硫酸催化碳四烷基化反应超重力强化机制及应用基础研究

Alkylate oil is the unique gasoline blending component which can simultaneously satisfy the requirements of high octane value and clean combustion. Minimizing side effects of polymerizations though the rapid dispersion of alkenes in the reaction mass is the key to obtain alkylation gasoline of high octane value and simultaneously reduce the discharge of waste acid. This project innovatively proposes a novel approach that intensifies the sulfuric acid catalyzed alkylation of C4 by Higee technology to investigate the reaction kinetics of sulfuric acid catalyzed alkylation of C4 with eliminating the influence of transfer-mixing under the high-gravity environment and establish the corresponding molecular dynamics model of alkylation reaction. On the basis of experimental research and computational fluid dynamics (CFD) method, the flow behavior, molecular mixing-transfer and reaction process of multiphase viscous fluid intensified by Higee technology will be studied; the mechanism of intensified catalytic reaction engineering by Higee technology will be revealed; the theoretical model of collaborative behavior of molecular mixing-transfer and reaction of multiphase viscous fluid intensified by Higee technology based on molecular reaction engineering theory will be established. The experimental study and theoretical research can provide the theoretical foundation to develop the new technology of sulfuric acid catalyzed alkylation of C4.

烷基化油是唯一能够同时满足高辛烷值和清洁两个指标的汽油调和组分，实现烯烃在反应物料中的快速分散以减少聚合反应等副反应的发生是获得高辛烷值烷基化油和降低废酸排放的关键。本项目创新性提出超重力强化硫酸催化碳四烷基化反应新思路，研究超重力强化消除传递混合影响环境下的硫酸催化烷基化反应动力学测定方法并建立相应的烷基化反应分子动力学模型，利用实验研究和计算流体力学相结合方法，研究超重力强化多相粘性流体的流动、分子混合/传递及反应过程，揭示超重力强化催化反应工程机制，构建基于分子反应工程理念的超重力多相粘性体系分子混合/传递与反应协同关系的理论模型，为硫酸催化碳四烷基化新技术开发提供理论依据。

碳四烷基化是指异丁烷和烯烃在强酸作用下反应生成烷基化油的过程。烷基化油是唯一能够同时满足高辛烷值和清洁两个指标的汽油调和组分，几乎完美符合国V和国VI汽油质量标准。目前，用于规模化生产烷基化油的烷基化工艺主要有硫酸法和氢氟酸法，但存在安全和环保隐患。面对市场对烷基化油巨大而迫切的需求，对现有烷基化工艺的优化改进以进一步降低生产成本、降低污染物排放是最为明智的选择。强酸催化碳四烷基化反应是快速多相反应过程，实现烯烃在反应物料中的快速分散以减少聚合反应等副反应的发生是获得高辛烷值烷基化油和降低过程能耗、物耗的关键。.本项目创新性提出超重力强化硫酸催化碳四烷基化反应新思路，利用实验研究和计算流体力学相结合方法，研究超重力强化多相粘性流体的流动、分子混合/传递及反应过程，揭示超重力强化催化反应工程机制，构建基于分子反应工程理念的超重力多相粘性体系分子混合/传递与反应协同关系的理论模型，为硫酸催化碳四烷基化新技术开发提供理论依据。.主要成果包括：1）研究了超重力反应器内的流体流动、分子混合、液-液不互溶体系相间传质规律等，阐明了超重力反应器对液-液两相传质和混合效率的强化机制；2）进行了硫酸催化碳四烷基化反应机理研究与分析，完成了超重力硫酸催化碳四烷基化反应的工艺研究，并采用ANN神经网络模型对超重力烷基化过程进行了研究；3）将硫酸改性与超重力过程强化技术相结合，在烷烯比仅为30:1的情况下获得辛烷值为99以上的烷基化油产品，为硫酸烷基化工艺的优化提供了新的选择；4）进行了超重力反应器内黏性流体液相流动及端效应区的CFD模拟，结合传质和分子混合规律的研究结果，设计开发了千吨级硫酸催化碳四烷基化超重力反应器。.本项目发表SCI收录论文7篇；申请国际发明专利1项，申请中国发明专利3项，其中1项中国发明专利获得授权。毕业博士生2名，毕业硕士生1名，在读博士研究生和硕士研究生各1名。