一種制備烷基萘的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及潤滑基礎(chǔ)油領(lǐng)域，更具體來說，本發(fā)明涉及烷基萘的合成及其作為第V 類烷基萘型潤滑基礎(chǔ)油的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為普遍用于礦山、機械、建筑、冶金等領(lǐng)域的潤滑油的基礎(chǔ)油主要包括礦物基礎(chǔ) 油和合成基礎(chǔ)油兩大類。礦物基礎(chǔ)油是指由原油提煉加工而成的基礎(chǔ)油。雖然礦物基礎(chǔ)油 被非常廣泛地用于潤滑油領(lǐng)域，而且市場所占份額高達95 %以上，但是在一些對潤滑基礎(chǔ) 油的高溫穩(wěn)定性、流變性等性能具有特別要求的領(lǐng)域中，現(xiàn)有的礦物基礎(chǔ)油均無法有效地 滿足人們所需的要求。從這個意義上來說，合成基礎(chǔ)油對礦物基礎(chǔ)油是有益的補充。合成基 礎(chǔ)油指通過化學(xué)工藝合成的基礎(chǔ)油，合成基礎(chǔ)油有很多種類，常見的有聚a-烯烴（PAO)、 聚丁烯、烷基芳烴以及合成環(huán)烷烴等。美國API根據(jù)基礎(chǔ)油組成的主要特性把基礎(chǔ)油分成 5類：第I類為溶劑精制基礎(chǔ)油，有較高的硫含量和不飽和烴（主要是芳烴）含量；第II類 主要為加氫處理基礎(chǔ)油，其硫氮含量和芳烴含量較低；第III類主要是加氫異構(gòu)化基礎(chǔ)油， 不僅硫、芳烴含量低，而且粘度指數(shù)很高；第IV類為聚a -烯烴（PAO)合成油基礎(chǔ)油；第V 類則是除I-IV類以外的各種基礎(chǔ)油。類別I :硫含量>0.03%，飽和烴含量〈90%，粘度指 數(shù)80-120 ;類別II :硫含量〈0.03%，飽和烴含量>90%，粘度指數(shù)80-120 ;類別III :硫含 量〈0.03%，飽和烴含量>90%，粘度指數(shù)>120 ;類別IV:聚a-烯烴（PAO)合成油。由于人 們在制備合成潤滑油的時候可以根據(jù)最終產(chǎn)物所需的性能要求對原料、反應(yīng)歷程和工藝條 件進行選擇和調(diào)節(jié)，由此可以獲得在熱氧化穩(wěn)定性、高溫/低溫性能、閃點、傾點、稠度、凝 固點等性質(zhì)明顯優(yōu)于礦物基礎(chǔ)油的合成潤滑油。
[0003] 第IV類潤滑油聚a -烯烴（PAO)是潤滑油市場具有重要地位的合成烴類潤滑油， 相比于天然礦物油，其具有良好的低溫流動性，較高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的氧化安定性、較低 的蒸發(fā)損失率以及較高的粘度指數(shù)等特點（美國專利u. S. Pat. NO. 3, 149, 178Hamilton ; 中國專利CN 102070733 A;中國專利CN 101723780 A)。然而，在添加劑溶解性能方 面，其相比于第V類烷基萘型潤滑基礎(chǔ)油則具有較為明顯的劣勢。因為在分子結(jié)構(gòu)組成 方面，具有長碳鏈烷烴類的PA0極性相對較小，而大多數(shù)添加劑都是極性結(jié)構(gòu)化合物， 根據(jù)相似相容原理，烷基萘型潤滑基礎(chǔ)油具有天然的優(yōu)勢，因為這樣可以使添加劑更好 地均勾分散在金屬表面而不受基礎(chǔ)油的干擾（Germany :Tribology and Lubrication Engineering. 2004. 55-60)，同一粘度的烷基萘基礎(chǔ)油的苯胺點要遠低于PAO。
[0004] 烷基萘型潤滑基礎(chǔ)油包含烷基化的萘，由于萘環(huán)具有10電子的大Jr共軛結(jié)構(gòu)和 鏈接的烷基基團，使其也具有非常高的熱穩(wěn)定性、氧化安定性、水解穩(wěn)定性和抗乳化性等特 點。原因是烷基萘基礎(chǔ)油中富電子的萘環(huán)可以吸收氧從而中斷氧化鏈的傳遞，阻止烴的繼 續(xù)氧化，防止氧化的發(fā)生（JACS. 1992. 114. 7719-7726)。
[0005] 烷基萘合成潤滑基礎(chǔ)油即可單獨使用，也可以作為調(diào)和組分與其他類的基礎(chǔ)油調(diào) 和在一起使用，主要用于生產(chǎn)高檔潤滑油和潤滑脂。例如為了減少PA0對于助劑的抗性，美 國專利第5, 602, 086號建議添加5%至45%的烷基萘型合成基礎(chǔ)油進行改善，其也提到使 用酯類基礎(chǔ)油調(diào)和PAO抗助劑性，但熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性會有一定的降低。因此，本領(lǐng)域 迫切需要高效的烷基萘合成技術(shù)。
[0006] 隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對芳香烴的烷基化反應(yīng)進行了大量的研宄，其中催化劑是 決定烷基化反應(yīng)技術(shù)水平的關(guān)鍵因素，最早使用的催化劑主要是無機酸和Lewis酸等（美 國專利第2, 939, 890號和第3, 173, 965號），這些催化劑由于其強酸性對設(shè)備和環(huán)境都有嚴 重影響，不在符合當今我國工業(yè)發(fā)展的要求。另外，美國專利第4, 604, 491號報道了使用硅 鋁白土作烷基化催化劑進行烷基化反應(yīng)，但由于此類催化劑較低催化活性導(dǎo)致烷基化溫度 高達200°C，同時反應(yīng)6小時才能達到較高的轉(zhuǎn)化率，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。近年來使用非均 相催化劑作為芳香烴的烷基化反應(yīng)催化劑的報道較多，如分子篩（美國專利第4, 551，573 號）、改性硅鋁（美國專利第6, 491，809號）等。然而，這些催化劑在制備和使用壽命以及 催化劑再生方面都存在諸多仍待解決的問題。
[0007] 國內(nèi)也對萘的長碳鏈烷基化反應(yīng)也進行了一定的研宄，趙忠奎等人（趙忠奎等， 長碳鏈烷基甲基萘的合成，大連理工大學(xué)學(xué)報，2004, 28, 311-315)對甲基萘的長碳鏈烷基 化反應(yīng)進行了細致的研宄，得出了三氯化鋁催化下的最佳反應(yīng)條件，然而三氯化鋁催化劑， 由于其回收困難，環(huán)境污染嚴重，不符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求。另外楊士釗等人（楊士釗等， 一種高性能烷基萘合成基礎(chǔ)油，化工中間體，2009,07,66-70)進行了三種不同烷基萘的化 學(xué)性質(zhì)的比較研宄，所有的烷基萘均表現(xiàn)出了優(yōu)于PAO的熱氧化安定性。不僅如此，在物理 性質(zhì)方面，多烷基萘在高真空度下還具有較低的揮發(fā)性和良好的熱穩(wěn)定性，但其使用的烷 基化催化劑仍然是高污染性的路易斯酸催化劑。到目前為止，本領(lǐng)域尚未開發(fā)出兼具綠色、 安全、高效、廉價等優(yōu)點的理想的催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的發(fā)明人通過深入研宄，開發(fā)了一種可以有效地進行萘的烷基化反應(yīng)的方 法，該方法使用的催化劑是一種有機鹽，具有良好的水溶性，簡單處理后可以重復(fù)使用，對 設(shè)備沒有明顯的腐蝕性，同時具有良好的烷基化活性，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)條件苛 亥IJ，催化劑對設(shè)備腐蝕嚴重，污染環(huán)境等問題。另外，該方法制備的烷基萘產(chǎn)物具有較高的 收率和良好的物理化學(xué)性質(zhì)，能滿足不同牌號的潤滑油品的要求，既可以單獨使用，也可以 添加到其他基礎(chǔ)油中使用。
[0009] 具體來說，本發(fā)明提供了一種制備烷基萘的方法，所述烷基萘包含一個或多個彼 此相同或不同的c4-c22烷基取代基，所述方法包括以下步驟：在存在三氟甲磺酸鎵催化劑 的條件下，使得萘或a-甲基萘或萘與a-甲基萘的混合物與C 4-C22 a-烯烴發(fā)生烷基化反 應(yīng)，生成所述烷基萘產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述烷基萘包含一個或多個彼此相同或不同的C6-C 2(l烷 基取代基，所使用的a _烯烴是C6-C2(l a _烯烴；更優(yōu)選地，所述烷基萘包含一個或多個彼此 相同或不同的C8_C16烷基取代基，所使用的a -烯烴是C 8_C16 a -烯烴。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述烷基化反應(yīng)的溫度為100-180°C，優(yōu)選為 120-140°C ;所述烷基化反應(yīng)的壓力為0. 1-1. 5atm，優(yōu)選為0. 8-1. Oat