在讨论氧氯化法各单元反应之前,首先对生产氯乙烯的各种方法和近况作一介绍.(氯乙烯(VC)是聚氯乙烯(PVC)的单体,经加成聚合反
应而成
PVC是一种重要的热塑性树脂. 它经过成型加工、改性,可以制成软硬质、泡沫、纤维等塑料制品.性能优良,用途很广.)PVC材料是从1930年才开始作为工业材料的,但现在年产量已逾1100万吨,约占世界塑料总产量的五分之一,仅次于聚乙烯居第二位.同时生产设备不断向大型化发展.据报道目前最大的VC生产装置产量达36万吨/年.我国于1958年开始大规模工业生产,现在是发展最快的通用树脂之一,
VC聚合的基本方法有四种:悬浮聚合、乳液聚合、本体聚台及溶液聚合. 树脂产品的物理形态有粒状、粉状、糊状、溶液和清漆等, 它们各自适应一定的加工工艺或使用范围.目前主要用悬浮法生产,成品为某种粗细的粒状树脂,适宜于压延、挤出、注射、吹塑等成型加工工艺.最近有关报道, 、对悬浮法作适当改进,可生产代糊用树脂。
在PVC生产中,单体VC的合成是关键.其合成工艺路 线,按基本原料来源,可分为电右路线和石油路线.、电石路线以电石为原料,先水解得乙炔,然后把乙炔和氯化氢混合,通过氯化汞催化剂合成VC,这是生产单体VC的老方法.它具有设备、工艺简单,投资低,能小规模经营的特点.但存在耗电量大,原料成本高,因安全问题生产规模受到限制,和钢铁工业争焦炭,同时会引起汞的污染问题,因而
不能适应PVC大发展的需要等缺点. 五十年代起已迅速向以石油为原料的工艺路线发展. 电石乙炔法已逐渐被淘汰,但我国多数工厂仍用此法,而以石油为原料的乙烯氧氯化法刚开始大规模发展. 关于生产VC的电石乙炔法将在第二、三章讨论。
从世界范围来看,VC的生产目前已基本上由电石路线转为石油路线.这条工艺路线所以能取得优势地位,主要原因在于:有利于生产大型化;原料来源容易,成本比电石法低得多;随着生产规模扩大,单位投资和产品成本可以进一步降,低.我国石油(气)资源丰富,石油工业正在迅猛发展,石油路线也是我国PVC工业的发展方向.)
目前用于生产VC的主要原料有乙炔、乙烯、氯气、氯化氢和氧气(或空气).它们的不同组合形成不同工艺流程.根据它们的基本化学反应,可作如下的概述 :CH-CH+HCI-> CHz-CHCI 乙炔 氯化氢VC即用乙炔和氯化氢为原料,经过一个化学反应合成氯乙烯,这称为乙快法.50年代以前,乙炔由电石发生,有电石乙炔法之称.现在和石油原料结合,乙炔已转为用各种烃化物进行高温裂解或部分氧化法生产。. 以甲烷为原料制取乙炔的方法在许多国家已工业化.以石油为原料的伍耳夫(Wulf)法.以石脑油为原料的赫希(Hocchst)法,吴羽法等,也巳工业化。
用乙烯和氯气为原料合成VC,一般要经过二步反应.第步把乙烯和氯气加成生成l,2-=氯乙烷(EDC);第二步再使EDC裂解脱HC1得VC,可称二氯乙烷法.如下图:
这表明采用如上EDC法,原料Cl2仅有一半用于生成VC上,另一半变成了HCI.一般说来,Cl2比HCI宝贵,而且产量极
大,销售不易,所以必须考虑HCI的充分利用.
把HCI用于合成VC的方法有几种。:
用直接电解法使HC1(盐酸)生成C1,,用于进行式(1.2)反应,即2HCI电解>H,+Cl,但实际上存在技术问题和腐蚀问题,投资也大,无法工业化.也有采用迪肯(Deacon)反应,把HCI氧化得Cl,的方法: 4HCI+02CuCI,2Hz0+201,这种方法已工业化.但存在成本高和技术复杂的缺点,
实际上pvc材料最有效的曾经是所谓联合法,即和反应式(1.1)相结合.把式(1.1)、(1.2)和(1.3)相加,即得联合法的物科平衡式:CHz-CHz+CH- CH+CIz~t2CHz-CHCI
pvc联合法流程可示意于图1:
在电石路线向石油路线转换的过程中,联合法曾有不少工厂采用.但这种方法既不能完全摆脱电石,又不能向石油原料完全转换,事实证明只是一种暂时的方法.为摆脱电石原料,后来有的用从石油系原料的裂解气分离的乙炔代替电石乙炔,混合烯炔法是对联合法的重要改进,见图1.2.它把 ,石脑油进行火焰裂解,或把石油原油作过热水蒸气裂解,使之生成差不多是等克分子乙炔和乙烯的混合气体.裂解气除去高级炔、烯烃后,乙炔和乙烯不再作分离.先将混合气经过氯 .化汞催化剂,使其中的乙炔转化为VC,再把含有乙烯的残余气体与C1 行反应生成EDC.EDC经分离精制后,送裂解炉裂解为VC和HCI. HCI又循环用于和混合气中的乙炔加成. 这种方法的优点在于省去了分离乙炔和乙烯的巨大费用,降低了成本,比电石法便宜.pvc混合烯炔法流程示意图
不过一般地说,以乙烯和cl2为原料生产VC的EDC法,仅仅当下面的氧氯化反应成功地用于工业生产后才能显出极大的优越性,并已于六十年代初开始逐步取代联合法:CHz- CH2+2HCI+102-—CHz{Cl-CHCI+Hz0 (1.5),这种称为氧氯化法的物料平衡认为 氧氯化法突出的优是只需一种烃化物乙烯为原料,而氯源 既可以是CIz.HCI或盐酸,也可以是有机氯化物,如EDC.目前世界上大部分VC均由此法生产。