CN105505450A - 一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，所述制备方法以异丁烷与丁烯为原料，以离子液体LX和离子液体WZ混合物为催化剂，在10～50℃、0.2～1.5Mpa的条件下反应10～30min；将反应产物分层，上层产物即为烷基化汽油。本发明的多磺酸基离子液体催化剂具有酸密度高、催化剂使用量少且重复性良好、反应产物的分离方便、制备和使用条件比较简单、设备基本腐蚀小及对环境基本危害小等优点。

Description

一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法
技术领域
本发明涉及一种烷基化汽油制备方法，尤其涉及一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法。
背景技术
异丁烷和丁烯的烷基化反应是石油化工中重要的工艺过程之一，异丁烷与丁烯在强酸性催化剂的作用下生成异构C8烷烃(主要是三甲基戊烷)，称为烷基化汽油。目前工业上主要采用浓硫酸和氢氟酸为催化剂生产烷基化汽油，但是这两种液体酸催化剂都存在设备腐蚀严重，而且氢氟酸属于易挥发性的剧毒性物质，一旦泄露会周围的生态环境造成严重的危害。此外产物与废酸的分离困难，废酸的排放严重污染环境等许多问题。随着国家环保法规的不断完善，以浓硫酸和氢氟酸为催化剂的生产工艺抑制了烷基化汽油的进一步发展。
为了解决硫酸法和氢氟酸法在生产烷基化汽油过程中造成的环境污染和设备腐蚀问题，一方面国内外对固体酸烷基化反应工艺进行了较多的研究，其具有生产安全性好和产品质量高的优点。但是在反应过程中一些不饱和烃极易发生结焦而覆盖在催化剂的活性位上进而造成催化剂的中毒失活，并且再生成本较高，这些缺陷限制了其工业化应用。另一方面离子液体由于其具有极低的蒸汽压、宽泛的液态温度范围、良好的溶解性能等优点在制备烷基化汽油方面也引起了国内外学者的广泛关注。中国专利201110038062.8公开了一种以离子液体改性浓硫酸催化转化异丁烷和丁烯生产高辛烷值汽油的方法，该方法可以生成高品质和高收率的烷基化汽油，与传统的硫酸法和氟化氢法相比，该工艺具有反应条件温和、C8选择性高、辛烷值高、副产物生成量少、易于与产物分离、使用寿命高等优点，但该工艺过程中催化剂的使用量较大，且浓硫酸的比例依然在90％以上，并没有从根本上解决废酸大量排放和设备腐蚀严重的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明公开了一种以环境友好型多磺酸基混合离子液体为催化剂，以异丁烷和丁烯为原料制备烷基化汽油的方法。
本发明是通过如下技术实现的：
一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，以异丁烷与丁烯为原料，以离子液体LX和离子液体WZ混合物为催化剂，在10～50℃、0.2～1.5Mpa的条件下反应10～30min；异丁烷与丁烯的摩尔比为5:1～20:1；催化剂中离子液体LX和离子液体WZ的摩尔比为1:1～3:1；催化剂与原料的体积比为1:2～1:5；反应结束后放空未反应的异丁烷，将反应产物分层，上层产物即为烷基化汽油；
所述离子液体LX的结构式为
所述离子液体WZ的结构式为
进一步的改进，催化剂中离子液体LX和离子液体WZ的摩尔比为3:1。
进一步的改进，所述异丁烷与丁烯的摩尔比为20:1；催化剂与原料的体积比为1:5；在50℃、1.5MPa的条件下反应10min。
进一步的改进，所述离子液体LX的制备方法为：
1)将六亚甲基四铵与1,4-丁烷磺酸内酯按1:6的摩尔比混合后放入充满惰性气体的高压反应釜中，将高压反应釜置于10～30T超强磁场中并在30～60℃条件下搅拌12～24h后取出样品进行真空干燥得到物质A；
2)将物质A与98wt％的浓硫酸按1:1的摩尔量在室温条件下混合均匀后，再次放入充满惰性气体的高压反应釜中，高压反应釜置于30T超强磁场中在室温条件下反应3h得到离子液体LX，将其进行洗涤、真空干燥备用。
进一步的改进，所述离子液体WZ的制备方法为：
1)将三苯基磷与1,4-丁烷磺酸内酯按1:1的摩尔比混合后放入充满惰性气体的高压反应釜中，将高压反应釜置于40～80T超强磁场中并在50～80℃温度条件下搅拌4～6h后取出样品进行真空干燥得到物质B；
2)将物质B与98wt％的浓硫酸按1:3的摩尔量在室温条件下混合均匀后，放入充满惰性气体的高压反应釜中，于80T超强磁场中在100℃条件下反应3h得到离子液体WZ，将其进行洗涤、真空干燥备用。
进一步的改进，所述惰性气体为N2、Ar或He。
进一步的改进，将产物分层后，取出上层烷基化油；将下层产物继续投入反应，循环利用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的催化剂与常规酸及其它离子液体催化剂相比具有丁烯转化率高、C8烃中三甲基戊烷选择性高；
(2)本发明的多磺酸基离子液体催化剂具有酸密度高、催化剂使用量少且重复性良好、反应产物的分离方便、制备和使用条件比较简单、设备基本腐蚀小及对环境基本危害小等优点。
具体实施方式
实施例1
离子液体LX的制备方法是：
1)将六亚甲基四铵与1,4-丁烷磺酸内酯按1:6的摩尔比混合后放入N2气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于30T超强磁场中并在60℃条件下搅拌12h后取出样品进行真空干燥得到物质A；
2)将物质A与98wt％的浓硫酸按1:1的摩尔量在室温条件下缓慢混合均匀后，再次放入N2气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于30T超强磁场中在室温条件下反应3h得到离子液体LX，将其进行洗涤、真空干燥备用。
离子液体WZ的制备方法是：
1)将三苯基磷与1,4-丁烷磺酸内酯按1:1的摩尔比混合后放入N2气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于80T超强磁场中并在80℃温度条件下搅拌4h后取出样品进行真空干燥得到物质B；
2)将物质B与98wt％的浓硫酸按1:3的摩尔量在室温条件下混合均匀后，再次放入N2气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于80T超强磁场中在100℃条件下反应3h得到离子液体WZ，将其进行洗涤、真空干燥备用。
将制备的离子液体LX和离子液体WZ按1:1的摩尔比在室温条件搅拌均匀得到催化剂离子液体，取20mL催化剂离子液体加入到带搅拌的Ar气氛高压反应釜中，利用高压泵向高压反应釜中打入摩尔比为5:1的异丁烷和丁烯摩尔混合原料40mL，在10℃和0.2MPa的条件下反应20min。反应完毕后，将未参加反应的异丁烷进行放空，将催化剂和生成物静置后进行分层，将上层的烷基化油去除后得到的催化剂进行循环利用。评价所得丁烯的转化率为98.6％，所得C8烃中三甲基戊烷的含量为79.8％。
实施例2
离子液体LX的制备方法是：
1)将六亚甲基四铵与1,4-丁烷磺酸内酯按1:6的摩尔比混合后放入Ar气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于10T超强磁场中并在30℃条件下搅拌24h后取出样品进行真空干燥得到物质A；
2)将物质A与98wt％的浓硫酸按1:1的摩尔量在室温条件下缓慢混合均匀后，再次放入Ar气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于30T超强磁场中在室温条件下反应3h得到离子液体LX，将其进行洗涤、真空干燥备用。
离子液体WZ的制备方法是：
1)将三苯基磷与1,4-丁烷磺酸内酯按1:1的摩尔比混合后放入Ar气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于40T超强磁场中并在50℃温度条件下搅拌6h后取出样品进行真空干燥得到物质B；
2)将物质B与98wt％的浓硫酸按1:3的摩尔量在室温条件下混合均匀后，再次放入Ar气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于80T超强磁场中在100℃条件下反应3h得到离子液体WZ，将其进行洗涤、真空干燥备用。
将制备的离子液体LX和离子液体WZ按3:1的摩尔比在室温条件搅拌均匀得到催化剂离子液体，取20mL催化剂离子液体加入到带搅拌的Ar气氛高压反应釜中，利用高压泵向高压反应釜中打入摩尔比为20:1的异丁烷和丁烯摩尔混合原料100mL，在50℃和1.5MPa的条件下反应10min。反应完毕后，将未参加反应的异丁烷进行放空，将催化剂和生成物静置后进行分层，将上层的烷基化油去除后得到的催化剂进行循环利用。评价所得丁烯的转化率为99.6％，所得C8烃中三甲基戊烷的含量为81.5％。
实施例3
离子液体LX的制备方法是：
1)将六亚甲基四铵与1,4-丁烷磺酸内酯按1:6的摩尔比混合后放入N2气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于20T超强磁场中并在40℃条件下搅拌15h后取出样品进行真空干燥得到物质A；
2)将物质A与98wt％的浓硫酸按1:1的摩尔量在室温条件下缓慢混合均匀后，再次放入N2气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于30T超强磁场中在室温条件下反应3h得到离子液体LX，将其进行洗涤、真空干燥备用。
离子液体WZ的制备方法是：
1)将三苯基磷与1,4-丁烷磺酸内酯按1:1的摩尔比混合后放入N2气氛的高压反应釜中，将高压反应釜置于50T超强磁场中并在60℃温度条件下搅拌5h后取出样品进行真空干燥得到物质B；
2)将物质B与98wt％的浓硫酸按1:3的摩尔量在室温条件下混合均匀后，再次放入N2气氛的高压反应釜中，高压反应釜置于80T超强磁场中在100℃条件下反应3h得到离子液体WZ，将其进行洗涤、真空干燥备用。
将制备的离子液体LX和离子液体WZ按2:1的摩尔比在室温条件搅拌均匀得到催化剂离子液体，取20mL催化剂离子液体加入到带搅拌的Ar气氛高压反应釜中，利用高压泵向高压反应釜中打入摩尔比为5:1的异丁烷和丁烯摩尔混合原料40mL，在10℃和0.2MPa的条件下反应20min。反应完毕后，将未参加反应的异丁烷进行放空，将催化剂和生成物静置后进行分层，将上层的烷基化油去除后得到的催化剂进行循环利用。评价所得丁烯的转化率为99.0％，所得C8烃中三甲基戊烷的含量为80.2％。
以上实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，凡是依据本发明的技术实质对以下实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，所述制备方法以异丁烷与丁烯为原料，以离子液体LX和离子液体WZ混合物为催化剂，在10～50℃、0.2～1.5Mpa的条件下反应10～30min；异丁烷与丁烯的摩尔比5:1～20:1；催化剂中离子液体LX和离子液体WZ的摩尔比为1:1～3:1；催化剂与原料的体积比为1:2～1:5；反应结束后放空未反应的异丁烷，将反应产物分层，上层产物即为烷基化汽油；
所述离子液体LX的结构式为
所述离子液体WZ的结构式为
2.如权利要求1所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，催化剂中离子液体LX和离子液体WZ的摩尔比为3:1。
3.如权利要求1所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于：所述异丁烷与丁烯的摩尔比为20:1；催化剂与原料的体积比为1:5；在50℃、
1.5MPa的条件下反应10min。
4.如权利要求1所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，所述离子液体LX的制备方法为：
1)将六亚甲基四铵与1,4-丁烷磺酸内酯按1:6的摩尔比混合后放入充满惰性气体的高压反应釜中，将高压反应釜置于10～30T超强磁场中并在30～60℃条件下搅拌12～24h后取出样品进行真空干燥得到物质A；
2)将物质A与98wt％的浓硫酸按1:1的摩尔量在室温条件下混合均匀后，再次放入充满惰性气体的高压反应釜中，高压反应釜置于30T超强磁场中在室温条件下反应3h得到离子液体LX，将其进行洗涤、真空干燥备用。
5.如权利要求1所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，所述离子液体WZ的制备方法为：
1)将三苯基磷与1,4-丁烷磺酸内酯按1:1的摩尔比混合后放入充满惰性气体的高压反应釜中，将高压反应釜置于40～80T超强磁场中并在50～80℃温度条件下搅拌4～6h后取出样品进行真空干燥得到物质B；
2)将物质B与98wt％的浓硫酸按1:3的摩尔量在室温条件下混合均匀后，放入充满惰性气体的高压反应釜中，于80T超强磁场中在100℃条件下反应3h得到离子液体WZ，将其进行洗涤、真空干燥备用。
6.如权利要求4或5所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，所述惰性气体为N2、Ar或He。
7.如权利要求1所述的基于离子液体催化剂的烷基化汽油制备方法，其特征在于，将产物分层后，取出上层烷基化油；将下层产物继续投入反应，循环利用。
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