醚基功能化离子液体催化异丁烷烷基化反应的研究

发布时间：2017-04-27 08:00

  本文关键词：醚基功能化离子液体催化异丁烷烷基化反应的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：强酸催化异丁烷烷基化反应的工艺是石油化工领域生产清洁汽油的一个重要过程,其产品烷基化油因高辛烷值、低蒸汽压、低硫、无芳烃而成为理想的汽油调和组分。目前工业上生产烷基化油主要采用硫酸法和氢氟酸法,这两种技术比较成熟,但很不节能环保,存在诸多隐患,如严重的腐蚀性、毒性以及环境污染,限制了大范围地推广应用。本文充分利用了离子液体的离子可设计性和阴阳离子的协同调控等性能,设计合成了一系列含醚基功能基团的强酸性氯铝酸离子液体,对其一些影响烷基化反应的重要物理化学性能,如粘度、密度、热稳定性、阴阳离子组成以及酸强度进行了研究表征,并考察其催化异丁烷和2-丁烯烷基化反应的催化活性。发现在三氯化铝摩尔比为0.75时,1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑氯氯铝酸离子液体([MOEMIM]Cl/Al Cl3)具有最好的催化活性,且在10:1的低烷烯比(I/O)与30oC的温和反应温度下,可得到C8选择性高达71.2%和RON为94.3的最佳烷基化油。与非醚基功能化氯铝酸ILs相比较,醚基功能化氯铝酸离子液体在不添加催化助剂的情况下显示出了优秀的催化性能,且在无明显活性损失的情况下可被循环使用多次。催化剂中的醚官能团因可与Al Cl3络合调控酸性,且大幅增大异丁烷溶解度而在烷基化反应中起到积极的有利作用。本文还制备了醚基改性氯铝酸离子液体,并考察其催化异丁烷烷基化反应的催化性能。发现以含1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑氯([MOEMIM]Cl)的质量比为8%的氯铝酸离子液体为催化剂,在反应温度为25℃,反应时间为10 min,进料速率为480 m L/h,酸烃比为20 m L:60 m L的反应条件下,可得到C8选择性63.6%和RON为93.2的最佳烷基化油。与改性前的盐酸三乙胺氯铝酸离子液体相比较,改性后的新型催化剂显示出了优秀的催化性能。通过催化剂的20次循环利用实验发现,该催化剂具有良好的循环使用性能。
【关键词】：异丁烷 烷基化 离子液体 催化剂 氯铝酸
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O621.251
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 离子液体13-17
• 1.2.1 离子液体的定义及分类13-14
• 1.2.2 离子液体的性质及应用14-15
• 1.2.3 离子液体在烷基化反应中的应用15-17
• 1.3 异丁烷/丁烯烷基化反应17-21
• 1.3.1 烷基化反应17
• 1.3.2 烷基化反应原理17-20
• 1.3.3 烷基化催化剂的研究进展20-21
• 1.4 选题依据和研究内容21-22
• 1.4.1 选题依据21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 2 离子液体合成、表征及性质研究22-42
• 2.1 实验试剂及装置22-24
• 2.1.1 实验试剂22-23
• 2.1.2 实验装置23-24
• 2.2 离子液体的合成24-27
• 2.2.1 离子液体的合成方案24
• 2.2.2 离子液体的合成过程24-27
• 2.3 离子液体的水含量27
• 2.4 离子液体的表征27-33
• 2.4.1 离子液体的红外表征28-30
• 2.4.2 离子液体的NMR表征30-32
• 2.4.3 离子液体的ESI-MS表征32
• 2.4.4 离子液体的元素分析表征32-33
• 2.5 离子液体的物性33-38
• 2.5.1 离子液体的相转化温度33-35
• 2.5.2 离子液体的热稳定性35-36
• 2.5.3 离子液体的密度和粘度36-37
• 2.5.4 离子液体的溶解性37-38
• 2.6 异丁烷在离子液体中的溶解度38-40
• 2.7 本章小结40-42
• 3 醚基功能化离子液体催化烷基化反应42-64
• 3.1 实验试剂及装置43-44
• 3.1.1 烷基化反应原料43
• 3.1.2 其他实验原料43
• 3.1.3 烷基化反应及装置43-44
• 3.2 烷基化反应评价44-47
• 3.2.1 丁烯转化率44-45
• 3.2.2 烷基化油组成分析45
• 3.2.3 油品辛烷值的计算45-47
• 3.3 催化剂的合成、表征及性质研究47-55
• 3.3.1 催化剂的合成47
• 3.3.2 催化剂的27Al NMR表征47-48
• 3.3.3 催化剂的Raman表征48-50
• 3.3.4 催化剂的ESI-MS表征50
• 3.3.5 催化剂的酸性测定50-52
• 3.3.6 催化剂密度和粘度52-53
• 3.3.7 催化剂的相转化温度及热稳定性53-55
• 3.4 烷基化反应条件55-59
• 3.4.1 反应原料56
• 3.4.2 烷烯比56-57
• 3.4.3 反应温度57
• 3.4.4 反应压力57
• 3.4.5 反应时间57-58
• 3.4.6 酸烃比58
• 3.4.7 搅拌速率58-59
• 3.5 烷基化反应59-63
• 3.5.1 催化剂酸强度对烷基化反应的影响59-60
• 3.5.2 催化剂种类对烷基化反应的影响60-61
• 3.5.3 催化剂循环性能61-63
• 3.6 本章小结63-64
• 4 改性离子液体烷基化反应及工艺研究64-78
• 4.1 实验试剂及装置64-65
• 4.1.1 实验试剂64-65
• 4.1.2 实验装置65
• 4.2 催化剂的合成及性质研究65-67
• 4.2.1 催化剂的合成65
• 4.2.2 催化剂的密度和粘度65-67
• 4.3 烷基化反应67-76
• 4.3.1 添加离子液体的种类对烷基化反应的影响67-68
• 4.3.2 添加离子液体的量对烷基化反应的影响68-69
• 4.3.3 反应温度对烷基化反应的影响69-71
• 4.3.4 反应时间对烷基化反应的影响71-72
• 4.3.5 进料速率对烷基化反应的影响72-74
• 4.3.6 酸烃比对烷基化反应的影响74-75
• 4.3.7 循环性能研究75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 5 结论与建议78-81
• 5.1 结论78-79
• 5.2 研究展望79-81
• 参考文献81-89
• 个人简介及发表文章目录89-90
• 致谢90

【共引文献】

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3 陈晗;罗国华;徐新;;盐酸三乙胺-三氯化铝离子液体催化甲苯与氯代叔丁烷烷基化反应[J];高校化学工程学报;2013年02期

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