苯与丙烯烷基化合成异丙苯是典型的FC反应,属正碳离子机理。在催化剂作用下,其反应机理是:苯与丙烯烷基化,首先生成异丙苯。在质子酸催化作用下,丙烯被活化成异丙基正碳离子,生成的异丙基正碳离子进攻苯环形成络合物,再经质子离去完成该烷基化反应过程。

沸石作为固体酸催化剂,能催化种类繁多的烃化反应。另外,沸石具有接近分子直径的均匀孔道系统,该孔道系统可以有选择地允许小于孔道直径的反应物分子或产物分子进出沸石内部,在沸石上由于孔道的限制作用,不易生成多异丙基苯。

因此,沸石分子筛催化剂具有很高的苯烷基化生成异丙苯的选择性和很低的烯烃歧化反应特性。目前,异丙苯的合成方法主要是以均相三氯化铝法和固体磷酸法为主。

近年来,随着石油工业的不断发展,沸石分子筛作为催化剂和载体在石油加工过程中得到了广泛应用。大连理工大学在大孔沸石分子筛的基础上经改性得到BPA系列分子筛,并对该分子筛成功地进行了苯-丙烯烃化制异丙苯的小试研究。
北京服装学院化工研究所和燕山石化公司化工二厂联合开发了以β沸石为基质的FX系列催化剂,已成功地应用于苯与丙烯烷基化制异丙苯的工艺中。

工业上异丙苯主要通过苯与丙烯在催化剂的作用下发生烷基化反应制备。

我国现有的异丙苯生产技术有AlCl3法、固体磷酸法和分子筛法,其中以分子筛为催化剂的清洁生产工艺所占比例不到20%,而且大多数是引进外国技术,催化剂也依赖进口,造成了成本的升高。但现有FX系列催化剂还存在催化剂装填量大、使用寿命不够长等问题,因此对现有催化剂进行改性,以探索性能更好的催化剂是一项有实际意义的工作。

一般来说,影响催化剂的因素很多,其中比表面积是一个较为重要的因素,影响着催化剂的综合性能Mobil/ Badger合作开发了基于MCM-22和 TRANS-4沸石催化剂的 EMAx液相工艺,1995年实现工业化。MCM-22有十二元环和十元环两种细孔,改善了孔道的扩散性能,提高了催化活性。

用MCM-22替代ZSM-5后,乙苯合成可在低温和低苯/乙烯下进行,单烷基化反应选择性高。 EMAx工艺的收率接近化学计算值,所用乙烯原料的纯度可从80%直到聚合级乙烯。最近开发的MCM-56沸石催化剂与MCM-22一样,为双孔道层状结构沸石。由于MCM-56的c轴不对称程度更高,层状结构的外表面积非常大,因此其外表面活性比MCM-22高且MCM-56对乙苯的选择性最高,副产芳烃的含量极低。

ABB Lummus/UOP开发的 EBOne乙苯工艺,于1990年在日本实现工业化,采用的是EBZ酸性沸石催化剂。第三代催化剂EBZ-600及工艺可使乙苯产量和产品纯度分别达99.7%和99.95%。

另外, CDTECH等公司也开发了沸石催化剂液相乙苯工艺。在此之前,异丙苯工业生产以固体磷酸和AlCl3为催化剂,从20世纪80年代起开始逐渐转向沸石催化剂。

Mobil/ Badger以MCM-22为催化剂的异丙苯生产工艺于1996年在美国得克萨斯州投产。

近年来又开发了MCM-56沸石催化剂工艺,并对不同催化剂下异丙苯合成工艺进行了比较(见表5-7)。

表5-7采用不同催化剂合成异丙苯工艺的比较

沸石催化剂在乙苯和异丙苯合成中的应用-国投盛世

注:催化剂中含质量分数65%的沸石和质量分数35%的Al2O3

由表5-7可见,MCM-56在空速比MCM-22高数倍的情况下具有相等的活性。因此,使用MCM-56催化剂可在不增加设备投资的前提下增加生产量,是今后催化剂开发的方向。