用于纯化磷酸的方法技术

本发明专利技术涉及用于从包含有机化合物和水的混合物中纯化磷酸的方法。特别地，本发明专利技术涉及用于从包含磷酸、一种或更多种有机化合物和水或者由其组成的制浆浆料中纯化磷酸的方法，包括以下步骤或者由以下步骤组成：i)提供包含磷酸、一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S、一种或更多种(另外的)有机化合物和水或者由其组成的混合物，并且(如果有需要的话)将所述混合物中磷酸与全部的一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S的摩尔比调节至1∶0.4至1∶10的范围，优选约1∶0.6至1∶4的范围，尤其优选约1∶0.85至1∶2；ii)将所述混合物加热至25℃或更高，直至发生相分离；iii)除去轻相；以及iv)从重相中分离磷酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于从包含有机化合物和水的混合物中纯化磷酸的方法。优选地，本专利技术涉及用于从包含有机溶剂和(聚合物型)有机化合物的混合物(例如，得自于制浆过程的混合物)中纯化磷酸的方法。由于磷酸不干扰后续的发酵，因此在制浆过程中经常将其用作用于从木质纤维素材料中释放多糖的溶剂。用浓磷酸处理木质纤维素允许通过使多糖溶解而木质素保持不溶解来使纤维素和半纤维素与木质素分离。在大多数情况下，该步骤之后是后续的酶促或化学水解和发酵。在该过程之后，磷酸被有机溶剂以及单体副产物和/或聚合物副产物严重污染。由于杂质的多样性，所以从制浆浆料中高效地回收干净的磷酸具有挑战性。为了能够再利用磷酸而需要采取的所需纯化步骤及相关的高能量成本仍然对工业生物炼制造成问题。美国专利US 3,947,499和US 3,318,661中描述了通过用有机溶剂萃取来纯化在所谓的湿法中从磷酸盐岩中获得的磷酸的方法。在湿法中，用强无机酸(例如，硫酸、盐酸或硝酸)酸化磷酸盐岩。所述方法的主要目的是除去在该方法中从岩石中释放或者以无机酸形式添加的无机污染物，例如金属阳离子和二氧化硅、氟化合物和硫化合物。将过量的溶剂(例如，二异丙基醚)与湿法酸混合并将经纯化的磷酸萃取到有机相中，通过用水洗涤从有机相中回收经纯化的磷酸。上述专利公开了在二异丙基醚和磷酸之间分别形成了固体化合物或液体复合物，这有助于使磷酸与不期望的污染物分离。根据US 3,318,661，当将68％至85％H3PO4与足够的二异丙基醚混合以在轻微放热反应中形成液体H3PO4·H2O·(CH3)2CHOCH(CH3)2复合物时，在包含杂质的水性级分与复合物层之间发生相分离。当将85％H3PO4与足够的二异丙基醚混合以形成最大量的复合物而不分离出过量醚的第三相时，达到最佳的H3PO4回收。复合物层包含约45％H3PO4、8％水和47％-二异丙基醚，并且可以通过蒸馏来分离。分离可以通过将复合物层加热至约68℃来改善，在该温度下大致一半的二异丙基醚分离至顶部并且可以被抽出。或者，当向复合物层添加刚好足够的水以将85％的酸强度稀释至68％或更低，在此点复合物无法再存在并且醚分离至顶部时，实现了磷酸与二异丙基醚的高效分离。该过程是吸热的，并且因此可以通过温度来控制。在发现上述作用之后，对水/磷酸/二异丙基醚体系在不同温度下的相平衡进行了广泛研究。基于组成和温度发现了包含水相、醚相和复合物相的一个、两个和三个共存相区域。Ruiz等在Solvent Extraction and Ion Exchange，4(4)，789-802(1986)中描述了在25℃和40℃下的三相区。Harrison和Roquero在0℃、10℃和30℃下观察到三个两相区和一个三相区(Journal of Chemical and Engineering Data，49(2)，218-220(2004))。此外，前一研究通过比较二异丙基醚与包含二正丙基醚的对应体系指出，与醚氧连接的仲碳原子的结构单元可在复合物形成和相分离的效率方面起作用。然而，上述文献全部仅集中于湿法磷酸的纯化，但是并未解决从磷酸中除去有机杂质(包括有机溶剂以及非溶剂有机化合物和聚合物)的问题。因此，本专利技术的一个主要目的是从包含有机化合物的混合物中高效地分离磷酸。本专利技术的另一个目的是提供从包含有机化合物和溶剂的复杂混合物中纯化磷酸的简单且能量高效的方式。特别地，本专利技术的一个目的是从混合物(例如，在制浆过程中获得的混合物)中回收纯度足以重新用于后续过程的磷酸。由于水/磷酸/二异丙基醚体系在相平衡方面的复杂性，所以预料不到这样的体系会提供有利于从有机杂质中纯化磷酸并且特别是将所述作用应用于这样的复杂混合物(例如，在制浆过程中获得的混合物)的可行选择。然而，出乎意料地，在用于从有机化合物、聚合物和溶剂的混合物中纯化磷酸的方法中可实现上述复合物层的形成和所观察到的温度依赖性相分离，从而相对于常规的回收方法显著地提高能量效率。上述目的通过用于从包含磷酸、一种或更多种有机化合物和水或者由其组成的混合物特别是制浆浆料中纯化磷酸的方法来实现，所述方法包括以下步骤或者由以下步骤组成：i)提供包含磷酸、一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S、一种或更多种(另外的)有机化合物和水或者由其组成的混合物，并且(如果有需要的话)将所述混合物中的磷酸与全部的一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S的摩尔比调节至1∶0.4至1∶10的范围，优选约1∶0.6至1∶4的范围，尤其优选约1∶0.85至1∶2；ii)将所述混合物加热至25℃或更高，直至发生相分离；iii)除去轻相；以及iv)从重相中分离磷酸。步骤i)中提供的起始混合物可包含多种有机化合物，包括单体生物分子、低聚生物分子和多聚生物分子，以及多种有机溶剂和沉淀剂。待纯化的磷酸可包含多磷酸或磷酸混合物，或者由其组成。在此情况下，摩尔比的调节基于单磷酸盐单元当量。物质S表示以与桥连醚氧连接的仲碳原子的结构单元为特征的醚化合物，其已被证明对于上述复合物的高效形成具有重要意义。一种或更多种物质S可已经在存在于起始混合物中的有机化合物中，并且因此在调节磷酸与总物质S的摩尔比时已被考虑在内。只要满足上述摩尔比要求，不同物质S的混合物就不会妨碍复合物形成。因此，所述调节可以通过向混合物中添加任何种类的物质S或磷酸来进行。出乎意料地，当相应地调节磷酸与总物质S的摩尔比时，在室温下发生自发的相分离。形成了包含除物质S之外的溶剂和沉淀剂以及仅残余量磷酸的轻有机相，而重相构成了包含大部分磷酸的复合物层。另外的有机化合物和聚合物存在不会阻碍复合物形成和相分离。因此，所述方法可以容易地与其中需要处理或除去混合物的其他组分的水解、沉淀、萃取和发酵步骤整合。在除去轻有机相之后，可以从复合物层中回收经纯化的磷酸。步骤iv)的分离可通过任何合适的方法来进行，例如蒸馏或萃取，例如用水。在一个优选实施方案中，可如下促进步骤iv)的分离：将重相加热至60℃或更高，优选65℃或更高，特别优选68℃或更高的温度；和/或添加水以将磷酸强度稀释至低于80％，优选低于70％，特别优选低于68％。如引言中已经描述的，当将构成复合物层的重相加热至68℃及更高的温度时，大部分的物质S分离至顶部。此外，在低于68％磷酸强度的稀释下，复合物无法再存在并且物质S分离至顶部，在此物质S可被抽出。因此，可采用这两种作用来简化磷酸从重相中的回收。所述方法还包括从重相中分离物质S的步骤v)。如上所述，物质S可通过从重相中蒸馏以及通过采用温度和/或稀释依赖性相分离作用来分离，其中物质S分离至顶部并且可以被抽出。在根据本专利技术的方法的一个优选实施方案中，将步骤v)中获得的物质S重新用于另外的如上限定的步骤i)。物质S在连续过程中的再循环允许材料的成本有效使用并且使废物产生保持最低。根据本专利技术的方法的步骤i)中提供的起始混合物还可包含CO2。CO2可存在于起始混合物中，这取决于起始混合物的来源和在前的处理步骤。例如，如果起始混合物来源于制浆浆料，则CO2可被用作木质素沉淀剂。根据本专利技术的方法的步骤i)中提供的混合物中存在的(另外的)有机化合物或者(另外的)有机化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从混合物特别是制浆浆料中纯化磷酸的方法，所述混合物包含以下物质或者由以下物质组成：磷酸、一种或更多种有机化合物、和水，所述方法包括以下步骤或者由以下步骤组成：i)提供包含以下物质或者由以下物质组成的混合物：磷酸、一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S、一种或更多种(另外的)有机化合物、和水，并且将所述混合物中磷酸与全部的一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S的摩尔比调节至1∶0.4至1∶10的范围，优选约1∶0.6至1∶4的范围，尤其优选约1∶0.85至1∶2；ii)将所述混合物加热至25℃或更高，直至发生相分离；iii)除去轻相；以及iv)从重相中分离磷酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 EP 14161685.41.一种用于从混合物特别是制浆浆料中纯化磷酸的方法，所述混合物包含以下物质或者由以下物质组成：磷酸、一种或更多种有机化合物、和水，所述方法包括以下步骤或者由以下步骤组成：i)提供包含以下物质或者由以下物质组成的混合物：磷酸、一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S、一种或更多种(另外的)有机化合物、和水，并且将所述混合物中磷酸与全部的一种或更多种具有至少一个与烷氧基连接的仲碳原子的物质S的摩尔比调节至1∶0.4至1∶10的范围，优选约1∶0.6至1∶4的范围，尤其优选约1∶0.85至1∶2；ii)将所述混合物加热至25℃或更高，直至发生相分离；iii)除去轻相；以及iv)从重相中分离磷酸。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤iv)的所述分离通过蒸馏或萃取来进行。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括从步骤iv)中获得的所述重相中分离物质S的步骤v)。4.根据权利要求3所述的方法，其中将步骤v)中获得的物质S重新用于另外的如权利要求1所限定的步骤i)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤i)中提供的所述混合物包含CO2。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述(另外的)有机化合物或者所述(另外的)有机化合物中的一种、更多种或全部各自选自烃、醇、醛、酮、酸、酯、醚、碳水化合物、氨基酸、及其衍生物以及其二聚物、三聚物、低聚物或多聚物。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述(另外的)有机化合物或者所述(另外的)有机化合物中的一种、更多种或全部各自选自有机溶剂。8.根据权利要求7所述的方法，其中(另外的)有机溶剂与水具有混溶隙。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述(另外的)有机化合物或者所述(另外的)有机化合物中的一种、更多种或全部各自选自多糖、寡糖、及其水解产物。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述(另外的)有机化合物或者所述(另外的)有机化合物中的一种、更多种或全部各自选自纤维素、半纤维素、和木质素。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物质S选自甲基-异丙基醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗里德里希·施特雷费尔，
申请(专利权)人：LXP集团有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE