Vinyl chloride (Vinyl chloride)

Vinyl clorua, còn được gọi là Vinyl clorua, là một monome quan trọng được sử dụng trong công nghiệp hóa chất polyme. Công thức hóa học của nó là C2H3Cl, có thể được điều chế bằng ethylene hoặc axetylen.

Phương pháp sản xuất công nghiệp chính của vinyl clorua. Tiến hành trong ba bước (xem hình): đầu tiên

Sản xuất vinyl clorua

Bước clo hóa ethylene tạo ra dichloroethane; bước thứ hai là nhiệt phân dichloroethane thành vinyl clorua và hydro clorua; bước thứ ba là phản ứng clo hóa ethylene, hydro clorua và oxy để tạo ra dichloroethane.

① Phản ứng của ethylene clorua và clo được thực hiện trong pha lỏng:

CH2 = CH2 + Cl2 → CH2Cl2Cl

Sắt trichloride hoặc đồng clorua được sử dụng làm chất xúc tác và sản phẩm dichloroethane là môi trường phản ứng. Nhiệt phản ứng có thể được di chuyển ra ngoài bằng cách bốc hơi nước làm mát hoặc sản phẩm dichloroethane. Nhiệt độ phản ứng 40 ~ 110 ℃, áp suất 0,15 ~ 0,30MPa, tỷ lệ chuyển đổi và chọn lọc của ethylene là trên 99%.

② Công thức phản ứng để tạo ra vinyl clorua bằng cách tách nhiệt dichloroethane là:

ClCH2CH2Cl → CH2 = CHCl + HCl

Phản ứng là phản ứng hấp thụ nhiệt mạnh, được thực hiện trong lò nứt ống, nhiệt độ phản ứng là 500 ~ 550 ℃, áp suất 0,6 ~ 1.5MPa; kiểm soát tỷ lệ chuyển đổi một chiều của dichloroethane là 50% ~ 70% để ức chế tiến trình của phản ứng phụ. Các phản ứng phụ chính là:

CH2 = CHCl → HC ≡ CH + HCl

CH2 = CHCl + HCl → ClCH2CH2Cl

ClCH2CH2Cl → C2H2 + 2HCl

Các sản phẩm cracking đi vào tháp làm mát và được làm lạnh bằng dichloroethane tuần hoàn để tránh các phản ứng phụ tiếp tục. Nhiệt độ sản phẩm được làm mát đến 50 ~ Sau 150 ° C, nó đi vào tháp khử hydro clorua. Đáy tháp là hỗn hợp của vinyl clorua và dichloroethane, được chưng cất bởi tháp chưng cất vinyl clorua, và vinyl clorua có độ tinh khiết cao thu được từ đỉnh tháp. Quá trình tái tổ hợp của đáy tháp chủ yếu là dichloroethane thô không phản ứng. Sau đó, nó vẫn được sử dụng làm nguyên liệu thô để crackinh nhiệt.

③ Phản ứng clo hóa oxy sử dụng đồng clorua chứa trên γ-alumina làm chất xúc tác và kim loại kiềm hoặc muối kim loại kiềm thổ làm chất xúc tác. Công thức phản ứng chính là:

CH2 = CH2 + 2HCl + 1/2 O2 → ClCH2CH2Cl + H2O

Các phản ứng phụ chính là quá trình oxy hóa sâu của ethylene (tạo ra carbon monoxide, carbon dioxide và nước) và clo hóa vinyl clorua (nhiều loại clorua tạo ra ethane). Nhiệt độ phản ứng 200 ~ 230 ℃, áp suất 0,2 ~ 1MPa, tỷ lệ mol của ethylene, hydro clorua và oxy nguyên liệu thô là 1,05: 2: 0,75 ~ 0,85. Lò phản ứng có hai dạng: tầng cố định và tầng sôi. Tầng cố định thường được xếp bằng lò phản ứng dạng ống, chứa đầy chất xúc tác dạng hạt. Nguyên liệu thô ethylene, hydro clorua và không khí đi qua tầng xúc tác từ trên xuống dưới. Nước nóng có áp suất được sử dụng giữa các ống. Nó được sử dụng như một chất mang nhiệt để loại bỏ nhiệt phản ứng và hơi có áp suất phụ 1MPa. Nhiệt độ của lò phản ứng cố định khó kiểm soát hơn, để phân bố nhiệt độ hợp lý hơn, một lượng lớn khí trơ thường được sử dụng làm chất pha loãng, hoặc chất rắn được trộn vào chất xúc tác. Độ chọn lọc của dichloroethane có thể đạt hơn 98%. Khi phản ứng clo hóa ethylene được thực hiện trong lò phản ứng tầng sôi, chất xúc tác dạng hạt mịn được sử dụng. Nguyên liệu thô là ethylene, hydro clorua và không khí đi vào lò phản ứng từ phía dưới. Sau khi trộn hoàn toàn và đồng nhất, nó đi vào lớp xúc tác và chất xúc tác ở trạng thái lỏng., Giường được trang bị bộ trao đổi nhiệt, có thể dẫn nhiệt phản ứng một cách hiệu quả. Nhiệt độ phản ứng của lò phản ứng này đồng đều và dễ kiểm soát, thích hợp cho sản xuất hàng loạt, nhưng lò phản ứng có cấu trúc phức tạp hơn và chất xúc tác bị mài mòn nhiều.

Các sản phẩm phản ứng từ lò phản ứng được làm nguội bằng nước, sau đó được làm lạnh thành dichloroethane thô lỏng. Một phần của dichloroethane, ethylene chưa chuyển hóa và khí trơ trong bình ngưng được thu hồi bằng cách hấp thụ dung môi và các bước khác của dichloroethane. Dichloroethane thô thu được được tinh chế và đi vào lò nhiệt phân để nứt.

Ưu điểm chính của phương pháp clo hóa ethylene là sử dụng hydro clorua được tạo ra từ quá trình nứt nhiệt dichloroethane làm chất clo, do đó clo được sử dụng đầy đủ.

Phương pháp axetylen

Với sự hiện diện của chất xúc tác thủy ngân clorua, axetylen và hydro clorua được bổ sung trực tiếp để tổng hợp vinyl clorua:

CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl

Quá trình này có thể được chia thành ba phần: sản xuất và tinh chế axetylen, tổng hợp vinyl clorua và tinh chế sản phẩm.

Trong máy tạo axetylen, canxi cacbua phản ứng với nước để tạo ra axetylen, được tinh chế, trộn với hydro clorua và sấy khô và đưa vào lò phản ứng hình ống. Ống được trang bị chất xúc tác clorua thủy ngân (hàm lượng nói chung là 10% khối lượng của chất mang) với than hoạt tính. Phản ứng được thực hiện dưới áp suất bình thường, và nước nóng tuần hoàn có áp suất bên ngoài đường ống (97 ~ 105 ℃) để làm mát để loại bỏ nhiệt phản ứng và kiểm soát nhiệt độ của lớp giường ở 180 ~ 200 ℃. Tỷ lệ chuyển hóa axetylen là 99%, và năng suất vinyl clorua là trên 95%. Sản phẩm phụ là 1,1-dichloroethane (khoảng 1%), và cũng có một lượng nhỏ vinyl axetilen, dichloroethylene, trichloroethane, v. v. Quy trình và thiết bị của phương pháp này đơn giản, đầu tư thấp, năng suất cao, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng, chi phí nguyên liệu cao, muối thủy ngân xúc tác độc hại, hạn chế bởi các điều kiện như sản xuất an toàn và bảo vệ môi trường, không phù hợp với sản xuất hàng loạt.

Phương pháp clorua trực tiếp ethylene

Đây là quy trình sản xuất được phát triển trên cơ sở dầu khí sau sự phát triển của ngành công nghiệp hóa dầu. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là một lượng lớn 1,2-dichloroethane được tạo ra bằng phản ứng đi kèm, năng suất thấp.

CH2 = CH2 + Cl2 → CH2 = CHCl + HCl

Phương pháp crackinh clorua ethylene

Đây là một quy trình sản xuất được phát triển để giải quyết các vấn đề của phương pháp clo hóa trực tiếp ethylene, có tỷ lệ sản xuất cao.

CH2 = CH2 + Cl2 → CH2Cl2Cl

CH2ClCH2Cl → CH2 = CHCl + HCl

Phương pháp cân bằng clo hóa ethylene

So sánh phương pháp crackinh clorua ethylene và phương pháp clorua ethylene, có thể thấy rằng phương pháp crackinh clorua ethylene tạo ra hydro clorua, và phương pháp clorua ethylene tiêu thụ hydro clorua. Nếu hai phương pháp được kết hợp và bước đầu tiên của phương pháp crackinh clorua ethylene và phương pháp clorua ethylene được sản xuất theo một tỷ lệ nhất định, hydro clorua có thể trở thành sản phẩm trung gian, đây là phương pháp chính trên thế giới để sản xuất vinyl clorua. Trong tương lai gần, sản xuất vinyl clorua ở nước ta sẽ chủ yếu áp dụng phương pháp này.

Phương pháp alkyne hỗn hợp

Phương pháp này sử dụng hỗn hợp axetylen và etylen (gần bằng tỷ lệ mol) thu được từ quá trình phân hủy các hydrocacbon dầu mỏ ở nhiệt độ cao làm nguyên liệu thô, và hydro clorua đi qua lớp xúc tác thủy ngân clorua cùng với hydro clorua, do đó hydro clorua được thêm chọn lọc vào axetylen để tạo ra vinyl clorua. Sau khi tách vinyl clorua, khí còn lại chứa etylen được trộn với khí clo để phản ứng tạo thành dichloroethane. Dichloroethane sau khi tách và tinh chế được nhiệt phân hủy thành vinyl clorua và hydro clorua. Tái chế hydro clorua được sử dụng để bổ sung axetylen trong khí hỗn hợp.