Производство тетрахлорметана и тетрахлорэтилена (стр. 8 из 11)

Технологическая схема получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена

Рис. 2.1.

1 – испаритель; 2 – реактор; 3 – закалочная колонна; 4, 5 – холодильники; 6 – абсорбер; 7 – колонна сухой нейтрализации; 8 – узел ректификации; 9 – сепараторы; 10 – кипятильники.

Объединенный конденсат после холодильников 4 и 5 направляют в колонну 7. Там отгоняются растворенные в нем НС1 и С1₂ вместе с некоторой частью хлорорганических продуктов, которые возвращают в реактор 2 с целью съема избыточного тепла. Жидкие продукты из куба колонны 7 подвергают двухступенчатой ректификации, получая в виде дистиллятов тетрахлорметан и тетрахлорэтилен и возвращая остаток от перегонки в испаритель 1.

Различные хлорорганические отходы (в том числе тяжелые остатки от предыдущего способа переработки и циклические хлорорганические продукты, не поддающиеся газофазному расщеплению, а также кислородсодержащие соединения) можно подвергать хлоролизу в жидкой фазе при 550-600°С, 20 МПа и времени контакта 20 мин. При однократном проходе через пустотелый реактор, рассчитанный на работу при высоких давлении и температуре, образуются тетрахлорметан, гексахлорэтан, гексахлорбензол, а из кислородсодержащих соединений - фосген. После дросселирования смеси отделяют тяжелые продукты и возвращают их на реакцию, а из остальной смеси выделяют СС1₄, фосген, хлор (возвращаемый на реакцию) и безводный хлорид водорода.

2.3 Технико-технологические расчеты

2.3.1 Расчет материального баланса

Схема материальных потоков приведена на рис. 2.1.

Исходные данные:

годовая производительность агрегата по перхлоруглеводородам (отношение ССl₄:С₂Сl₄ = 1:1) 40 000 т;

годовой фонд рабочего времени 7250 ч;

расход хлоруглевпдородного сырья (в кг на 1 т образующихся перхлоругленодородов CCl₄ + C₂Cl₄): жидкие хлоруглеводороды – 70; жидкие рециркулирующке хлоруглеводороды из емкостей сырого продукта – 655; жидкий 1,2-дихдорэтан из реактора хлорирования этилена – 270;

объем продуктов отпарки сырца перхлоруглеводородов 20 м³ на 1 т перхлоруглеводородов; степень использования хлора 0,85; селективность но ССl₃ в расчете на метан 0,70; состав исходного углеводородного сырья (j, %):

Этилен технический (поток 2):	Природный газ (поток 3)
СН₄С₂Н₄С₂Н₅N₂CО₂	0,598,00,50,50,5	СН₄С₂Н₆N₂CO₂	94,04,21,50,3

состав хлоруглеводородного сырья:

Жидкие хлоруглеводороды (поток 4) w_i, %:	Жидкие рециркулирующие перхлоруглеводороды (поток 5) w_i, %:
СCl₄С₂Cl₄СНCl₃C₂HCl₃C₂H₄Cl₂	77,36,05,54,27,0	СCl₄С₂Cl₄С₂Cl₆C₄Cl₆C₆Cl₆Сl₂HCl	29,254,559,64,71,850,050,05
Продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов (поток 6) х_i, %:	Жидкий 1,2-дих-лорэтан (поток 7) w_i, %:
СCl₄Cl₂НCl	6,7555,7537,5	СCl₄С₂Н₄Cl₂HCl	5,093,81,2

Последовательность расчета:

а) определяют компонентный состав материальных потоков хлоруглево» дородного сырья на вход в хлоратор;

б) рассчитывают изменение состава реакционной смеси, расход и состав природного газа и технического этилена;

в) составляют материальный баланс хлоратора;

г) определяют состав потоков на входе в закалочную колонну, состав газовой фазы в кубовой жидкости на выходе из колонны;

д) рассчитывают расход технического этилена па прямое хлорирование, составляют материальные баланс реактора;

е) определяют состав сырца перхлоруглеводородов на входе в колонну отпарки, а также передаваемого на стадию выделения товарных продуктов;

ж) составляют сводный материальный баланс стадии совместного получения тетрахлорметана в тетрахлорэтилена.

Схема потоков стадии получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена приведена на рис. 2.2.

Схема потоков получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена

Рис. 2.2.

1 - хлор; 2, 12, 15 - этилен; 3 - природный газ; 4 - жидкие хлоруглеводороды; 5 - рециркулирующие перхлоруглеводороды; 6 - продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов; 7 - 1,2-дихлорэтан; 8 - общий поток сырья; 9 - продукты хлорирования; 10, 16 - газовая фаза; 11 - отходящий хлороводород; 13 - кубовая жидкость, 14 - жидкая фаза; 17 - кубовый продукт; 18 - флегмовая жидкость; 19 - сырец перхлоруглеводородов; 20 - смесь целевых продуктов; 21, 22 - вода; РТ1 - реактор газофазного хлорирования; КЛ1 - закалочная колонна; С1, С2 -сепараторы; Е1 - сборник; РТ2 - реактор жидкофазного хлорирования, КЛ2 - колонна отпарки.

Часовая производительность агрегата по перхлоруглеводородам:

40000×1000/7250 = 5517,24 кг/ч.

в том числе:

по CCl₄: 5517,24/2 = 2758,62 кг/ч или 2758,62/154 = 17,91 кмоль/ч;

по С₂Сl₄: 2758,62 кг/ч или 2758,62/166 = 16,62 кмоль/ч.

Определяем расход хлоруглеводородного сырья на входе в хлоратор:

жидкие хлоруглеводороды: 70×5517,27/1000 = 386,21 кг/ч;

жидкие рециркулирующие перхлоруглеводороды из емкостей сырого продукта: 655×5,517 = 3613,64 кг/ч;

жидкий 1,2-дихлорэтан из реактора хлорирования этилена: 270×5,517 = 1489,59 кг/ч;

продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов: 20×5,517 = 110,34 м³/ч или 110,34/22,4 = 4,93 кмоль/ч.

Состав жидких хлоруглеводородов (поток 4):

ССl₄	C₂Cl₄	CHCl₃	C₂HCl₃	C₂H₄Cl₂	S
w_i, %	77,3	6,0	5,5	4,2	7,0	100
m_t, кг/ч	298,54	23,17	21,24	16,23	27,03	386,21
М_t, г/моль	154	166	119,5	131,5	99,0	-
n_t, кмоль/ч	1,94	0,14	0,18	0,12	0,27	2,65
х_i, %	73,08	5,26	6,72	4,67	10,27	100

Состав жидких рециркулирующих перхлоруглеводородов из емкостей сырого продукта (поток 5):

ССl₄	C₂Cl₄	C₂Cl₆	C₄Cl₆	C₆Cl₆	Cl₂	HCl	S
w_i, %	29,2	54,55	9,6	4,7	1,85	0,05	0,05	100
m_t, кг/ч	1055,18	1971,24	346,91	169,84	66,85	1,81	1,81	3613,64
М_t, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
n_t, кмоль/ч	6,85	11,87	1,46	0,65	0,23	0,025	0,05	21,135
х_i, %	32,4	56,15	6,92	3,07	1,11	0,12	0,23	100

Состав продуктов отпарки сырца перхлоруглеводородов (поток 6):

ССl₄	Сl₂	HCl	S
х_i, %	6,75	55,75	37,50	100
n_t, кмоль/ч	0,33	2,78	1,82	4,93
М_t, г/моль	154	71	36,5	-
m_t, кг/ч	50,82	197,38	66,43	314,63
w_i, %	16,33	62,15	21,52	100

Состав жидкого 1,2-дихлорэтана из реактора хлорирования этилена (поток 7)

ССl₄	С₂Н₄Сl₂	HCl	S
w_i, %	5,0	93,8	1,2	100
m_t, кг/ч	74,48	1397,23	17,88	1489,59
М_t, г/моль	154	99	36,5	-
n_t, кмоль/ч	0,48	14,11	0,49	15,08
х_i, %	3,2	93,54	3,26	100

По реакции

С₂НСl₃ + 3Cl₂® 2CCl₄ + HCl (2.27)

расходуется:

трихлорэтилена: 0,12 кмоль/ч или 16,23 кг/ч;

хлора: 3×0,12 = 0,36 кмоль/ч или 0,36×71 = 25,56 кг/ч;

образуется:

тетрахлорметана: 2×0,12 = 0,24 кмоль/ч или 0,24×154 = 36,96 кг/ч;

хлороводорода: 0,12 кмоль/ч или 0,12×36,5 = 4,38 кг/ч.

По реакции

СНСl₃ + Cl₂®CCl₄ + HCl (2.28)

расходуется:

трихлорметана: 0,18 кмоль/ч или 21,24 кг/ч;

хлора: 0,18 кмоль/ч или 0,18×71 = 12,78 кг/ч;

образуется:

тетрахлорметана: 0,18 кмоль/ч или 0,18×154 = 27,72 кг/ч;

хлороводорода: 0,18 кмоль/ч или 0,18×36,5 = 6,57 кг/ч.

По реакции

2С₂Н₄Сl₂ + 8Cl₂® С₂Сl₄ + 2CCl₄ + 8HCl (2.29)

расходуется:

1,2-дихлорэтана: 14,38 кмоль/ч или 1424,26 кг/ч;

хлора: (8/2)×14,38 = 57,52 кмоль/ч или 57,52×71 = 4083,92 кг/ч;

образуется:

тетрахлорэтилена: 14,38/2 = 7,19 кмоль/ч или 7,19×166 = 1193,54

тетрахлорметана: 14,38 кмоль/ч или 14,38×154 = 2214,52 кг/ч;

хлороводорода: 57,52 кмоль/ч или 57,52×36,5 = 2099,48 кг/ч.

Всего образуется тетрахлорметана:

0,24 + 0,18 + 14,38 = 14,8 кмоль/ч или 2279,2 кг/ч.

Необходимо получить дополнительно трихлорметана:

17,91 – 14,8 = 3,11 кмоль/ч или 3,11×166 = 516,26 кг/ч.

По уравнению основной реакции:

СН₄ + 4Cl₂®CCl₄ + 4HCl (2.30)

расходуется:

метана: 3,11 кмоль/ч или 3,11×16 = 49,76 кг/ч;

хлора: 4×3,11 = 12,44 кмоль/ч или 12,44×71 = 883,24 кг/ч;

образуется хлороводорода: 12,44 кмоль/ч или 12,44×36,5 = 454,06 кг/ч.

При выходе тетрахлорметана в расчете на превращенный метан 0,70 необходимо ввести в процесс метана (без учета метана, содержащегося в техническом этилене): 3,11/0,70 = 4,44 кмоль/ч или 4,44×16 = 71,04 кг/ч.