Đồ án môn học: Sản xuất 1, 2 – dicloetan

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
----- // -----

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT 1, 2 – DICLOETAN TỪ ETYLEN

Sinh viên thực hiện:
Lê Hoàng Nam

03PPR110014

Trương Khôi Nguyên

03PPR110016

Cao Thị Thu Trang

03PPR110026

Chuyên ngành Lọc Hóa Dầu
Lớp: K3LHD
Khóa : 2013-2018
Người hướng dẫn: TS. Đàm Thị Thanh Hải

Bà Rịa - Vũng Tàu, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

KHOA DẦU KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Nam

03PPR110014

Trương Khôi Nguyên

03PPR110016

Cao Thị Thu Trang

03PPR110026

Lớp: K3 Lọc Hóa Dầu

Khóa: III

1. Đồ án: Sản xuất 1, 2 – dicloetan từ etylen
2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu)
- Công suất phân xưởng: 250.000 tấn / năm
- Thời gian làm việc của dây chuyền: 8000 giờ / năm.
- Độ chuyển hóa của etylen: 95%.
- Độ chọn lọc của sản phẩm: 99.5%.
- Sản phẩm phụ: monocloetan, vinyclorua.

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Tổng quan lý thuyết về nguyên liệu và sản phẩm.
- Công nghệ sản xuất 1, 2 – dicloetan.
- Chọn thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất 1, 2 – dicloetan.
- Tính cân bằng vật chất và năng lượng, mô phỏng (nếu có) và kết luận.
4. Các bản vẽ (loại và kích thước bản vẽ): Gồm 01 bản vẽ A1- quy trình công nghệ
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày hoàn thành đồ án:
7. Ngày bảo vệ:


Bà Rịa, ngày… tháng… năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS BÙI THU HOÀI

ĐÀM THỊ THANH HẢI


TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

KHOA DẦU KHÍ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên đồ án: Sản xuất 1, 2 - dicloetan

Họ và tên sinh viên:

Lê Hoàng Nam

03PPR110014

Trương Khôi Nguyên

03PPR110016

Cao Thị Thu Trang

03PPR110026

Lớp: K3 Lọc Hóa Dầu

Khóa: III

Họ và tên người phản biện:
I. PHẦN NHẬN XÉT:
1) Về hình thức và kết cấu ĐAMH:

2) Về nội dung:
2.1. Nhận xét phần tổng quan tài liệu:
2.2. Nhận xét về phương pháp nghiên cứu:
2.3. Nhận xét về kết quả đạt được:
2.4. Nhận xét phần kết luận:
2.5. Những thiếu sót và tồn tại của ĐAMH:
(Đề nghị Quý Thầy Cô ghi chi tiết và chuyển cho Bộ môn)

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày tháng
NGƯỜI PHẢN BIỆN

2

năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

KHOA DẦU KHÍ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Mẫu dành cho GVHD)
Tên đồ án: Sản xuất 1, 2 - dicloetan

Họ và tên sinh viên:

Lê Hoàng Nam

03PPR110014

Trương Khôi Nguyên

03PPR110016

Cao Thị Thu Trang

03PPR110026

Lớp: K3 Lọc Hóa Dầu

Khóa: III

Họ và tên của GVHD: Đàm Thị Thanh Hải
1. Nhận xét về tinh thần thái độ làm việc và nghiên cứu của SV

2. Nhận xét về kết quả:

3. Những tồn tại nếu có:
Bà Rịa, ngày tháng

năm 2017

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
ĐÀM THỊ THANH HẢI

3


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. i
BẢNG KÍ HIỆU .............................................................................................................. ii
BẢNG VIẾT TẮT .......................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1

1.1. Tổng quan nguyên liệu ......................................................................................... 1
1.1.1. Clo ................................................................................................................. 1
1. 1.1.1. Tính chất vật lý ...................................................................................... 1
1.1.1.2. Tính chất hóa học ................................................................................... 1
1.1.1.3. Điều chế Clo ........................................................................................... 2
1.1.1.4. Ứng dụng ................................................................................................ 3
1.1.1.5. Những nguy hại của Clo ......................................................................... 3
1.1.2. Etylen ............................................................................................................. 4
1.1.2.1. Tính chất vật lý ....................................................................................... 4
1.1.2.2. Tính chất hóa học ................................................................................... 4
1.1.2.3. Điều chế etylen ....................................................................................... 6
1.1.2.4. Ứng dụng ................................................................................................ 7
1.2. Tổng quan sản phẩm 1,2 - dicloetan ..................................................................... 7
1.2.1. Tính chất vật lý .............................................................................................. 7
1.2.2. Tính chất hóa học .......................................................................................... 8
1.2.3. Ứng dụng ....................................................................................................... 9
1.2.4. An toàn, tồn trữ và vận chuyển ................................................................... 10
1.3. Công nghệ sản xuất EDC ................................................................................... 11
1.3.1. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp .............................................................. 11
1.3.1.1. Cơ chế ................................................................................................... 11
1.3.1.2. Xúc tác .................................................................................................. 12
1.3.1.3. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha lỏng ........................................ 13

4


1.3.1.4. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha hơi .......................................... 15
1.3.3 Công nghệ oxy clo hóa ................................................................................. 16
1.3.3.1 Cơ chế .................................................................................................... 16
1.3.3.2. Xúc tác .................................................................................................. 17

1.3.3.3. Công nghệ với thiết bị tầng cố định ..................................................... 18
1.3.3.4. Công nghệ với thiết bị phản ứng tầng sôi............................................. 19
1.3.3. So sánh và lựa chọn phương pháp sản suất ................................................. 21
1.4. Thuyết minh quy trình công nghệ ...................................................................... 24
1.4.1. Sơ đồ công nghệ .......................................................................................... 24
1.4.2. Mô tả sơ đồ công nghệ ................................................................................ 25
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................ 26
2.1. Các phản ứng xảy trong thiết bị clo hóa ............................................................. 26
2.2. Xác định năng suất làm việc ............................................................................... 26
2.3. Tính toán cân bằng vật chất ................................................................................ 28
2.3.1. Tính toán cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1) .......................... 28
2.3.1.1. Tính lượng etylen vào thiết bị phản ứng .............................................. 28
2.3.1.2. Lượng clo cho vào ................................................................................ 29
2.3.1.3. Dòng tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng chính (1) là dòng ra của thiết
bị phản ứng thứ cấp chứa xúc tác ...................................................................... 30
2.3.2. Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3).......................................... 32
2.3.3 Cân bằng vật chất tháp tách lỏng khí (2) ...................................................... 34
2.3.4 Cân bằng vật chất thiết bị ổn định (5) .......................................................... 36
2.3.5. Cân bằng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách
H2O/ EDC (10) ...................................................................................................... 37
2.3.5.1 Thiết bị chưng cất đẳng phí (10) ........................................................... 37
2.3.5.2. Thiết bị tách H2O / EDC (7) ................................................................. 38
2.3.5.3. Thiết bị trung hòa bằng NH3 (8) ........................................................... 40
2.3.5.4. Thiết bị tách EDC / H2O (9) ................................................................. 41
2.3.6. Cân bằng vật chất tháp chưng EDC (11) ..................................................... 43

5


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ......................................... 45

3.1. Thông số cơ bản ................................................................................................. 45
3.2. Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng xảy ra ............................................................ 45
3.3. Tính cân bằng nhiệt lượng cho quá trình ............................................................ 47
3.3.1. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị phản ứng sơ cấp (1): ................................. 47
3.3.1.1. Nhiệt lượng các dòng vật chất mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp (1) 48
3.3.1.2. Nhiệt lượng dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị phản ứng .................. 50
3.3.1.3. Nhiệt lượng cần làm mát ...................................................................... 51
3.3.2. Cân bằng nhiệt lượng ở phản ứng thứ cấp (3) ............................................. 52
3.3.3. Nhiệt lượng làm mát cho dòng sản phẩm đáy đi ra từ (2) ........................... 54
3.3.4. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị tách EDC/nước (9)....................................... 56
3.3.5. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị chưng cất đẳng phí (10) ............................... 58
3.3.6. Cân bằng nhiệt lượng tháp tách EDC (11) .................................................. 60
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 64
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 65

6


LỜI NÓI ĐẦU
Dicloetan (EDC) là một hợp chất hữu cơ quan trọng trong công nghệ tổng hợp hữu cơ
hóa dầu. EDC được ứng dụng rộng rãi làm dung môi (trong quá trình chiết tách, khử
dầu mỡ, ...), chất tẩy rửa trong công nghiệp, chất làm sạch kim loại. EDC có thể được
thêm vào xăng như một chất chống tạo muội cho nhiên liệu. Đặc biệt, EDC là nguyên
liệu trung gian sản xuất vinyl clorua monomer (VCM) – một monomer quan trọng để
tổng hợp poly vinyl clorua (PVC) có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
khác nhau như xây dựng, dân dụng, dệt may, kỹ thuật điện, vô tuyến viễn thông, giao
thông vận tải, kỹ thuật ô tô, …
Công nghệ tổng hợp EDC đã và đang được quan tâm và phát triển. Vì vậy, việc thiết kế
phân xưởng sản xuất EDC với năng suất và chất lượng EDC cao hơn để đáp ứng nhu

cầu sử dụng ngày một tăng cao là việc làm cần thiết. Công nghệ sản xuất EDC về cơ
bản xuất phát từ hai phương pháp chính là clo hóa trực tiếp etylen (ở pha lỏng và ở pha
khí tương ứng với quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp và ở nhiệt độ cao) và oxy clo hóa
etylen. Ngày nay, hai phương pháp này được cải tiến nâng cấp nhiều hơn. Dây chuyền
sản xuất EDC thường được kết hợp với dây chuyền sản xuất vinyl clorua để tận dụng
lượng HCl sinh ra từ quá trình sản xuất vinyl clorua. Trong đồ án này, nhóm tác giả xin
được trình bày về thiết kế một phân xưởng sản xuất EDC theo phương pháp clo hóa
trực tiếp etylen ở nhiệt độ thấp.

i


BẢNG KÍ HIỆU
Đại lượng

Kí hiệu

Đơn vị

Lưu lượng

G

kmol/h (kg/h)

Nhiệt độ

T

Áp suất

P

atm – bar

Công suất

P

tấn/năm

Nhiệt dung riêng

Cp

kJ/kmol.K

Enthalpy

∆H

kJ/kmol

Entropy

∆S

kJ/K

Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào

Qvào

kJ/h

Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng

Qpư

kJ/h

Nhiệt lượng dòng sản phẩm mang ra khỏi

Qra

kJ/h

Nhiệt lượng trao đổi với thiết bị làm mát

Qlm

kJ/h

Nhiệt lượng thất thoát ra môi trường

Qtt

kJ/h

Nhiệt lượng của reboiler

Qreb

kJ/h

ii

0

C–K


BẢNG VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Kí hiệu

Diclopropan

DCP

1, 2 – dicloetan

EDC

Monocloetan

MCE

Tricloetan

TCE

Vinyl clorua monomer

VCM

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.Cấu tạo của etylen ............................................................................................ 5
Hình 1.2 Tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới [7] ........................................................ 10
Hình 1.3. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm ở dạng hỗn hợp
lỏng hơi. ......................................................................................................................... 14
Hình 1.4. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm dạng hơi .......... 16
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng cố
định ................................................................................................................................ 19
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng sôi 20
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC sản phẩm thu được dạng lỏng hơi .............. 24
Hình 2.1.Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1) ................................................... 28
Hình 2.2. Dòng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3) .................................................. 32
Hình 2.3. Dòng vật chất ở thiết bị ổn định (5) .............................................................. 36
Hình 2.4. Dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách H2O/
EDC (10)........................................................................................................................ 37
Hình 3. 1. Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1) ................................................. 47
Hình 3. 2. Các dòng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ cấp (3) ....................................... 52
Hình 3. 3. Các dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách
H2O/ EDC (10) .............................................................................................................. 56
Hình 3. 4. Dòng vật chất thiết bị tách H2O/ EDC (10) và tháp chưng EDC (11) ......... 58

Hình 3. 5. Dòng vật chất thiết bị tháp chưng EDC (11)……………………………. 60

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.1. Bảng thông số tính chất vật lý của Cl2 ......................................................... 1
Bảng 1.1.2.Tính chất vât lý của etylen ............................................................................ 4
Bảng 1.1.3. So sánh các phương pháp sản xuất EDC [9]……………………………...22
Bảng 2.3.1. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng chính (1) .................................. 31
Bảng 2.3.2. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp ..................................... 34
Bảng 2.3.3. Bảng cân bằng vật chất thiết bị tách khí – lỏng ......................................... 35
Bảng 2.3.4. Bảng cân bằng vật chất thiết bị ổn định ..................................................... 37
Bảng 2.3.5.1. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách H2O / EDC (7) (kg/h) ............ 41
Bảng 2.3.5.2. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị trung hòa (kg/h) ............................. 42
Bảng 2.3.5.3. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách EDC / H2O (kg/h) .................. 42
Bảng 2.3.5.4. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị chưng cất đẳng phí (10) (kg/h)… 43
Bảng 3. 1.Hàm nhiệt dung riêng, giá trị enthanpy, giá trị entropy của các cấu tử [9] .. 45
Bảng 3.3.1.1. Thành phần và lưu lượng của dòng khí vào ............................................ 48
Bảng 3.3.1.2. Bảng thành phần và lưu lượng cấu tử trong dòng tuần hoàn .................. 49
Bảng 3.3.1.3. Thành phần và lưu lượng dòng vật chất vào thiết bị phản ứng............... 50
Bảng 3.3.3.1. Bảng thành phần và lưu lượng dòng đi ra khỏi thiết bị (2) ..................... 55
Bảng 3.3.3.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho dòng vật chất đi ra từ thiết bị (2).......... 56
Bảng 3.3.4.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (9) ......................................... 57
Bảng 3.3.4.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị tách EDC/nước (9) ................... 58
Bảng 3.3.5.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (10) ....................................... 58
Bảng 3.3.5.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị chưng cất đẳng phí (10) ........... 60
Bảng 3.3.6.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (11) ....................................... 61
Bảng 3.3.6.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho tháp tách EDC (11) .............................. 62

v


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan nguyên liệu
1.1.1. Clo
Clo tồn tại chủ yếu trong tự nhiên là thành phần chủ yếu của muối ăn và các hợp chất
khác, clo còn là thành phần cấu tạo nên phần lớn sự sống bao gồm cả cơ thể con người.
1.1.1.1. Tính chất vật lý [1]
Ở điều kiện thường, clo có màu vàng lục nhạt, nặng hơn không khí 2.5 lần, có mùi sốc
và cực độc.
Clo tan vừa phải trong nước (ở 20° C, 1lít nước hòa tan 2.5 lít clo). Dung dịch nước clo
có màu vàng nhạt. Khí clo tan nhiều trong dung môi hữu cơ, nhất là hexan và carbon
tetra clorua.
Bảng 1.1.1. Bảng thông số tính chất vật lý của Cl2
Thuộc tính

Thông số

Nhiệt độ nóng chảy (° C)

-102.4

Nhiệt độ sôi (° C)

-34

Điểm tới hạn (° C)

144

Áp suất tới hạn (atm)

76.1

Độ dài kiên kết (A°)

2

1.1.1.2. Tính chất hóa học [1]
Khí clo là một phi kim điển hình và có tính oxy hóa cực mạnh nên có khả
năng phản ứng ngay lập tức gần như với mọi nguyên tố.
-

Tác dụng với nước tạo dung dịch clo:
Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd)
1


-

Clo hòa tan vào nước tạo dung dịch Clo có màu vàng lục, mùi hắc, dung dịch có
khả năng làm mất màu quỳ tím (ban đầu làm quỳ hóa đỏ ngay sau đó bị mất màu
do HClO có tính oxy hóa mạnh).

-

Tác dụng với kim loại: tác dụng hầu hết với các kim loại và đẩy lên hóa trị dương
cao nhất của kim loại
Cl2 + Fe → FeCl3

-

Tác dụng với phi kim:
 Tác dụng với H2:
H2 (k) + Cl2 (k)

→

2HCl (k)

∆H = -184.6 kJ

Ở nhiệt độ thường hoặc trong bóng tối, clo oxi hóa chậm hydro. Nếu được chiếu sáng
mạnh hoặc hơ nóng thì phản ứng xảy ra rất nhanh, nếu tỷ lệ H2:Cl2 = 1: 1 thì hỗn hợp
sẽ nổ mạnh.
 Tác dụng với phi kim khác: clo cũng có thể đẩy phi kim đạt hóa trị dương cao
nhất
2P + 5Cl2 →
-

2PCl5

Tác dụng với dung dịch kiềm: tác dụng với dung dịch kiềm tạo nước javen có tác
dụng tẩy trắng
Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H2O (l)

1.1.1.3. Điều chế Clo [1]
Nguyên tắc: oxi hoá ion Cl- thành Cl2
-

Trong phòng thí nghiệm: clo được tạo thành khi cho chất oxy hóa mạnh (KMnO4,
KClO4…) tác dụng với HCl đặc

2


KMnO4 +16HCl
-

→

2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O

Trong công nghiệp: clo có thể thu được nhờ điện phân có màng ngăn nước biển,
màng ngăn có bọc lưới kim loại vào catot, không cho clo và natri hydroxit tác dụng
tạo lại muối
2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

1.1.1.4. Ứng dụng [2]
Clo (khí hay dung dịch) có ứng dụng rộng rãi trong đời sống: clo được sử dụng làm
chất diệt khuẩn nước sinh hoạt, nước bể bơi, thậm chí sử dụng làm tinh khiết nước
uống và tẩy trắng trong nhà máy sản xuất giấy, may mặc, dệt nhuộm và thực
phẩm…Clo được ứng dụng trong sản suất vật dụng hằng ngày: từ clo có thể điều chế
được các chất vô cơ như HCl, clorua vôi, dung môi hữu cơ chứa clo như di-clo etane,
thuốc trừ sâu 666, chất dẻo, nhựa, cao su tổng hợp. Ngoài ra, clo còn sử dụng để chiết
suất brom.
1.1.1.5. Những nguy hại của Clo [3]
Đối với sức khỏe con người: nồng độ khoảng 400 ppm trở lên thường gây tử vong
trong vòng 30 phút và 1.000 ppm trở lên có thể gây tử vong chỉ trong vòng vài phút.

Do clo nặng gấp hơn hai lần so với không khí, nó có xu hướng “lắng xuống” ở gần nơi
nó được giải phóng ra, trừ khi bị phân tán bởi không khí. Do đó, nồng độ cục bộ rất cao
có thể xảy ra ở sát khu vực ngay nguồn giải phóng của nó. Điều này có thể dẫn đến
chứng ngạt thở cùng với suy hô hấp, phù phổi, có khả năng xảy ra cao huyết áp động
mạch phổi cấp tính, chứng tim to, tắc nghẽn mạch máu phổi. Clo có thể phản ứng
với nước trong niêm mạc của phổi để hình thành axit clohidric (HCl), một chất
gây kích ứng có thể gây tử vong. Ngoài ra clo còn là thành phần của hợp chất dioxinchất có khả năng phá hoại tế bào, làm biến dạng ADN gây dị tật ở người, động vật bị
nhiễm.

3


Đối với môi trường: Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa trong phân tử
chlorofluorocarbons, ký hiệu CFC, có liên quan trong việc gây hại tầng ôzôn, gây hiện
tượng mưa axit phá hủy rừng, phá hủy các công trình kiến trúc.
1.1.2. Etylen [4]
Etylen có công thức hóa học là C2H4 là sản phẩm trung gian hay sản phẩm cuối của quá
trình lọc dầu. Etylen được dùng để sản xuất poly etylen và các hợp chất làm nguyên
liệu cho nhựa tổng hợp như polyvinyl clo (PVC), polyetylen terphthalate (PET),
polystyrene (PS), …
1.1.2.1. Tính chất vật lý
Etylen là chất khí không màu, không mùi, hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, tan
nhiều trong ether và một số dung môi hữu cơ có cực.
Bảng 1.1.2.Tính chất vât lý của etylen
Thuộc tính

Thông số

Khối lượng phân tử

28.05 g/mol

Nhiệt độ nóng chảy

-103.7◦C

Nhiệt độ sôi

-169.2◦C
1.178 kg/m3

Tỷ trọng
Độ tan trong nước

3.5 mg/100 ml (17◦C)

1.1.2.2. Tính chất hóa học
Trong phân tử etylen có hai nguyên tử carbon ở trạng thái lai hóa sp2, vì vậy cả 6
nguyên tử (4 nguyên tử hydro và 2 nguyên tử C) đều nằm trong một mặt phẳng, góc
liên kết là 120° gồm một liên kết xích ma và một liên kết pi. Tính đối xứng trong phân
tử tạo nên tính chất quan trọng của etylen, có khả năng tham gia các phản ứng như
phản ứng cộng, oxy hóa, ....

4


Hình 1.1.Cấu tạo của etylen
- Phản ứng cộng: phản ứng quan trọng - bẽ gãy liên kết đôi tạo hợp chất no.
 Cộng halogen:
 Cộng clo: etylen cộng clo tạo 1, 2 - diclothane (EDC) là sản phẩm trung gian

tổng hợp vinylclo (VC) với điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp
Cl2 + H2C = CH2 → ClH2C – CH2Cl
 Cộng Brom: phản ứng này cũng là cách để nhận biết etylen với các hydrocarbon
no (alkane), dung dịch brom màu nâu đỏ chuyển sang không màu
Br2 + H2C = CH2 → BrH2C – CH2Br
màu nâu

không màu

 Cộng halogene khác: etylen không phản ứng với iot, còn với flo thì chỉ xảy ra
phản ứng phân hủy
 Cộng hydro: xúc tác Ni, phản ứng tỏa nhiệt
H2 + H2C = CH2 → H3C - CH3
 Cộng hydro halogen (HX với X là Cl, Br, I): etylene phản ứng kém dần từ HCl
→ HBr → HI
HX + H2C = CH2 → H3C - CH2X
5


- Phản ứng oxy hóa: etylen có khả năng phản ứng với chất oxy hóa mạnh
3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H5(OH)2 + 2 KOH + 2MnO2
- Phản ứng trùng hợp: khi có xúc tác và nhiệt độ thích hợp (peroxide, T = 100-300° C,
P = 100 atm), liên kết kém bền trong phân tử etylen bị dứt ra làm cho các phân tử
etylen kết hợp với nhau, tạo thành chất có phân tử lượng rất lớn gọi là polyetylen. Phản
ứng đó gọi là phản ứng trùng hợp.
CH2=CH2 → (H2C – CH2 )n
1.1.2.3. Điều chế etylen
Có nhiều phương pháp để điều chế etylen, hiện nay có một số phương pháp tiêu biểu
được sử phổ biến như:
-

Hydro hóa không hoàn toàn acetylene thu etylen
HC≡CH + H2 → H2C=CH2

Phản ứng xảy ra ở áp suất thường và nhiệt độ T= 250° C với xúc tác Ni.
-

Nhiệt phân ethane:
C2H6 → H2C = CH2 + H2

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao T ≥ 900° C, với điều kiện phản ứng ở nhiệt độ cao như
thế này etylen kém bền dễ bị khử hydro tạo acetylen vì vậy nên tách sản phẩm nhanh ra
khỏi thiết bị phản ứng cũng như giảm thời gian phản ứng.
-

Từ dầu mỏ

Etylen có thể thu được từ các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu như các phân xưởng
reforming xúc tác, cracking xúc tác tầng sôi, alkyl hóa, ... Ngoài ra etylen còn được sản
suất từ phân đoạn naphtha bằng quy trình steam cracking thu được hỗn hợp olefin, sau
đó đem tách thu được etylen.

6


-

Tách H2O từ C2H5OH: xúc tác là hỗn hợp của magie oxide, alumina, silica ở 600700K
C2H5OH (g) ↔ C2H4 (g) + H2O(g)

Trong các phương pháp sản xuất etylen trên thì etylen thu được từ dầu mỏ có nhiều ưu
điểm hơn so với các phương pháp khác do có nguồn dầu mỏ ổn định, hiệu suất cao, rẻ.
1.1.2.4. Ứng dụng [5]
Etylen cũng như olefin là nguồn nguyên liệu quý để tổng hợp các hợp chất hữu cơ như
etylen oxide, acetic acid, rượu…, cũng như nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu như
polyetylen, polyvinylclorua,…
Ngoài ra, etylen còn được ứng dụng trong nông nghiệp: sử dụng như là chất kích thích
rau, củ, quả chín. Etylen có khả năng tăng sản lượng mủ cao su.
1.2. Tổng quan sản phẩm 1,2 - dicloetan
Hợp chất hóa học 1, 2- di cloetane (EDC) được tổng hợp lần đầu tiên năm 1975. Với
sự phát triển trong nghiên cứu và ứng dụng của EDC trong các ngành công nghiệp, sản
lượng sản xuất EDC liên lục tăng trong những năm gần đây. Đặc biệt trong giai đoạn
phát triển mạnh của công nghiệp dầu khí trên toàn thế giới. Trong đó xây dựng quy
trình sản xuất EDC tối ưu để có thể đáp ứng được nhu cầu thị trường luôn là ưu tiền
hàng đầu trong công tác nghiên cứu, thiết kế. [6]
1.2.1. Tính chất vật lý [6]
1, 2- dicloetan là chất lỏng tại nhiệt độ phòng, hòa tan dễ dàng trong tất cả các
chlorinated hydrocarbon và trong hầu hết các dung dịch hữu cơ thông thường.
EDC không tan trong nước, tạo dung dịch đẳng phí sôi ở 70,5oC tại nồng độ 8,2%
nước. Bảng 1.2.1 trình bày một số tính chất quan trọng của EDC.

7


Bảng 1.2.1. Một số tính chất vật quan trong của EDC.
Tính chất

Giá trị

Đơn vị

Khối lượng phân tử

98,97

dvC

Nhiệt độ nóng chảy

-35,3

o

Nhiệt độ sôi tại áp suất 1atm

83,7

o

Khối lượng riêng ở 20oC

1,253

g/cm3

Nhiệt độ tới hạn

563

o

Áp suất tới hạn

5360

kPa

Nhiệt dung riêng tại 20oC

1,288

kJ.kg-1K

Độ tan tại 20oC

0,86

wt%

C
C

K

1.2.2. Tính chất hóa học [6]
Trong phân tử EDC có sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử clo và cacbon nên
cặp electron liên kết bị lệch về hướng clo. Kết quả là mật độ electron trong nguyên tử
clo tăng lên nên chúng dễ dàng bị tách ra dưới dạng Cl-. Như vậy EDC có hai nguyên
tử clo linh động nên có khả năng tham gia nhiều phản ứng.
-

Ở nhiệt độ cao, trên 360 0C , khi có mặt của Fe 1, 2-dicloetane bắt đầu phân hủy
tạo ra vinyl clorua, hydro clorua và một lượng nhỏ axetylene.
2ClCH2-CH2Cl → CH2=CHCl +3HCl + C2H2

-

Tại nhiệt độ phòng 1, 2- dicloetan bị phân hủy dần với điều kiện hơi ẩm và tia cực
tím (tia UV). Quá trình phân hủy này có thể bị ngăn chặn bằng các chất ổn định.

-

Thủy phân EDC trong môi trường kiềm tạo etylen glycol:
8


ClCH2-CH2Cl + 2H2O → HO-CH2-CH2-OH + 2HCl
-

Etylen glycol được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất sợi tổng hợp và thuốc nổ.

-

EDC tác dụng với kiềm tạo vinyl clorua (VC) nguyên liệu cho tổng hợp poly
vinylclorua (PVC)
ClCH2-CH2Cl + NaOH → CH2=CHCl + NaCl + H2O

-

Tác dụng với Amoniac tạo etylen diamine tại 120oC:

ClCH2-CH2Cl + 2NH3 → H2N-CH2-CH2-NH2 + 2NH4Cl.

-

Trong công nghiệp EDC được ứng dụng trong tổng hợp cao su polysulfua Thiokol:
ClCH2-CH2Cl + N2S4 → (-CH2-CH2-Sx-)n

1.2.3. Ứng dụng [7]
Phần lớn 1, 2- dicloetan được sử dụng để sản suất monome vinylclorua (VCM), nguyên
liệu cho ngành công nghiệp sản suất nhưa polyvinyl clo (PVC). Năm 2015, 98% lượng
tiêu thụ EDC dung để sản xuất VCM. Ở Trung Quốc và các nước phát triển như châu
Âu, Mỹ, EDC được dùng để sản xuất dung môi. Ngoài ra EDC còn được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác như: chất tẩy rửa trong công nghiệp dệt, công nghệ pha sơn,
làm sạch kim loại trước khi mạ crom và niken. EDC còn sử dụng làm dung môi tẩy rửa
chì trong xăng bị nhiễm chì, nhưng ngày nay xăng chì bị hạn chế sử dụng nên ứng
dụng này ít được ứng dụng hơn so với trước.

9


Hình 1.2 Tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới [7]
Hình 1.2 trình bày tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới. Theo hình 1.2 EDC chủ yếu
được tiêu thụ ở các nước có nền công nghiệp phát triển, đứng đầu là Mỹ, tiếp theo là
châu Âu và Trung Quốc.
1.2.4. An toàn, tồn trữ và vận chuyển [7]
EDC là một chất hóa học dễ cháy và độc hại nên được sản xuất vận chuyển với sự
giám sát nghiêm nghặt. Mỗi cá nhân cần được đào tạo về EDC trong vận hành và sản
xuất và luôn được trang bị áo, giày, găng tay,.. có khả năng chống thấm EDC để ngăn
chặn bất kì sự tiếp xúc nào của EDC đối với da .
Con người có thể bị nguy hiểm tính mạng khi hít phải hơi EDC trên mức PEL theo

OSHA (The Occupational Safety and Health Asociation). Trong đó, PEL (Permissible
Exposure Limits) là nồng độ giới hạn cho phép dưới 50 ppm thì công nhân có thể tiếp
xúc 8 giờ trên ngày, 5 ngày trên tuần mà không nguy hiểm đến tính mạng. Ngoài ra
OSHA cũng thiết lập giới hạn nồng độ cho phép tiếp xúc ngắn STEL (Short Term
Exposure Limit) là 50ppm.
EDC là chất dễ cháy nên cần chú ý trong quá trình tồn chứa, bảo quản tránh để tiếp xúc
với ngọn lửa hoặc nguồn nhiệt có năng lượng cao. Khi cháy có thể dập tắt bằng nước,
10


hóa chất khô, bọt hoặc CO2. Khu vực làm việc cần phải có các biện pháp phòng cháy
tốt, thông thoáng, thông gió tốt để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ cũng như gây ngộ độc
khi xảy ra sự rò rỉ EDC trong không khí.
Bể chứa phải đảm bảo kín, kiểm tra rò rỉ thường xuyên trong quá trình sử dụng. Các bể
chứa phải được sơn màu trắng, hoặc màu sáng để tránh làm tăng nhiệt độ của bồn, bể
chứa.
1.3. Công nghệ sản xuất EDC [6]
EDC được sản xuất quy mô công nghiệp thông qua phương pháp clo hóa etylen. Quá
trình này có thể thực hiện được thông qua clo hóa trực tiếp hoặc là oxy clo hóa.
Trong thực tế sản xuất, cả hai quá trình trên thường đi kèm với nhau và hoạt động song
song với nhau. Hầu hết mọi phân xưởng EDC đều được kết nối với cụm VCM. Quá
trình oxy clo hóa được sử dụng để tối ưu lượng HCl sinh ra trong quá trình sản xuất
VCM.
1.3.1. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp [6]
Quá trình clo hóa trực tiế p etylen đươ ̣c tiế n hành trong pha lỏng hoặc pha khí/lỏng .
Phản ứng tỏa nhiê ̣t, nhiê ̣t đô ̣ phản ứng 50 – 90oC phu ̣ thuộc vào phương pháp thu EDC.
Khi EDC ở da ̣ng lỏng nhiê ̣t đô ̣ phản ứng là 50 – 60oC, khi EDC thu ở da ̣ng khí nhiê ̣t đô ̣
phản ứng là 85 – 90oC, áp suấ t thấ p: 0,3 –0,5 106 Pa, tỉ lê ̣ Cl2:C2H4=1:1.
Dòng nguyên liệu etylen và clo được đưa vào thiết bị phản ứng clo hóa có chứa xúc tác
FeCl3. Nhiệt sinh ra từ phản ứng được tách ra bằng cách trao đổi nhiệt với môi trường

ngoài sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt.
1.3.1.1. Cơ chế
- Phản ứng xảy ra theo cơ chế ái điện tử, clo và etylen hấp phụ lên bề mặt xúc tác, clo
bị phân cực nhờ tác dụng của xúc tác, phân tử clo hoạt động như một tác nhân ái điện
tử sau đó tấn công vào liên kết đôi của etylen
11


FeCl4 – Cl+ + CH2 = CH2 → FeCl3 + ClH2CCH2Cl
Ngoài ra còn có các phản ứng phụ, tạo sản phẩm phụ không mong muốn.
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua)
CH2 = CH2 + 3/2 Cl2 ↔ CH2Cl – CHCl2 (tricloetan)
CH3 – CH = CH2 + Cl2 ↔ CH3 – CH2Cl – CH2Cl (Diclopropan)
- Phản ứng luôn đi kèm với phản ứng phu ̣ là phản ứng thế tạo sản phẩm là vinylclorua
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua)
Có thể giảm phản ứng thế bằ ng hai cách:
 Giảm nhiê ̣t đô ̣ xuố ng đế n 30oC (ảnh hưởng đế n tố c đô ̣ phản ứng)
 Dùng chấ t kìm ham
̃ : thêm oxy vào trong các thành phầ n của hỗn hơ ̣p phản
ứng để ức chế phản ứng thế . Khi có chấ t hãm có thể tiế n hành ở nhiê ̣t đô ̣ 70
– 100oC.
1.3.1.2. Xúc tác [6]
Xúc tác dùng trong phản ứng clo hóa trực tiếp etylen là xúc tác acid Lewis như FeCl3,
CuCl2, SnCl4,… nhưng thông dụng nhất vẫn là FeCl3 do có độ chọn lọc cao. Ngoài ra,
có thể thêm oxy hoặc không khí vào hỗn hợp chất phản ứng hạn chế sinh ra sản phẩm
phụ khó tinh chế đặc biệt là 1, 1, 2 – tricloetan. Việc sử dụng chất phản ứng chứa ít tạp
chất làm sản phẩm thu được tinh khiết cao hơn. Tỉ lệ propan/propen phải được kiểm
soát nghiêm ngặt để giảm thiểu tối đa sự tạo thành clopropan và clopropen vì sẽ rất khó
để tách loại ra khỏi EDC thông qua chưng cất. Clo kỹ thuật có lẫn một lượng nhỏ brom
nên cần sử dụng clo tinh khiết dạng lỏng được sử dụng để tránh hiện tượng brom hóa

tạo sản phẩm phụ.
12