合成碳酸二甲酯的热力学分析与工艺优化

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碳酸二甲酯是一种性能优良、绿色环保的有机化学品,是一种转化温室气体 CO2的潜在有效途径。其合成与应用在近年来受到了越来越多的专家及学者的关注。  首先,对合成碳酸二甲酯的各个工艺进行了热力学分析,结果表明:二氧化碳和甲醇一步合成工艺在热力学上不可行,加入耦合剂后改变了该过程的反应路径,使其在热力学上可行;对目前酯交换工艺用到的耦合剂进行分析比较后,发现以环氧氯丙烷为耦合剂的反应较环氧丙烷在热力学上更为有利;甲醇氧化羰基化工艺作为另一种研究较多的合成D MC工艺,其在热力学上表现出一定的优越性,在低温高压下较为有利。  其次,采用Aspen plus软件分别对以环氧丙烷、环氧氯丙烷为耦合剂的酯交换工艺及甲醇氧化羰基化工艺流程进行了模拟与优化,具体分析了当前两种工艺存在的主要问题:酯交换工艺副产物多、能耗高;甲醇气相氧化羰基化工艺甲醇单程转化率低、分离困难等。在此基础上,提出了一种新的工艺体系—甲醇氧化羰基化-酯交换耦合工艺体系,并对该工艺进行了热力学可行性分析及流程模拟,分析后发现:该耦合工艺的提出使得甲醇转化率大幅提高,一方面可大幅减少甲醇循环量,降低循环能耗,解决酯交换工艺存在的高能耗问题,另一方面降低甲醇/D MC分离难度,可采用一般精馏对二者进行分离;副产物H2O基本完全转化,解决甲醇气相氧化羰基化工艺分离困难问题;50%以上的副产物CO2可转化为有用的有机产品,这可在一定程度上减少碳排放,实现节能减排的目的。  最后,从过程分析来看,甲醇氧化羰基化-酯交换耦合工艺具有一定的优势,但从工业化实现来看,还需在催化剂的选择、制备以及工艺参数方面开展细致深入的研究。
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