[发明专利]一种氯铝酸离子液体催化制备烷基化油的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，具体涉及以C₄烷烃、C₄烯烃为原料，以氯铝酸离子液体为催化剂，在微通道反应器内进行液-液非均相催化缩合反应，合成烷基化油产品。更具体的说是在高通量连续流微通道反应器中，利用离子液体催化C₄烷基化反应合成C₈烷基化油的工艺。

背景技术

C₄烷基化反应是异丁烷在强酸性催化剂(硫酸或氢氟酸)存在下与C₄烯烃(或C₃～C₅烯烃)发生反应生成烷基化油的过程。烷基化油是用液化石油气(LPG)中的异丁烷与1-丁烯、2-丁烯、异丁烯等烯烃反应生成异辛烷等组分。其辛烷值高、敏感度好、蒸气压低、沸点范围宽，不含芳烃、硫和烯烃的饱和烃，是理想的高辛烷值清洁汽油组分。

目前，工业上生产烷基化工艺主要包括硫酸和氢氟酸工艺，工艺技术比较成熟，但两种工艺能耗高且污染大，存在诸多隐患，限制其大范围地推广应用。硫酸烷基化工艺会排放大量的酸渣，且难以处理，对环境破坏严重；对于氢氟酸烷基化工艺，其催化剂氢氟酸是易挥发的剧毒化学品，一旦泄露，会对环境造成严重危害。因此，开发环境友好、低毒、低酸耗、高寿命的烷基化催化剂和相应的工艺成为石油化工领域一个重要的研究课题。

近年来国内外众多著名的石油石化公司以及相关研究机构如IFP、BP和Chevron等，都先后开展了关于酸性离子液体催化C₄烷基化的研究并已申请了大量相关专利，如US 6429349-B1，US 2011184219-A1，WO 2011081721-A2。和传统的无机酸催化剂相比，酸性离子液体催化剂具有催化活性高、腐蚀性低、操作安全、环保等优势。此外可以调控异丁烷在离子液体催化剂中的溶解度，改善酸/烃相分散特性，有效地提高产物中高辛烷值组分三甲基戊烷(TMP)的收率。离子液体催化烷基化技术易实现酸催化剂的回收循环利用，从而大幅度减轻传统液体酸烷基化方法的环境污染问题，但催化剂成本、离子液体的高粘性导致的液-液非均相传质障碍等问题阻碍着该技术的生产应用。离子液体催化烷基化技术亟需液-液非均相传质强化技术、工艺过程强化技术提高其反应效率和工艺技术指标，以实现产业化应用。

发明内容

本发明目的是提供一种在毫米通道反应器内以连续流的方式C₄烷基化生产烷基化油产品，与现有的工艺相比较，该工艺具有反应条件精确控制，催化剂易于分离，连续安全的方式生产，且在极短的时间内1-丁烯完全转化，烷基化油选择性高。

本发明是一种氯铝酸离子液体催化制备烷基化油的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1)以异丁烷、1-丁烯为原料，以氯铝酸离子液体为催化剂，进行液-液非均相催化缩合反应，合成烷基化油产品。将钢瓶中的异丁烷和1-丁烯装入不同的储罐中，再分别通过质量流量计与经计量泵流出的氯铝酸离子液体组成3股进料通入毫米通道反应器中，同时开启外部换热器对毫米通道管路进行控温，换热介质为导热油；再通过质量流量计改变烷烃以及烯烃的质量流量来控制烷烯摩尔比：9:1～20:1；氯铝酸离子液体与烃类物质(烷烃与烯烃，以下简称酸烃比)的摩尔比：0.8:1～2.0:1；控制异丁烷的质量流速为40g/min～55g/min；控制丁烯的质量流速为2g/min～6g/min；控制氯铝酸离子液体体积流速为：60ml/min～100ml/min。经由各自计量泵同步进入连续流通道反应器内进行混合反应，温度由外部换热器进行控制；

(2)通过流量控制烷烯比以及酸烃比，在该模块中经混合并发生反应后，继续通过一系列增强传质型毫米通道模块以及直流型毫米通道模块，反应过程完成后，产物从反应器的出口流入酸烃分离器以结束反应。该反应过程在毫米通道反应器内反应停留时间为100～200s，反应温度为3～10℃；

(3)将酸烃分离器中分离得到的上层油相(即烷基化油)用稀硫酸以及碳酸钠清洗，下层为催化剂，将经过酸碱洗后的烷基化油取样用气相色谱仪分析其组分，烷基化油的辛烷值95～98。1-丁烯总转化率为100％，烷基化油选择性约90～95％，产品总收率约90～95％。