Сбалансированный процесс получения винилхлорида из этилена
Рассмотрим подробнее метод получения ВХ сбалансированным по хлору. На рисунке 1 приведена блок – схема сбалансированного по хлору процесса получения ВХ.
Рисунок 1.1 – Блок-схема сбалансированного по хлору процесса получения винилхлорида
- прямое хлорирование этилена:
СН2=СH2 + Cl2 → ClCH2 CH2Cl + 188 кДж,
- оксихлорирование этилена:
СН2=СН2 + 2НСl + 0,5O2 →ClCH2 CH2Cl + 238 кДж,
- пиролиз дихлорэтана:
2ClCH2 CH2Cl → 2CH2=CHCl + 2HCl 140 кДж.
Процесс получения ВХ по сбалансированной схеме сочетает три химически совершенно разные стадии. Жидкофазный процесс электрофильного присоединения хлора к этилену 50-120 °С, газофазный гетерогеннокаталитический процесс оксихлорирования этилена при 210-250 °С и наконец, радикально-цепной процесс термического дегидрохлорирования дихлорэтана при 460-520 °С. Процессы прямого и окислительного хлорирования этилена характеризуются конверсией исходных реагентов, превышающей 98 %, и селективностью образования целевого 1,2-дихлорэтана на уровне 96-99 %. Селективность образования ВХ на стадии пиролиза превышает 98 %. Количество хлорорганических отходов, образующихся при достижении таких показателей, не превышает 25-30 кг на тонну ВХ, т.е. процесс в целом может быть отнесен к категории малоотходных. Приведём основные особенности этих стадий.
Процесс прямого хлорирования этилена проводят в жидком дихлорэтане, содержащем небольшие концентрации трихлорида железа в качестве катализатора. Реактор снабжен внешним охлаждающим теплообменником, поддерживающим температуру реакции ниже температуры кипения дихлорэтана. Соотношение между хлором и этиленом приблизительно равно стехиометрическому. Для подавления побочных продуктов, в частности трихлорэтана, в систему добавляют небольшие количества кислорода или воздуха. Реактор обычно изготавливают из углеродистой стали вследствие мягких условий ведения процесса. Дихлорэтан, полученный при низкотемпературном хлорировании, далее направляется на очистку и ректификацию.
Оксихлорирование этилена может протекать в реакторах с псевдоожиженным или неподвижным слоем катализатора. Окисляющим агентом является концентрированный кислород или кислород воздуха. В качестве катализатора применяют хлорид меди на разных носителях, отводят тепло обычно кипящей водой. Эффективность использования этилена в процессе достигает 98%, побочные продукты - оксиды углерода, а также хлорированные органические соединения С1-С2. Дихлорэтан после промывки и осушки направляют на ректификацию.
Пиролиз дихлорэтана с получением целевого продукта – винилхлорида осуществляется в трубчатых печах. В большинстве установок конверсия дихлорэтана за проход составляет 50-60%. Для достижения такой конверсии температуру газов на выходе из трубок печи, поддерживают равной приблизительно 500°С. Профиль температур по длине трубки зависит от конструкции печи и принятого технологического режима. При высоких температурах глубина пиролиза повышается, что увеличивает выход побочных продуктов и усиливает коксообразование. Большую часть дихлорэтана, непрореагировшего в печах, выделяют и вновь возвращают в процесс.
По химической составляющей, несмотря на наличие трех отдельных под реакторных систем её можно отнести к двухстадийной – каждая из цепей химических превращений, ведущих к винилхлориду, состоит из двух стадий – оксихлорирование + термический пиролиз и хлорирование + термический пиролиз.
Современные производства винилхлорида характеризуется минимальными значениями выбросов вредных веществ в окружающую среду. Это является следствием высокой степени полезности использования исходного и вспомогательного сырья, а также квалифицированной очистки и утилизации отходов производства.
Виды отходов, образующихся в ходе эксплуатации производства винилхлорида: твёрдые – кокс и полимеризационные отложения; жидкие хлорорганические; сточные воды; газовые выбросы. [1]