công nghệ sản xuất viny clorua

Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua MỤC LỤC Hình3.1: Sơ đồ sản xuất VC từ C2H2 …………………………………………49 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VINYL CLORUA 5 1.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VINYLCLORUA 6 6 1.3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC 8 CHƯƠNG 2: CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VC 11 2.1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VC 11 2.2. QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ CV TỪ 1,2DI-CLOETAN 13 2.3. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VC TỪ ETYLEN 19 2.3.2 Công nghệ sản xuất 21 2.3.3 Ưu nhược điểm 22 a. Ưu điểm 22 b. Nhược điểm 22 2.4. SẢN XUẤT VC TỪ ETAN 22 2.5. PHƯƠNG PHÁP LIÊN HỢP SẢN XUẤT VC 25 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN 29 3.1. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH 29 c. Phản ứng kết hợp 31 3.1.1.3. Sản xuất axetylen 32 b. Sản xuất axetylen tự nhiên và khí đồng hành 34 3.1.2.2 Các phương pháp sản xuất axit HCl phổ biến trên thế giới 38 3.2. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH 39 3.3. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG 42 3.4. SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN TRONG PHA LỎNG 43 3.5. SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN TRONG PHA KHÍ 45 3.6. ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN 50 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 1 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua Danh mục hình Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất bằng phương pháp liên hợp …………………………26 Hình 2.2 Sản xuất VC từ khí cracking dầu mỏ 28 Hình3.1: Sơ đồ sản xuất VC từ C 2 H 2 …………………………………………49 Danh mục bảng Bảng 1: Hiệu suất chuyển hoá của axetylen phụ thuộc vào %HgCl 2 /C* 41 Viết tắt VC= Vinyl clorua GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 2 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta có nhiều than và dầu mỏ, có tài nguyên khoáng sản phong phú, lại giầu về thực vật nhiệt đới, đó là nguyên liệu dồi dào để phát triển một nền công nghiệp hoá chất. Cùng với nhứng tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới, đất nước ta đang đẩy mạnh phát triển các nghành công nghiệp mũi nhọn, một trong những nghành đó là nghành hoá chất. Trong những năm qua, hàng trăm nhà máy hoá chất đã được xây dựng, nhiều cơ sở đào tạo cán bộ và cơ sở nghiên cứu khoa học được phát triển và không ngừng lớn mạnh cùng với nhịp độ xây dựng chủ nghĩa xã hội của nước nhà. Cùng với sự phát triển của nghành khai thác dầu khí, nghành công nghiệp hoá chất nói chung và nghành công nghiệp chế biến các sản phẩm dầu mỏ nói riêng đã không ngừng lớn mạnh. Song song phát triển cùng với nghành hoá dầu hiện nay, nghành polyme cũng được lâng lên một tầm cao mới. Các sản phẩm polyme đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Đặc biệt hiện nay nó được coi là nguyên liệu để sản xuất ra các vật liệu mới có tính năng đáp ứng được các yêu cầu của các nghành kĩ thuật cao mà các nguyên liệu khác không thể đáp ứng được. Một trong những polyme có ý nghĩa to lớn nhất hiện nay là poly- vinylclorua. Poly-vilylclorua (PVC) là loai chất dẻo có nhiều tính chất tốt:ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn và phá huỷ bởi H 2 SO 4 , HCL. có khẳ năng co dãn và độ bền tương đối lớn, có tính cách điện, không thấm nước, không bị phá huỷ khi gặp nước, nhưng lại dể nhuộm. Do các tính chất tốt như vậy, PVC được dùng để sản xuất các loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá học làm việc ở nhiệt độ thấp thay thế thép không dỉ và hợp kim. Trong công nghiệp điện PVC được dùng sản xuất các loại dây bọc, các dụng cụ cho vô tuyên điện. PVC dùng trong xây dựng dể lát sàn, tường cách âm, các dụng cụ gia đình, bàn, ghế, tủ v v. GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 3 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua PVC gia công với các loại chất hoá dẻo cho ta các loại màng mỏng dùng làm áo mưa, vải bọc v v. Để sản xuất được PVC cần phải có vinylclorua. Khoảng 95% vinylclorua trên thế giới được sử dụng để tổng hợp PVC, phần còn lại được ứng dụng trong các quá trình sản xuất dung môi đặc biệt, chất làm lạnh, trong công nghiệp tổng hợp các hoá chất. Đồng trùng hợp VC với các monome khác như vinilydenclorit CH 2 = CCl 2 , vinyl axetat CH 2 = CHOCOCH 3 , acrylnitril CH 2 = CHCN tạo thành các polyme giá trị. Vinylclorua còn được dùng để sản xuất sợi hoá học clorin, sơn chịu ăn mòn. Với những tính năng quan trọng trên, Ngành sản xuất vinylclorua không ngừng được mở rộng và cải tiến cả về quá trình và công nghệ. Hiện nay nó được sản xuất nhiều nhất ở Mỹ và các nước Tây Âu. GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 4 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VINYL CLORUA 1.1 Lịch sử hình thành Vinyl clorua Vinylclorua là một trong những sản phẩm thông dụng quan trọng trong công nghệ hoá học. Người ta sử dụng vinyl clorua (VC) làm chất trung gian để trùng hợp thành polyvinyl clorua (PVC) hay đồng trùng hợp với các monome khác để tạo ra các sản phẩm polyme khác nhau. Quá trình điều chế VC đầu tiên vào năm 1830-1834 khi mà V.regnault tiến hành thực hiện phản ứng khử HCl của đicloetan trong môi trường kiềm rượu và khả năng trùng hợp của vinylclorua dưới tác dụng của ánh sáng được phát hiện vào năm 1872 bởi Baumann. Vào năm 1911 hai nhà bác học F.klatte và Rollet nghiên cứu phản ứng giữa C 2 H 2 và HCl sau đó 2 năm chính nhờ phản ứng này đã điều chế ra xúc tác HgCl 2 do Griesheim – Elektron, nhưng sản phẩm PVC đầu tiên trong công nghiệp là vào năm 1930 theo phương pháp của F.klatte sử dụng phản ứng C 2 H 2 và HCl để tạo ra VC. Thời gian gần đây, do nguồn cung cấp cao su tự nhiên sẵn có và giá thành rẻ nhưng khoa học chưa phát triển nên VC có những ứng dụng rất hạn chế. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, nguồn cung cấp cao su tự nhiên giảm nhưng VC cần để tổng hợp thành PVC đã phát triển thành qui mô lớn ở Anh và Mỹ. Quá trình sản xuất VC đi từ C 2 H 2 đòi hỏi cung cấp nhiều năng lượng để sản xuất ra nguyên liệu axetylen. Do đó các nhà hoá học đã nghiên cứu ra phương pháp sản xuất VC mới đi từ nguyên liệu rẻ tiền hơn, đó là nguyên liệu Etylen vào những năm 1940-1945 . Ngày nay, hơn 90% quá trình sản xuất VC đi từ etylen sử dụng quá trình liên hợp: etylen-điclo etan- oxy-điclo etan - Vinyl clorua. Vì quá trình này thuận lợi về điêù tiến hành và điêù kiện kinh tế GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 5 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua 1.2. Tính chất vật lý của Vinylclorua Khối lượng phân tử : 62,5 Khối lượng riêng ở 14,2 0 C : 0,969g/cm 3 ở 20 0 C : 0,91g/cm 3 áp suất hơi ở -30 0 C : 51 kPa -20 0 C : 78 kPa -10 0 C : 115 kPa 0 0 C : 165 kPa 10 0 C : 243 kPa 20 0 C : 333 kPa 30 0 C : 451 kPa 40 0 C : 600 kPa 50 0 C : 756 kPa Nhiệt phản ứng H 0 298 (khí) : 35,2kJ/mol Nhiệt dung riêng lỏng, ở 20 0 C : 1,352 kJ/kg. 0 K hơi, ở 20 0 C : 0,86kJ/kg. 0 K Nhiệt hoá hơi ở 259,8 0 K : 20,6kJ/mol áp suất tới hạn : 5600kPa GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 6 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua Nhiệt độ tới hạn : 429,8 0 K độ nhớt ở -40 0 C : 0,34 x10 -3 Pa.s -10 0 C : 0,25 x10 -3 Pa.s 20 0 C : 0,19 x10 -3 Pa.s Hằng số điện môi ở 17,2 0 C : 6,26 sức căng bề mặt ở -30 0 C : 23,87 dyn/cm -20 0 C : 23,87 dyn/cm -10 0 C : 23,87 dyn/cm ẩn nhiệt hoá hơi : 79,53 cal/g Nhiệt nóng chảy : 18,14 cal/g Điểm nóng chảy : -153,7 0 C Giới hạn nổ trong không khí ở 25 0 C : 4 ÷ 22 %V Độ tan trong nước ở 20 0 C : 0,11%kl Nước tan trong VC ở -15 0 C : 300g/kg Điểm sôi ở 760mmHg : -13,9 0 C Vinylclorua ở nhiệt độ và áp suất thường là chất khí không màu, có mùi như ete. VC rất dẽ bắt lửa, có điểm bốc cháy thấp do đó dẽ tạo hỗn hợp nổ với oxi không khí. Nó ít tan trong nước chủ yếu tan trong các dung môi hữu cơ như: axeton, etylic, hydrocacbon thơm, hydrocacbon thẳng. . . Nó có tính gây mê như ete, tuy nhiên độ độc hại của nó không cao bằng CCl 4 , clopren. GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 7 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua 1.3. Tính chất hoá học Vinylclorua có công thức cấu tạo : CH 2 =CHCl Do trong phân tử VC có chứa một liên kết đôi và có nguyên tử clo linh động nên cac phản ứng chính của VC là phản ứng cộng và phản ứng thế nguyên tử clo. 1.3.1 Phản ứng nối đôi ( phản ứng cộng hợp). Trong điều kiện khô, nhiệt độ 140-150 0 C hoặc ở 80 0 C và chiếu sáng xúc tác là SbCl 3 thì VC tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan. Khi có xúc tác AlCl 3 , FeCl 3 thì VC phản ứng với HCl. CH 2 = CHCl + HCl → ClCH 2 -CH 2 Cl Tác dụng với H 2 : CH 2 = CHCl + H 2 → CH 3 -CH 2 -Cl Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC, một sản phẩm quan trọng. n CH 2 = CHCl → [-CH 2 -CH-] n  Cl 1.3.2 Phản ứng của nguyên tử Clo Trong phân tử VC có sự liên hợp p-π của cặp electron không chia ở clo với nối đôi C=C theo hướng ngược chiều với sự phân cực kiểu cảm ứng liên hợp C δ + →Cl δ - . Do có hiệu ứng liên hợp p-π, độ dài liên kết C-Cl ở VC nhỏ ở GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 8 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua etylclorua, dẫn đến giảm mô men lưỡng cực, liên kết C-Cl bền. Vì vậy phản ứng thế nucleophyl là rất khó khăn. Muốn phản ứng thế nucleophyl xảy ra đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt. Thuỷ phân:Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách khỏi VC cho ta axetylen: +NaOH CH 2 = CHCl → CH ≡ CH + NaCl + H 2 O Tác dụng với alcolat hay fenolat cho ta este vinylic: CH 2 = CHCl + RONa → CH 2 = CHOR + NaCl Tạo hợp chất cơ kim: CH 2 = CHCl + Mg → CH 2 = CH-Mg-Cl 1. 3.3 Phản ứng oxi hoá Quá trình đốt VC trong không khí tạo ra CO 2 và HCl. 2CH 2 =CHCl + 5/2O 2 → 2CO 2 + 2HCl + 2H 2 O Trong phản ứng oxi hoá VC ở nhiệt độ 50÷150 0 C có mặt HCl dể dàng tạo ra mono axetandehit: CH 2 = CHCl + 1/2O 2 → Cl-CH 2 -CHO 1.3.4 Phản ứng tự phân huỷ Trong điều kiện không có oxy không khí, khô, vinylclorua tinh khiết khá ổn định về mặt hoá học. GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 9 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua VC trong điều kiện không có không khí ở 450 0 C có thể bị phân huỷ tạo thành axetylen và HCl, do phản ứng dime hoá axetylen có thể phản ứng tiếp tục tạo ra một lượng nhỏ 2-Cl -1,3Butađien 450 0 C CH 2 = CHCl → CH ≡ CH + HCl CH 2 =CHCl + CH ≡ CH → CH 2 =CCH=CH 2 Cl GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 10 [...]... dụng 25% vào năm 1965 GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 27 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua Sơ đồ công nghệ HCl Naphtalen Clo CH4 racking Hydroclo hoá Phân tách VC Clo hoá Cracking EDC VC Hình 2.2 Sản xuất VC từ khí cracking dầu mỏ GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 28 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN Phương pháp sản xuất VC từ axetylen là phương pháp phổ biến và lâu đời... sạch rồi tuần hoàn trở lại 2.3 Quá trình sản xuất VC từ etylen Ở những nước có dầu mỏ đang được thai thác và chế biến, nguồn nguyên liệu etylen có nhiều rất phù hợp với phương pháp sản xuất VC từ etylen Phương GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 19 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua pháp sản xuất VC từ etylen là phương pháp mới đang được áp dụng rất rộng rãi vào sản xuất 2.3.1Cơ sở của quá trình Do quá trình... mới Nên etan có thể trở lên hấp dẫn hơn trong tương lai Các dây truyền công nghệ sản xuất VC cũng không ngừng được nâng cao Từ dây truyền sản xuất một quá trình đã được thay thế bằng dây truyền công nghệ kết hợp từ hai đến ba quá trình Thiết bị phản ứng lớp xúc tác cố định dã GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 12 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua được thay thế bằng thiết bị phản ứng lớp xúc tác lưu động, lỏng... EDC Thiết bị cracking EDC etylen GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 25 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua EDC oxi không khí HCl Thiết bị tinh chế VCM Thiết bị oxy-clo hoá HCl VCM H2O Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất bằng phương pháp liên hợp Phương pháp sản xuất VC từ khí cracking dầu mỏ Phương pháp sản xuất VC từ nguyên liệu của quá trình cracking các sản phẩm dầu mỏ chủ yếu là metan và naphtalen Quá trình này rất thuận... nay Nhưng do giá thành axetylen quá cao đã cản trở đáng kể tới thị trường tiêu thụ các sản phẩm của VC Trước tình hình đó, yêu cầu thay thế công nghệ sản xuất VC đi từ axetylen đắt tiền bằng quá trình rẻ hơn Đó là một thách thức lớn đối GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 11 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua với các nhà sản xuất lúc bấy giờ Từ năm 1940 ÷ 1950, khi mà khí thiên nhiên và dầu mỏ là nguồn nguyên... etan sẽ rất cao trên 96% đối với quá trình oxi hoá Tuy nhiên lượng sản phẩm tạo thành chỉ đạt 20 ÷ 50%VC GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 23 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua Etylen, etylclorua, 1,2-dicloetan thù được khá lớn Ngoài ra còn có thể tạo ra CO; CO2 Chính vì vậy việc đưa etan vào sản xuất VC gặp rất nhiều khó khăn về mặt công nghệ, cũng như về mặt kinh tế Để thu được các kết quả khả quan hơn,... tục nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để tìm ra phương pháp hữu hiệu áp dụng vào thực tế GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 24 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua 2.5 Phương pháp liên hợp sản xuất VC Ngoài các phương pháp sản xuất VC kể trên người ta còn sử dụng phương pháp liên hợp để sản xuất VC *Liên hợp quá trình clo hoá etylen và quá trình cracking 1,2-dicloetan Các phản ứng xảy ra trong quá trình: 2HCl... ứng dụng nhiều trong sản xuất VC bởi các nhược điểm sau: Có nhiều sản phẩm phụ, sản phẩm tạo ra có độ sạch không cao gây ảnh hưởng xấu cho các quá trình sản xuất sau Năng suất thấp, thiết bị làm việc gián đoạn Công nghệ phức tạp, rất khó tự động hoá trong sản xuất Nhiệt cung cấp cho quá trình lớn, phải sử dụng chất xúc tác và các chất khởi đầu trong quá trình, do đó chi phí sản xuất cao, không thuận... khiển quá trình khó khăn 2.4 Sản xuất VC từ etan Etan có nhiều trong khí tự nhiên và khí đồng hành mà không trải qua quá trình chế biến nào Ngoài ra nó cũng có nhiều trong các quá trình chế biến dầu mỏ GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 22 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua Do đó nó là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm vinylclorua Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu biến... cho ta ete: CH≡CH + RCOOH → CH2=CH-COOR 3.1.1.3 Sản xuất axetylen Hai nguồn nguyên liệu để tổng hợp axetylen là than đá và hydrocacbon Các công nghệ tổng hợp axetylen từ than đá đã được phát triển từ cuối thế kỉ 19 vì thế nó đã trở thành công nghệ truyền thống của rất nhiều các quốc gia cho tới GVHD:Ts NGUYỄN VĂN BỜI 32 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua năm 1940 và tới ngày nay nó vẫn đóng vai . Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua MỤC LỤC Hình3.1: Sơ đồ sản xuất VC từ C2H2 …………………………………………49 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VINYL CLORUA 5 1.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VINYLCLORUA 6 6 1.3 Công nghệ sản xuất Viny clorua PVC gia công với các loại chất hoá dẻo cho ta các loại màng mỏng dùng làm áo mưa, vải bọc v v. Để sản xuất được PVC cần phải có vinylclorua. Khoảng 95% vinylclorua. quá trình và công nghệ. Hiện nay nó được sản xuất nhiều nhất ở Mỹ và các nước Tây Âu. GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 4 Nhóm 9 Công nghệ sản xuất Viny clorua CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VINYL CLORUA 1.1 Lịch