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在化学工业面临资源减少和环境压力的背景下，研究人员开展了碳酸二甲酯（DMC）绿色生产工艺的研究。对比三种无光气合成方法，发现 EO 和 CO2间接合成法优势显著，为 DMC 绿色生产提供可行方案，助力可持续发展。
在当今化学工业的大舞台上，资源短缺与环境污染就像两座沉重的大山，压得行业发展举步维艰。随着全球对环保的关注度日益提高，寻找绿色、可持续的化学合成方法成为了化学领域的关键任务。碳酸二甲酯（DMC）作为一种具有广泛应用前景的绿色有机化合物，因其低毒性、高生物降解性等优点，在化工、制药、纺织以及交通运输等众多行业都有着重要的应用，比如在锂电池中作为电解质溶剂，在燃油中作为潜在添加剂等，市场需求持续增长。然而，传统的 DMC 生产方法，像早期使用光气的合成法，由于光气的高毒性和对环境的危害，逐渐被淘汰。尽管目前有多种新的生产方法涌现，但不同方法在技术可行性和环境影响方面存在较大差异，这使得如何选择最优的生产工艺成为一个亟待解决的问题。而且，之前对 DMC 合成过程的详细生命周期评价（LCA）研究相对较少，难以全面评估各种生产方法的可持续性。为了解决这些问题，研究人员开展了一项极具意义的研究，旨在从技术和环境两个关键角度，对多种 DMC 生产工艺进行深入剖析，找出最具优势的生产路径。
研究人员通过使用 CHEMCAD 过程模拟软件和 LCA for Experts 软件，对三种无光气的 DMC 合成方法进行了全面研究，这三种方法分别是间接尿素醇解法、甲醇（MeOH）和二氧化碳（CO2）合成法、环氧乙烷（EO）和 CO2间接合成法。研究以年产 10000 吨 DMC 为目标，运用多种技术手段对各个生产过程进行建模、模拟以及环境影响评估。
研究结果方面：
- 模拟结果验证：将 CHEMCAD 模拟结果与科学文献数据对比，发现三种路线的模拟误差均低于 1%，这表明研究结果具有较高的准确性。
- 过程建模与模拟结果：在产量和纯度上，Case 3（EO 和 CO2间接合成法）的产量最高，达到 99%，产品纯度也较高，为 99.84%；Case 1（间接尿素醇解法）的产品纯度最高，为 99.99% ，产量为 94%；Case 2（MeOH 和 CO2合成法）产量最低，仅 54%，纯度为 98.53%。能耗上，Case 3 的热能消耗最低，为 8993.50 MJ/tDMC ，Case 1 的热能消耗最高；Case 3 的电力消耗最高，为 108.37 kWh /tDMC ，Case 2 的电力消耗最低。设备数量上，Case 3 使用的设备最少，仅 15 台，Case 1 为 20 台，Case 2 为 21 台。此外，Case 2 和 Case 3 可利用其他行业的 CO2，促进碳捕获利用（CCU），实现可持续发展。通过敏感性分析还发现，各生产过程的关键性能指标对工艺参数变化的敏感度不同，但整体模型具有较好的稳健性。
- 环境评估结果：利用 LCA 方法和 ReCiPe 影响评估方法对三种生产路线进行环境评估。结果显示，Case 1 的环境影响指标最高，Case 3 在八项指标中有五项（全球变暖潜势（GWP）、化石资源枯竭潜势（FDP）、人类毒性潜势（HTP）、矿物资源枯竭潜势（MDP）和平流层臭氧消耗潜势（ODP））最低。进一步研究不同蒸汽和电力来源对环境的影响，发现使用水电和生物质产生的蒸汽可显著降低环境影响，其中 Case 3.3 在综合评估中表现最佳，被认为是最环保的方案。
研究结论表明，从技术和环境综合角度来看，EO 和 CO2间接合成 DMC，后续再与 MeOH 反应，同时结合水电生产和生物质产生蒸汽的方法，是最具优势的选择。该研究为 DMC 的绿色生产提供了重要的理论依据和实践指导，有助于推动化学工业向更加可持续的方向发展。同时，研究结果也为 CO2的有效利用提供了新的思路，对解决当前面临的能源和环境问题具有重要意义。这一研究成果发表在《Fuel》上，为相关领域的研究和产业发展提供了极具价值的参考。
研究中用到的主要关键技术方法包括：
- 过程建模与模拟：运用 CHEMCAD 过程模拟软件（版本 7.1.2）对三种 DMC 生产方法进行建模和模拟，获取物料和热量平衡数据，进而计算和分析各种技术关键性能指标。
- 生命周期评价：使用 LCA for Experts 软件（版本 10.8），依据 ReCiPe 影响评估方法，对三种生产路线进行从原材料提取到产品生产、废物处理全过程的环境影响评估。
