本發明涉及煤化工和石油化工領域，具體為一種潤滑油基礎油聚α-烯烴（PAO）的反應分離一體化工藝及裝置。

背景技術：

聚α-烯烴（PAO）作為高檔潤滑基礎油，應用于機械、航空、軍工和汽車等領域具有粘度指數高、工作溫度范圍寬、低溫流動性能好、抗氧化能力強、蒸發損失量小、閃點高和傾點低等優點。

PAO生產過程包括長鏈α-烯烴催化聚合、催化劑去除、蒸餾脫溶劑、加氫飽和等工序獲得高飽和度的潤滑基礎油，基礎油的性能主要由原料種類和催化劑性質所決定。其中，90%以上原料來自于乙烯齊聚法合成的α-烯烴，其余為石蠟裂解法制備的α-烯烴或者從費托（F-T）合成油經精餾切割的C₈~C₁₂混合烯烴。另外，不同體系催化劑也會影響PAO的聚合度、分子結構和分子量分布，目前，合成PAO的催化劑主要為均相催化劑，代表性的催化劑有氯化鋁催化體系、三氟化硼催化體系、齊格勒-納塔催化體系、茂金屬催化體系和離子液體催化體系等。

US4218330公開了使用BF₃催化聚合C₁₂~C₁₈制備PAO，PAO傾點為-29℃，粘度指數130，100℃運動粘度3.37mm²/s。US5191140公開了以BF₃-正癸醇催化C₆、C₈、C₁₀和C₁₂混合物制備PAO，PAO傾點低于-60℃，粘度指數126，100℃運動粘度6.69mm²/s。

CA104152176公開了采用煤基制備聚α-烯烴合成油的方法，將煤炭間接液化過程產出的α-烯烴粗產品分離得到餾程范圍為40℃~275℃、碳數為C₅~C₁₂的α-烯烴組分，催化劑為AlCl₃或AlCl₃與醇類的絡合物。制備的PAO粘度指數大于145。CN104250564公開了采用鹵化鋁和鹵化鈦催化劑，以煤蠟裂解的α-烯烴為原料，PAO粘度指數大于135，100℃運動粘度6~13mm²/s，凝點不高于-45℃。CN105368489公開了采用煤間接液化生成的輕質油為原料，經過聚合間歇反應、然后通過自來水及堿液洗滌，再經過濾和固定床加氫精制得PAO產品。

目前，均相催化劑在PAO工業化已獲得廣泛地應用。但是，實際生產過程中均相催化劑體系仍存在較多缺點：（1）均相催化劑和反應液分離非常困難；（2）均相催化劑不能循環回收使用；（3）均相催化劑極易包夾于PAO油相中，在產品洗滌過程中產生大量的廢液；（4）均相催化劑采用堿中和，油水分離后產生的廢水污染環境。

隨著煤化工綠色生產的戰略實施，PAO生產均相催化劑體系中存在的催化劑分離、堿性廢水及其產生乳化液等問題急需解決。國內外研究人員也嘗試采用負載型催化劑制備PAO的研究，這類負載型催化劑是將AlCl₃等催化活性組分負載于大顆粒的無機載體上，無機載體形成的氧-金屬鏈連結使得AlCl₃牢固地附著于無機基本表面。

CN103305263公開了用堿改性AlCl₃/Al₂O₃負載催化劑，催化1-癸烯或C₈~C₁₂的α-烯烴齊聚反應，經過催化劑、洗滌、蒸餾制得PAO收率大于60%，100℃運動粘度10~25mm²/s，氯含量小于2%。CN103657710公開了將活性組分AlCl₃固載于分子篩MCM-22，AlCl₃占催化劑重量組成的2~30%，用固定床合成聚α-烯烴，制得PAO收率大于45~80%，20℃運動粘度23~40mm²/s。

負載型路易斯酸催化劑制備PAO可以解決相均催化劑難以分離的問題，但是負載型催化劑的催化效率遠低于均相催化劑，尤其是α-烯烴的轉化率和PAO的收率均不能達到工業化應用要求，主要原因是載體顆粒較大，活性組分負載于載體孔隙內，相對于均相催化劑，α-烯烴反應物更難達到負載型催化劑的活性位，這也是目前負載型催化劑催化效率較低的主要原因。縮小載體的尺寸就能減小反應物在孔道內擴散阻力，但是將載體縮小到微米尺度以下，催化劑的固液分離就又成為主要問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種集聚合反應和磁分離為一體的PAO催化聚合和催化劑磁分離的工藝和裝置，解決傳統工藝存在的催化劑分離困難、過濾速率慢、生產效率低的問題。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種合成聚α-烯烴（PAO）的反應分離一體化裝置，包括反應器主體，所述反應器主體外面設有夾套，所述夾套上端設置加熱/冷卻介質出口，下端設置加熱/冷卻介質入口；所述反應器主體內中心裝有由電機帶動的攪拌器，所述反應器主體內壁固定有電磁吸盤，所述反應器主體外部裝有電磁吸盤控制器，所述電磁吸盤控制器控制電磁吸盤的開啟和閉合；所述反應器主體的頂部設有加料口和測溫口，底部設有排料口。

應用于上述裝置的合成聚α-烯烴（PAO）的反應分離一體化工藝，如下：將原料α-烯烴和磁性路易斯酸催化劑投加到分離一體化裝置的反應器主體內部，控制反應溫度和反應壓力進行聚合反應；反應結束，開啟電磁吸盤控制器電源，位于反應器主體內部的電磁吸盤產生磁場，磁性路易斯酸催化劑在電磁吸盤上聚集吸附，分離出磁性路易斯酸催化劑的反應液排出反應釜進入一道工序；再加入原料α-烯烴，關閉電磁吸盤電源，開啟攪拌，磁性路易斯酸催化劑重新分散于液相，反應后，再進行磁分離，循環使用。

本發明中磁性路易斯酸催化劑屬現有產品，采用超順磁性納米磁性顆粒為載體，通過化學控制方法將催化活性組分（路易斯酸催化劑）負載于磁性顆粒表面，形成具有殼核結構或混合型結構的磁性路易斯酸催化劑。將原料α-烯烴和磁性路易斯酸催化劑按比例加入聚合反應器，聚合反應完成后，將含有磁性路易斯酸催化劑的反應液通過磁分離單元分離，在外磁場的作用下，使反應液中的磁性路易斯酸催化劑快速聚集和沉積，實現催化劑與反應清液的快速高效分離。由于磁性路易斯酸催化劑的整體尺度仍控制在納米范疇，在不同溶劑中具有良好的分散性，使得反應物與磁性路易斯酸催化劑上的活性基團有著更為緊密的接觸，其轉化率和選擇性等均優于塊狀或大顆粒負載催化劑。需要固液分離時，在外加磁場的作用下，磁性路易斯酸催化劑被快速磁化，在磁場環境下聚集，從反應系統中分離出來；當撤消外部磁場時，磁性路易斯酸催化劑的磁性消失，又可以重新分散在液相中，達到催化劑重復使用的功能。磁性路易斯酸催化劑使得多相催化劑“均相化”，并使均相催化劑“多相化”，同時具備懸浮態和負載型催化劑的特征。PAO合成過程中使用磁性路易斯酸催化劑不僅可以提高PAO產率，也可以方便快速分離反應液中的催化劑。

所述的磁性路易斯酸催化劑可以選擇AlCl₃/SiO₂/Fe₂O₄，AlCl₃/SiO₂/NiFe₂O₄，AlCl₃/SiO₂/CoFe₂O₄，AlCl₃/SiO₂/BaFe₂O₄，AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/Fe₂O₄，AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/NiFe₂O₄，AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/CoFe₂O₄，AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/BaFe₂O₄中的任意一種或幾種的混合物。磁性路易斯酸催化劑的內核具備超順磁性，外層是催化活性組分，中間層是起保護作用的惰性層，磁性路易斯酸催化劑處于外磁場時具有磁性，當去掉外磁場后，剩磁很快消失。

所述的原料為1-辛烯，1-壬烯，1-癸烯，1-11烯，1-12烯任意一種或幾種的混合物。也可以是來自石蠟裂解烯烴的C₈~C₁₂烯烴混合物或煤制油分離C₈~C₁₂烯烴混合物。α-烯烴和磁性路易斯酸催化劑按比例控制在1~5%（質量百分比）。反應溫度為40℃~120℃，反應壓力為0.1~5MPa，反應時間為2~10小時。

由于磁性路易斯酸催化劑的粒徑細小，現有的磁分離器對于磁性路易斯酸催化劑進行固液分離時，存在的磁性路易斯酸催化劑受宏觀流動影響來不及磁化而流失的缺點。同時，磁性路易斯酸催化劑通過泵輸送在管道中也極易磨損而流失。

本發明中反應分離一體化工藝及裝置將電磁吸盤設置于反應器的內部，不需是泵輸送到反應器內，也能解決磁性路易斯酸催化劑在輸送過程和管壁摩擦而磨損的問題。反應分離一體化工藝及裝置在反應過程中，不開啟電磁吸盤電源，不產生磁場，不影響聚合反應效果。當反應結束后，開啟電磁吸盤電源，電磁吸盤產生磁場，反應液和電磁吸盤的磁場面接觸，極易磁化聚集，離磁場較遠的液體，在攪拌作用下，極大增加了液體中磁性路易斯酸催化劑的磁化幾率，極好地實現了磁性路易斯酸催化劑和PAO反應液的分離。

本發明中反應分離一體化工藝及裝置可以極大地縮短PAO生產工藝，減少生產裝置數量，節省催化劑分離能耗，降低PAO的生產成本，實現PAO綠色環保高效地生產。

附圖說明

圖1表示合成聚α-烯烴（PAO）的反應分離一體化工藝及裝置的結構示意圖。

圖中，1-反應器主體，2-反應器夾套，3-電機，4-攪拌器，5-加料口，6-測溫口，7-排料口，8-加熱/冷卻介質出口，9-加熱/冷卻介質入口，10-電磁吸盤，11-電磁吸盤控制器，12-反應器支座。

具體實施方式

下面對本發明的具體實施例進行詳細說明。

實施例1

一種合成聚α-烯烴（PAO）的反應分離一體化裝置，如圖1所示，包括反應器主體1，所述反應器主體1外面設有夾套2，所述夾套2上端設置加熱/冷卻介質出口8，下端設置加熱/冷卻介質入口9；所述反應器主體1內中心裝有由電機3帶動的攪拌器4，所述反應器主體1內壁固定有電磁吸盤10，所述反應器主體1外部裝有電磁吸盤控制器11，所述電磁吸盤控制器11控制電磁吸盤10的開啟和閉合；所述反應器主體1的頂部設有加料口5和測溫口6，底部設有排料口7；所述反應器主體1位于反應器支座12之上。

實施例2

取1m³的1-癸烯溶液加入的帶夾套攪拌反應釜，加入5%（質量分率）的AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/NiFe₂O₄，開啟攪拌，調節溫度為80℃，反應壓力控在0.1MPa，反應時間為3h后，開啟電磁吸盤控制器，磁分離出AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/NiFe₂O₄催化劑，再經過蒸餾脫除輕分，加氫后得到PAO產品。檢測PAO產品，粘度指數為130，100℃運動粘度為12mm²/s，凝點為50℃。

實施例3

取1m³的1-壬烯溶液加入的帶夾套攪拌反應釜，加入4%（質量分率）的AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/Fe₂O₄，開啟攪拌，調節溫度為75℃，反應壓力控在0.5MPa，反應時間為5h后，開啟電磁吸盤控制器，磁分離出AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/Fe₂O₄催化劑，再經過蒸餾脫除輕分，加氫后得到PAO產品。檢測PAO產品，粘度指數為125，100℃運動粘度為10mm²/s，凝點為45℃。

實施例4

取1m³的1-辛烯溶液加入的帶夾套攪拌反應釜，加入4%（質量分率）的AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/CoFe₂O₄，開啟攪拌，調節溫度為40℃，反應壓力控在0.1MPa，反應時間為10h后，開啟電磁吸盤控制器，磁分離出AlCl₃+TiCl₄/SiO₂/CoFe₂O₄催化劑，再經過蒸餾脫除輕分，加氫后得到PAO產品。檢測PAO產品，粘度指數為115，100℃運動粘度為8mm²/s，凝點為20℃。

實施例5

取1m³的煤制油費托合成油經精餾分離C₈~C₁₂烯烴混合物加入的帶夾套攪拌反應釜，加入3%（質量分率）的AlCl₃/SiO₂/CoFe₂O₄，開啟攪拌，調節溫度為120℃，反應壓力控在0.2MPa，反應時間為5h后，開啟電磁吸盤控制器，磁分離出AlCl₃/SiO₂/CoFe₂O₄催化劑，再經過蒸餾脫除輕分，加氫后得到PAO產品。檢測PAO產品，粘度指數為150，100℃運動粘度為11mm²/s，凝點為53℃。

實施例6

取1m³的石蠟裂解烯烴的C₈~C₁₂烯烴混合物加入的帶夾套攪拌反應釜，加入1%（質量分率）的AlCl₃/SiO₂/CoFe₂O₄，開啟攪拌，調節溫度為90℃，反應壓力控在0.3MPa，反應時間為4h后，開啟電磁吸盤控制器，磁分離出AlCl₃/SiO₂/CoFe₂O₄催化劑，再經過蒸餾脫除輕分，加氫后得到PAO產品。檢測PAO產品，粘度指數為130，100℃運動粘度為9mm²/s，凝點為40℃。

本實施例極大地縮短了PAO工藝流程，減少了生產裝置數量，節省催化劑分離能耗，降低了PAO的生產成本，實現PAO的綠色、環保、高效地生產。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照本發明實施例進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明的技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋權利要求保護范圍中。