Vinyl clorua Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỢP CHẤT TRUNG GIAN

VINYL CHLORIDE
Ngô Việt Cường

20122938

Nguyễn Thị Kim Anh

20122864

Hồ Anh Tài

20123483

Trịnh Thị Yến

20123746

Đào Sỹ Cường

20122933
2


1. Lịch sử hình thành Vinyl Clorua
 Vinyl clorua (VC) có lịch sử phát triển hơn
100 năm.
 Năm 1835 V. Regnalt tổng hợp được VC.
 Năm 1872 Baumann đã tạo ra PVC bằng

phản ứng trùng hợp VC.
 Năm 1911 F.Katte & Rollet đã nghiên cứu

phản ứng giữa Axetylen và HCl dùng để sản
xuất VC trong công nghiệp.
3


Sản lượng Vinyl Clorua qua các năm trên thế giới

4


Nhu cầu Vinyl Clorua trên thế giới

5.4%

3.8%

5


Nhu cầu Vinyl Clorua theo từng khu vực

6


Nhà máy sản xuất tại Việt Nam
1. TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina) được thành lập năm 1998 với
công suất 100.000 tấn/năm.

Dây chuyền công nghệ thứ 2 đi vào hoạt động năm 2008 với công
suất thiết kế là 90.000 tấn/năm.

2. Nhà máy sản xuất PVC thứ 2 là Liên doanh hóa chất LG Vina (liên
doanh giữa VN và Petronas Malaysia) có công suất là 100.000 tấn/năm.

7


Cung cầu PVC ở nước ta

Biểu đồ thể hiện khả năng cung cầu PVC ở Việt Nam
8


2.Tính chất vật lý
• Vinyl Clorua ở điều kiện
thường là chất khí không
màu, có mùi như ete.
• Ít tan trong nước, tan nhiều
trong các dung môi hữu cơ
như axeton, etylic,
hydrocacbon thơm,
hydrocacbon mạch thẳng. . .
9


Thông số vật lý của Vinyl Clorua

10

3.Tính chất hóa học
3.1. Phản ứng nối đôi (Phản ứng cộng hợp)
Với HCl: CH2= CHCl + HCl
Với H2: CH2 = CHCl + H2

ClCH2 – CH2Cl
CH3 – CH2Cl

Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia

Vinyl Clorua

phản ứng trùng hợp tạo PVC, một sản phẩm quan trọng.
n CH2= CHCl → – [ CH2 – CH ] – n


Cl
Poly Vinyl Clorua

11


3.Tính chất hóa học
3.2. Phản ứng với nguyên tử Clo
* Thủy phân
2CH2= CHCl + NaOH

CH≡CH + NaCl + H2O

* Tác dụng với alcolat hay fenolat cho este vinylic:
2CH2= CHCl + RONa

CH2 = CHOR + NaCl

* Tạo hợp chất cơ kim:
CH2 = CHCl + Mg  CH2 = CH-Mg-Cl
12


3.Tính chất hóa học
3.3. Phản ứng oxi hóa
* Tác dụng với Oxi :
2CH2=CHCl + 5/2O2  2CO2 + 2HCl + 2H2O

* Tác dụng với Oxi ở nhiệt độ cao với sự có mặt của HCl
CH2 = CHCl

+ 1/2O2

 Cl-CH2-CHO

13


3.Tính chất hóa học
3.4. Phản ứng tự phân hủy
Vinyl Clorua trong điều kiện không có không khí ở 4500C có thể bị
phân huỷ tạo thành axetylen và HCl, do phản ứng dime hoá axetylen

có thể phản ứng tiếp tục tạo ra một lượng nhỏ 2-Cl-1,3Butađien
450 °C

CH2 = CHCl



CH  CH

+

HCl

CH2= CHCl + CH  CH  CH2 = C – CH=CH2

Cl
14


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen
1. Nguyên liệu
• Axetylen: Có chứa một liên kết 3. Khả năng hoạt động hóa học cao
 PP sản xuất: Trong công nghiệp đi chủ yếu từ 2 nguồn: 1 là than đá, đá vôi. 2
là từ khí tự nhiên và khí đồng hành. Nước ta có thể đi từ cả hai nguồn này.
• HCl: khí không mùi, không màu, mùi hắc gây kích thích niêm mạc. Trong không khí
ẩm HCl kết hợp với nước tạo khói trắng. HCl tan mạnh trong nước, dạng khan
không ăn mòn kim loại.
 PP sản xuất: Từ H2SO4 + NaCl, phương pháp Hargreaves, phản ứng tổng hợp
H2 và Cl2.

15


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen
2. Cơ sở quá trình
• Phản ứng chính: tỏa nhiệt, cộng hợp
CH≡CH + HCl → CH2 = CHCl ∆H = -100kj/mol
• Sản phẩm phụ: phản ứng tạo diclo-Etan, sản phẩm VinylClorua vừa tạo thành bị
trùng hợp... Sản phẩm này không có lợi cho sản phẩm, bảo quản thiết bị.
• Xúc tác của quá trình: các muối HgCl2. Chất mang là than hoạt tính, nhưng có thể
thay thế bằng graphite, oxide nhôm, Natri silicate etc

16


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen
2. Công nghệ sản xuất:
• Phản ứng trong pha khí
• Phản ứng trong pha lỏng

17


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen
A. Phản ứng trong pha khí.
• Xúc tác: HgCl2 ngâm tẩm trên than hoạt tính. Xu hướng thay thế bằng các muối
kim loại khác như BaCl2, CdCl2.. Khi nồng độ HgCl2 lớn: Hc tăng chậm, Xúc tác
nung nóng cục bộ HgCl2 bị thăng hoa.
• Yêu cầu nguyên liệu: Khí C2H2 có độ tinh khiết lớn hơn 99%, Hơi nước Không có H2S và H3P, Khí HCl có độ tinh khiết >95%, không có Oxy và Clo.

18


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen

19


Sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen
B. Phản ứng trong pha lỏng.
• Xúc tác: Thổi Axetylen và HCl cho qua dung dịch xúc tác hòa tan trong CuCl2,
NH4Cl, CaCl2 Hòa tan trong axit HCl

20


Sản xuất VC bằng cracking EDC
• EDC (1,2 – ethylene dichloride)
• d420 = 1.253
• mp = -35.3oC; bp1.013 = 83.7oC
• Không màu, dễ bay hơi

21


Phản ứng chính

0
• ∆𝐻298

= +70 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
• Bắt đầu xảy ra ở 300oC, áp suất khí quyển
• Đạt được tốc độ cao ở 400 – 550oC
• Phản ứng theo cơ chế gốc

22


Cơ chế phản ứng
• Khơi mào:
• Phát triển mạch

• Tắt mạch

23


Đặc điểm phản ứng
• Nhiều sản phẩm phụ: phản ứng polyclo hóa, phản ứng phân hủy, tạo
cốc,...
 Cần sử dụng các chất xúc tiến như clo, brôm, iot,...

• Trong công nghiệp, quá trình được vận hành ở điều kiện 500 – 550oC,
áp suất 2.5 – 3 MPa, không sử dụng xúc tác
• Một số hệ xúc tác (như than hoạt tính, muối chloride kim loại) có thể
hạ thấp nhiệt độ vận hành.
 Tuổi thọ xúc tác ngắn
 Mất mát sản phẩm do phải shutdown định kì

24

Sơ đồ công nghệ

Filtration

NaOH
Vinyl chloride
Purification

Crude vinyl chloride
Purification

Quenching

EDC

Hydrochloric acid
separation

HCl

Neutralization

Vinyl chloride

Reaction

Tar/Carbon black
Unconverted ethylene dichloride recycle

Heavy-end separation

Light-end separation

Light products

Heavy products

Sản xuất vinyl chloride bằng cracking EDC
25


Sản xuất EDC
• Các phương pháp sản xuất EDC
• Clo hóa trực tiếp ethylene
• Oxi clo hóa ethylene

26