La oxicloración de etileno es actualmente el principal método de producción industrial de cloruro de vinilo. Se lleva a cabo en tres pasos (ver imagen): el primer paso de producción de cloruro de vinilo
La cloración de etileno para generar dicloroetano; el segundo paso de craqueo térmico de dicloroetano en cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno; el tercer paso La reacción de oxicloración de etileno, cloruro de hidrógeno y oxígeno produce dicloroetano. ①Cloración de etileno La reacción de adición de etileno y cloro se lleva a cabo en la fase líquida: CH2 = CH2 Cl2 → CH2ClCH2Cl se utiliza como catalizador y el producto dicloroetano es el medio de reacción. El calor de reacción se puede eliminar mediante evaporación del agua de refrigeración o del producto dicloroetano. La temperatura de reacción es de 40~110℃, la presión es de 0,15~0,30MPa y la tasa de conversión y la selectividad del etileno están por encima de 99. ②La fórmula de reacción para el craqueo térmico de dicloroetano para producir cloruro de vinilo es: ClCH2CH2Cl─→CH2=CHCl HCl. La reacción es una reacción endotérmica fuerte y se lleva a cabo en un horno de craqueo tubular. La temperatura de reacción es de 500 ~ 550 ℃. la presión es de 0,6 ~ 1,5 MPa; controle la tasa de conversión de dicloroetano de un solo paso a 50-70 para inhibir el progreso de las reacciones secundarias. Las principales reacciones secundarias son: CH2=CHCl─→HCCH HCl CH2=CHCl HCl─→ClCH3CHCl ClCH2CH2Cl─→2C H2 2HCl. El producto craqueado ingresa a la torre de enfriamiento y se enfría haciendo circular dicloroetano para evitar más reacciones secundarias. Una vez que la temperatura del producto se enfría a 50-150 °C, ingresa a la torre de deshidrocloración. El fondo de la torre es una mezcla de cloruro de vinilo y dicloroetano, que se rectifica a través de una torre de destilación de cloruro de vinilo para obtener cloruro de vinilo de alta pureza desde la parte superior de la torre. El componente pesado en el fondo de la torre es principalmente crudo sin reaccionar. dicloroetano, que se elimina por destilación. Después de eliminar las impurezas, todavía se utiliza como materia prima para el craqueo térmico. ③ Reacción de oxicloración: se utiliza cloruro de cobre soportado sobre γ-alúmina como catalizador y sales de metales alcalinos o alcalinotérreos como cocatalizadores. La fórmula de reacción principal es: H2C=CH2 2HCL ?O2→CLCH2CH2CL H2O Las principales reacciones secundarias son la oxidación profunda del etileno (generando monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua) y la oxicloración del cloruro de vinilo (generando varios cloruros de etano). La temperatura de reacción es de 200~230℃, la presión es de 0,2~1MPa y la relación molar de las materias primas etileno, cloruro de hidrógeno y oxígeno es de 1,05:2:0,75~0,85. Hay dos tipos de reactores: de lecho fijo y de lecho fluidizado. Los reactores de lecho fijo se utilizan comúnmente en reactores tubulares. Los tubos se llenan con catalizadores granulares. Las materias primas, etileno, cloruro de hidrógeno y aire, pasan a través del lecho del catalizador de arriba a abajo. y se utiliza agua caliente a presión entre los tubos. Se utiliza como portador de calor para eliminar el calor de la reacción y producir vapor con una presión de 1 MPa. Es difícil controlar la temperatura de un reactor de lecho fijo. Para lograr una distribución de temperatura más razonable, a menudo se utiliza una gran cantidad de gas inerte como diluyente o se incorpora materia sólida al catalizador. La selectividad del dicloroetano puede alcanzar más de 98. Cuando se lleva a cabo la reacción de oxicloración de etileno en un reactor de lecho fluidizado, se utiliza un catalizador de partículas finas. Las materias primas etileno, cloruro de hidrógeno y aire ingresan al reactor desde el fondo, respectivamente, después de mezclarse completamente de manera uniforme, se pasan a la capa de catalizador y. el catalizador está en estado fluidizado, el lecho está equipado con un intercambiador de calor, que puede extraer eficazmente el calor de la reacción. La temperatura de reacción de este reactor es uniforme y fácil de controlar, y es adecuada para la producción a gran escala. Sin embargo, la estructura del reactor es compleja y el desgaste del catalizador es grande. El producto de reacción que sale del reactor se enfría con agua y luego se condensa en dicloroetano líquido crudo. La parte no condensada de dicloroetano, etileno no convertido, gas inerte, etc. en el condensador se recupera mediante absorción de disolvente y otros pasos. El dicloroetano bruto obtenido se refina y luego ingresa al horno de pirólisis para su craqueo. La principal ventaja del método de oxicloración de etileno es el uso de cloruro de hidrógeno producido por craqueo térmico de dicloroetano como agente clorante, utilizando así completamente el cloro. Método del acetileno: en presencia de un catalizador de cloruro de mercurio, se añaden acetileno y cloruro de hidrógeno para sintetizar directamente el cloruro de vinilo: CHCH HCL → CH2 = CHCL El proceso se puede dividir en tres partes: la preparación y refinación de acetileno, la síntesis de. cloruro de vinilo y el refinado del producto. En el generador de acetileno, el carburo de calcio reacciona con agua para producir acetileno, que se refina, se mezcla con cloruro de hidrógeno y se seca antes de ingresar al reactor tubular. El tubo está equipado con un catalizador de cloruro de mercurio con carbón activado como soporte (el contenido es generalmente del 10% de la masa del soporte).
La reacción se lleva a cabo bajo presión normal y el exterior del tubo se enfría con agua caliente circulante a presión (97-105°C) para eliminar el calor de la reacción y controlar la temperatura del lecho a 180-200°C. La tasa de conversión de acetileno alcanza 99 y el rendimiento de cloruro de vinilo es superior a 95. El subproducto es 1,1-dicloroetano (aproximadamente 1), y también hay pequeñas cantidades de vinil acetileno, dicloroetileno, tricloroetano, etc. Este método tiene tecnología y equipo simples, baja inversión y alto rendimiento; sin embargo, consume grandes cantidades de energía, tiene altos costos de materia prima, tiene una alta toxicidad de las sales de mercurio del catalizador y está restringido por la seguridad de la producción, la protección ambiental y otras condiciones; , por lo que no es adecuado para la producción a gran escala. Método de alquenos mixtos Este método utiliza la mezcla de acetileno y etileno (proporción molar casi igual) obtenida del craqueo a alta temperatura de hidrocarburos de petróleo como materia prima, y la pasa a través del lecho catalizador de cloruro de mercurio junto con cloruro de hidrógeno para agregar selectivamente cloruro de hidrógeno a acetileno para producir cloruro de vinilo. Después de separar el cloruro de vinilo, el gas residual que contiene etileno se mezcla con cloro gaseoso para reaccionar y generar dicloroetano. El dicloroetano separado y refinado se craquea térmicamente en cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno. La recirculación de cloruro de hidrógeno se utiliza para añadir acetileno a la mezcla de gases.