本发明属于石油化工催化领域，具体涉及一种烷基化催化剂及其应用。
背景技术：
C4烷基化是指异丁烷与C4烯烃在酸的催化作用下生成烷基化汽油的过程，所得的烷基化汽油具有高辛烷值和低Reid蒸汽压，由饱和烯烃组成，不含芳烃、烯烃和硫，是新配方汽油最理想的调和组分，被称为清洁烷基汽油。目前，已经工业化的烷基汽油生产工艺主要采用硫酸和氢氟酸作为催化剂，存在废酸排放量大，环境污染严重和生产设备腐蚀等问题。固体酸催化剂如沸石、固体超强酸等，存在失活较快、反应条件较为苛刻的缺点，难以进行工业化生产。
离子液体是一类完全由阴阳离子组成的新兴液体材料，具有环境友好、腐蚀性低、毒性小、酸性和物理化学性质可调整、易于产品分离、循环利用率高等特点。酸性离子液体催化烷基化制备烷基化油已成为近年来先进液体酸烷基化技术的主要发展方向。
近些年来，以离子液体作为催化剂或者添加剂进行烷基化反应的专利和文章很多，如中国专利CN106939173A主要以传统酸为基础，在强酸中添加离子液体，既避免了大量离子液体的使用，又提高了催化效果；美国专利US7285698、中国专利CN1203032C、CN102108306A等主要以氯铝酸离子体复合多种氯化物金属为催化剂进行烷基化反应，并且得到很好地效果，但是辛烷值仍有待提高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服传统液体酸和固体酸催化C4烷基化的缺陷，提供一种烷基化催化剂及其应用。
本发明提供一种烷基化催化剂，其中，所述催化剂为有机物和复合离子液体的混合物，所述有机物为苯类和胺类有机物中的至少一种，所述复合离子液体的阳离子为季胺类、咪唑类、酰胺类化合物中的至少一种，阴离子为铝和铜的卤化物。
本发明还提供上述烷基化催化剂催化C4烷基化的方法，其包括如下步骤：
将复合离子液体和有机物加入到反应釜中，通入异丁烷和C4烯烃进行烷基化反应，获得烷基化油；
其中，所述有机物为苯类和胺类有机物中的至少一种，所述复合离子液体的阳离子为季胺类、咪唑类、酰胺类化合物中的至少一种，阴离子为铝和铜的卤化物。
本发明所提供的烷基化催化剂催化C4烷基化，提高了C4烷基化反应的的选择性，获得辛烷值较高的烷基化油，也进一步提高了产品的收率。重组分含量减少10—20％，C8选择性可以达到65—90％，其中高辛烷值的TMP的比例明显提高，所得烷基化油的辛烷值相比单一离子液体得到的烷基化油有大幅提高。同时，还可以减少催化剂的用量，降低了成本，生产操作简单，减少了对环境的污染，利于环保。
附图说明
图1为不同条件下烷基化反应得到的烷基化油的辛烷值。
具体实施方式
为了更清楚的展示本发明的目的、技术方案及优点，结合以下附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，不能理解为对本发明实施范围的限定。
本发明实施例提供一种烷基化催化剂，其中，所述催化剂为有机物和复合离子液体的混合物，所述有机物为苯类和胺类有机物中的至少一种，所述复合离子液体的阳离子为季胺类、咪唑类、酰胺类化合物中的至少一种，阴离子为铝和铜的卤化物。
优选地，所述铝和铜的摩尔比为1:0.01～0.1。更优选地，所述铝和铜的摩尔比为1:0.02～0.05。所述有机物为复合离子液体质量的0.1％～10％。具体地，所述有机物为甲苯、苯和二甲苯中的至少一种。优选地，所述有机物为甲苯。更优选地，铝和铜的摩尔比为1:0.02～0.03时，加入甲苯才能有好的效果。而且，甲苯和复合离子液体质量的0.2％～5％最好，因为甲苯等有机物的添加会生成烷基苯等重组分，少量的烷基苯会促进烷基化反应，而大量的烷基苯会降低TMP的含量。
进一步，所述复合离子液体的制备方法包括如下步骤：在氮气保护、-10℃-50℃下，将季胺类、咪唑类、酰胺类化合物中的至少一种加入到反应器中，再加入铝和铜的卤化物；搅拌混合，升温至80-120℃，保持1-4h，获得所述复合离子液体。
添加的甲苯等有机物能够与游离的AlCl3发生络合作用，形成新的络合物，且能够促进Cu的活性，从而大大提高复合离子液体的催化性能。且提高离子液体催化性能的关键在于有机物的供电子能力，由于超共轭效应，甲基具有微弱的推电子能力，是苯环上大π键的电子云密度比苯略有增加，因此，甲苯的效果最好。
本发明实施例还提供上述烷基化催化剂催化C4烷基化的方法，其包括如下步骤：
将复合离子液体和有机物加入到反应釜中，通入异丁烷和C4烯烃进行烷基化反应，获得烷基化油；
其中，所述有机物为苯类和胺类有机物中的至少一种，所述复合离子液体的阳离子为季胺类、咪唑类、酰胺类化合物中的至少一种，阴离子为铝和铜的卤化物。
优选地，所述铝和铜的摩尔比为1:0.01～0.1。更优选地，所述铝和铜的摩尔比为1:0.02～0.05。所述有机物为复合离子液体质量的0.1％-10％。具体地，所述有机物为甲苯、苯、和二甲苯中的至少一种。优选地，所述有机物为甲苯。
具体地，所述烷基化反应的条件为：温度-10℃-50℃、压力0.1MPa-1.8MPa，反应时间1-60min。所述C4烯烃为1-丁烯、2-丁烯和异丁烯中的至少一种。更优选地，所述烷基化反应的条件为：温度10～20℃、压力在0.8～1.2MPa，反应时间在1～5min。
添加的甲苯等有机物能够与游离的AlCl3发生络合作用，形成新的络合物，且能够促进Cu的活性，从而大大提高复合离子液体的催化性能。且提高离子液体催化性能的关键在于有机物的供电子能力，由于超共轭效应，甲基具有微弱的推电子能力，是苯环上大π键的电子云密度比苯略有增加，因此，甲苯的效果最好。优选地，铝和铜的摩尔比为1:0.02～0.03时，加入甲苯才能有好的效果。更优选地，甲苯和复合离子液体质量的0.2％～5％最好，因为甲苯等有机物的添加会生成烷基苯等重组分，少量的烷基苯会促进烷基化反应，而大量的烷基苯会降低TMP的含量。
以下通过具体实施例来举例说明烷基化催化剂的制备及其应用。下面实施例中的化合物可分别根据现有方法直接制备而得，当然，在其它实施例中也可以直接从市场上购得，并不限于此。
实施例1：
在-10℃～50℃、氮气保护下，将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BmimCl，0.5mol)加入到三口烧瓶中，然后在不断地搅拌中缓慢加入无水三氯化铝(1mol)，待两种物质完全溶解后，将温度升至80℃，持续加入2h。然后加入氯化亚铜(铝和铜的摩尔比为1:0.01～0.1)，再以相同的温度加热2h至氯化亚铜完全溶解，得到复合离子液体。
实施例2：
在-10℃～50℃、氮气保护下，将盐酸三乙胺(0.5mol)加入到三口烧瓶中，然后在不断地搅拌中缓慢加入无水三氯化铝(1mol)，待两种物质完全溶解后，将温度升至80℃，持续加入2h。然后加入氯化亚铜(铝和铜的摩尔比为1:0.01～0.1)，再以相同的温度加热2h至氯化亚铜完全溶解，得到复合离子液体。
实施例3：
在-10℃～50℃、氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺(0.75mol)加入到三口烧瓶中，然后在不断地搅拌中缓慢加入无水三氯化铝(1mol)，待两种物质完全溶解后，将温度升至80℃，持续加入2h。然后加入氯化亚铜(铝和铜的摩尔比为1:0.01～0.1)，再以相同的温度加热2h至氯化亚铜完全溶解，得到复合离子液体。
实施列4：
将30mL实施例1中制得的复合离子液体和1％的苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为92.89。
实施列5：
将30mL实施例1中制得的复合离子液体和1％的甲苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为92.47。
实施例6：
将30mL实施例2中制得的复合离子液体和1％的苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为91.99。
实施例7：
将30mL实施例2中制得的复合离子液体和1％的甲苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为92.99。
实施例8：
将30mL实施例3中制得的复合离子液体和1％的甲苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为91。
实施例9：
将30mL实施例3中制得的复合离子液体和1％的甲苯加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为50:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为94.39。
对比例1：
将30mL实施例1中制得的复合离子液体加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为9:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为88.54。
对比例2：
将30mL实施例2中制得的复合离子液体加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为9:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为88.65。
对比例3：
将30mL实施例3中制得的复合离子液体加入250mL的高压反应釜中，用氮气冲压至1.0MPa，以1000r/min的转速搅拌，利于双柱塞泵以500mL/h打入异丁烷与C4烯烃混合原料60mL，原料中的烷烯比为9:1，在15℃下反应1min，反应结束后释放未反应的异丁烷。将溶液在分液漏斗在静置，产物分成上下两层，上层为烷基化油，下层为复合离子液体催化剂。上层的烷基化油经过洗涤至中性，即可得到烷基化汽油。经气相色谱检测，可得烷基化油的辛烷值为89.21。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。