Катализаторы процесса получения хлористого винила окислительным хлорированием этилена

На основании кинетических данных предполагается, что взаимодействие катализатора с этиленом протекает медленно и предшествует стадии окисления катализатора с участием кислорода. Отсутствие зависимости скорости от парциального давления HCl позволяет предположить, что адсорбция HCl на катализаторе, являющаяся первичным актом процесса, протекает быстро.

Поскольку реакция оксихлорирования этилена весьма экзотермична (238 кДж/моль), из реакторов необходимо отводить большое количество тепла. В реакторах с кипящим слоем катализатора отвод тепла осуществляют с помощью охлаждающих змеевиков, погруженных в кипящий слой. Так как кипящий слой практически изотермичен, то условия процесса одинаковы по всему слою. Оптимальная температура процесса достигается, прежде всего, за счет изменения режима работы охлаждающих элементов. По этой причине активность катализатора мало влияет на поддержание температуры. Выбор катализатора основан главным образом на его стойкости к истиранию, способности к ожижению слоя и селективности. Катализаторы, работающие в кипящем слое, должны иметь прочную структуру, чтобы исключить возможность образования мелких частиц. Необходимо избегать слипания частиц катализатора, которое может нарушить режим кипящего слоя или полностью исключить его образование.

Стадия хлорирования является примером гомогенного электрофильного катализа. Стадия окислительного хлорирования является примером гетерогенного окислительно-восстановительного катализа.

При такой схеме производства распределение этилена происходит примерно поровну между стадиями прямого и окислительного хлорирования.

Общим для процессов осуществляемых в «кипящем» слое катализаторов, является то, что наряду с каталитическими свойствами повышенные требования предъявляются к прочности, форме и размерам микросферических частиц, а также насыпной плотности катализаторов. Для выполнения этих требований в процессах ОХЭ используют катализаторы, в которых активные компоненты нанесены на микросферические носители.

Промышленного производства катализаторов ОХЭ в России не существует, в основном из-за отсутствия технологий, обеспечивающих приготовление каталитических систем с требуемыми характеристиками, и до настоящего времени в промышленных реакторах эксплуатируются импортные катализаторы.

Установлено, что введение в состав катализатора ОХЭ одновременно с хлоридом меди MgCl в соотношении Сu /Mg =2 позволяет увеличить устойчивость катализатора к слипанию под действием реакционной среды в условиях стехиометрических соотношений НСl: С2Н4 с отклонениями 2,0- 8,0% в сторону избытка НС1.

Выявлено, что при длительной промышленной эксплуатации катализатора ОХЭ под действием компонентов реакционной среды его удельная поверхность и объем пор уменьшаются, а насыпная плотность увеличивается на 20−25% отн. При этом значительного изменения фазового состава и каталитических свойств не обнаруживается.

Далее рассмотрим более подробно катализатор стадии окислительного хлорирования.