Гидрохлорирование ряда ненасыщенных углеводородов практикуется в больших промышленных масштабах. Классическими примерами утилизации хлористого водорода являются процессы гидрохлорирования ацетилена с получением винилхлорида и метанола с получением метилхлорида.
Гидрохлорирование ацетилена - старейший способ получения хлорорганических соединений и, в частности, винилхлорида. C2H2 + HCl → C2H3Cl
Успешному развитию и внедрению этого процесса в промышленность способствовали простота технологического оформления и высокие показатели. Процесс протекает в неподвижном слое катализатора в реакторах трубчатого типа при температуре 120-220 ºС. Катализатором является дихлорид ртути (сулема), нанесенный на активированный уголь (АУ). Содержание сулемы в катализаторе составляет 10-12%. Катализатор характеризуется высокой активностью и селективностью: степень превращения ацетилена превышает 99%, селективность образования винилхлорида составляет 98-99%. Активность катализатора в зависимости от условий проведения реакции колеблется в пределах (0,43-2,14)•10-3 моль/(кг•с). Как правило, гидрохлорирование проводят в режиме с 5-10%-м избытком хлорида водорода. Единичная производительность реактора составляет 2-10 тыс.т в год. Срок службы катализатора в промышленных условиях колеблется от 0,5 до 1 года
Уравнение скорости реакции выглядит следующим образом:
k •PC2H2 •PHCl r = —————————————, (1) где 1 + bC2H2 • PC2H2 + bHCl • PHCl
k = 1,03 • 103 exp (- 2700/ T), моль/(л•ч•МПа2), bC2H2 = 1,65•10-4 exp (41000/ T), МПа-1,
bHCl = 9,47•10-4 exp (4900/ T), МПа-1
PC2H2, PHCl – парциальное давление соответствующих компонентов. Согласно Шенкару и Агню существует два механизма реакции при различных температурах: ниже140 ºС ацетилен и хлористый водород адсорбируются на различных участках и реагируют на поверхности с образованием винилхлорида, который медленно десорбируется в газовую фазу; при температуре выше 140 ºС количество адсорбированного ацетилена малó и идет взаимодействие между ацетиленом из газовой фазы и адсорбированным хлоридом водорода. В данной каталитической системе активный уголь является не инертным носителем, а активным компонентом и, поэтому, его химическая природа и структура оказывают заметное влияние на свойства катализатора. Установлено (), что преобладающая роль в процессе гидрохлорирования ацетилена принадлежит переходным порам с диаметром более 1 нм: чем больше диаметр переходных пор, тем активнее и стабильнее катализатор. В целом, из-за высокой активности ртутного катализатора использование его кинетических возможностей достаточно затруднительно. Это связано с тем, что, с одной стороны, реакция гидрохлорирования ацетилена весьма экзотермична, а с другой стороны, из-за высокой летучести дихлорида ртути максимальная температура проведения реакции ограничена 150-180 ºС. Дальнейшее развитие промышленного метода получения винилхлорида из ацетилена может идти по пути создания реакторов большой единичной мощности (50-100 тыс.т/год). Реализация этого возможна при условии эффективного решения проблемы теплоотвода. Перспективным направлением здесь является осуществление процесса в псевдоожиженном слое катализатора. В этом случае может быть обеспечена удовлетворительная изотермичность по высоте слоя катализатора и, соответственно, увеличение производительности в 7-10 раз. В качестве носителя могут быть использованы как активный уголь, так и оксиды алюминия. Исследования кинетических и технологических параметров процесса позволили разработать промышленный реактор производительностью по винилхлориду равной 70 тыс.т/год.
Значительное количество исследований посвящено гидрохлорированию ацетилена в жидкой фазе. При гидрохлорировании ацетилена в водно-спиртовом растворе солей платины при 30-40 ºС степень превращения ацетилена достигала 90-95%, селективность образования винилхлорида 99%, скорость реакции 0,69 моль/(м3•с) Подробная информация о кинетике, механизме и технологии процессов жидкофазного гидрохлорирования ацетилена приведена в монографии В настоящее время производства винилхлорида из ацетилена повсеместно вытесняются этиленовыми процессами. Известна явно выраженная тенденция за последние десятилетия заменить ацетилен на этилен в первую очередь при получении хлористого винила. Причиной этого является относительно высокая стоимость ацетилена и массовость, с которой производится поливинилхлорид – пластик номер один среди хлорорганических продуктов. Один из главных процессов получения винилхлорида основан на комбинированном синтезе из этиленового и ацетиленового сырья: Перейти на страницу: 1 2 3
Читайте также:
Экономическая эффективность природопользования Выбирая варианты перехода к устойчивому развитию, различные проекты и направления экологизации экономики, необходимо хотя бы в общих чертах иметь критерий, измеритель, чтобы решить, к ...
Экология и человек Я хочу посвятить свой реферат глобальным проблемам всего человечества. Мне кажется, что каждый человек хоть, раз должен серьезно задуматься об окружающей среде, в которой он живет. Много люд ...
Виды и особенности антропогенных воздействий на природу Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в ...