内容发布更新时间 : 2024/12/23 23:06:37星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
乙烯氧氯化法生产氯乙烯
一、 概述
1.氯乙烯的性质和用途
氯乙烯在常温常压下是一种无色的有乙醚香味的气体,沸点-13.9℃,临界温度142℃,临界压力为5.12MPa,尽管它的沸点低,但稍加压力,就可得到液体的氯乙烯。氯乙烯易燃,闪点小于-17.8℃,与空气容易形成爆炸混合物,其爆炸范围为4~21.7%(体积)。氯乙烯易溶于丙酮、乙醇、二氯乙烷等有机溶剂,微溶于水,在水中的溶解度是0.001g/L。 氯乙烯具有麻醉作用,在20~40%的浓度下,会使人立即致死,在10%的浓度下,—小时内呼吸管内急动而逐渐缓慢,最后微弱以致停止呼吸。慢性中毒会使人有晕眩感觉,同时对肺部有刺激,因此,氯乙烯在空气中的允许浓度为500ppm。
氯乙烯是分子内包含氯原子的不饱和化合物。由于双键的存在,氯乙烯能发生一系列化学反应,工业应用最重要的化学反应是其均聚与共聚反应。
氯乙烯是聚氯乙烯的单体,在引发剂的作用下,易聚合成聚氯乙烯。氯乙烯也可以和其它不饱和化合物共聚,生成高聚物,这些高聚物在工业上和日用品生产上具有广泛的用途。因此,氯乙烯的生产在有机化工生产中占有重要的地位。
2.氯乙烯的生产方法
氯乙烯首先在工业上实现生产是在20世纪30年代,当时是使用电石水解成,乙炔和氯化氢进行加成反应得到的。其化学反应方程式为: CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 C2H2 + HCl CH2CHCl
50年代前,电石是由焦炭与生石灰在电炉中加热生成:
CaO+3C CaC2 + CO
随着氮乙烯需求量的增加,人们致力于寻找生产氯乙烯更廉价的原料来源。在50年代初期,乙烯成为生产氯乙烯更经济、更合理的原料。实现了由乙烯和氯气生产氯乙烯的工业生产路线。该工艺包括乙烯直接氯化生产二氯乙烷及二氯乙烷裂解生产氯乙烯。
随后,人们注意到二氯乙烷裂解过程,除生成氯乙烯外还生成氯化氢。由此,工业界想到由氢化氢可以连同乙炔生产工艺一起生产氯乙烯。
CH 2=CH2十C12 → CH 2C1—CH 2C1 CH 2C1—CH 2C1 → CH 2=CHC1十HC1
十HCl → CH 2=CHC1
50年代后期,开发出乙烯氧氯化工艺以适应不断增长的对氯乙烯的需求。
在这个过程中,乙烯、氧气和氯化氢反应生成二氯乙烷,和直接氯化过程结合在一起,两者所生成的二氯乙烷一并进行裂解得到氯乙烯,这种
生产方法称为平衡法。
至今世界上虽仍有少量的氯乙烯来自于电石乙炔及乙炔—乙烯混合法,而绝大部分氯乙烯是通过基于乙烯和氯气的平衡过程生产。平衡氧氯化生产工艺仍是已工业化的、生产氯乙烯单体最先进的技术,在世界范围内,93%的聚氯乙烯树脂都采用由平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体聚合而成。该法具有反应器能力大、生产效率高、生产成本低、单体杂质含量少和可连续操作等特点。
二、反应原理
乙烯氧氯化法生产氯乙烯,包括三步反应:
(1)乙烯直接氯化 CH2=CH2 + Cl2 → CH2ClCH2Cl (2)二氯乙烷裂解 2CH2ClCH2Cl → 2CH2=CHCl + 2HCl
(3)乙烯氧氯化 CH2=CH2 + 2HCl + O2 → CH2ClCH2Cl + H2O 总反应式 2CH2=CH2 + Cl2 + O2 → 2CH2=CHCl + H2O 其工艺过程示意如图6—14。
图6-14乙烯平衡氧氯化法生产氯乙烯的工艺流程
此图可见,该法生产氯乙烯的原料只需乙烯、氯和空气(或氧),氯可以全部被利用,其关键是要计算好乙烯与氯加成和乙烯氧氯化两个反应的反