碳酸二甲酯的合成工艺.doc

摘 要
碳酸二甲酯(DMC)是一种对环境友好的绿色化学品,其洁净合成工艺的研究及开发,已引起国内外学者的广泛关注。以CuCl催化剂甲醇液相氧化羰化法合成DMC已实现工业化。由于反应生成了副产物HCl,造成Cl-的流失,不仅造成催化剂失活,同时对反应设备腐蚀严重,污染环境。
论文中制备了CuCl和Schiff碱助剂络合均相催化剂,并采用IR对其进行了表征。考察了不同Schiff碱助剂(助剂:CuCl=1:1)对CuCl催化甲醇液相氧化羰化合成DMC催化性能的影响。结果表明:N-甲基咪唑与CuCl络合制备的催化剂催化活性最高。在120℃,反应压力2.4MPa,反应时间4h条件下,甲醇的转化率达到5.8%,DMC的选择性达到99.9%。对于双配体络合CuCl催化体系,能进一步提高催化活性。在120℃,反应压力2.4MPa,反应时间4h,聚乙烯吡咯烷酮:N-甲基咪唑:CuCl=2:1:1 (摩尔比),甲醇的转化率达到6.6%。结果同时表明,催化体系的Cl-的流失量降低,催化剂的寿命得到了提高。
关键词:氧化羰化甲醇;碳酸二甲酯;铜络合物催化剂

Abstract
Diethyl carbonate (DMC) is an environmentally benign intermediation. It was paid widely attention that the research and development of a green process of synthesis of DMC. Although the process of producing DMC by oxidative carbonization of methanol in the presence of CuCl catalyst system has been industrial, some drawbacks, for instance the production of the by-production HCl , in which not only caused to a leaking of Cl- subsequence by the deactivate of the catalyst, but also a corrosion to the reactor, still need to be overcome.
In this work, a complex catalyst was prepared from CuCl and Schiff base additives and characterized by IR. The effects of different Schiff base additives were investigated. The results showed that high activity was exhibited in the presence of complex catalyst synthesized by N-methylimidazole and CuCl,the methanol conversion was 5. 8%, DMC selectivity reached to 99.9 % at 120 ℃, pressure 2.4 MPa, the reaction time 4 h. At the same condition, catalytic activity was further improved by two-ligands complex CuCl system, methanol conversion is 6.56% (PVP: N-methylimidazole: CuCl = 2:1:1).The result also showed that life of the CuCl/Schiff base additive catalysts was prolonged.
Keywords: oxidative carbonization of methanol;DMC;Cuprous chloride complex catalys
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 文献综述 1
1.1 碳酸二甲酯的性质 1
1.1.1 物理性质 1
1.1.2化学性质 1
1.1.3 碳酸二甲酯的应用 1
1.2 碳酸二甲酯的合成工艺 2
1.3 国内外的研究状况 2
1.4甲醇液相氧化羰化合成碳酸二甲酯的热力学计算 3
1.4.1热力学数据计算 3
1.4.2分析 3
1.5催化反应机理 4
1.6本工作主要研究内容 4
第二章 实验部分 5
2.1实验试剂及仪器 5
2.1.1实验药品 5
2.1.2实验仪器与设备 5
2.1.3催化反应实验流程图 5
2.2实验方法 6
2.2.1试剂的前处理 6
2.2.2催化剂制备 6
2.2.3催化剂的活性评价氧化羰化活性测试 6
第三章 结果与讨论 7
3.1催化剂的表征 7
3.2催化剂的活性评价 7
3.2.1不同铜系化合物的催化活性 7
3.2.2不同配体对CuCl络合的催化评价 8
3.2.3 CuCl/phen/NMI催化体系 8
3.2.4聚乙烯吡咯烷酮与N –甲基咪唑不同摩尔比对催化效果的影响 9
3.3本章小结 9
第四章 结论与建议 10
4.1结论 10
4.2建议 10
参考文献 11
致 谢 12
第一章 文献综述
1.1 碳酸二甲酯的性质
1.1.1 物理性质
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate)简称DMC,分子量为90.08,相对密度1.070,折射率1.3697,熔点4℃,沸点90.1℃。在常温下为无色液体,具有可燃性,爆炸极限为3.8%-21.3%,微溶于水,可与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。1992年被欧洲列为无毒产品,是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料[1,2]。
DMC是优良溶剂,主要特点表现为熔点、沸点范围宽表面张力大、粘度低、介电常数小,与其它物质的相溶性好等[9]。
1.1.2化学性质
由于DMC分子中含有CH3-、CH3O-、CH3O-CO-、-CO-等多种官能团,因而具有良好的反应活性,当DMC的甲基碳原子受到亲核试剂攻击时,烷基-氧键断裂,导致甲基化产物生成,可代替硫酸二甲酯和氯甲烷作为甲基化剂。还可以进行甲酯化及酯交换等反应[3,4]。
1.1.3 碳酸二甲酯的应用
1 代替硫酸二甲酯(DMS)作甲基化剂
硫酸二甲酯(DMS)是一种用途广泛的甲基化剂,但由于有剧毒,空气中含1%的DMS气体时,人体就有致命危险。世界上一些发达家已开始对该产品进行限制使用并逐步淘汰。若用DMC取代DMS安全无毒,且甲基百分数较DMS高,唯一缺点是DMC价格偏高。
2 低毒溶剂
DMC具有优良的溶解性能,其熔、沸点范围窄,表面张力大,低粘度,介质介电常数小,同时具有较高的蒸发温度和较快的蒸发速度,因此可以作为低毒溶剂用于涂料工业和医药行业。从表1.1可以看出,DMC不仅毒性小,还具有闪点高、蒸汽压低和空气中爆炸下限等特点,因此是集清洁性和安全性于一身的绿色溶剂。
表1.1溶剂的性能比较
性能
DMC
丙酮
异丁醇
三氯乙烷
甲苯
1.2 碳酸二甲酯的合成工艺
由于DMC用途广泛且具有极大的潜在市场,近十年来续全世界产量增加了近20倍。目前DMC的工业合成方法有三大类,光气法、酯交换法和羰化合成法。<