烷基化反应作为一种重要的合成手段，广泛应用于许多化工生产过程中。在石油炼制工业中，烷基化过程主要用于生产高辛烷值汽油的调合组分。
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烷基化油的优点
烷基化油是由异丁烷和烯烃在酸催化剂的作用下反应生成的。
与含有大量烯烃的催化汽油和含大量芳烃的重整汽油相比，烷基化油具有辛烷值高、敏感性小，不含硫、芳烃、烯烃，燃烧清洁等优点，是航空汽油和车用汽油的理想调和组分。
随着环保要求越来越高，烷基化工艺在炼油厂中应用越来越广泛。
烷基化反应机理
异丁烷与烯烃的烷基化反应十分复杂，有简单的加成反应，还有各种副反应。
加成反应
正碳反应机理：烯烃与催化剂的质子生成一个带正电荷的烃离子。
异丁烷＋异丁烯→三甲基戊烷
异丁烷＋2-丁烯→三甲基戊烷
异丁烷＋1-丁烯→二甲基己烷
异构化反应
1-丁烯→2-丁烯
异丁烷＋2-丁烯→三甲基戊烷
国内外烷基化油情况
美国的调合汽油组分中，催化裂化汽油占38%，重整汽油占24%，烷基化汽油占15%左右。
汽油质量要求最严格的加州，其烷基化汽油比例高达20~25%。
欧盟的汽油组分虽然以重整汽油为主，但烷基化汽油比例远高于我国，约占6%左右。
而我国的调合汽油组分中，催化裂化汽油高达77%左右，重整汽油占15%左右，而烷基化汽油比例仅为0.2%左右。
烷基化技术工艺进展
目前用于规模化生产烷基化油的烷基化工艺主要有硫酸法和氢氟酸法。
但是液体酸催化剂有一定的局限性，近年来，国内外一直在积极开发新一代固体强酸烷基化催化剂及工艺以替代液体酸烷基化工艺技术。
其中以固体酸烷基化技术和离子液体烷基化技术取得的进展最为显著。
据统计，目前全球共有硫酸法烷基化装置余套，氢氟酸法烷基化装置约余套。
传统烷基化技术
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氢氟酸烷基化技术
技术特点
氢氟酸浓度一般保持在90%左右，水分含量在2%以下。
在连续运转中，由于生成有机氟化物和水，因而会降低氢氟酸的浓度，使催化活性下降，并使烷基化油质量下降。故催化剂需用蒸馏方法再生。
优点：
氢氟酸沸点低(19.4℃)，对异丁烷的溶解度及溶解速度均比硫酸大，副反应少，因而目的产物的收率较高。
氢氟酸烷基化工艺与硫酸烷基化工艺相比占用空间少，设计简单，消耗的催化剂少。
缺点：
分离出异丁烷、丙烷、氢氟酸和含氟化合物的成本高于硫酸烷基化技术（UOP的两个反应器串联工艺除外）。
氢氟酸最大的缺点是其剧毒性，氢氟酸易挥发，吸入少量的氢氟酸，就会对人体的骨骼产生巨大的伤害，而且是不可逆转的。
技术发展及工业应用氢氟酸烷基化工艺技术已经使用了60多年，
氢氟酸烷基化专利商：UOP和PHILLIPS（康菲公司）
截至年，我国引进的12套HF烷基化装置全部采用PHILLIPS公司开发的烷基化工艺。
由于氢氟酸催化剂的挥发性、腐蚀性和毒性，受到美国环保部门的禁用，因此近20年新建的烷基化装置已经基本不采用氢氟酸法。
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硫酸烷基化技术技术特点用作烷基化催化剂的硫酸浓度为86%～96%(w)。
硫酸浓度不能太低，以保证反应的顺利进行。当循环酸浓度低于85%时，需要更换新酸。
硫酸浓度又不能太高，因具有氧化性，会促使烯烃氧化。同时，在浓酸中烯烃的溶解度比烷烃高得多，使烷/烯比严重失调，副反应激烈,副产物增多。
为了增加硫酸与原料烃类的接解面，在反应器内需使催化剂与作用物处于良好的乳化状态。
并适当提高酸与烃的比例以利于提高烷基化产物的收率和质量，反应系统中催化剂占反应总体积的40%～60%(v)。
优点：
酸资源丰富，价格便宜，选择性好，可回收，并连续保持活性。
缺点：
硫酸腐蚀设备，酸消耗量大，并且需要设置废酸处理装置，否则环保问题严重。
技术发展及工业应用尽管硫酸烷基化技术存在废酸处理、设备腐蚀等问题，但由于烷基化油的生产越来越引起人们的重视，硫酸烷基化技术在不断改进。
目前主要的硫酸法烷基化专利商包括DuPont（杜邦公司）和LUMMUS（鲁姆斯）。
其中采用杜邦公司技术的烷基化能力居全球之首，杜邦公司拥有硫酸烷基化技术（STRATCO）和废酸再生(MECS)整套技术，在全球烷硫酸烷基化市场中约占80%左右的份额。
国内采用杜邦技术的案例为中海油惠州炼化（16万吨/年，年投产），同时国内还有其他三套装置计划于年开工。
鲁姆斯的CDAlky硫酸法技术近些年在国内也有较多应用，已经和即将投产的装置包括：山东神驰（20万吨/年，年5月投产）、山东海越（60万吨/年，年7月投产）、广西钦州天恒石化（20万吨/年，年4月投产）、云天化（24万吨/年，年投产）。
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传统烷基化技术对比无论硫酸法烷基化或氢氟酸烷基化，酸耗在操作费用中占有很大比重。
在硫酸法中，反应器中硫酸的浓度是保证烷基化油质量的重要因素。
在氢氟酸法中，酸的含水量是影响设备腐蚀和能否长周期安全运行的关键。
硫酸法烷基化和氢氟酸烷基化原料要求对比：
新型烷基化技术
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固体酸烷基化技术
技术特点相对于液体酸技术而言，固体酸烷基化反应具有条件温和、再生方便等特点。
在解决固体酸烷基化反应过程中烯烃叠合问题后，固体酸烷基化汽油性质可与液体酸生产的汽油性质相当。
同时固体酸没有液体酸的腐蚀性和潜在危险性，对设备材质没有特殊要求，工艺安全性高，并且没有废酸处理带来的系列问题。
UOP公司的Alkylene工艺使用的催化剂是Pt–KCl–AlCl3/Al2O3。它是一种真正的固体酸催化剂，但它无法在烷基化反应条件下保持长寿命，催化剂通过异丁烷洗涤和加氢方法再生。
技术发展及应用近年来，许多大型石油公司和科研机构一直致力于固体催化剂的研发工作，其中比较知名的技术有LUMMUS（鲁姆斯）公司的AlkyClean工艺、UOP公司的Alkylene和Inalk工艺、TOPSOE公司的FBA工艺。
国内的科研机构石科院也开发出了烷基化固体酸催化剂及相关技术并于近两年在上海高桥石化和北京燕山石化进行了工业侧线试验，目前该项技术已通过中国石化的技术鉴定。
鲁姆斯的AlkyClean工艺在芬兰的Fortum炼油厂有一套示范装置。
年2月，鲁姆斯第一套10万吨/年的固体酸烷基化装置在山东淄博汇丰石化集团建设开工投产。
年3月，KBR公司宣布与东营市海科瑞林化工有限公司签署了关于K-SAAT固体酸烷基化技术的转让协议，这是该公司K-SAAT固体酸烷基化技术首获国内肯定。
虽然固体酸烷基化技术取得了一定进展，但要彻底取代传统的液体酸技术仍然存在一定的障碍。
其中催化剂失活/再生问题是最难以克服的障碍。同时还需解决诸如原料的适应性、装置操作经济性、固体酸催化剂的高反应活性和选择性等一系列问题。
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离子液体烷基化技术
技术特点离子液体因同时具有液体酸高密度的反应活性位和固体酸的不挥发性。
离子液体催化异构烷烃和烯烃烷基化可以获得辛烷值RON以上的烷基化油，比目前工业硫酸法和氢氟酸法烷基化所得烷基化油的质量更高。
并且离子液体对生产设备几乎无腐蚀，解决了硫酸法和氢氟酸法烷基化对环境及人体危害严重的弊端。
但是，选择性差、产量低限制了离子液体催化剂用于烷基化油的生产。
技术发展及应用近年来，有大量的研究工作在专注离子液体烷基化技术。Chevron和Shell、中国石油大学等公司与机构在这方面做了大量研究工作。
中国石油是目前唯一工业化应用离子液体烷基化技术的公司，该项技术由中国石油大学重质油国家重点实验室开发。
年9月29日12万吨/年离子液体催化碳四烷基化（ILA）装置在山东德阳化工有限公司投产。
离子液体烷基化技术的成功应用，克服了传统浓硫酸与氢氟酸烷基化工艺的诸多缺陷，为我国商品汽油的清洁化和全面质量升级提供了一种崭新的解决方案。
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