[发明专利]再生用于乙醇脱水的分子筛吸收剂

说明书

对相关申请的交叉参考

本申请是实用申请且并要求美国临时专利申请序号60/727654的 优先权益处，其中该临时专利申请为2005年10月18日提交的，题目 为“再生用于乙醇脱水的分子筛吸收剂“，其具有相同的提名的申请 人作为发明人，即Ahmad K.Hilaly和Joseph R.Beggin。将美国临 时专利申请序号60/727654的全部内容作为参考引入到本实用专利申 请中。

                        发明背景

                        发明领域

本发明通常涉及用于生产无水乙醇的改进方法，具体地说，涉及 在乙醇脱水工艺中所使用的分子筛材料的改进的再生方法。

                      背景技术描述

工业上，无水乙醇在例如涂料、药物和中间体、化妆品、香料和 其它产品的合成中广泛用作溶剂。当与汽油和其它化石燃料蒸馏物组 分混合以制备用于机动车辆和其它内燃机应用的燃料时，无水乙醇还 是替代燃料(例如乙醇汽油)中的重要组分。无水乙醇也可用作无铅 汽油中的重要的含氧添加剂。

然而，即便是乙醇中的少量水在一般的燃烧发动机燃烧室内或其 它工业合成工艺的条件下会导致生成不希望的产物。例如，4.4wt％的 水和95.6wt％乙醇在大于78℃和超过1.0巴压力的条件(该条件大大 低于内燃机内的燃烧条件阈值)下会形成共沸物。共沸物是具有恒定 沸腾温度的混合物，因此很难通过蒸馏分开各组分。因此，即便在无 水乙醇中存在很少量的水污染物也是非常不希望的。因此，使乙醇脱 水或干燥的方法对于生产用作燃料或在许多工业过程中用作溶剂的无 水乙醇是有价值的方法。

获得无水乙醇的传统蒸馏方法是昂贵的方法，它需要大量的能量 以获得纯的无水乙醇。可用来获得无水乙醇的其它方法包括共沸蒸馏、 萃取蒸馏和加盐精馏。然而，这些方法仍然涉及高能量的蒸馏和与其 相关的高能耗以获得无水乙醇，导致无水乙醇产品更加昂贵。

乙醇的吸附提纯是比蒸馏方法需要更少能量的获得无水乙醇的 方法。使用在多种温度和压力条件下使用吸附到多种吸附剂基体的多 种方法而不用蒸馏来获得无水乙醇。一种用于生产发动机燃料等级的 乙醇的方法使用变浓度的方法从纸质基体中释放吸附的乙醇。另一种 方法使用变压或变减压以提高物质向基体中的吸附，然后降低吸附室 的压力来使吸附的物质脱附。然而，这些方法仍然需要大量的能量以 实施变压或变浓度来从吸附剂中洗脱无水乙醇，或需要额外量的循环 穿过的乙醇以使所述乙醇产品的脱水最大化。

一种乙醇脱水的吸附方法使用天然衍生的颗粒作为吸附剂床层 材料来生产无水乙醇。天然吸附剂床层材料的实例包括玉米渣或小麦 淀粉颗粒。一种可商购得到的小麦淀粉颗粒的实例可以以商品名 EnviroStrip(Archer Daniels Midland Co.，Decatur III.，USA)得 到。由玉米渣和EnviroStrip淀粉颗粒吸附水的机理涉及水分子与淀 粉链上的羟基的氢键键合(Rebar等人，1984)。两种类型的淀粉链， 直链淀粉和支链淀粉，以这种方式与水分子相互作用。然而，所述支 链淀粉结构也在链分支的基体内物理地捕集水分子(Rebar等人， Biotechnology and Bioengineering，26，513-517(1984))。当水分子 以这种方式被捕集后，一些临近的-OH基变得不能形成氢键。

尽管使用玉米渣作为乙醇/水混合物的容易得到的、廉价的吸附 脱水基体有优点，但使用玉米渣作为吸附剂基体有一些限制。虽然玉 米渣可以通过用CO₂气体冲洗来再生，但通常它在乙醇脱水工艺中工 作寿命有限。在与使用玉米渣(或小麦淀粉吸附剂颗粒)作为乙醇脱 水床层有关的问题之中，这些天然产品是易碎的，易于坍塌，易于附 聚，并易于丧失它们对水的吸附能力。

另一种用于乙醇脱水的方法基于作为分子筛床层的无机沸石型 材料。分子筛床层作为吸附剂与天然床层吸附剂不同，其中主要不同 之处在于，水通过被包括在床层基体的孔隙内而不是被吸附在表面特 征上而保留在所述床层中。