氯乙烯单体合成工艺分析

氯乙烯单体合成工艺分析

张建涛

山东恒通化工股份有限公司  276100

摘要：在进行聚氯乙烯的生产制备中，需要应用大量的氯乙烯单体作为原材料，而受到聚氯乙烯应用范围逐步拓展的影响，大规模生产制备氯乙烯单体得到了更多关注。当前，应用于氯乙烯单体合成制备的工艺相对较多，文章主要以乙烯法、乙炔法、乙炔-乙烯法以及乙烷法这些在较为常用的工艺为切入点，对氯乙烯单体合成的主要工艺与要点进行了说明。

关键词：乙烯；乙炔；催化剂；氯乙烯单体；合成工艺

引言：氯乙烯为制备聚乙烯及其共聚物中需要重点应用的单体，是现阶段世界范围内较为重要的一种化工产品。在长时间的发展中，氯乙烯单体合成工艺有所增加，需要参考实际生产条件与需求选择更为合适的工艺选择。

一、氯乙烯单体制备的概述

    氯乙烯或是氯乙烯与其他单体在水介质中混合，并在搅拌后悬浮聚合制得的聚合物为氯乙烯单体。在聚合期间，将皂化度维持在60-80mol％以及平均聚合度为500-100第一种聚乙烯醇悬浮稳定剂添加至悬浮液中，在转化率维持在30%-60%的条件下，落实对皂化度维持在70-85mol％以及平均聚合度为1500-270第二种皂化聚乙烯醇的添加。在初始到转化率为20%-50%期间，将搅拌功率设定为80-120kg·m/s·tom，其后可以将搅拌功率调整为130-200kg·m/s·tom。此时，实际所得到的聚合物有着相对较高的堆积密度，能够自由流动，属于脱单体，胶凝，和吸收增塑剂方面实现了一定程度的优化。

二、氯乙烯单体合成的主要工艺与要点分析

（一）基于乙烯法的氯乙烯单体合成

投放氯化铁作为催化剂，将其在二氯乙烷溶液中溶解，在反应器底部通入氯气与乙烯气体，促使其在二氯乙烷溶液中发生放热反应，最终实现对氯乙烯单体的合成。在此过程中，所产生的主反应为：混合乙烯与氯气，能够在二氯乙烷溶液中生成氯乙烯单体，同时释放200.46KJ/mol的热量。所产生的主要副反应为：存在于二氯乙烷溶液中的氯乙烯与氯气发生反应，生成氯化氢与三氯乙烷；乙烯与氯化氢发生反应，生成氯乙烷。

（二）基于电石乙炔法的氯乙烯单体合成

投放以活性炭为载体、以氯化汞为活性组分的催化剂，支持乙炔与氯化氢进行气相反应，以此实现对氯乙烯单体的合成。在此过程中，所发生的主反应为：混合乙炔与氯化氢气体，生成氯乙烯。所发生的主要副反应为：乙炔与氯化氢反应生成二氯乙烷；乙炔与水反应生成环氧乙烷。

实践中，需要投放的主要设备为列管式固定床反应器，控制反应管的直径约为57毫米；设定管壁的厚度约为3.5毫米；投放规格为φ3×6毫米的条状催化剂，即HgCl2/AC催化剂[1]。控制氯化氢气体经过石墨冷凝器，并以一定比例与乙炔在混合器中进行混合，随后转移至石墨冷凝器内，投放温度为-35℃的盐水，对混合气体实施间接冷却处理，将其温度降低至-14℃；然后，将混合气体转移至酸雾捕集器内，应用硅油玻璃棉实现对酸雾的捕集处理，促使气体混合反应后生成盐酸，并转移至盐酸贮槽内集中存放；对于完成酸雾剔除的干燥气体，将其转移至预热器内，由上部进入串联转化器组内；粗氯乙烯气体在后台反应器内排出，并在高温的支持下，实现对氯化汞的带出，结合加设活性炭的除汞器的应用，完成对氯化汞的剔除；气体转移至石墨冷凝器内，依托0℃水的投放，促使气体温度下降至15℃以下，并转移至泡沫塔内；对过量的氯化氢实施回收处理，并完成对30%以上的盐酸的制取，在酸贮槽内集中存放。

（三）基于乙炔-乙烯法的氯乙烯单体合成

    相比于其他氯乙烯单体合成工艺而言，基于乙炔-乙烯法的氯乙烯单体合成工艺流程更为简短，技术成熟度理想，但是更加适用于生产能力要求不高的氯乙烯单体合成生产中。在该工艺中，所应用的主要原材料为混合的稀乙炔-乙烯，对这两种轻油裂解产物实施联合生产，此时所发生的基础性反应包括：混合乙烯与氯气，生成二氯乙烷；热裂解二氯乙烷，生成氯乙烯与氯化氢；混合乙炔与氯化氢气体，生成氯乙烯单体。合成期间，乙烯与乙炔混合气体现在反应器内与氯化氢气体发生反应，以此促使混合气体中所包含着的乙炔转化为氯乙烯单体；应用二氯乙烷，可以实现对相应氯乙烯单体的洗涤回收。对于剩余的气体而言，其中基本不再包含乙炔，转移至氯化反应器内，能够促使乙烯与氯气发生反应并生成二氯乙烷，在此过程中，需要投放氧化铁作为催化剂[2]。

    在应用乙炔-乙烯法合成氯乙烯单体期间，并不需要落实对乙烯以及乙炔的分离，主要利用氯气落实对混合气体的处理，所以也可以理解为混合气体法。相比于其他氯乙烯合成工艺而言，基于乙炔-乙烯法的氯乙烯单体合成不需要投入更多的设备，工程精简，所以价格相对较低。例如，提取轻质石脑油进行热裂解处理，在剔除高馏分后，使用氯化氢落实对乙烯、乙炔、一氧化碳、氢混合气体的处理，以此促使其中所包含着的乙炔气体逐步转化为氯乙烯单体；随后，组织展开气体分离处理，针对分离后所剩余的气体，应用氯气落实处理，以此完成对二氯料或是燃料的制备，并投入其他环节领域应用。

（四）基于乙烷法的氯乙烯单体合成

    在不稳定的温度范围内，如1000℃，饱和碳氢化合物能够与氯气发生反应，从而生成较为大量的氯乙烯单体。此时所发生的基本反应为：混合乙烷与氯气，能够生成氯乙烯与氯化氢。在应用乙烷法合成氯乙烯单体期间，需要投放合适的催化剂，以此促使反应温度有所下降，并达到减轻设备腐蚀程度、减少副产物产生量的效果，促使副产物氯代烃能够转化为氯乙烯，明显提升乙烷的转化率。在基于乙烷法的氯乙烯单体合成期间，依托单步反应即可将乙烷与氯气转化为氯乙烯单体，所以需要投放的反应器为1个；同时，由于并不使用乙烯作为合成氯乙烯单体的原材料，所以在实际的合成生产期间，并不需要引入乙烯裂解装置。氧氯化反应器为使用乙烷法合成氯乙烯单体时需要重点投放的设备，在其中输入乙烷，促使其与循环的氯化氢混合，并与氧气以及饱和氯化氢结合，转移至流化床反应器的底部，最终实现对氯乙烯单体的合成。

    另外，可以应用二氯乙烷裂解法落实对氯乙烯单体的合成。一般而言，在石油炼制期间所产生的副产物以及由石脑油、石油裂解后可以获取到相对较多的乙烯，提取这些乙烯，促使其与氯发生反应，即可完成对二氯乙烷的制备。在常压或是加压条件下，对制备出的二氯乙烷展开热裂解处理，即能够获取到氯乙烯单体，实现对氯乙烯单体的合成。在应用二氯乙烷裂解进行氯乙烯单体的合成制备期间，并不需要投放精制乙烯作为原材料，因此可以促使整个氯乙烯单体的合成过程与工序环节得到简化，避免产生过高的成本，实现对氯乙烯单体合成投资的有效控制与降低。

总结：综上所述，乙烯法、乙炔法、乙炔-乙烯法以及乙烷法等均可以实现对氯乙烯单体的合成与制备，实践中，需要参考实际生产条件的不同，选取更为合适的聚乙烯单体合成工艺。同时，要持续落实对新技术、新工艺的开发，推动氯乙烯合成工艺的升级。

参考文献：

[1]鲍玉香,马宏飞,脱永笑,祁艳颖,冯翔,杨朝合,陈德. 氯乙烯单体合成催化剂研究进展[J]. 化工进展,2021,40(04):2034-2047.

[2]黄太仲, 氯乙烯合成新型催化剂及生产工艺的开发. 山东省,济南大学,2020-08-01.