Описание технологического процесса и схемы производства хлорметанов

4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СХЕМЫ

4.1 Описание технологического процесса.

Производство хлорметанов осуществляется методом высокотемпературного хлорирования природного газа с циркуляцией непрореагировавшего метана и хлористого метила и состоит из следующих основных стадий:

1. Хлорирование метана.

2. Абсорбция хлористого водорода из реакционного газа.

3. Нейтрализация реакционного газа.

4. Осушка реакционного газа.

5. Компримирование реакционного газа.

6. Конденсация хлорметанов (х/м) и отгонка хлористого метила.

7. Охлаждение.

8. Ректификация метиленхлорида (МХ).

9. Ректификация хлороформа-сырца.

10.Олеумная очистка хлороформа-сырца.

11.Ректификация хлороформа (ХФ).

12.Ректификация четыреххлористого углерода (ЧХУ).

13.Очистка соляной кислоты.

14.Очистка сточных вод.

4.1.1 Хлорирование метана.

Процесс хлорирования метана ведется при температуре 470-510 ⁰С и избыточном давлении 0,035-0,07 МПа (0,35-0,7 кгс/см²). При таких условиях часть молекулярного хлора в результате термической диссоциации распадается на активный атомарный хлор:

Cl₂ ®Cl^· + Cl^·

что дает начало реакции хлорирования метана, которая протекает по радикальному механизму:

Cl^· + CH₄   ®     CH₃^· + HCl

CH₃^· + Cl₂ ®     CH₃Cl + Cl^·

^{хлорметил}

CH₃Cl +Cl^· ®    CH₂Cl^· + HCl

CH₂Cl^· + Cl₂       ®     CH₂Cl₂ + HCl

^{метиленхлорид}

CH₂Cl₂ + Cl^·       ®     CHCl₂^· + HCl

CHCl₂^·  + Cl₂       ®     CHCl₃ + Cl^·

                                           ^{хлорофом}

CHCl₃ + Cl^·         ®     CCl₃^· + HCl

CCl₃^· + Cl₂               ®     CCl₄ + Cl^·

                                           ^ЧХУ

CН₄ + Cl^·    ®     CН₃^·+ HCl и т.д.

В ходе процесса хлорируются и гомологи метана, содержащиеся в природном газе, поэтому суммарная формула химической реакции в зауглероженном реакторе имеет вид :

16834Cl₂ + 7288СН₄ + 24С₂Н₆ + 6С₃Н₈ =

= 258CH₃Cl + 4492CH₂Cl₂ + 1903CHCl₃ + 370CCl₄ + 40С_2,038Н_2,58С_1,8 +

+ 91С_2,5Н_2,84С1_2,81 + 22С_2,078Н_1,774С1_3,74 + HCl, где

С_2,038Н_2,58С_1,8 -    обобщенная формула низкокипящих хлоруглеводов

С₂-С₃ (средняя молекулярная масса равна 90,893);

С_2,5Н_2,84С1_2,81 -   обобщенная формула этерифицируемых хлоруглеводородов

С₂-С₃ (средняя молекулярная масса равна 132,514);

С_2,078Н_1,774С1_3,74 - обобщенная формула высококипящих хлоруглеводородов

С₂-С₃ (средняя молекулярная масса равна 159,341).

Преимущественное образование того или иного продукта зависит от условий протекания процесса хлорирования:

§  температуры реакции;

§  соотношения хлора и метана в исходной смеси;

§  степени предварительного смешивания реагентов;

§  состава реакционной смеси;

§  времени пребывания реагентов в реакционной зоне.

С целью наивысшего выхода метиленхлорида процесс хлорирования метана ведут при температуре 470-510 ⁰С и при объемном соотношении между хлором и поступающей на хлорирование смесью метана и циркуляционного газа 1¸ 3,5-4,5.

Предварительное смешение реагирующих компонентов обеспечивает равномерное течение процесса хлорирования без местных перегревов и увеличения объемной доли непрореагировавшего хлора ("проскока" хлора) в реакционном газе.

При снижении температуры в зоне реакции ниже 460 ⁰С возможен "проскок" хлора и "затухание" реакции хлорирования метана.

При температуре выше 530 ⁰С процесс хлорирования сопровождается деструкцией метана с обильным сажеобразованием:

СН₄ + 2Cl₂ Û     C + 4HCl + 2,9 ×1O² кДж

Выделившаяся сажа катализирует реакцию разложения метана.

Тепло, выделяющееся при реакции хлорирования, отводится с реакционным газом, т.е. процесс хлорирования ведется в адиабатических условиях.

4.1.2 Абсорбция хлористого водорода из реакционного газа

Стадия абсорбции предназначена для улавливания из реакционного газа хлористого водорода с образованием соляной кислоты.

Физическая сущность процесса абсорбции заключается в молекулярной и конвективной диффузии вещества из газовой фазы в жидкую, вследствие разности парциальных давлений извлекаемого компонента (хлористого водорода) в контактирующих фазах.

Процесс осуществляется в изотермических условиях в колоннах насадочного типа, заполненных кольцами Рашига, и в прямоточных графитовых абсорберах – теплообменниках, охлаждаемых водой.

4.1.3 Нейтрализация реакционного газа.

Абсорбция водой не обеспечивает полной очистки реакционного газа от хлористого водорода, поэтому применяется нейтрализация реакционного газа раствором едкого натра.

Основной химизм процесса:

НСI + NаOH ® NаСI + Н₂О + Q

СО₂ + 2NаОН ® Nа₂СО₃ + Н₂О

В случае "проскока" хлора

СI₂ + 2NаОН ® NаСIО + NаCI + Н₂О + Q

Тепло реакции отводится с раствором едкого натра, который перед подачей в колонну нейтрализации захолаживается.

Выделяющаяся при реакции нейтрализации вода вместе с уносимыми газом частичками орошающей жидкости увлажняет реакционный газ, что нежелательно для дальнейшего хода процесса. Содержание влаги в реакционном газе прямо пропорционально зависит от температуры процесса нейтрализации.