Способ выделения изопрена, содержащегося в полученном в ходе ферментации газе, и способ получения очищенного изопрена

Способ выделения изопрена, содержащегося в полученном в ходе ферментации газе, и способ получения очищенного изопрена

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе и к способу получения очищенного изопрена.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В настоящее время в качестве одного из способов получения изопрена известен метод ферментации. Получение изопрена по методу ферментации проводят путем культивирования микроорганизма, обладающего способностью к продукции изопрена, где одним из представителей такого рода микроорганизмов является Bacillus subtilis (патентный документ 1). Изопрен представляет собой летучее соединение с низкой растворимостью в воде, на уровне 0,6 г/л, и представляет собой, таким образом, продукт, который не накапливается в культуральном бульоне, а содержится в полученном в ходе ферментации газе.

[0003] В качестве типового процесса, используемого для выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, известен и применяется абсорбционный метод. Указанный абсорбционный метод включает по существу следующие стадии i) введение полученного в ходе ферментации газа в абсорбционную колонну с последующим проведением взаимодействия полученного в ходе ферментации газа и абсорбционного растворителя, что приводит к поглощению изопрена, находящегося в полученном в ходе ферментации газе, в абсорбирующий растворитель, ii) выведение полученного в ходе ферментации газа после контакта с абсорбирующим растворителем из верхней части абсорбционной колонны, iii) быстрое выпаривание абсорбирующего растворителя, абсорбирующего изопрен, в вакуумном контейнере с целью выделения изопрена и iv) возвращение абсорбирующего растворителя, после проведенного выделения, в абсорбционную колонну и далее введение абсорбирующего растворителя в рецикл для повторного использования. Что касается метода абсорбции, то в настоящее время известны и применяются метод, основанный на использовании изопарафинового растворителя (патентные документы 2 и 3), и метод, основанный на использовании углеводородного растворителя, включающего от 6 до 10 атомов углерода (патентный документ 4), в качестве абсорбирующего растворителя для изопрена.

[0004] В качестве типового процесса, используемого для выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, известен и применяется метод охлаждения. Например, был предложен для соответствующего использования способ ожижения и последующего выделения изопрена путем охлаждения полученного в ходе ферментации газа до температуры -35°C или ниже (патентный документ 5).

ССЫЛКИ НА ДОКУМЕНТЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ДОСТИГНУТЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патентные документы

[0005] Патентный документ 1: Патент США No. 5 849 970;

Патентный документ 2: WO2011/075534

Патентный документ 3: WO2010/099550

Патентный документ 4: WO2012/143341

Патентный документ 5: WO2010/101855

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМА, КОТОРУЮ ПРЕДСТОЯЛО РЕШИТЬ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ

[0006] При получении изопрена в рамках ферментационного метода, достигаемая в полученном в ходе ферментации газе концентрация изопрена обычно составляет 50 объемн.% или менее, и это небольшая концентрация. Следовательно, когда изопрен выделяют из полученного в ходе ферментации газа по абсорбционному методу, вопрос стоит об уровне выделения изопрена применительно к энергетическим затратам в этом процессe. Конкретно, концентрация изопрена в отработанном газе, выводимом из верхней части абсорбционной колонны, определяется степенью вакуума в вакуумном контейнере. По этой причине, например, степень вакуума, на уровне примерно 25 мм Hg приводит к потерям за счет рассеивания из абсорбционной колонны, тогда как, например, степень вакуума в вакуумном контейнере следует устанавливать на уровне 7 мм Hg или менее, с тем чтобы в отработанном газе концентрация изопрена составляла 1 объемн.% или менее. Более конкретно, требуется установить степень вакуума на уровне 2 мм Hg или менее, с учетом потерь на сопротивление при протекании абсорбирующего растворителя по трубам. Однако, когда указанный процесс проводят с использованием вакуума такой степени, часть абсорбирующего растворителя испаряется сама, и, следовательно, использование его в рецикле не может быть осуществлено. С другой стороны, вакуумный насос, который позволяет создать такой высокий вакуум, как 2 мм Hg, и который мог бы применяться для обработки больших количеств отработанного газа (например, от 100 м³/час до 2000 м³/час) недоступен. Следовательно, в рамках абсорбционного метода трудно восстановить изопрен как целевое вещество, при сопутствующем контроле концентрации изопрена в отработанном газе, так чтобы поддерживать ее на уровне 1 объемн.% или менее.

[0007] Кроме того, известно, что изопрен, представляющий собой диеновое соединение, характеризуется слабой термостабильностью. Изопрен может подвергаться разложению, в зависимости от температуры колонны в колонне отгонки (регенерационная колонна). Это приводит к дальнейшему ухудшению уровня выделения изопрена.

[0008] Выделение изопрена из полученного в ходе ферментации газа с использованием метода охлаждения также сопряжено со множеством проблем. А именно: во время ожижения и выделения изопрена путем охлаждения полученного в ходе ферментации газа, изопрен не ожижается до тех пор, пока температура не достигнет точки конденсации изопрена или более низкого значения. В этой связи, для ожижения и выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, который характеризуется концентрацией изопрена на уровне 50 объемн.% или ниже, нужно, чтобы использовалась более низкая температура охлаждения или применялось давление, так что уровень выделения изопрена применительно к энергетическим затратам здесь также является проблемой. Так, например, в условиях атмосферного давления, температуру нужно снизить до -64°C, для того чтобы восстановить изопрен из полученного в ходе ферментации газа, который характеризуется концентрацией изопрена на уровне 50 объемн.% и степенью выделения изопрена 99%, и требуется, чтобы указанная температура была снижена до -80°C для выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, который характеризуется концентрацией 10 объемн.% при степени выделения 99%. С другой стороны, диоксид углерода, содержащийся в полученном в ходе ферментации газе, выходил в сухой лед при охлаждении полученного в ходе ферментации газа до температуры -57°C или ниже. А сухой лед в этом случае может закупорить трубу охлаждения. Даже в случае применения давления на уровне MПa, необходимо снизить значение температуры до -55°C, с тем чтобы восстановить изопрен из полученного в ходе ферментации газа, который характеризуется концентрацией изопрена 10 объемн.%, при степени выделения 99%. Что касается охлаждающей среды, то в качестве охлаждающей среды может использоваться метилхлорид, когда используемая для охлаждения температура составляет примерно -70°C. Однако, эта охлаждающая среда токсична для организма человека и, в этой связи, в последние годы она в основном она не применялась. Тогда как подходящая среда, которая могла бы использоваться в промышленном масштабе, кроме метилхлорида, еще неизвестна.

[0009] Как отмечалось выше, имеется, тем не менее, возможность улучшения методики выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа. Таким образом, требуется методика для эффективного и безопасного выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, при соблюдении высокой степени выделения.

[0010] Настоящее изобретение относится к способу, который позволяет эффективно выделять изопрен из полученного в ходе ферментации газа, с соблюдением высокой степени выделения.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

[0011] Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования в поисках путей решения указанной выше проблемы. В результате проведенных исследований, авторы настоящего изобретения обнаружили, что рассматриваемая проблема может быть решена при использовании процесса адсорбции и десорбции изопрена на пористом адсорбенте, что и составило суть настоящего изобретения.

[0012] Соответственно, настоящее изобретение включает следующие аспекты.

[1] Способ выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, где указанный способ включает следующие стадии:

(I-1) взаимодействия полученного в ходе ферментации газа, содержащего изопрен, полученного путем культивирования микроорганизма, способного продуцировать изопрен, с пористым адсорбентом; и

(I-2) десорбции изопрена, адсорбированного на пористом адсорбенте.

[2] Способ по пункту [1], дополнительно включающий стадию:

(I-3) выделения жидкого изопрена путем охлаждения десорбированного изопрена.

[3] Способ по пункту [1] или [2], в котором указанный пористый адсорбент представляет собой гидрофобизированный пористый адсорбент.

[4] Способ по любому из пунктов [1]-[3], в котором указанный пористый адсорбент представляет собой силикагель.

[5] Способ по любому из пунктов [1]-[4], в котором указанный пористый адсорбент включает поры с размером порядка 100 ангстрем или менее.

[6] Способ по любому из пунктов [1]-[5], в котором то указанный микроорганизм, способный продуцировать изопрен, представляет собой бактерию из рода Pantoea.

[7] Способ по любому из пунктов [1]-[6], в котором рассматриваемый изопрен подвергают десорбции при температуре 100°C или ниже, на стадии (I-2).

[8] Способ по любому из пунктов [1]-[8], в котором указанный способ осуществляют по методу адсорбции с перепадом давления.

[9] Способ по пункту [8], в котором давление (P_I-1) на стадии (I-1) и давление (P_I-2) на стадии (I-2) подбирают таким образом, чтобы они, оба удовлетворяли условию P_I-1 - P_I-2 ≥ 50 kPa.

[10] Способ по пункту [8] или [9], в котором указанные стадии (I-1) и (I-2) попеременно повторяют.

[11] Способ по любому из пунктов [1]-[10], в котором указанный полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, подвергают дегидратации перед проведением стадии (I-1).

[12] Способ по любому из пунктов [1]-[11], в котором указанную обработку, направленную на удаление органического вещества из полученного в ходе ферментации газа, содержащего изопрен, проводят перед стадией (I-1).

[13] Способ по любому из пунктов [1]-[12], дополнительно включающий стадию:

(1-1a) вывода полученного в ходе ферментации газа, содержащего изопрен в концентрации 0,8C₀ или ниже, где показатель C₀ представляет собой концентрацию изопрена в полученном в ходе ферментации газе, поступающем на стадию (I-1).

[14] Способ получения очищенного изопрена, в котором указанный способ включает стадии:

(II-1) культивирования микроорганизма, способного продуцировать изопрен, с получением полученного в ходе ферментации газа, содержащего изопрен;

(II-2) приведение полученного в ходе ферментации газа, содержащего изопрен, в контакт с пористым адсорбентом; и

(II-3) десорбцию изопрена, адсорбированного на пористом адсорбенте.

[15] Способ по пункту [14], включающий также стадию:

(II-4) выделения жидкого изопрена путем охлаждения десорбированного изопрена.

ЭФФЕКТ, ДОСТИГАЕМЫЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Настоящее изобретение относится к разработке методики, которая позволяет эффективно выделять изопрен из полученного в ходе ферментации газа, с высоким уровнем выделения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

[0014] На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая один пример, относящийся к устройству для выделения изопрена, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 приведена схема, иллюстрирующая один пример, относящийся к устройству для выделения изопрена, снабженного резервуаром для дегидратации, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 приведена схема, иллюстрирующая один пример, относящийся к устройству для выделения изопрена, снабженного резервуаром для промывки водой и резервуаром для дегидратации, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 4 приведен график, иллюстрирующий концентрацию изопрена в полученном в ходе ферментации газе, полученном при культивировании микроорганизма продуцента-изопрена P. ananatis, согласно примеру 5.

На фиг. 5 приведен график, иллюстрирующий объединенный вес изопрена в полученном в ходе ферментации газе, полученном при культивировании микроорганизма продуцента-изопрена P. ananatis, согласно примеру 5.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Ниже приводится описание, в котором дано более подробное пояснение настоящего изобретения, со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления.

[0016] [Способ выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа]

Способ выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа, согласно настоящему изобретению, включает следующие, приведенные ниже стадии (I-1) и (I-2):

(I-1) приведение содержащего изопрен полученного в ходе ферментации газа, полученного при культивировании микроорганизма, способного продуцировать изопрен, в контакт с пористым адсорбентом; и

(I-2) проведение стадии десорбции изопрена, адсорбированного на пористом адсорбенте.

[0017] Используется подход, который позволяет адсорбировать и разделять специфические компоненты, присутствующие в смешанном состоянии в газообразном состоянии с использованием адсорбента, с целью снижения эмиссии в атмосферу летучих органических соединений, в случае разбавления их концентраций, что представляет собой вклад в защиту окружающей среды, в плане технического подхода к этой проблеме. Согласно настоящему изобретению, было обнаружено, что находящийся в полученном в ходе ферментации газе изопрен адсорбируется на пористом адсорбенте, в случае использования такого метода адсорбции, и затем, изопрен, сорбированный на пористом адсорбенте, десорбируют в газообразном состоянии, без разложения изопрена, и, таким образом, изопрен может быть эффективно выделен из полученного в ходе ферментации газа, с поддержанием при этом высокого уровня выделения.

[0018] Стадия (I-1)

На стадии (I-1), полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, полученный путем культивирования микроорганизма, способного продуцировать изопрен, подвергают контакту с пористый адсорбентом.

[0019] В тексте настоящего описания, фраза "микроорганизм, способный продуцировать изопрен" обозначает как 1) микроорганизмы, которые в природном состоянии обладают способностью продуцировать изопрен, так и 2) микроорганизмы, которые в природном состоянии не обладают способностью продуцировать изопрен или по существу не способны продуцировать изопрен, но позже приобрели такую способность к продукции изопрена в результате встраивания гена изопренсинтазы в рамках стратегии генетической модификации.

[0020] В качестве микроорганизма, который в природном состоянии обладает способностью продуцировать изопрен, предпочтительна бактерия и более предпочтительна, бактерия из рода Bacillus, бактерия из рода Streptomyces, бактерия из рода Pseudomonas, и еще более предпочтительна, бактерия из рода Bacillusis. Примеры бактерии из рода Bacillus включают Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens и Bacillus cereus. Среди них, предпочтительна Bacillus subtilis.

[0021] В качестве микроорганизма, который в природном состоянии не обладает способностью продуцировать изопрен или по существу не способны продуцировать изопрен, но позже приобрели такую способность к продукции изопрена в результате встраивания гена изопренсинтазы в рамках стратегии генетической модификации, предпочтительны бактерия и гриб. Примеры бактерии включают бактерию из рода Escherichia, бактерию из рода Pantoea, бактерию из рода Corynebacterium, бактерию из рода Enterobacter и бактерию из рода Clostridium. Предпочтительными являются бактерия из рода Escherichia, бактерия из рода Pantoea, бактерия из рода Corynebacterium и бактерия из рода Enterobacter, и более предпочтительна, бактерия из рода Pantoea. Примеры бактерии из рода Pantoea включают Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, Pantoea agglomerans и Pantoea citrea. Примеры грибов включают гриб из рода Saccharomyces, гриб из рода Schizosaccharomyces, гриб из рода Yarrowia, гриб из рода Trichoderma, гриб из рода Aspergillus, гриб из рода Fusarium и гриб из рода Mucor. Гриб из рода Saccharomyces является предпочтительным.

[0022] Культуральная среда, применяемая для культивирования микроорганизма, предпочтительно содержит источник углерода, поскольку указанный источник углерода далее превращается в изопрен. Примеры источника углерода включают углеводы, такие как моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды; инвертные сахара, полученные путем гидролиза сахарозы; глицерин; соединения, содержащие один атом углерода, такие как метанол, формальдегид, соли муравьиной кислоты, монооксид углерода и диоксид углерода; масла, такие как кукурузное масло, пальмовое масло и соевое масло; ацетаты; животные жиры; масла животного происхождения; жирные кислоты, такие как насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные жирные кислоты; липиды; фосфолипиды; глицеролипиды; сложные эфиры глицерина и жирной кислоты, такие как моноглицериды, диглицериды и триглицериды; полипептиды, такие как микробные белки и белки из овощей; возобновляемые источники углерода, такие как источники углерода из гидролизованной биомассы; дрожжевой экстракт и их сочетания. Указанная культуральная среда предпочтительно содержит источники азота, неорганические ионы и необязательно, следы других органических компонентов, кроме источников углерода. В качестве такого рода источников азота могут использоваться неорганические ионы и небольшие количества других органических компонентов, которые обычно рассматриваются как факультативные компоненты. Указанная культуральная среда может представлять собой природную культуральную среду или синтетическую культуральную среду.

[0023] Условия культивирования особо не ограничиваются, главное, чтобы эти условия были приемлемы для продуцирования изопрена микроорганизмом, в этой связи, могут использоваться стандартные условия для культивирования клеток. Температура культивирования составляет предпочтительно от 20°C до 37°C. Культивирование осуществляют предпочтительно в аэробных условиях, в условиях кислородного голодания или в анаэробных условиях, в зависимости от свойств используемых микроорганизмов.

[0024] В качестве способа культивирования, могут использоваться известные способы ферментации, такие как способ периодического культивирования, способ культивирования с подпиткой и способ непрерывного культивирования.

[0025] В основном, полученный в ходе ферментации газ, получаемый при культивировании микроорганизма, способного продуцировать изопрен, содержит изопрен в концентрации 50 объемн.% или менее, относительно всего полученного в ходе ферментации газа. Концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе варьирует, в зависимости от типа используемых микроорганизмов, условий культивирования, количества газа, который используется в качестве носителя, как это будет описано ниже, и т.п. Концентрация изопрена может составлять 40 объемн.% или менее, 30 объемн.% или менее, 20 объемн.% или менее или 10 объемн.% или менее, относительно всего полученного в ходе ферментации газа. Согласно настоящему изобретению, даже когда используется полученный в ходе ферментации газ с концентрацией изопрена 10 объемн.% или менее, что является очень низкой концентрацией, изопрен может быть эффективно выделен с достижением высокого уровня выделения. Нижний предел концентрации изопрена в полученном в ходе ферментации газе составляет обычно более 0,05%, например, 0,1 объемн.% или более, 1 объемн.% или более, 2 объемн.% или более, или 3 объемн.% или более.

[0026] Полученный в ходе ферментации газ, получаемый при культивировании микроорганизма, способного продуцировать изопрен, обычно содержит диоксид углерода, влагу, кислород-содержащие органические соединения (например, низшие спирты, низшие альдегиды и низшие жирные кислоты) и т.п., кроме изопрена. В тексте настоящего описания, термин "низший" означает, что число атомов углерода составляет от 1 до 6. Конкретные примеры кислород-содержащих органических соединений включают органические кислоты (такие как, например, уксусная кислота, пировиноградная кислота, янтарная кислота, лимонная кислота, янтарная кислота, фумаровая кислота, яблочная кислота, молочная кислота, α-кетоглутаровая кислота и муравьиная кислота), 1,3-бутандиол, 2,3-бутандиол, ацетоин, бутанол, этанол и метанол.

[0027] Полученный в ходе ферментации газ, получаемый при культивировании микроорганизма, способного продуцировать изопрен, может использоваться на стадии (I-1) за счет смешивания его с азотом, воздухом, диоксидом углерода, кислородом, газообразным изопреном, и т.п., который выполняет функцию газа-носителя. В таком случае, указанный "полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен", может содержать газ, функционирующий как носитель, в дополнение к компонентам, которые были описаны выше.

[0028] Пористый адсорбент, используемый на стадии (I-1), предпочтительно является гидрофобизированным адсорбентом, с точки зрения достижения высокого уровня выделения изопрена из полученного в ходе ферментации газа. Примеры гидрофобизированного пористого адсорбента включают 1) пористый адсорбент, поверхность которого была обработана агентом для обработки поверхности, содержащим гидрофобную группу, и 2) пористый адсорбент, которому была придана гидрофобность за счет термической обработки при высокой температуре (например, 200°C или выше, предпочтительно, 300°C или выше, и более предпочтительно, 400°C или выше). В том случае, когда в качестве пористого адсорбента используют цеолит, также предпочтителен цеолит, в котором соотношение Si/Al повышено до 10 или более, 15 или более, 20 или более, 25 или более или 30 или более, с использованием известной процедуры обработки путем деалюминирования, такой как обогрев паром, с получением гидрофобизированного пористого адсорбента. В таком случае, верхний предел атомного соотношения Si/Al конкретно не ограничивается. Обычно, атомное соотношение Si/Al устанавливают на уровне 1000 или менее, 500 или менее, или аналогично.

[0029] Агент, содержащий гидрофобные группы, который применяется для обработки поверхности, конкретно не ограничивается, главное, чтобы указанная гидрофобная группа могла встраиваться на поверхности пористого адсорбента. Примеры агента, применяемого для обработки поверхности, включают силан-связывающий агент, содержащий гидрофобные группы, и дисилазановое соединение, содержащее гидрофобные группы. Согласно настоящему описанию, примеры гидрофобной группы могут включать алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода (предпочтительно, от 1 до 10, более предпочтительно, от 1 до 6, и еще более предпочтительно, от 1 до 4), арильную группу, содержащую от 6 до 20 атомов углерода (предпочтительно, от 6 до 14, более предпочтительно, от 6 до 12, и еще более предпочтительно, от 6 до 10), и винильную группу.

[0030] В качестве силан-связывающего агента, содержащего гидрофобные группы, предпочтителен силан-связывающий агент, содержащий 2 или 3 гидрофобных группы. Примеры силан-связывающего агента, содержащего гидрофобные группы, включают триалкилгалогенсиланы, диалкилгалогенсиланы, триарилгалогенсиланы, диарилгалогенсиланы, триалкилалкоксисиланы, диалкилалкоксисиланы, триарилалкоксисиланы и диарилалкоксисиланы. Согласно настоящему описанию, число атомов углерода в алкильной группе и арильной группе соответствует указанным выше значением. В качестве атома галогена здесь предпочтителен атом хлора.

Конкретные примеры предпочтительного силан-связывающего агента, содержащего гидрофобные группы, могут включать триметилхлорсилан, триметилметоксисилан, трифенилхлорсилан и трифенилметоксисилан.

[0031] В качестве дисилазанового соединения, содержащего гидрофобные группы, предпочтительно дисилазановое соединение, содержащее 4, 5 или 6 гидрофобных групп. Примеры дисилазанового соединения, содержащего гидрофобные группы, могут включать гексаалкилдисилазан, пентаалкилдисилазан, тетраалкилдисилазан, гексаарилдисилазан, пентаарилдисилазан и тетраарилдисилазан. Согласно настоящему изобретению, количества атомов углерода в алкильной группе и арильной группе соответствуют указанным выше значениям. Конкретные примеры предпочтительного дисилазанового соединения, содержащего гидрофобные группы, могут включать гексаметилдисилазан, гексафенилдисилазан, пентаметилдисилазан, пентафенилдисилазан, тетраметилдисилазан и тетрафенилдисилазан.

[0032] Средний размер пор в пористом адсорбенте составляет предпочтительно 100 ангстрем или менее, более предпочтительно, 80 ангстрем или менее, и еще более предпочтительно, 60 ангстрем или менее, с точки зрения достижения высокого уровня выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе. Нижний предел среднего размера пор в пористом адсорбенте составляет обычно 2 ангстрема или более, предпочтительно, 3 ангстрема или более, 4 ангстрема или более, 5 ангстрем или более или 20 ангстрема или более.

Средний размер пор в пористом адсорбенте может быть определен с использованием известных методов, таких как газоадсорбционная хроматография и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей.

[0033] В качестве пористого адсорбента предпочтительны цеолит или силикагель и особенно предпочтительным является силикагель, с точки зрения достижения высокого уровня выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе.

[0034] Указанный пористый адсорбент может использоваться один или в сочетании с двумя или большим их количеством. Когда используются два или более пористых адсорбента, указанные два или более пористых адсорбента могут используются при их смешивании, или указанные пористые адсорбенты применяются таким образом, что эти пористые адсорбенты укладываются с образованием отдельных слоев пористых адсорбентов каждого используемого типа.

[0035] На стадии (I-1), условия, при которых полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, взаимодействует с пористым адсорбентом, особо не ограничиваются, главное при этом, чтобы изопрен равномерно сорбировался на пористом адсорбенте.

[0036] В одном варианте осуществления настоящего изобретения, температура, при которой полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, взаимодействует с пористым адсорбентом, составляет предпочтительно 50°C или менее, более предпочтительно, 40°C или менее, и еще более предпочтительно, 30°C или менее. Нижний предел используемой при этом температуры особо не ограничивается. Указанный нижний предел обычно составляет 0°C или более, и предпочтительно, 10°C или более.

[0037] В одном варианте осуществления настоящего изобретения, линейная скорость движения полученного в ходе ферментации газа, когда указанный полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, взаимодействует с пористым адсорбентом, составляет предпочтительно, от 0,5 см/сек до 300 см/сек, более предпочтительно, от 0,8 см/сек до 300 см/сек, и еще более предпочтительно, в диапазоне от 1,0 см/сек до 300 см/сек, в диапазоне от 5 см/сек до 300 см/сек, в диапазоне от 10 см/сек до 300 см/сек или в диапазоне от 10 см/сек до 200 см/сек.

[0038] Давление, при котором полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, взаимодействует с пористым адсорбентом, особо не ограничиваются, главное при этом, чтобы изопрен сорбировался на пористом адсорбенте. С точки зрения достижения высокого уровня выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе, предпочтительно, чтобы давление на стадии (I-1) было выше, чем на стадии (I-2), описанной ниже. Ниже также приводится подробная информация относительно давления, поддерживаемого в этих условиях.

[0039] Период времени, в течение которого полученный в ходе ферментации газ, содержащий изопрен, взаимодействует с пористым адсорбентом, может быть соответствующим образом определено с учетом созданных условий взаимодействия, таких как концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе, тип используемого пористого адсорбента, значения температуры, давления и линейной скорости. В используемых условиях, время прорыва определяли заранее, и такое время прорыва предпочтительно устанавливается как верхний предел длительности взаимодействия. В тексте настоящего описания, термин "время прорыва" обозначает период времени, необходимый для достижения насыщения пористого адсорбента.

[0040] На стадии (I-1), полученный в ходе ферментации газ, после взаимодействия с пористым адсорбентом, выводится из системы. Согласно настоящему изобретению, изопрен, находящийся в полученном в ходе ферментации газе, может быть сорбирован на пористом адсорбенте на стадии (I-1) с высоким уровнем адсорбции, так что концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе, полученном после взаимодействия с пористым адсорбентом, чрезвычайно низкая. Концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе, полученном после взаимодействия с пористым адсорбентом, в зависимости от концентрации изопрена в полученном в ходе ферментации газе, вводимом на стадию (I-1), составляет обычно 1 объемн.% или менее, или 0,1 объемн.% или менее, предпочтительно, 500 м.д. или менее, более предпочтительно, 100 м.д. или менее, и еще более предпочтительно, 50 м.д. или менее, и еще более предпочтительно 10 м.д. или менее.

В том случае, когда концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе, вводимом на стадию (I-1) (т.е. в полученном в ходе ферментации газе до его контакта с пористым адсорбентом) определятся как C₀, и концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе после его контакта с пористым адсорбентом на стадии (I-1) определяется как C₁, то C₀ и C₁ удовлетворяют условию C°C₀. Указанное соотношение C°C₀ составляет обычно 0,8 или менее, предпочтительно, 0,6 или менее, более предпочтительно, 0,4 или менее, еще более предпочтительно, 0,2 или менее, и еще более предпочтительно 0,1 или менее, 0,01 или менее, или 0,001 или менее.

[0041] В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, способ выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе согласно настоящему изобретению может также включать стадию (I-1a), проводимую после стадии (I-1):

(I-1a) вывод полученного в ходе ферментации газа с концентрацией изопрена в нем 0,8C₀ или менее, где C₀ обозначает концентрацию изопрена в полученном в ходе ферментации газе, вводимом на стадию (I-1).

[0042] На стадии (I-1a), концентрация изопрена в выводимом полученном в ходе ферментации газе составляет предпочтительно 0,6C₀ или менее, более предпочтительно 0,4C₀ или менее, еще более предпочтительно 0,2C₀ или менее, и еще более предпочтительно, 0,1C₀ или менее, 0,°C₀ или менее, или 0,0°C₀ или менее, где концентрация изопрена в полученном в ходе ферментации газе, вводимом на стадию (I-1), определена как C₀.

[0043] В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, стадия (I-1a) может представлять собой стадию (I-1a'):

(I-1a') вывод полученного в ходе ферментации газа с концентрацией в нем изопрена 1 объемн.% или менее.

[0044] На стадии (I-1a'), концентрация изопрена в выводимом полученном в ходе ферментации газе составляет предпочтительно 0,1 объемн.%, более предпочтительно, 500 м.д. или менее, еще более предпочтительно, 100 м.д. или менее, и еще более предпочтительно, 50 м.д. или менее, и особенно предпочтительно, 10 м.д. или менее.

[0045] Стадия (I-2)

На стадии (I-2), десорбируется изопрен, сорбированный на пористом адсорбенте, в результате чего достигается выделение изопрена.

[0046] В основном, способы десорбции целевого вещества из адсорбента, в значительной степени варьируют, в зависимости от того, где будет использоваться десорбированное целевое вещество: в другом процессе или указанное десорбированное вещество не используется в другом процессе. Так, например, в процедуре снижения эмиссии летучих органических соединений в атмосферу, как это было указано выше, адсорбированные летучие органические соединения не подвергают десорбции, с сохранением их структуры, согласно целям применения такой методики. И в этой связи, адсорбенты зачастую подвергают активизации путем сильного нагревания адсорбента, на который были сорбированы летучие органические соединения, для целей десорбции летучих органических соединений. В этом случае, обычно практикуют изменение структуры указанных летучих органических соединений, проводимое до и после десорбции путем разложения и других видов обработки.

Тогда как целью настоящего изобретение является выделение изопрена, сорбированного на пористом адсорбенте, именно в виде продукта, а для этого требуется снижение или даже предотвращение изменения структуры изопрена, как до, так и после десорбции.

[0047] Условия, используемые на стадии десорбции изопрена, сорбированного на пористом адсорбенте, должны быть такими, при которых изопрен может быть десорбирован с охранением его качественных характеристик, при сопутствующем снижении или даже предотвращении изменения структуры изопрена.

[0048] В одном варианте осуществления настоящего изобретения, температура на стадии десорбции изопрена, сорбированного на пористом адсорбенте, составляет предпочтительно 10°C или менее, более предпочтительно, 8°C или менее, и еще более предпочтительно, 6°C или менее. Нижний предел температуры конкретно не ограничивается. Обычно, указанный нижний предел составляет °C или более, или 1°C или более.

[0049] Стадия (I-2) может проводиться в потоке продувочного газа. Используемый при этом продувочный газ конкретно не ограничивается, главное, чтобы такой продувочный газ не вызывал изменений в структуре изопрена. Примеры продувочного газа могут включать воздух, азот и их смесь. Перед стадией (I-2), влага в продувочном газе предпочтительно удаляется. В том случае, когда стадию (I-2) проводят в потоке продувочного газа, линейная скорость продувочного газа конкретно не ограничивается. Указанная линейная скорость составляет предпочтительно от 0,5 см/сек до 300 см/сек, и более предпочтительно, от 1,0 см/сек до 300 см/сек.

[0050] Давление на стадии десорбции изопрена, сорбированного на пористом адсорбенте, конкретно не ограничивается. Указанное давление предпочтительно представляет собой атмосферное давление или несколько ниже. При этом, становится возможным снизить количество применяемого продувочного газа, если десорбцию проводить в потоке продувочного газа. С точки зрения достижения высокого уровня выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе, предпочтительно, чтобы давление на стадии (I-2) было ниже, чем давление на стадии (I-1). Ниже более подробно описаны условия, относящиеся к применяемому давлению.

[0051] Период времени, в течение которого проводится десорбция изопрена, сорбированного на пористом носителе, может быть соответствующим образом определен, с учетом различных возможных вариантов условий десорбции, таких как тип пористого адсорбента, температура и давление.

[0052] Смешанный газ, содержащий изопрен, другие адсорбированные вещества, продувочный газ, если он применяется, и другие компоненты, получают на стадии (I-2). Полученный смешанный газ охлаждают (например, до температуры от -2°C до 1°C), и при этом, газообразный изопрен конденсируется с образованием жидкого изопрена.

[0053] Следовательно, в одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, способ выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе по настоящему изобретению включает стадию (I-3), в дополнение к стадиям (I-1) и (I-2):

(I-3) выделение жидкого изопрена путем охлаждения десорбированного изопрена.

[0054] Смешанный газ после выделения жидкого изопрена содержит незначительное количество изопрена, и такой смешанный газ может далее использоваться на стадии (I-1).

[0055] В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, способ выделения изопрена в полученном в ходе ферментации газе по настоящему изобретению, осуществляют по методу адсорбции с перепадом давления (далее называемый также как "PSA метод"). При осуществления способа по настоящему изобретению с использованием PSA метода, изменение структуры (ухудшение качества) изопрена может быть еще больше снижено, а изопрен, находящийся в полученном в ходе ферментации газе, может быть выд