烷基化油是异丁烷和丁烯在强酸催化作用下经过烷基化反应生成的以异辛烷为主的C8异构烷烃混合物,具有不含芳烃、烯烃和硫,高辛烷值,低蒸汽压等优点,是理想的高品质汽油调和组分。目前烷基化油在工业生产上主要以硫酸作为催化剂,但是硫酸工艺存在酸耗大和废酸处理难等问题。本文首先通过在硫酸催化体系中添加离子液体助剂来改善反应体系的界面性质以强化反应过程,提高烷基化油产品质量。研究发现,[OPSIm][HS04]/H2SO4和[Pr3NPS][HS04]/H2SO4两种耦合体系的催化效果最好,最优反应条件为:反应时间15 min,反应温度3℃,酸烃比1:1,[OPSIrrm][HSO4]添加量100 mmol.L-1,而[Pr3NPS][HS04]的最优添加量为200 mmol.L-1。其次,通过分子动力学模拟研究了分子尺度下离子液体助剂对酸烃两相界面性质的调节作用,发现[OPSIm][HS04]和[Pr3NPS][HSO4]均能在一定程度上改善酸烃界面性质,其中[OPSIm][HSO4]能够促进异丁烷在反应界面上的溶解,从而提高反应区域内的烷烯比;[Pr3NPS][HS04]可以显著增加界面厚度,提高过程速率。最后,本文基于Aspen Plus平台建立了包含烷基化反应动力学的反应器用户模型,实现了C4烷基化工艺全流程模拟。通过研究反应温度和原料丁烯种类对烷基化过程的影响,发现当反应温度从14℃降低至0℃时,烷基化汽油产品的辛烷值可以从95.0提高至97.9;模拟结果表明以2-丁烯为原料时烷基化油的辛烷值最高,1-丁烯次之,异丁烯最差。本文研究结果可为C4烷基化过程新工艺的设计和过程优化提供理论依据。