[发明专利]一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用离子液体催化烷基化反应生产烷基化油的方法，属于石油化工领域。

背景技术

在石油炼制工业中，异丁烷与丁烯的烷基化(又称C4烷基化或异丁烷烷基化)是生产清洁高辛烷值汽油调和组分的重要工艺过程之一。已经知道烷基化反应中使用的催化剂可以包括氰氟酸、浓硫酸和离子液体，其中氢氟酸和浓硫酸是这一工艺的传统工业催化剂。尽管氢氟酸和浓硫酸在活性、选择性和催化剂寿命上都表现出了良好的性能，但生产过程中氢氟酸和浓硫酸所造成的环境污染、设备腐蚀和人身伤害等问题，使得C4烷基化工业应用受到了很大限制。

离子液体(Ionic Liquids)作为一类新型化合物体系具有环境友好、腐蚀性低、毒性小、酸性与物理化学性质可调整、易与产品分离、循环利用率高等特点。这使其可能成为一类理想的新型催化材料来替代氢氟酸和浓硫酸等液体强酸，用来催化C4烷基化反应。美国专利US 7285698，中国专利CN 1500764A分别公开了以复合离子液体为催化剂，催化异丁烷与丁烯的烷基化反应，其产品烷基化油的收率可以达到烯烃进料体积的170-180％，烷基化油中C8所占的比例可以达到60-80％，其突出的优点是C8组分中三甲基戊烷的比例达到70％以上，RON(研究法辛烷值)可以达到93-98。

由于离子液体作为催化剂所表现出的多方面优势，有关离子液体的特性和应用研究越来越多。但是研究人员同时也认识到，离子液体在用于催化烷基化反应中存在一些需要解决的实际问题。无论是采用简单离子液体(阴离子来自单一金属化合物)还是复合离子液体作催化剂，离子液体在催化烷基化反应中难以避免的问题是催化剂的失活。每克离子液体催化剂处理原料量很难超过100克，导致离子液体催化剂的频繁更换和再生，这种状况显然不利于工业化生产的发展。也有一些研究针对其所认定的离子液体催化剂失活的原因，提供了相应的解决方案。例如，中国专利申请200710063459.6中公开了一种以金属铝或三氯化铝为铝源，补充因油相夹带和离子液体遇水分解所损失的三氯化铝，从而延长催化剂寿命的方法。该专利的发明人发现，氯铝酸离子液体催化剂失活的主要原因是由于其中作为活性组分的三氯化铝的流失导致反应活性下降，而导致三氯化铝流失的因素主要是反应原料中不可避免的水造成了三氯化铝的水解，另一个可能的原因是三氯化铝被反应体系中可能存在的给电能力较强的物质络合而带入油相中。所以，该专利申请提供了一种可在线连续再生离子液体催化剂生产烷基化油剂的方法，以金属铝或三氯化铝为铝源，补充因油相夹带和离子液体遇水分解所损失的AlCl₃，从而实现连续补铝延长催化剂寿命。该专利申请还认为，该方法同时能够减少催化反应体系中HCl的量，使目标产物异辛烷在产品中的选择性维持在较高的水平，并且降低了因HCl存在的腐蚀性。在中国专利申请CN 200680051282.1、CN 200680052353.X、美国专利USP 20070142211和USP 20070142214等一系列专利技术公开中则认为用于烷基化的离子液体催化剂失活是由于离子液体的阴离子组分被混合聚合物钝化所导致，所以，均记载了通过移除混合聚合物进而恢复离子液体的催化活性的方法。

所以，有效解决离子液体的失活问题，对于推广和促进离子液体在催化烷基化生产烷基化油领域的工业应用，将会产生非常重要的影响。

发明内容

本发明所解决的主要技术问题在于提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法，针对酸性离子液体催化烷基化反应的机理，通过向反应体系中回注富含卤代烃的馏分达到有效延长离子液体催化剂的寿命，同时降低烷基化油产品中卤代烃含量的目的。

为达到以上目的，本发明提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法，该烷基化反应用于合成烷基化油，所述烷基化反应过程中，反应原料为碳4烯烃和碳4烷烃，碳4烷烃为过量并且从产物中分离出被循环利用，该方法还包括，在所述烷基化反应过程中，从烷基化反应产物中分离出富含卤代烃的馏分并回注到反应体系中，且所述烷基化反应中的离子液体催化剂的阳离子来源于含烷基的胺的氢卤化物、咪唑的氢卤化物或吡啶的氢卤化物，阴离子来自一种以上的金属化合物。