Công nghệ sản xuất Vinyl clorua

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ – HÓA DẦU
Đề tài:

Công nghệ sản xuất Vinyl clorua
GVHD : PGS.TS. Phạm Thanh Huyền
SVTH : NHÓM 8:
Phạm Thị Tiến
20133961
Đặng Thị Bích Phương
20133009
Nguyễn Thị Hoài Thương 20133909


MỤC LỤC
I
II
III
IV

• Vinyl clorua

• Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC

• Một số công nghệ sản xuất VC khác

• Mô phỏng công nghệ sản xuất VCM từ cracking EDC


I. Vinyl clorua
Vinyl clorua
• CTHH: C2H3Cl

• CTCT: CH2=CH-Cl
 Tính chất vật lý:


I. Vinyl clorua
 Tính chất hóa học:
- Phản ứng với HCl xúc tác AlCl3, FeCl3
CH2=CH-Cl + HCl

Cl-CH2–CH2-Cl

- Phản ứng với H2
CH2=CH-Cl + H2

Cl-CH2-CH3

- Phản ứng trùng hợp
nCH2=CH-Cl

[ CH2 – CHCl ] n


I. Vinyl clorua
 Tính chất hóa học:
- Phản ứng với oxi ở 50-150°C xúc tác HCl
CH2=CH-Cl + ½ O2

Cl-CH2-CHO

- Phản ứng thủy phân khi đun nóng kiềm với HCl

CH2=CH-Cl + NaOH + HCl

CH=CH + NaCl + H2O

- Phản ứng với Mg trong ete khan
CH2=CH-Cl + Mg

CH2=CH-Mg-Cl

Ngoài ra VC còn tham gia nhiều phản ứng khác như: oxy hóa, tác
dụng với ancolat hay phenolat,…


I. Vinyl clorua
 An toàn hóa chất
 Nguy hiểm tới sức khỏe con người:
- Gây tổn thương da, mắt
- Tiếp xúc lâu dài có thể gây ung thư

 Ảnh hưởng tới môi trường:
- Khó phân hủy ở môi trường nước trong thời gian dài
- Nhanh phân hủy trong không khí


I. Vinyl clorua
 Lưu trữ và bảo quản

• Trước đây VC được bảo quản và vận chuyển với một lượng nhỏ
phenol để ức chế phản ứng polymer. Hiện nay người ta sản xuất VC
có độ tinh khiết cao nên không cần chất ức chế và có thể bảo quản

trong thùng thép cacbon thông thường mà không gây ăn mòn.


I. Vinyl clorua
 Ứng dụng và tình hình sử dụng VCM trên thế giới


I. Vinyl clorua
 Chỉ tiêu chất lượng:[10]
Thông số

% khối lượng

Giá trị

%

min 99,98

1,3 - Butadien

ppm

max 10

Axetylen

ppm

max 2

Metyl clorua

ppm

max 100

Etyl clorua

ppm

max 50

Vinyl axetylen

ppm

max 8

1,2 – Dicloetan

ppm

max 2

Axetaldehyde

ppm

max 1

H2O

ppm

max 100

Fe

ppm

max 0,4

Axit như HCl

ppm

max 1

Chất không bay hơi

ppm

max 50

Peroxyde như O2

ppm

max 1

Vinyl clorua

Màu sắc

Không màu

Bề ngoài

Sạch và không tồn tại dạng huyền phù

Hydroquinone

ppm

min/max: 2/5


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
Nguyên liệu:
• Nguyên liệu: 1,2-dicloetan
• CTHH: C2H4Cl2
• CTCT: Cl-CH2–CH2-Cl
 Tính chất vật lý:


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
 Tính chất hóa học:
 Có các tính hoạt động hóa học tương tự như alkyl halogen
- Phản ứng thủy phân ở 200°C, 15at, xúc tác Na2CO3

Cl-CH2-CH2-Cl + 2H2O

HO-CH2–CH2-OH + 2HCl

- Phản ứng tách hydro halogen
Cl-CH2-CH2-Cl + NaOH

CH2=CH-Cl +NaCl +H2O

- Phản ứng với NH3 ở 120°C
Cl-CH2-CH2-Cl + 4NH3

H2N-CH2–CH2–NH2 + 2NH4Cl

- Phản ứng cracking ở 400°C-500°C
Cl-CH2-CH2-Cl
CH2=CH-Cl + HCl
 Ngoài ra còn có các phản ứng khác như: Phản ứng oxi hóa không
hoàn toàn, phản ứng với axetanatri, phản ứng với NaCN,…


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
 An toàn hóa chất
 Nguy hiểm tới sức khỏe con người:
• Là tác nhân gây ung thư.
• Gây tổn thương cho mắt và phổi,
 Ảnh hưởng tới môi trường:
• Dễ dàng ngấm vào đất
• Dễ bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời

II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
 Lưu trữ và bảo quản

 Nguồn nguyên liệu sản xuất EDC
• phương pháp clo hóa trực tiếp etylen hoặc oxyclo hóa etylen.
• Trong thực tế, người ta kết hợp hai quá trình trên và nối với thiết bị
sản xuất VC để tận dụng HCl từ quá trình sản xuất VC.


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
Cơ chế và điều kiện công nghệ
• Quá trình được tiến hành trên phản ứng phân hủy thu nhiệt sau:
Cl-CH2-CH2-Cl
CH2=CH-Cl + HCl
ΔH°298 = + 70 kJ/mol
• Phản ứng bắt đầu xảy ra ở 300°C
• Cơ chế: Chuỗi gốc:
(a) Khơi mào:
Cl-CH2-CH2-Cl

Cl-CH2-*CH2 + Cl*

(b) Phát triển mạch: Cl* + Cl-CH2-CH2-Cl

Cl-CH2-*CH-Cl + HCl

Cl-CH2-*CH-Cl
(c) Đứt mạch:

Cl* + Cl-CH2-*CH2

CH2=CH-Cl + Cl*
CH2 =CH-Cl + HCl

• Các quá trình trong công nghiệp được tiến hành ở 500°C-550°C,
trong pha khí, áp suất 2,5-3MPa, không sử dụng xúc tác
Động học phản ứng
Nguồn: [4] Trang 493-494


I. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
4. Động học phản ứng


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
Sơ đồ công nghệ cracking EDC sản xuất VC không sử dụng xúc tác

Nguồn: [1] Trang 227


II. Sản xuất Vinyl clorua bằng phương pháp cracking EDC
Sơ đồ công nghệ cracking EDC sản xuất VC không sử dụng xúc tác
 Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm:
• Không dùng xúc tác nên không cần tái sinh.
• Tận dụng dòng EDC không phản ứng tuần hoàn trở lại.
• Dòng HCl sinh ra có thể đem tận dụng cho các quá trình khác.
 Nhược điểm:
• Nhiệt cung cấp cho quá trình lớn, dễ tạo cặn, cốc.

• Có nhiều sản phẩm phụ, sản phẩm tạo ra có độ sạch không cao.
• Năng suất thấp, khó tự động hóa.


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
1. Sản xuất VC từ Axetylen
• Nguyên liệu: Axetylen, axit clohydric
• Xúc tác: HgCl2/C* (hoặc graphit, silicat,…)
• Nhiệt độ: 100-170°C
• Áp suất: 0,3.106 Pa
CH2=CH-Cl
• Phản ứng chính: C2H2 + HCl
 Sơ đồ công nghệ:
Nguồn: [1] Trang 225

ΔH= -100 kJ/mol


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
1. Sản xuất VC từ Axetylen


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
1. Sản xuất VC từ Axetylen
 Ưu nhược điểm
 Ưu điểm:
• Làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp (100-170°C).
• Độ chọn lọc VC đạt 98-99%.
• Sản phẩm tương đối sạch, ít cặn.
 Nhược điểm:

• Thiết bị cồng kềnh
• Axetylen đắt tiền nên giá sản phẩm cao.
• Axetylen dễ gây nổ, xúc tác HgCl2/C* rất độc.


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
2. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
 Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C2H2
 Quá trình dựa trên các phản ứng:
C2H4 + Cl2
Cl-H2C-CH2-Cl
(1)
Cl-H2C-CH2-Cl

H2C=CH-Cl + HCl

(2)

• HCl từ phản ứng (2) có thể được dùng cho phản ứng hydroclo hóa
axetylen:
C2H2 + HCl
H2C=CH-Cl
(3)
• Phản ứng tổng cộng:
C2H2 + C2H4 + Cl2

2H2C=CH-Cl


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác

2. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
 Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C2H2
 Sơ đồ quá trình:

Nguồn: [1] Trang 228


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
2. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
 Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C2H2
 Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm:
• Tận dụng được nguồn HCl từ quá trình clo hóa etylen cho quá trình
hydroclo hóa axetylen.
• Giảm bớt được một phần nguồn nguyên liệu axetylen đắt tiền bằng
etylen.
 Nhược điểm:
• Nguồn nguyên liệu vẫn cần sử dụng axetylen nên giá sản phẩm vẫn
cao


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
2. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
 Liên hợp clo hóa, oxy clo hóa etylen và cracking EDC
 Quá trình dựa trên các phản ứng:
C2H4 + Cl2
Cl-H2C-CH2-Cl
Cl-H2C-CH2-Cl
C2H4 + 2HCl + ½ O2
• Phản ứng tổng cộng:

2C2H4 + Cl2 + ½ O2

H2C=CH-Cl + HCl
Cl-H2C-CH2-Cl + H2O
2 H2C=CH-Cl + H2O


III. Một số công nghệ sản xuất VC khác
2. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
 Liên hợp clo hóa, oxy clo hóa etylen và cracking EDC
 Sơ đồ quá trình:

Nguồn: [1] Trang 229
 Ưu điểm:
• Tiêu tốn ít năng lượng do vận dụng được nhiệt của các phản ứng tỏa
nhiệt.
• Sử dụng được HCl tạo thành.
• Không dùng C2H2 nên chi phí rẻ hơn.