第 五 章 卤 化
第一节,卤代烃的应用
第二节,氯代烃类
第三节,氟代烃类
第一节、卤代烃的应用
? 氯代烃,氯乙烯、氯乙烷、四氯化碳
氟化物,氟塑料、氟橡胶,氟油
? 一、卤化反应类型
[加成卤化,取代卤化,氧氯化 ]
? 二、氯化工艺
[热氯化,光氯化,催化氯化 ]
? 三、氟化工艺
[直接氟化法,金属氟化物氟化法,
电化学氟化法,卤素交换法 ]
第二节 氯化原理
?一、烃之取代氯化
?二、不饱和烃的加成氯化
?三、乙烯的氧氯化
?四,氯乙烯的生产
一、烃的取代氯化
(一)饱和烃取代氯化
1,机理( CH4),自由基链锁反应
链引发,
链传递,
链终止,
甲烷热氯化反应
lC2Cl 2 ??? ?? 加热
lCClCHClHC
H C lCHCHlC
323
34
??
?
?? ???
?? ???
3333 CHCHHCHC ?? ??? ??
)l(H C lC C lClC H C l
)l(H C lC H C lClClCH
)l(H C lClCHClClCH
)g(H C lCLCHClCH
423
3222
2223
324
?? ???
?? ???
?? ???
?? ???
(一)饱和烃取代氯化 [续 ]
?2、甲烷热氯化 工艺流程 图
?3、其它饱和烃取代氯化
?乙烷氯化
?石蜡氯化,生产氯化石蜡 ( 90~ 120℃ )
o 氯蜡 42,C25H45Cl7含氯量 42%—44 %
o 氯蜡 62,C25H37Cl15含氯量 60%—62 %
o 氯蜡 70,C25H30Cl20含氯量> 70%
H C lClHCClHC 52262 ?? ???
(二)烯烃取代氯化
1、取代与加成,
卤素加成反应活性 F2>Cl2>Br2>I2
正构烯烃:低温加成; 高温取代
2、丙烯氯化合成 a-氯丙烯
o 主反应,
o 副反应,
3,丙烯氯化工艺流程 图
KJ1.1 1 2H C lCHCHC l C HClCHCHCH 22223 ???? ????
H C l6C3Cl3CHCHCH
ClC H C lC HCHClCHCHCH
H C lCHC H C HClClCHCHC l C H
223
23223
22222
?? ????
? ????
??? ????
二、不饱和烃的加成氯化
(一)氯丁二烯的生产
? 1、性质,沸点 59.4℃,易聚合(氯丁橡胶),需加阻聚剂 。
? 2、生产方法,
? ① 丁二烯氯化法,[工艺流程 图 ]
? ② 乙炔法,
(二)氯乙烯的生产 [见四, 氯乙烯 ]
22N a O H2264 CHC H C l CCHC H C H C l C H C lCHClHC ???? ???? ??? ?
222
2
CHCHCClCHCHCHCCH
CHCHCCHCHCH2
???? ?????
???? ???
+HCl
三、乙烯的氧氯化
定义,饱和烃或不饱和烃在氧气、催化剂存
在下,以 HCl为氯化剂发生氯化反应。
乙烯氧氯化法制氯乙烯
乙烯平衡氧氯化法制氯乙烯
[祥见:四, 氯乙烯 ]
KJ6.263OHClHCO21H C l2HC 2242242 ??? ????
四 氯乙烯的生产
氯碱工业 现状
㈠ 性质,具有 乙醚香味的气体,沸点 -13.9℃,
㈡ 用途,制 PVC(硬、软、薄膜、树脂 );氯纶
㈢ 生产方法,
? 1、乙炔法
? 2、乙烯加成氯化法
? 3、乙烯氧氯化法
? 4、乙烯平衡氧氯化法
1、乙炔气相加氯化氢法
?① 原理,
? 主反应
? 催化剂 HgCl2/活性碳
? 机理
?②工艺条件选择:温度、催化剂,C2H4/HCl、
原料纯度
?③工艺流程 (图) 和转化器 (图)
?电石法生产聚氯乙烯工艺流程 示意图
KJ8.1 2 4C C lCHH C lCHCH 2 ??? ????
ClHCH g C lClHCH g C l
ClHCH g C lH C lH g C lHC
H C lH g C lH g C lH C l
322322
322222
22
?? ???
?? ????
?? ???
2、乙烯加成氯化法
?原理,(液相催化氯化法 )
?催化剂 — 三氯化铁 ;溶剂 — 二氯乙烷
?机理,
?工艺流程 图
?乙烯氯化法生产聚氯乙烯工艺流程 示意图,
KJ9.200ClCHC l C HClCHCH 22222 ?? ????
322422
2222
423
Fe C lClCHC lC HFe C lC lC HCH
C lC HCHClCHCH
ClFe C lClFe C l
?? ????
? ????
?? ???
?
??
??
3、乙烯氧氯化制氯乙烯
? ① 化学原理
? 主反应,
? 副反应,
? ② 催化剂,
单组分 Cat, CuCl2/γ-Al2O3
双组分 Cat, CuCl2-KCl/γ-Al2O3
多组分 Cat,CuCl2/碱金属氯化物 /稀土金属氯化物
KJ6.263OHClHCO21H C l2HC 2242242 ??? ????
OHC H OC C lOH C lHC
OHClHCOH C lHC
OHCOOHC
OHCOOHC
23242
2332242
22242
2242
?? ????
?? ????
?? ???
?? ???
3、乙烯氧氯化制氯乙烯 [续 ]
? ③ 工艺条件选择,
反应温度 ↑,选择性 ↓,副产物量 ↑, CO2↑,
从而活性 ↓,因此适宜温度为 220~ 230℃ 。
反应压力 ↑,反应速度 ↑,选择性 ↓, ↑ 。
原料配比,
停留时间, 10~ 15S
? ④ 乙烯氧氯化制 二氯乙烷 工艺流程 图
? ⑤ 二氯乙烷裂解与产物精制工艺流程 图
? ⑥ 乙烯氧氯化反应器(流化床) 图 动画
5.0:2:1O:H C l:HC 242 ?? ?? 方程式
63.0:2:6.1?? ?? 适宜比
4,乙烯平衡氧氯化法制氯乙烯
? 1、原理
C2H4Cl2 C2H3Cl+HCl
2C2H4+Cl2+ ?O2 ﹦ 2C2H3Cl+H2O
? 2,工艺流程示意 图
? 欧洲乙烯技术 EVC工艺 ;
? 日本 三井东压工艺
? 德国 伍德工艺
KJ6.263OHClHCO21H C l2HC 2242242 ??? ????
第三节 氟代烃类
一、氟代烃类及其命名
二、氟化方法
三、四氟乙烯单体生产
一、氟代烃类及其命名
? 1.氟代烃类的命名
? 2.氟代烃主要品种及其用途
? 3.含氟聚合材料及含氟精细化学品
的主要品种及其用途
二、氟化方法
?氟化反应,氟置换 H或其它基团;氟或氟化氢加
成到烃的双键上,
?氟化方法,
?1,直接氟化法
自由基链锁反应(同 CH4+Cl2)。因强放热反应,较难控制。
?2,金属氟化物氟化法
用 AgF2,CoF3,MnF3与烃反应,放热少,易控制。
kJ243C o F2FC o F2
KJ217C o F2HFRFC o F2RH
322
23
?? ???
???? ???
二、氟化方法(续)
?3、电化学氟化法
? 是生产带官能团全氟化合物的工业方法(如
生产全氟辛酸、全氟辛磺酸等)。
? 在无水氟化氢和有机物溶液中,铁阴极放出
氢气,镍阳极氟与有机物反应,氟化氢循环。
?4、卤素交换法 ( 置换顺序, I>Br > F)
? R- X + M+F- R- F + M+X-
? X— Cl,Br,I; M— K,Sb,Hg,Ag
三、四氟乙烯单体生产
1.性质:气体,沸点- 76.3℃
2.用途:氟橡胶、塑料、(共聚为)氟
有机物
3.生产方法:二氟一氯甲烷脱 HCl法
4.生产原理,
5.工艺流程( 图 )
H C l2CFCFC H C l F2 222 ??? ??
谢谢各位 !
第八章 卤化
本章结束
谢谢各位 !
氟代烃类的命名
F-
1— 双键的个数, 若为烷烃可省略;
2— C原子个数减 1,为 0时可省略;
3— H原子个数加 1;
4— F原子个数 ;
5— Br原子个数标于右端, B”之后;
注, Cl原子个数不标出 。
例如,CHFClBr 命名为 F-21B1
ClFC= CF2 命名为 F-1113
1 2 3 5 4
氟代烃主要品种及其用途
名 称 分子式 代表符号 沸点 /℃ 用途
一氟三氯甲烷
二氟二氯甲烷
三氟一氯甲烷
四氟甲烷
一氟二氯甲烷
二氟一氯甲烷
三氟甲烷
一溴一氯二氟甲烷
一溴三氟甲烷
二溴 四氟乙烷
三氟三氯乙烷
四氟二氟乙烷
二氟乙烷
氟乙烯
偏二氟乙烯
四氟乙烯
三氟氯乙烯
全氟丙烯
CCl3F
CCl2F2
CClF3
CF4
CHCl2F
CHClF2
CHF3
CF2ClBr
CF3Br
CF2HBr-CF2Br
Cl2FC-CClF2
ClF2C-CClF2
CH3CHF2
CH2=CHF
CH2=CF2
F2C=CF2
ClFC=CF2
F2C=CF-CF3
F-11
F-12
F-13
F-14
F-21
F-22
F-23
F-12B1
F-13B1
F-114B2
F-113
F-114
F-152
F-1141
F-1132a
F-1114
F-1113
F-1216
23.7
- 29.8
- 81.5
- 128.06
8.9
- 40.8
- 82.2
- 4
- 57.8
47.3
47.57
3.5
- 24.95
- 72.2
- 85.7
- 76.3
- 28.3
- 29.4
致冷剂、气雾剂
大气悬浮装置推进剂
防火防爆溶剂
泡沫塑料发泡剂
高温下的有效灭火剂(燃
烧反应的有效抑制剂)
制取含氟聚合材料
合成其它种类(酸、酯、
胺)含氟化合物
含氟聚合材料及含氟精细化学主要品种及其用途
名 称 分 子 式 用 途
聚四氟乙烯
聚三氟氯乙烯
全氟环氧丙烷
全氟聚醚
三氟乙醇
三氟乙酸
全氟辛酸
全氟三丁胺
F3CCH2OH
CF3COOH
C7F15COOH
( CF3) 3N
氟塑料
耐腐蚀材料
人造血浆
液压剂、氟橡胶原料
溶剂
表面活性剂
麻醉剂
氟塑料
乙炔加氯化氢制氯乙烯工艺流程
1-混合器; 2-反应器; 3-水洗塔; 4-碱洗塔; 5-干燥器; 6-冷凝器;
7-气液分离器 ;8-冷凝蒸出塔; 9-氯乙烯塔
乙炔
HCl 稀盐酸 稀碱液
Na
OH



固碱
高沸物



低沸物

丁二烯
氯气
丁二烯
HCl
HCl 水溶液
3,4-二氯- 1-丁烯
NaOH
水溶液
纯氯丁二烯
1-氯丁二烯

高沸物
NaCl 水溶液
丁二烯氯化法制氯丁二烯工艺流程图
1-氯化反应器; 2- 脱气塔; 3 -异构化塔; 4-脱氯化氢塔; 5- 溶液蒸出塔;
6-氯丁二 烯提纯塔; 7-氯 化氢洗涤塔; 8-干燥器
300℃
旋风分离器
蒸汽

冷却蛇管
挡板
气体分配板









水蒸气
废气
水 低沸物 ED C
高沸物
1110
98
7 13
6
5
1
2
3
4
13
12 12
O
2
2
C
=
HCl
水 碱水
乙烯氧氯化制二氯乙烷及其精制工艺流程
8-脱水塔;9-低沸塔;10-高沸塔;11-EDC回收塔;12-换热器;13-泵
ED C
Cl 2
C H 4 2
空气
或氧
液相加氯
氧氯化
精制
加氢精制
粗二氯
乙烷
精二氯
乙烷
裂解
HC l 塔
氯乙烯塔 H Cl 产品 氯乙烯
乙烯平衡氧氯化生产氯乙烯的工艺过程
回收二氯乙烷
二氯乙烷裂解制氯乙烯及其精制工艺流程图
1-精二氯乙 烷贮罐;2-裂解炉; 3-骤冷塔;4-HC l
8-分离器;9-固碱干燥器
99.8 %HCl
99.99 %VCM
碱水
EDC

2.0MPa
循环至 1
碱液 水
废碱液
30 %盐酸
甲烷
氯气
循环气


一氯甲烷
二氯甲烷
氯仿
四氯化碳

甲烷热氯化制甲烷氯衍生物工艺流程
1-混合器; 2-反应器 ; 3-空冷器; 4-水洗塔 ; 5-碱洗塔; 6-压缩机;
7-冷凝冷却器; 8-分离器; 9-一氯甲烷塔; 10-二氯甲烷塔;11-氯仿蒸馏塔
氯气 ℃
丙烯
氯丙烯等
废液
轻组分
a 氯丙烯
重组分
盐酸
含水丙烯去贮槽水 稀 NaOH
丙烯高温氯化制a-氯丙烯的工艺流程
6—碱洗 塔; 7— 脱轻组分塔; 8—a-氯丙 烯塔

Cl
2
C
2
=
乙烯液相加氯合成二氯乙烷工艺流程
1-碳滤器;2-氯化反应器;3-粗EDC贮罐;4-压缩机;
5-雾分离器;6-冷凝器;7-泵
尾气









1-锥形底盖;2- 瓷砖;
3-隔板;4- 外壳;
5-列管;6- 冷却水进口;
7-大盖;8、1 1-热电偶插孔;
9-手孔;10 -气体进口;
12-气体分配板;1 3-支撑管;
14-冷却水进口;1 5-填料;
16-手孔;1 7-下花板;
18-合成气出口
新鲜F
H O 碱洗
1
22
2
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11
不凝气
低沸物
C F 2 4 C F ~F3 6 2 2 C F 63
CH OH
3
循环F 2 2残液
四氟乙烯单体生产工艺流程图
1-裂解炉;2 -水洗塔;3- 碱洗塔;4-气柜;5 -压缩机;6- 干燥器;
7-脱气塔;8 -单体精制塔;9 -回收塔;10 -粗分塔;11 -甲烷吸收塔
[工艺条件:温度85 0 ℃、压力0,3MPa,停留时间0.1-0.8S;转化率25-35 %]
11-甲醇吸收塔
天津大沽化工厂 500Kt/aPVC
上海氯碱总厂、齐鲁石化
北京化工二厂
电石法生产聚氯乙烯工艺流程示意图,
乙烯氯化法生产聚氯乙烯工艺流程示意图,
? 2001年美国塑料产量为 4170万吨,其中以聚乙
烯为最多,达 1500多万吨,其次分别是氯乙烯
650万吨、聚丙烯 720万吨、聚苯乙烯 600万吨;
德国 1600万吨; 中国 1460万吨 。
? 氯 碱 行 业 概 况
? 1999年,全国烧碱产量达到 750万吨,聚氯乙
烯产量达到 198万吨。全国共有 70多家聚氯乙
烯生产企业。我国 PVC树脂最大装置能力 30万
吨(上海氯碱)。
? 2003年我国有一百多家氯碱生产企业,烧碱总
生产能力达到 1050万 t ; 聚氯乙烯产量达到
337万吨。