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由乙烷制造乙烯、偏二氯乙烯及氯化氫的方法與流程

文檔序號:11527960閱讀:687來源:國知局
本發(fā)明涉及一種使用氯(cl2)作為氯化劑,通過使乙烷熱氯化來制造偏二氯乙烯(1,1-二氯乙烯)、氯化氫及乙烯的方法。本發(fā)明進一步涉及氯乙烷及氯乙烯(vcm)的全循環(huán)。us3,278,629揭露,眾所周知,可以通過使衍生自石油的烴熱分解來獲得烯烴。乙烯可以例如通過使較輕飽和烴,諸如乙烷和/或丙烷熱轉(zhuǎn)化來獲得。然而,現(xiàn)有技術(shù)教示,在此類方法中,氣態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物除含有所期望的乙烯外,還含有大量其它產(chǎn)物,諸如甲烷、丙烯、乙炔、丁烯及類似物。為了回收足夠純形式的乙烯供其利用,必須通過部分分離,以一系列需要極其復雜的設備和費時的操作的步驟對氣態(tài)熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)物進行處理。此外,非氣態(tài)烴,諸如油和焦油以及通常環(huán)狀烴,是與乙烯同時形成。此類污染物必須預先移除,因為其會使裝置及設備積垢。因此,盡管已經(jīng)對輕烴裂化以制造乙烯進行廣泛研究,但通過此方法進行工業(yè)制造仍存在一些缺點。us3,278,629進一步揭露,在通過裂化技術(shù)制造乙烯中的一些固有問題可以通過使乙烷催化脫氫而以相對較純的狀態(tài)制造所述烴來排除。然而,本領域迄今未能提供一種使乙烷脫氫得到乙烯且未經(jīng)歷多個缺點的連續(xù)方法。特別需要一種能實現(xiàn)乙烷向乙烯的轉(zhuǎn)化并且具有較少操作步驟且形成較少副產(chǎn)物的方法。因此,本發(fā)明的目的是提供一種乙烷氯化方法,所述方法克服了習知方法的缺點。本發(fā)明提供一種用于制造偏二氯乙烯、氯化氫及乙烯的連續(xù)方法,所述方法包括:a)使包括氯與乙烷的饋料在反應區(qū)中反應以制造粗產(chǎn)物,其中所述粗產(chǎn)物包括i.包括乙烯及氯化氫的部分再循環(huán)部分,ii.包括氯乙烷及氯乙烯的全循環(huán)部分,iii.及產(chǎn)物組分偏二氯乙烯;b)自所述粗產(chǎn)物分步分離所述部分再循環(huán)部分;及c)自其余粗產(chǎn)物分步分離所述全循環(huán)部分。如本文所使用,“絕熱”意思指:氯化方法或反應在反應器與其環(huán)境之間無熱傳遞情況下發(fā)生。由于反應器以不有意地添加或自反應器移除熱的方式絕緣或設計,故認為所述方法是接近絕熱的。如本文所使用,“出口溫度”意思指:反應器流出物的溫度。氯與乙烷的饋料比率是用于控制出口溫度的變量之一。所述氯∶乙烷摩爾比的范圍是1.1至2.0,或者是1.1至1.9。出口溫度的范圍是350℃-700℃,或者是375℃-675℃,或者另外是400℃-650℃。如本文所使用,“部分再循環(huán)部分”意思指:氯化氫及乙烯。部分再循環(huán)部分的組分是本發(fā)明的產(chǎn)物。如本文所使用,“全循環(huán)部分”意思指:包括vcm及氯乙烷(ecl)的組合物。如本文所使用,“產(chǎn)物組分”意思指:偏二氯乙烯。如本文所使用,偏二氯乙烯(vinylidene)與氯化亞乙烯及1,1-二氯乙烯同義。偏二氯乙烯是本發(fā)明的產(chǎn)物。如本文所使用,“重物質(zhì)”定義為edc(1,2-二氯乙烷)、adi(1,1-二氯乙烷)、111(1,1,1-三氯乙烷)、btri(1,1,2-三氯乙烷)、反式(反-1,2-二氯乙烯)、順式(順-1,2-二氯乙烯)。重物質(zhì)是本發(fā)明的產(chǎn)物。如本文所使用,“入口溫度”意思指:所有饋料流組分在進入反應器時的混合溫度。入口溫度的范圍是200℃-350℃,或者是250℃-330℃,或者另外是260℃-320℃。如本文所使用,“全循環(huán)”意思指:當副產(chǎn)物或中間產(chǎn)物以與制造時相同的質(zhì)量比再循環(huán)且因此處于穩(wěn)定狀態(tài)時,所述中間物或副產(chǎn)物物質(zhì)并未自所述方法移除或產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明,全循環(huán)部分可以任選地全循環(huán)。優(yōu)選使全循環(huán)部分全循環(huán)。本文提供的所有范圍值均包括端點在內(nèi)并且可組合。所有百分比都是重量百分比。圖1是本發(fā)明方法的優(yōu)選實施例的操作的示意圖。參看所述圖,本發(fā)明的方法如下進行。將含有乙烷及氯組分的饋料饋送至反應器(“反應區(qū)”)中。所述饋料可以基本上不含乙烯,或者不含乙烯。饋料組分在進入反應器10之前,以任何方式且在任何時間單獨地或組合地預加熱?,F(xiàn)有技術(shù)參考文獻ca2097434在低于200℃下將乙烷與氯預混合,并在將所述混合物添加至反應器中之后,對其加熱。此方法需要熱交換器且因此資本密集性高于使用接近絕熱的反應器10的本發(fā)明方法。氯在與乙烷和/或部分再循環(huán)部分組合之前,可以預加熱至入口溫度,或替代地可以包括在20℃至80℃范圍內(nèi)的溫度。氯可以與乙烷一起共饋送至反應器10中;與部分再循環(huán)部分混合并且接著添加至反應器10中;或通過將材料引入反應器中的其它常規(guī)手段添加??梢允褂贸R?guī)反應器。反應器的一個適合實例是射流攪拌反應器。在饋料進入時,反應器10的溫度(“入口溫度”)在200℃-350℃,或者250℃-330℃,或者另外260℃-320℃范圍內(nèi)。熱氯化反應是在反應器10中進行。氯與乙烷具有高反應性且反應產(chǎn)生包括部分再循環(huán)部分、全循環(huán)部分、產(chǎn)物組分及重物質(zhì)的粗產(chǎn)物。在接近絕熱的反應器條件下,放熱反應使粗產(chǎn)物增加到高于350℃至700℃的溫度。將此氣相粗產(chǎn)物冷卻,得到氣相及液相反應器流出物。適合冷卻方法包含與冷卻劑進行熱交換或調(diào)整饋料比率。氣相及液相反應器流出物在冷凝器20中進一步冷卻以使液相冷凝。液相優(yōu)選提供至蒸餾塔40中,或替代地提供至分離塔50中。氣相在壓縮機30中在大于或等于689kpa,或者大于或等于1378kpa且或者另外大于或等于1930kpa的壓力下壓縮,以便在饋送至蒸餾塔40之前將包括乙烯及hcl的部分再循環(huán)部分自反應器粗流出物高效分離。在自粗產(chǎn)物分離部分再循環(huán)部分時,優(yōu)選對蒸餾塔40的塔頂產(chǎn)物使用部分冷凝器,因為相較于使用全冷凝器,此舉提供更低的冷凍負載并因此具有更低操作成本。將部分再循環(huán)部分自粗產(chǎn)物分步分離并且所述部分再循環(huán)部分的一部分可以返回至反應區(qū)10中。蒸餾塔40塔頂流的部分再循環(huán)部分產(chǎn)物的其余部分可以進一步饋送至氧氯化反應器,在其中使hcl及乙烯催化轉(zhuǎn)化成edc(oxyedc反應器),以制造edc。額外的hcl及乙烯可以相應地饋送至此oxyedc反應器中以匹配所希望的饋料化學計算量,并因此減少edc制造的原材料?;蛘?,除由乙烷氯化方法提供的原材料以外,可以將額外的hcl和/或乙烯饋送至此oxyedc反應器中以增加能力。此外,蒸餾塔40的塔頂產(chǎn)物可以完全或部分地饋送至額外的分離塔或hcl吸收器中以自hcl分離乙烯,由此能獨立地使用所述組分。不含部分再循環(huán)部分的粗產(chǎn)物是蒸餾塔40的塔底流并且進一步饋送至分離塔50,在其中將全循環(huán)部分自產(chǎn)物組分及重物質(zhì)分離。包括全循環(huán)部分的分離塔50塔頂流任選再循環(huán)至反應器10中,此時其與乙烷氯連續(xù)地進行熱氯化以制造主要包括偏二氯乙烯、氯化氫及乙烯的產(chǎn)物。優(yōu)選通過將所有流輸送至反應區(qū)10中來使全循環(huán)部分全循環(huán)。本發(fā)明的反應且確切地說,乙烷、氯及再循環(huán)流的反應是以連續(xù)工藝發(fā)生。分離塔50塔底流的其余粗產(chǎn)物(產(chǎn)物組分及重物質(zhì))饋送至塔60,在其中將氯化亞乙烯自重物質(zhì)流分離及純化。塔60的塔頂產(chǎn)物可以作為偏二氯乙烯產(chǎn)物出售或任選進一步純化。塔60的塔底流是部分再循環(huán)部分,其可以部分再循環(huán)以使單元20驟冷,從而使液相產(chǎn)物冷凝,和/或部分再循環(huán)至反應器10。包括重物質(zhì)的部分再循環(huán)部分流的其余部分可以饋送至下游產(chǎn)物以制造過氯乙烯。本發(fā)明的反應是高效的,因為超過95%,并且替代地超過99%的氯在反應期間得到轉(zhuǎn)化。另外,本發(fā)明的反應轉(zhuǎn)化超過90%的乙烷,并且替代地超過95%的乙烷在所述反應期間得到轉(zhuǎn)化。實例1.用于使乙烷氯化的方法在熱氯化射流攪拌反應器中,使乙烷氯化以制造乙烯、hcl、偏二氯乙烯及vcm。如“《清潔燃燒:開發(fā)具體動力學模型(cleanercombustion:developingdetailedkineticsmodels)》”,f.battin-leclerc、j.m.simmie、e.blurock(編)(2013年)第8.7章中所描述,使用dahl等人[《工業(yè)與工程化學研究(ind.eng.chem.res.)》,2001,40,2226-2235]所報導的動力學,來模擬射流攪拌反應器。熱力學特性是自報導的文獻值(參見http://webbook.nist.gov/chemistry/)及熱化學動力學方法(參見s.w.benson的“《熱化學動力學:用于估計熱化學數(shù)據(jù)及速率參數(shù)的方法(thermochemicalkinetics:methodsfortheestimationofthermochemicaldataandparameters)》”,1976)獲得。反應器模型嵌入方法流程仿真內(nèi)(參見http://www.aspentech.com/products/aspen-plus.aspx),以評價再循環(huán)的影響。反應器的壓力是40psia并且饋料預加熱至高于200℃。通過調(diào)整氯流動速率來維持反應器出口溫度。取決于使用出口流動速率還是進口流動速率,滯留時間分別是約0.5秒至1秒。粗產(chǎn)物組成提供于下表1中。表1:反應器中不含部分再循環(huán)部分的粗液相產(chǎn)物結(jié)果實例2將新鮮乙烷及氯饋送至反應器中,其中全循環(huán)部分流包括ecl及氯乙烯。將產(chǎn)物分成包括乙烯、hcl及未反應的乙烷的部分再循環(huán)部分,及粗產(chǎn)物流。在此情況下,約40%的部分再循環(huán)部分再循環(huán)回到反應器且其余部分作為產(chǎn)物取出。將粗產(chǎn)物分成再循環(huán)回到反應器的全循環(huán)(ecl/氯乙烯)部分,及粗產(chǎn)物。ecl及氯乙烯建立穩(wěn)定狀態(tài)含量,直至在反應器中出現(xiàn)凈零制造。應注意,相較于實例1中的情形,在部分再循環(huán)部分存在下,所述方法制造出更少乙烯并且制造出更多1,1-二氯乙烯及重物質(zhì)。操作條件、再循環(huán)速率及產(chǎn)物組成提供于表2中。表2:有關反應器中部分再循環(huán)部分的操作條件及產(chǎn)物組成結(jié)果cl2/乙烷(摩爾比)2.06部分再循環(huán)部分/新鮮乙烷(質(zhì)量比)2.94全循環(huán)部分/新鮮乙烷(質(zhì)量比)9.44反應器流量/反應器體積,kgmol/hr/m^3539入口溫度278出口溫度522氯轉(zhuǎn)化率>99乙烷轉(zhuǎn)化率>99總產(chǎn)物組成,wt%hcl63.0乙烯7.0其它1.1偏二氯乙烯16.5重物質(zhì)12.4重物質(zhì),wt%wt%edc0.4adi1.011151.4btri8.8反式18.1順式18.7當前第1頁12
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