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CN103934023B - 用于c5/c6烷烃异构化的离子液体催化剂及其制备和使用方法 - Google Patents

用于c5/c6烷烃异构化的离子液体催化剂及其制备和使用方法 Download PDF

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CN103934023B
CN103934023B CN201410172912.7A CN201410172912A CN103934023B CN 103934023 B CN103934023 B CN 103934023B CN 201410172912 A CN201410172912 A CN 201410172912A CN 103934023 B CN103934023 B CN 103934023B
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周玉路
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China University of Petroleum East China
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Abstract

本发明提供了一种用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,所述催化剂的化学结构式为:其中,R1和R2分别为C2-C9直链烷基中的任意一种;X1和X2分别为AlCl4 -和Al2Cl7 -中的任意一种,或者X1和X2分别为AlCl3Br-和Al2Cl6Br-中的任意一种。本发明所述的离子液体催化剂在用于异构化反应时,反应体系为液-液相,反应稳定且容易控制。而当反应完成,产物冷却至室温后,离子液体催化剂再次凝结成固态,从而易于与液相产物进行分离。

Description

用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于轻质烷烃异构化领域,具体涉及一种用于催化C5/C6烷烃异构化的双阳离子液体催化剂及其制备和使用方法。
背景技术
随着我国石油工业的不断发展,环保意识的不断提高,国内车用汽油的质量标准也在不断提高,在这种背景下,发展高辛烷值清洁油品的生产技术势在必行。目前,用于生产高辛烷值汽油及其组分的工艺主要有催化重整、醚化、烷基化以及异构化。其中,异构化技术因为具有操作灵活、投资少,污染低的优点而得到了广泛的应用。对轻质烷烃尤其是C5/C6烷烃进行异构化制备得到的异构化油是非常优良的汽油调和组分,例如正己烷的研究法辛烷值(RON)为24.8,而经异构化得到的2,2-二甲基丁烷的RON可达到91.8。
离子液体是近年来发展迅速的一类绿色催化剂,异构化是离子液体的重要用途之一。目前被用于异构化的离子液体主要有烷基咪唑、吡啶、季铵盐类等。如中国专利文献CN102492462A公开了一种离子液体-固体超强酸催化轻烃异构化的方法,该方法先使用三乙胺氯铝酸盐离子液体对直链烷烃进行一次异构化,再使用固体超强酸对一次异构化的产物进行二次异构化,最终制备得到异构化烃的体积收率可达100%。上述烷基胺盐氯铝酸类离子液体是研究较多的离子液体之一,但其存在的技术问题在于,由于上述离子液体参与的是液液反应,因此反应完成后的产物通常难以分离完全。
为了解决这种产物不易分离的问题,现有技术开始使用固相化的离子液体催化剂进行异构化反应,如中国专利文献CN103373886A公开了一种用于正构烷烃异构化的固相催化剂,这种固相催化剂的制备方法为:利用浸渍法将酸性离子液体浸渍到SiO2、Al2O3、HZSM-5或者SBA-15上;或者利用化学嫁接法将卤化的硅酸脂和甲基咪唑反应,接着再同Lewis酸反应,得到含有硅酸脂的Lewis酸离子液体,离子液体上的硅酸脂和载体上的Si-OH基进行反应,从而将Lewis酸型离子液体固相化到载体上。
上述现有技术通过使用固相催化剂,使得异构化反应生成的液相产物非常易于和固相催化剂分离,从而有效解决了离子液体难以分离的问题。但是使用固相催化剂进行异构化反应时存在的缺陷在于:液-固两相间的反应过程要比液-液相反应复杂的多,液-固相间的扩散、吸附等因素均会对反应速率产生影响,从而导致异构化反应不稳定且难以控制。目前技术中,异构化产物分布情况也不利于提高异构化产物的辛烷值。因此,如何在保证反应稳定性的前提下还能够实现催化剂与异构化产物的良好分离,而且得到具有较高辛烷值的异构化油,是现有技术尚未解决的难题。
发明内容
本发明解决的是现有技术中用于异构化的离子液体催化剂存在的不易分离的问题,进而提供一种既具有优异的异构化效果同时又易于与产物分离的离子液体催化剂。同时有效改善异构化产物的分布情况,进一步提高异构化产物的辛烷值。
本发明中所述异构化催化剂及其制备和使用方法的技术方案为:
一种用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,所述催化剂的化学结构式为:
其中,R1和R2分别为C2-C9直链烷基中的任意一种;X1和X2分别为AlCl4 -和Al2Cl7 -中的任意一种,或者X1和X2分别为AlCl3Br-和Al2Cl6Br-中的任意一种。
所述R1和R2为相同的烷基。
所述R1和R2为正丁基,X1和X2分别为AlCl4 -或Al2Cl7 -中的任意一种。
所述R1和R2为不同的烷基。
所述离子液体催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将摩尔比为1:5-1:1的四甲基乙二胺与C2-C9直链一卤代烷中的任意一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应;
(2)步骤(1)中的反应完成后,过滤产物得到离子液体前驱体;
(3)将所述离子液体前驱体与AlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在60~120℃下放置6-12h,即得所述离子液体催化剂。
所述离子液体催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)先将摩尔比为1:1的四甲基乙二胺与C2-C9直链一卤代烷中的任意一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应制备得到单卤代盐;
再将摩尔比为1:5-1:1的所述单卤代盐与C2-C9直链一卤代烷中的另外一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应;
(2)步骤(1)中的反应完成后,过滤产物得到离子液体前驱体;
(3)将所述离子液体前驱体与AlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在60~120℃下放置6-12h,即得所述离子液体催化剂。
所述的离子液体催化剂用于C5/C6烷烃异构化的用途。
所述的离子液体催化剂用于C5/C6烷烃异构化的方法,包括如下步骤:
(1)将引发剂、离子液体催化剂和C5/C6正构烷烃混合均匀,其中所述引发剂和所述正构烷烃的体积比为1:10-1:100;所述离子液体催化剂和所述正构烷烃的质量比为2:1-1:3;
(2)所述混合物在温度为60-140℃、压力为0.1-2Mpa的条件下进行反应。
所述引发剂和正构烷烃的体积比为1:12.5-1:25;所述离子液体催化剂和正构烷烃的质量比为1:3。
所述步骤(2)中的反应在氮气气氛中进行。
本发明所述的用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,优点在于:
(1)本发明所述的用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,是一种双中心阳离子型离子液体催化剂,所述催化剂在常温条件下为固体状态,而在60-140℃的反应温度条件下为液体状态,因此本发明所述的离子液体催化剂在用于异构化反应时,反应体系为液-液相,反应稳定且容易控制。而当反应完成,产物冷却至室温后,离子液体催化剂再次凝结成固态,从而易于与液相产物进行分离。
并且,本发明所述的离子液体催化剂,由于双中心阳离子的引入,使得离子液体结构中的酸性位增多,获得了较高酸密度,减少了离子液体的用量;同时由于有较高的酸强度,因此具有反应速度快,反应时间短、反应条件温和的优点。除此之外,本发明中所述的离子液体催化剂相比于现有技术,还有效改善了异构化产物的分布情况,在用于C5/C6烷烃异构化时,显著降低了产品中C4产物的含量,在用于C6烷烃异构化时,产品中C6异构烷的比例有大幅度的提高,从而有效提高了异构化产物的辛烷值。
(2)本发明所述的用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,还进一步优选所述催化剂结构式中的R为正丁基,X1和X2分别为AlCl4 -或Al2Cl7 -中的任意一种。原因在于,这种设置方式下的离子液体催化剂具有非常优异的正烷烃转化率和异构烷烃收率。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中:R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在60℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:12.5的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:10的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
实施例2
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中:R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.3molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:100的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:100的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在80℃,反应4h。
实施例3
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中:R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.3molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在60℃,反应4h。
实施例4
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中:R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:12.5的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为2:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:2称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
实施例5
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在80℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为2:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在80℃,反应4h。
实施例6
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在120℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为2:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在120℃,反应4h。
实施例7
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在60℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
实施例8
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
实施例9
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为2:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为2:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
实施例10
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为5:6称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为5:6称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
实施例11
本实施例中所述的离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为乙基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.2mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.5molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为4:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为4:3称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在140℃,反应4h。
实施例12
本实施例中所述的双中心阳离子型强酸性离子液体催化剂化学结构式如下:
其中R1和R2分别为正丁基;X1和X2分别为AlCl4 -或Al2Cl7 -。上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.5mol氯代正丁烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应24h,旋蒸得到黄色粘稠状液体,用乙酸乙酯洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在120℃下放置12h,即得到强酸性双阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:12.5的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
实施例13
本实施例中所述离子液体催化剂的化学结构式如下:
其中R1和R2分别为正丁基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.5mol溴代正丁烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应24h,旋蒸得到黄色粘稠状液体,用乙酸乙酯洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在120℃下放置12h,即得到强酸性双阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:40的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:40的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
实施例14
本实施例中所述离子液体催化剂的化学结构式如下:
其中R1和R2分别为正丁基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-。
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.5mol溴代正己烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应24h,旋蒸得到黄色粘稠状液体,用乙酸乙酯洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在120℃下放置12h,即得到强酸性双阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:45的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在120℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:45的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为1:3称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在120℃,反应4h。
实施例15
本实施例中所述离子液体催化剂的化学结构式如下:
其中R1和R2分别为壬基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
(1)将0.1mol四甲基乙二胺与0.5mol溴代正壬烷溶解在无水乙醇中,在120℃搅拌反应24h,旋蒸得到黄色粘稠状液体,用乙酸乙酯洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(2)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在120℃下放置12h,即得到强酸性双阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为2:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在120℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为2:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在120℃,反应4h。
实施例16
本实施例中所述离子液体催化剂的化学结构式如下:
其中R1为乙基;R2为壬基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-。上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.1mol溴壬烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得单卤代盐。
(2)取0.1mol第(1)步得到的单卤代盐与0.1mol溴乙烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(3)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为1:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为1:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
实施例17
本实施例中所述离子液体催化剂的化学结构式如下:
其中R1为正丁基;R2为壬基;X1和X2分别为AlCl3Br-或Al2Cl6Br-
上述离子液体催化剂的合成方法如下:
(1)0.1mol四甲基乙二胺与0.1mol溴壬烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得单卤代盐。
(2)取0.1mol第(1)步得到的单卤代盐与0.3mol溴代正丁烷溶解在无水乙醇中,在80℃搅拌反应2h,过滤得到白色固体,用乙醇洗涤3次,在真空干燥箱中干燥12h,获得离子液体前驱体。
(3)将0.1mol离子液体前驱体与0.4molAlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在90℃下放置12h,即制备得到强酸性双中心阳离子型离子液体。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体和正戊烷质量比为1:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
本实施例中所述的离子液体催化剂用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:25的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体和正己烷质量比为1:1称取离子液体催化剂;
(2)将反应体系置于氮气初压为0.5MPa,反应温度控制在100℃,反应4h。
实验例
为了证明本发明所述技术方案的技术效果,本发明设置了实验例对上述各个实施例中的催化正己烷、正戊烷异构化反应进行评价,将反应产物用Agilent6820气相色谱仪进行分析。
原料的转化率X、异构烷烃的收率Y、产物的选择性S的计算由公式(1-1)、(1-2)和(1-3)给出。
S = Y X × 100 % - - - ( 1 - 3 )
式中:
[A]原料为原料中正己烷(正戊烷)峰面积所占的比例,%;
[A]产物为产物中正己烷(正戊烷)峰面积所占的比例,%;
[B]产物为产物中所有异构烷烃峰面积之和所占的比例,%。
实施例1-17中异构化反应的实验结果如表1所示:
表1实施例催化异构化反应的转化率、异构烷烃收率和选择性
同时,本实验例还对实施例1-17中异构化反应的产物进行观察,结果表明实施例1-17中C5/C6异构化反应的产物在冷却后呈分层状态,上层为液相的异构烷烃层,下层为呈粘稠固相的催化剂层,将反应器倾斜后,液相的异构烷烃被倒出,而固相的催化剂层仍留在所述反应器中,从而非常简单地即可实现催化剂和产物的分离。
对比例
为了进一步证明本发明所述技术方案的技术效果,本发明还设置了对比例,本对比例中采用的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸离子液体。所述1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸离子液体的制备方法为:
称取17.47g氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)于100ml圆底烧瓶中,再将26.67gAlCl3加入圆底烧瓶中,混合均匀,得到棕色液体44.14g,即为1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸离子液体。
本对比例中所述的离子液体用于C5烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:12.5的比例称取氯代正丁烷和正戊烷,按离子液体催化剂和正戊烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
本对比例中所述的离子液体用于C6烷烃异构化的具体操作方法为:
(1)按体积比1:10的比例称取氯代正丁烷和正己烷,按离子液体催化剂和正己烷的质量比为1:1称取离子液体;
(2)控制高压釜氮气初压为0.5MPa,搅拌速度控制在600r/min,反应温度控制在100℃,反应4h。
对本对比例中C5、C6烷烃异构化反应的结果进行测定,结果如表2所示:
表2对比例催化异构化反应的转化率、异构烷烃收率和选择性
将对比例与实施例1中产物的分布进行对比,结果如表3所示(i-表示异构化产物;n-表示正构烷烃):
表3对比例和实施例1中产物的组成情况
通过对比例和实施例1中产物的组成对比可知实施例1中采用的新型离子液体同传统的离子液体相比具有显著的优势,其提高了原料的转化率和产品中C6的含量,降低了产品中C4的含量,改善了产品分布。
通过上述实验例和对比例中的结果可知,本发明所述的离子液体催化剂与现有技术相比,具有更高的异构化反应转化率和异构烷烃收率,且产物的选择性要优于对比例。并且本发明所述的离子液体催化剂在反应结束、冷却后成为固态,非常易于与异构化产物进行分离。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于C5/C6烷烃异构化的离子液体催化剂,其特征在于,所述催化剂的化学结构式为:
其中,R1和R2分别为C2-C9直链烷基中的任意一种;X1和X2分别为AlCl4 和Al2Cl7 中的任意一种,或者X1和X2分别为AlCl3Br和Al2Cl6Br中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的离子液体催化剂,其特征在于,所述R1和R2为相同的烷基。
3.根据权利要求2所述的离子液体催化剂,其特征在于,所述R1和R2为正丁基,X1和X2分别为AlCl4 和Al2Cl7 中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的离子液体催化剂,其特征在于,所述R1和R2为不同的烷基。
5.权利要求2所述离子液体催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将摩尔比为1:5-1:1的四甲基乙二胺与C2-C9直链一卤代烷中的任意一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应;
(2)步骤(1)中的反应完成后,过滤产物得到离子液体前驱体;
(3)将所述离子液体前驱体与AlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在60~120℃下放置6-12h,即得所述离子液体催化剂。
6.权利要求4所述离子液体催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)先将摩尔比为1:1的四甲基乙二胺与C2-C9直链一卤代烷中的任意一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应制备得到单卤代盐;
再将摩尔比为1:5-1:1的所述单卤代盐与C2-C9直链一卤代烷中的另外一种溶解在无水乙醇中,在60-120℃条件下进行反应;
(2)步骤(1)中的反应完成后,过滤产物得到离子液体前驱体;
(3)将所述离子液体前驱体与AlCl3加入到密闭容器中混合均匀,在60~120℃下放置6-12h,即得所述离子液体催化剂。
7.权利要求1-4任一项所述的离子液体催化剂用于C5/C6烷烃异构化的用途。
8.根据权利要求7所述的用途,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将引发剂、离子液体催化剂和C5/C6正构烷烃混合均匀形成混合物,其中所述引发剂和所述正构烷烃的体积比为1:10-1:100;所述离子液体催化剂和所述正构烷烃的质量比为2:1-1:3;
(2)所述混合物在温度为60-140℃、压力为0.1-2Mpa的条件下进行反应。
9.根据权利要求8所述的用途,其特征在于,所述引发剂和正构烷烃的体积比为1:12.5-1:25;所述离子液体催化剂和正构烷烃的质量比为1:3。
10.根据权利要求8或9所述的用途,其特征在于,所述步骤(2)中的反应在氮气气氛中进行。
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