乙炔-二氯乙烷重整生產(chǎn)氯乙烯的工藝研究

擺玉龍，王 婷，王 維

（新疆化工設(shè)計研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊 830000）

為了減輕PVC生產(chǎn)中氯化汞催化劑對環(huán)境造成的污染，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家開發(fā)、應(yīng)用了新型低汞或無汞觸媒。

本實驗?zāi)康氖窃诒苊馐褂煤呋瘎┑那疤嵯?，在反?yīng)溫度、原料配比、空速比等方面研究乙炔與二氯乙烷重整生產(chǎn)氯乙烯的較佳工藝參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 實驗方案

將制備好的非汞氯化物催化劑填充到反應(yīng)器中，液態(tài)二氯乙烷在一定的預熱溫度下加熱氣化后與乙炔一同通入反應(yīng)器中在一定溫度下進行重整反應(yīng)，反應(yīng)后過量的二氯乙烷采用冷凝法回收，尾氣經(jīng)收集后采用氣相色譜進行組分分析；根據(jù)分析結(jié)果考察反應(yīng)溫度、空速比、反應(yīng)時間等因素的影響，綜合考慮能耗、乙炔轉(zhuǎn)化率、主反應(yīng)的選擇性等指標篩選出較佳的重整反應(yīng)工藝條件。

1.2 主要原料

1.2-二氯乙烷、粒狀活性炭、金屬氯化物催化劑、工業(yè)氮氣、乙炔氣。

1.3 主要儀器

常壓固定床流動床反應(yīng)實驗裝置（見圖1）；循環(huán)水式真空泵；電熱恒溫鼓風干燥箱；氣相色譜儀；一般實驗室玻璃儀器等。

圖1 常壓固定床流動床反應(yīng)試驗裝置

1.4 實驗方法

將催化劑填入反應(yīng)器中，對反應(yīng)器加熱，待溫度恒定至設(shè)定值后，將1.2-二氯乙烷經(jīng)計量泵通入預熱器，氣化后進入反應(yīng)器，與通入反應(yīng)器中的乙炔在催化劑表面發(fā)生重整反應(yīng)。反應(yīng)后高沸點的產(chǎn)物及未反應(yīng)的二氯乙烷經(jīng)冷凝器冷凝回收，氯化氫及溶于堿的產(chǎn)物被堿液吸收，氯乙烯及沸點低、難溶于水的產(chǎn)物經(jīng)過濕式氣體流量計計量后從尾氣口排出。

尾氣采用氣相色譜儀測試氯乙烯、乙炔及副產(chǎn)物含量。

2 結(jié)果與討論

通過正交試驗考察反應(yīng)溫度、催化劑添加量和原料進樣配比對重整反應(yīng)的影響，初步確定各因素設(shè)定值范圍，實驗工藝參數(shù)見表1。

表1 重整工藝正交試驗表

按上表中參數(shù)進行了9組實驗，結(jié)果見表2。

表2 正交實驗結(jié)果

根據(jù)表2中的結(jié)果初步篩選出的較佳的重整工藝條件為：反應(yīng)溫度320℃，催化劑添加量45g，乙炔與二氯乙烷摩爾比為1∶3。

根據(jù)上述各因素的較佳值，對每個因素進行進一步的細致的考察。

2.1 反應(yīng)溫度

將45g催化劑填入反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)乙炔與二氯乙烷摩爾比為1∶3，分別在290℃、300℃、310℃、330℃、340℃和350℃進行重整實驗并測試反應(yīng)后尾氣中氯乙烯含量。實驗結(jié)果顯示：隨著溫度的升高，氯乙烯含量先升高后降低。當反應(yīng)溫度為340℃時氯乙烯含量最高，為76.67%。這是因為重整反應(yīng)實際上是分兩步反應(yīng)的，第一步反應(yīng)二氯乙烷的裂是一個強吸熱反應(yīng)，溫度越高，裂解反應(yīng)速率越快，在同等的停留時間內(nèi)，發(fā)生裂解反應(yīng)的分子數(shù)就越多；但是對于第二步反應(yīng)來說較高溫度不利于乙炔與氯化氫的結(jié)合，因此反應(yīng)溫度要適中。

2.2 原料配比

將45g催化劑填入反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度固定為340℃，調(diào)節(jié)乙炔與二氯乙烷摩爾比分別為1∶2、1∶3和1∶4進行三次重整實驗并測試反應(yīng)后尾氣中氯乙烯含量。實驗結(jié)果顯示：二氯乙烷與乙炔的摩爾比越高，所得的氯乙烯含量越高。當乙炔與二氯乙烷摩爾比為1∶4時氯乙烯含量最高，為77.44%。這是因為對于該重整反應(yīng)，第一步裂解反應(yīng)較容易進行，而氯化氫和乙炔的結(jié)合較困難，加大二氯乙烷的流量即是增大了氯化氫的量，有利于第二步反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動。物質(zhì)的量之比為1∶4時與1∶3相差不大，考慮到節(jié)省原料和減少冷凝回收量，實驗取1∶3為最佳原料配比。

2.3 催化劑添加量

分別將35g、40g、45g、50g、55g催化劑填入反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)乙炔與二氯乙烷摩爾比為1∶3，設(shè)置反應(yīng)溫度為340℃，進行重整實驗并測試反應(yīng)后尾氣中氯乙烯含量。實驗結(jié)果顯示：隨著催化劑添加量的增加，反應(yīng)產(chǎn)物中氯乙烯的含量也不斷提高。當催化劑添加量為55g時，氯乙烯含量最高為84.00%。這是因為在單位質(zhì)量催化劑的活性一定的情況下，催化劑越多，所能催化的反應(yīng)物的量就越多，發(fā)生重整反應(yīng)的反應(yīng)物就越多，生成的氯乙烯就越多。另外，催化劑的需求量與反應(yīng)物的進樣量也有直接關(guān)系，在上述實驗條件下，50g催化劑已經(jīng)基本滿足需求。

3 結(jié)論

1）乙炔與二氯乙烷的重整反應(yīng)主要受反應(yīng)溫度和原料配比兩個因素影響。反應(yīng)溫度要適中，既要有利于二氯乙烷的裂解，又要抑制其他副反應(yīng)；原料配比的選擇是二氯乙烷越高越好，綜合考慮節(jié)約原料、提高效率等因素，選擇乙炔與二氯乙烷的摩爾比為1∶3。

2）在反應(yīng)溫度為340℃、填充量50g、乙炔與二氯乙烷摩爾比為1∶3時，合成氣中氯乙烯含量最高，為83.12%。