苯與丙烯烷基化合成異丙苯是典型的FC反應(yīng),屬正碳離子機理。在催化劑作用下,其反應(yīng)機理是:苯與丙烯烷基化,首先生成異丙苯。在質(zhì)子酸催化作用下,丙烯被活化成異丙基正碳離子,生成的異丙基正碳離子進攻苯環(huán)形成絡(luò)合物,再經(jīng)質(zhì)子離去完成該烷基化反應(yīng)過程。

沸石作為固體酸催化劑,能催化種類繁多的烴化反應(yīng)。另外,沸石具有接近分子直徑的均勻孔道系統(tǒng),該孔道系統(tǒng)可以有選擇地允許小于孔道直徑的反應(yīng)物分子或產(chǎn)物分子進出沸石內(nèi)部,在沸石上由于孔道的限制作用,不易生成多異丙基苯。

因此,沸石分子篩催化劑具有很高的苯烷基化生成異丙苯的選擇性和很低的烯烴歧化反應(yīng)特性。目前,異丙苯的合成方法主要是以均相三氯化鋁法和固體磷酸法為主。

近年來,隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展,沸石分子篩作為催化劑和載體在石油加工過程中得到了廣泛應(yīng)用。大連理工大學(xué)在大孔沸石分子篩的基礎(chǔ)上經(jīng)改性得到BPA系列分子篩,并對該分子篩成功地進行了苯-丙烯烴化制異丙苯的小試研究。
北京服裝學(xué)院化工研究所和燕山石化公司化工二廠聯(lián)合開發(fā)了以β沸石為基質(zhì)的FX系列催化劑,已成功地應(yīng)用于苯與丙烯烷基化制異丙苯的工藝中。

工業(yè)上異丙苯主要通過苯與丙烯在催化劑的作用下發(fā)生烷基化反應(yīng)制備。

我國現(xiàn)有的異丙苯生產(chǎn)技術(shù)有AlCl3法、固體磷酸法和分子篩法,其中以分子篩為催化劑的清潔生產(chǎn)工藝所占比例不到20%,而且大多數(shù)是引進外國技術(shù),催化劑也依賴進口,造成了成本的升高。但現(xiàn)有FX系列催化劑還存在催化劑裝填量大、使用壽命不夠長等問題,因此對現(xiàn)有催化劑進行改性,以探索性能更好的催化劑是一項有實際意義的工作。

一般來說,影響催化劑的因素很多,其中比表面積是一個較為重要的因素,影響著催化劑的綜合性能Mobil/ Badger合作開發(fā)了基于MCM-22和 TRANS-4沸石催化劑的 EMAx液相工藝,1995年實現(xiàn)工業(yè)化。MCM-22有十二元環(huán)和十元環(huán)兩種細(xì)孔,改善了孔道的擴散性能,提高了催化活性。

用MCM-22替代ZSM-5后,乙苯合成可在低溫和低苯/乙烯下進行,單烷基化反應(yīng)選擇性高。 EMAx工藝的收率接近化學(xué)計算值,所用乙烯原料的純度可從80%直到聚合級乙烯。最近開發(fā)的MCM-56沸石催化劑與MCM-22一樣,為雙孔道層狀結(jié)構(gòu)沸石。由于MCM-56的c軸不對稱程度更高,層狀結(jié)構(gòu)的外表面積非常大,因此其外表面活性比MCM-22高且MCM-56對乙苯的選擇性最高,副產(chǎn)芳烴的含量極低。

ABB Lummus/UOP開發(fā)的 EBOne乙苯工藝,于1990年在日本實現(xiàn)工業(yè)化,采用的是EBZ酸性沸石催化劑。第三代催化劑EBZ-600及工藝可使乙苯產(chǎn)量和產(chǎn)品純度分別達99.7%和99.95%。

另外,?CDTECH等公司也開發(fā)了沸石催化劑液相乙苯工藝。在此之前,異丙苯工業(yè)生產(chǎn)以固體磷酸和AlCl3為催化劑,從20世紀(jì)80年代起開始逐漸轉(zhuǎn)向沸石催化劑。

Mobil/ Badger以MCM-22為催化劑的異丙苯生產(chǎn)工藝于1996年在美國得克薩斯州投產(chǎn)。

近年來又開發(fā)了MCM-56沸石催化劑工藝,并對不同催化劑下異丙苯合成工藝進行了比較(見表5-7)。

MCM-56在空速比MCM-22高數(shù)倍的情況下具有相等的活性。因此,使用MCM-56催化劑可在不增加設(shè)備投資的前提下增加生產(chǎn)量,是今后催化劑開發(fā)的方向。