[发明专利]采用分开反应物料流的离子液体催化剂烷基化方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过采用分开(split)反应物料流来生产低挥发度、高品质汽油调和物组分的更有效方法。更具体地说，本发明涉及生产低挥发度、高品质汽油调和物组分的方法，其中异链烷烃与烯烃间的烷基化反应在离子液体催化剂存在下，在通过分开反应物料流来实现的高效I/O比(异链烷烃/烯烃)下进行。

背景

现代化炼油厂采用许多改质单元如流化催化裂化(FCC)、加氢裂化(HCR)、烷基化和链烷烃异构化单元。由此，这些炼油厂产出大量的异戊烷。历史上，异戊烷是高辛烷值(92RON)汽油的理想调和组分，虽然其呈现了高挥发度(20.4雷氏蒸气压(RVP))。随着环境法开始对汽油挥发度设定更为严格的限定，异戊烷因其高挥发度而在汽油中的使用受到限制。因此，为副产物异戊烷寻找用途的问题变得更加紧迫，特别是炎热的夏季期间。随着越来越多的汽油组合物含乙醇来代替MTBE作为含氧物组分，更多的异戊烷不得不排除于汽油池之外，以满足汽油挥发度规格。这样，汽油挥发度问题变得愈加紧迫，进一步限制了异戊烷用作汽油调和组分。

美国专利申请公开2006/0131209所公开的烷基化方法是为将不理想的、过量异戊烷转化为理想的且更有价值的低RVP汽油调和组分而研发的，在此并入美国专利申请公开号2006/0131209的内容作为参考。此烷基化方法包括在离子液体催化剂存在下将链烷烃、优选异戊烷与烯烃、优选乙烯进行接触来生产低RVP汽油调和组分。此方法消除了必须储存或者使用异戊烷的情况且不会有与储存和使用相关的一些问题。并且，离子液体催化剂也可用于常规的烷基化进料组分(如异丁烷、丙烯、丁烯和戊烯)。

离子液体催化剂使此新的烷基化方法与传统的将轻质链烷烃和轻质烯烃转化为更有利产物的方法不同。传统方法包括链烷烃与烯烃的烷基化反应和烯烃的聚合反应。例如，本领域最广泛使用的方法是将异丁烷与C₃-C₅烯烃进行烷基化反应来制备具有高辛烷值的汽油馏分。但是，此方法和所有传统方法使用硫酸和氢氟酸催化剂。

有若干缺点与硫酸与氢氟酸相关。最初必须在反应器中充填非常大量的酸。硫酸装置也需要每天回收大量的废酸用于异地再生。因而废硫酸必须要焚烧来回收SO₂/SO₃并制成新鲜的酸。尽管HF烷基化装置有现场再生能力且每日补加的HF的数量级要少一些，但HF会形成气溶胶。气溶胶的形成有潜在的很大环境危险且使HF烷基化方法的安全性低于H₂SO₄烷基化方法。现代化HF方法通常需要额外的安全手段如水喷雾和减少气溶胶的催化剂添加剂来使潜在的危险最小化。离子液体催化剂烷基化方法能满足安全和更环境友好催化剂体系的需要。

离子液体催化剂烷基化方法的好处包括以下几方面：

(1)与硫酸和氢氟酸烷基化方法相比，显著减少了投资费用；

(2)与硫酸和氢氟酸烷基化方法相比，显著减少了操作费用；

(3)显著减少了催化剂总体积(大概减少90％)；

(4)显著减少了催化剂补加速率(比硫酸装置减少98％)；

(5)更高的汽油收率；

(6)相当或更好的产物品质(辛烷值，RVP，T50)；

(7)显著的环境、健康和安全优点；

(8)烷基化进料可扩大到包括异戊烷和乙烯；和

(9)更高活性和选择性的催化剂

特别适用于美国专利申请公开2006/0131209所公开的烷基化方法的离子液体催化剂公开于美国专利申请公开号2006/0135839，也并入作为参考。这类催化剂包含分别是通式A或B的烷基取代的吡啶鎓卤化物或烷基取代的咪唑鎓卤化物的氯铝酸盐液体催化剂。这类催化剂进一步包括包含分别为通式A或B的烃基取代的吡啶鎓卤化物或烃基取代的咪唑鎓卤化物的氯铝酸盐液体催化剂。

(A)

(B)

其中R＝H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基基团和X为卤根且优选为氯根，和R₁与R₂＝H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基基团且R₁与R₂可相同或不同。优选的催化剂包括1-丁基-4-甲基-吡啶鎓氯铝酸盐(BMP)、1-丁基-吡啶鎓氯铝酸盐(BP)、1-丁基-3-甲基-咪唑鎓氯铝酸盐(BMIM)和1-H-吡啶鎓氯铝酸盐(HP)。