氯铝酸室温熔盐催化苯与丙烯烷基化合成三异丙苯的研究

论文摘要

本文研究了氯铝酸室温熔盐催化苯与丙烯烷基化反应。以盐酸三乙胺与AlCl3为原料合成的氯铝酸室温熔盐为主要研究对象,考察了其催化苯与丙烯烷基化合成三异丙苯的性能。分别研究了熔盐的组成、用量、反应温度、进料速率对苯与丙烯烷基化反应的影响以及催化剂的重复使用性。结果表明,2AlCl3/Et3NHCl室温熔盐具有良好的催化苯与丙烯烷基化,生成均三异丙苯的性能,产品与催化剂分离方便。在优化条件下,即氯铝酸室温熔盐中AlCl3摩尔分数为66.7%、催化剂用量为苯质量的5%,丙烯进料速率3.50ml/s,反应温度为323K及常压反应条件下,6.5h时均三异丙苯收率达到89%,均偏比(均三异丙苯和偏三异丙苯的质量比)高于80。本实验利用多种烷基化剂对产品适度的过烷基化,可以提高产品中三异丙苯的均偏比。2AlCl3/Et3NHCl重复使用5次后仍能基本保持新鲜催化剂的性能。对烷基化反应的粗产品进行减压精馏提纯,结果表明,通过精馏操作可以得到纯度为98%的均三异丙苯产品。此外,本文还分别研究了二异丙苯、三异丙苯、四异丙苯在氯铝酸室温熔盐的催化作用下与苯的烷基转移反应,转化为目标产物分别为异丙苯和三异丙苯。结果表明,氯铝酸室温熔盐催化剂2AlCl3/Et3NHCl和2AlCl3/BmimCl具有较好的催化烷基转移反应的性能。60分钟内,多烷基苯的转化率达到99%。本文进而研究了氯铝酸熔盐催化烷基化反应机理,使用Hyperchem7.0计算烷基化各基元反应过程的能量变化和过渡态。结果表明,均三异丙苯的生成比偏三异丙苯的生成更容易进行。而偏三异丙苯更容易发生过烷基化,生成四异丙苯,从而降低产品中偏三异丙苯的含量。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 烷基苯生产方法及催化剂的发展历程
• 1.3 苯与丙烯烷基化反应
• 1.3.1 异丙苯生产工艺中使用的催化剂现状
• 1.3.2 异丙苯生产的工艺进展
• 1.3.3 三异丙苯的生成
• 1.4 烷基转移技术
• 1.4.1 苯与多异丙苯烷基转移技术进展
• 1.4.2 多异丙苯烷基转移催化剂研究的进展
• 1.5 室温熔盐
• 1.5.1 室温熔盐的结构
• 1.5.2 室温熔盐的合成方法
• 1.5.3 室温熔盐的性质
• 1.5.4 室温熔盐的再生问题
• 1.6 室温熔盐应用于烷基化反应的研究进展
• 1.6.1 室温熔盐催化苯与十二烯烷基化反应
• 1.6.2 室温熔盐催化苯与己烯烷基化反应
• 1.6.3 室温熔盐催化苯与短链烯烃烷基化反应
• 1.7 本论文的研究意义和内容
• 1.7.1 本论文的研究意义
• 1.7.2 本论文的研究内容
• 第二章 实验和研究方法
• 2.1 熔盐合成装置
• 2.2 室温熔盐的合成
• 2.2.1 熔盐合成化学式与合成方案
• 2.2.2 熔盐的合成过程
• 2.3 烷基化反应
• 2.3.1 反应设备及原料
• 2.3.2 烷基化反应过程
• 2.3.3 产品分析
• 2.3.4 预备实验
• 2.4 精馏
• 2.5 烷基转移反应
• 2.5.1 实验原料和仪器
• 2.5.2 烷基转移反应和产品分析
• 第三章 用于烷基化反应的氯铝酸室温熔盐催化剂的筛选
• 3.1 熔盐组成对反应性能的影响
• 3摩尔分数的影响'>3.1.1 AlCl₃摩尔分数的影响
• 3.1.2 阳离子的影响
• 3.2 氯铝酸室温熔盐与固体三氯化铝催化性能比较
• 3.3 熔盐的重复使用性能
• 3.4 小结
• 第四章 苯与丙烯烷基化反应工艺条件的筛选
• 4.1 工艺条件实验方案
• 4.2 苯与丙烯烷基化反应条件的确定
• 4.2.1 熔盐用量的影响
• 4.2.2 反应温度的影响
• 4.2.3 丙烯进料速率的影响
• 4.3 提高产品均偏比的方法
• 4.3.1 均偏比与反应时间的关系
• 4.3.2 采用其它烷基化剂提高均偏比
• 4.4 高压反应釜里的烷基化反应
• 4.4.1 气相烷基化反应
• 4.4.2 苯的液相烷基化反应
• 4.4.3 二异丙苯的液相烷基化反应
• 4.5 精馏
• 4.5.1 减压精馏装置与流程
• 4.5.2 操作步骤
• 4.5.3 实验结果及讨论
• 4.5.4 常压精馏
• 4.6 小结
• 第五章 烷基转移反应
• 5.1 三异丙苯与苯的烷基转移反应
• 5.1.1 阴离子种类对催化性能的影响
• 3摩尔分数的影响'>5.1.2 AlCl₃摩尔分数的影响
• 5.1.3 阳离子的影响
• 5.1.4 反应温度的影响
• 5.1.5 反应时间的影响
• 5.1.6 氯铝酸室温熔盐对烷基转移反应的重复使用性能
• 5.2 二异丙苯与苯烷基转移反应
• 5.3 四异丙苯与苯的烷基转移反应
• 5.4 小结
• 第六章 苯和丙烯烷基化反应的机理研究
• 6.1 苯和丙烯烷基化反应的机理
• 6.2 氯铝酸室温熔盐的催化机理
• 6.3 苯和丙烯烷基化反应中基元反应历程的研究
• 6.3.1 丙基正碳离子的生成
• 6.3.2 丙基正碳离子与苯反应
• 6.3.3 异丙苯正碳离子与丙烯的氢转移
• 6.3.4 丙基正碳离子与异丙苯反应
• 6.3.5 丙基正碳离子与二异丙苯反应
• 6.3.6 丙基正碳离子与三异丙苯反应
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件