1.本发明涉及一种制备碳酸二甲酯的方法，更具体地说涉及一种环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法。
背景技术：
2.随着经济的迅速发展，环境污染日趋严重，绿色化工生产急需低毒或无毒的原料，而碳酸二甲酯(dmc)是一类符合现代“清洁工艺”要求的环保型有机化工原料，由于具有低毒性、高溶解性、优异的环保性能和良好的反应性能，广泛应用于羰基化和甲基化试剂、汽油添加剂，可以作为合成聚碳酸酯(pc)的原料、涂料溶剂以及锂电池电解液，同时也是一种重要有机中间体。具有广阔市场前景，是当今化工领域热门的“绿色”化工产品。
3.目前工业合成dmc的方法主要有：光气法、酯交换法和羰基氧化法。光气法原料有剧毒反应产生的hcl气体会对设备造成腐蚀，此法已被淘汰。氧化羰基化法具有绿色化学前景，但dmc产率低，催化剂易失活。酯交换法多数采用co2与环氧丙烷反应生成碳酸丙烯酯，再与甲醇进行酯交换反应制备碳酸二甲酯。公开号为cn105503607a的中国发明专利公开了一种强碱型复合咪唑基树脂催化碳酸乙烯酯和甲醇生成碳酸二甲酯的方法，在反应温度为80℃，反应时间为4小时，甲醇与碳酸乙烯酯的摩尔比为4条件下，得到碳酸乙烯酯的转化率为41.5％，碳酸二甲酯的选择性为99.1％，乙二醇的选择性为98.9％；公开号为cn202110550515.9的中国发明专利提供了一种la2o2co3纳米三角片固体碱催化剂催化碳酸丙烯酯和甲醇生成碳酸二甲酯的方法，在反应温度为150℃，反应时间为5小时，甲醇与碳酸乙烯酯的体积比为5条件下，碳酸乙烯酯转化率最高可达82.3％，碳酸二甲酯选择性可达96.1％；公开号为cn113185407a公布了一种胍盐离子液体的制备方法及其应用，通过催化碳酸丙烯酯和甲醇酯交换生成碳酸二甲酯，在催化剂为1,1,3,3-四甲基-2-丁基胍咪唑盐，反应温度为80℃，反应时间2.5小时条件下，碳酸丙烯酯的转化率为76.2％，碳酸二甲酯的收率为76.2％；公开号为cn103980124b的中国发明专利公开了一种离子液体催化碳酸丙烯酯合成碳酸二甲酯的合成方法，以季铵盐离子液体为催化剂，将甲醇、碳酸丙烯酯和离子液体催化剂在反应精馏塔中反应并分离，塔釜物料中丙二醇的分离提纯由脱轻塔、丙二醇产品塔和甲醇回收塔三个精馏塔组成；分离出的催化剂返回反应精馏系统重复利用。从上述研究中，发现通过酯交换法反应合成碳酸二甲酯的两步法工艺其优点是反应条件温和，过程易控制；但存在催化剂复杂、甲醇与碳酸酯进料比大、反应时间长及dmc收率低等主要问题，同时由于工艺生产流程长且设备较多，造成了高能耗、高成本、副产物处理比较复杂等问题。公开号为cn1204110c的中国发明专利公开了以卤化钾为催化剂，环氧丙烷、甲醇与二氧化碳为原料通过直接酯化法合成碳酸二甲酯，在高温150℃，高压15mpa下，dmc选择性69％，选择性较低。另外，2010年王翔等人(石油化工.2010,39(10):1089-1093)公开了一种一步法酯交换合成碳酸酯，在选择催化剂四乙基溴化铵，温度150℃，压力4mpa，催化剂用量为0.22mol/l、甲醇与环氧乙烷的摩尔比4、反应时间4h条件下，环氧乙烷的转化率达到97.22％，产物中碳酸乙酯和碳酸二甲酯的总选择性为86.54％。2015年丁晓墅等人(高校化
学工程学报.2015,29(01):164-169)采用等体积浸渍法制备负载型催化剂na2co3(nahco3)/γ-al2o3，研究了对环氧氯丙烷与甲醇和二氧化碳直接合成碳酸二甲酯的催化反应性能，碳酸二甲酯的收率为25.2％。
4.以上现有技术可以看出，两步酯交换法制备碳酸二甲酯，存在反应流程长、高能耗、高成本以及反应分离处理较复杂等问题。一步法合成碳酸二甲酯避免了环加成、酯交换两步生产中的分离过程，简化了工艺过程、操作简单，如果能够提高目标产物的收率和选择性，并且联产烷二醇和碳酸烷烯酯，将大大降低生产成本，符合绿色节能化工的要求，被认为是生产碳酸二甲酯最有发展前途的方法。
技术实现要素：
5.本发明针对现有技术的问题与不足，提供了一种环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，该方法通过一步酯化法生成碳酸二甲酯，且环氧烷的转化率和产物的选择性都很高，同时能够大大的降低生产成本。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其包括以下步骤：
8.(1)将环氧烷、溶剂、催化剂混合配成原料液，充分混合后加入反应釜内；
9.(2)反应釜密封后，用二氧化碳置换系统中的空气，充入co2使反应釜内增压；
10.(3)调节油浴锅温度，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应；
11.(4)反应完毕后，降温，放空，取出反应产物，得到碳酸二甲酯。
12.本发明上述的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其进一步的技术方案是所述的溶剂为甲醇，甲醇与环氧烷的摩尔比为0.5:1-5:1，所述的催化剂在原料液中的质量百分比为0.5％-3.5％，所述的催化剂由1-烷基-3-甲基咪唑溴盐与溴化锌组成，1-烷基-3-甲基咪唑溴盐与溴化锌的质量比为2:1-4:1。再进一步的技术方案是所述的1-烷基-3-甲基咪唑溴盐中烷基为乙基或己基。
13.本发明上述的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的环氧烷为环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷。
14.本发明上述的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的用二氧化碳置换系统中的空气次数为2-3次；所述的充入co2使反应釜内增压后其压力为1.5-4mpa。
15.本发明上述的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的步骤(3)中反应温度为80-150℃，反应时间为0.5-3.5h，搅拌器转速为800r/min。
16.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
17.本发明的环氧烷直接酯化制备碳酸二甲酯的方法，其目标产物的产率和选择性都很高，碳酸酯总选择性达到95％以上，大大降低了生产成本；环氧烷的转化率接近100％，同时制备过程中能够联产烷二醇和碳酸烷烯酯，这都是很有经济价值的原料，可进一步提高经济效益。
18.本发明的方法不同于两步法合成碳酸二甲酯中，在第一步合成碳酸烷烯酯的反应一般需要溶剂，本发明中的甲醇不仅是反应原料，同时也可作为的溶剂，大大节约工艺生产
成本；本发明也是一种固定二氧化碳生成有机化合物的绿色工艺方法，工艺流程简单，同时可变废为宝。
具体实施方式
19.实施例1
20.称取4.4g环氧乙烷、16g甲醇和0.30g催化剂(1-己基-3-甲基咪唑溴盐0.2g，溴化锌0.1g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达4.0mpa，调节油锅温度为150℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应3.5h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸乙烯酯、乙二醇、碳酸二甲酯，环氧乙烷的转化率为99.22％，碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到96.54％，其中碳酸二甲酯的产量为1.45g。
21.实施例2
22.称取5.8g环氧丙烷、16g甲醇和0.44g催化剂(1-己基-3-甲基咪唑溴盐0.33g，溴化锌0.11g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达3.5mpa，调节油锅温度为140℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应3.5h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸丙烯酯、丙二醇、碳酸二甲酯，环氧丙烷的转化率为98.32％，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到97.04％，其中碳酸二甲酯的产量为1.92g。
23.实施例3
24.称取5.8g环氧丙烷、16g甲醇和0.64g催化剂(1-己基-3-甲基咪唑溴盐0.48g，溴化锌0.16g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达3.5mpa，调节油锅温度为130℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应3.5h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸丙烯酯、丙二醇、碳酸二甲酯，环氧丙烷的转化率为98.56％，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到98.04％，其中碳酸二甲酯的产量为1.88g。
25.实施例4
26.称取5.8g环氧丙烷、16g甲醇和0.33g催化剂(1-己基-3-甲基咪唑溴盐0.22g，溴化锌0.11g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达2.0mpa，调节油锅温度为120℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应3.5h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸丙烯酯、丙二醇、碳酸二甲酯，环氧丙烷的转化率为63.5％，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到98.04％，其中碳酸二甲酯的产量为1.10g。
27.实施例5
28.称取5.8g环氧丙烷、16g甲醇和0.22g催化剂(1-乙基-3-甲基咪唑溴盐0.16g，溴化锌0.06g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达2.5mpa，调节油锅温度为80℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应2h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸丙烯酯、丙二醇、碳酸二甲酯，环氧丙烷的转化率为50.32％，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到97.04％，其中碳酸二甲酯的产量为1.06g。
29.实施例6
30.称取5.8g环氧丙烷、8g甲醇和0.22g催化剂(1-乙基-3-甲基咪唑溴盐0.16g，溴化锌0.06g)加入反应釜内，加入转子充分搅拌混合，将反应釜密封，用二氧化碳置换系统中的空气2～3次，充入co2使釜内压力达2.5mpa，调节油锅温度为100℃，打开搅拌器，将反应釜放入油浴锅中进行反应。反应1h后，降温，放空，取出反应产物，对反应产物进行色谱分析和测算。生成的产物中有碳酸丙烯酯、丙二醇、碳酸二甲酯，环氧丙烷的转化率为42.37％，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯总选择性达到98.14％，其中碳酸二甲酯的产量为0.85g。