Совершенствование процесса получения хлористого винила крекингом 1,2-дихлорэтана
Мохов Владимир Михайлович,
кандидат химических наук, доцент кафедры технологии органического и нефтехимического синтеза, научный руководитель,
Савостина Анастасия Александровна,
магистрант 6-го курса.
Волгоградский государственный технический университет.
Хлористый винил (винилхлорид, ВХ) – уникальный и самый многотоннажный в химической промышленности продукт комплексной переработки минерального и органического сырья – поваренной соли и нефти. Подавляющая часть винилхлорида (99,6 %) приходится на производство поливинилхлорида (ПВХ) и сополимеров винилхлорида, оставшаяся – на производство винилиденхлорида (0,4 %) [5]. В настоящее время более 30 % производимых во всем мире пластмасс получают из поливинилхлорида, что говорит о больших объемах производства мономера. Самым крупным потребителем поливинилхлорида является производство трубопроводов, на которое затрачивается до 60 % суммарного количества полимера.
Рынок ПВХ (и следовательно ВХ) продолжает расти вопреки прогнозам 80-х годов о вытеснении ПВХ другими видами пластмасс. Рост объемов производства хлористого винила наблюдается в среднем 3,5 – 4,5 % в год [5]. Учитывая рост потребления хлористого винила, становится актуальным поиск, направленный на совершенствование и интенсификацию технологии его производства.
В качестве примера был выбран процесс производства винилхлорида, реализованный на АО «Каустик», который введен в эксплуатацию в 1972 году. Метод производства основан на получении хлористого винила термическим крекингом дихлорэтана, протекающим при температуре 350 – 550 оС, давлении 0,8 – 1,1 МПа, времени реакции 12 – 15 секунд, степень конверсии поддерживается на уровне 65 – 68 % [4].
Процесс термического крекинга 1,2-дихлорэтана осуществляется в реакторе трубчатого типа (печи), который представляет собой стальную вертикальную, зауженную вверху камеру [2]. В печи размещен змеевик из 38 горизонтальных труб, изготовленный из жаропрочного сплава.
В результате проведенного структурно-функционального анализа способа получения хлористого винила, реализованного на промышленном аналоге, были выявлены существенные недостатки:
1. Высокая температура процесса, в результате чего в значительной степени нарастает массовая доля в продуктах крекинга 1,2-дихлорэтана таких примесей, как 1,3-бутадиен, винилацетилен, хлоропрен и др., что приводит к низкой селективности по хлористому винилу и соответственно к низкой конверсии 1,2-дихлорэтана, которая варьируется в пределах 65 – 68 %.
2. Быстрая забивка змеевика, в результате отложения побочных продуктов (кокса и смолы) на его стенках, что приводит к частым остановкам для его чистки.
3. Энергоемкость на стадии синтеза и выделения хлористого винила.
4. Наличие неутилизируемых отходов производства (кокс, смола).
Важным направлением совершенствования технологии производства хлористого винила является повышение степени конверсии 1,2-дихлорэтана в печах крекинга без снижения селективности процесса. Патентно-информационный поиск позволил найти вариант совершенствования данного производства, сущность которого заключается в каталитическом дегидрохлорировании 1,2-дихлорэтана при температуре 450 оС и времени контакта 3 секунды в присутствии катализатора. В качестве катализатора используют керамзит, который имеет следующий состав, мас.%: SiO2 – 62,1; Al2O3 – 19,1; Fe2O3 – 4,1; FeO – 4,4; TiO2 – 1,0; CaO – 6,1; MgO – 3,2. Керамзит имеет размер гранул 1-1,5 мм [3]. Катализатор получают по известной технологии термическим вспучиванием глины. При этом конверсия 1,2-дихлорэтана составляет 99,18 % с селективностью по хлористому винилу – 99,19 %.
Время работы катализатора составляет 8 часов, после чего его регенерируют воздухом в следующем режиме: подача воздуха 2000 ч-1, температура 500 оС с продолжительностью 1час. Дегидрохлорирование 1,2-дихлорэтана проводят и на регенерированном катализаторе [3].
Выбранный способ получения винилхлорида позволит без снижения селективности процесса использовать регенерированный катализатор; получить селективность образования хлористого винила, составляющую 99,18 %; увеличить конверсию 1,2-дихлорэтана до 99,19 %, что значительно превышает показатели известного промышленного аналога.
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. Мугалинский Ф. Ф. Химия и технология галогенорганических соединений / Ф. Ф. Мугалинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. – Москва: Химия, 1991. – 272 с.
3. Постоянный технологический регламент № 102-02/09-2010 производства винила хлористого технического (винилхлорида) / ОАО «Каустик». – Волгоград, 2010. – 455 с.
4. Способ получения винилхлорида: пат. 1558889. Российская Федерация. МПК С 07 С 21/06, 17/34. Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова. №4481693/23-04 / Ф. Ф. Мугалинский, Г. Д. Султанова и др. заявл. 18.07.88. опубл. 23.04.90.
5. 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.