专利名称：从可再生资源中纯化异戊二烯的制作方法
技术领域：
本公开涉及异戊二烯的制备。
背景技术：
异戊二烯(2-甲基-1，3-丁二烯)是有广泛应用的重要有机化合物。例如，异戊二烯在许多化学组合物和聚合物的合成中用作中间体或原料。异戊二烯还是一种由多种植物和动物(包括人类)天然合成的重要生物材料。当二十世纪六十年代早期异戊二烯的立构规整聚合在商业上变得可行时，异戊二烯便成为顺式-1，4-聚异戊二烯合成中使用的重要单体。通过此类立构规整聚合制备的顺式-1，4-聚异戊二烯在结构和特性方面与天然橡胶类似。尽管它不完全等同于天然橡胶，但它在多种应用中可以用作天然橡胶的替代品。例如，合成顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶广 泛用于制造汽车轮胎和其他橡胶产品。对合成顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶的这种需求消耗了在全球市场中可得的大部分异戊二烯。其余的异戊二烯则用于制备其他合成橡胶、嵌段共聚物和其他化学产品。例如，用异戊二烯制备丁二烯-异戊二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯共聚物橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。多年来，已经研究了多种用于制备异戊二烯的合成路线。例如，通过将异丁烯与甲醛在催化剂的存在下反应而进行的异戊二烯合成描述于美国专利3，146，278、美国专利3，437，711、美国专利3，621，072、美国专利3，662，016、美国专利3，972，955、美国专利4，000，209、美国专利4，014，952、美国专利4，067，923和美国专利4，511，751。美国专利3，574，780公开了另一种制备异戊二烯的方法，该方法通过使甲基叔丁基醚与空气的混合物流过混合氧化物催化剂而制备异戊二烯。甲基叔丁基醚在该催化剂作用下裂解为异丁烯和甲醇。所生成的甲醇接着被氧化成甲醛，然后甲醛与异丁烯在同一催化剂作用下反应生成异戊二烯。美国专利5，177，290公开了制备包括异戊二烯在内的二烯的方法，其包括在一定反应条件下将叔烷基醚和氧气源的反应混合物在两种功能不同的催化剂作用下反应，所述反应条件保证足以生成高收率的二烯并且使得叔烷基醚和叔烷基醚分解产物的再循环量最少。工业应用中使用的异戊二烯通常作为石油或石脑油的热裂解副产物制备而得，或以其他方式从石化生产过程中提取。这是较为昂贵的能源密集型方法。由于全球对石化产品的需求不断增长，预期异戊二烯的成本会在长期内升至更高的水平并且它的可得性在任何情况下都会受到限制。令人担忧的是，未来从基于石化来源提供的异戊二烯将不足以满足预计的需求，并且其价格将会升至前所未有的水平。因此，需要从环保的低成本可再生资源获得异戊二烯源。最近用可再生资源进行异戊二烯的制备已取得了若干进展(请参见，例如，国际专利申请公布NO.W02009/076676)用这些制备技术生产的异戊二烯组合物通常包含数量不等的作为发酵流程一部分的杂质。例如，发酵可以生成挥发性成分，如来自发酵培养基的水蒸气、作为呼吸产物的二氧化碳和有氧代谢中的残余氧气，以及其他有机生物副产物。氧气可能会引发不需要的异戊二烯化学反应，从而降低收率并生成不期望的反应产物。二氧化碳是异戊二烯转化和应用的后续催化反应的已知抑制剂，例如抑制异戊二烯转化为聚合物-如二聚物、三聚物，直至如同合成橡胶之类的很长链的聚合物。水蒸气和其他残余生物副产物对于使用异戊二烯的许多应用而言也是不期望的。因此，期望获得用可再生资源制备的异戊二烯组合物的纯化技术和方法。本文提及的所有出版物、专利、专利申请和公布的专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文中。
发明内容
本发明专门地提供了纯化可再生资源或类似物中的异戊二烯的方法和设备以及所得的纯化异戊二烯组合物。 在一个方面，提供了纯化发酵罐废气中的异戊二烯的方法，其中废气包含异戊二烯、挥发性杂质和生物副产物杂质，该方法包括将发酵罐废气与包括第一(吸收-汽提-蒸馏)塔柱的设备中的溶剂接触，从而形成富含异戊二烯的溶液，该溶液包含溶剂、大部分异戊二烯和大部分生物副产物杂质；和包含大部分挥发性杂质的蒸汽；将富含异戊二烯的溶液从第一塔柱转移至第二塔柱；并且从第二塔柱中的富含异戊二烯的溶液中蒸出异戊二烯，从而形成贫含异戊二烯的溶液，该溶液包含大部分生物副产物杂质；及纯化了的的异戊二烯组合物。在一些实施例中，废气为生物异戊二烯组合物。在这些实施例的任一个中，挥发性杂质包含选自H20、C02、N2、H2、⑶和O2的化合物。在一些实施例中，挥发性杂质包含H2OXO2和N2。在一些实施例中，挥发性杂质包含约25至约80摩尔％的0)2、约45至约99摩尔％的N2,并任选地包含小于约50摩尔％的02。在一些实施例中，挥发性杂质包含约40至约60摩尔％的CO2、约65至约99摩尔％的N2,并任选地包含小于约25摩尔％的02。在这些实施例的任一个中，生物副产物杂质包含极性杂质、非极性杂质或半极性杂质。在一些实施例中，生物副产物杂质包含选自以下的一种、两种、三种或更多种化合物乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-1，3-戊二烯、C5异戊烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2-丁烯-I-醇)、2_庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5_三甲基吡啶、2，3，5_三甲基吡嗪、香茅醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、
2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2-丁酮、I-丁醇、2-戊酮、3-甲基_1_丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2- 丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3- 丁烯-I-基乙酸酷、3_甲基_2_ 丁烯-I-基乙酸酷、(E) -3, 7_ 二甲基-I, 3，6_羊二烯、(Z) -3, 7- 二甲基-1，3，6-辛三烯、(E，E)-3，7，11-三甲基-1，3，6，10-十二烷四烯和(E)-7，11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二烧二烯、3-己烯-I-醇、3-己烯-I-基乙酸酯、朽1樣烯、香叶醇(反式-3,7- 二甲基-2，6-辛二烯-I-醇)、香茅醇(3，7- 二甲基-6-辛烯-I-醇)、(E) -3-甲基-1，
3-戊二烯、(Z)-3-甲基-1，3-戊二烯。在一些实施例中，在发酵的废气中，生物副产物的量相对于异戍二烯的量的比率大于约O. 01% (w/w)、或大于约O. 05% (w/w) ο在这些实施例的任一个中，溶剂为非极性高沸点溶剂。在一些实施例中，溶剂具有大于约177°C (350° F)或大于约191°C (375° F)的沸点。在一些实施例中，溶剂在540C (130° F)下具有小于约I. 25或小于约I. I的CO2Ostwald系数。在一些实施例中，溶剂具有小于约50、或约20至约30、或约23至约27的考立丁醇值。一些实施例中，溶剂具有大于约66°C (150° F)、或约79°C (175° F)至约93°C (200° F)的苯胺点。在一些实施例中，溶剂在40°C下具有小于约2. 5厘沲(cSt)或小于约I. 75厘沲(cSt)的运动粘度。在一些实施例中，溶剂在25°C下具有约20至30达因/厘米、或约23至27达因/厘米的表面张力。在一些实施例中，溶剂具有约125至约225、或约140至约200的平均分子量。在一些实施例中，溶剂选自萜烯、石蜡、单环芳烃、多环芳烃或它们的混合物。在一些实施例中，溶剂为石蜡(如C10-C20石蜡，如C12-C14石蜡)。在一些实施例中，溶剂为异链烷烃，如C12-C14异链烷烃。在一些实施例中，溶剂选自基本上类似于Isopar L、Isopar H和Isopar M的溶剂。在一些实施例中，溶剂选自Isopar L、Isopar H和Isopar Μ。在一些实施例中，溶剂基本上类似于Isopar L。在一些实施例中，溶剂为Isopar L。在一些实施例中，溶剂还包含聚合抑制剂。在一些实施例中，聚合抑制剂选自2，2，6，6_四甲基哌啶I-氧基(TEMPO) ；4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶I-氧基(TEMPOL);双(I-氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)癸二酸酯(桥联的TEMPO);和叔丁基儿茶酚。在一些实施例中， 相对于异戊二烯的浓度，聚合抑制剂的浓度为约0. 001%至约0. 1% (w/w)。在这些实施例的任一个中，在接触第一塔柱中的溶剂之前降低发酵罐废气的温度。在这些实施例的任一个中，在发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触之前将发酵罐废气转移至能够稳定废气压力的分离装置。在这些实施例的任一个中，使发酵罐废气在接触第一塔柱中的溶剂之前至少部分地冷凝。在这些实施例的任一个中，使发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触的步骤包括冷却送入的溶剂。在将贫溶剂流送入第一塔柱之前将其冷却，如冷却至4°C (40° F)。在一些实施例中，使第一(或第二)塔柱的底部流出的料流再沸腾至大于约66°C (150° F)，或大于约91 °C (200° F)。在一些实施例中，底部料流从约93°C (200° F)再沸腾至约135°C (275° F)，或从约110°C (230° F)再沸腾至约121°C (250° F)。再沸腾步骤将从富含异戊二烯的溶剂中汽提挥发性杂质C02。在这些实施例的任一个中，使发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触的步骤还包括作为一种替代形式将蒸汽加入第一塔柱中，以使底部料流再沸腾，这在某些操作条件下是必需的。在这些实施例的任一个中，从第二塔柱中的富含异戊二烯的溶液中蒸出异戊二烯的步骤包括作为一种替代形式将蒸汽添加至第二塔柱中，以便进行再沸腾。在这些实施例的任一个中，该方法还包括将纯化了的贫含异戊二烯的溶液转移到第一塔柱以重新使用。在一些实施例中，该方法还包括纯化贫含异戊二烯的溶液，以除去大部分生物副产物杂质；以及将纯化的贫含异戊二烯的溶液转移到第一塔柱以重新使用。在一些实施例中，纯化贫含异戊二烯的溶液包括用吸附系统处理贫含异戊二烯的溶液。在一些实施例中，吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅或Selexsorb:>)(得自BASF)。在一些实施例中，吸附系统包含二氧化硅。在一些实施例中，纯化贫含异戊二烯的溶液的手段包括蒸馏。在一些实施例中，纯化贫含异戊二烯的溶液的手段包括液-液萃取。在这些实施例的任一个中，在除去大部分生物副产物杂质之前降低贫含异戊二烯的溶液的温度。在一些实施例中，将贫含异戊二烯的溶液的温度降至小于约66V (150° F)、或降至小于约38°C (100° F)、或降至小于约24°C (75° F)。在这些实施例的任一个中，该方法包括对纯化了的的异戊二烯组合物进行进一步纯化。在一些实施例中，纯化异戊二烯的手段包括蒸馏(如在将纯化的异戊二烯组合物从第二塔柱转移至回流冷凝器之后)。在一些实施例中，对纯化了的的异戊二烯组合物进行进一步纯化包括用吸附系统处理纯化了的的异戊二烯组合物。在一些实施例中，吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅或Sdex sorb00。在一些实施例中，吸附系统包含二氧化硅。在这些实施例的任一个中，该方法还包括从蒸汽中除去小部分的异戊二烯(如果存在)。在一些实施例中，除去小部分的异戊二烯(如果存在)包括用吸附系统处理蒸汽。在一些实施例中，吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅或Selexsorb 。在一些实施例中，吸附系统包含活性炭。 在这些实施例的任一个中，在大于大气压的压力下向第一塔柱提供发酵罐废气。在这些实施例的任一个中，纯化的异戊二烯组合物具有大于约90%、或大于约95%、或大于约99%的纯度。在这些实施例的任一个中，相对于发酵罐废气的生物副产物杂质，纯化的异戊二烯组合物包含小于约25%、或小于约10%、或小于约5%的生物副产物杂质。在这些实施例的任一个中，相对于发酵罐废气的挥发性杂质，纯化的异戊二烯组合物包含小于约2. 5%的水以及小于O. 25%、或小于约O. 10%、或小于约O. 05%的C02、O2
和N2杂质。在另一方面，提供了可用本文所述方法的任一种制备的纯化异戊二烯组合物。在一些实施例中，提供了用本文所述方法的任一种制备的纯化异戊二烯组合物。在另一方面，提供了异戊二烯组合物。在一些实施例中，该组合物包含异戊二烯和生物副产物杂质，其中生物副产物杂质包含C5烃，并且相对于C5烃的重量具有大于约99. 94%的异戊二烯(w/w)，相对于异戊二烯的重量具有小于约O. 05%的生物副产物(w/w)。在一些实施例中，生物副产物包含一种或多种上文所列的化合物，所述化合物包括选自以下的那些2-庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、乙醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、
2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2- 丁酮、I- 丁醇、2-戊酮、3-甲基-I- 丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2-丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3-丁-I-烯乙酸酷、3_ 甲基 _2_ 丁 -I-稀乙酸酷、(E) -3, 7_ 二甲基-I, 3，6_ 羊二烯、(Z) -3, 7- 二甲基-I, 3,
6-辛三烯和2，3-环庚烯醇吡啶。在一些实施例中，相对于组合物的重量，组合物包含小于约5%的挥发性杂质。在一些实施例中，相对于组合物的重量，组合物包含大于约95%的异戊二烯。
图I为如本文所述纯化异戊二烯的方法和相关设备的示意图。图2为异戊二烯吸收效率的曲线图。
图3为异戊二烯/溶剂组合物的分析。图4示出了图3的细节。图5为从溶液中回收的异戊二烯的曲线图。图6为进一步纯化异戊二烯的方法和相关设备的示意图。图7为异戊二烯中的杂质的曲线图。图8为二甲基二硫醚杂质的浓度随时间变化的曲线图。图9为二甲基二硫醚浓度随时间变化的另一个曲线图。
具体实施方式
本公开专门地提供了用于从可再生资源中纯化异戊二烯的方法和设备。这些方法可以使用一个或多个蒸馏塔柱除去由于发酵而产生的挥发性和/或生物副产物杂质。我们已确定了使用溶剂(如非极性溶剂)并采用可提供具有显著提高的纯度的异戊二烯的吸收和汽提方法纯化由可再生资源生成的发酵罐废气中的异戊二烯的方法。本文所述的纯化异戊二烯组合物尤其适用于传统上使用石油基异戊二烯的应用，如聚合，并用作多种所需化学组合物的合成原料。因此，在一个方面，提供了从发酵罐废气中纯化异戊二烯的方法，该方法包括使发酵罐废气与吸收塔柱中的溶剂接触，从而形成富含异戊二烯的溶液，该溶液包含溶剂和大部分异戊二烯；和包含大部分挥发性杂质的蒸汽。在一些实施例中，该方法还包括从第二塔柱中的富含异戊二烯的溶液蒸出异戊二烯，从而形成贫含异戊二烯的溶液，该溶液包含大部分生物副产物杂质；和纯化了的的异戊二烯组合物。另外还提供了纯化的异戊二烯组合物。除非本文另外指明，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有与本发明所涉及领域中的普通技术人员通常所理解的相同的含义。如本文所用，除非上下文明确指明，否则单数术语“一”、“一个”、“所述”包括复数含义。本说明书中给出的每个上限值旨在包括所有较它为低的限值，一如此类限值被明确写出一样。本说明书中给出的每个下限值将包括所有较它为高的限值，一如此类限值被明确写出一样。本说明书中给出的每个数值范围将包括属于此类较宽数值范围的每个较窄数值范围，一同此类较窄数值范围全部明确写出于本文一样。术语“异戊二烯”是指2-甲基-1，3- 丁二烯(CAS#78-79_5)。异戊二烯可以作为通过从3，3_ 二甲基烯丙基焦磷酸酯(DMAPP)中除去焦磷酸酯而获得的直接和最终挥发性C5烃产物来制备，并且不涉及一个或多个IPP分子与一个或多个DMAPP分子的连接或聚合。除非本文另外指明，否则术语“异戊二烯” 一般并不旨在限于它的制备方法。如本文所用，“生物制备的异戊二烯”或“生物异戊二烯”是指用任何生物方法制备的异戊二烯，如用遗传工程细胞培养物、天然微生物、植物或动物制备。与由石化来源制备的异戊二烯相比，生物异戊二烯组合物通常包含更少的烃杂质，并且通常只需要很少的处理就可以具有聚合等级的性质。生物异戊二烯组合物还具有与石化制备的异戊二烯组合物不同的杂质分布。尽管可以通过分馏石油获得异戊二烯，但该材料的纯化昂贵而且耗时。C5烃流的石油裂解仅生成约15%的异戊二烯。也可以用多种微生物、植物和动物物种自然生成异戊二烯。具体地讲，已经发现了两种进行异戊二烯生物合成的途径甲羟戊酸(MVA)途径和非甲羟戊酸(DXP)途径。生物反应器中的遗传工程细胞培养物已能够以更高效率、更大数量、更高纯度和/或专一的杂质分布来制备异戊二烯，如国际专利申请公布No. W02009/076676 ;美国专利申请 No. 12/496，573、12/560，390、12/560，317、12/560，370、12/560，305 和 12/560，366 ;以及美国临时专利申请 No. 61/187，930,61/187, 934 和61/187，959 中所述。粗制生物异戊二烯组合物与衍生自石油的异戊二烯(在本文中称为“石油异戊二烯”)组合物不同，生物异戊二烯组合物基本上不含通常存在于石油异戊二烯组合物中的任何造成污染的不饱和C5烃，例如但不限于1，3_环戊二烯、反式-1，3-戊二烯、顺式_1，3-戍二烯、1,4-戍二烯、I-戍炔、2-戍炔、3-甲基-I- 丁炔、戍-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔和顺式-戊-3-烯-I-炔。如果本文所述的生物异戊二烯原料组合物中存在任何造成污染的不饱和C5烃，那么它们的含量也要比在石油异戊二烯组合物中的含量低。但与高度纯化的石油异戊二烯相比，粗制生物异戊二烯也可能具有更高含量的某·些C5烃。考虑到它们与异戊二烯具有结构相似性并且可以充当聚合反应催化剂的毒物，这些杂质中的若干问题尤为突出。如下文所述，生物制备的异戊二烯组合物不必进行昂贵的纯化就可以基本上不含任何造成污染的不饱和C5烃。此外，用碳指纹技术可以区别生物异戊二烯与石油异戊二烯。在一个方面，生物异戊二烯具有比石油异戊二烯更高的放射性碳-H(14C)含量或更高的14C/12C比率。生物异戊二烯由可再生的碳源制备而成，因此生物异戊二烯中的14C含量或14C/12C比率与当前大气环境中相同。另一方面，石油异戊二烯衍生自几千至几百万年前沉积的化石燃料，因此由于放射性衰变，14C含量或14c/12c比率有所降低。如本文所详述，与衍生自石油异戊二烯的燃料产物相比，衍生自生物异戊二烯的燃料产物具有更高的14C含量或14c/12c比率。在一个实施例中，本文所述的衍生自生物异戊二烯的燃料产物具有与大气环境中类似的14C含量或14c/12c比率。在另一方面，可以用稳定碳同位素比率(13c/12c)分析性地区分生物异戊二烯与石油异戊二烯，该比率可以报告为用符号S13C表示的“Λ值”。例如，对于通过从石油精炼厂萃取蒸馏C5料流而获得的异戊二烯而言，S13C为约-22%。至约-24%。。此范围通常适用于衍生自石油的轻质不饱和烃，衍生自石油基异戊二烯的产物通常包含具有相同S 13C的异戊二烯单元。通过对具有极少量其他含碳营养素(如酵母提取物)的玉米衍生葡萄糖(δ 13C-IO. 73%。)进行发酵而制备的生物异戊二烯可生成能聚合为具有-14. 66%。至-14. 85%。的S13C的聚异戊二烯的异戊二烯。由此类生物异戊二烯制备的产物预期具有比衍生自石油基异戊二烯较高的S 13C值。另外，生物异戊二烯组合物与石油异戊二烯组合物的不同之处还在于生物异戊二烯组合物包含在石油异戊二烯组合物中不存在或含量低得多的其他生物副产物，例如包含极性杂质，如醇、醛、酮等。生物副产物可以包括但不限于乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-1，3-戊二烯、C5异戊烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)、2_庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2-丁酮、I-丁醇、2-戊酮、3-甲基-I-丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2- 丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3- 丁烯-I-基乙酸酯、3-甲基-2-丁稀 _1_ 基乙酸酷、(E)-3, 7_ 二甲基-I, 3,6_ 羊二稀、(Z)-3, 7_ 二甲基-I, 3,6_ 羊二稀、2,3-环庚烯醇吡啶、3-己烯-I-醇、3-己烯-I-基乙酸酯、柠檬烯、香叶醇(反式_3，7- 二甲基-2，6-辛二烯-I-醇)、香茅醇(3，7-二甲基-6-辛烯-I-醇)或线性异戊二烯聚合物(如衍生自多个异戊二烯单元聚合反应的线性异戊二烯二聚体或线性异戊二烯三聚体)。如本文所述，生物异戊二烯组合物可以另外包含发酵期间获得的相当量的一种或多种挥发性杂质(如02、N2、H20、C02)。可取的是如本文的方法中所述从生物异戊二烯中除去这些化合物中的一种或多种(如极性化合物和/或挥发性杂质)。除非根据上下文另有定义，否则“大部分”意指大于50% (按重量计)的含量。例如，大部分异戊二烯是指大于50 %的所提及的异戊二烯。在一些实施例中，大部分是按重量计大于 60%,70%,75%,80%,90%,95%^； 99%。如本文所用，“纯化的异戊二烯组合物”是指与发酵罐废气中存在的一种或多种组分的至少一部分(如，挥发性杂质和/或生物副产物杂质的一部分)分离了的的异戊二烯 组合物。纯化的异戊二烯组合物可以任何相或相的混合物形式存在，例如完全气相(如，具有一种或多种其他组分的异戊二烯气体)、完全液相(如，具有0、1、2或更多种组分的含异戊二烯的溶液)、固相或它们的混合物。在一些实施例中，纯化的异戊二烯组合物为至少约20重量％，不含除异戊二烯之外的组分。在多个实施例中，纯化的异戊二烯组合物的纯度按重量计为至少或约 25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、90%、95%、98%或99%。可以用任何合适的方法分析纯度，如，柱层析、HPLC分析或GC-MS分析。如本文所用，“生物副产物”或“生物副产物杂质”是指除异戊二烯和甲烷之外、与生物发酵流程相关并在提及的发酵罐废气中与异戊二烯一起获得的一种或多种有机化合物。如本文所用，“挥发性杂质”是指在提及的发酵罐废气中发现的、在标准大气条件下为气态的甲烷和/或一种或多种无机化合物。除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都是本发明所属领域的技术人员通常所理解的意思。Singleton, et al. ,Dictionary of Microbiology and MolecularBiology, 2nd ed. , John Wiley and Sons, New York (1994) (Singleton 等人，微生物学和分子生物学词典，第二版，John Wiley and Sons出版社,纽约(1994年))JPHale & Marham,The Harper Collins Dictionary of Biology, Harper Perennial, N. Y. (1991) (HaleMarham,生物学辞典，Harper Perennial出版社,纽约(1991年))为技术人员提供了本文所用许多术语的通用词典。应当理解，本发明并不限于所述的具体方法、规程和试剂，它们可以有所不同。本领域的技术人员还将了解，也可以用类似于或等同于本文所述方法和材料的任何方法和材料实施或测试本发明。本文提供的标题并不排除本发明的其它各个方面或实施例，这些方面或实施例都可以藉对说明书做整体参考而获致。如本文所用，除非另外明确指明，否则术语“一”、“一个”等是指一个或多个。对本文中的“约”值或参数的参考包括(并描述)涉及该值或参数自身的实施例。例如，涉及“约X”的描述包括“X”的描述。数值范围包括限定该范围的端值在内。
应当理解，本文所述的本发明的方面和实施例还包括“包含”、“由其组成”和“基本上由其组成”的各个方面和实施例。
_0] 异戊二烯纯化本文提供了富集和/或纯化异戊二烯的方法。在一些实施例中，异戊二烯来自发酵罐废气。在一个方面，提供了从发酵罐废气中纯化异戊二烯的方法，其中废气包含异戊二烯和挥发性杂质。在一个实施例中，提供了从发酵罐废气中纯化异戊二烯的方法，其中废气包含异戊二烯和挥发性杂质，该方法包括使发酵罐废气与吸收塔柱中的溶剂接触，从而形成富含异戊二烯的溶液，该溶液包含溶剂和大部分异戊二烯；和包含大部分挥发性杂质的蒸汽。在一个方面，提供了从包含异戊二烯和生物副产物杂质的溶液中纯化异戊二烯的方法。在一个实施例中，提供了从包含异戊二烯和生物副产物杂质的溶液中纯化异戊二烯的方法，该方法包括从塔柱中的溶液蒸出异戊二烯，从而形成贫含异戊二烯的溶液，该 溶液包含大部分生物副产物杂质；及纯化了的的异戊二烯组合物。 在一个方面，提供了从发酵罐废气中纯化异戊二烯的方法，其中废气包含异戊二烯、挥发性杂质和生物副产物杂质，该方法包括(a)使发酵罐废气与第一塔柱中的溶液接触，从而形成富含异戊二烯的溶液，该溶液包含溶剂、大部分异戊二烯和大部分生物副产物杂质；和包含大部分挥发性杂质的蒸汽；(b)使富含异戊二烯的溶液从第一塔柱转移至第二塔柱；以及(C)从第二塔柱中的富含异戊二烯的溶液蒸出异戊二烯，从而形成贫含异戊二烯的溶液，该溶液包含大部分生物副产物杂质；及纯化了的的异戊二烯组合物。图I示出了纯化异戊二烯的示例性方法和示例性设备。可用本领域的任何方法从可再生资源(如碳源)生成包含异戊二烯的发酵罐废气，例如美国临时专利申请No. 61/187，944中所述，该专利申请的内容以引用方式并入本文中，尤其是与生成包含异戊二烯的发酵罐废气的方法相关的内容。一个或多个单独的发酵罐12(如，1、2、3、4、5、6、7、8或更多个串联和/或并联的发酵罐)中生成的发酵罐废气可引导至第一塔柱14。如下文所述，发酵罐废气可以被引导通过分离装置16和/或由压缩装置压缩，如压缩系统18。另夕卜，发酵罐废气的温度可以任选地在任何时间降低，例如，以便在与溶剂(有助于溶解一种或多种废气组分，如异戊二烯)接触之前形成冷凝物或部分冷凝物。发酵罐废气可以在塔柱14处与溶剂(如，本文所述的任何溶剂，例如非极性高沸点溶剂)接触(如，被吸收)。将溶剂(尤其是非极性高沸点溶剂)中更不容易吸收的挥发性杂质与剩余的溶剂/发酵罐废气混合物分离，得到包含大部分挥发性杂质的蒸汽(如，从端口 20处离开)，以及具有大部分异戊二烯和大部分生物副产物杂质的富含异戊二烯的溶液(如，在端口 22处)。气提蒸汽流可以由有助于将挥发性杂质与剩余溶液分离的任何合适装置(如，第一塔柱中发酵罐废气进料点下方的蒸汽喷射或重沸器装置23)提供。蒸汽可以被引导通过塔柱(在任何合适的位置处，如图I所示)，以提供有助于去除挥发性杂质的吹扫蒸汽相。具有大部分异戊二烯和大部分生物副产物杂质的富含异戊二烯的溶液(如，端口22处)可以引导至第二塔柱24。第二塔柱可以是与第一塔柱14(如图I所示)分离的，也可以是包括第一和第二塔柱的统一塔柱的一部分(如，串联塔柱，其中溶剂从一端处或附近进入第一塔柱，并从相对端处或附近离开第二塔柱)。异戊二烯可以从第二塔柱的富含异戊二烯的溶液中气提，得到纯化的异戊二烯组合物(如，端口 26处)和包含大部分生物副产物杂质的贫含异戊二烯的溶液(如，端口 28处)。可以向第二塔柱中添加蒸汽，有助于从剩余的溶液中气提异戊二烯。蒸汽可以被引导通过塔柱(在任何合适的位置处，如富含异戊二烯的溶液的进入点的相对端和/或贫含异戊二烯的溶液的离开端附近，如图I所示)。如本文所述，塔柱可以是常规塔柱并且可以具有任何合适的尺寸。示例性塔柱类型可从包括Koch Modular Process Systems公司(新泽西州帕拉默斯)(Koch Modular Process Systems (Paramus, NJ))、福陆公司(德克萨斯州欧文)(FluorCorporation (Irving, TX))、美国库尼公司(北卡罗来纳州芒特霍利)(Kuhni USA (MountHolly, NC))在内的制造商处商购获得。通常，将塔柱设计为可使蒸汽/液体接触最大化，以实现所需的效率。通过在塔柱中填充填料或沿着塔柱以规则间距隔开的塔板可实现这一点。合适的填料包括基于金属、玻璃、聚合物和陶瓷材料的无规和结构化填料类型。示例性的无规填料类型包括拉西环、鲍尔环、A-PAK环、鞍形环、Pro-Pak, Heli-Pak、陶瓷鞍和FLEXIRINGS: 。结构化填料包括丝网和穿孔金属板型材料。专业生产塔柱填料的制造商包括 ACS Separations & Mass-Transfer Products (德克萨斯州休斯敦(Houston,TX)) > Johnson Bros. Metal Forming Co.(伊利诺伊州伯克利(Berkeley, IL))和 KochGlitsch, Inc. Knight Div.(俄亥俄州东坎顿(East Canton, OH))。汽提柱的效率以理论 塔板高度和柱中塔板的总数表示。通常，理论塔板越多，柱的效率越高。实验室用柱可购自Ace Glass (新泽西州瓦恩兰(Vineland，NJ))、西格玛奥德里奇公司(密苏里州圣路易斯)(Sigma-Aldrich(St. Louis,MO))和 Chemglass (新泽西州瓦恩兰(Vineland,NJ))。合适的玻璃柱类型包括Vigreux、Snyder、Hemple和穿孔板型柱。塔柱可以包括填料或包含设计用于最大化蒸汽/液体接触的特征。实验室用涤气器(部件号CG-1830-10)得自Chemglass，它由填充的玻璃柱、溶剂贮存器和溶剂再循环泵组成。来自第二塔柱24的纯化异戊二烯组合物(如，在端口 26处离开)可以用任何合适的装置(如，使用回流冷凝器34和/或吸附系统36，如二氧化硅吸附系统)进一步纯化。回流可以减少异戊二烯产物中的溶剂组份。贫含异戊二烯的溶液可以循环返回至第一塔柱以重新使用(如，如图I所示，在端口 30处)。贫含异戊二烯的溶液在循环至第一塔柱14之前可以用任何合适的装置(如，液-液萃取和/或吸附系统32，如二氧化硅吸附系统)进行纯化，以减少生物副产物的量。另外，在循环至第一塔柱14之前(S卩，任选地纯化异戊二烯溶液之前、同时和/或之后)可以用任何合适的装置降低贫含异戊二烯的溶液的温度。图I示出了在纯化贫含异戊二烯的溶液(在这种情况下，使用冷却剂降温)之前在端口 40处降低贫含异戊二烯的溶液的温度的实例。在一个实施例中，冷却装置直接连接到系统32的下游，以提供额外的冷却。另外，在溶液冷却并返回第一塔柱14顶部之前，可以对来自第二塔柱24的贫含异戊二烯的溶剂进行相分离，以除去水；该相分离装置可以直接连接在端口 40下面。另外，来自冷凝器34的冷凝水和异戊二烯可以用直接连接到冷凝器34下游的类似相分离装置进行类似的相分离，以除去水。因此，只有异戊二烯相返回第二塔柱。在每种情况下，来自相分离装置的水为废液流。包含大部分挥发性杂质的蒸汽(如，在图I中的端口 20处离开的蒸汽)可以包含小部分异戊二烯(即，未保留在富含异戊二烯的溶液中的残余异戊二烯)。残余的异戊二烯可以用任何合适的装置(如，吸附系统38，如活性炭吸附系统)从包含大部分挥发性杂质的蒸汽中收集，并且在一些情况下，如图I所示，残余的异戊二烯可以与纯化的异戊二烯组合物混合(如，在额外的纯化之前、期间或之后，如类似于系统36的吸附系统)。图I还示出了可选的捕集装置42 (如，热氧化剂和/或CO2捕集系统)，它能够减少从蒸汽释放到大气中的不可取的组分(如，CO2)的量。发酵罐废气本文方法可用的制备包含异戊二烯的发酵罐废气的技术描述于，例如，国际专利申请公布 No. W02009/076676 ;美国专利申请 No. 12/496，573、12/560，390、12/560，317、12/560，370、12/560，305 和 12/560，366 ;以及美国临时专利申请 No. 61/187，930、61/187，934和61/187，959中所述。具体地讲，这些组合物和方法提高了异戊二烯的生产速率并增加制备的异戊二烯的量。如下文所详述，可以用培养物中的细胞制备发酵罐废气。在一些实施例中，培养物中的细胞能够生成每小时每克细胞湿重大于约400纳摩尔的异戍二烯(nmol/gwcm/hr)。在一些实施例中，细胞具有(i)编码异戊二烯合成酶多肽并(ii)可操作地连接至启动子的异 源核酸。在一些实施例中，细胞在培养基中培养，培养基包含碳源，例如但不限于碳水化合物、甘油、二羟基丙酮、一碳源、油、动物脂、动物油、脂肪酸、脂质、磷脂、甘油脂、单甘油酯、甘油二酯、甘油三酯、可再生的碳源、多肽(如，微生物或植物蛋白质或肽)、酵母提取物、来自酵母提取物的组分，或上述两种或更多种的任何组合。在一些实施例中，细胞在限制的葡萄糖条件下进行培养。适于细菌培养物的维持和生长的材料和方法是本领域所熟知的。示例性的技术可以参见Manual of Methods for General Bacteriology Gerhardt et al. , eds) ,AmericanSociety for Microbiology, Washington, D. C. (1994)(普通细菌学方法手册，Gerhardt等人编，美国微生物学会，华盛顿，1994年)或Brock in Biotechnology A Textbookof Industrial Microbiology, Second Edition(1989)Sinauer Associates, Inc.,Sunderland, MA(生物技术工业微生物学教材，第二版(1989年)，Sinauer Associates,Inc.出版社，马萨诸塞州桑德兰)，其全文各自以引用方式并入本文中，尤其是与细胞培养技术相关的内容。可采用标准细胞培养条件培养细胞(请参见，例如，国际专利公布WO2004/033646和其中引用的参考文献，其全文各自以引用方式并入，尤其是与细胞培养和发酵条件相关的内容)。细胞在合适的温度、气体混合物和PH条件下生长和维持(如约20至约37°C，约6%至约84%的CO2和介于约5至约9之间的pH)。在一些实施例中，细胞在35°C下在合适的细胞培养基中生长。在一些实施例中，如，在大约28°C下、在震荡培养或发酵罐的合适培养基中培养培养物，直到获得所需的异戊二烯生产量。在一些实施例中，用于发酵的pH范围介于约pH 5. O至约pH 9. O之间(如约pH 6. O至约pH 8. O、或约6. 5至约7.0)。反应可以根据宿主细胞的要求在有氧、缺氧或无氧条件下进行。给定丝状真菌的示例性培养条件是本领域已知的，并且可参见科学文献和/或得自真菌来源，如美国典型培养物保藏中心和真菌遗传学资源中心。在多个实施例中，用任何已知的发酵模式培养细胞，如分批、分批补料或连续工艺。在一些实施例中，使用分批发酵法。传统的分批发酵在封闭系统中进行，其中培养基组合物在发酵开始时设定，并且在发酵过程中不进行人为改变。因此，在发酵开始时，为细胞培养基接种所需的宿主细胞，并在不向系统添加任何物质的情况下令其进行发酵。然而，通常“分批”发酵是针对添加碳源而言的分批，常在控制因素如PH和氧气浓度下进行尝试。在分批系统中，系统的代谢物和生物质组成不断改变，直到发酵停止时。在分批培养中，细胞逐渐通过静态迟滞期进入高速对数生长期，并最终到达生长速率降低或停止的稳定期。在一些实施例中，对数期中的细胞负责大部分异戊二烯生产。在一些实施例中，稳定期中的细胞生产异戊二烯。在一些实施例中，培养物中的细胞能够将细胞培养基中超过约O. 002%的碳转化成异戊二烯。在一些实施例中，细胞具有(i)编码异戊二烯合成酶多肽并(ii)可操作地连接至启动子的异源核酸。在一些实施例中，细胞在培养基中培养，培养基包含碳源，例如但不限于碳水化合物、甘油、二羟基丙酮、一碳源、油、动物脂、动物油、脂肪酸、脂质、磷脂、甘油脂、单甘油酯、甘油二酯、甘油三酯、可再生的碳源、多肽(如，微生物或植物蛋白质或肽)、酵母提取物、来自酵母提取物的组分，或上述两种或更多种的任何组合。在一些实施例中，细胞在限制的葡萄糖条件下进行培养。在一些实施例中，培养物中的细胞包含编码异戊二烯合成酶多肽的异源核酸。在 一些实施例中，细胞具有(i)编码异戊二烯合成酶多肽并(ii)可操作地连接至启动子的异源核酸。在一些实施例中，细胞在培养基中培养，培养基包含碳源，例如但不限于碳水化合物、甘油、二羟基丙酮、一碳源、油、动物脂、动物油、脂肪酸、脂质、磷脂、甘油脂、单甘油酯、甘油二酯、甘油三酯、可再生的碳源、多肽(如，微生物或植物蛋白质或肽)、酵母提取物、来自酵母提取物的组分，或上述两种或更多种的任何组合。在一些实施例中，细胞在限制的葡萄糖条件下进行培养。在一些实施例中，培养物中的细胞在稳定期内产生的异戊二烯的量(例如产生的异戊二烯的总量或每升肉汤每小时每0D_产生的异戊二烯的量)大于或为生长期相同时间内产生的异戊二烯的量的约2或更多倍。在一些实施例中，培养物中的细胞只能在稳定期产生异戊二烯。在一些实施例中，培养物中的细胞在生长期和稳定期均能产生异戊二烯。在多个实施例中，培养物中的细胞在稳定期产生的异戊二烯的量大于或为生长期相同时间内产生的异戊二烯的量的约2、3、4、5、10、20、30、40、50或更多倍。在一些实施例中，培养物中的细胞来自包括反应器室的系统，其中细胞能够产生大于约 400、500、600、700、800、900、1，000、1，250、1，500、1，750、2，000、2，500、3，000、4，000,5, 000或更多nmol/gWM/hr的异戊二烯。在一些实施例中，系统不是封闭系统。在一些实施例中，从系统中移除异戊二烯的至少一部分。在一些实施例中，系统包括包含异戊二烯的气相。在多个实施例中，气相包含本文所述组合物中的任一种。在一些实施例中，培养物中的细胞产生大于或为约400、500、600、700、800、900、I, 000、1，250、1，500、1，750,2, 000,2, 500,3, 000,4, 000,5, 000 或更多 nmol/gwcm/hr 的异戊二烯。在一些实施例中，培养物中的细胞将细胞培养基中大于或约O. 002,0. 005,0. 01、
0.02、0· 05、0· 1、0· 12、0· 14、0· 16、0· 2、0· 3、0· 4、0· 5、0· 6、0· 7、0· 8、0· 9、1· 0、1· 2、1· 4、
1.6%或更多的碳转化为异戊二烯。在一些实施例中，培养物中的细胞产生每小时每克细胞湿重大于或约 1、10、25、50、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1，000、
I,250,1, 500,1, 750,2, 000,2, 500,3, 000,4, 000,5, 000,10, 000,100, 000 或更多纳克的异戊二烯(ng/gw /h)。在一些实施例中，培养物中的细胞产生的异戊二烯的累计滴度(总量)大于或为约 1、10、25、50、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1，000,1, 250、
I,500,1, 750,2, 000,2, 500,3, 000,4, 000,5, 000,10, 000,50, 000,100, 000 或更多毫克异戊 二烯/升肉汤(mg/Lss，其中肉汤的体积包括细胞和细胞培养基的体积)。其他示例性的异戊二烯生产速率和异戊二烯生产总量在本文中公开。在任一方面的一些实施例中，培养物中的细胞还包含编码IDI多肽的异源核酸。在一些实施例中，细胞还包含编码IDI多肽的内源核酸的拷贝插入。在一些实施例中，细胞还包含编码DXS多肽的异源核酸。在一些实施例中，细胞还包含编码DXS多肽的异源核酸的拷贝插入。在一些实施例中，细胞还包含编码IDI多肽和DXS多肽的一种或多种核酸。在一些实施例中，一种核酸编码异戊二烯合成酶多肽、IDI多肽和DXS多肽。在一些实施例中，一种载体编码异戊二烯合成酶多肽、IDI多肽和DXS多肽。在一些实施例中，载体包含选择性标记物，如抗生素抗性核酸。在一些实施例中，异源异戊二烯合成酶核酸可操作地连接至T7启动子，如培养基或高拷贝质粒中包含的T7启动子。在一些实施例中，异源异戊二烯合成酶核酸可操作地连接至Trc启动子，如培养基或高拷贝质粒中包含的Trc启动子。在一些实施例中，异源异戊二烯合成酶核酸可操作地连接至Lac启动子，如低拷贝质粒中包含的Lac启动子。在一些实施例中，异源异戊二烯合成酶核酸可操作地连接至内源启动子，如内源碱性丝氨酸蛋白酶启动子。在一些实施例中，异源异戊二烯合成酶核酸整合到没有选择标记的细胞的染色体中。在一些实施例中，在稳定期比生长期更活跃的启动子或因子的控制下设置一个或多个MVA途径、IDI, DXP或异戊二烯合成酶核酸。例如，可以在稳定期sigma因子，如RpoS的控制下设置一个或多个MVA途径、IDI、DXP或异戊二烯合成酶核酸。在一些实施例中，在可于稳定期中诱导的启动子的控制下设置一个或多个MVA途径、IDI、DXP或异戊二烯合成酶核酸，如可由在稳定期具有活性的响应调节子诱导的启动子。在一些实施例中，培养物中的细胞的至少一部分保持异源异戊二烯合成酶核酸在连续培养(如未经稀释的连续培养)中进行至少或约5、10、20、40、50、60、65或更多次细胞分裂。在一些实施例中，包含异戊二烯合成酶、IDI或DXS核酸的核酸还包含选择性标记物，如抗生素抗性核酸。在一些实施例中，培养物中的细胞还包含编码MVA途径多肽(例如来自酿酒酵母(Saccharomyces cerevisia)或幾肠球菌(Enterococcus faecalis)的 MVA 途径多妝)的异源核酸。在一些实施例中，细胞还包含编码MVA途径多肽(如来自酿酒酵母或粪肠球菌的MVA途径多肽)的内源核酸的拷贝插入。在一些实施例中，细胞包含异戊二烯合成酶、DXS和MVA途径核酸。在一些实施例中，细胞包含异戊二烯合成酶核酸、DXS核酸、IDI核酸和MVA途径核酸(除IDI核酸之外)。在一些实施例中，异戊二烯合成酶多肽为来自植物，如葛属(Pueraria)(如，山葛(Pueraria montana)或野葛(Pueraria Iobata))的天然多妝。在一些实施例中，培养物中的细胞为细菌细胞，如革兰氏阳性菌细胞(如，芽孢杆菌属(Bacillus)细胞，例如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)细胞，或链霉菌属(Streptomyces)细胞，例如变铅青链霉菌(Streptomyces Iividans)、天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)或灰色链霉菌(Streptomyces griseus)细胞)。在一些实施例中，培养物中的细胞为革兰氏阴性菌细胞(如，埃希氏菌属(Escherichia)细胞，例如大肠杆菌(Escherichia coli)细胞，或泛菌属(Pantoea)细胞,例如朽1檬泛菌(Pantoea citrea)细胞)。在一些实施例中，培养物中的细胞为真菌细胞，如丝状真菌细胞(如,木霉属(Trichoderma)细胞,例如里氏木霉(Trichoderma reesei)细胞,或曲霉属(Aspergillus)细胞，例如米曲霉(Aspergillus oryzae)和黑曲霉(Aspergillus niger))或酵母细胞(如，耶氏酵母属(Yarrowia)细胞,例如解脂耶氏酵母(Yarrowia Iipolytica)细胞)。在一些实施例中，微生物多肽碳源包括来自酵母或细菌的一种或多种多肽。在一些实施例中，植物多肽碳源包括来自大豆、玉米、低芥酸菜籽、麻风树、棕榈树、花生、向日葵、椰子、芥菜、油菜籽、棉籽、棕榈仁、橄榄、红花、芝麻或亚麻籽的一种或多种多肽。如前文所述，本文所述的发酵罐废气可以来源于可再生资源(如碳源、生物和/或植物)。示例性可再生资源描述于，例如，美国临时专利申请No. 61/187，944(其内容以引用方式并入本文)中，并包括干酪乳清渗透液、玉米浸出液、糖用甜菜糖蜜、大麦麦芽及上述各物的任何组分。示例性可再生碳源也包括存在于生物质诸如玉米、柳枝稷、甘蔗、发酵·流程的细胞废物以及研磨大豆、玉米或小麦产生的蛋白质副产物之中的乙酸酯、葡萄糖、己糖、戊糖和木糖。在一些实施例中，生物质碳源为木质纤维素、半纤维素或纤维素材料，例如但不限于草、小麦、小麦秸杆、蔗渣、软木浆、玉米、玉米芯或壳、玉米籽粒、玉米籽粒纤维、玉米秸杆、软枝草、稻壳产物或湿磨或干磨谷物(如，玉米、高粱、裸麦、黑小麦、大麦、小麦和/或酒糟)的副产物。示例性纤维质材料包括木材、纸材和纸浆废物、草本植物和果肉。在一些实施例中，碳源包括任何植物部分，例如茎、谷粒、根或块茎。在一些实施例中，以下任一植物的全部或部分用作碳源玉米、小麦、裸麦、高粱、黑小麦、大米、小米、大麦、木薯、豆类(例如黄豆和豌豆)、马铃薯、红薯、香蕉、甘蔗和/或木薯。在一些实施例中，碳源为生物质水解产物，例如包括木糖和葡萄糖或包括蔗糖和葡萄糖的生物质水解产物。在本文所述方法的一些实施例中，发酵罐废气来源于可再生资源。在一些实施例中，发酵罐废气包含生物异戊二烯。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的重量相比，发酵罐废气包含按重量计大于或约98. 0,98. 5,99. 0,99. 5或100%的异戊二烯。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的重量相比，发酵罐废气包含按重量计大于或约99. 90,99. 92,99. 94,99. 96,99. 98或100%的异戊二烯。在一些实施例中，用气相色谱法和火焰离子化检测器(GC/FID)分析时，与发酵罐废气中的所有C5烃的检测器响应相比，发酵罐废气中的异戊二烯产生大于或约98. 0,98. 5,99. 0,99. 5或100%的相对检测器响应。在一些实施例中，用类似方法分析时，与发酵罐废气中的所有C5烃的检测器响应相比，发酵罐废气中的异戊二烯产生大于或约99. 90,99. 91,99. 92,99. 93,99. 94,99. 95,99. 96、99. 97,99. 98,99. 99或100%的相对检测器响应。在一些实施例中，发酵罐废气包含按重量计介于约98. O至约98. 5之间、约98. 5至约99. O之间、约99. 0%的C5烃。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的重量相比，发酵罐废气包含按重量计介于约99. 90至约99. 92、约 99. 92 至约 99. 94、约 99. 94 至约 99. 96、约 99. 96 至约 99. 98、约 99. 98 至 100%之间的异戊二烯。在本文所述方法的一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的重量相比，发酵罐废气包含按重量计小于或约 2. 0,1. 5,1. 0,0. 5,0. 2,0. 12,0. 10,0. 08,0. 06,0. 04,0. 02、O. ΟΚΟ. 005,0. 001,0. 0005,0. 0001,0. 00005 或 O. OOOOl % 的非异戊二烯的 C5 烃(如 1，
3-环戊二烯、顺式-1，3-戊二烯、反式-1，3-戊二烯、1，4-戊二烯、I-戊炔、2-戊炔、I-戊烯、
2-甲基-I-丁烯、2-甲基-2-丁烯、3-甲基-I-丁炔、戊-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔或顺式-戊-3-烯-I-炔)。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的检测器响应相t匕，发酵罐废气中的非异戊二烯的C5烃具有小于或约2. 0,1. 5,1. 0,0. 5,0. 2,0. 12,0. 10、O. 08,0. 06,0. 04,0. 02,0. 01,0. 005,0. 001,0. 0005,0. 0001,0. 00005 或 O. 00001 % 的相对检测器响应。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃的检测器响应相比，发酵罐废气中的1，3-环戊二烯、顺式-1，3-戊二烯、反式-1，3-戊二烯、1，4-戊二烯、I-戊炔、2-戊炔、I-戊烯、2-甲基-I- 丁烯、3-甲基-I- 丁炔、戊-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔或顺式-戊-3-烯-I-炔具有小于或约 2. 0,1. 5,1. 0,0. 5,0. 2,0. 12,0. 10,0. 08,0. 06,0. 04、O. 02,0. 01,0. 005,0. 001,0. 0005,0. 0001,0. 00005 或 O. 00001 % 的相对检测器响应。在一些实施例中，与发酵罐废气中的所有C5烃类的总重量相比，高纯度异戊二烯的起始组合物包含按重量计介于约O. 02至约O. 04%、约O. 04至约O. 06 %、约O. 06至O. 08 %、约O. 08至O. 10%或约O. 10至约O. 12%之间的非异戊二烯的C5烃(例如1，3_环戊二烯、顺式-1，
3-戍二烯、反式-I，3-戍二烯、1,4-戍二烯、I-戍炔、2-戍炔、I-戍烯、2-甲基-I-丁烯、3-甲基-I- 丁炔、戊-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔或顺式-戊-3-烯-I-炔)。在本发明所述方法的一些实施例中，就发酵罐废气中抑制异戊二烯聚合的任何化合物而言，发酵罐废气包含小于或约50、40、30、20、10、5、1、0· 5,0. 1,0. 05,0. 01或O. 005μ g/L的该种抑制异戊二烯聚合的化合物。在一些实施例中，就发酵罐废气中抑制异戊二烯聚合的任何化合物而言，发酵罐废气包含介于约O. 005至约50之间、例如约O. 01至约10、约O. 01至约5、约O. 01至约I、约O. 01至约O. 5或约O. 01至约O. 005 μ g/L的该种抑制异戊二烯聚合的化合物。在一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约50、40、30、20、10、5、1、0· 5,0. 1,0. 05,0. 01或O. 005 μ g/L的非异戊二烯的烃(例如1，3-环戊二烯、顺式-1，3-戍二烯、反式-1，3_戍二烯、1,4-戍二烯、I-戍炔、2-戍炔、I-戍烯、2-甲基-I- 丁烯、3-甲基-I- 丁炔、戊-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔或顺式-戊-3-烯-I-炔)。在一些实施例中，发酵罐废气包含介于约O. 005至约50之间，例如约O. 01至约10、约O. 01至约5、约O. 01至约I、约O. 01至约O. 5或约O. 01至约O. 005 μ g/L的非异戊二烯的烃。在一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约50、40、30、20、10、5、1、0. 5,0. 1,0. 05,0. 01或O. 005 μ g/L的蛋白质或脂肪酸(例如与天然橡胶天然相关的蛋白质或脂肪酸)。在本发明所述方法的一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约10、5、1、0.8、0.5、O. 1、0. 05、0. 01或O. 005ppm的α -炔烃、戊间二烯、乙腈或1，3-环戊二烯。在一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约5、1、0. 5,0. 1,0. 05,0. 01或O. 005ppm的硫或丙二烯。在一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约30、20、15、10、5、1、0. 5,0. 1,0. 05,0. 01或O. 005ppm的所有炔烃(如I-戊炔、2-戊炔、3-甲基-I- 丁炔、戊-4-烯-I-炔、反式-戊-3-烯-I-炔和顺式-戊-3-烯-I-炔)。在一些实施例中，发酵罐废气包含小于或约2000、1000、500、200、100、50、40、30、20、10、5、1、0· 5,0. 1,0. 05,0. 01 或 O. 005ppm 的异戊二烯二聚物，例如环状异戊二烯二聚物(如，来源于两个异戊二烯单元的二聚化反应的环状ClO化合物)。废气生物副产物杂质发酵罐废气的生物副产物可以包含本文所述化合物中的任一种或任何组合。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含一种或多种极性化合物。可通过本领域已知的方法确定极性，例如，通过测量对水的溶解度、氢键电位、介电常数和/或油/水分配系数。在一些实施例中，生物副产物的一种或多种化合物具有大于异戊二烯极性的总极性，如其在25°C (77° F)下具有大于2. I的介电常数的测量结果所示。在一些实施例中，大于约20%、30%、50%、60%、70%、80%、90%或95% (w/w)中任一个值的生物副产物包含总极性大于异戊二烯极性的一种或多种化合物。在一些实施例中，生物副产物中的一种或多种化合物在20°C下具有大于约2、或大于约3、或大于约5、或大于约7. 5、或大于约10的介电常数。在一些实施例中，大于约20%、30%、50%、60%、70%、80%、90%或95% (w/w)中任一个值的生物副产物包含在20°C下介电常数大于约2、或大于约3、或大于约5、或大于约7. 5、或大于约10的一种或多种化合物。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含以下化合物的一种或多种醇、醛或酮(例如本文所述的醇、醛或酮中的任一种)。在一些实施例中，发酵罐废气包括Q)醇和醛，(ii)醇和酮，(iii)醛和酮，(iv)醇、醛和酮或(V)酯。
发酵罐废气的生物副产物可以包含以下化合物中的任一种或者一种或多种的任何组合乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、3-甲基呋喃、顺式-和反式-3-甲基-1，3-戊二烯、C5异戊烯醇(如3-甲基-3-丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)、2_庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2-丁酮、I-丁醇、2-戊酮、3-甲基-I-丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2-丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3-丁烯-I-基乙酸酯、3-甲基-2-丁烯-I-基乙酸酯、(E) -3, 7-二甲基-I, 3,6-羊二烯、(Z) -3, 7_ 二甲基-I, 3,6_羊二稀、2, 3-环庚稀醇卩比唳、3_己烯-I-醇、3-己烯-I-基乙酸酯、柠檬烯、香叶醇(反式-3，7-二甲基-2，6-辛二烯-I-醇)、香茅醇(3，7_ 二甲基-6-辛烯-I-醇)。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含以下化合物中的任一种或者一种或多种的任何组合2-庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、乙醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2- 丁酮、2-甲基-3- 丁烯-2-醇、乙酸乙酯、2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2-丁酮、I-丁醇、2-戊酮、3-甲基-I- 丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2- 丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3- 丁烯-I-基乙酸酯、3-甲基-2- 丁烯-I-基乙酸酯、(E) -3, 7- 二甲基-I, 3,6-羊二烯、(Z) -3，
7-二甲基-I，3，6-辛三烯、2，3-环庚烯醇吡啶或线性异戊二烯聚合物(例如来源于多个异戊二烯单元的聚合的线性异戊二烯二聚体或线性异戊二烯三聚体)。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含以下化合物中的一种或多种乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-1，
3-戊二烯、C5异戊烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)。在本发明所述方法的一些实施例中，发酵罐废气包含大于或约O. 005,0. 01,0. 05、O. 1,0. 5、1、5、10、20、30、40、60、80、100或120 μ g/L的生物副产物(如，包含选自乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-1，3-戊二烯和C5异戊烯醇(如3-甲基-3-丁烯-I-醇或3-甲基-2-丁烯-I-醇)的一种或多种化合物的生物副产物)。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含大于或约 O. 005,0. 01,0. 05,0. 1,0. 5、1、5、10、20、30、40、60、80、100 或120 μ g/L的一种或多种化合物(如，选自乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-I，3-戊二烯以及C5异戊烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)的一种或多种化合物)。在一些实施例中，发酵罐废气包含介于约O. 005至约120之间，例如约O. 01至约80、约O. 01至约60、约O. 01至约40、约O. 01至约30、约O. 01至约20、约O. 01至约10、约O. I至约80、约O. I至约60、约O. I至约40、约5至约80、约5至约60或约5至约40 μ g/L的生物副产物(如，包含选自乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基_2_乙烯基环氧乙烧、顺式-和反式-3-甲基-I, 3-戍二烯以及C5异戍烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)的一种或多种化合物的生物副产物)。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含介于约O. 005至约120之间，例如约O. 01至约80、约O. 01至约60、约O. 01至约40、约O. 01至约30、约O. 01至约20、约O. 01至约10、约O. I至约80、约O. I至约60、约O. I至约40、约5至约80、约5至约60或约5至约40 μ g/L的一种或多种化合物(如，选自乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烧、顺式-和反式-3-甲基-I, 3-戍二烯以及C5异戍烯醇 (如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2- 丁烯-I-醇)的一种或多种化合物)。在本文所述方法的多个实施例中，相对于异戊二烯的量，生物副产物的量和/或生物副产物中一种或多种化合物的量以重量百分比为单位(即，生物副产物的重量除以异戊二烯的重量乘以 100)大于或为约 O. 01,0. 02,0. 05,0. 1,0. 5、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或110% (w/w) 0在一些实施例中，与异戊二烯的检测器响应相比，生物副产物和/或生物副产物中一种或多种化合物的相对检测器响应大于或为约O. 01,0. 02,0. 05、O. 1,0. 5、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100)或 110%。在多个实施例中，相对于异戊二烯的量，生物副产物的量和/或生物副产物中一种或多种化合物的量以重量百分比为单位(即，生物副产物的重量或一种或多种化合物的重量除以异戊二烯的重量乘以100)介于约O. 01至约105% (w/w)之间，例如约O. 01至约90、约O. 01至约80、约O. 01至约50、约
O.01至约20、约O. 01至约10、约O. 02至约50、约O. 05至约50、约O. I至约50或O. I至约20% (w/w)。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物包含以下化合物中的一种或多种甲醇、乙醇、甲硫醇、I- 丁醇、3-甲基-I-丙醇、丙酮、乙酸、2- 丁酮、2-甲基-I- 丁醇或吲哚。在一些实施例中，发酵罐废气包含Ippm或更多的以下化合物中的一种或多种甲醇、乙醛、乙醇、甲硫醇、I-丁醇、3-甲基-I-丙醇、丙酮、乙酸、2-丁酮、2-甲基-I-丁醇或吲哚。在一些实施例中，发酵罐废气的生物副产物和/或生物副产物中的一种或多种化合物(如，以下化合物中的一种或多种甲醇、乙醛、乙醇、甲硫醇、I-丁醇、3-甲基-I-丙醇、丙酮、乙酸、
2-丁酮、2-甲基-I- 丁醇或吲哚)的浓度介于约I至约10，OOOppm之间。在一些实施例中，发酵罐废气包含以下化合物中的一种或多种甲醇、乙醛、乙醇、甲硫醇、I- 丁醇、3-甲基-I-丙醇、丙酮、乙酸、2- 丁酮、2-甲基-I- 丁醇或吲哚，其浓度介于约I至约IOOppm之间，例如约I至约lOppm、约10至约20ppm、约20至约30ppm、约30至约40ppm、约40至约50ppm、约50至约60ppm、约60至约70ppm、约70至约80ppm、约80至约90ppm或约90至约lOOppm。在一些实施例中，发酵罐废气中的生物副产物的浓度介于约I至约IOOppm之间，例如约I至约lOppm、约10至约20ppm、约20至约30ppm、约30至约40ppm、约40至约50ppm、约50至约60ppm、约60至约70ppm、约70至约80ppm、约80至约90ppm或约90至约IOOppm0细胞培养物中的生物副产物(例如细胞培养物顶空中的挥发性有机化合物)可以使用标准方法进行分析，如本文所述的那些标准方法或其他标准方法，如质子转移反应质谱法(请参见，例如，Bunge et al. , Applied and Environmental Microbiology, 74 (7)2179-2186, 2008 (Bunge等人，应用与环境微生物学，第74卷第7期第2179-2186页，2008年)，其全文以引用方式并入本文，尤其是与挥发性有机化合物的分析相关的内容)。废气中的挥发性杂质在异戊二烯发酵过程中可实现合适生产规模和安全操作(如，根据其易燃性特性)的多种组分的最佳范围描述于，例如，美国临时专利申请No. 61/187，944中，其内容据此以引用方式并入本文。因此,发酵废气可以包含挥发性杂质(如,包含水蒸气、0)2、队和O2的挥发性杂质)。在用于商业用途之前需要从异戊二烯中除去该挥发性杂质。因此，在 一个方面，通过本文所述的方法减少或除去异戊二烯发酵罐废气中的挥发性杂质。在一些实施例中，发酵罐废气中的挥发性杂质包括选自以下化合物的一种、两种或更多种H20、CO2, CO、N2, CH4, H2和02。在一些实施例中，挥发性杂质包含H20、CO2和N2。在一些实施例中，挥发性杂质包含H20、C02、N2和02。在一些实施例中，挥发性杂质包含在标准温度和压力下的无机气体。在一些实施例中，发酵罐废气含有含量比异戊二烯的量小至少约2、5、10、50、75或100倍的挥发性杂质(如，其中挥发性杂质包含化合物，例如H20、CO2, CO、N2, CH4, H2和/或O2)。在一些实施例中，发酵罐废气的挥发性杂质包含含量比异戊二烯的量小至少约2、5、10、50、75或100倍的一种或多种化合物(如，H20、CO2, CO、N2、CH4、H2和/或O2)。在一些实施例中，非异戊二烯的废气部分包含介于约0%至约100% (体积)之间的氧气，例如介于约0%至约10%、约10%至约20%、约20%至约30%、约30%至约40%、约40%至约50%、约50%至约60%、约60%至约70%、约70%至约80%、约80%至约90%或约90%至约100% (体积)之间的氧气。在一些实施例中，非异戊二烯的废气部分包含介于约0%至约99 % (体积)的氮气，例如介于约O %至约10 %、约10 %至约20 %、约20 %至约30 %、约30%至约40%、约40%至约50%、约50%至约60%、约60%至约70%、约70%至约80%、约80%至约90%或约90%至约99% (体积)之间的氮气。在一些实施例中，非异戊二烯的废气部分包含介于约0%至约99% (体积)之间的H2O,例如介于约0%至约10%、约10%至约20%、约20%至约30%、约30%至约40%、约40%至约50%、约50%至约60%、约60%至约70%、约70%至约80%、约80%至约90%或约90%至约99% (体积)之间的H20。在一些实施例中，非异戊二烯的废气部分包含介于约1%至约50% (体积)之间的CO2，例如介于约I %至约10%、约10%至约20%、约20%至约30%、约30%至约40%或约40%至约50% (体积)之间的CO2。在一些实施例中，发酵罐废气的挥发性杂质包含约10至约90、或约20至约80、或约40至约60、或约10至约20、或约20至约30、或约30至约40、或约40至约50、或约50至约60、或约60至约70、或约70至约80、或约80至90、或约90至约99摩尔％的N2。在一些实施例中，挥发性杂质包含约10至约90、或约20至约80、或约40至约60、或约10至约20、或约20至约30、或约30至约40、或约40至约50、或约50至约60、或约60至约70、或约70至约80或约90、或约90至约99摩尔％的二氧化碳。在一些实施例中，挥发性杂质包含约10至约90、或约20至约80、或约40至约60、或约10至约20、或约20至约30、或约30至约40、或约40至约50、或约50至约60、或约60至约70、或约70至约80或约90、或约90至约99摩尔％的一氧化碳。在一些实施例中，挥发性杂质包含约10至约90、或约20至约80、或约40至约60、或约10至约20、或约20至约30、或约30至约40、或约40至约50、或约50至约60、或约60至约70、或约70至约80或约90、或约90至约99、或小于50、或小于40、或小于30、或小于20、或小于10、或小于5、或O、或大于80、或大于90、或大于95摩尔％的O2。在一些实施例中，挥发性杂质包含约10至约90、或约20至约80、或约40至约60、或约10至约20、或约20至约30、或约30至约40、或约40至约50、或约50至约60、或约60至约70、或约70至约80或约90、或约90至约99摩尔％的氢。在一些实施例中，挥发性杂质包含小于约50、或小于约40、或小于约30、或小于约20、或小于约10、或小于约5、或小于约3mol%的甲烷。在一些实施例中，发酵罐废气的挥发性杂质包含约25至约80摩尔％的CO2、约45至约99摩尔％的N2,并任选地包含小于约50摩尔％的02。在一些实施例中，挥发性杂质包 含约40至约60摩尔％的0)2、约65至约99摩尔％的N2,并任选地包含小于约25摩尔％的O2。尽管来源于可再生资源的发酵罐废气通过发酵以气相形式存在，但如本文所述，废气可以任何相或相的混合物的形式存在，例如完全气相、部分气相和部分液相(如冷凝物)或完全液相。在一些实施例中，来源于可再生资源的发酵罐废气的至少一部分为气相。在一些实施例中，来源于可再生资源的发酵罐废气的至少一部分为液相(如冷凝物)。在一些实施例中，来源于可再生资源的发酵罐废气的至少一部分为固相。在一些实施例中，发酵罐废气在用于本文所述方法之前经历一个或多个纯化步骤。在一些实施例中，发酵罐废气在用于本文所述方法之前未经历纯化。在一些实施例中，来源于可再生资源的发酵罐废气的至少一部分在用于本文所述方法之前被吸附到固体载体上，例如包括二氧化硅和/或活性炭的载体。在一些实施例中，发酵罐废气在用于本文所述方法之前与一种或多种溶剂混合。在一些实施例中，发酵罐废气在用于本文所述方法之前与一种或多种气体混合。在本文所述方法的一些实施例中，在接触第一塔柱中的溶剂之前，降低发酵罐废气的温度。降低发酵罐废气的温度可以有助于一种或多种废气组分(如异戊二烯)溶解于溶剂(如，高沸点疏水性溶剂)中。可通过任何合适的方法(如，使用冷却剂)降低温度。在一些实施例中，降低发酵罐废气的温度会导致发酵罐废气部分或完全冷凝。在一些实施例中，将发酵罐废气的温度降至小于发酵罐中废气温度(°C)的约95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%或10%中的任一个。在一些实施例中，将发酵罐废气的温度降至低于约 150oC>125oC>100oC>90oC>80oC>70oC>60oC>50oC>45oC>40oC>35oC>30oC>25°C>20°C、15 °C、10°C、5 °C或(TC中的任一个。在一些实施例中，将发酵罐废气的温度降至约O V至约150°C、约(TC至约125°C、约(TC至约100°C、约(TC至约75°C、约(TC至约30°C、约(TC至约20°C、约(TC至约10°C、约(TC至约7. 5°C、或约5°C中的任一个。在本文所述方法的一些实施例中，在接触第一塔柱中的溶剂之前，增大发酵罐废气的压力。可通过任何合适的装置(如本领域已知的压缩系统)增大压力。增大的压力可以有助于一种或多种废气组分(如异戊二烯)溶解于溶剂(如，高沸点疏水性溶剂)中。在一些实施例中，发酵罐废气的压力增至超过发酵罐中废气压力的约10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %、80 %、90 %或95 %中的任一个(单位为PSIA-磅/平方英寸，绝对压力)。在一些实施例中，发酵罐废气的压力增至超过约10PSIA、20PSIA、30PSIA、40PSIA、50PSIA、60PSIA、70PSIA、80PSIA、90PSIA、100PSIA、110PSIA、120PSIA、130PSIA、140PSIA 或 150PSIA中的任一个。在一些实施例中，发酵罐废气的压力增至约5PSIA至约150PSIA、约10PSIA至约 100PSIA、约 15PSIA 至约 75PSIA、约 20PSIA 至约 65PSIA、约 25PSIA 至约 60PSIA、约30PSIA至约50PSIA或约35PSIA至约45PSIA中的任一个。分离装置发酵罐废气在到达塔柱之前可以通过一隔离装置。该隔离装置可用于防止下游纯化流程影响发酵流程。另外，隔离装置还可用于为塔柱提供稳定的中间压力(如，用补充的循环气体流、新鲜空气和/或其他添加的气体，如氮气)。还可以用隔离装置收集起泡和夹带的液体(如培养基)，防止其到达塔柱。在本文所述任一方法的一些实施例中，在发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触之前，将发酵罐废气转移至隔离装置(相同或不同的隔离装·置)。在这些实施例中的某一些中，隔离装置能够稳定废气压力。本文所述的方法可以使用任何合适的溶剂。溶剂可以是纯溶剂或者两种或更多种溶剂的混合物。在某些情况下，溶剂能够吸收发酵罐废气中的大部分异戊二烯(或大部分异戊二烯和大部分生物副产物)，并且在相同的条件下不能吸收发酵罐废气的大部分挥发性杂质。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂能够吸收比相同条件下吸收的挥发性杂质多大于约2、5、10、20、50、100、200或500倍的异戊二烯(w/w)。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂只有较低的CO2吸收性(即，如其奥斯特瓦尔德系数所示)。因此，在一些实施例中，溶剂为低二氧化碳吸收性溶剂。如本文所用，除非另外指明，否则“低二氧化碳吸收性溶齐U”意指在130° F和标准压力下奥斯特瓦尔德系数小于2的溶剂。在一些实施例中，溶剂为在54°C (130° F)和标准压力下CO2奥斯特瓦尔德系数小于约I. 75、约I. 5、约I. 25、约
I.I或约I. O中的任一个的低二氧化碳吸收性溶剂。溶剂可具有较高的沸点。如本文所用，除非另外指明，否则“高沸点溶剂”意指在Iatm下沸点高于121°C (250° F)的溶剂。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂为在 Iatm 下沸点高于约 121°C (250° F)、高于约 135°C (275° F)、高于约 149°C (300° F)、高于约 163 °C (325 ° F)、高于约 121 °C (350 ° F)、高于约 191 °C (375 ° F)、或高于约204°C(400° F)、或高于约177 °C (420° F)、或高于约232 °C (450 ° F)、或高于约2460C (475° F)的高沸点溶剂。在一些实施例中，溶剂在Iatm下具有约121 °C (250° F)至约 149°C (300° F)、或 135°C (275° F)至约 163°C (325° F)、或约 149°C (300° F)至约 177°C (350° F)、或约 163°C (325° F)至约 149°C (375° F)、或约 135°C (350° F)至约 204°C (400。F)、或约 191°C (375。F)至约 218°C (425。F)、或约 204°C (400。F)至约 232°C (450。F)、或约 218°C (425。F)至约 246°C (475。F)的沸点。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂是相对非极性的。溶剂的极性可以用本领域已知的任何方法测定(如，水溶性、氢键电位、介电常数和/或油/水分配系数)。在一些实施例中，溶剂为非极性溶剂。如本文所用，除非另外指明，否则“非极性溶剂”意指在20°C下介电常数小于15的溶剂。在一些实施例中，溶剂为在20°C下介电常数小于约12、或小于约10、或小于约7. 5、或小于约5、或小于约3、或小于约2、或小于约I的非极性溶剂。在一些实施例中，溶剂在标准条件下具有小于约5%、或小于约3%、或小于约2%、或小于约1%、或小于约O. 5 %、或小于约O. 25 %、或小于约O. I %、或小于约O. 05 %、或小于约O. 025%的水中溶解度。本文所述方法中所用的溶剂可以用本领域测得的考立丁醇值(“Kb值”)来表征。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂具有小于75、或小于50、或小于40、或小于30、或小于20、或小于10的Kb值。在一些实施例中，溶剂具有约10至约40、或约15至约35、或约20至约30、或约23至约27、或约25的Kb值。本文所述方法中所用的溶剂可以用本领域测量的苯胺点来表征。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂具有高于约52°C (125° F)、或高于约66°C (150° F)、或高于约79°C (175° F)、或高于约91°C (200° F)的苯胺点。在一些实施例中，溶剂具有约 66°C (150。F)至约 121°C (250。F)、或约 79°C (175。F)至约 93°C (200。F)、或约 820C (180。F)至约 91°C (195。F)的苯胺点。本文所述方法中所用的溶剂可以用本领域中测量的运动粘度来表征。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂在40°C下具有小于约3、或小于约2. 75、或小于约2. 25、或小于约2. O、或小于约I. 75、或小于约I. 5、或小于约I. 25厘沲(cSt)的运动粘度。本文所述方法中所用的溶剂可以用本领域中测量的表面张力来表征。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂在25°C下具有约15至约35达因/厘米、或约17至约32达因/厘米、或约20至约30达因/厘米、或约23至约27达因/厘米、或约25达因/厘米的表面张力。本文所述方法中所用的溶剂可以用其分子量(或在混合溶剂体系的情况下使用重均分子量)来表征。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂具有约100至约250、或约125至约225、或约140至约200、或约150至约175的平均分子量。本文所述方法中所用的溶剂可以具有本文所述特性中的任一种或者两种或更多种的组合。例如，在一些实施例中，本文所述方法中所用的溶剂可以是非极性、高沸点溶剂(即，同时是高沸点溶剂的非极性溶剂)。在一些实施例中，本文所述方法中所用的溶剂可以是非极性、低二氧化碳吸收性溶剂；或低二氧化碳吸收性、高沸点溶剂；或非极性、低二氧化碳吸收性、高沸点溶剂。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂的特征在于具有高于约1770C (350° F)的沸点、小于约3%的水中溶解度和在54°C (130° F)下小于约I. 25的CO2奥斯特瓦尔德系数。在这些实施例的某一些中，溶剂具有约125至约225的平均分子量。在本文所述方法的其他实施例中，溶剂的特征在于具有高于约191°C (375° F)的沸点、小于约I %的水中溶解度和在54°C (130° F)下小于约I. I的CO2奥斯特瓦尔德系数。在这些实施例的某一些中，溶剂具有约140至约200的平均分子量。在本文所述方法的一些实施例中，溶剂选自萜烯、石蜡、单环芳烃、多环芳烃或它们的混合物。在一些实施例中，溶剂为石蜡(如，C10-C20石蜡，例如C12-C14蜡)或异链烷烃，如上所述。在一些实施例中，溶剂为萜烯。在一些实施例中，溶剂为单环芳烃。在一些实施例中，溶剂为多环芳烃。在一些实施例中，溶剂为Isopar 溶剂(可从埃克森公司(Exxon)商购获得)或它的等同物，例如基本上类似于表I中所述任何溶剂的溶剂(如溶剂1、2、3、4、5、6、7和/或8)。在一些实施例中，溶剂具有基本上类似于表I中所述任何溶剂的任一种或多种特性(如，溶剂1、2、3、4、5、6、7和/或8)。在一些实施例中，溶剂选自Isopar L (表 I ;溶剂 6)、Isopar H (表 I ;溶剂 4)和 Isopar M(表 I ;溶剂 7)。在一些实施例中，溶剂为Isopar L (表I ;溶剂6)。在一些实施例中，溶剂为IsoparTMH (表I ;溶剂4)。在一些实施例中，溶剂为Isopar M (表I ;溶剂7)。表I
权利要求
1.一种从发酵罐废气中纯化异戊二烯的方法，包括 将包含异戊二烯、挥发性杂质和生物副产物杂质的发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触，从而形成 富含异戊二烯的溶液，所述溶液包含所述溶剂、所述废气 中存在的大部分所述异戊二烯和大部分所述生物副产物杂质；和 蒸汽，所述蒸汽包含所述废气中存在的所述挥发性杂质的一部分； 将富含异戊二烯的溶液从第一塔柱转移至第二塔柱；和 从所述第二塔柱中的所述富含异戊二烯的溶液汽提异戊二烯，从而形成 贫含异戊二烯的溶液，所述溶液包含所述废气中存在的所述生物副产物杂质的一部分；和 纯化的异戊二烯组合物。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述废气为生物异戊二烯组合物。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中所述挥发性杂质包含选自H20、CO2,N2, H2、CO和O2的一种化合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述挥发性杂质包含H20、CO2和N2。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述挥发性杂质包含约25至约80摩尔％的C02、约45至约99摩尔％的N2,并任选地包含小于约50摩尔％的02。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述挥发性杂质包含约40至约60摩尔％的C02、约65至约99摩尔％的N2和小于约25摩尔％的02。
7.根据权利要求I所述的方法,其中所述生物副产物杂质包含极性杂质。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述生物副产物杂质包含选自下列的化合物乙醇、丙酮、甲醇、乙醛、甲基丙烯醛、甲基乙烯基酮、3-甲基呋喃、2-甲基-2-乙烯基环氧乙烷、顺式-和反式-3-甲基-1，3-戊二烯、C5异戊烯醇(如3-甲基-3- 丁烯-I-醇或3-甲基-2-丁烯-I-醇)、2_庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2-丁酮、I-丁醇、2-戊酮、3-甲基_1_ 丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2- 丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3- 丁烯-I-基乙酸酷、3_甲基_2_ 丁烯-I-基乙酸酷、(E) -3, 7_ 二甲基-I, 3，6_羊二烯、(Z) -3, 7- 二甲基-1，3，6_ 辛三烯、(E，E)-3，7，ll-三甲基-1，3，6，10-十二烷四烯、(E)-7，11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二烧二烯、3-己烯-I-醇、3-己烯-I-基乙酸酯、朽1樣烯、香叶醇(反式-3,7-二甲基-2，6-辛二烯-I-醇)和香茅醇(3，7-二甲基-6-辛烯-I-醇)。
9.根据权利要求I所述的方法，其中在所述废气中，相对于所述异戊二烯的量，所述生物副产物杂质的量大于约O. 01% (w/w) O
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述废气中，相对于所述异戊二烯的量，所述生物副产物杂质的量大于约O. 05% (w/w) O
11.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂为非极性高沸点溶剂。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂具有大于约177°C的沸点。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述溶剂具有大于约191°C的沸点。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂在54°C下具有小于约I.25的CO2奥斯特瓦尔德系数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述溶剂在54°C下具有小于约I.I的CO2奥斯特瓦尔德系数。
16.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂具有小于约50的考立丁醇值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述溶剂具有约20至约30的考立丁醇值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述溶剂具有约23至约27的考立丁醇值。
19.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂具有大于约66°C的苯胺点。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述溶剂具有约79°C至约93°C的苯胺点。
21.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂在40°C下具有小于约2.5厘沲(cSt)的运动粘度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述溶剂在40°C下具有小于约I.75厘沲(cSt)的运动粘度。
23.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂在25°C下具有约20至30达因/厘米的表面张力。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述溶剂在25°C下具有约23至27达因/厘米的表面张力。
25.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂具有约125至约225的平均分子量。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述溶剂具有约140至约200的平均分子量。
27.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂选自萜烯、石蜡、单环芳烃、多环芳烃以及它们的混合物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述溶剂为石蜡。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述溶剂为C10-C20蜡。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述溶剂为C12-C14蜡或异链烷烃。
31.根据权利要求29所述的方法,其中所述溶剂选自Isopar L、Isopar H和Isopar Μ。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述溶剂为Isopar L。
33.根据权利要求I所述的方法，其中所述溶剂还包含聚合抑制剂。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述聚合抑制剂选自2，2，6，6_四甲基哌啶I-氧基(TEMPO) ;4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶I-氧基(TEMPOL);双(I-氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)癸二酸酯(桥联的TEMPO);和叔丁基儿茶酚。
35.根据权利要求33所述的方法，其中相对于所述异戊二烯的浓度，所述聚合抑制剂的浓度为约0. 001%至约0. 1% (w/w)。
36.根据权利要求I所述的方法，还包括在接触所述第一塔柱中的所述溶剂之前降低所述发酵罐废气的温度。
37.根据权利要求I所述的方法，还包括在所述发酵罐废气与所述第一塔柱中的所述溶剂接触之前，将所述发酵罐废气转移到一个隔离装置中，从而稳定所述废气的压力。
38.根据权利要求I所述的方法，还包括在接触所述第一塔柱中的所述溶剂之前至少部分地冷凝所述发酵罐废气。
39.根据权利要求I所述的方法，其中将所述发酵罐废气与第一塔柱中的溶剂接触包括从所述第一塔柱的底部提供汽提蒸汽。
40.根据权利要求39所述的方法，其中将来自所述第一塔柱的料流加热至大于约66°C的温度。
41.根据权利要求40所述的方法，其中将来自所述第一塔柱的料流加热至大于约93°C的温度。
42.根据权利要求41所述的方法，其中将来自所述第一塔柱的料流加热至约93°C至约135°C范围内的温度。
43.根据权利要求42所述的方法，其中将来自所述第一塔柱的料流加热至约110°C至约121°C范围内的温度。
44.根据权利要求I所述的方法，其中所述发酵罐废气与第一塔柱中溶剂的所述接触还包括向所述第一塔柱添加水蒸汽。
45.根据权利要求I所述的方法，其中从所述第二塔柱的所述富含异戊二烯的溶液中进行的所述异戊二烯汽提包括向所述第二塔柱添加水蒸汽。
46.根据权利要求I所述的方法，还包括 纯化贫含异戊二烯的溶液，以除去大部分生物副产物杂质；和 将所述贫含异戊二烯的溶液转移到所述第一塔柱再使用。
47.根据权利要求46所述的方法，其中纯化所述贫含异戊二烯的溶液包括用吸附系统处理所述贫含异戊二烯的溶液。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅、Selexsorb 或分子筛。
49.根据权利要求46所述的方法，其中所述吸附系统包含二氧化硅。
50.根据权利要求46所述的方法，其中纯化所述贫含异戊二烯的溶液包括蒸馏。
51.根据权利要求46所述的方法，其中纯化所述贫含异戊二烯的溶液包括液-液萃取。
52.根据权利要求I所述的方法，还包括在除去大部分所述生物副产物杂质之前降低所述贫含异戊二烯的溶液的温度。
53.根据权利要求52所述的方法，其中将所述贫含异戊二烯的溶液的温度降至低于约66 °C的温度。
54.根据权利要求53所述的方法，其中将所述贫含异戊二烯的溶液的温度降至低于约38 °C的温度。
55.根据权利要求54所述的方法，其中将所述贫含异戊二烯的溶液的温度降至低于约24 °C的温度。
56.根据权利要求I所述的方法，还包括进一步纯化所述纯化的异戊二烯组合物。
57.根据权利要求56所述的方法，其中进一步纯化所述纯化的异戊二烯组合物包括蒸懼。
58.根据权利要求57所述的方法，其中在将所述纯化的异戊二烯组合物从所述第二塔柱转移到回流冷凝器之后进行所述蒸馏。
59.根据权利要求56所述的方法，其中进一步纯化所述纯化的异戊二烯组合物包括用吸附系统处理所述纯化的异戊二烯组合物。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅或Selexsorl)ti;。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述吸附系统包含二氧化硅。
62.根据权利要求I所述的方法，还包括从所述蒸汽中除去所述异戊二烯的一部分。
63.根据权利要求62所述的方法，其中除去所述异戊二烯的一部分包括用吸附系统处理所述蒸汽。
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅或Selexsorh0i ο
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述吸附系统包含活性炭。
66.根据权利要求I所述的方法，其中在大于大气压的压力下向所述第一塔柱提供所述发酵罐废气。
67.根据权利要求I所述的方法，其中所述纯化的异戊二烯组合物具有大于约90%的纯度。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述纯化的异戊二烯组合物具有大于约95%的纯度。
69.根据权利要求68所述的方法，其中所述纯化的异戊二烯组合物具有大于约99%的纯度。
70.根据权利要求I所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的生物副产物杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约25%的生物副产物杂质。
71.根据权利要求70所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的生物副产物杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约10%的生物副产物杂质。
72.根据权利要求71所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的生物副产物杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约5%的生物副产物杂质。
73.根据权利要求I所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的挥发性杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约25%的挥发性杂质。
74.根据权利要求73所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的挥发性杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约10%的挥发性杂质。
75.根据权利要求74所述的方法，其中相对于所述发酵罐废气的挥发性杂质的量，所述纯化的异戊二烯组合物包含小于约5%的挥发性杂质。
76.一种由根据权利要求I所述的方法制备的纯化的异戊二烯组合物。
77.根据权利要求59所述的方法，其中所述吸附系统包含活性炭、氧化铝、二氧化硅、Seexsorb_ 或分子筛，并适于吸附二甲基二硫醚。
78.根据权利要求56所述的方法，其中所述进一步纯化包括将所述纯化的异戊二烯组合物与水或碱和水接触。
79.根据权利要求78所述的方法，其中所述碱和水中的所述碱的浓度为约10重量％。
80.根据权利要求I所述的方法，还包括从所述贫含异戊二烯的溶液中萃取甲醇、丙酮或乙酸甲酯中的至少一种。
81.一种包含异戊二烯和生物副产物杂质的组合物，其中所述生物副产物杂质包含C5烃，并且其中相对于C5烃的重量，具有大于约99. 94%的异戊二烯(w/w)，以及相对于所述异戊二烯的重量，具有小于约O. 05%的生物副产物(w/w)。
82.根据权利要求81所述的组合物，其中所述生物副产物杂质包含选自下列的一种或多种化合物2_庚酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2，4，5-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡嗪、香茅醛、乙醛、甲硫醇、乙酸甲酯、I-丙醇、双乙酰、2-丁酮、2-甲基-3-丁烯-2-醇、乙酸乙酯、2-甲基-I-丙醇、3-甲基-I-正丁醛、3-甲基-2- 丁酮、I- 丁醇、2-戊酮、3-甲基-I- 丁醇、异丁酸乙酯、3-甲基-2-丁烯醛、乙酸丁酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基-3-丁-I-烯乙酸酷、3_ 甲基 _2_ 丁 -I-稀乙酸酷、(E) -3, 7_ 二甲基-I, 3，6_ 羊二烯、(Z) -3, 7- 二甲基-I, 3,6-辛三烯、(E，E)-3，7，ll-三甲基-1，3，6，10-十二烷四烯和(E)-7，11-二甲基-3-亚甲基-1，6，10-十二烷三烯。
83.根据权利要求81所述的组合物，相对于所述组合物的重量，还包含小于约5%的挥发性杂质。
84.根据权利要求81所述的组合物，其中相对于所述组合物的重量，所述组合物包含大于约95%的异戊二烯。
全文摘要
本发明涉及用于纯化异戊二烯，例如从发酵罐废气中纯化生物异戊二烯组合物的方法和设备。所述设备包括处理所述发酵罐废气的两个塔柱，其中所述发酵罐废气包含异戊二烯和多种杂质。在所述第一塔柱中，将溶剂加入所述废气中，并从所述第二塔柱中的所述溶剂汽提所述异戊二烯。还提供了下游的进一步纯化流程。还提供了所得的纯化的异戊二烯组合物。
文档编号B01D11/00GK102884028SQ201080064167
公开日2013年1月16日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月18日
发明者F·J·费赫尔, J·K·坎, J·C·麦考利夫, T·F·麦卡尔, S·罗德瓦尔德, T·A·萨博, T·H·翁, C·D·普勒茨, L·J·皮克特 申请人:丹尼斯科美国公司, 固特异轮胎和橡胶公司