什么是烷基化?

什么是烷基化?

[拼音]：wanjihua

[外文]：alkylation

利用加成或置换反应将烷基引入有机物分子中的反应过程。烷基化反应作为一种重要的合成手段，广泛应用于许多化工生产过程。

沿革

1879年，德国人M.M.贝尔松首先用三氯化铝作催化剂由苯和乙烯制得乙苯，但直至20世纪40年代，此法才实现工业化。30年代末建立了第一套用硫酸作催化剂的异丁烷与丁烯的烷基化反应，生产高辛烷值汽油调合组分的工业装置；随着第二次世界大战对航空汽油的大量需要，该法迅速发展。40年代，美国壳牌公司开发了用硫酸作催化剂由丙烯与苯液相烷基化制异丙苯的生产装置，与此同时还开发了用磷酸硅藻土作催化剂的气相烷基化法。以后于1959年由美国环球油品公司开发的阿尔卡法和1975年由美国莫比尔石油公司开发的莫比尔－贝捷法，都是用气相催化法生产乙苯的烷基化装置。

反应类型

烷基化反应可分为热烷基化和催化烷基化两种。由于热烷基化反应温度高，易产生热解等副反应，所以工业上都采用催化烷基化法。主要的催化烷基化有：

（1）烷烃的烷基化，如用异丁烯使异丁烷烷基化得高辛烷值汽油组分：

②芳烃的烷基化，如用乙烯使苯烷基化：

③酚类的烷基化，如用异丁烯使对甲酚烷基化：

催化剂

工业上催化烷基化过程可分为液相法和气相法两种，所用催化剂互不相同。

液相烷基化催化剂

主要用：

（1）酸催化剂，常用的有硫酸和氢氟酸。异丁烷用丙烯、丁烯进行的烷基化，目前以应用氢氟酸为多。苯用高碳烯烃或用C10～C18的氯化烷进行的烷基化，以及酚类的烷基化，则以应用硫酸为多。

（2）弗瑞德-克来福特催化剂，如氯化铝-氯化氢和氟化硼-氟化氢等，常用于苯与乙烯、丙烯以及高碳烯烃的烷基化，以及酚类的烷基化等过程。

气相烷基化催化剂

主要用：

（1）固体酸催化剂，如磷酸硅藻土等，用于苯与乙烯、丙烯，萘与丙烯的烷基化；

（2）金属氧化物催化剂，如氧化铝、氧化铝－氧化硅、镁和铁的氧化物以及活性白土等，常用于苯与乙烯、酚和甲醇进行烷基化反应等。

（3）分子筛催化剂，如ZSM-5型分子筛催化剂，主要用于苯与乙烯进行烷基化的过程。

过程条件

烷基化是放热反应，反应热一般为80～120kJ/mol，因此，反应热的移除至关重要。从热力学观点来看，在很宽的温度范围内，均可使反应接近完全，只在温度很高时，才有明显的逆反应。液相反应所用催化剂一般活性较高，反应可在较低温度（0～100°C）下进行。采用适当的压力是为了维持反应物呈液相以及调节反应温度。为了减少烯烃的聚合以及多烷基化物的生成，常采用较高的烷烯或苯烯摩尔比（5~14:1）以及较短的停留时间。工业上为了使苯和烷基化剂得到有效利用，常将多烷基化物循环送回反应器，使之与苯发生烷基转移反应，以生成一烷基苯。原料中的乙炔、硫化物和水对催化剂有害，应预先除去。气相烷基化所用催化剂活性一般较低，故须在较高温度（150～620°C）下进行反应，压力通常在1.4～4.1MPa，苯烯摩尔比为3～20:1。原料中的硫化物及水易使催化剂中毒，必须预先脱除。

反应器

液相烷基化可在卧式或塔式反应器内进行，反应热可由反应器（卧式）内的冷却管或蒸发制冷而移除。为了保证反应物和酸的充分混合以及控制一定的停留时间，可采用搅拌、循环、加挡板或采用多级串联式反应器。由于催化剂有腐蚀性，反应器须用耐腐蚀材料衬里。气相烷基化对设备无腐蚀，一般使用列管式固定床反应器，也可用多段激冷式绝热反应器。

工业应用

在石油炼制工业中，烷基化过程主要用于生产高辛烷值汽油的调合组分。例如：异丁烷用丙烯或丁烯进行烷基化，得到烷基化油，这是烷基化过程的最早应用。苯用丙烯进行烷基化生产异丙苯，开始也是作为汽油的掺合剂，现在是生产苯酚和丙酮的主要原料。现在烷基化过程主要用于生成多种重要有机产品。例如：苯用乙烯进行烷基化生产乙苯，苯用C10～C18烯烃进行烷基化生产合成洗涤剂原料高碳数烷基苯。此外，甲苯用丙烯进行烷基化得到的甲基异丙苯，经过氧化及异构化可生产间甲酚；甲苯与乙烯反应可生产乙烯基甲苯。间二甲苯经异丁基化可生产二甲苯麝香。1，2，4-三甲苯用甲醇或氯甲烷进行烷基化，可生产1，2，4，5-四甲苯。苯酚用异丁烯进行烷基化可生成叔丁基苯酚，用二异丁烯进行烷基化可生成对辛基苯酚。