碳酸二甲酯的生产工艺的合成装置和分离装置

碳酸二甲酯的生产工艺的合成装置和分离装置

摘要：简述了碳酸二甲酯的基本性质及几种常见的合成工艺方法，还对其分

离装置进行了简单描述。

关键词：碳酸二甲酯合成装置分离装置基本性质

1前言

碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。

碳酸二甲酯(DMC)也是一种重要的有机化工中间体，由于其分子结构中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基，因而可广泛用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有机合成反应，用于生产聚碳酸酯、异氰酸酯、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯二醇、烯丙基二甘醇碳酸酯、甲胺基甲酸萘酯(西维因)、苯甲醚、四甲基醇铵、长链烷基碳酸酯、碳酰肼、丙二酸酯、丙二尿烷、碳酸二乙酯、三光气、呋喃唑酮、肼基甲酸甲酯、苯胺基甲酸甲酯等多种化工产品。由于DMC无毒，可替代剧毒的光气、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等作为甲基化剂或羰基化剂使用，提高生产操作的安全性，降低环境污染。作为溶剂，DMC可替代氟里昂、三氯乙烷、三氯乙烯、苯、二甲苯等用于油漆涂料、清洁溶剂等。作为汽油添加剂，DMC可提高其辛烷值和含氧量，进而提高其抗爆性。此外，DMC还可作清洁剂、表面活性剂和柔软剂的添加剂。由于用途非常广泛，DMC被誉为当今有机合成的“新基石”。

2碳酸二甲酯的合成方法

2.1甲醇氧化羰基化法

液相泥浆法

意大利ENI公司1983年首次将液相工艺实现工业化，由醇类与c0在催化剂的作用

下发生氧化反应生产DMC。反应方程式如下：

2CH30H+l／202+2CuCl—，2Cu(0CH3)Cl+H20

CO+2Cu(OCH{)Cl_fCH30)2Co+2CuCI

藏相泥浆法的工艺流程如图1所示。甲醇液相氧化羰基化反应p1是在三个连续搅拌的罐式反应器中进行，以氯化哑铜为催化剂，反应温度90～120℃，压力2～3 MPa。一氧化碳被压缩到反应压力后鼓泡进入第一反应器，回收的催化剂及甲醇送入第一反应器，氧分别送入第l、2、3反应器。最终得到DMC的选择性为90％，按甲醇计，其选择性大于98％(质量分数)。催化剂中cu和cl的摩尔比是影响催化剂活性和选择性的重要因素，实验表明归J，c“Cl摩尔比控制在】．o左右，DMc 选择性最高。若向反应器中加入少量Hcl气体，可有效增加催化剂的氯含最和寿命，且不产生设备腐蚀。甲醇液相氧化羰基化工艺，避免了使用剧毒的光气，而采用甲醇、一氧化碳和氧气一步合成DMC。该工艺的成功开发极大地促进了DMc 的工业化进程，但该反应·般在高JK条件下进行，且甲醇单程转化率相对较低；游离氯影响催化剂的寿命和产品质量并对设备产生腐蚀。产物中水的存在使催化剂活性和选择性降低、副产co：增多，而且易导致DMc分解。

另外本方法还有气相间接法和气相直接法。

图1 甲醇氧化羰基化法生产和分离装置

2.2酯交换法

酯交换法是由碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯与甲醇进行酯交换反应合成DMC，其化学反应式如下：

C02+RCHO-÷PC

PC+CH30H—，DMC+R(OH)2

工艺流程如图3所示，整个工艺包括反应精馏、脱轻组分、共沸物分离、溶剂回收、甲醇回收和碳酸丙烯酯回收等六个主要工序，甲醇与DMC在反应精馏塔中形成的共沸物从塔顶蒸出，共沸物组成为埘DMc：所甲醇=30：70，共沸点约为63．5℃。

1992年美1日德士古公司开发了碳酸乙烯酯法工艺，催化剂是IV族均相催化剂负载在含叔胺及季胺功能团的树脂：的硅酸盐等。崔红月等垆1以氧氧化钠为活性组分5A分予筛为载体，负载量15％，反应温度120℃，反应初始压力为O．2 MPa 的反应条件下碳酸丙烯酯的转化率为50．8％，DMC的收率和选择性分别为50_3％和99．0％。Li等p J报道了c02、环氧丙烷和甲醇在KOH／4A分子筛上的一步酯化反应，DMc产率达16．8％。中科院化学所取得了较好的研究结果一J，在反应温度为423 K，c02压力为16．5 MPa下，使用氧化锌负载催化剂，DMC选择性为44％。为提高DMc选择性，高志明等”叫采用四丁基溴化铵和甲醇钠构成的双组分催化荆，催化环氧丙烷(P0)，二氧化碳和甲醇合成DMC，在T=423 K，P=4 MPa条件下，双组分催化剂分两次加入，DMC选择性为55．8％。此法反应条件温和，产品收率高，但原料不易得到，单位体积设备生产能力低，投资较大，且受环氧乙烷和乙二醇价格的影响，只有大规模生产方能参与市场竞争。

图2 酯交换法合成碳酸二甲酯工艺流程图

3展望

目前，DMC合成工艺中酯交换法是比较成熟的，但其仍存在诸多不足。而尿素间接醇解法是一种符合绿色化工要求的工艺，具有良好发展前景，对实现能源结构调整及环保有重要意义。同时甲醇和二氧化碳直接合成DMC也足一种绿色工艺，只要能突破转换率低这一瓶颈问题，则有望实现工业化。