por la fermentación y se trata mediante cristalización e intercambio de sales para proporcionar una solución acuosa de una sal de succinato monovalente que es especialmente adecuada para la posterior electrodiálisis con descomposición de agua. El ácido succínico de alta pureza se produce usando electrodiálisis de separación del agua con una conversión parcial de la sal de succinato a ácido succínico, separación del ácido succínico de la sal de succinato por cristalización y reciclaje de la sal de succinato al proceso de electrodiálisis [0011] Se ha descubierto que el proceso para la producción de ácido succínico como se describe en este caso es muy eficaz y económico, proporciona altos rendimientos de producción, pérdidas mínimas de producto y produce ácido succínico de alta calidad.

Por consiguiente, la presente invención pertenece a un proceso para la preparación de ácido succínico que incluye las etapas de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprende succinato de magnesio por fermentación, donde una fuente de carbohidratos se fermenta mediante un microorganismo para formar ácido succínico, adicionándose una base de magnesio como agente de neutralización durante la fermentación para proporcionar el succinato de magnesio;

b) someter el medio acuoso que comprende succinato de magnesio a un paso de cristalización y un paso de intercambio de sales para proporcionar una solución acuosa que comprende una sal de succinato monovalente, donde el intercambio de sales, que se realiza tanto previamente como después de la cristalización, comprende el tratamiento del succinato de magnesio con una base monovalente para proporcionar una base de magnesio y la sal de succinato monovalente;

c) ajustar la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa a un valor entre un 10 y un 35 % en peso en aquellos casos donde la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa del paso b) se encuentra fuera del rango entre un 10 y un 35 % en peso;

d) someter la solución acuosa comprendiendo la sal de succinato monovalente a electrodiálisis de separación del agua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución que comprende ácido succínico y sal de succinato monovalente, realizándose la electrodiálisis hasta una conversión parcial de un 40 a 95 % en moles;

e) separar la segunda solución que comprende ácido succínico y sal de succinato monovalente en ácido succínico y una solución comprendiendo la sal de succinato monovalente por cristalización;

f) reciclar la solución del paso e) que comprende la sal de succinato monovalente para el paso d) .

El uso de base de magnesio durante el paso de fermentación a) tiene como resultado ventajosamente la formación de succinato de magnesio,... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la preparación de ácido succínico que incluye las etapas de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprende succinato de magnesio por fermentación, donde una fuente de carbohidratos se fermenta mediante un microorganismo para formar ácido succínico, adicionándose una base de magnesio como agente de neutralización durante la fermentación para proporcionar el succinato de magnesio;

b) someter el medio acuoso que comprende succinato de magnesio a un paso de cristalización y un paso de intercambio de sales para proporcionar una solución acuosa que comprende una sal de succinato monovalente, donde el intercambio de sales, que se realiza previamente o después de la cristalización, comprende el tratamiento del succinato de magnesio con una base monovalente para proporcionar una base de magnesio y la sal de succinato monovalente;

c) ajustar la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa a un valor entre un 10 y un 35 % en peso en aquellos casos donde la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa del paso b) esté fuera del rango entre 10 y 35 % en peso;

d) someter la solución acuosa que comprende la sal de succinato monovalente a electrodiálisis con descomposición de agua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución que comprende ácido succínico y sal de succinato monovalente, realizándose la electrodiálisis hasta una conversión parcial de 40 a 95 % en moles;

e) separar la segunda solución que comprende ácido succínico y sal de succinato monovalente en ácido succínico y una solución que comprende la sal de succinato monovalente por cristalización;

f) reciclar la solución del paso e) que comprende la sal de succinato monovalente al paso d) .

2. Proceso según la reivindicación 1, donde en el paso b) el intercambio de sales se realiza después de la cristalización.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde en el paso c) la concentración de la sal de succinato monovalente en la solución acuosa se ajusta a un valor entre 20 y 35 % en peso, preferiblemente entre 20 y 30 % en peso y más preferiblemente entre 22 y 28 % en peso.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el paso de electrodiálisis d) se realiza hasta una conversión parcial de 50 a 95 % en moles, más preferiblemente de 60 a 95 % en moles, incluso más preferiblemente de 70 a 90 % en moles e incluso más preferiblemente de 80 a 90 % en moles.

5. Proceso según la reivindicación 3, donde la electrodiálisis se realiza hasta una conversión parcial de 85 % en moles.

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la primera solución que comprende la base monovalente producida por el paso de electrodiálisis con descomposición de agua d) se recicla al paso b) .

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la electrodiálisis con descomposición de agua se realiza en un equipo de electrodiálisis provisto de una membrana de intercambio de cationes y una membrana bipolar.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la base de magnesio del paso a) es hidróxido 50 de magnesio.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el medio acuoso que comprende el succinato de magnesio se somete a un paso de separación para eliminar materia celular microbiana antes del paso b) .

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la base monovalente en el paso b) comprende un catión que es un catión sodio, potasio, litio, amonio, monoalquilamonio, dialquilamonio, trialquilamonio o tetraalquilamonio, preferiblemente un catión sodio o potasio y más preferiblemente un catión sodio.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el ácido succínico obtenido después del paso 60 de separación e) está en forma sólida y tiene una pureza de al menos 99 % en peso, preferiblemente al menos 99.5 % en peso, más preferiblemente al menos 99.7 % en peso y de la forma más preferible al menos 99.9 % en peso.