2.4 Технология производства винилхлорида Vinnolit vcm Process
Одной из самых распространённых
технологий производства винилхлорида
в мире является Vinnolit VCM Process, лицензируемый
немецкой компанией Vinnolit GmbH & Co.: начиная
с 1964 года в мире установлено приблизительно
5,5 млн тонн мощностей по выпуску
винилхлорида по этому процессу.
Ниже
представлено схематичное изображение
процесса:
Краткое
описание стадий процесса:
1.Прямое
хлорирование этилена:
Реакция
хлорирования этилена протекает в жидкой
фазе в среде дихлорэтана при температуре
50—125 °С в присутствии специального
усовершенствованного (по сравнению с
FeCl3) комплексного катализатора,
препятствующего образованию побочных
продуктов, не расходующегося в процессе
синтеза и остающегося в реакторном
объёме. Благодаря этому образующийся
дихлорэтан не требует очистки (чистота
достигает 99,9 % и более) и напрямую
поступает на стадию пиролиза.
[http://spdepartment.ru/polymer_wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D1%85%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B4/]
2.Процесс
оксихлорирования этилена:
Процесс
оксихлорирования — экзотермическая
реакция, сопровождающаяся выделением
большого количества тепла (ΔH = −238
кДж/моль) и проходящая в
присутствии кислорода (преимущественно)
или воздуха. Реакционная газовая смесь
разогревается до температуры свыше 210
°C, а выделяемое тепло реакции используется
для образования пара. Степень конверсии
этилена достигает 99 %, а чистота получаемого
дихлорэтана 99,5 %.
3. Процесс
дистилляции дихлорэтана:
Дистилляция
требуется для дихлорэтана, образующегося
в процессе оксихлорирования, а также
непрореагировавшего (возвратного)
дихлорэтана со стадии пиролиза. Вода и
низкокипящие компоненты удаляются в
осушающей колонне. Кубовый остаток в
дальнейшем поступает на стадию
регенерации.
4.Пиролиз
дихлорэтана:
Пиролиз дихлорэтана
производится в специальных печах
(операционный период — до 2 лет) при
температуре 480 °C; при этом теплота
процесса используется для испарения и
нагрева.
5.Дистилляция
винилхлорида:
Продукты пиролиза,
состоящие, в основном, из дихлорэтана,
винилхлорида и хлороводорода, направляются
в узел дистилляции. Хлороводород
возвращается в отделение оксихлорирования,
винилхлорид удаляется через верхнюю
часть колонны, а кубовый остаток,
состоящий из непрореагировавшего
дихлорэтана, возвращается в процесс
дистилляции после удаления побочных
продуктов.
6. Регенерация побочных
продуктов: Жидкие и газообразные побочные
продукты полностью сжигаются при
температуре 1100—1200 ° С, образуя
хлороводород, который после очистки
возвращается в процесс оксихлорирования;
попутно за счёт высокой температуры
продуцируется также пар среднего
давления.
3. Альтернативные методы производства винилхлорида
Компанией «Monsanto» в 1977 году был предложен одностадийный метод получения винилхлорида с выходом до 85 % из этана под действием смеси хлороводорода и кислорода при температуре 400—650 °С в присутствии катализатора (галогенид меди и фосфат калия):
(6.1.)
В 1980 году советскими учёными был запатентован альтернативный метод получения винилхлорида газофазным хлорированием смеси, содержащей этан и этилен, при температуре 350—500 °С и отвечающий следующей химической модели:
(6.2.)
(6.3.)
(6.4.)
(6.5.)
Побочными продуктами реакции являются хлорэтан, 1,1-дихлорэтан, винилиденхлорид и др. галогенпроизводные.
Одним из самых последних разработанных методов производства (2005 год) является способ получения винихлорида взаимодействием метилхлорида и метиленхлорида в газовой фазе при температуре 300—500 °С, давлении от 0,1 до 1 МПа, в присутствии катализаторов (активный оксид или фосфат алюминия, алюмосиликаты, хлорид цинка с оксидом алюминия):
(6.6.)
Все перечисленные способы получения винилхлорида или не были реализованы в промышленности, или не вышли из стадии экспериментального производства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучив методы получения винилхлорида различными способами сделала вывод, что в случае получения винилхлорида из ацетилена помимо экономических соображений, метод каталитического гидрохлорирования ацетилена является экологически небезопасным, так как используемая в производстве ртуть, несмотря на рециркуляцию, неизбежно с газообразными отходами и сточными водами попадает в окружающую среду. Метод каталитического гидрохлорирования ацетилена в настоящий момент достаточно широко распространён только в Китае из-за богатых запасов угля, наличия дешёвой гидроэлектроэнергии, а также дефицита природного газа, являющегося главным сырьём для производства этилена.
Комбинированный процесс позволяет снизить себестоимость винилхлорида на 6—7 % по сравнению с ацетиленовым процессом. Метод позволил заменить половину ацетилена на более дешёвый этилен, а также утилизировать хлороводород, тем самым довести почти до 100 % полезное использование хлора.
В последнее время все описанные методы синтеза хлористого винила вытесняются другим комбинированным способом, сбалансированном по хлору, при котором полностью исключается применение ацетилена и добавляется стадия аддитивного оксихлорирования этилена.
Поскольку на сырье приходится основная часть себестоимости продукции, становятся очевидным экономические преимущества комбинированных методов, особенно исходящих из этилена. Такой способ производства винилхлорида оказался более экономичным (на 30 %) по сравнению с щелочным дегидрохлорированием 1,2-дихлорэтана и на 14 % — по сравнению с гидрохлорированием ацетилена.
В настоящее время ведущим (и самым экономичным) в производстве винилхлорида является сбалансированный процесс окислительного хлорирования этилена. В его основе лежат три основные реакции: прямое хлорирование этилена до дихлорэтана; термическое дегидрохлорирование дихлорэтана в винилхлорид и окислительное хлорирование этилена с помощью хлороводорода, образовавшегося при дегидрохлорировании.
Прямое хлорирование этилена до дихлорэтана осуществляется в среде дихлорэтана в присутствии катализатора — хлорного железа. Реакция сильно экзотермична. Обычно тепло реакции отводят водой; дихлорэтан очищают водно-щелочной промывкой и ректификацией. Как правило, самый большой расход энергии (до 90 %) приходится на стадию очистки дихлорэтана. Снижение издержек производства в сбалансированных процессах достигается, прежде всего, за счет рационального использования теплоты, выделяющейся при прямом хлорировании этилена, на испарение и очистку дихлорэтана, поступающего со стадий хлорирования, оксихлорирования и рециркулируемого со стадии дегидрохлорирования. Разработаны и реализованы в промышленности различные технологические схемы процесса, позволяющие эффективно использовать теплоту реакции прямого хлорирования.
С учетом роста потребности в поливинилхлориде в России чрезвычайно актуальным является создание производств винилхлорида большой мощности по сбалансированной схеме на основе относительно дешевого этан-этиленового сырья.
Список использованной литературы
1. Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. Учебник для вузов. 2-е издание, испр. и доп.- М. Химиздат, 2007.- 944 с
2. Органическая химия перевод с нем./Под ред. проф. В.М. Потапова.- М. Химия, 1989.-832с
3. А. П. Писаренко, З.Я. Хавин Курс органической химии: Учебник для нехимических спец. Вузов/ .-4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 2005.- 527с
4. В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие для вузов /. – 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 2003. – 536 с
5. Н.Н. Лебедев Химия и технология основного органического синтеза. – М.: Химия, 1988. - 582 с
6. А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г.Беренгартен Общая химическая технология - М.; ИКЦ «Академкнига» 2004. -357с.
7. Промышленные хлорорганические продукты / Под ред. Л.А. Ошина. – М.: Химия, 1978. – 656 с
8. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. –М.: Химия, 1968. – 648с
9. Л. Физер,М. Физер Органическая химия углубленный курс том.1 перевод с англ. /Под ред. д.х.н. Н. С. Вульфсона.- М.:Химия, 1999.- 688с
10. Т. П. Дьячкова, В.С. Орехов Химическая технология органических веществ : учеб. пособие / – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 172 с
11. В.М. Потапов органическая химия: Учебник для техникумов/.-4-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 2002.- 448с
11. Интернет ресурсы:
Химическая энциклопедия http://www.xumuk.
Основной органический синтез http://djht.ru;
Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki