類離子液體及其制備方法和在制備烷基化油中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種類離子液體，特別是涉及一種類離子液體及其制備方法和在制備 烷基化油中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，汽油質(zhì)量向無(wú)鉛、低烯烴和芳烴含量、低蒸汽 壓、低敏感性、高辛烷值方向發(fā)展并不斷提高。在這種情況下，向汽油中調(diào)入烷基化油是維 持汽油高辛烷值、低敏感性與低蒸汽壓的一種有效方法。
[0003] 目前，工業(yè)上烷基化工藝所采用的催化劑主要為濃硫酸、氫氟酸等液體強(qiáng)酸。然 而，氫氟酸有劇毒、且易揮發(fā)形成氣溶膠，一旦泄露將給生產(chǎn)環(huán)境和周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重 危害；以濃硫酸作為催化劑廢酸排放量大，且會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，后續(xù)處理難度大。在環(huán)保法 規(guī)日益嚴(yán)格的大趨勢(shì)下，烷基化油的優(yōu)勢(shì)更加突出，而濃硫酸、氫氟酸等傳統(tǒng)催化劑的缺陷 也日益突出。因此，研究開(kāi)發(fā)新一代高效和環(huán)保的烷基化反應(yīng)催化劑，是亟待解決的問(wèn)題。
[0004] 固體酸催化劑作為近年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的新型烷基化催化劑，與濃硫酸、氫氟酸 等傳統(tǒng)催化劑相比，具有揮發(fā)性低、腐蝕性低、污染小等優(yōu)點(diǎn)。然而，固體酸催化劑表面中心 的性質(zhì)和空間位阻效應(yīng)，使形成正碳離子所需的溫度比濃硫酸、氫氟酸等傳統(tǒng)催化劑高，而 異構(gòu)的正碳離子不容易生成和穩(wěn)定存在;并且，正碳離子十分容易與烯烴進(jìn)一步反應(yīng)而生 成聚烯烴，從而導(dǎo)致聚烯烴類副產(chǎn)物的大量生成。此外，固體酸催化劑還具有易結(jié)焦失活、 催化反應(yīng)選擇差等缺陷。
[0005] 離子液體因具有腐蝕性低、酸性可調(diào)節(jié)、易與產(chǎn)品分離、循環(huán)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，使 其成為一類可替代氫氟酸、濃硫酸等傳統(tǒng)催化劑的新型催化劑。公告號(hào)為CN1203032的中國(guó) 專利公開(kāi)了一種以復(fù)合離子液體為催化劑制備烷基化油劑的方法，該復(fù)合離子液體催化劑 陽(yáng)離子來(lái)源于含烷基的胺的氫鹵化物或吡啶的氫鹵化物，而陰離子是兩種或兩種以上金屬 化合物制得的復(fù)合陰離子。盡管采用該復(fù)合離子液體催化制備的烷基化油劑中C8組分及三 甲基戊烷(TMP)所占比例有所提高，然而離子液體的合成對(duì)合成原料要求較高，合成方法較 為復(fù)雜，并且價(jià)格相對(duì)昂貴;此外，以該離子液體催化的烷基化反應(yīng)的選擇性有限，且烷基 化油劑的辛烷值還有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種類離子液體及其制備方法和在制備烷基化油中的應(yīng)用，以該類離 子液體催化的烷基化反應(yīng)的選擇性高，C8組分及三甲基戊烷所占比例以及烷基化油的辛烷 值均有大幅提高，此外該類離子液體的合成原料更加易得、合成方法簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜。
[0007] 本發(fā)明提供一種類離子液體的制備方法，將酰胺化合物與第一金屬化合物和一種 以上第二金屬化合物進(jìn)行反應(yīng)。
[0008] 在本發(fā)明中，對(duì)第二金屬化合物的數(shù)量不作嚴(yán)格限制，例如可以為一種至三種。并 且，可以采用常規(guī)方法制備所述類離子液體。
[0009] 在一實(shí)施方式中，類離子液體的制備方法包括如下步驟：
[0010] 以烴作為溶劑，在保護(hù)氣氛下，將酰胺化合物加入到第一金屬化合物中，室溫?cái)嚢?后升溫至80_180°C，繼續(xù)攪拌至完全反應(yīng)，分離烴，得到反應(yīng)物；
[0011]在保護(hù)氣氛下，向上述反應(yīng)物中加入一種以上第二金屬化合物，保持溫度不變或 繼續(xù)升溫至不超過(guò)180°C，繼續(xù)攪拌至完全反應(yīng)，得到類離子液體；
[0012] 其中，所述烴選自碳數(shù)2-10的直鏈烷烴、碳數(shù)2-10的支鏈烷烴和碳數(shù)6-12的芳烴 中的一種或多種。
[0013] 進(jìn)一步地，所述烴可以選自正戊烷、正已烷、正庚烷、正辛烷、異戊烷、異己烷、異庚 烷、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯和六甲苯的一種或多種，例如為正庚烷;所述保護(hù)氣氛可以氮 氣等作為保護(hù)氣體;所述室溫?cái)嚢钑r(shí)間可以為15-60min;所述繼續(xù)攪拌時(shí)間可以為2-6小 時(shí)。
[0014] 在另一實(shí)施方式中，類離子液體的制備方法包括如下步驟：
[0015] 將第一金屬化合物與一種以上第二金屬化合物混合均勻，得到金屬混合物；
[0016] 在干燥空氣中，將酰胺化合物加入到所述金屬混合物中，室溫?cái)嚢韬笊郎刂?0-180°C，繼續(xù)攪拌至完全反應(yīng)，得到類離子液體。
[0017] 進(jìn)一步地，室溫?cái)嚢钑r(shí)間可以為15-60min;繼續(xù)攪拌時(shí)間可以為2-6小時(shí)。
[0018] 在本發(fā)明中，所述酰胺化合物與第一金屬化合物的摩爾比可以為1:0.1至1:10,例 如1: (1-2);所述第一金屬化合物與第二金屬化合物的摩爾比可以為1:100至100:1，例如1: (0.05-0.55)〇
[0019 ] 進(jìn)一步地，所述酰胺化合物可以選自通式R1CONR2R3的鏈狀酰胺和通式R 1CONR2R3的 環(huán)狀酰胺中的一種或多種;通式RiCONR2R3中，R1為氫、碳數(shù)1-10的烷基或-NR 2R3，R2、R3各自獨(dú) 立選自氫、碳數(shù)1-10的烷基或碳數(shù)1-10的烯基。
[0020] 在本發(fā)明的具體方案中，所述酰胺化合物選自尿素、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙烯酰胺、2-吡咯烷酮、N-甲基 吡咯烷酮和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮中的一種或多種。
[0021] 進(jìn)一步地，所述第一金屬化合物為第一金屬的鹵化物、硫酸鹽或硝酸鹽，所述第一 金屬為鋁或鎵，例如鋁;所述第二金屬化合物為第二金屬的鹵化物、硫酸鹽或硝酸鹽，所述 第二金屬為銅、鐵、鋅、鎳、鈷、銀、鉬或鉑，例如銅、鎳或銀。本發(fā)明對(duì)所述第一金屬化合物和 第二金屬化合物中金屬的價(jià)態(tài)不作嚴(yán)格限制，多價(jià)態(tài)金屬的化合物可以為其各種價(jià)態(tài)下的 金屬化合物，例如銅的鹵化物可以為銅或亞銅的鹵化物等。
[0022]在本發(fā)明的具體方案中，所述第一金屬化合物為三氯化鋁、三溴化鋁、三氯化鎵或 三溴化鎵;所述第二金屬化合物為氯化亞銅、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、氯化銀、硝酸銀、硫酸 銀、氯化鎳或硝酸鎳。
[0023] 本發(fā)明還提供一種類離子液體，按照上述任一所述的制備方法制得。
[0024] 本發(fā)明還提供上述任一所述的類離子液體在制備烷基化油中的應(yīng)用。具體地，該 類離子液體在制備烷基化油時(shí)作為催化劑應(yīng)用。
[0025] 本發(fā)明還提供一種制備烷基化油的方法，以上述任一所述的類離子液體作為催化 劑，將異構(gòu)烷烴與烯烴進(jìn)行烷基化反應(yīng)，分離類離子液體，制得烷基化油。
[0026] 進(jìn)一步地，所述異構(gòu)烷烴為異丁烷;所述烯烴選自碳數(shù)2-10的直鏈烯烴和碳數(shù)2- 10的支鏈烯烴中的一種或多種。在本發(fā)明的具體方案中，所述烯烴選自異丁烯、2-丁烯、1-丁烯、丙烯和戊烯的一種或多種，特別是異丁烯和/或2-丁烯。
[0027]本發(fā)明對(duì)所述烷基化反應(yīng)的反應(yīng)條件不作嚴(yán)格限制，可以為本領(lǐng)域的常規(guī)條件； 例如，反應(yīng)壓力的選取可以保證在烷基化反應(yīng)條件下反應(yīng)原料保持液體狀態(tài)為下限。
[0028] 進(jìn)一步地，所述異構(gòu)烷烴與烯烴的摩爾比為1:1至200:1，例如10:1至100:1;所述 烷基化反應(yīng)的溫度為-20_100°C，例如-10_25°C ;絕對(duì)壓力可以為0.12-2. OMPa，例如0.1-1 · 6MPa;反應(yīng)時(shí)間可以為0 · 01 -60min，例如15-30min。
[0029]在本發(fā)明中，所述烷基化反應(yīng)可以在反應(yīng)器中進(jìn)行;其中，所使用的反應(yīng)器可以為 本領(lǐng)域的常規(guī)反應(yīng)器，例如帶攪拌裝置的釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器，工業(yè)上硫酸法或氫氟酸 法烷基化反應(yīng)使用的連續(xù)生產(chǎn)裝置、其他連續(xù)反應(yīng)裝置等。
[0030]本發(fā)明的實(shí)施，至少具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0031] 1、本發(fā)明的類離子液體可作為一種良好的離子液體替代物，不僅擁有與離子液體 相似的物化特性，而且合成原料更加易得、合成方法更加簡(jiǎn)單并且價(jià)格相對(duì)便宜;此外，本 發(fā)明的類離子液體具有較強(qiáng)的耐水性和較高的Lewis酸性，對(duì)異丁烷具有較高的溶解度，易 與烷基化油分離，恢復(fù)催化活性的方式簡(jiǎn)單。
[0032] 2、本發(fā)明的類離子液體對(duì)設(shè)備幾乎沒(méi)有腐蝕性，其不揮發(fā)、水的敏感性降低，在作 為催化劑制備烷基化油時(shí)生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便、成本低、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，有利于環(huán)保，是一 種綠色的烷基化工藝;此外，該類離子液體能夠充分提高C8異構(gòu)烷烴中三甲基戊烷的選擇 性，烷基化產(chǎn)品具有更高的辛烷值，同時(shí)烷基化產(chǎn)品的收率也有較大提高。
[0033] 3、以本發(fā)明的類離子液體作為催化劑制備烷基化油時(shí)，烷基化油的收率可以達(dá)到 烯烴進(jìn)料體積的170-180 %，烷基化油中C8組分所占比例可以達(dá)到70-95 %，C8組份中三甲 基戊烷的比例可以達(dá)到70-93%以上，此外RON(研究法辛烷值)可以達(dá)到93-103。
[0034] 4、以本發(fā)明的類離子液體作為催化劑所制得的烷基化油的成份全部為異構(gòu)烷烴， 其中沒(méi)有大分子的烯烴和芳烴產(chǎn)生，說(shuō)明本發(fā)明方法可以抑制烯烴聚合和環(huán)化等副反應(yīng)發(fā) 生;特別是，本發(fā)明的類離子液體可以連續(xù)使用48小時(shí)以上而催