[發明專利]以碳系離子液體為催化劑制備烷基化油的方法

有效

• 申請號: 201910327824.2
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN109880650B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 張鎖江;趙國英;張振華;賈利娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C10G29/00
• 分類號: C10G29/00;B01J31/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及石油化工領域中采用碳系離子液體為催化劑制備烷基化油的方法，以異丁烷與C4烯烴為原料進行烷基化反應，催化劑為陽離子C_nH_2n+1，陰離子為Al_mX_3m+1^－，(4≦n≦10,1≦m≦3,X＝Cl,Br,I)的離子液體組成。反應溫度為0～100℃的溫度范圍，壓力為0.1～2.0MPa，時間0.1～60min。該方法可以生成高品質高收率的烷基化油，當反應完成后，催化劑會與烷基化產物分層。相比于傳統工藝，該工藝的酸烴比低、催化劑活性高、反應條件溫和，是一種全新的烷基化油生成工藝。

技術領域

本發明屬于石油化工領域，具體涉及以碳系離子液體為催化劑制備高辛烷值烷基化油的方法。

背景技術

碳四烷基化一般是指異丁烷和丁烯(包括1-丁烯、2-丁烯、異丁烯、醚后碳四或其混合物)在強酸催化作用下形成烷基化油的反應，是石油化工領域的重要分支。烷基化油因具有高辛烷值、低蒸氣壓、低硫、無芳烴、不致癌以及燃燒完全等特點，而成為理想的汽油調和組分。當前工業上的烷基化催化劑主要為濃硫酸和氫氟酸，但是這兩種工藝涉及嚴重的環境問題、潛在的安全問題、設備腐蝕以及高能耗等問題。固體酸因為其良好的特性而得到廣泛的研究，但是迄今為止尚未有經濟有效的方法能夠解決固體酸失活快和再生困難的問題，因此迫切需要開發新型綠色高效的烷基化催化劑。

酸性離子液體，具有揮發性低、酸度可調、結構和界面性質可控、易與產物分離等特點，匯集了液體酸與固體酸的雙重優勢，引起了科學家的廣泛關注。Chauvin等(Journalof molecular catalysis,1994,92(2):155-165)首次報道了1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽與氯化鋁形成的離子液體(BmimCl-AlCl₃)催化異丁烷烷基化反應，在最優的操作條件下，可以獲得與濃硫酸工藝品質相當的烷基化油，離子液體催化劑可以多次利用，并且容易與烷基化油分離。Liu等考察了復合離子液體的快速烷基化反應(AIChE Journal 2014,60(6),2244-2253)，發現在短時間(10～60s)內可以達到三甲基戊烷選擇性高達82％，辛烷值高達97.3的高品質烷基化油，同時也提出了預測烷基化油產率與辛烷值的相關模型。

烷基化反應遵循碳正離子-鏈式反應機理，烯烴在濃硫酸作用下首先質子化和異構化成叔丁基碳正離子，然后經過烯烴的加成反應生成對應的C8正離子，再異構化成更穩定的C8碳正離子，隨后通過氫轉移生成烷基化油和叔丁基碳正離子。碳正離子因為空的Pc軌道，自身就是一種Lewis酸，具有較高的活性。例如瑞典Johan Franzen等在研究三苯甲基碳正離子催化不同類型的反應時(ChemCatChem,2015,7(13):1896-1905)，顯示了高活性和低的催化劑用量，碳正離子具有較低的LUMO能級，吸電子能力強，從而激活活性物種。Andreas等在研究氯鋁酸離子液體烷基化反應時發現，以叔丁基鹵化物為促進劑時，烷基化反應所需的活性物種叔丁基碳正離子直接產生，而不需要按照常規反應機理中的烯烴質子化產生叔丁基碳正離子，并且叔丁基鹵化物的加入能夠明顯加快反應速率、提高目標產物三甲基戊烷的選擇性和減少不必要的副反應如丁烯的聚合反應等。

發明內容：

本發明的主要內容是提供一種新型碳系離子液體用于催化烷基化反應制備烷基化油，具體的技術方案為：

以碳系離子液體為催化劑制備烷基化油的方法，是指在異丁烷和C4烯烴在酸性催化劑存在條件下接觸進行反應，獲得獲得以三甲基戊烷為主的多支鏈烷烴混合物，俗稱烷基化油。其中催化劑為陽離子C_nH_2n+1，陰離子為Al_mX_3m+1^－，(4≦n≦10,1≦m≦3,X＝Cl,Br,I)的碳系離子液體組成。

本發明提出的制備烷基化油的方法中，所述的催化劑以氯代叔丁烷、溴代叔丁烷、碘代叔丁烷與無水氯化鋁、無水溴化鋁、無水碘化鋁為原料進行反應制備碳系離子液體。