[发明专利]再生离子液体催化剂的系统和装置

说明书

发明领域

本文描述的系统和装置涉及液体催化剂的再生。更具体地，本文描述的系统和装置涉及离子液体催化剂的再生。

背景技术

离子液体是完全由离子组成的作为阳离子和阴离子的组合的液体。最普通的离子液体是由有机基阳离子和无机或有机阴离子制备的那些。最普通的有机阳离子是铵阳离子，但磷鎓和锍阳离子也经常使用。吡啶鎓基和咪唑鎓基阳离子也许是最普遍使用的阳离子。阴离子包括但不限于BF₄^-、PF₆^-、卤铝酸根例如Al₂Cl₇^-和Al₂Br₇^-、[(CF₃SO₂)²N]^-、烷基硫酸根(RSO₃^-)、羧酸根(RCO₂-)和许多其它的。催化上最令人关注的催化用离子液体是衍生自卤化铵和路易斯酸(例如AlCl₃、TiCl₄、SnCl₄、FeCl₃等)的那些。离子液体适用于，例如在烷基化反应中用作催化剂和作为溶剂。

一类离子液体是所谓的“低温”离子液体，通常是熔点低于100℃，常常甚至低于室温，的有机盐。另一类离子液体是融熔盐组合物，该组合物在低温下是熔融的并且用作催化剂、溶剂和电解质。这类组合物是组分的混合物，该混合物在低于各组分各自熔点的温度下是液体。

氯铝酸盐离子液体可能是最普遍使用的离子液体催化剂体系。它们被分为低温离子液体或熔融盐组合物。例如，烷基咪唑鎓或吡啶鎓盐可与三氯化铝(AlCl₃)混合形成所述熔融的氯铝酸盐。美国专利4122245中讨论了使用所述1-烷基吡啶鎓氯化物和三氯化铝的融熔盐作为电解质，在此引入其全部内容作为参考。其它讨论使用三氯化铝和烷基咪唑鎓卤化物的融熔盐做电解质的专利是美国专利4463071和4463072，在此引入这些文献的全部内容作为参考。

美国专利5104840描述了含有至少一种二卤化烷基铝和至少一种季铵盐卤化物和/或至少一种季铵磷鎓卤化物的离子液体；以及它们在催化反应中作为溶剂的用途，在此引入其全部内容作为参考。

美国专利6096680描述了在傅-克反应中用作可重复使用的铝催化剂的液体包合物组合物，在此引入其全部内容作为参考。在一个实施方案中，所述液体包合物组合物由以下组分组成，所述组分包含(i)至少一种三卤化铝，(ii)选自碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属拟卤化物、季铵盐、季磷鎓盐、或三元锍盐的至少一种盐或任何两种或更多前述物质的混合物，和(iii)至少一种芳烃化合物。

含铝催化剂是傅-克反应中使用的最普遍的路易斯酸催化剂之一。傅-克反应是属于更广泛的亲电取代反应种类的反应且包括烷基化反应。

离子液体及其制备方法的其他实例也可以在美国专利5,731,101；6,797,853和在美国专利申请出版物2004/0077914和2004/0133056中找到。在此引入这些文献的全部内容作为参考。

使用的结果是离子液体催化剂失活了，即丧失活性，且可能最终需要更换。使用离子液体催化剂的烷基化过程形成称作混合聚合物的副产物。这些混合聚合物通过与离子液体催化剂形成络合物而使离子液体催化剂失活。混合聚合物是高度不饱和的分子并且可以通过它们的双键与离子液体催化剂的路易斯酸部分络合。例如，随着含三氯化铝的离子液体催化剂中的三氯化铝与混合聚合物络合，这些离子液体催化剂的活性受损或者至少打了折扣。混合聚合物还可以是被氯化并且通过它们的氯基团与含三氯化铝的催化剂中的三氯化铝相互作用，从而降低这些催化剂的整体活性或降低它们作为催化剂用于预计目的的有效性。

混合聚合物造成的离子液体催化剂失活不仅对于烷基化化学是个问题，而且影响使用离子液体催化剂的经济可行性，因为离子液体催化剂的更换是非常昂贵的。因此，在烷基化反应中工业应用离子液体催化剂是不可能的，除非它们能够被有效的再生并回收。

仅发明了从酸性离子液体催化剂中除去混合聚合物以再生所述催化剂的几种方法。美国专利申请公布号2007/0142213中描述了这些方法，在此引入该文献的全部内容，且包括，例如加氢、添加碱性试剂和烷基化。