Công nghệ sản xuất Dichloroethane EDC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DẦU

TIỂU LUẬN CN TỔNG HỢP HỮU CƠ HÓA DẦU

Đề tài: Công nghệ sản xuất Dichloroethane - EDC
GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Sinh viên thực hiện: Nhóm 07
Nguyễn Viết Chương 20130441
Vũ Duy Phương

20133051

Trần Thu Hường

20132022


MỞ ĐẦU
•

Dicloetan có công thức hoá học CH2Cl - CH2Cl là chất lỏng ở điều kiện thường, là chất độc đối với người tiếp xúc và sử dụng.

•

Quá trình clo hóa etylen được tiến hành lần đầu tiên vào năm 1795.

•

Hiện nay, dicloetan được sử dụng như một nguyên liệu ban đầu cho quá trình sản xuất polyvinylclorua (PVC). Vào năm 1981, 85% tổng số

sản phẩm dicloetan được sử dụng để sản xuất vinylclorua (VC), 10% sử dụng cho việc sản xuất các dung môi chứa clo như 1,1,1
tricloetan, tetracloetan...


Nội dung chính
1.

Nguồn nguyên liệu và ứng dụng

2.

Tính chất

3.

Chỉ tiêu chất lượng

4.

Phương pháp tồn trữ và bảo quản

5.

An toàn môi trường

6.

Động học phản ứng

7.

Cơ chế phản ứng

8.

Xúc tác cho quá trình

9.

Công nghệ sản xuất

10. Mô phỏng bằng HYSYS


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất EDC


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất EDC
1.1.1 Phương pháp clo hóa trực tiếp
Phương trình phản ứng C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2

•

Xúc tác: FeCl3

Sản xuất Etylen

- Từ quá trình steam cracking

- Từ phân đoạn nhẹ của quá trình cracking xúc tác

•

Sản xuất Clo

Trong công nghiệp Clo được điều chế theo phương pháp điện phân, người ta điện phân dung dịch NaCl trong thùng điện phân có màng
ngăn xốp
2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
Sản xuất etylen từ quá trình steam cracking
Các chỉ tiêu

Etylen

Etylen min

99,9% TL

Propylen, max

50 ppm

Hợp chất no, max

1000 ppm

Axetylen, max

2 ppm

Oxy, max

1 ppm

Lưu huỳnh, max

H2S: 1ppm

CO, max

5 ppm

CO2, max

5 ppm

H2O, max

o
Điểm sương : -60 C

Hydro, max

1 ppm

COx, max

5 ppm

[1] Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
Sản xuất etylen từ phân đoạn C2 của quá trình cracking xúc tác
Hydrocacbon

% Trọng lượng

Hydro

1,3

Metan

29,5

Etan

25,4

Etylen

20,9

Propan

3,5

Propylen

11,8

Khí trơ

7,6

Tổng

100

[1] Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất EDC
1.1.2 Phương pháp oxi clo hóa

•

Phương trình phản ứng C2H4 + 2HCl + 1/2 O2 → C2H4Cl2 + H2O

•

Sản xuất Etylen

Xúc tác: CuCl2/Al2O3

- Từ quá trình steam cracking
- Từ phân đoạn nhẹ của quá trình cracking xúc tác

•

Sản xuất HCl

-

HCl được tận dụng từ quá trình phân huỷ nhiệt EDC để sản xuất vinyl clorua

•

Sản xuất O2

-

Chưng cất phân đoạn không khí thu được O 2

C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.2 Ứng dụng của EDC


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.2 Ứng dụng của EDC

•

85% tổng sản lượng EDC được sử dụng để sản xuất vinyl clorua.

•

10% được sử dụng trong việc sản xuất các dung môi clo hóa như

•

Phần còn lại đi vào các quá trình khác chủ yếu để tổng hợp ethylenediamines.

•

Sử dụng như một dung môi để tách sáp, tách parafin trong dầu mỏ.

1,1,1- trichloroethane và tri-, tetrachloroethylene.


1. Nguồn nguyên liệu và ứng dụng
1.2 Ứng dụng của EDC

Sản xuất VCM
Dung môi
Tổng hợp hữu cơ

Biểu đồ phân bố sản phẩm của EDC


2. Tính chất
2.1 Tính chất vật lý

•

Etylendiclorua (EDC) hay 1,2 Dicloetan có công thức hóa học là C 2H4Cl2 là 1 dung dịch không màu, là 1 chất lỏng dễ cháy.

•

o
o
EDC lại có điểm chớp cháy là 13 C (55,4 F). Khi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa hoặc nguồn nhiệt có năng lượng cao sẽ xảy ra hỏa hoạn, thải khí độc
và gây ăn mòn cao. Chính vì thế mà EDC phải được lưu giữ và bảo quản hết sức cẩn thận.

•

o
EDC không hòa tan trong nước tuy nó tạo thành với nước hỗn hợp đẳng phí, sôi ở 72 C có chứa 19,5% nước.

•

EDC độc, dễ gây mê, hít phải hơi dicloetan sẽ bị đau đầu, ho và có thể gây tử vong, giới hạn nồng độ cho phép EDC trong không khí là 0,05 mg/lít.


2. Tính chất
2.1 Tính chất vật lý
Chemical Formula

ClCH2CH2Cl

CAS Registry Number

107-06-2

Molecular Weight

98.97

Melting Point, °C

− 35.3 °C

Boiling Point, °C at 101.3 kPa

83.7 °C

Density at 20°C, g/l

1.253 g/cm

nD

20

3

1.4449

Vapor pressure at

[2] Wolgany Gerhartx . Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemitry , Vol A6 ,1997

0 °C

3.330 kPa

20 °C

8.530 kPa

30 °C

13.300 kPa

50 °C

32.000 kPa

70 °C

66.650 kPa

80 °C

93.310 kPa


2. Tính chất
2.1 Tính chất vật lý
Heat of formation (liquid)

-157.3 kJ/mol

∆H° 298
1.288 kJ kg

Heat of evaporation at 298 K

34.7 kJ/mol

Critical temperature

563 K

Critical pressure

5360 kPa

Viscosity at 20 °C

−3
0.84 × 10
Pa s

Surface tension at 20 °C

31.4 × 10

Coefficient of cubical expansion

0.00116 K

(0 – 30 °C)

[2] Wolgany Gerhartx . Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemitry , Vol A6 ,1997

−1 −1
K

Specific heat (liquid, at 20 °C)

−3

−1

N/m


2. Tính chất
2.1 Tính chất vật lý
Dielectric constant

10.5

Flash point (closed cup)

17 °C

Flash point (open cup)

21 °C

Ignition temperature (air)

413 °C

Explosive limits in air at 25 °C

6.2 – 15.6 vol%
1,2-dichloroethane

[2] Wolgany Gerhartx . Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemitry , Vol A6 ,1997

Solubility in water at 20 °C

0.86 wt %

Solubility of water in

0.16 wt %

1,2-dichloroethane at 20 °C

 


2. Tính chất
2.2 Tính chất hóa học

•

o

Dicloetan rất bền, ở nhiệt độ 340 C thì EDC bắt đầu phân hủy tạo thành VC, HCl.
C2H4Cl2

•

+

o
340 C

HCl

o
Dicloetan khi thủy phân thu được etylen glycol, tiến hành ở 200 C, P=15at có mặt Na2CO3.
CH2Cl
CH2Cl

•

C2H3Cl

|

CH2OH
+ 2H2O

|

+

2HCl

CH2OH

Dicloetan tác dụng với kiềm thu được VC và đây là nguyên liệu chính cho quá trình tổng hợp PVC
CH2Cl – CH2Cl + NaOH → CH2 = CHCl + NaCl + H2O


2. Tính chất
2.2 Tính chất hóa học

•

o
Dicloetan tác dụng với amoniac ở nhiệt độ 120 C thu được etylendiamin.
CH2Cl – CH2Cl + 4NH3 → NH2 – CH2 – CH2 – NH2 + 2NH4Cl

•

Dicloetan tác dụng với tetrasunfitnatri thu được cao su tổng hợp cấu tạo mạch thẳng gọi là cao su sunfit hay thiocol.
3nCH2Cl – CH2Cl + 3n Na2S4

→

(– C2H4– S – S – C2H4 – S – S – C2H4 – S – S –)n
S

•

S

S

S

S

S
||

||

||

Dicloetan tác dụng với NaCN tạo ra axit sucxinic.
ClCH2 – CH2Cl + 2NaCN →

CNCH2 – CH2CN + 2NaCl

CH2CN

CH2 – COOH

CH2CN
|

+ 2H2O

CH2 – COOH
→

|

+ 2NH3

||

||

||


3. Chỉ tiêu chất lượng
Technical Grade Ethylene Dichloride Requirements
Standard Specification for Technical Grade Ethylene Dichloride
Designation: D 5960 – 03
Property

Specification

Test Method

Color, Pt-Co, max

10

D 2108

Ethylene Dichloride, Weight %, min

99.8

D 6806

Specific Gravity, 25/25°C

1.248 ÷ 1.252

D 2111

Acidity (as HCl), ppm, max

10

D 2989

Water, ppm, max

200

D 3401

[6] ASTM Designation: D 5960 – 03 Standard Specification for Technical Grade Ethylene Dichloride


3. Chỉ tiêu chất lượng
Tiêu chuẩn ASTM

•

D 2108 Phương pháp thử màu của dung môi halogen hữu cơ và phụ gia của chúng (Platinum-Cobalt Scale)

•

D 2111 Phương pháp thử nghiệm đo trọng lượng riêng của dung môi halogen hữu cơ và phụ gia của chúng

•

D 2989 Phương pháp thử nghiệm đo độ axit-kiềm của dung môi halogen hữu cơ và phụ gia của chúng

•

D 3401 Phương pháp thử nghiệm đo hàm lượng nước trong dung môi halogen hữu cơ và phụ gia của chúng

•

D 6806 Phân tích hàm lượng halogen trong dung môi và hỗn hợp của chúng bằng sắc ký khí


4. Phương pháp tồn trữ và bảo quản
4.1 Tồn trữ

•

Bể chứa phải đủ lớn có khả năng chứa tối thiểu là 150% thể tích EDC.

•

Bể chứa có thể được đặt theo chiều ngang hoặc theo chiều thẳng đứng.

•

Bể chứa dùng cho EDC phải đáp ứng tiêu chuẩn API 620 của Viện Dầu mỏ Mỹ (API), thiết kế & xây dựng bể chứa được hàn cho áp suất
thấp và cao, ASME Section VIII, hoặc thiết kế và chế tạo khác phù hợp tiêu chuẩn.


4. Phương pháp tồn trữ và bảo quản
4.1 Tồn chứa

Figure 7: Tank Truck or Tank Car Top Unloading Diagram
[7] Oxychem, Technical information Ethylene dichloride (EDC) Handbook, 7/2012


4. Phương pháp tồn trữ và bảo quản
4.1 Tồn chứa

Figure 8: Tank Truck or Tank Car Bottom Unloading Diagram
[7] Oxychem, Technical information Ethylene dichloride (EDC) Handbook, 7/2012


4. Phương pháp tồn trữ và bảo quản
4.2 Bảo quản

•

Các thùng chứa trước khi sử dụng phải làm sạch kỹ lưỡng, kiểm tra bằng nước để phát hiện rò rỉ chất lỏng và làm khô trước khi được đưa
vào để chứa EDC.

•

Các thùng chứa số lượng lớn nên được chế tạo từ vật liệu nhẹ, carbon, thép không gỉ, không làm từ nhôm, không được chế tạo từ bất kỳ
thành phần nhựa không tương thích

•

Các thùng chứa bên ngoài nên được làm sạch, sơn lót và sơn một màu trắng hoặc màu sáng tránh làm tăng nhiệt độ trong quá trình bảo
quản.


4. Phương pháp tồn trữ và bảo quản
4.2 Bảo quản

Figure 11: Storage Tank diagrams
[7] Oxychem, Technical information Ethylene dichloride (EDC) Handbook, 7/2012


5. An toàn môi trường
Material Safety Data Sheet 1,2-Dichloroethane MSDS
Xác định các nguy hại

•
•

Khả năng ảnh hưởng cấp tính đến sức khỏe:
Vô cùng nguy hiểm trong trường hợp nuốt phải, hít phải. Rất nguy hiểm trong trường hợp tiếp xúc với mắt. Nguy hiểm trong trường hợp tiếp xúc với
da.

•

Ăn mòn đối với da và mắt khi tiếp xúc. Tiếp xúc với da có thể gây bỏng. Dạng lỏng hoặc dạng phun sương có thể gây ra tác hại cho mô đặc biệt trên

niêm mạc mắt, miệng và đường hô hấp. Hít phải dạng sương phun có thể gây ra kích ứng nặng đường hô hấp, triệu chứng đặc trưng như ho, nghẹn,
hoặc khó thở. Viêm kết mạc mắt có triệu chứng đặc trưng như xung huyết kết mạc, tổn thương giác mạc, chảy nước mắt và ngứa.

•
•

Khả năng ảnh hưởng mãn tính đến sức khỏe:
Có thể gây ung thư, độc hại cho phổi, hệ thần kinh, suy gan, suy thận...