[发明专利]一种功能化表面活性离子液体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种功能化表面活性离子液体及其制备方法和应用，属于离子液体表面活性剂技术领域。本发明以二烷基酰胺/二烷基醇胺和硫酸二烷基酯/碳酸二烷基酯为原料，制备一种功能化的表面活性离子液体，根据其拥有的表面活性特性，将其作为催化助剂成功应用于异丁烷烷基化反应，协同酸催化剂催化烷基化反应，同时降低了酸烃界面的表面张力，进而得到一种高辛烷值烷基化油。本离子液体制备方法简单、成本低廉，具有催化活性和表面活性，应用到液体酸烷基化反应中，可提高主反应转化率，保持催化剂活性，降低酸烃界面张力，提高产物烷基化油辛烷值。

技术领域

本发明涉及离子液体表面活性剂技术领域，尤其涉及一种功能化表面活性离子液体及其制备方法和应用。

背景技术

离子液体是一种由特定阴离子和阳离子构成的低温熔融盐，具有低蒸气压、低熔点和高化学稳定性的优点，并且可以通过调控烷基碳链长度、改变阴离子种类达到离子液体结构和功能的调节。因此，离子液体已经被广泛研究，并在催化反应、聚合反应和电化学反应等领域被应用。但离子液体在实际应用过程中面临着合成工艺复杂、原料成本高、成品粘度高、分离回收困难等问题，这些问题极大限制了离子液体的工业化生产及应用，所以，设计合成一种合成工艺简单、综合成本低廉、易于分离回收的离子液体是解决以上问题的关键。目前，离子液体普遍成本十分高昂，缺乏可替代的低成本离子液体。

烷基化油作为综合性能最高的汽油调和组分，具有高辛烷值、无氮硫组分、低蒸汽压等优点，有着“液体黄金”的美誉。烷基化油由低碳烯烃(一般为丁烯)和异构烷烃(一般为异丁烷)为原料在强酸条件下生产，其辛烷值(RON)可达94.5，相较于C5/C6异构化油(87.5)和直馏轻汽油(68.0)，辛烷值分别高出7.0和26.5个单位，具有显著优势。主流烷基化工艺主要是以DuPont Stratco为代表的浓硫酸工艺，截止2017年3月，全国共有74套硫酸法烷基化装置，传统硫酸烷基化工艺产能占据烷基化油总产能的90％，预计2020年前新建的41套烷基化工业装置中，传统硫酸法也占新增产能的80％以上，尽管该技术应用成熟，产品质量高，但硫酸法烷基化工艺存在着酸耗高、设备腐蚀严重等问题。催化助剂添加可在不改动原有反应设备的基础上有效提高催化剂催化活性，降低酸烃界面张力及厚度，提高传质效率，达到提升产物烷基化油辛烷值、降低工艺酸耗的目的。中国科学院过程工程研究所提出的氟基磺酸催化剂(CN106944132A)可在低酸烃比条件下缩短反应时间并有效提高烷基化产品中C8的选择性以及C8组分中高辛烷值的三甲基戊烷(TMP)选择性和辛烷值。

烷基化反应经添加催化助剂，尽管产品质量提升明显，但实际过程中的使用效益却不具备显著优势，主要由于离子液体规模化制备仍较为困难，造价普遍高昂，且可协助催化烷基化反应的离子液体常常含有卤族元素，经反应后的离子液体较难处理回收，长期使用易导致设备腐蚀。

因此，如何得到一种成本低廉、环境友好、对设备无腐蚀作用的离子液体用于烷基化油的制备中是目前急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化表面活性离子液体及其制备方法和应用，该功能化表面活性离子液体成本低廉、原料易得、合成简单，将其应用到烷基化油的制备中，可显著提高辛烷值、降低酸耗，同时保持催化体系的高活性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种功能化表面活性离子液体，所述功能化表面活性离子液体包含阴离子化合物和阳离子化合物，所述阳离子化合物包含式I所示结构中的至少一种，所述阴离子化合物包含式Ⅱ所示结构中的至少一种，

式I中，R₁a、R₁b、R₁c、R₂a、R₂b、R₂c、R₃a、R₃b独立的为C_1-16的烷基或苯基；