Tiểu luận: Hoá học công nghệ sản xuất vinylclorua từ etylen clo Giáo viên hướng dẫn:PGS_TS.Trần Công Khanh Sinh viên thực hiện: Mai Thị Lệ Thu & Lê Thị Thanh Phương Môn : Công nghệ tổng hợp hoá dầu Mở đầu • Các monme Vinyl hợp chất ban đầu quan trọng có khả phản ứng trùng hợp thành polyme có giá trị cao.trước phương pháp sản xuất chủ yếu từ Axetylen đến chủ yếu sản xuất từ etylen propylen Vinylclorua(VCM) monome quan trọng để sản xuất PVC _một số polime có ứng dụng lớn công nghiệp đời sống Ở điều kiện nhiệt độ áp suất thường, VCM chất khí không màu dễ cháy, dễ nổ • Nhiệt độ nóng chảy:-153,70C • Nhiệt độ sôi: - 13,90C • Tỉ trọng hơi: 2,15 (không khí = 1) Để thuận tiện cho việc vận chuyển bảo quản, VCM thường nén áp suất khoảng kg/cm2.Tại áp suất VCM chất lỏng suốt, không màu,có tỉ trọng 0,92 g/ml (ở 250C) VCM tan nước,dễ hoà tan dung môi hữu Một số thông số kỹ thuật sản phẩm VCM thương mại : • • • • • • • • • Vinyl clorua, hàm lượng tối thiểu: 99,99% Axit clohydric (HCl), tối đa: ppm Sắt (Fe), tối đa: ppm Hợp chất axetylen, tối đa: 10 ppm Hợp chất clorua(Cl-), tối đa: 100 ppm Nước, tối đa: 100 ppm 1,3-Butadien, tối đa: 10 ppm Chất ức chế, tối đa: ppm Chất không bay hơi, tối đa : ppm Công nghệ sản xuất VCM • - Từ Axetylen kết hợp với HCl • - Từ Etylen : 1.cho clo hoá Etylen tạo 1,2 Dicloetylen 2.Cracking 1,2Dicloetylen EDC sản xuất công đoạn clo hoá công đoạn oxy-clo hoá quy trình.Nhiệt phản ứng clo hoá dùng để chưng EDC tạo thành công đoạn clo hoá trực tiếp công đoạn oxy-clo hoá.Trong ph ạm vi tiểu luận nghiên cứu việc sản xuất VCM từ Etylen 1.Quá trình clo hoá Etylen • Phản ứng :TS = 850C, Entanpy la -220kj/mol CH2=CH2+ • Cl2 -> CH2Cl-CH2Cl khí khí lỏng Phản ứng khí lỏng : sục etylen clo vào 1,2DCE lỏng hoà tan FeCl3 0,5% vơí vai trò xúc tác Phản ứng xảy pha lỏng nhiệt độ thường theo chế iôn: + • CH2=CH2+ Cl2+ FeCl3 -> CH2 Cl= CH2 + + [FeCl4 ] _ -> CH2Cl=CH2Cl + FeCl3 Quá trình thường dùng xúc tác axit lewis (FeCl )Xúc tác có khả hút điện tử phân cực phân tử Cl-Cl tăng cường tạo phức electron etylen clo tích điện tích dương Để tăng mức độ tinh khiết sản phẩm etylen trước đưa vào sản xuất phải làm hạn chế tối thiểu hàm lượng propan propen chất bị clo hoá gây khó khăn cho việc phân tách EDC Thêm vào làm brom oxy khỏi clo nguyên liệu Quá trình có đặc trưng dị thể khí -lỏng toả nhiều nhiệt tiến hành nhiệt độ thường Ở nhiệt độ cao xaỷ phản ứng phụ clo tiếp thành tricloetan theo chế chuỗi gốc -> CH2Cl- CH2* + Cl* • CH2 =CH2+ Cl2 • CH2 Cl-CH2 Cl + Cl* -> C*HCl-CH2 Cl + HCl • C*HCl-CH2 Cl + Cl2 -> CHCl2 –CH2Cl + Cl* Công nghệ chế biến công nghiệp thực tế có tiến hành trường hợp: • 1/ Clo hoá nhiệt độ thấp (LTC) • 2/ Clo hoá nhiệt độ cao (HTC) Trong trình LTC etylen clo phản ứng tạo 1,2dicloetan nhiệt độ (20-700C) nhiệt độ sôi EDC.Nhiệt phản ứng trao đổi làm lạnh trao đổi nhiệt trog thiết bị phản ứng Quá trình có lợi clo phản ứng nhiệt độ thấp : hình thành sản phẩm phụ chậm , tốn lượng mức độ chuyển hoá clo 100%, etylen 99%,tuy nhiên không kinh tế HTC tốn lượng để tinh chế sản phẩm Trong trình HTC phản ứng clo hoá nhiệt 85-200 0C tận dụng nhiệt phản ứng để tách EDC bổ sung cho trình oxy_EDC chuyển hoá EDC thành VC Sơ đồ trình clo hoá nhiệt độ cao (HTC) gồm có: • a Thiết bị phản ứng • b Thiết bị làm lạnh • C Làm lạnh ngưng tụ đỉnh tháp • d Tháp tách sản phẩm nặng • e Thiết bị đun nóng đáy tháp Công nghệ cũ giải nhiệt phản ứng nước Đến phản ứng phụ theo chế chuỗi gốc hạn chế bằng: • Dùng xúc tác FeCl • Dùng clo có chứa oxi: clo thu • • trình điện phân muối ăn thường chứa lượng nhỏ oxi phân tử oxi kết hợp với Cl* tạo thành phân tử không hoạt động chuỗi clo hóa: Cl* + 02 -> Cl-0-0* Vì tiến hành nhiệt độ cao hơn.và sử dụng nhiệt phản ứng lớn để tách sản phẩm dạng không bị lẫn xúc tác Kết hợp clo hóa với oxiclo hoá nhiệt phânEDC Clo 0,58 clo hoá Etylen 0,47 1,2 EDC 0,83 nhiệt phân oxiclo hoá 1,2EDC Oxi 0,14 HCl(0,62) VCM 3.kết hợp clo hoá oxiclo hoá nhiệt phân DCE oxiclo hoá nhiệt phân EDC ,tận dụng nhiệt phản ứng clo hoá tinh chế EDC oxiclo hoá Clo (0.58) Etylen 0,47 Oxi 0,14 clo hoá->1,2DCE->nhiệt phân ->VC 1,2DCE 0,81 Oxiclo hoá HCl 0,62 4.kết hợp oxiclo hoá với nhiệt phânDCE, dùng nguyên liệu ban đầu 1,2DCE 1,2DCE O,82 Etylen 0,26 Oxi 0,15 oxiclo hoá->1,2DCE->nhiệt phân->VC 0,82 1,00 HCl 0,61 QUY TRÌNH SẢN XUẤT MONME VINYLCLORUA (VCM) CỦA CÔNG TY EVC • Đây công nghệ Công ty EVC để sản xuất VCM • etylen điclorua (EDC) từ etylen, clo oxy, áp dụng quy trình oxy-clo hóa với lớp xúc tác tầng cố định, hiệu suất cao Quy trình công nghệ giành giải thưởng Kirkpatrick Chemical Engineering Achievement Award Trên giới, có 52 nhà máy áp dụng công nghệ vận hành xây dựng, với tổng công suất 4,7 triệu VCM/ năm 11,2 triệu EDC/ năm Công suất nhà máy nằm khoảng từ 10.000 đến 650.000 VCM/ năm Mô tả quy trình: • EDC sản xuất công đoạn clo hóa bổ sung • • công đoạn oxy - clo hóa quy trình công đoạn clo hóa bổ sung, etyl clo phản ứng với pha lỏng pha toả nhiệt xảy nhiệt độ 40-50 0C ,áp suất 4at xúc tác muối FeCl3,CuCl2 SnCl2, tạo thành EDC: C H + Cl -> C H Cl + Q Nhiệt phản ứng sử dụng để chưng cất EDC tạo thành công đoạn clo hóa trực tiếp công đoạn oxy clo hóa, nhờ tiết kiệm 0,6 /tấn VCM so với quy trình thông thường 2 Ở công đoạn oxy - clo hóa, etylen, oxy HCl phản ứng với tạo thành EDC: • CH + 2HCl +1/2 O -> C H4Cl +H O 2 2 • Đây phản ứng pha hơi, diễn tầng xúc tác • cố định, nhiệt phản ứng sử dụng để sinh cao áp Bằng việc sử dụng oxy thay cho không khí, lượng khí quạt giảm 95%, chi phí lượng chi phí đầu tư giảm EDC rửa làm khô, sau tinh chế phận clo hóa trực tiếp VCM tạo nhờ cracking EDC hồi lưu làm EDC từ công đoạn clo hóa trực tiếp Phản ứng cracking thực lò nhiệt phân nhiệt độ 500oC ,25at: C H Cl -> C H3Cl 2 + HCl • Sau làm nguội nhanh thu hồi lượng • hệ thống đặc biệt, sản phẩm tách thành HCl (hồi lưu công đoạn oxy - clo hóa), VCM có độ tinh khiết cao EDC chưa phản ứng (hồi lưu công đoạn clo hóa tinh chế) Quy trình sản xuất VCM điều chỉnh "cân bằng" cho nhà máy sản xuất sản phẩm VCM nhà máy thiết kế để sử dụng dòng EDC HCl nhập từ Quy trình tự động hóa để vận hành ổn định, an toàn, với khả giảm suất cần Ngoài ra, quy trình thiết kế để khởi động ngừng cách dế dàng Chi phí nhân công, vốn, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp Hiệu suất phản ứng etylen clo đạt 98% Sơ đồ công nghệ : Sản xuất VCM điều kiện sản suất theo dây truyền công nghệ : • • • • • • • • • • • a) thiết bị clo hoá; b) rửa axit; c) thiết bị tuần hoàn DEC dư; d) cracking tạo VCM; e) oxiclo hoá; f) rửa axit hydrocacbon du; g) tách DCE; h) tách sản phẩm nhẹ nước; i) tách nhựa sản phẩm nặng; j) clo hoá khí từ trình oxi clo hoá; k) tái sinh HCl: •So cong nghe san xuat VC Sơ đồ hoá trình sản xuất a Thiết bị clo hoá b Thiết bị rửa axit c Tách bezen d Chuyển đổi EDC c Crăcking EDC f Qúa trình oxyclo hoá g Trung hoà axit j Lắng tách k Nhiệt phân sản phẩm nặng m.Nhiệt phân có mặt HCl l Tách sản phẩm phụ tái sinh HCl VCM Cùng với phát triển ngành công nghiệp nhu cầu sống lượng PVC sản xuất ngày nhiều • Để nâng cao xuất chất lượng PVC cần đặc • biêt quan tâm tới dây chuyền công nghệ sản xuất VCM Bài tiểu luận đưa sở hoá học chung trình sản xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ phần nhắm giúp ta hiểu cách tổng quát nhất,nắm thiết bị Mong muốn đem đến nhìn trình sản xuất VCM từ etylen – clo công nghiệp đại Mặc dù sai sót diễn đạt chưa rõ ràng mong bổ sung thầy bạn để tiểu luận thêm đầy đủ cụ thể Cám ơn theo dõi thầy bạn ! tài liệu tham khảo: • Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry_(pulished by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA) _2007 Từ trang 34 – 44;page 33 of 68 – page 36 of 68; - Chemistry of petrochemical processes(tái lần 2) – Sami matar Lewis F.Hatch – Gulf Publishing company _ 2000; trang 215-220 - Tài liệu tham khảo thực tế công ty EVC