Tìm hiểu công nghệ cung cấp nguyên liệu cho tháp lọc trong quá trình sản xuất PVC tại nhà máy nhựa Phú Mỹ

Tìm hiểu công nghệ cung cấp nguyên liệu cho tháp lọc trong quá trình sản xuất PVC tại nhà máy nhựa Phú Mỹ

LỜI CẢM ƠN

Trong những năm được học tại trường Đại học Mỏ - Địa chất em đã nhậnđược sự dạy dỗ chỉ bảo ân cần từ các thầy cô giáo những kiến thức mà các thầy,

cô đã truyền đạt cho chúng em vô cùng bổ ích và quý báu phục vụ cho bản thân

em góp phần vì ngày mai lập nghiệp

Em vô cùng cám ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Lọc – Hoá dầu,khoa Dầu khí những người đã dạy dỗ tận tình, chỉ bảo chúng em những kiếnthức vô cùng bổ ích về chuyên ngành chúng em theo học

Đặc biệt em xin gửi lời cám ơn đến thầy giáo TS Phạm Xuân Núi đã

hướng dẫn tận tình và chỉ bảo em về dây chuyền hoạt động của nhà máy NhựaPhú Mỹ và sự lựa chọn đề tài tốt nghiệp Em xin ghi nhận những kiến thức bổích và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp Lọc – Hoádầu K50 đã giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bổ ích

Hà Nội, Ngày 20 tháng 08 năm 2010

Sinh viên

Lê Anh Chiến

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

1 Bảng 1.1 Một số tạp chất VCM điển hình 2

2 Bảng 1.2 Một số tiêu chuẩn nước loại khoáng 4

3 Bảng 1.3 Mốt số tính chất vật lý và hoá học của Cat C 5

4 Bảng 1.4 Một số tính chất của Cat D nồng độ 35% 6

5 Bảng 1.5 Một số tính chất của Cat E 7

7 Bảng 1.7 Một số tính chất vật lý hoá học của Gran A 9

8 Bảng 1.8 Một số tính chất vật lý hoá học của Gran B 9

10 Bảng 2.2 Công suất nhựa PVC của Châu Á - Thái Bình

Dương

14

11 Bảng 2.3 Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam 17

12 Bảng 2.4 Tiêu thụ nhựa PVC trên đầu người (kg/đầu người) 18

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

STT SỐ HIỆU

HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Qúa trình hình thành chất khơi mào 10

2 Hình 2.1 Sơ đồ phát triển ngành hoá dầu ở Việt Nam 16

3 Hình 2.2 Khả năng cung- cầu PVC của Việt Nam 18

4 Hình 2.3 Quy trình sản xuất VC từ Axetylen và HCl 20

5 Hình 2.4 Quy trình tổng hợp MVC Từ Axetylen và Etylen 21

6 Hình 2.5 Quy trình Oxi clo hoá Etylen 22

7 Hình 2.6 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC trên thế giới 24

8 Hình 2.7 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC trên Việt Nam 24

9 Hình 3.1 Sơ đồ khối các công đoạn chính để sản xuất PVC 30

MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết hiện nay trên Thế giới nói chung và ở Việt Nam nóiriêng, công nghiệp Lọc - Hoá dầu đóng vai trò hết sức quan trọng cùng với sự pháttriển kinh tế của các quốc gia trên Thế giới đặc biệt là công nghiệp hoá dầu trong

đó nhựa tổng hợp là sản phẩm có giá trị lớn Trong số các loại nhựa tổng hợp, thìnhựa PVC đã và đang thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội hiệnnay

PVC là một trong những sản phẩm nhựa được sử dụng rộng rãi trên Thế giới

nó góp phần đáng kể vào sự đa dạng của vật dụng hằng ngày và cuộc sống hiện đại,

mà tất cả chúng ta đang có Từ lâu PVC đã được ứng dụng để sản xuất các sảnphẩm kỹ thuật, các chi tiết phụ tùng chất lượng cao Hiện nay PVC đã được đưavào các ngành công nghiệp nặng - nhẹ như công nghiệp ô tô, công nghiệp xe máy,công nghiệp điện tử và công nghiệp xây dựng,

Ở Việt Nam, nhựa PVC cũng đã và đang thâm nhập vào nhiều lĩnh vực khácnhau mà công nghệ sản xuất PVC này hầu như chúng ta phải nhập khẩu hoàn toàn.Thực tế cho thấy sự hiện diện của công ty TNHH Nhựa và Hoá chất Phú Mỹ(PMPC) và công ty Nhựa và hoá chất TPCVina (TPC VINA) đang vận hành tạiViệt Nam

Dự báo Việt Nam vào năm 2011 tổng sản lượng nhựa sản xuất khoảng3,95triệu tấn/năm với chỉ số tiêu thụ nhựa là 40kg/người [4]

Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài đã bước đầu: “Tìm hiểu công nghệ cung cấp nguyên liệu cho tháp lọc trong quá trình sản xuất PVC tại nhà máy nhựa Phú Mỹ”

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ MONOME VINYLCLORUA (VCM) 1.1 MONOME VINYLCLORUA

MONOME VINYLCLORUA hay Vinylclorua là chất khí rễ cháy nổ, do đó

nó thường được chứa trong thiết bị thép Cacbon hoặc thép không gỉ Thường để nơithoáng mát cách xa nguồn lửa, nguồn có nhiệt cao VC là nguyên liệu chính để sảnxuất PVC

Có hai loại VCM dùng để nạp liệu đó là

1: VCM sạch - được cung cấp từ tàu 2: VCM tái sinh - được thu hồi từ quá trình sản xuất (PVC)

Bảng 1.1 M t s t p ch t VCM i n hình ột số tạp chất VCM điển hình ố tạp chất VCM điển hình ạp chất VCM điển hình ất VCM điển hình điển hình ển hình

VCM nhiễm

bẩn

Mức độ tối đa cho phép (ppm)

Ảnh hưởng động học và thuộc tính của

PVC

Độ tinh khiết 99,96% Phụ thuộc vào độ nhiễm bẩn

Bề ngoài N/A Có màu vàng - có thể chứa sắt

Cặn không bay

hơi

50 Phụ thuộc vào loại cặn - nếu là chất ổn định

thì có thể xẩy ra quá trình oxi hoá chậmNước 100 Nếu nước có tính axit thì có thể đo nồng độ

sắt cao làm thay đổi kích thước của hạt và

độ rỗng Tính ổn định nhiệt kém

Fe 0,5 Làm biến đổi kích thước hạt và độ rỗngHCl 1 Có thể làm tăng nồng độ sắt Làm thay đỗi

kích thước hạtvà độ rỗng Tính ổn định kémButa-1,3- dien 10 Xảy ra quá trình polyme hóa chậm

1.2 Các tạp chất khí trong Monome Vinylclorua

Với lượng O2 trong lò phản ứng cao có thể làm chậm quá trình Polyme (sự

ức chế) Oxi có thể phản ứng với VCM tạo Polyperoxit gây cháy nổ Nói chungthông thường trong VCM sạch thì người ta không nên cho oxi nhưng có thể được

sử dụng trong quá trình vận chuyển

Với hàm lượng Nitơ trong VCM thay đổi có thể ảnh hưởng đến khả năng bayhơi của bình ngưng

1.3 Nước loại khoáng

Nước trong quá trình sản xuất có rất nhiều tác dụng nước được sử dụng làmmôi trường phân tán VC Cùng với cánh khuấy nước có vai trò phân tán khối VCthành giọt nhỏ (droplet) tạo thành các huyền phù tạo thuận lợi cho quá trình phản ứngtrùng hợp xảy ra

Nước cũng là môi trường trao đổi nhiệt, phân tán nhiệt giai đoạn đầu củaquá trình trùng hợp Nước có tác dụng nâng hỗn hợp chất phản ứng lên tới nhiệt độphản ứng toả nhiệt Phản ứng trùng hợp PVC là phản ứng toả nhiệt do đó nước cótác dụng lấy nhiệt của phản ứng nhằm tạo ra hiệu suất của phản ứng cao hơn và bảo

vệ thiết bị Ngoài ra nước còn có tác dụng làm kín trục của cánh khuấy, trục củabơm và làm mát bơm

Nước dùng trong quá trình sản xuất là nước đã loại khoáng (deminerralisedwater) yêu cầu đối với nước tách khoáng là rất khắt khe

Hằng số dẫn nhiệt thấp là điều cần thiết, với hằng số dẫn nhiệt nhỏ hơn 10micro siemens là cần thiết đối với sản phẩm được sử dụng sản xuất các chất bọccách điện

Độ pH không được quá thấp (axit) và quá cao (bazơ) thường độ pH dao độngtrong khoảng 5 ÷ 9, ngoài giới hạn này có thể gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp chấtkhơi mào

Bảng 1.2 M t s tiêu chu n v nột số tạp chất VCM điển hình ố tạp chất VCM điển hình ẩn về nước loại khoáng ề nước loại khoáng ước loại khoángc lo i khoángạp chất VCM điển hình

STT Các tiêu chuẩn Giá trị Đơn vị

Cat C có tên hoá học là etyl clorofomat có công thức hoá học là: C2H5OCOCl.

Là chất lỏng nguyên chất nồng độ 99,9% Cat C là chất có khả năng cháy nổ cao, rất

dễ phản ứng với nước để sinh ra HCl và CO2, do đó nó có khả năng ăn mòn

Cat.C là một chất có tính độc, có thể nó là độc nhất trong các hoá chất sử dụngtrong nhà máy Nó cực độc khi hít phải, hít vào với nồng độ cao có thể gây tử vong,tiếp xúc với Cat C ở nồng độ thấp trong thời gian dài có thể gây các bệnh mãn tính

về mắt và đường hô hấp

Để đảm bảo an toàn, Cat C cần được cất giữ trong thùng kín, đặt ở nơi thoángmát khô ráo, bảo quản tránh xa nguồn gây nổ

Một số tính chất vật lý và hoá học của Cat C được đưa ra ở bảng 1.4.

Bảng 1.3 Một số tính chất vật lý và hoá học của Cat.C

1 Dạng tồn tại Lỏng

2 Màu sắc Không màu tới hơi vàng

3 Mùi vị Mùi hăng cay, chảy nước mắt khi hít phải

Cat D có tên hoá học là hydro peroxit, công thức hoá học là H2O2, nồng

độ từ 20% - 60% Trong quá trình sản xuất sử dụng H2O2 có nồng độ là 35%.H2O2 có tính độc là do tính ăn mòn của nó H2O2 là chất không cháy, nhưng

có thể phản ứng với các chất khác để tạo nên hỏa hoạn Khi tiếp xúc thường xuyênvới H2O2 có thể gây bệnh mãn tính về đường hô hấp

Để đảm bảo an toàn H2O2 được bảo quản trong nơi khô ráo, thoáng mát tránh

xa các hợp chất có khả năng cháy nổ, phải giữ trong bình kín ban đầu để tránh sựphân huỷ

Bảng 1.4 Một số tính chất của Cat D n ng ồng độ 35% điển hình ột số tạp chất VCM điển hình 35%

4 Nhiệt độ đóng rắn -33oC

5 Nhiệt độ sôi ở 1013 mbar 108oC

6 Khối lượng riêng 1100 kg/m3

Cat E có tên hoá học là natri hydroxit, công thức hoá học là NaOH.

NaOH là chất kiềm mạnh, có tính ăn mòn cao Nó cũng gây nguy hiểm khitiếp xúc trực tiếp

Cat E được dùng trong quá trình sản xuất là dung dịch

Để đảm bảo cho Cat E được tốt thường cất giữ nơi khô ráo thoáng mát Nhiệt

độ cất giữ 18 - 380C Không được cất giữ trong thùng nhôm, thùng thủy tinh hoặcbồn tráng men thủy tinh Dùng chai polyetylen (PE) để chứa Cat E tốt nhất vàhiệu quả nhất

Khi tiết xúc với Cat E cần dùng kính bảo vệ, gang tay đối với sức khoẻ conngười Cat E có thể phá huỷ tế bào bao gồm da, mắt, miệng, phổi

Cat E được dùng trong quá trình sản xuất là dung dịch 5%

Bảng 1.5 Một số tính chất của Cat E

ra Cat B được cho vào với mục đích cung cấp gốc tự do cho giai đoạn sau của quátrình phản ứng vỡ Cat B bị phân hủy nhiệt chậm hơn Cat B có nhiệt độ phân huỷnhỏ hơn nhiệt độ bay hơi của nước (T phân huỷ < 350C )

Đối với sức khoẻ con người Cat B có thể gây ra 1 số bệnh làm suy nhược cơ thể Khi tiếp xúc với Cat B cần phải dùng gang tay và kính bảo hộ lao động do đóCat B phải được cất giữ 5 – 27oC cần giữ kín nắp bình và tránh xả nguồn nhiệt vànguồn gây nổ thời gian cất giữ của Cat B là 12 tháng

4 Khối lượng riêng (20oC) 1020 kg/m3

5 Tính hoà tan Tan trong hầu hết các

dung môi hữu cơ

1.5 Tác nhân tạo hạt (Granulating Agents)

Là tác nhân hoạt động bề mặt Nó là một phần tử chuỗi dài trong đó một đầuhoà tan vào nước nhiều hơn (đầu ưa nước) và một đầu hoà tan vào monome nhiềuhơn (đầu ưa dầu) Tác nhân tạo hạt có vai trò quan trọng trong việc hình thành kíchthước và hình dạng hạt PVC thành phẩm

Có hai loại tác nhân tạo hạt gồm:

Bảng 1.7 Một số tính chất vật lý và hoá học của Gran A

9 Khối lượng riêng tương đối 1,19 - 1,31

1.5.2 Gran B

Gran B cũng là một poly vinyl alcol Tên thương mại của Gran B là Invol SA4/B Gran B có chứa hợp phần metanol ≤ 7% nên độc khi tiếp xúc Độ thủy phâncủa Gran B là khoảng 57%

Gran B là tác nhân tạo hạt thứ hai chức năng chính của chúng là tăng độ xốptrong PVC để giúp cho việc giải phóng tối đa các VCM dư và hấp thụ đồng nhất cảchất phụ gia được thiết lập tiếp theo (chất ổn định, chất dẻo, chất độn, )

Gran B là một chất thấp phân tử được thuỷ phân từ Polyaxetat

Bảng 1.8 Một số tính chất vật lý và hóa học của Gran.B

1.6 Qúa trình hình thành chất khơi mào

Nước được bơm vào thiết bị phản ứng có tác dụng là chất mang các chất khácvào thiết bị phản ứng Nó cũng là môi trường phân tán VC tạo huyền phù

Qúa trình tạo gốc được thực hiện trong lò phản ứng qua 3 hoá chất

Cat.C là etyl clorofomat, công thức là CH3CH2OCOCl 98%.

Cat.D là hydro peroxit, H2O2 35%

Cat.E là natri hydroxit, NaOH 5%

Ban đầu Cat.E được cho vào trước sau đến Cat.D Lúc này xuất hiện phản ứng

2NaOH +H 2 O 2 = Na 2 O 2 + 2H 2 O

Tiếp đó khi Cat.C được cho vào thì chất khơi mào được hình thành

Na 2 O 2 + C 2 H 5 OCOCl = C 2 H 5 OCO-OONa +NaCl

C 2 H 5 OCO-OONa + C 2 H 5 OCOCl = C 2 H 5 OCO-OO-OCOC 2 H 5 + NaCl

Phản ứng tổng cộng cụ thể viết lại như sau:

2NaOH+H 2 O 2 + 2C 2 H 5 OCOCl = C 2 H 5 OCO-OO-OCOC 2 H 5 + NaCl

Qúa trình hình thành chất khơi mào được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1 Qúa trình hình thành chất khơi mào

Ta thấy tỷ lệ mol phản ứng của các xúc tác theo tỷ lệ Cat.C : D : E = 2 : 1 : 2.Việc cho dư một xúc tác bất kỳ đều không cho ra thêm một phần tử chất khơi màonào Mà khi cho dư một xúc tác nào đó còn gây ra một số vấn đề khác ảnh hưởngđến thiết bị và chất lượng sản phẩm

Bình thường chất khơi mào có hiệu suất > 90% phản ứng xảy ra hơn 5phút Một khi được hình thành chất khơi mào có thể phản ứng với nước (OH - ) ởnhiệt độ ( > 180C ) và PH cao làm cho chất khơi mào phân huỷ nhanh hơn

Chất khơi mào hoà tan rất tốt trong VCM một khi được đưa vào VCM chấtkhơi mào được bảo vệ khỏi sự thuỷ phân.

Ngoài ra còn có một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của chất khơi mào nhưCO2 CO2 được sinh ra do quá trình phản ứng của Cat.C với nước CO2 phản ứngvới NaOH làm giảm hiệu suất của chất khơi mào Do đó phải hạn chế lượng CO2sinh ra

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ POLYVINYLCLORUA (PVC) 2.1 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PVC

2.1.1 PVC trên thế giới [7]

PVC là một trong những sản phẩm nhựa đã có lịch sử phát triển hơn 170năm nay Nó được phát triển ở nhiều nước khác nhau trên thế giới.

PVC được biết đến qua các sản phẩm gia dụng quen thuộc Như hệ thốngống nước trong gia đình bạn, các túi đựng, các bao bì, chúng có mặt ở mọi nơi, hayhiện nay nhưa PVC xuất hiện trên thị trường các sản phẩm cửa nhựa của công tyVet – Sec, công ty Đông Á được làm bằng nhựa U – PVC có lõi thép giacường, PVC giống như vật liệu xây dựng thay thế các vật liệu truyền thống như,

gỗ , đất sét, bê tông, nó có giá thành rẻ và rễ sử dụng hơn các vật liệu trên

Theo thống kê trên thể giới PVC chiếm khoảng 50% vật liệu sử dụng trongxây dựng

Lịch sử của vật liệu PVC có từ thế kỷ XIX nó được khám phá bởi Henrivictor Regnault (1835) Eugen Baumann (1872)

Đến năm 1912 nhà hoá học người Đức Fritz Klatte đã thử tiến hành phảnứng cho Etyen tác dụng với HCL và đã cố gắng đưa PVC thành sản phẩm thươngmại

Năm 1926 nhà khoa học người Mỹ Waldo Senon làm việc cho B.F Goodrich

đã phát triển phương pháp sản xuất hạt nhưa PVC bằng việc trộn lẫn PVC vớinhững phụ gia khác

Có thể lấy nước Anh để minh họa cho nhận xét trên Nếu như năm 1947 lượngPVC tiêu thụ ở Anh là khoảng 6600 tấn, thì 10 năm sau đó là 66000 tấn, nghĩa làlượng PVC tiêu thụ tăng gấp 10 lần Năm 1979 Anh tiêu thụ hơn 440000 tấn PVC,còn năm 1990 là 615000 tấn

Sau cuộc khủng hoảng của các nước Châu Á – Thái Bình Dương cuối thế kỷ

20, bước sang thế kỷ 21, nền kinh tế thế giới trên đà phát triển trở lại và vì thế nhucầu sử dụng PVC là rất lớn, lớn hơn nhiều so với dự báo Sản lượng PVC của thếgiới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăng trưởng trong giai đoạn 2001 -

2006 là hơn 5%/năm Dự kiến đến năm 2012, công suất PVC của thế giới sẽ đạt 50triệu tấn/năm Khu vực Châu Á được dự báo dẫn đầu thế giới với mức tăng trưởng

nhu cầu bình quân hàng năm là khoảng 7%/năm trong giai đoạn từ nay đến nhữngnăm 2011 và đến năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công suất của thế giới, trong đó caonhất là Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam và Ấn độ

Bảng 2.1, là sản lượng PVC của Thế giới trong các năm 1991, 2001, 2006 và

dự báo cho 2011 Bảng 2.2 là công suất PVC của Châu Á – Thái Bình Dương giai

đoạn 2000-2007, trong đó Trung Quốc với sự nhảy vọt đột biến đó vươn lên vị trídẫn đầu thế giới

Bảng 2.1 Sản lượng PVC trên thế giới

Bảng 2.2 Công suất nhựa PVC của Châu Á – Thái Bình Dương (2000 - 2007)

1975 nâng lên 500 tấn/năm Sau 9 năm vận hành do công suất quá nhỏ, công nghệlạc hậu, năng suất thiết bị thấp (trung bình khoảng trên 30%), sản phẩm có chấtlượng không ổn định nhất là giá thành quá cao (hơn nhập khẩu nhiều lần) người tađành phải dẹp bỏ

Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam lúc ấy được hiểu là công nghiệp giacông chế biến nhựa Tất cả các loại nhựa (trong đó có PVC) đều phải nhập khẩu.Những sản phẩm nhựa thời kỳ này vừa đơn điệu về mẫu mó lại thiếu chủng loại và

số lượng Chính vì vậy, trong những năm đầu của thập kỷ 80, hàng nhựa của nướcngoài tràn ngập thị trường Việt Nam Chỉ bắt đầu từ những năm 1990, tức là từ khiđất nước bước vào thời kỳ đổi mới, ngành công nghiệp này mới thực sự có sự bứtphá và hơn mười năm trở lại đây đó dành lại được thị trường trong nước Khôngnhững thế, hàng nhựa Việt Nam đang từng bước vươn ra thị trường quốc tế và khuvực Tuy nhiên với việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập thì khảnăng cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam là rất yếu, nhất là trong giai đoạntoàn cầu hóa hiện nay

Năm 1981 là năm mở đầu cho sự phát triển ngành công nghiệp dầu khí ViệtNam với việc khai thác mỏ khí ở huyện Tiền Hải tỉnh Thái Bình và sự ra đời của

Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Việt Xô Theo số liệu của Tập đoàn Dầu khí quốcgia Việt Nam, đến hết tháng 12 năm 2006, trên 235 triệu tấn dầu quy đổi đó đượckhai thác, trong đó dầu thô đạt trên 205 triệu tấn và cung cấp 30 tỉ m3 khí cho sảnxuất điện và các nhu cầu dân sinh khác Hiện nay, tổng lượng dầu khí khai thác

hàng năm đạt trung bình khoảng 20 triệu tấn quy đổi Dầu khí đó có nhưng việc

sử dụng tài nguyên quý báu này như hiện nay thì chưa thực sự hiệu quả

Ở Việt Nam, cũng như tất cả các nước Đông Nam Á khác (kể cả Đài Loan),công nghiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC

Sơ đồ hình 2.1 cho ta khái quát các bước phát triển của quá trình sản xuất

PVC từ dầu mỏ và sự phát triển của ngành hoá dầu Việt Nam [4]

Hình 2.1 Sơ đồ phát triển ngành hóa dầu ở Việt Nam

Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diệncủa liên doanh TPC Vina (tiền nhân là Mitsui Vina) Đây là liên doanh giữa Công ty

cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng công ty Hóa chất Việt Nam(Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast) Nhờ liên doanh này lượng PVCnhập khẩu giảm từ 74000 tấn năm 1997 xuống còn 61000 tấn vào năm 1999 và chỉcòn trên dưới 50000 tấn vào những năm sau này Công suất của TPC Vina là 100000tấn/năm Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (liên doanh giữa PetronasMalaysia với PetroVietnam và Tramatsuco) có công suất 100000 tấn/năm cũng bắt

đầu tham gia vào thị trường Bảng 2.3 là lượng tiêu thụ nhựa nói chung và PVC nói riêng ở Việt Nam trong những năm qua và dự đoán đến năm 2011 Bảng 2.4 cho ta

mức tiêu thụ nhựa PVC tính trên đầu người của một số nước và khu vực

B ng 2.3 Lảng 2.3 Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam ượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Namng tiêu th các lo i nh a v PVC Vi t Namụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam ạp chất VCM điển hình ựa và PVC ở Việt Nam à PVC ở Việt Nam ở Việt Nam ệt Nam

Sản xuất trong nước (nghìn tấn)

Nhập khẩu (nghìn tấn)

Tổng cầu (nghìn tấn)

Bình quân tiêu thụ (kg/đầu người)

Hình 2.2 Khả năng cung – cầu PVC của Việt Nam

Như vậy, cho đến năm 2010 - 2011 và cả các năm sau đó, Việt Nam vẫn cònphải nhập khẩu PVC nếu như ngay từ bây giờ không có nhà máy PVC nào đượcxây dựng thêm

2.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PVC [1]

2.2.1 Sơ lược về vinylclorua (VC), CH 2 = CHCl

Vinylclorua đó được biết đến từ hơn 170 năm VC lần đầu tiên được tổng hợpvào năm 1835 bởi Justus von Liebig, tuy nhiên VC chỉ trở thành một hóa chất quantrọng vào những năm 20 và 30 của thế kỷ trước, khi sản phẩm trường hợp VC cho

ta PVC với nhiều ứng dụng khác nhau Dưới đây là một vài tính chất hóa lý củaVC:

 Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, VC là một chất khí khôngmàu dễ cháy, dễ nổ.

VC tan rất ít trong nước, dễ hoà tan trong các dung môi hữu cơ

2.2.2 Một số thông số kỹ thuật thương mại của VC

 Vinyl clorua, hàm lượng tối thiểu: 99,99% mol

 Etylen, tối đa: 2 ppm, mol

 Axetylen, tối đa: 2 ppm, mol

 1,3-Butadien, tối đa: 10 ppm, mol

 Tổng các hợp chất diclo, tối đa: 20 ppm, mol

 Nước, tối đa: 100 ppm, wt

 Axit HCl, tối đa 2 ppm, wt

 Sắt (Fe), tối đa: 0,5 ppm, wt

 Chất không bay hơi, tối đa: 100 ppm, wt

VC

Hình 2.3 Quy trình sản xuất VC từ axetylen và HCl

Quy trình này được sử dụng từ những năm 1930 Ngày nay với sự phát triển

của công nghiệp dầu mỏ, hầu hết các nước đó chuyển sang sử dụng etylen làmnguyên liệu chủ yếu để sản xuất VC Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với việckhủng hoảng năng lượng cộng với sự gia tăng gía cả của sản phẩm dầu mỏ nên đểtận dụng những thuận lợi tại chỗ (như trữ lượng than đá dồi dào tại vùng Tây Bắc

và khu vực Nội Mông có thể giúp phát triển đồng thời nhiệt điện - yếu tố chínhquyết định giá thành của axetylen), Trung Quốc đó quay trở lại phương pháp này

2.2.3.2 Quá trình sản xuất VC từ etylen và clo

Quá trình sản xuất xảy ra theo 2 bước: trước tiên là clo hóa etylen để tạo ra1,2-ethylen-diclorua (EDC), tiếp theo là nhiệt phân EDC thành VC và axitclohydric (HCl):

CH2 = CH2 + Cl2 → CH2Cl – CH2Cl (2.2) CH2Cl – CH2Cl → CH2 = CHCl + HCl (2.3)Phản ứng có thể thực hiện ở cả hai pha: lỏng và khí

Trong pha lỏng người ta dựng chính sản phẩm của phản ứng, etylendiclorua(EDC), làm dung môi để hoà tan etylen và clo Phản ứng xảy ra ở 50 - 700C và ápsuất 4 - 5 atm Hiệu suất đạt 95 - 96% so với etylen

Qúa trình trong pha khí được tiến hành ở 90 - 1300C và áp suất 7 - 10 atm Vìđây là phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng để trình xảy

ra cháy nổ là rất quan trọng Để tránh cháy nổ, người ta thiết kế thiết bị phản ứngdạng ống chùm, cho khí đi qua khoảng cách giữa các ống chùm đó được làm lạnhbên trong Ngoài ra còn có thể dùng khí trơ để làm giảm khả năng gây nổ Tuynhiên, phản ứng trong pha lỏng thường được áp dụng rộng rãi hơn

2.2.3.3 Quá trình liên hợp giữa etylen, axetylen và clo

Quá trình sản xuất ở mục 2.2.3.2 chỉ một nửa phân tử clo tham gia vào phảnứng để tạo thành VC, nửa còn lại tạo thành HCl Lượng HCl này đôi khi không cónơi tiêu thụ, đòi hỏi phải xử lý rất tốn kém Có nhiều hướng khắc phục vấn đề này.Một trong những hướng đó là sử dụng kết hợp cả axetylen và etylen Khi ấy, HCl

để hydroclo hóa axetylen, phản ứng xảy ra như sau:

CH ≡CH + CH2 = CH2 + Cl2 → 2 CH2 = CHCl (2.4)

Sơ đồ khối của quá trình:

Hình 2.4 Quy trình tổng hợp MVC từ axetylen và ehylen

2.2.3.4 Quá trình oxiclo hóa etylen

Ngày nay quá trình này được sử dụng rộng rãi do nguồn nguyên liệu dễ kiếm

và không tạo ra sản phản phụ Năng lượng dùng để nhiệt phân EDC cũng khônglớn lắm

Phương trình phản ứng của quá trình có thể xảy ra như sau:

CH2 = CH2 + 2HCl + 1/2O2 → CH2Cl – CH2Cl + H2O (2.5) 2CH2 = CH2 + Cl2 + 1/2O2 → 2 CH2 = CHCl + H2O (2.6)

Sơ đồ của quá trình được thể hiện trong hình 2.5:

21

Cl2

Nhiệt phân EDC Clo hóa

Cl

HCl H

2 O

Hình 2.5 Quy trình oxi-clo hóa etylen

2.3 TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA PVC

2.3.1 Tính chất của PVC [6]

Trong quá trình tổng hợp, người ta dễ dàng thay đổi các thông số kỹ thuật đểtạo ra các loại nhựa PVC có các tính chất khác nhau Cho đến nay, người ta đãthống kê được hơn 400 loại nhựa PVC lưu thông trên thị trường

Những tính chất và đặc điểm cơ bản của PVC bao gồm:

 Khối lượng phân tử trung bình phân tử và sự phân bố trong polyme

trắng qua vàng nhạt cho đến màu đen) và sự thay đổi các tính chất hóa, lý và điện.Cuối cùng PVC sẽ bị biến chất, ta gọi nhựa bị lão hoá Không chỉ bị lão hóa donhiệt mà PVC cũng bị lão hóa dưới tác dụng của ánh sáng (tia tử ngoại của ánhsáng mặt trời).

Chính vì vậy, trong thực tế PVC không bao giờ được sử dụng một mình màphải được phối hợp với các phụ gia khác nhau để cho sản phẩm cuối có những sảnphẩm phù hợp yêu cầu sử dụng Các phụ gia đó bao gồm: chất hóa dẻo, chất chốnglão hóa, chất ổn định nhiệt, chất ổn định ánh sáng, chất độn, chất màu, chất bôitrơn

Các hỗn hợp (bao gồm PVC và các phụ gia) được gia công, bằng cácphương pháp: đúc áp lực (ép phun, ép đùn, thổi) cán tráng, dát, tách lớp, định hìnhchân không,

2.3.2 Công dụng của PVC

2.3.2.1 PVC trong ngành xây dựng

Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất Trong

đó, các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần ba tổng sản lượng PVCtrên toàn thế giới Năm 2007, con số này là 39% trong tổng số 33,5 triệu tấn nhucầu PVC trên thế giới Ở Việt Nam, các số liệu tương ứng là 47% của 240000 tấn

(hình 2.6 và hình 2.7)