复合离子液体碳四烷基化新技术

传统浓硫酸与氢氟酸烷基化工艺存在严重的设备腐蚀及潜在环境污染与人身危害等问题，中国石油大学(北京)开发的复合离子液体碳四烷基化技术克服了这些问题，更加安全环保，为汽油清洁化生产和全面质量升级，尤其是满足国VI标准汽油的生产，提供了一种新的解决方案。该技术因此获得了 2017年国家技术发明二等奖。

1)实现三大突破

据介绍，碳四烷基化是利用炼厂副产品液化气中的异丁烷与丁烯，在强酸催化下生成异辛烷为主的烷基化汽油过程。烷基化汽油具有辛烷值高、无硫、无烯轻、无芳烃等优点，是清洁汽油必不可少的调和组分。但是，传统碳四烷基化工艺以液体浓硫酸或氢氟酸为催化剂，在生产烷基化汽油的同时也带来了设备腐烛严重、环境污染以及人身危害等问题。因此，开发环境友好的新型碳四烷基化工艺一直是世界炼油工业最具挑战性的课题。

为攻克这一难题，中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室离子液体研究团队从2000年开始进行离子液体催化碳四烷基化研究，在酸性离子液体催化碳四烷基化反应机理的研究基础上，发明了一种替代液体浓硫酸或氢氟酸的新型复合离子液体催化剂，开发了一种绿色、安全、环保的碳四烷基化新技术。

该技术实现了三大创新突破。首先，该项目创新性地设计合成了兼具高活性和高选择性的双金属复合离子液体，可有效抑制裂化副反应，稳定烯烃分子、抑制聚合副反应，实现了碳四烷基化的高反应活性和高选择性。其次，该项目基于复合离子液体中B酸和L酸活性组分流失导致失活的重要发现，发明了分步协控补充B酸和L酸活性组分的再生技术，并结合独创的原位红外配位滴定法，实现了复合离子液体催化剂活性的实时监控和连续再生。最后，该项目还开发了新型静态混合反应器、新型旋液分离器等专用设备，强化了高黏度、大密度的离子液体与原料烃的充分混合及与产品经的高效分离。

截至目前，该项目已获国际发明专利14件、中国发明专利6 件。此外，该项目在2014年获得中国石油和化学工业联合会技术发明特等奖，并人选2014年中国高等学校十大科技进展项目。

2)装置稳定运行

在项目研究取得突破后，研究团队与山东德阳化工有限公司合作,于2013年初建成了世界首套10万吨/年复合离子液体碳四烷基化工业装置，并实现了工业化运行。

2014年1月，石化联合会组织专家对这套工业化装置进行了72 h连续运行考核。主要技术经济指标显示：烯烃转化率100% ，烷基化油收率80% ,烷基化油的辛烷值平均达96.8，废水排放2 t/h，可直接纳人工业园区污水处理系统；少量废碱液可引入锅炉脱硫系统再利用；少量废渣可加工回收部分催化剂活性组分。

现场考察专家组这样评价：该10万吨/年复合离子液体碳四烷基化工业装置运行稳定，工艺先进合理、成熟可靠、清洁安全。装置运行期间未见安全隐患和环境危害隐患，与浓硫酸和氢氟酸'烷基化相比更加安全环保。该装置可以生产无硫、无芳、无烯烃的超清洁汽油调合组分，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益； 是世界首套复合离子液体碳四烷基化工业生产装置，整体达到国际领先水平。

经过3年运行，2016年5月， 石化联合会再次对该工业装置的长周期运转情况及技术成熟度进行了工业现场考核。经鉴定，该装置在3年的运行过程中，复合离子液体催化剂的活性指数控制在1.10以上，产品的研究法辛烷值保持在95以上。累计3年的运行数据显示，该装置与浓硫酸和氢氟酸烷基化相比更加安全环保，符合绿色发展的要求；同时经济效益显著，3年内共产生燃油消费税2.9亿元, 企业利润3 700万元，直接经济效益3.27亿元。

离子液体研究领域领军人物、美国总统绿色化学挑战奖得主Kenneth R SEDDON教授表示：相比之前的硫酸法，该技术增加了装置40%的处理容量(约每天248 t)，极具经济吸引力，同时还是迄今报道过的最大商业用途离子液体应用装置，是石化领域的先驱。

3)30多家企业接洽

工业化装置的稳定运行，吸引了行业内多家企业的高度关注。项目组已与中石化工程建设有限公司(SEI)、中石油工程设计有限公司(CPECC)大连分公司等签署了合作推广协议，并与30多家企业进行了技术交流和工业现场考査。目前，中石化已经计划在九江石化、安庆石化、武汉石化、上海石化分别建设1套30万吨/年离子液体烷基化项目；中石油华北石化和青海油田格尔木炼油厂的相关项目也已通过可行性研究论证，建设装置规模分别为30万吨/年和5万吨/年的离子液体烷基化项目；宁夏宝利化工等多家企业也已达成了技术转让意向。

此外，壳牌提出与中国石油大学(北京)在复合离子液体催化碳四烷基化方面进行合作，做该技术除中国大陆以外的市场总代理。