一种碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的方法及装置与流程

本发明属于有机化学中酯类化合物合成技术，具体的说是一种碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的方法及装置。

背景技术：

碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，dmc)，是一种低毒、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。

长链烷基碳酸酯是一种透明液体或油状物，具有较低的倾点和良好的润滑性、耐磨性、自清洁性、耐腐蚀性以及较高的热氧化稳定性，与烃类油相比较有很好的可溶性，可生物降解，是一种很好的润滑油基材。酯交换合成长链烷基碳酸酯是一种清洁的生产工艺路线，具有反应条件温和，反应过程中不产生污染，副产物可以循环利用等特点。因此碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的方法在催化合成长链烷基碳酸酯领域可以预见有良好的发展前景。

目前，国内外制备碳酸二仲辛酯的研究较少，合成长链烷基碳酸酯还存在转化率低，选择性差的缺点。本发明目的在于提供一种碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的方法：

将碳酸二甲酯与仲辛醇混合均匀，在催化剂的条件下进行转酯化反应，离心收集上清液得到甲基仲辛基碳酸酯；

将上述所得甲基仲辛基碳酸酯与仲辛醇混合均匀，在利用上述催化剂的条件下进行二次转酯化反应，反应后精馏得纯度为99.8-99.99％的碳酸二仲辛酯。

所述将碳酸二甲酯与仲辛醇混合均匀，于70～120℃下经催化剂进行转酯化反应2-6h，离心收集上清液得到甲基仲辛基碳酸酯；

其中，碳酸二甲酯和仲辛醇的摩尔比为1：2～20，催化剂质量为碳酸二甲酯的0.8-1.2％；催化剂为甲醇钠、k2co3或钛酸四丁酯。

所述转酯化反应后产物进行离心，离心除去催化剂，取上清液在80-100℃、脱醇，脱酯1-3h，获得甲基仲辛基碳酸酯；所述离心速率为4000-8000r/min，离心时间为8-20min。

所述将所得甲基仲辛基碳酸酯与仲辛醇混合均匀，在150～200℃、常压下，经催化剂进行二次转酯化反应2-6h；其中，甲基仲辛基碳酸酯与仲辛醇的摩尔比为1:4-15，催化剂质量为甲基仲辛基碳酸酯质量的0.8-1.2％，所述催化剂为甲醇钠、异丙醇钠或乙醇钠。

所述二次转酯化反应所得产物在150～200℃、脱醇3-5h，脱醇后于160-220℃，压力为1-5kpa进行精馏。

所述两步转酯化后分别进行脱醇处理，分别收集甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，回收甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇可回收再利用。

一种碳酸二甲酯两步转酯化合成碳酸二仲辛酯的专用装置，装置包括精馏装置，轻组分回收装置(包括甲醇吸附装置和碳酸二甲酯回收装置)，仲辛醇回收装置和反应釜，反应釜精馏装置、离心装置、轻组分回收装置(包括甲醇吸附装置和碳酸二甲酯回收装置)和仲辛醇回收装置分别通过待阀的管路与反应釜相连；轻组分回收装置和仲辛醇回收装置之间通过待阀的管路相连通。

所述反应釜上部插设有冷凝管回流管，反应釜外部的底部设有加热器，反应釜一端设有进料口；离心装置另一端通过待阀的管路与回收装置相通。

本发明与现有技术相比的具有以下优势：

采用本发明方法可绿色高效地获得碳酸二仲辛酯，所采用的“两步法”合成长链烷基碳酸酯，其工艺是在催化剂条件下，以碳酸二甲酯、仲辛醇为原料的液相体系，碳酸二甲酯先转化为甲基仲辛基碳酸酯，提纯的甲基仲辛基碳酸酯再与仲辛醇转酯化生成碳酸二仲辛酯，该方法经济成本低，转化率较高，对仪器设备要求低，避免了强烈的毒性和化学腐蚀性对环境影响小，且原料都可循环利用；进一步的说：

1.本发明以碳酸二甲酯为起始原料，原料易得，成本低，通过两步转酯化反应，得到目标产物碳酸二仲辛酯，纯度高，选择性好，操作控制和工艺简单，无副反应，实现了甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇的循环利用，降低了生产成本。

2.本发明的合成工艺中避免了危险品的使用和产生，安全可靠；后处理方法离心和精馏，简单便捷，进一步降低了成本，合成方法科学环保，具有很好的工业化生产的前景。

附图说明

图1为合成碳酸二仲辛酯的原理图；

图2为本发明实施例提供的合成碳酸二仲辛酯的步骤图；

图3为本发明方法及装置的工艺流程图；其中：1、精馏装置，2、离心装置，3、回收装置，4、进料口，5、轻组分回收装置(包括甲醇吸附装置和碳酸二甲酯回收装置)，6、仲辛醇回收装置，7、反应釜，8、搅拌器，9、冷凝回流管，10、加热器，11-19、阀门。

表1为本发明所得高端酯类润滑油的产品技术参数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明，但本发明并不仅限于如下实施方式。

实施例1

如图3所示，包括如下步骤：

步骤一：打开阀门19将碳酸二甲酯通过进料口4加入到反应釜7；打开阀门18将仲辛醇由重组分回收装置6注入到反应釜7中，关闭阀门16；将催化剂由进料口4加入至反应釜7中，关闭阀门19，95～115℃下反应2-6h，挥发的碳酸二甲酯通过冷凝回流管9进入反应釜7中。

步骤二：反应结束后，打开阀门12将反应釜7内反应混合溶液注入离心机2离心8-20min；打开阀门14将轻相输送到反应釜7中，关闭阀门14，打开阀门13将催化剂和杂质的重相混合物输送到回收装置3中，关闭阀门13；打开阀门15，加热器10加热至80-100℃蒸馏1-3h，回收多余的甲醇和碳酸二甲酯进入轻组分回收装置5，回收结束后关闭阀门15，反应釜7中得到甲基仲辛基碳酸酯。

步骤三：打开阀门18将仲辛醇由仲辛醇回收装置6加入到反应釜7中，关闭阀门18；打开阀门19将催化剂由进料口4加入到反应釜7中，关闭阀门19；加热器10加热至180～200℃下反应2-6h，挥发的仲辛醇通过冷凝回流管回流9进入反应釜7中。

步骤四：反应结束后，打开阀门17，加热器10加热到180-200℃蒸馏3-5h，回收多余的仲辛醇进入6，回收结束后关闭阀门17；打开阀门11将混合溶液输送到精馏装置1中，关闭阀门11，将混合溶液在精馏装置1中进行精馏并回收碳酸二仲辛酯。

实施例2

首先将900g碳酸二甲酯与433g仲辛醇混合均匀(摩尔比为3:1)，加入9g甲醇钠催化剂(甲醇钠质量为碳酸二甲酯质量的1％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，4000r/min离心20min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯1.13kg，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与3906g仲辛醇混合(摩尔比为1:5)，加入11.3g甲醇钠催化剂(甲醇钠用量为甲基仲辛基碳酸酯质量的1％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为1kpa，得到925g碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为81.67％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.99％。

实施例3

首先将900g碳酸二甲酯与1.3kg仲辛醇混合均匀(摩尔比为1:1)，加入9g甲醇钠催化剂(甲醇钠质量为碳酸二甲酯质量的1％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，8000r/min离心10min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯1880g，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与1.3kg仲辛醇混合(摩尔比为1:1)，加入9g甲醇钠催化剂(甲醇钠用量为仲辛醇质量的1％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为5kpa，得到1.49kg碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为79.25％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.82％。

实施例4

首先将90g碳酸二甲酯与1.3kg仲辛醇混合均匀(摩尔比为1:10)，加入10.8g碳酸钾催化剂(碳酸钾质量为碳酸二甲酯质量的1.2％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，8000r/min离心15min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯169.2g，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与1170g仲辛醇混合(摩尔比为1:10)，加入2g碳酸钾催化剂(碳酸钾用量为仲辛醇质量的1.2％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为2mpa，得到146.6g碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为86.65％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.16％。

实施例5

首先将900g碳酸二甲酯与260g仲辛醇混合均匀(摩尔比为5：1)，加入9.9g甲醇钠催化剂(甲醇钠质量为碳酸二甲酯质量的1.1％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，4000r/min离心17min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯355.2g，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与1719g仲辛醇混合(摩尔比为1:7)，加入4.3g碳酸钾催化剂(碳酸钾用量为甲基仲辛基碳酸酯的1.2％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为5kpa，得到309.3g碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为87.08％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.88％。

实施例6

首先将900g碳酸二甲酯与3.9kg仲辛醇混合均匀(摩尔比为1：3)，加入9g钛酸四丁酯催化剂(钛酸四丁酯质量为碳酸二甲酯质量的1％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，4000r/min离心17min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯1692g，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与5850g仲辛醇混合(摩尔比为1:5)，加入16.9g钛酸四丁酯催化剂(钛酸四丁酯用量为甲基仲辛基碳酸酯的1％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为5kpa，得到1385g碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为81.89％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.56％。

实施例7

首先将900g碳酸二甲酯与6.5kg仲辛醇混合均匀(摩尔比为1：5)，加入9g甲醇钠催化剂(甲醇钠质量为碳酸二甲酯质量的1％)。在95℃下回流反应3h。反应结束后，4000r/min离心17min。取轻相，180℃蒸馏2h，回收多余的甲醇、碳酸二甲酯和仲辛醇，得到甲基仲辛基碳酸酯1586g，然后将甲基仲辛基碳酸酯，与13.1kg仲辛醇混合(摩尔比为1:12)，加入15.9g甲醇钠催化剂(甲醇钠用量为甲基仲辛基碳酸酯的1％)，在180℃下回流反应2h。反应结束后，180℃蒸馏3h，回收多余的仲辛醇，再进行精馏，精馏温度为90-100℃，压力为5kpa，得到1262g碳酸二仲辛酯。所得产品碳酸二仲辛酯为79.58％，碳酸二仲辛酯的纯度为99.26％。

表1本发明所得酯类润滑油的相关产品技术参数

注：所有产品外观均为无色或淡黄色透明油状液体。