[发明专利]一种利用尿素醇解法生产碳酸二甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用尿素醇解法生产碳酸二甲酯的方法。

背景技术

碳酸二甲酯具有多种反应活性的特性和兼具多种优良性能的特点，广泛应用于涂料、食品、医药、燃油添加剂、能源等领域。据不完全统计，碳酸二甲酯作为精细化工合成源头原料已占整个有机精细化工行业12.7％。碳酸二甲酯是一种环保绿色原料，其已在欧洲通过了非毒性化学品的注册登记，被称为“绿色化学品”，被公认为绿色有机合成的“新基石”。同时也可作为其它产品的绿色添加剂。由于其属“绿色化学品”产品，符合可持续发展战略要求，因而世界各国均强化该生产技术研究。

碳酸二甲酯生产工艺早期采用光气甲醇法：原料光气剧毒，环境污染严重生产安全性差，同时副产品氯化氢对设备、管道腐蚀严重，且产品含氯高，由于工艺本身固有的缺陷，限制了该工艺的发展，目前正在被其它非光气工艺取代。之后发展的甲醇氧化羰基法：以一氧化碳、氧气和甲醇为原料，在催化剂的作用下直接合成碳酸二甲酯。此法系统腐蚀性强，设备材质要求高，该技术处于不断完善中。目前国内外主要采用间歇酯交换法生产碳酸二甲酯和丙二醇，原理是利用二氧化碳和环氧丙烷生产碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯和甲醇在碱性催化剂条件下酯交换反应生成碳酸二甲酯和1,2-丙二醇。虽然国内外不断进行连续化生产技术研究，但是，目前酯交换法存在着如下亟待解决的共性关键技术难题：

1、酯交换法生产碳酸二甲酯使用甲醇钠的甲醇溶液做催化剂，核心是甲醇钠起催化作用，工艺成熟，转化率高，缺点是用量大，配料比例是丙碳：甲醇：甲醇钠＝100：126：7。甲醇钠用量大，占生产成本高。

2、碳酸丙烯酯与甲醇酯交换反应生成碳酸二甲酯中，反应产物体系中丙二醇与甲醇钠催化剂难以分离。因为甲醇钠显强碱性，不但容易腐蚀设备还会导致丙二醇与催化剂易生成粘稠聚集体，同时有大量副反应二聚丙二醇和三聚丙二醇等高聚物的产生，逐渐累积于生产装置体系中，为保证生产装置的正常运行必须定期排放，减少丙二醇收率并易造成环境污染。

3、丙二醇回收系统采用减压间歇法精馏或者连续精馏工艺，精馏过程中的丙二醇提馏段时间难以精确控制，2％聚丙二醇高沸物夹带于丙二醇中，使产品质量难以稳定，影响产品的色度；同时系统中的水致使甲醇钠催化剂生成碳酸钠固体而沉积，影响设备正常运行。

4、原料环氧丙烷占用生产成本比例较大，价格变化快，忽高忽低，环氧丙烷的价格直接决定了碳酸二甲酯的利润，而且国内产量低，主要供给聚醚生产行业，很难保证正常原料供给。

因此，急需寻找一种新的碳酸二甲酯生产工艺和新型催化剂。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种利用尿素醇解法生产碳酸二甲酯的方法，本发明还提供了一种可催化尿素和甲醇制备碳酸二甲酯的碱性复合型液态催化剂。本发明用二氧化碳和液氨反应生成尿素，再用尿素和甲醇在碱性复合型液态催化剂条件下反应生成碳酸二甲酯和氨。氨和碳酸二甲酯分别分离回收，碳酸二甲酯作为产品出售，氨和碱性复合型液态催化剂作为原料、催化剂重复利用。本发明的核心是利用低成本易得的碱性复合型液态催化剂替代昂贵的固体的过度元素复合催化剂，大大提高了尿素转化率和产品收率，减少了副反应产生，减少了热能，为节能减排新技术。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用尿素醇解法生产碳酸二甲酯的方法：以二氧化碳和液氨为原料制备尿素，然后以尿素和甲醇为原料，在碱性复合型液态催化剂条件下直接反应制备得到碳酸二甲酯和氨(气氨)；分离得到碳酸二甲酯、氨和碱性复合型液态催化剂，氨作为制备尿素的原料重复利用；碱性复合型液态催化剂作为催化剂重复利用；所述碱性复合型液态催化剂，由甲胺、甲醇钠和甲醇组成，其中，甲胺占25％～35％，甲醇钠占15％～25％，甲醇占45～55％，按重量百分比计。优选的，甲胺占35％，甲醇钠占15％，甲醇50％。

进一步地，所述“以二氧化碳和液氨为原料制备尿素”的具体方式为：

(1)将二氧化碳、液氨置于储罐中，备用；

(2)用泵分别将预热的二氧化碳和液氨(预热到40℃)打入尿素合成塔，在140℃、13兆帕压力条件下反应0.5小时；

(3)从尿素合成塔中合成得到的尿液经过分解、回收、减压蒸发(常规技术手段)得到熔融尿素液(温度140℃，含量＞99.7％)，备用。

进一步地，所述甲醇与尿素的摩尔比为2～3:1。

进一步地，所述碱性复合型液态催化剂的用量为甲醇重量的5％～8％。