α-烯烴齊聚制備聚α-烯烴合成油催化劑的研究進(jìn)展
- 期刊名字:精細(xì)石油化工
- 文件大?。?/li>
- 論文作者:張耀,段慶華,劉依農(nóng),李玲
- 作者單位:中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院
- 更新時(shí)間:2020-03-23
- 下載次數(shù):次
青細(xì)石油化T第28卷第1期SPECIALITY PETROCHEMICALS2011年1月a-烯烴齊聚制備聚a-烯烴合成油催化劑的研究進(jìn)展張耀段慶華"劉依農(nóng)李玲(中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院,北京100083)摘要:聚a烯烴合成油是合成烴基礎(chǔ)油的- - 種.其性質(zhì)受催化劑影響最為明顯。綜述了c烯烴齊聚均相和多相催化劑研究進(jìn)展情況.包括催化劑發(fā)展歷程、作用機(jī)理.存在問(wèn)題以及T業(yè)產(chǎn)品性能比較。討論了催化劑的活性位點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品分子骨架結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量分布及產(chǎn)品性能的影響.提出了a烯烴齊聚催化劑的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:聚c烯烴合成潤(rùn)滑油 催化劑 齊聚中圈分類號(hào):TE624.93文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A聚a烯烴合成油(PAO)是由a烯烴(主要是BF;-R0H是另一種用于烯烴齊聚的LewisCg~C)在催化劑作用下聚合,再通過(guò)加氫獲得酸催化劑,聚合物中單體結(jié)構(gòu)單元量取決于初始的規(guī)則長(zhǎng)鏈烷烴。PAO分子穩(wěn)定,在廣泛的潤(rùn)滑烯烴.助催化劑類型、反應(yīng)溫度、時(shí)間及壓力,在適油應(yīng)用中,優(yōu)于礦物基礎(chǔ)油。與其他合成油相比,當(dāng)條件下齊聚產(chǎn)物以三聚體為主。三聚體并非單.PAO的綜合性能優(yōu)越,具有高黏度指數(shù)、低揮發(fā)一結(jié)構(gòu),而是由多種異構(gòu)體構(gòu)成,形成異構(gòu)體的原性、低流動(dòng)性、較好的剪切性能及優(yōu)良的高溫氧化因歸因于齊聚中間體發(fā)生CH5或H~轉(zhuǎn)移。安定性。BF:氣體具有非常強(qiáng)的腐蝕性和毒性,其應(yīng)用受PAO的質(zhì)量和性質(zhì)取決于a-烯烴的聚合度到越來(lái)越多的限制2。.及相對(duì)分子質(zhì)量分布,并且受到原料、催化劑、工藝條件等的影響,而催化劑是影響a-烯烴的聚合CH.ICHch,卡Ch.CH)NC HCH,牛幫度及相對(duì)分子質(zhì)量分布的最主要內(nèi)素。不同類型的催化劑對(duì)聚合油的收率、聚合度控制、相對(duì)分子CRICH.)ICH質(zhì)量分布及油品的性能有明顯的影響。目前用于CHIC= HCH).CH;Hna-烯烴聚合催化劑主要有:Lewis酸催化劑、Zie-CHCHe)ICHCHECH(CHu)CHgler-Natta催化劑、茂金屬催化劑.負(fù)載型金屬氧cHCH化物或金屬鹽類催化劑,另外也包括基于離子液CH(CH)>CHCH,CH(CH,),CH,一CH,(CH)CHCH.CH(CH)CHo體的催化劑體系。C° HKCHh),CHLCH.C HCH,).CH|小曲1Lewis酸催化劑Lewis催化劑包括AlCl、AlBr3.R, AIX3-.、圖1烯烴陽(yáng)離子聚合機(jī)理SnCl,、TiCl. SiCl, 、BiCl以及FeCl等,AlCl3是.為避免以上缺點(diǎn),人們開(kāi)發(fā)了非均相Lewis最普遍適用于ar烯烴齊聚的催化劑。工業(yè)生產(chǎn)中酸陽(yáng)離子催化劑。該催化體系主要是由Lewis酸AICI需與H2O、醇、脂肪酸等質(zhì)子給予體或者同催化劑和無(wú)機(jī)多孔物質(zhì)組成,如以具有大、中雙孔R(shí)X.RCOX.(RCO)2O等析出陽(yáng)離子的物質(zhì)絡(luò)合結(jié)構(gòu)的r-Al2O3 為載體,采用氣固反應(yīng)法使.使用以合成不同黏度級(jí)別的產(chǎn)品。該催化劑的優(yōu)AICl;蒸氣與r-Al2O3 表面羥基進(jìn)行反應(yīng),制得點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)便宜,但是分子內(nèi)重排反應(yīng)致使齊聚產(chǎn)物規(guī)整度較差,聚合物分子中含有較多短支收稿日期:2010- 08 -02;慘改稿收到日期:2010-12-15.作者簡(jiǎn)介:張耀(1987 -),在讀碩士。鏈結(jié)構(gòu)間。*通訊聯(lián)系人, E-mail:duangh@ live. com.第28卷第1期張耀.等.a烯烴齊聚制備PAO催化劑的研究進(jìn)展83(r Al2O3)-O-AICl2 催化劑。在AlCl, 固載量能”。如ExxonMobil 公司開(kāi)發(fā)的SpectraSyn(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為15. 1%,反應(yīng)溫度100 C,反應(yīng)時(shí)EliteM PAO基礎(chǔ)油,同傳統(tǒng)PAO相比具有更優(yōu)間3 h條件下.1-癸烯轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%(3.4。固載異的剪切穩(wěn)定性.黏度指數(shù)和低溫性能(見(jiàn)表1)?;疉ICI;不僅解決了環(huán)境污染、產(chǎn)物分離閑難等無(wú)論是傳統(tǒng)ZieglerNatta催化劑還是新型問(wèn)題,而且由于催化劑活性中心是通過(guò)化學(xué)鍵與的茂金屬催化劑都存在反應(yīng)產(chǎn)物和催化劑無(wú)法分載體連在一起的M-O-AICl2.催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)離的缺點(diǎn),由此出現(xiàn)了均相反應(yīng)多相化的趨勢(shì)。定,不易流失。非均相Lewis酸催化劑在ar烯烴目前用于Ziegler-Natta 催化劑負(fù)載化的方法原齊聚方面的研究日前還處于研究階段,較低的催則上可以分為兩類:一類是將催化劑靜態(tài)固定在化活性和轉(zhuǎn)化率以及較短壽命是影響其發(fā)展的障高分子材料或無(wú)機(jī)載體上的問(wèn)載化多相催化問(wèn);另一類是將均相催化劑溶解在與產(chǎn)物不互溶的另2 Ziegler-Natta 催化劑一相中,即催化劑動(dòng)態(tài)“負(fù)載”于其中,進(jìn)行液/液.20世紀(jì)60年代開(kāi)始,Sun Oil. Uniroyal.兩相反應(yīng)的多相催化。后者將在下文離子液體中Chevron等公司在Ziegler-Natta 催化劑催化a-烯做出介紹,對(duì)于前者,采用MgCl2-TiCl, -Et2 AICl烴聚合生產(chǎn)PAO方面做了系列的研究工作,以組成負(fù)載催化劑具有較好的活性,在適當(dāng)條件下Et;Al2Cl或Et;AI/TiCl, 體系催化得到的產(chǎn)品可以達(dá)到143.8 kg/(mol●h)[8]。 負(fù)載Ziegler-具有較好的規(guī)整度和較高的黏度指數(shù)。但Zie-Natta催化劑制備過(guò)程復(fù)雜,齊聚反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)gler-Natta催化劑具有多活性位點(diǎn),烯烴在催化品同樣需要經(jīng)過(guò)洗滌或吸附以脫除殘留的助劑烷劑的不同活性位點(diǎn)下具有不同增長(zhǎng)速率,齊聚產(chǎn)基鋁,經(jīng)濟(jì)性有待于改進(jìn)。物相對(duì)分子質(zhì)最分布得不到有效的控制。新型茂3負(fù)載鉻系催化劑金屬催化劑的開(kāi)發(fā)解決了這一問(wèn)題5i。負(fù)載鏘系催化劑主要包括負(fù)載型氧化鉻、鹵茂金屬是過(guò)渡金屬與環(huán)戊二烯及衍生物相連化鉻,鉻的磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽及銘有所形成的有機(jī)金屬配位化合物,該催化劑具有單機(jī)化合物等。這種催化劑最早是20世紀(jì)50年代-活性位點(diǎn),聚合產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布相對(duì)較由Phillips 公司的Hogan和Banks發(fā)現(xiàn)的,通常窄,具有理想的物化性質(zhì)。例如茂金屬采用二甲稱之為Phillips 催化劑。鉻系催化劑最早應(yīng)用于基硅基雙(四氫茚基)二甲基鋯,活化劑N,N-二聚乙烯的生產(chǎn),由于其聚合產(chǎn)品的通用性強(qiáng),至今甲基苯銨四(五氟笨基)硼酸鹽,共活化劑為三異仍被廣泛采用。丁基鋁,可催化1-癸烯齊聚得到100 C運(yùn)動(dòng)黏度Phillips催化劑在許多本質(zhì)理論方面?zhèn)涫軤?zhēng)在11~300 mm2/s不同級(jí)別的產(chǎn)品,黏度指數(shù)為議,主要體現(xiàn)在叫:1)活性位點(diǎn)的氧化態(tài)的形式;150~249。茂金屬所具有單一的活性位點(diǎn)使產(chǎn)品2)催化劑催化聚合的反應(yīng)機(jī)理;3)催化劑的分M/M,數(shù)值均小于1. 7,剪切安定性(CEC L-45-子結(jié)構(gòu)。普遄認(rèn)為:在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)催化劑要經(jīng)過(guò)T-93)測(cè)試數(shù)據(jù)小于0. 77,具有優(yōu)異的剪切穩(wěn)定Cr(V)被還原為Cr(川)或Cr( | )的誘導(dǎo)期,聚性能間。合反應(yīng)速率隨著Cr(VI)還原過(guò)程的結(jié)束而增大。該過(guò)程是由烯烴和高價(jià)鉻接觸而引發(fā)的,誘導(dǎo)期較長(zhǎng),通常采用CO或H2高溫下將Cr(VI)還原為Cr(I)以消除誘導(dǎo)期10。旦9盟甲基硅基雙(風(fēng)氧市基)- ψ畢餡NN.甲草若核四五氟米年刀酸鹽配體在活化劑與過(guò)渡金屬化合物作用下水解.生成的陰離子使陽(yáng)離子過(guò)渡金屬物質(zhì)穩(wěn)定化,提高了茂金屬的催化效率,a烯烴轉(zhuǎn)化率可提高圖2鉻催化姍烴聚合機(jī)理1]到80%以上,這使得茂金屬工業(yè)應(yīng)用成為可用于a烯烴聚合的還原鉻催化劑主要包括8精細(xì)石油化工2011年1月CrO/SiO2 . CrO-NiSO,/AI2O3. CrO/MCM-41[12]在相對(duì)較高的溫度下對(duì)a烯烴催化活性好,且不等。同其他催化劑相比,鉻系催化劑得到的聚合引起異構(gòu)化、裂化反應(yīng)或氫轉(zhuǎn)移反應(yīng);而Cr(皿)產(chǎn)物具有較低的枝化度(小于0. 19,陽(yáng)離子或能夠在低溫下催化生成高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合產(chǎn)Ziegler-Natta催化得到產(chǎn)物的枝化度均大于物,但不適合作為基礎(chǔ)油使用,升高溫度降低聚合2. 0),因而具有非常高的黏度指數(shù)。這是由于該度的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生刊。ExxonMobil催化劑減少了反應(yīng)中異構(gòu)化、裂解和重排反應(yīng)。公司生產(chǎn)的SpectraSyn UltraTM 150, 300,1000均不同價(jià)態(tài)的鉻對(duì)烯烴的聚合選撣性不同,Cr(I)源于此技術(shù)[1。表1 ExxonMobil 公司不同種類PAO產(chǎn)晶對(duì)比性能SpectraSyn EliteTMSpetraSyn UltraMSpecra SynTM催化劑類型茂金屬CrO一密度(15.6)/(g.cm~)0.849 .0.8500. 853運(yùn)動(dòng)黏度(40 C)/(mm? .s-1)170515001240運(yùn)動(dòng)黏度(100 C)/(mm*●g-1)15615000Noack揮發(fā)性,%0.4黏度指數(shù)0621870傾點(diǎn)/C-33-30閃點(diǎn)/C2822 265283_4離子液體催化劑AlCI3/EtAlCl2構(gòu)成的Lewis 酸離子液體用于乙酸性離子液體同時(shí)擁有液體酸的高密度反應(yīng)烯、丙烯、1-丁烯、1-辛烯齊聚反應(yīng),產(chǎn)物由二聚、活性和固體酸的不揮發(fā)性,加之其結(jié)構(gòu)和酸性的三聚和四聚體組成,其中乙烯轉(zhuǎn)化率為67%,丁可調(diào)變性,正在被人們廣泛認(rèn)識(shí)和接受。將離子烯4%~57%,而只有4%的1-辛烯發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)液體設(shè)計(jì)為酸性,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)Lewis酸催化劑用在離子液體中添加少量的TiCl, 后,烯烴全部參于烯烴齊聚,具有反應(yīng)速度快,綠色無(wú)污染,催化與反應(yīng),齊聚產(chǎn)品含有8~35單體單元[19]。將低劑與產(chǎn)品易分離等優(yōu)點(diǎn)。含氯鋁酸陰離子的離子價(jià)態(tài)鉻鹽負(fù)載到[Bmim]Cl/EtgAlCl離子液體中液體具有可調(diào)的Leiws酸性[15 ,在烯烴聚合方面可以實(shí)現(xiàn)a烯烴選擇性三聚,三聚體選擇性可在應(yīng)用較為廣泛。91%以上,產(chǎn)品保持了鉻系催化劑所擁有的高黏在氯鋁酸酸離子液體中,隨著參與合成的三度指數(shù)的特點(diǎn),同時(shí)離子液體/催化劑相可以循化氯化鋁摩爾分?jǐn)?shù)的變化,陰離子種類也在發(fā)生相利用[20]。應(yīng)的變化。當(dāng)參與合成的三氯化鋁摩爾分?jǐn)?shù)x<表2乙基己酸鉻/離子液體同0.5時(shí),離子液體中Al*+只以AICI; 的形式存BF;/BuOH催化效果對(duì)比在,其他的陰離子是CI- ,相對(duì)于AlCls而言,富性質(zhì)乙基己酸銘/離子液體BF/Bu0H00C運(yùn)動(dòng)黏度/余的CI-是一種弱堿,因此雖然分類為酸性離子(mm2 . 5-12.3116. 60液體,但可表現(xiàn)為弱堿性;x=0.5時(shí),主要是40 C運(yùn)動(dòng)黏度/3.213.83AICI; ,相對(duì)于CI-的堿性和AIC]的酸性,表現(xiàn)黏度指數(shù)130126為中性;當(dāng)x>0.5,則主要形成AlLCIF ,表現(xiàn)出1997年,BP'21]公司報(bào)道了以C,~Cs烯烴為強(qiáng)的L酸性,但離子液體中仍有AICL; 和CI-溶.原料,以離子液體為催化劑生產(chǎn)PAO的方法。于其中,并且存在下面的化學(xué)平衡I6];:2000年,Chevon2]公司以AICI;鹽酸三甲基胺/AICl;+CI-→AICL1,3二乙基氯代咪唑鑰離子液體催化1-癸烯聚AICls+ AICI→Al2CF合,得到100C運(yùn)動(dòng)黏度為31.6mm2/s,黏度指2AICI一=Al!CI +C1-,K=10-18~10-1(40 C)數(shù)為152的PAO.隨后該公司報(bào)道了以離子液2AICIF一-Al,CIi+AICI , K=2.09X 10~0(40 C)2AICIi一Al2Cls+2AICI , K= 10-18~10-17(40 C)體為催化劑的連續(xù)化生產(chǎn)聚a烯烴合成油的方早期的研究多以離子液體為溶劑,溶解Zie-法[]。此外,根據(jù)離子液體的可設(shè)計(jì)性,調(diào)變陽(yáng)gler-Natta或過(guò)渡金屬Ni或Pd復(fù)合物催化烯烴離子配體或添加適當(dāng)?shù)母男晕镔|(zhì)可以改變離子液的齊聚或乙烯聚合17.10]。 如由[C, mim] CI/體的催化效果。第28卷第1期張耀,等.a-烯烴齊聚制備PAO催化劑的研究進(jìn)展85表3不同離子液體催化1-辛烯齊聚效果對(duì)比[24]離子液體種類循環(huán)收率.%M1.M。Mw/M.AlCl+ < 0 N .HCI5575901.47AlCls+(C2 Hs)2NH. HCI8705071.2OHAIC2+只O NCH:--CH.-
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