b. Sản xuất axetylen tự nhiên và khí đồng hành
3.5. SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN TRONG PHA KHÍ
Ta tiến hành cho đồng thời cho C2H2 và khí HCl qua lớp tiếp xúc tác rắn ở nhiệt độ cao thu được VC. Xúc tác dùng là HgCl2 ngâm trên than hoạt tính. Hiện nay có nhiều giả thuyết về cơ cấu phản ứng có xúc tác, một số quan điểm cho rằng muối thuỷ ngân tác dụng với axetylen tạo thành hợp chất trung gian:
HC≡CH + HgCl2 → HgCl-CH=CH-Cl
ở nhiệt độ lớn hơn 1200C, hợp chất trung gian kém bền tác dụng với khí HCl cho ta VC và hoàn nguyên xúc tác.
HgCl-CH=CH-Cl + HCl → CH2=CHCl + HgCl2
*Có một số nhà khoa học khác lại cho rằng phản ứng kết hợp axetylen với HCl cũng xảy ra khi không có xúc tác mà ở áp suất cao.
HC≡CH +HCl CH2=CHCl
Phản ứng này là phản ứng thuật nghịch, ở áp suất thường cân bằng chuyển về phái trái nhưng khi tăng áp suất cân bằng chuyển vể phía tạo VC.
* Nhà bác học người Đức N.Koslen lại cho rằng khi có mặt xúc tác thì axetylen chuyển thành iso axetylen và iso axetylen kết hợp với HCl cho ta VC.
HC≡CH → CH2=C
Các giả thuyết đó hiện nay còn đang được các nhà khoa học nghiên cứu thêm. Ngày nay xúc tác được dùng rộng rãi trong công nghiệp là HgCl2 10% (trọng lượng ) ngâm trên than hoạt tính có thể thu được VC có chất lượng cao chiếm 99% trong sản phẩm tạo thành.
Cùng với các phản ứng chính, trong quá trình còn tạo ra một số phản ứng phụ.
Nếu dư C2H2 sẽ tạo thành dicloetan theo phản ứng:
HC≡CH + HgCl2 → Cl-CH - CH-Cl → Hg + Cl-CH=CH-Cl Hg
HC≡CH + 2HCl → ClHg-CH-CH-ClHg → HgCl2 + Cl-CH=CH-Cl Cl Cl
Nếu dư nhiều khí HCl cũng sinh ra phản ứng phụ: HC≡CH + 2HCl → CH3-CHCl2 (1,1 - dicloetan)
Những yếu tố nhiệt độ, xúc tác, tốc độ chuyển hoá, tỷ lệ nguyên liệu, chất lượng nguyên liệu và lựa chọn thiết bị ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu suất phản ứng và chất lượng VC tạo thành.
Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng là 160÷1800C. Khi nhiệt độ tăng dẫn đến tăng tốc độ khuyết tán của các cấu tử vào xúc tác làm tăng sự tiếp xúc và vận tốc của phản ứng tăng lên. Mặt khác ta cũng cần khống chế nhiệt độ nghiêm ngặt vì nếu vựơt quá 2750C thì HgCl bắt đầu phân huỷ và ở 3000C thì nó thăng hoa.
hoặc dầu làm lạnh tuần hoàn để làm mát thiết bị phản ứng chính, đảm bảo nhiệt độ ổn định ( không quá 2000C ) để đạt hiệu suất phản ứng cao nhất.
Chất lượng nguyên liệu. Nguyên liệu trước khi đưa vào phản ứng cần
phải làm sạch các tạp chất vì tạp chất để làm xúc tác bị ngộ độc:
H2S + HgCl2 → HgS + 2HCl H3P + 3HgCl2 → (HgCl)3P + 3HCl
Hoặc có thể tham gia phản ứng phụ:
HC≡CH + Cl2 → Cl2CH - CHCl2
Clo và axetylen tạo thành một hỗn hợp nổ. Đồng thời nhuyên liệu phải
được sấy khô vì muối thuỷ ngân cũng là xúc tác cho phản ứng tạo thành hidrat hoá axtylen thành axetandehit.
HC≡CH + H2O → CH3CHO
Chính những phản ứng này gây giảm hoạt tính của xúc tác, dẫn đến hời gian sống của xúc tác giảm, làm tăng giá thành sản phẩm, vì vậy cần phải làm sạch nguyên liệu để loại các thành phần hoạt chất. Hơi axetylen trước khi đưa vào thiết bị phản ứng được đưa qua tháp chứa dung dịch K2Cr2O7, tại đây xảy ra phản ứng ôxi hoá khử loại bỏ H2S, H3P.
H2S + K2cr2O7 → K2SO4 + H2cr2O3 H3P + K2cr2O7 → K3PO4 + H2cr2O3
Do đó, nguyên liệu trước khi dưa vào phản ứng phải đạt tiêu chẩn sau: - Khí C2H2 có độ tinh khiết ≥ 99 %.
- Hơi nước ≤ 0,03 % - Không có H2S, H3P.
- Khí HCl có độ tinh khiết ≥ 95 %. - Hơi nước ≤ 0,03 %
- Không có O2 và Cl2.
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Axetylen đã làm sạch trong thùng chứa (1) và được máy nén (2) đưa vào lưu lượng kế trước khi đưa vào thiết bị sấy (4) để tách ẩm. Trong bộ khuấy trộn (4) axetylen được trộn với HCl khô và cho vào thiết bị phản ứng hình ống (6), nhiệt độ trong thiết bị phản được giữ ổn định ở 140 ÷ 1600C bằng dầu làm mát. Độ chuyển hoá axetylen là 97-98 %, khí đã phản ứng có chứa 93 % VC, 5 % HCl và 5-10 % C2H2, 0,3 % axetandehit và 1,1-dicloetan. Khí đã phản còn kéo theo mình hơi HgCl2. Khí được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh và làm sạch khỏi HgCl2 và HCl tiếp theo trong thiết bị (7) (8) (9) bằng dung dịch HCl 20 %, nước và kiềm đặc hoàn lưu. Sau đó khí được sấy bằng thiết bị làm sạch nước muối. Hỗn hợp sau đó đi qua thiết bị làm lạnh trước khi được phân tách. Trong tháp trưng cất (11) phần cặn rắn là 1,2-dicloetan tách trước. Còn phần nhẹ (axetylen và axetandehit) được phân tách ở thiết bị (12).
Trong sơ đồ này, axetylen sau khi được làm sạch ở khâu chuẩn bị lại được làm khô nên khả năng loại nước và tạp chất khá triệt để. Trong khâu tách và tinh chế sản phẩm, phân đoạn nặng của từng tháp chưng cất được tách riêng, không nạp liên tục vào tháp tiếp theo nên khả năng tách triệt để, ít tốn năng lượng, khí
Sơ đồ sản xuất VC từ C2H2
GVHD:Ts. NGUYỄN VĂN BỜI 49
Axetylen Làm sạch Sấy tách ẩm Trộn Axetylen+HCl Thu được EDC HCl khô To 140-160oC
Hình3.1: Sơ đồ sản xuất VC từ C2H2
3.6. Đánh giá ưu nhược điểm của quá trình sản xuất VC từ axetylen
Ưu điểm:
Trong các phương pháp sản xuất vinylclorua trong các nguồn khác nhau thì phương pháp sản xuất VC từ axetylen là phương pháp cho hiệu suất cao nhất. Độ chọn lọc của Vc đạt từ 98 ÷ 99%. Trong khi đó, các phương pháp khác chỉ đạt hiệu suất là 90%. Sản phẩm phụ cũng rất ít chỉ chiếm 1%.
Sản phẩm tạo thành so với các quá trình khác không tốn kém trong quá trình phân tách và làm sạch.
Dây truyền thiết bị đơn giản.
Ưng 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.
Nhược điểm:
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN
Ngành công nghiệp hoá chất ngày càng phát triển và không ngừng cung cấp cho các sản phẩm mới cho đời sống và các ngành khoa học kĩ thuật khác.Quá trình sản xuất Vinylclorua không những cung cấp cho nghành vật liệu polyme mà nó còn là nguyên liệu để sản xuất sợi hoá học Clorin (sợi chịu ăn mòn ), sản xuất các dung môi hữu cơ, các hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu. . .
Vinylclorua đóng một vai trò to lớn trong ngành công nghiệp như vậy nên quá trình sản xuất VC có giá trị hết sức quan trọng. Trên thế giới, công nghệ sản xuất VC đã có nhiều cải tiến để giảm giá thành sản phẩm, nhưng trong điều kiện của Việt Nam hiện nay thì công nghệ sản xuất VC từ axetylen và axit clohydric vẫn được áp dụng. Vì công nghệ đơn giản, phù hợp với nền công nghiệp còn hạn chế, đồng thời nguyên liệu sản xuất axetylen từ than đá và đá vôi rất dồi dào.
Trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, em đã phần nào hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất VC trên thế giới và ở Việt Nam. Trong phạm vi thời gian có hạn, tầm hiểu biết còn hạn chế nên trong việc làm tiểu luận có nhiều thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy để bài tiểu luận được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1./ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội – Bộ môn tổng hợp hữu cơ. Hoá học và kỹ thuật tổng hợp hữu cơ.
Khoa Đại học tại chức, 1974. 2./ Phan Minh Tân.
Tổng hợp hữu cơ hoá dầu, tập I.
Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 1994. 3./ Phan Minh Tân.
Tổng hợp hữu cơ hoá dầu, tập II.
Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 1994. 4./ Kỹ thuật sản xuất chất dẻo, tập IA.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1978. 5./ Vinyl and alied polymers, Vol 2, 1974. 6./ Hoàng Trọng Yêm.
Hoá học hữu cơ, tập II.