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乙烯、乙炔和混合烯炔法的特點(diǎn)如下:
乙烯氧氯化法
工業(yè)生產(chǎn)氯乙烯的主要方法。
第一步乙烯氯化生成二氯乙烷;第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫;第三步乙烯、氯化氫和氧發(fā)生氧氯化反應(yīng)生成二氯乙烷。
?、僖蚁┞然∫蚁┖吐燃映煞磻?yīng)在液相中進(jìn)行:
CH2=CH2 +Cl2→CH2ClCH2Cl
采用三氯化鐵或氯化銅等作催化劑,產(chǎn)品二氯乙烷為反應(yīng)介質(zhì)。反應(yīng)熱可通過冷卻水或產(chǎn)品二氯乙烷汽化來移出。反應(yīng)溫度40~110℃,壓力0.15~0.30MPa,乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性均在99%以上。
②二氯乙烷熱裂解 生成氯乙烯的反應(yīng)式為:
ClCH2CH2Cl→CH2=CHCl +HCl
反應(yīng)是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng),在管式裂解爐中進(jìn)行,反應(yīng)溫度500~550℃,壓力0.6~1.5MPa;控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率為50%~70%,以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。主要副反應(yīng)為:
CH2=CHCl→HC≡CH+ HCl
CH2=CHCl+ HCl→ClCH2CH2Cl
ClCH2CH2Cl→2CH2 +2HCl
裂解產(chǎn)物進(jìn)入淬冷塔,用循環(huán)的二氯乙烷冷卻,以避免繼續(xù)發(fā)生副反應(yīng)。產(chǎn)物溫度冷卻到50~150℃后,進(jìn)入脫氯化氫塔。塔底為氯乙烯和二氯乙烷的混合物,通過氯乙烯精餾塔精餾,由塔頂獲得高純度氯乙烯,塔底重組分主要為未反應(yīng)的粗二氯乙烷,經(jīng)精餾除去不純物后,仍作熱裂解原料。
?、垩趼然磻?yīng) 以載在γ-氧化鋁上的氯化銅為催化劑,以堿金屬或堿土金屬鹽為助催化劑。主反應(yīng)式為:
CH2=CH2 +2HCl+1/2 O2→ClCH2CH2Cl+ H2O
主要副反應(yīng)為乙烯的深度氧化(生成一氧化碳、二氧化碳和水)和氯乙烯的氧氯化(生成乙烷的多種氯化物)。反應(yīng)溫度200~230℃,壓力0.2~1MPa,原料乙烯、氯化氫、氧的摩爾比為1.05:2:0.75~0.85。反應(yīng)器有固定床和流化床兩種形式,固定床常用列管式反應(yīng)器,管內(nèi)填充顆粒狀催化劑,原料乙烯、氯化氫與空氣自上而下通過催化劑床層,管間用加壓熱水作熱載體,以移走反應(yīng)熱,并副產(chǎn)壓力1MPa的蒸汽。
固定床反應(yīng)器溫度較難控制,為使有較合理的溫度分布,常采用大量惰性氣體作稀釋劑,或在催化劑中摻入固體物質(zhì)。二氯乙烷的選擇性可達(dá)98%以上。 在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行乙烯氧氯化反應(yīng)時(shí),采用細(xì)顆粒催化劑,原料乙烯、氯化氫和空氣分別由底部進(jìn)入反應(yīng)器,充分混合均勻后,通入催化劑層,并使催化劑處于流化狀態(tài),床內(nèi)裝有換熱器,可有效地引出反應(yīng)熱。這種反應(yīng)器反應(yīng)溫度均勻而易于控制,適宜于大規(guī)模生產(chǎn),但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,催化劑磨損大。
由反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水淬冷,再冷凝成液態(tài)粗二氯乙烷。冷凝器中未被冷凝的部分二氯乙烷及未轉(zhuǎn)化的乙烯、惰性氣體等經(jīng)溶劑吸收等步驟回收其中二氯乙烷。所得粗二氯乙烷經(jīng)精制后進(jìn)入熱解爐裂解。
乙烯氧氯化法的主要優(yōu)點(diǎn)是利用二氯乙烷熱裂解所產(chǎn)生的氯化氫作為氯化劑,從而使氯得到了完全利用。
乙炔法
在氯化汞催化劑存在下,乙炔與氯化氫加成直接合成氯乙烯:
CH≡CH+HCl→CH2=CHCl
其過程可分為乙炔的制取和精制,氯乙烯的合成以及產(chǎn)物精制三部分。
在乙炔發(fā)生器中,電石與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔,經(jīng)精制并與氯化氫混合、干燥后進(jìn)入列管式反應(yīng)器。管內(nèi)裝有以活性炭為載體的氯化汞(含量一般為載體質(zhì)量的10%)催化劑。反應(yīng)在常壓下進(jìn)行,管外用加壓循環(huán)熱水(97~105℃)冷卻,以除去反應(yīng)熱,并使床層溫度控制在180~200℃。乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)99%,氯乙烯收率在95%以上。
副產(chǎn)物是1,1-二氯乙烷(約1%),也有少量乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。此法工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單,投資低,收率高;但能耗大,原料成本高,催化劑汞鹽毒性大,并受到安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等條件限制,不宜大規(guī)模生產(chǎn)。
乙烯直接氯化法
這是石油化工發(fā)展后以石油為基礎(chǔ)開發(fā)的生產(chǎn)工藝。此法的最大缺點(diǎn)是伴隨反應(yīng)生成了大量的1,2-二氯乙烷,產(chǎn)率較低。
CH2=CH2+Cl2→CH2=CHCl+HCl
乙烯氯化裂解法
這是為解決乙烯直接氯化法存在的問題而開發(fā)的生產(chǎn)工藝,此法產(chǎn)率高。
CH2=CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl
CH2ClCH2Cl→CH2=CHCl+HCl
乙烯氯化平衡法
比較乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法,可以發(fā)現(xiàn),乙烯氯化裂解法產(chǎn)生氯化氫,乙烯氧氯化法消耗氯化氫。如果將兩種方法結(jié)合起來,讓乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法的第一步按照一定的比例生產(chǎn),可以使氯化氫變?yōu)橹虚g產(chǎn)物,這是世界上生產(chǎn)氯乙烯的主要方法。不久的將來,我國的氯乙烯生產(chǎn)將主要采用這種方法。
混合烯炔法
該法是以石油烴高溫裂解所得的乙炔和乙烯混合氣(接近等摩爾比)為原料,與氯化氫一起通過氯化汞催化劑床層,使氯化氫選擇性地與乙炔加成,產(chǎn)生氯乙烯。分離氯乙烯后,把含有乙烯的殘余氣體與氯氣混合,進(jìn)行反應(yīng),生成二氯乙烷。經(jīng)分離精制后的二氯乙烷,熱裂解成氯乙烯及氯化氫。氯化氫再循環(huán)用于混合氣中乙炔的加成。