Повышение селективности процесса производства 1,2-дихлорэтана
Корчагина Татьяна Константиновна,
доцент кафедры технологии органического и нефтехимического синтеза,
Курдюбова Ангелина Александровна,
студент-магистрант 6-го курса.
Волгоградский государственный технический университет.
1,2-Дихлорэтан является одним из самых крупнотоннажных галогенпроизводных углеводородов. Примерно 90 % производимого в мире дихлорэтана используется для получения винилхлорида, важного исходного соединения для синтеза полимерных материалов, в частности — поливинилхлорида. Дихлорэтан находит широкое применение в различных областях промышленности и как растворитель. Используется в сельском хозяйстве как инсектицид для обеззараживания зерна, зернохранилищ и почвы виноградников.
Дихлорэтан получают прямым хлорированием этилена. Жидкофазное хлорирование этилена проводят в среде дихлорэтана. В жидкость подают газообразные реагенты – хлор и этилен. Катализатором процесса является хлорное железо FeCl3 [1]. Температура процесса не более 85 оС, давление 0,35-0,5 МПа. Для более полного расходования хлора на основную реакцию хлорирования этилена, этилен берут в 5% избытке по отношению к хлору. Селективность по дихлорэтану достигает 97 % [3].
Процесс хлорирования этилена осуществляют в реакторе барботажного типа (барботажная колонна), который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со встроенными холодильниками для съема тепла реакции.
Реакция хлорирования этилена в жидкой фазе сопровождается образованием побочных высококипящих продуктов, что ведет к снижению выхода целевого продукта. В связи с этим, поиск путей повышения селективности процесса жидкофазного хлорирования этилена является достаточно актуальным.
Процесс получения 1,2-дихлорэтана сопровождается выделением значительного количества тепла. По способу отвода тепла различают низкотемпературное и высокотемпературное жидкофазное хлорирование. При низкотемпературном процессе реакция протекает при температуре ниже температуры кипения дихлорэтана, продукт выводится из реактора в жидком виде. Достоинством этого способа является высокая селективность, достигающая 99,0-99,6%. Существенным недостатком является необходимость очистки продукта от катализатора. При высокотемпературном процессе реакция протекает при температуре кипения дихлорэтана, что позволяет отводить дихлорэтан в парообразном состоянии. В этом случае нет необходимости очищать 1,2-дихлорэтан от катализатора, однако из-за высоких температур увеличивается скорость побочных реакций заместительного хлорирования и как следствие, падает селективность [4].
При анализе способа получения 1,2-дихлорэтана были выявлены основные недостатки существующего производства:
1. Применение 5% избытка этилена, предотвращающего проскок хлора через реактор, который отрицательно сказывается на коррозионной стойкости материала реактора и последующих аппаратов. Но увеличение избытка этилена приводит к увеличению выхода побочных продуктов реакции, следовательно, требуется высокий контроль подачи реагентов в определенном соотношении.
2. Повышение температуры приводит к увеличению выхода побочных продуктов заместительного хлорирования.
При переходе в режим кипения происходит насыщение жидкой реакционной массы парами дихлорэтана (в виде пузырей). Подаваемый в зону реакции газообразный хлор взаимодействует с парами дихлорэтана, и реакция заместительного хлорирования смещается в газовую фазу. Поскольку ингибитор реакции – хлорное железо, вследствие малой летучести в рассматриваемом диапазоне температур способен эффективно действовать только в жидкой фазе, скорость реакции заместительного хлорирования резко возрастает. Очевидно, что введение в зону реакции веществ, способных ингибировать радикально-цепные реакции, должно снижать скорость заместительного хлорирования дихлорэтана в режиме кипения. Известно, что кислород является эффективным ингибитором газофазных реакций заместительного хлорирования углеводородов, благодаря своей способности к обрыву цепей за счет образования малоактивных радикалов типа •C2H3ClO2.
В качестве варианта совершенствования предложен способ получения 1,2-дихлорэтана путем взаимодействия этилена с хлором в присутствии кислорода и катализатора – треххлористого железа в жидком 1,2-дихлорэтане при повышенных температуре и давлении.
Процесс осуществляют при мольном соотношении этилен : хлор 0,995-1,005 : 1. Хлор содержит 5,0-10,0 об.% кислорода. В реакторе поддерживается температура 84 оС и давление 0,4 МПа [2].
Проведение процесса получения 1,2-дихлорэтана при мольном соотношении этилен : хлор 0,995-1,005 : 1 позволяет резко сократить расход этилена при производстве 1,2-дихлорэтана.
Использование в способе получения 1,2-дихлорэтана хлора содержащего 5,0-10,0 об.% кислорода, позволит резко снизить образование побочных продуктов и повысить качество 1,2-дихлорэтана-сырца. Селективность процесса возрастает до 99,94%.
Литература
1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник для вузов / Н. Н. Лебедев. – 4-е изд., перераб. и доп. – Москва: Альянс, 2013. – 592 с.: ил.
2. Пат. 2021244 Российская Федерация, МПК С 07 С 19/045. Способ получения 1,2-дихлорэтана / В. Н. Майстренко, В. В. Лисицкий, В. Д. Шаповалов, З. Г. Расулев, Л. Г. Кузина: патентообладатель Башкирский государственный университет. - №4947144/04: заявл. 20.06.1991; опубл. 15.10.1994.
3. Постоянный технологический регламент № 102-02/09-2010 производства винила хлористого технического (винилхлорида) / ОАО «Каустик». – Волгоград, 2010. – 455 с.
4. Флид М. Р. Винилхлорид: химия и технология. В 2-х кн. Кн. 1 / М. Р. Флид, Ю. А. Трегер. – М.: Калвис, 2008. – 584 с.
Поступила в редакцию 19.10.2016 г.