Quá trình sản xuất vinyl clorua monome bằng xúc tác trung gian

Cơ chế của quá trình

2+ Ở xúc tác Hg 2+người ta dùng clorua th y ngân (HgCl ) ngoài ph n ủ 2 ả ứng cơ bản nó còn tăng tốc độ phản ứng hydrat hóa axetylen tạo thành axetylendehyt. Còn đối với pha lỏng thường dùng muối Cu vì nó không b2+ ị mất hoạt tính và tăng mức độ của phả ứn ng c ng hộ ợp của axetylen. Nếu s dử ụng xúc tác Cu có xu hướng làm tăng phản ứng phụ như trùng hợp axetylen thành vinylaxetylen.

Nhằm làm gi m các ph n ng phả ả ứ ụ, người ta thường dùng HCl đặc để hòa tan muối đồng. Tác dụng xúc tác của muối đồng và muối thủy ngân được giải thích dựa theo nhiều quan điểm khác nhau. Quan điểm khác thì cho rằng muối đồng, muối thủy ngân tác dụng với axetylen tạo phức chất, trong đó các nguyên tử cacbon có điện tích dương và có khả năng tác dụng với ion Cl-, kết quả kim loại được thay thế ằ b ng proton.

Thời gian tiếp xúc gi a Cữ 2H2 và HCl với xúc tác tăng có thể làm cho sự chuyển hóa C H2 2 gần như hoàn toàn nhưng năng suất thi t bế ị gi m. Vì vả ậy, người ta cho thời gian ti p ế xúc ngắn hơn và C2H2dư sẽ tuần hoàn l i. Trong công nghiệp, người ta n hành t ng h p VC trong pha ltiế ổ ợ ỏng như sau: cho dung d ch xúc tác có 12 15% HCl và thiị – ết bịthổi C2H2 và HCl vào thiết bịcùng một lúc, lúc này nhiệt độphản ứng tiến hành luôn được duy trì 60 65 C, VC t o thành trong hở – o ạ ỗn hợp gồm axetylen, hơi nước và hydrocloric ở đầu ra của thi t bế ị được đưa đến tướ ằi b ng nước của thiết bị lọc hydroclorua.

Khi đó hơi nước ngưng tụ, sau đó tiến hành làm khô các khí b ng CaCl rằ 2 ắn, lúc này VC ngưng tụ khi được làm lạnh đế –n 20 C và trong thi t b o ế ị phân ly người ta tách được axetylen không ngưng tụ và axetylen thu h i cho tu n hoàn lồ ầ ại thiết b phị ản ứng. Phương pháp tổng hợp VC trong pha lỏng có ưu điểm là có th n hành ểtiế. 15 phản ng ứ ở nhiệt độ thấp, do đó ta dễ dàng điều chỉnh được nhiệt độ ốn ít năng lượ, t ng, thiết bị đơn giản.

Cracking EDC để sản xuất VC

23 Sản phẩn khí của quá trình chưng tách này đưa đi nung nóng và EDC thô được đưa đi ổn định nhờ thiết bị chưng cất, còn phần khí thu hồi trên đỉnh được đưa đến phần cất ngọn. Sản phẩm ra khỏi thiết bị chưng cất được đưa sang dây chuyền làm sạch để thu được EDC tinh khiết, các công đoạn giống như trong dây chuyền clo hóa nhiệt độ thấp. 24 về m t công nghặ ệ làm cho các quá trình cracking EDC có xúc tác không được ứng d ng ụ trong công nghiệp.

Dicloetan được bốc hơi và gia nhiệt đến 215oC, sau đó được đưa vào thiế ịt b phản ứng lò ống (làm vi c theo nguyên tệ ắc tương tự quá trình steam cracking). Quá trình oxyclo hóa etylen có thể tiến hành v i oxy ho c không khí, trong cớ ặ ả hai trường hợp, để tránh phản ứng oxy hóa sâu hydrocacbon, có th ể dùng lượng etylen dư. Sau đó dòng sản phẩm được trung hòa với NH và làm l3 ạnh trong tháp tôi lạnh bằng nước lạnh 10oC trong môi trường kiềm đểthu hồi một số s n phả ẩm phụ như cloral.

Tách s n ph m lả ẩ ỏng: Phân đoạ ỏng thu đượn l c sau hai tháp tôi nóng và lạnh được để lắng, trong mỗi tháp lắng đều hình thành hai pha: một pha hữu cơ lẫn nước và một pha nước lẫn các ch t hấ ữu cơ. Pha hữu cơ giàu EDC gom lại, đưa vào tháp tách nước, pha nước có lẫn EDC được đưa vào tháp thu hồi EDC, tách nước thải. Ở đỉnh tháp chưng cất đẳng phí, thu được nướ ẫn EDC, EDC được l c lắng và hồi lưu, nước nhẹ hơn thu được ở lớp trên được quay lại tháp tách EDC/nước.

EDC khan thu được ở đáy tháp được đưa sang tháp chưng cất tách sản phẩm nhẹ (dicloetylen, 1,1-dicloetan, …) và sản phẩm nặng (1,1,2-tricloetan, pentacloetan, percloetylen, …). Làm l nh bạ ổ sung: Phân đoạn khí ra khỏi tháp tôi được ti p t c làm lế ụ ạnh, ngưng tụ bằng cách đưa qua thiết b ị trao đổi nhiệt, sau đó đưa vào tháp tách khí/lỏng. Pha hữu cơ chứa nước và pha nước chứa EDC được đưa đi xử lý tương tự như quá trình dùng thiết bị phản ứng xúc tác tầng sôi đã mô tả trong phần trước.

Xử lý phân đoạn khí: S n ph m khí ra kh i tháp tách khí/lả ẩ ỏ ỏng được sấy, sau đó được chuyển hóa etylen chưa phản ứng bằng cách clo hóa. Quá trình được tiến hành trong dung môi EDC, môi trương phả ứng đượn c tuần hoàn qua bộ phận trao đổi nhiệt, làm lạnh đặt ngoài tháp để tách nhiệt phản ứng. Đối với trường hợp dùng oxy, sản phẩm khí ra khỏi tháp tách khí/lỏng được nén và tuần hoàn lại tháp oxyclo hóa.

Phương pháp liên hợp clo hóa, oxyclo hóa etylen và cracking EDC a) Ưu điểm

Sản phẩm đáy, hỗn hợp của EDC và VC, được phân tách trong tháp VC. Các s n ph m phả ẩ ụ có nhiệt độ sôi thấp đi cùng EDC chưa phản ứng (t đáy tháp VC) được clo hóa trong tháp clo hóa Benzene và Cloropren trở thành các ừ sản ph m ph có nhiẩ ụ ệt độ sôi cao và được tách ở tháp chưng EDC. Nước thu được từ quá trình này được xử lý trong các phân xưởng làm sạch nước.

Các sản phẩm phụ (khí và lỏng) được đưa vào quá trình đốt cháy (7) để thu hồi HCl. Khí HCl được thu hồi và tái sử dụng để sản xuất axit HCl hoặc cho quá trình oxy clo hóa. • Quá trình tiến hành ở điều kiện nhiệt độ thấp, ít tốn năng lượng chính vì vậy mà thiết bị phản ứng chế tạo đơn giản hơn.

• Ứng dụng rất tốt cho các nước có tài nguyên là than đá và đá vôi, những nước có nền công nghiệp phát triển chưa cao. • Nguyên liệu axetylen đắt tiền do đó giá thành sản phẩm tạo thành quá trình này rất cao.