乙二醇二甲醚的绿色生产工艺

乙二醇二甲醚(简称DME)具有稳定的化学性质和溶解性能，是一种无色非质子极性溶剂，亦可作气体吸附剂、添加剂、清洗剂、催化剂等，广泛应用于化学工业领域。近年来，由于美国、西欧和日本的DME产能降低，我国逐步取代欧美而成为全球的生产基地，对DME清洁生产工艺技术提出了更高要求。

环氧乙烷开环醚化绿色工艺设计

环氧乙烷开环与二甲醚合成DME生产工艺，设备腐蚀性小，反应条件温和且耐高温，产物选择性高，催化剂与产物易分离，重复使用性能好，其中高效、环境友好催化剂是突破点。环氧乙烷的三元环张力大，易断裂，使得其反应活性高，在催化剂提供质子或空轨道时，三元环中的C—O键断裂，发生环氧基开环。 

1.反应机理 

环氧乙烷与固体酸B酸活性中心的H+反应，生成质子化环氧乙烷，质子化环氧乙烷与二甲醚以亲核反应开环形成质子化DME过渡态，质子化DME过渡态中间体脱氢生成产物DME，同时脱出的质子氢继续与环氧乙烷生成质子化环氧乙烷，循环使用。相应的反应方程式如下：

固体L酸催化剂吸附微量水分，催化剂释放出质子氢，释放出的质子氢与环氧乙烷作用，形成质子化环氧乙烷，质子化环氧乙烷开环与二甲醚反应，生成质子化DME过渡态，过渡态质子化DME释放出质子氢，生成产物DME，释放出的质子氢循环使用，使反应得以维持，或释放出的质子氢回到催化剂表面，与催化剂表面的羟基作用，脱出水分后循环使用。相应的反应方程式如下：

2.反应催化剂

环氧乙烷开环醚化工业化生产DME常用醇钠作为催化剂，此催化剂的缺点是选择性低，反应产物收率低，不能循环使用，环境污染严重等。采用固体酸催化环氧乙烷开环醚化反应，可以有效提高反应选择性，提高催化剂与产物的分离效率，催化剂能够有效循环利用。在对大量文献资料进行研究的基础上，明确了环氧乙烷开环非均相反应催化剂的研究方向、开发途径和性能优化方式，创新设计了兼具B酸与L酸的复合催化剂，通过对不同类型的活性位协同催化的研究，选择具有较高的活性、选择性与稳定性的催化剂ZrO2/TiO2，在连续生产的固定床反应器上催化环氧乙烷与二甲醚合成DME。

总结

随着DME应用领域的不断拓展以及社会发展对环境要求的提高，对绿色生产工艺提出了更高要求。目前用于工业化生产DME的工艺主要是Williamson合成法，此法常用均相碱性催化剂醇钠，对生产设备腐蚀严重，副产物复杂难于分离，会产生毒性物质，对环境污染严重。 

环氧乙烷与二甲醚在催化剂作用下进行开环反应合成DME，国外虽有专利报道，但生产工艺为均相反应，产品分离困难，腐蚀性大，产生的工业盐和大量废水对环境污染严重。而环氧乙烷在固体酸催化剂的作用下开环选择性醚化制DME属于原子经济反应，符合绿色环保新工艺要求。