[发明专利]合成聚α-烯烃（PAO）的反应分离一体化工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工和石油化工领域，具体为一种润滑油基础油聚α-烯烃（PAO）的反应分离一体化工艺及装置。

背景技术

聚α-烯烃（PAO）作为高档润滑基础油，应用于机械、航空、军工和汽车等领域具有粘度指数高、工作温度范围宽、低温流动性能好、抗氧化能力强、蒸发损失量小、闪点高和倾点低等优点。

PAO生产过程包括长链α-烯烃催化聚合、催化剂去除、蒸馏脱溶剂、加氢饱和等工序获得高饱和度的润滑基础油，基础油的性能主要由原料种类和催化剂性质所决定。其中，90%以上原料来自于乙烯齐聚法合成的α-烯烃，其余为石蜡裂解法制备的α-烯烃或者从费托（F-T）合成油经精馏切割的C₈~C₁₂混合烯烃。另外，不同体系催化剂也会影响PAO的聚合度、分子结构和分子量分布，目前，合成PAO的催化剂主要为均相催化剂，代表性的催化剂有氯化铝催化体系、三氟化硼催化体系、齐格勒-纳塔催化体系、茂金属催化体系和离子液体催化体系等。

US4218330公开了使用BF₃催化聚合C₁₂~C₁₈制备PAO，PAO倾点为-29℃，粘度指数130，100℃运动粘度3.37mm²/s。US5191140公开了以BF₃-正癸醇催化C₆、C₈、C₁₀和C₁₂混合物制备PAO，PAO倾点低于-60℃，粘度指数126，100℃运动粘度6.69mm²/s。

CA104152176公开了采用煤基制备聚α-烯烃合成油的方法，将煤炭间接液化过程产出的α-烯烃粗产品分离得到馏程范围为40℃~275℃、碳数为C₅~C₁₂的α-烯烃组分，催化剂为AlCl₃或AlCl₃与醇类的络合物。制备的PAO粘度指数大于145。CN104250564公开了采用卤化铝和卤化钛催化剂，以煤蜡裂解的α-烯烃为原料，PAO粘度指数大于135，100℃运动粘度6~13mm²/s，凝点不高于-45℃。CN105368489公开了采用煤间接液化生成的轻质油为原料，经过聚合间歇反应、然后通过自来水及碱液洗涤，再经过滤和固定床加氢精制得PAO产品。

目前，均相催化剂在PAO工业化已获得广泛地应用。但是，实际生产过程中均相催化剂体系仍存在较多缺点：（1）均相催化剂和反应液分离非常困难；（2）均相催化剂不能循环回收使用；（3）均相催化剂极易包夹于PAO油相中，在产品洗涤过程中产生大量的废液；（4）均相催化剂采用碱中和，油水分离后产生的废水污染环境。

随着煤化工绿色生产的战略实施，PAO生产均相催化剂体系中存在的催化剂分离、碱性废水及其产生乳化液等问题急需解决。国内外研究人员也尝试采用负载型催化剂制备PAO的研究，这类负载型催化剂是将AlCl₃等催化活性组分负载于大颗粒的无机载体上，无机载体形成的氧-金属链连结使得AlCl₃牢固地附着于无机基本表面。

CN103305263公开了用碱改性AlCl₃/Al₂O₃负载催化剂，催化1-癸烯或C₈~C₁₂的α-烯烃齐聚反应，经过催化剂、洗涤、蒸馏制得PAO收率大于60%，100℃运动粘度10~25mm²/s，氯含量小于2%。CN103657710公开了将活性组分AlCl₃固载于分子筛MCM-22，AlCl₃占催化剂重量组成的2~30%，用固定床合成聚α-烯烃，制得PAO收率大于45~80%，20℃运动粘度23~40mm²/s。

负载型路易斯酸催化剂制备PAO可以解决相均催化剂难以分离的问题，但是负载型催化剂的催化效率远低于均相催化剂，尤其是α-烯烃的转化率和PAO的收率均不能达到工业化应用要求，主要原因是载体颗粒较大，活性组分负载于载体孔隙内，相对于均相催化剂，α-烯烃反应物更难达到负载型催化剂的活性位，这也是目前负载型催化剂催化效率较低的主要原因。缩小载体的尺寸就能减小反应物在孔道内扩散阻力，但是将载体缩小到微米尺度以下，催化剂的固液分离就又成为主要问题。

发明内容