Совершенствование процесса получения 1,2-дихлорэтана с целью повышения технологических показателей

Шишкин Вениамин Евгеньевич,

доктор химических наук, научный руководитель,

Петрова Анна Алексеевна,

студент-магистрант 6-го курса.

Волгоградский государственный технический университет.

В настоящее время 1,2-дихлорэтан используется почти исключительно как полупродукт в органическом синтезе. Свыше 90 % полученного дихлорэтана идет на производство винилхлорида. В небольших количествах он также используется для получения этилендиамина, этиленгликоля, тиоколов и хлорорганических растворителей: три- и перхлорэтилена.

Каждый год в США, Европе и Японии производится более 17,5 млн. тонн 1,2-дихлорэтана. Поэтому поиски, направленные на совершенствование процесса получения 1,2-дихлорэтана являются актуальными [4].

1,2-Дихлорэтан получают жидкофазным хлорированием этилена в среде синтезируемого продукта:

Гигиенические помады с логотипом

Косметические помады с логотипом для рекламы. Низкие цены

forlips.ru

Процесс проводят при температуре кипения дихлорэтана (85°С) и давлении 0,35 – 0,46 МПа. Катализатором служит хлорное железо вследствие его доступности, а также постоянного присутствия в реакционной среде за счет коррозии реакторного оборудования. Соотношение этилена и хлора берут близким к стехиометрическому лишь с небольшим избытком этилена (≈ 5 %), чтобы обеспечить полное исчерпание хлора. Селективность по дихлорэтану достигает 97 % [1].

Процесс хлорирования этилена осуществляют в реакторе барботажного типа (барботажная колонна), который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со встроенными холодильниками для съема тепла реакции.

В результате проведенного анализа способа получения 1,2-дихлорэтана, были выявлены основные недостатки функционирования существующего производства:

1) образуется по параллельным реакциям значительное количество побочных продуктов (трихлорэтан, дихлорпропан и дихлорэтилен), так как 1,2-дихлорэтан загрязнен примесями;

2) возникает необходимость в добавлении катализатора и в его регенерации;

3) быстрое накопление высокохлорированных соединений в реакционной массе, что вызывает дезактивацию катализатора и перерасход сырья;

4) возникает необходимость обновления реакционной массы из-за накопления в ней катализатора, осмолов и высокохлорированных продуктов;

5) выделяются абгазы, которые загрязняют окружающую среду, и требуются дополнительные затраты на утилизацию жидких отходов.

Анализ основных технологических принципов, направленный на оптимизацию процесса получения 1,2-дихлорэтана, позволил выявить:

1. Использование в процессе получения 1,2-дихлорэтана разбавленного, дешевого крекинг-газа приводит к увеличению его расхода для получения необходимого количества дихлорэтана (чем чистого этилена), вызывает дезактивацию катализатора и отрицательно сказывается на селективности процесса.

2. Селективность данного процесса снижается из-за ускорения реакций заместительного хлорирования (увеличение выхода побочных продуктов). На селективность влияют:

а) стехиометрическое соотношение этилена и хлора обеспечивает полное исчерпание хлора, однако при увеличении этого соотношения уменьшается выход полихлоридов;

б) повышение давления положительно сказывается на увеличении скорости реакции и скорости отвода продукта из реактора, однако при этом происходит увеличение температуры процесса, что негативно отражается на его селективности;

в) в процессе применяется 5 % избыток этилена, предотвращающий проскок хлора, 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 [3].

Изучение мировых тенденций в получении 1,2-дихлорэтана показало, что основным направлением совершенствования данного процесса с целью повышения технологических показателей является замена способа и конструкции реактора.

В качестве варианта совершенствования предложен способ получения 1,2-дихлорэтана методом жидкофазного хлорирования этилена при температуре 85°С и давление 1 атм. Процесс ведут с раздельной подачей газообразных реагентов хлора и этилена непосредственно в жидкий дихлорэтан. При этом хлор и этилен перед подачей в реактор предварительно подогревают в теплообменниках до температуры 80°С. Катализатором процесса является хлорное железо, которое находится в реакторе в растворенном виде.

Реактор представляет собой барботажную колонну, снабженную циркуляционной трубой и перфорированными тарелками (рисунок 1).

После предварительного подогрева в теплообменниках хлор и этилен будут иметь температуру, равную температуре рабочей среды в реакторе (85 °С). Это позволит предотвратить образование аэрозоля в пузырях хлора и этилена, т. е. не будет происходить конденсация паров 1,2-дихлорэтана.

В результате при испарении раствора хлора в этилен его пары не будут конденсироваться в газовой фазе – этилене. При отсутствии аэрозоля раствора хлора внутри пузырей этилена ликвидируются зоны образования побочных продуктов, и увеличится селективность процесса [2].

Рис. 1. Барботажный реактор жидкофазного хлорирования этилена.

1 – реактор; 2 – распределитель хлора; 3 – распределитель этилена; 4 - циркуляционная труба; 5 – перфорированные тарелки.

Таким образом, целесообразным направлением совершенствования процесса получения 1,2-дихлорэтана является способ с предварительным подогревом реагентов. Выбранное направление совершенствования позволит снизить выход побочных продуктов и повысить селективность до 99,97 %.

Литература

1                    Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник для вузов / Н. Н. Лебедев. – М.: Химия, 1988. – 592 с.

2                    Пат. 2299875 Российская Федерация, МПК С 07 С 17/02. Способ получения 1,2 – дихлорэтана с предварительным подогревом реагентов / А. В. Бальчугов, Е. В. Подоплелов, Б. А. Ульянов; заявитель и патентообладатель Ангарская государственная техническая академия (RU). – № 2005112117/04; заявл. 22.04.05; опуб. 27.05.07.

3                    Тимофеев В. С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: учеб. пособ. для вузов / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов. – М.: Высшая школа, 2003. – 536 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 19.03.2011 г.