CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT VINYL CLORUA........14 2.1. Axetilen+HCl ……………………………….……………….....14 2.2. Etylen+clo....................................................................................15 2.3. Oxyclo hóa etylen .......................................................................15 2.4.Clo, Cl2.........................................................................................16 CHƯƠNG 3. CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VINYL CLORUA...18 3.1 Sản xuất VC bằng phương pháp cracking EDC...........................19 3.2. Liên hợp clo hóa, oxy clo hóa etylen và cracking EDC..............21 3.3 Sản xuất VC từ axetylen………………………………………...23 3.3.1 Tiến hành quá trình trong pha lỏng............................................23 3.3.2 Tiến hành quá trình trong pha khí..............................................24 3.4 Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C2H2………….26 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VINYL CLORUA TẠI VIỆT NAM….28 4.1. Đánh giá các phương pháp sản xuất Vinyl clorua……….……..28 4.1.1. Phương pháp sản xuất VC từ axetylen…...…………………..28 4.1.2. Phương pháp sản xuất VC bằng cách clo hóa etylen và cracking EDC được tạo thành………………………………………………...28 4.1.3. Phương pháp liên hợp sản xuất VC…………………………..29 4.1.4. Sản xuất VC từ etan……..……………………….…………..29
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT VINYL CLORUA
Etylen+clo
Sử dụng xúc tác clorua sắt hai (FeCl2) giúp giảm thiểu tác động đến môi trường so với các phương pháp khác Phản ứng này có thể diễn ra ở cả hai pha lỏng và khí Trong pha lỏng, sản phẩm của phản ứng, etylendicloetan, được sử dụng trực tiếp.
(EDC), làm dung môi để hoà tan etylen và clo Phản ứng xảy ra ở 50-70 o C và áp suất 4-5 atm Hiệu suất đạt 95-96% so với etylen.
Quá trình trong pha khí diễn ra ở nhiệt độ 90-130°C và áp suất 7-10 atm, với đặc điểm là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, do đó việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng để ngăn ngừa cháy nổ Để đảm bảo an toàn, thiết bị phản ứng được thiết kế dạng ống chùm, cho phép khí đi qua khoảng cách giữa các ống chùm được làm lạnh Bên cạnh đó, việc sử dụng khí trơ cũng giúp giảm thiểu khả năng gây nổ, hoặc có thể sử dụng lượng etylen dư để tăng cường an toàn trong quá trình.
Do nhiều yếu tố kỹ thuật thuận lợi như nêu dưới đây nên phương pháp tổng hợp trong pha lỏng thường được áp dụng rộng rãi hơn:
•Thiết bị phản ứng đơn giản.
•Dễ điều chỉnh nhiệt độ phản ứng.
•Không cần dùng lượng etylen dư hoặc khí trơ.
•Nhiệt phản ứng được dùng ngay để đun nóng dung môi và làm bay hơi sản phẩm tạo thành.
Oxyclo hóa etylen
Phương pháp tối ưu và hiệu quả nhất để tổng hợp VCM là sử dụng xúc tác clorua đồng kết hợp với KCl hoặc một số clorua kim loại kiềm khác Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ từ 250-350 độ C.
CuCl2 + CH2 = CH2 → CH2Cl – CH2Cl + Cu2Cl2
Sử dụng xúc tác gồm hỗn hợp clorua đồng I và II cùng với muối kim loại kiềm giúp giảm nhiệt độ nóng chảy và áp suất hơi của hỗn hợp muối nóng chảy Nền xúc tác thường là alumina, silica hoặc chất rắn xốp bền với điều kiện phản ứng Phản ứng diễn ra dưới áp suất từ 2-10 atm, với hai loại thiết bị phản ứng phổ biến là ống chùm và tầng sôi.
Nhiệt phân 1,2 - ethlendiclorua (EDC) là quá trình tách một phân tử HCl từ EDC để sản xuất VCM, diễn ra ở nhiệt độ cao từ 450-600 °C Phản ứng nhiệt phân này có thể thực hiện với hoặc không có sự hỗ trợ của xúc tác.
Mức độ chuyển hóa và hiệu suất thu được của hai quá trình sản xuất VCM không khác biệt nhiều Hơn nữa, việc chế tạo thiết bị nhiệt phân không dùng xúc tác đơn giản và dễ dàng hơn Do đó, quy trình nhiệt phân không dùng xúc tác đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới để sản xuất VCM.
Clo, Cl 2
Hầu hết clo trên thế giới được sản xuất qua quá trình điện phân muối ăn (NaCl), trong khi một số phương pháp khác như sử dụng clorua kali (KCl) hoặc axit clohydric (HCl) cũng có thể được áp dụng, nhưng sản lượng thu được rất nhỏ.
CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VINYL CLORUA
Sản xuất VC bằng phương pháp cracking EDC
Quá trình được tiến hành dựa trên phản ứng phân hủy thu nhiệt sau:
CH2Cl-CH2Cl CH2=CHCl + HCl
Phản ứng bắt đầu xảy ra ở 300 o C, áp suất khí quyển, nhưng phản ứng đạt tốc độ cao ở 400 550 o C.
Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc như sau:
(a) Khơi mào: ClCH2-CH2Cl ClCH2-*CH2 + Cl*
(b) Phát triển mạch: Cl* + ClCH2-CH2Cl → ClCH2-*CHCl + HCl
ClCH2-*CHCl CH2=CHCl + Cl*
(c) Đứt mạch: Cl* + ClCH2-*CH2 CH2=CHCl + HCl
Quá trình tạo ra nhiều sản phẩm phụ trong polyclo hóa và phân hủy bao gồm các sản phẩm như cốc Để tối ưu hóa phản ứng chuyển hóa chính, việc sử dụng các xúc tác tiên tiến như clo, brom, iot, tetraclocacbon hoặc oxy là rất cần thiết.
Trong công nghiệp, các quá trình cracking EDC thường được thực hiện ở nhiệt độ 500-550 oC và áp suất 2,5-3 MPa mà không cần sử dụng xúc tác Mặc dù có một số hệ xúc tác như than hoạt tính và muối clo kim loại có thể giúp giảm nhiệt độ phản ứng, nhưng vòng đời ngắn của chúng và khó khăn trong công nghệ đã khiến việc áp dụng xúc tác trong quá trình này không khả thi trong thực tế.
Sơ đồ công nghệ sản xuất VC bằng phương pháp cracking EDC được trình bày ở hình 4:
Hình 4 Sản xuất VC bằng phương pháp cracking dicloetan
Dicloetan được bốc hơi và gia nhiệt lên đến 215°C, sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng lò ống, hoạt động theo nguyên tắc tương tự như quá trình steam cracking Trong vùng đối lưu, nguyên liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng, và phản ứng thực sự diễn ra trong vùng bức xạ Sản phẩm khí thu được ở đầu ra của thiết bị lò ống có nhiệt độ cao.
Để ngăn chặn sự hình thành các sản phẩm phụ, tôi duy trì nhiệt độ 500 o C và cho dòng sản phẩm đã được làm lạnh xuống 50 o C chảy ngược chiều qua tháp Khí sản phẩm sẽ được làm lạnh xuống 200 o C, và quá trình làm lạnh bổ sung này sẽ giúp ngưng tụ hầu hết nguyên liệu EDC chưa phản ứng, trong đó một phần sẽ được sử dụng làm chất tải nhiệt trong tháp.
Phần còn lại cùng với khí không ngưng sẽ được đưa vào các tháp chưng cất được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ sau:
(a) Tách sản phẩm phụ HCl ở dạng khí (tháp 20 đĩa).
(c) Tinh chế VC (15 đĩa) để giảm hàm lượng HCL từ 500xuống 10 ppm và trung hòa sản phẩm với NaOH.
Thu hồi EDC chưa phản ứng từ phân đoạn nặng trong quy trình sản xuất VC thô là một bước quan trọng, giúp tuần hoàn lại thiết bị phản ứng Quá trình này bao gồm các thiết bị cần thiết để đảm bảo hiệu quả sản xuất.
- Tách phân đoạn nhẹ (70 75 đĩa)
Trong quá trình tách phân đoạn nặng, phần lớn EDC được thu hồi từ tháp thứ nhất hoạt động ở áp suất khí quyển với 20-25 đĩa Phần EDC còn lại trong sản phẩm nặng được thu từ tháp thứ hai, hoạt động trong điều kiện chân không với áp suất 70 kPa và 25 đĩa.
Liên hợp clo hóa, oxy clo hóa etylen và cracking EDC
Quá trình dựa trên các phản ứng sau:
C2H4 +Cl2 CH2Cl-CH2Cl (1)
2CH2Cl-CH2Cl 2CH2=CHCl + 2HCl (2)
C2H4 + 2HCl + ẵO2 CH2Cl-CH2Cl + H2O (3) Phản ứng tổng cộng
Hình 5 Sơ đồ quá trình liên hợp
Hình 6 Sơ đồ công nghệ sản xuất VC của Vinnolit
Trong quá trình clo hóa trực tiếp cũng như quá trinh oxy clo hóa, EDC được tạo ra.
Cả hai phản ứng tỏa nhiệt, tuy nhiên EDC sản xuất bằng clo hóa trực tiếp có chất lượng tốt hơn và có thể được sử dụng ngay cho quá trình cracking, trong khi EDC từ oxy clo hóa cần trải qua giai đoạn chưng cất Chưng cất EDC bao gồm ba tháp: tháp đầu tiên tách nước và sản phẩm phụ có nhiệt độ sôi thấp, tháp thứ hai xử lý sản phẩm đáy và EDC chưa chuyển hóa, trong khi tháp chân không tách các sản phẩm phụ có nhiệt độ sôi cao Tháp chân không hoạt động dưới áp suất thấp để giảm tắc nghẽn reboiler, với sản phẩm đỉnh được sử dụng làm nguyên liệu EDC và sản phẩm đáy chứa > 95% các chất có nhiệt độ sôi cao được đưa vào thiết bị đốt.
Trong quá trình cracking EDC, EDC được nhiệt phân để tạo ra VCM và HCl Sản phẩm VCM, HCl và EDC chưa phản ứng được tách biệt trong tháp chưng VCM Tại tháp chưng HCl, sản phẩm HCl được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình oxy clo hóa Hỗn hợp EDC và VCM ở đáy tháp VCM được phân tách, trong khi một phần HCl dư thừa được loại bỏ qua VCM stripper và được tuần hoàn trở lại tháp HCl Sản phẩm VCM cuối cùng được lưu trữ để vận chuyển hoặc sử dụng trong sản xuất PVC Các sản phẩm phụ có nhiệt độ sôi thấp từ EDC chưa phản ứng được clo hóa trong tháp clo hóa Benzene và Cloropren, sau đó được tách ra ở tháp chưng EDC.
Nước thu được từ quá trình xử lý được làm sạch tại các phân xưởng, trong khi các sản phẩm phụ khí và lỏng sẽ được đưa vào quá trình đốt cháy để thu hồi HCl Khí HCl sau khi thu hồi sẽ được tái sử dụng cho sản xuất axit HCl hoặc trong quá trình oxy clo hóa, đảm bảo việc sử dụng hiệu quả nguồn Cl2 đầu vào.
Sản xuất VC từ axetylen
Xảy ra theo phản ứng hydroclo hóa axetylen:
C2H2 + HCl � CH2=CHCl Để sẩn xuất VC theo phương pháp này người ta có thể tiến hành quá trình trong pha lỏng hay pha khí.
3.3.1 Tiến hành quá trình trong pha lỏng
Cơ sở của phương pháp:
Trong quá trình này, C2H2 và HCl được thổi qua dung dịch xúc tác chứa 23% Cu2Cl2 và 16% NH4Cl, cùng với CaCl2 hòa tan trong axit HCl 12-15% ở nhiệt độ 50-60°C Ngoài ra, có thể sử dụng xúc tác HgCl2 trong axit HCl và duy trì nhiệt độ ở 90°C Tuy nhiên, xúc tác đồng có thể làm tăng các phản ứng phụ, như sự trùng hợp axetylen thành vinyl axetylen.
2CHCH CHCCH=CH2 Đây là phản ứng không mong muốn, vì vậy để ngăn ngừa phản ứng người ta phải dùng HCl để hòa tan muối đồng.
Vai trò của muối đồng và muối thủy ngân trong phản ứng với axetylen đang được tranh luận Một số ý kiến cho rằng hai loại muối này tạo ra hợp chất trung gian, và hợp chất này sẽ phân hủy dưới tác động của HCl, từ đó phục vụ cho quá trình tạo ra sản phẩm Vinyl Clorua.
Quá trình được mô tả:
CHCH + HgCl2 ClCH=CHHgCl ClCH=CHHgCl + HCl CH2=CHCl + HgCl2
3.3.2 Tiến hành quá trình trong pha khí
Trong công nghiệp, quá trình trong pha khí thường được thực hiện với xúc tác HgCl2/C* (hoặc graphit, silicat) ở nhiệt độ từ 100 đến 150 độ C và áp suất 0,3.10^6 Pa Phản ứng này thường tạo ra axetaldehit, một sản phẩm phụ, do sự tương tác giữa axetylen và lượng nước nhỏ có trong nguyên liệu, cùng với 1,1-dicloetan.
CH2=CHCl + HCl CH3-CHCl2
Sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất VC bằng phương pháp hydroclo hóa axetylen:
Hình 7 Sản xuất VC bằng phương pháp hydroclo hóa axetylen
Quá trình gồm có ba bộ phận chính sau:
Để chuẩn bị nguyên liệu axetylen, khí này được nén tới áp suất cao và đi qua hệ thống tháp sấy gồm hai tháp nhằm tách tối đa hơi nước Dung dịch H2SO4 đặc được sử dụng làm tác nhân sấy, với khí axetylen được bơm từ dưới lên và dung dịch H2SO4 được bơm từ trên xuống Nhờ tính háo nước của H2SO4, khí axetylen sẽ được sấy đạt yêu cầu cần thiết Sau khi sấy, khí axetylen từ đỉnh tháp 2 sẽ được kết hợp với dòng axetylen tuần hoàn và khí HCl dư 10% trong thiết bị trộn.
Hỗn hợp khí từ thiết bị trộn được đưa vào đỉnh của các ống phản ứng song song, nơi các phản ứng diễn ra Nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng được tách ra nhờ dòng chất tải nhiệt lạnh chảy bên ngoài ống và qua thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài.
Hệ thống xử lý khí sản phẩm bao gồm hai tháp tách HCl dư Tại tháp thứ nhất, hỗn hợp khí được rửa bằng nước, giúp tách phần lớn HCl thành dung dịch ở đáy tháp Khí không hấp thụ sẽ tiếp tục qua tháp thứ hai, nơi HCl còn lại được loại bỏ bằng dung dịch NaOH Sau đó, khí được nén đến 0,7 Mpa và làm lạnh, dẫn đến ngưng tụ và tách nước hoàn toàn Phần khí nhẹ chứa axetylen dư sẽ được đưa vào hệ thống thu hồi axetylen với hai tháp: tháp hấp thụ axetylen để tách sản phẩm nhẹ và tháp nhả hấp thụ để tuần hoàn axetylen trở lại thiết bị phản ứng Sản phẩm đáy từ tháp chưng cất nhẹ, chủ yếu là VC, sẽ được chuyển sang tháp tinh chế VC, nơi sản phẩm VC thu được ở đỉnh tháp và sản phẩm phụ ở đáy tháp.
Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C 2 H 2
Quá trình dựa trên phản ứng sau:
CH2=CH2 + HCl ClCH2-CH2Cl (1) ClCH2-CH2Cl CH2=CHCl + HCl (2) HCl từ phản ứng (2) có thể dùng cho phản ứng hydroclo hóa axetylen:
C2H2 + HCl CH2=CHCl (3) Phản ứng tổng cộng:
Hình 8.Sơ đồ sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C 2 H 2 ( axetylen và etylen ở dạng hỗn hợp)
Với nguồn nguyên liệu đầu là axetylen và etylen với tỷ lệ mol 1:1.
Hình 9 Sơ đồ sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C 2 H 2 ( axetylen và etylen ở dạng riêng biệt)
ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Phương pháp sản xuất VC từ axetylen…
Phương pháp sản xuất vinyl clorua (VC) từ axetylen là phương pháp có hiệu suất cao nhất, với độ chọn lọc đạt 98-99%, trong khi các phương pháp khác chỉ đạt khoảng 90% Ngoài ra, sản phẩm phụ từ quy trình này 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
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. b) Nhược điểm
Nguyên liệu axetylen đắt tiền do đó giá thành sản phẩm tạo thành quá trình này rất cao.
Axetylen rất dễ gây nổ, xúc tác HgCl2/C* rất độc.
Sử dụng nhiều năng lượng và gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp sản xuất VC bằng cách clo hóa etylen và cracking EDC được tạo thành
Tiêu tốn ít năng lượng do tận dụng được nhiệt tỏa ra của phản ứng.
Tận dụng được HCl tạo thành, sản phẩm thu được không có HCl.
Không dùng Axetylen nên chi phí cho quá trình giảm giá thành sản phẩm giảm từ 25-30% b) Nhược điểm
Sản phẩm thu được có nhiều sản phẩm phụ, độ chọn lọc không cao.
Thiết bị phản ứng phức tạp, điều khiển quá trình khó khăn.
Phương pháp liên hợp sản xuất VC
Quá trình này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì :
Nó khắc phục được nhược điểm của cả hai quá trình sản xuất axetylen và etylen như:
+ Phương pháp từ etylen về mặt kinh tế thì thuận lợi hơn nhưng chất lượng không cao bằng axetylen.
+ Phương pháp axetylen không thuận lợi về mặt kinh tế chất lượng lại rất cao.
Sản xuất VC từ etan
Etan là nguồn nguyên liệu dồi dào, được chuyển hóa thành etylen qua quá trình cracking Etylen sau đó được sử dụng để sản xuất vinyl clorua Để giảm chi phí sản xuất etylen, nhiều nghiên cứu đã thử nghiệm chuyển đổi trực tiếp etan thành vinyl clorua, giúp giảm đáng kể chi phí nguyên liệu và giảm sự phụ thuộc vào năng suất cracking Quá trình này có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau.
Clo hóa ở nhiệt độ cao:
Oxy clo hóa bằng HCl ở nhiệt độ cao:
Oxy clo hóa bằng Cl2 ở nhiệt độ cao:
Quá trình oxi hóa etan thành VC gặp nhiều hạn chế phức tạp, đòi hỏi điều kiện nhiệt động nghiêm ngặt để tránh sản phẩm phụ không mong muốn, dẫn đến hiệu suất thấp Tuy nhiên, với việc sử dụng xúc tác đặc biệt và tối ưu hóa điều kiện phản ứng, độ chuyển hóa lên đến 96% đã được ghi nhận trong các phản ứng oxy clo hóa Etylen sinh ra có thể được tuần hoàn hoặc áp dụng phương pháp oxy clo hóa và cracking truyền thống Nhiều quy trình sản xuất dựa vào etan đã được phát triển, mở ra cơ hội cho việc lựa chọn công nghệ sản xuất VC phù hợp với Việt Nam.
Công nghệ sản xuất VC bằng phương pháp hiện đại cộng hợp axit HCl vào C2H2 xúc tác Hg2Cl2/C*
Phản ứng kết hợp axit clohidric với C2H2 xảy ra như sau:
CHCH +HCl CH2=CHCl, H0 298 = -100kj/mol
Sự biến đổi các vùng khí có mặt HgCl2 là cơ sở cho toàn bộ quá trình xúc tác trong khoảng nhiệt độ từ 100 đến 1700°C và áp suất tuyệt đối khoảng 0,3.10^6 Pa Chất xúc tác có thể sử dụng là than hoạt tính, nhưng cũng có thể thay thế bằng grafit, nhôm và Na2SiO3.
Sự phát triển của thiết bị phản ứng cố định và thiết bị dạng ống được thể hiện qua việc thiết lập nhiệt độ bề mặt không vượt quá 2000C, đồng thời biến đổi theo thời gian trong quá trình điều khiển dòng khí, cho phép đánh giá sự lão hóa của xúc tác Với chiều cao 5m, việc điều chỉnh thích hợp có thể đạt được trong hơn 200 giờ Dưới những điều kiện này, ngay cả khi có những biến đổi lớn, năng suất của sự kết hợp C2H2 với axit HCl vẫn đạt mức cao.
Trong các trường hợp có 98% mol, thời gian sống của xúc tác đạt 5 tháng Sự thay đổi các điểm nóng phản xạ giúp tăng độ sạch của HgCl2, đồng thời cuốn theo dòng khí bẩn được loại bỏ Lượng thủy ngân tiêu tốn khoảng 0,5-0,6 kg cho mỗi tấn sản phẩm.
Sản phẩm phức tạp từ quá trình VC cần được xử lý để ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, điều này giúp cải thiện khả năng hoạt động của lớp lỏng và tăng cường lưu thông hơi nóng từ thiết bị phản ứng Kết quả là, quá trình này mang lại bề mặt nhiệt độ đồng đều hơn, một ứng dụng đã được các hãng như BASF và USSR thực hiện.
Qua đó ta rút ra được những ưu điểm điểm của phương pháp nay là:
*Nhiệt dộ phản ứng VC từ C2H2 và HCl hiện đại thấp hơn(100-170c), công nghệ cũ là 180c sẽ tiết kiệm được 1 lượng năng lượng lớn.
*Chất làm lạnh là nước rất tiết kiệm về mặt kinh tế so với nước muối ở công nghệ trước kia.
*Năng suất của sự kết hợp C2H2 với HCL đạt 98% mol ngay cả khi có những biến đổi lớn
*Điều kiện địa lý Việt Nam rất thuận lợi để sản xuất VC do nguồn nguyên liệu chính C2H2 rất dồi dào
Ngành công nghiệp dầu mỏ Việt Nam đang phát triển, cho phép sử dụng khí nhiệt phân từ dầu mỏ và khí tự nhiên, bao gồm hỗn hợp axetylen và etylen Đây là phương pháp sản xuất axetylen với chi phí thấp.
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT VINYL CLORUA 14
CHƯƠNG 3 CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VINYL CLORUA 18
3.1 Sản xuất VC bằng phương pháp cracking EDC 19
3.2 Liên hợp clo hóa, oxy clo hóa etylen và cracking EDC 21
3.3 Sản xuất VC từ axetylen……… 23
3.3.1 Tiến hành quá trình trong pha lỏng 23
3.3.2 Tiến hành quá trình trong pha khí 24
3.4 Liên hợp clo hóa etylen, tách HCl và hydro hóa C2H2………….26
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
VINYL CLORUA TẠI VIỆT NAM….28 4.1 Đánh giá các phương pháp sản xuất Vinyl clorua……….…… 28
4.1.1 Phương pháp sản xuất VC từ axetylen… ……… 28
4.1.2 Phương pháp sản xuất VC bằng cách clo hóa etylen và cracking EDC được tạo thành……… 28
4.1.3 Phương pháp liên hợp sản xuất VC……… 29
4.1.4 Sản xuất VC từ etan…… ……….………… 29
Polyvinylclorua (PVC) là một polyme quan trọng với nhiều tính chất vượt trội như ổn định hóa học cao, khả năng chống ăn mòn và độ bền tương đối lớn PVC có tính cách điện, không thấm nước và dễ nhuộm, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất ống dẫn hóa chất, vật liệu lót cho thiết bị hóa học, và trong ngành điện để sản xuất dây bọc và dụng cụ điện Ngoài ra, PVC còn được sử dụng trong xây dựng để lát sàn, tường cách âm, và trong gia dụng như bàn, ghế, tủ Để sản xuất PVC, vinylclorua là nguyên liệu chính, với khoảng 95% lượng vinylclorua trên thế giới được dùng cho việc tổng hợp PVC, phần còn lại được áp dụng trong sản xuất dung môi, chất làm lạnh và tổng hợp hóa chất Đồng trùng hợp vinylclorua với các monome khác như vinyliden clorua và vinyl axetat cũng được thực hiện để tạo ra các sản phẩm mới.
CH3COOCH=CH2, acrylnitril CH2=CHCN tạo thành các polyme giá trị Vinylclorua còn được dùng để sản xuất sợi hoá học clorin, sơn chịu ăn mòn.
Ngành sản xuất vinylclorua đang không ngừng mở rộng và cải tiến về cả quy trình lẫn công nghệ nhờ vào những tính năng quan trọng Hiện nay, sản lượng vinylclorua chủ yếu tập trung ở Trung Quốc, Mỹ và các quốc gia Tây Âu.
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT VINYL CLORUA
Một thách thức lớn trong sản xuất VCM từ acetylen là ô nhiễm môi trường do sử dụng xúc tác clorua thủy ngân (HgCl2), một chất độc hại Hiện tại, chưa có phương pháp xử lý hiệu quả và triệt để cho vấn đề này.
Sử dụng xúc tác clorua sắt hai (FeCl2) giúp giảm thiểu tác động đến môi trường so với các phương pháp khác Phản ứng này có thể diễn ra ở cả hai pha lỏng và khí Trong pha lỏng, sản phẩm của phản ứng, etylendicloetan, được sử dụng trực tiếp.
(EDC), làm dung môi để hoà tan etylen và clo Phản ứng xảy ra ở 50-70 o C và áp suất 4-5 atm Hiệu suất đạt 95-96% so với etylen.
Quá trình trong pha khí diễn ra ở nhiệt độ 90-130 oC và áp suất 7-10 atm, cần kiểm soát nhiệt độ cẩn thận do phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nhằm tránh nguy cơ cháy nổ Để đảm bảo an toàn, thiết bị phản ứng được thiết kế dạng ống chùm, cho phép khí đi qua khoảng cách giữa các ống chùm đã được làm lạnh Bên cạnh đó, việc sử dụng khí trơ cũng giúp giảm thiểu khả năng gây nổ, hoặc có thể sử dụng lượng etylen dư để tăng cường an toàn trong quá trình phản ứng.
Do nhiều yếu tố kỹ thuật thuận lợi như nêu dưới đây nên phương pháp tổng hợp trong pha lỏng thường được áp dụng rộng rãi hơn:
•Thiết bị phản ứng đơn giản.
•Dễ điều chỉnh nhiệt độ phản ứng.
•Không cần dùng lượng etylen dư hoặc khí trơ.
•Nhiệt phản ứng được dùng ngay để đun nóng dung môi và làm bay hơi sản phẩm tạo thành.
2.3 Oxyclo hóa etylen Đây là phương pháp tối ưu và hiệu quả nhất để tổng hợp VCM Xúc tác sử dụng là clorua đồng trộn với KCl hoặc một số clorua kim loại kiềm khác Phản ứng được thực hiện ở 250-350 o C theo sơ đồ sau :
CuCl2 + CH2 = CH2 → CH2Cl – CH2Cl + Cu2Cl2
Khi sử dụng xúc tác gồm hỗn hợp clorua đồng I và II cùng muối kim loại kiềm, nhiệt độ nóng chảy và áp suất hơi của hỗn hợp muối nóng chảy sẽ được giảm Nền của xúc tác thường là alumina, silica hoặc các chất rắn xốp bền với điều kiện phản ứng Phản ứng diễn ra ở áp suất từ 2-10 atm, và hai loại thiết bị phản ứng phổ biến nhất là ống chùm và tầng sôi.
Nhiệt phân 1,2-ethlendiclorua (EDC) là quá trình tách một phân tử HCl để sản xuất VCM, diễn ra ở nhiệt độ cao từ 450-600 độ C Phản ứng này có thể được thực hiện với hoặc không có sự hỗ trợ của xúc tác.
