Гомогенно-каталитический синтез винилхлорида

№ 5

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

май, 2019 г.

ГОМОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ВИНИЛХЛОРИДА

Вапоев Хуснитдин Мирзоевич

заведующий кафедрой «Химическая технология» химико-металлургического факультета

Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои

Мухиддинов Баходир Фахриддинович

проф. кафедры «Химическая технология» химико-металлургического факультета

Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои

Жураев Шохрух Тулкинович

докторант кафедры «Химическая технология» химико-металлургического факультета

Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои

Турдиева Одина Джураевна

доцент кафедры «Химическая технология» химико-металлургического факультета

Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои

HOMOGENE-CATALYTIC SYNTHESIS OF VINYL CHLORIDE

Khusnitdin Vapoyev

Chairman of department "Chemical technology", Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,

Uzbekistan, Navoi

Bahodir Muhiddinov

professor of "Chemical technology" department, Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,

Uzbekistan, Navoi

Shokhrukh Jurayev

PhD student of "Chemical technology" department, Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute,

Uzbekistan, Navoi

Odina Turdiyeva

associate professor of "Chemical technology" department, Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining

Institute, Uzbekistan, Navoi

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты систематического исследования синтеза хлористого винила на основе ацетилена и хлористого водорода гомогенно-каталитическим методом. Изучены условия синтеза хлористого винила в зависимости от природы и количества катализаторов и от соотношения реагирующих веществ. Показано, что с увеличением содержания меди в катализаторе возрастает выход основного продукта и при этом оптимальным соотношением ацетилен хлористый водород является 1,0:1,1.

ABSTRACT

In this article presented the results of the study of the systematic synthesis of vinyl chloride based on acetylene and hydrogen chloride by a homogeneous catalytic method. The synthesis of chlorinated vinyl from the nature and amount of catalysts and from the ratio of reactants was investigated. It was revealed that with an increase in the copper content in the catalyst, the yield of the main product increases and the optimal ratio acetylene hydrogen chloride is 1.0: 1.1.

Ключевые слова: хлористый винил, ацетилен, хлористый водород, гомогенно-каталитический метод, гидрохлорирование, катализатор, однохлористая медь.

Библиографическое описание: Гомогенно-каталитический синтез винилхлорида // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. Вапоев Х.М. [и др.]. 2019. № 5(62). URL: http://7universum.com/ru/ tech/ar-chive/item/7391

№ 5

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

май, 2019 г.

Keywords: vinyl chloride, acetylene, hydrogen chloride, homogeneous catalytic method, hydrochlorination, catalyst, temperature, ratio of reactants, yield, acetaldehyde, organic medium.

Введение. Винилхлорид является одним из крупнейших по объему органических полупродуктов мирового химического производства, уступая лишь этилену (150 млн тонн в 2017 году), пропилену (60 млн тонн в 2015 году), метанолу (48-49 млн тонн в 2010 году), бензолу (50,95 млн тонн в 2017 году) [1; 4]. Производство винилхлорида стоит на третьем месте после полиэтилена и окиси этилена по значимости направления использования этилена как важнейшего химического сырья и составляет 11,9% его мирового потребления (по данным на 2015 год). По прогнозным данным американской компании Information Handling Services (IHS), текущее потребление винил-хлорида в период с 2010 по 2015 гг. будет расти в размере 4,4% в год и 4,2% в последующие пять лет (с 2015 по 2020 гг.).

В работах [3-7] предлагаются способы получения хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода в интервале температур 90-180°С в присутствии различных каталитических систем в водных и органических средах. Выход хлористого винила составляет 80-99%.

Для повышения производительности процесса авторами работ [2; 5] предлагается в качестве катализатора использовать раствор однохлористой меди в солянокислой среде ^метилпирролидона-2 в количестве 0,5-2,5 г при температуре 130-190оС. Выход целевого продукта в этом случае составляет 95-99%.

Для жидкофазного гидрохлорирования пригодна соль одновалентной меди, так как она не дезактивируется и мало ускоряет взаимодействие ацетиленовых соединений с водой. Катализатор представляет собой раствор CU2CI2 в соляной кислоте, содержащей хлорид аммония.

В присутствии Cu2Cl2 может развиваться побочный процесс димеризации ацетилена, приводящий к

образованию винилацетилена. Чтобы подавить эту реакцию, параллельную синтезу хлорпроизводного, необходима высокая концентрация HCl, в связи с чем катализатор должен быть растворен в концентрированной соляной кислоте. В ходе процесса непрерывно «укрепляют» кислоту, подавая газообразный хлорид водорода. Каталитическое действие солей ртути и меди на реакцию гидрохлорирования объясняют образованием координационных соединений.

Целью настоящей работы является разработка новых каталитических систем для синтеза винилхло-рида и исследование влияния различных факторов на каталитическую активность.

Объекты и методы исследования. В работе использованы ацетилен, хлористый водород, N-метилпирролидон, многокомпонентные катализаторы, содержащие соляную кислоту, хлористый аммоний, медь однохлористую и порошкообразную металлическую медь. Хлористый водород синтезировали по методике [3]. Чистоту исходных веществ и состав образующихся продуктов определяли хроматографическим методом с использованием газо-жидкостного хроматографа марки «ЛХМ-80-МД» с детектором по теплопроводности (температура колонки 190-2300оС, колонка длиной 2 м и внутренним диаметром 3 мм).

В качестве твердого носителя служил цеолит-545, а жидкой фазой - апиезон (Апиезон М OV 220) (20% от массы цеолита-545). Газоносителем являлся водород, который пропускали через колонку со скоростью 36 мл/мин.

Результаты и их обсуждение. Нами было исследовано влияние природы и концентрации катализаторов на выход хлористого винила.

Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Влияние природы и количества катализаторов на выход винилхлорида в водной среде при температуре

60оС за 6 часов

№ Мольные соотношения Состав и количество компонентов Выход хлористого ви-

п/п С2Н2:НС1 катализатора, % нила, %

CuCl-11

1 1:1,1 HCl-3,75 26,43

NH4Cl-41,25

H2O-44

CuCl-13

2 1:1,1 HCl-2,75 28,03

NH4Cl-41,25

H2O-43

CuCl-15

3 1:1,1 HCl-3,0 31,33

NH4Cl-41,0

H2O-41

№ 5

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

май, 2019 г.

CuCl-17

4 1:1,1 HCl-2,75 38,34

NH4Cl-40,25

H2O-40

CuCl-19

5 1:1,1 HCl-3,75 42,12

NH4Cl-37,25

H2O-40

CuCl-21

6 1:1,1 HCl-3,75 45,53

NH4Cl-36,25

H2O-40

Как видно из результатов исследования (табл. 1), с увеличением содержания ^ (I) в составе катализатора возрастает выход хлористого винила.

Исследовано также влияние соотношения и скорости подачи реагирующих веществ на конверсию ацетилена. Установлено, что с увеличением скорости подачи реагирующих веществ НС1:С2Н2 = 1,1 от 19,8 л/ч (НО) и 18 л/ч (С2Н2) до 58,5 л/ч (НО) и 53,2 л/ч (С2Н2) возрастает конверсия ацетилена от 57,5% до 66,0%, соответственно. Это обусловлено увеличением количества реагирующих частиц в процессе синтеза.

Также исследована активность катализатора в зависимости от продолжительности процесса. Установлено, что при экспонировании катализатора более 75 часов почти не изменяется его активность. Таким образом, не уменьшается содержание однохлористой

меди в системе, которая является основным активным компонентом каталитической системы.

Активность молекулы в каких-либо реакциях в основном зависит от ее структуры и энергетических характеристик.

Заключение. Проведено систематическое исследование процесса гомогенно-каталитического синтеза хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода. Показана зависимость выхода целевого продукта от природы и количества катализаторов на основе однохлористой меди, являющейся основным активным компонентом каталитической системы. Установлено, что с увеличением содержания меди в катализаторе возрастает выход хлорвинила, при этом оптимальное соотношение ацетилен хлористый водород составляет 1,0:1,1.

Список литературы:

1. Алексеева Н.Ф., Темкин О.Н., Флид Р.М. // Кинетика и катализ. - 1970. - Т. 11. - С. 1071-1072.

2. Dietrich Braun Braun Di PVC Origin, Growth and Future. Journal of Vinyl and Additive Technology. 2001. Vol. 7. No. 4. P. 168-176.

3. Vinul Chloride. Kirk-Othmer Encuclopedia of Chemical Technology. Elastomers, synthetic to Expert Sustems. -4 th edition. New York: John Wiley & Sons, 1994. Vol. 24. Р. 78-79.

4. Курсовая работа по дисциплине «Основы технологии производства органических веществ» [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://mydocx.ru/10-90467.html (дата обращения: 22.05.2019).

5. Кинетика и механизм гидрохлорирования ацетилена в растворах комплексов ртути (II) и меди (I). О.Н. Темкин, Н.Ф. Алексеева, Р.М. Флид и др. Докл. АН СССР. - 1971. - Т. 196. - № 4. - С. 836-839.

6. Промышленное производство: экономические аспекты. Мировое производство винилхлорида [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.chemicalnow.ru/chemies-1591-1.html (дата обращения: 22.05.2019).

7. Синтез высокоэффективных катализаторов дегидрохлорирования в несмешивающейся системе: вода-хло-рорганика / A.A. Исламутдинова, Н.Б. Садыков, Э.Н. Садыков, JI.P. Асфандиярова // Башкирский химический журнал. - 2006. - Т. 13. - № 2. - С. 14-15.

8. Способ получения винилхлорида / С.С. Шаванов, Я.М. Абдрашитов, Ю.К. Дмитриев и др. // Патент RU 2167141. 2001.

9. Способ получения винилхлорида / С.С. Шаванов, Я.М. Абдрашитов, Ю.К. Дмитриев и др. // Патент RU 2167140. 2001.

10. Темкин О.Н., Флид Р.М. Каталитические превращения ацетиленовых соединений в растворах комплексов металлов. - М.: Наука, 1968. - 212 с.