3 DMC的生產工藝
DMC最初的生產方法為光氣法,于1918年即已開發成功,但是光氣的毒性和腐蝕性限制了這一方法的應用,特別是隨著環保受到全世界的重視程度的日益提高,光氣法已經被淘汰。自20世紀80年代開始,對于DMC生產工藝的研究開始受到普遍的關注,據Michael A.Pacheco和Christopher L.Marshall的統計,有關DMC生產工藝的專利自1980-1996年就超過了200項[2]。
20世紀80年代初,意大利的EniChem公司實現了以CuCl為催化劑的由甲醇氧化羰基化合成DMC工藝的商業化,這是第一個實現工業化的非光氣合成DMC的工藝,也是應用最廣的工藝。此工藝的缺陷在于高轉化率時催化劑的失活現象嚴重,因此其單程轉化率僅為20%。
在20世紀90年代,DMC合成工藝的研究得到了迅速的發展:日本的Ube對EniChem公司甲醇氧化羰基化合成DMC的工藝進行了改進,選擇NO為催化劑,這樣避免了催化劑的失活,使轉化率幾乎達到了100%,此工藝已實現了工業化;美國Texaco公司開發了先由環氧乙烷與二氧化碳反應生成碳酸乙烯酯,再與甲醇經過酯交換生產DMC的工藝,此工藝聯產乙二醇,于1992年實現了工業化,此工藝被認為產率較低、生產成本較高,只有當DMC年產量高于55 kt時其投資和成本才可以與其他方法競爭;此外還有一種新興的工藝,即尿素甲醇解反應,若與尿素生產聯合進行可降低成本,此工藝有望實現商業化。
近年來DMC研究開發的重點工藝依然是氧化羰基化法和酯交換法,典型的氧化羰基化法包括ENI液相法、Dow氣相法和UBE常壓氣相法,而通常的酯交換工藝是由碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯與甲醇進行酯交換反應得到DMC。據悉,Shell公司最近開發了一種以環氧丙烷為原料生產DMC并以DMC為原料生產PC的新工藝,該工藝可以明顯降低投資和操作費用,與氧化羰基化工藝相比,每噸PC生產成本降低300美元;此工藝利用了溫室效應氣體二氧化碳,是一種環境友好工藝,可以減少10%碳化物排放。我國也在酯交換工藝研究方面投入了較大的精力,但多集中在實驗室和中試階段,有待于工藝流程的進一步簡化和催化劑的優化方可實現工業化。
1.由氯甲酸甲酯([79-22-1])與甲醇反應而得。反應中所用的原料氯甲酸甲酯是由甲醇與光氣反應得到的,制備時,也可以將這種光氣化產物不經分離,加入過量甲醇回流反應來合成碳酸二甲酯。上述反應叫傳統的光氣法。
2.酯交換法由碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯與甲醇進行酯交換反應,可制得碳酸二甲酯。此法收率高、設備腐蝕性小、反應條件溫和,但原料來源受石化工業發展制約且元素利用率低。
3.氧化羰基化法甲醇、一氧化碳和氧氣在催化劑作用下直接合成碳酸二甲酯。此法原料便宜易得,毒性小,工藝簡單,是最有前途的方法。按工藝條件分類,可分為液相法和氣相法,氣相法又可分為一步法和兩步法。其中,甲醇液相氧化羰基化法和氣相氧化羰基化兩步法已實現工業化,而甲醇氣相氧化羰基化一步法尚在開發中。
4.甲醇與CO2反應合成法。此工藝路線尚在開發中。
5.甲醇與尿素反應合成法。此工藝路線尚在開發中。