O acetato de vinilo (VAc), tamén coñecido como acetato de vinilo ou acetato de vinilo, é un líquido transparente incoloro a temperatura e presión normais, cunha fórmula molecular de C4H6O2 e un peso molecular relativo de 86,9. O VAc, como unha das materias primas orgánicas industriais máis utilizadas no mundo, pode xerar derivados como a resina de acetato de polivinilo (PVAc), o alcohol polivinílico (PVA) e o poliacrilonitrilo (PAN) mediante autopolimerización ou copolimerización con outros monómeros. Estes derivados úsanse amplamente na construción, téxtiles, maquinaria, medicina e melloras do solo. Debido ao rápido desenvolvemento da industria terminal nos últimos anos, a produción de acetato de vinilo mostrou unha tendencia a aumentar ano tras ano, alcanzando a produción total de acetato de vinilo os 1970 kt en 2018. Actualmente, debido á influencia das materias primas e os procesos, as rutas de produción de acetato de vinilo inclúen principalmente o método do acetileno e o método do etileno.
1. Proceso de acetileno
En 1912, o canadense F. Klatte descubriu por primeira vez o acetato de vinilo empregando un exceso de acetileno e ácido acético a presión atmosférica, a temperaturas que oscilaron entre os 60 e os 100 ℃, e empregando sales de mercurio como catalizadores. En 1921, a empresa alemá CEI desenvolveu unha tecnoloxía para a síntese en fase de vapor de acetato de vinilo a partir de acetileno e ácido acético. Desde entón, investigadores de varios países optimizaron continuamente o proceso e as condicións para a síntese de acetato de vinilo a partir de acetileno. En 1928, a empresa alemá Hoechst estableceu unha unidade de produción de acetato de vinilo de 12 kt/a, conseguindo unha produción industrializada a grande escala de acetato de vinilo. A ecuación para producir acetato de vinilo mediante o método do acetileno é a seguinte:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

O método do acetileno divídese en método de fase líquida e método de fase gasosa.
O estado da fase reactiva do método de fase líquida con acetileno é líquido, e o reactor é un tanque de reacción cun dispositivo de axitación. Debido ás deficiencias do método de fase líquida, como a baixa selectividade e a gran cantidade de subprodutos, este método foi substituído na actualidade polo método de fase gasosa con acetileno.
Segundo as diferentes fontes de preparación de gas acetileno, o método de fase gasosa de acetileno pódese dividir en método Borden con acetileno de gas natural e método Wacker con acetileno de carburo.
O proceso Borden emprega ácido acético como adsorbente, o que mellora considerablemente a taxa de utilización do acetileno. Non obstante, esta vía de proceso é tecnicamente difícil e require custos elevados, polo que este método ocupa unha vantaxe en zonas ricas en recursos de gas natural.
O proceso Wacker utiliza acetileno e ácido acético producidos a partir de carburo de calcio como materias primas, empregando un catalizador con carbón activado como portador e acetato de zinc como compoñente activo, para sintetizar VAc a presión atmosférica e a unha temperatura de reacción de 170~230 ℃. A tecnoloxía do proceso é relativamente sinxela e ten custos de produción baixos, pero existen deficiencias como a fácil perda de compoñentes activos do catalizador, a pouca estabilidade, o alto consumo de enerxía e a gran contaminación.
2. Proceso de etileno
O etileno, o osíxeno e o ácido acético glacial son tres materias primas empregadas no proceso de síntese de etileno mediante acetato de vinilo. O principal compoñente activo do catalizador adoita ser o elemento metálico nobre do oitavo grupo, que reacciona a unha determinada temperatura e presión de reacción. Tras un procesamento posterior, obtense finalmente o produto obxectivo, o acetato de vinilo. A ecuación da reacción é a seguinte:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

O proceso en fase de vapor de etileno foi desenvolvido por primeira vez por Bayer Corporation e púxose en produción industrial para a produción de acetato de vinilo en 1968. As liñas de produción establecéronse en Hearst e Bayer Corporation en Alemaña e National Distillers Corporation nos Estados Unidos, respectivamente. Trátase principalmente de paladio ou ouro cargado en soportes resistentes aos ácidos, como perlas de xel de sílice cun radio de 4-5 mm, e a adición dunha certa cantidade de acetato de potasio, o que pode mellorar a actividade e a selectividade do catalizador. O proceso para a síntese de acetato de vinilo mediante o método USI en fase de vapor de etileno é similar ao método Bayer e divídese en dúas partes: síntese e destilación. O proceso USI alcanzou a aplicación industrial en 1969. Os compoñentes activos do catalizador son principalmente paladio e platino, e o axente auxiliar é o acetato de potasio, que se soporta sobre un portador de alúmina. As condicións de reacción son relativamente suaves e o catalizador ten unha longa vida útil, pero o rendemento espazo-temporal é baixo. En comparación co método do acetileno, o método en fase de vapor de etileno mellorou moito en tecnoloxía, e os catalizadores empregados no método do etileno melloraron continuamente en actividade e selectividade. Non obstante, a cinética de reacción e o mecanismo de desactivación aínda deben explorarse.
A produción de acetato de vinilo mediante o método do etileno emprega un reactor tubular de leito fixo cheo de catalizador. O gas de alimentación entra no reactor pola parte superior e, cando entra en contacto co leito catalizador, prodúcense reaccións catalíticas para xerar o produto obxectivo, acetato de vinilo, e unha pequena cantidade de dióxido de carbono como subproduto. Debido á natureza exotérmica da reacción, introdúcese auga a presión no lado da carcasa do reactor para eliminar a calor da reacción mediante a vaporización da auga.
En comparación co método do acetileno, o método do etileno ten as características dunha estrutura de dispositivo compacta, gran produción, baixo consumo de enerxía e baixa contaminación, e o seu custo do produto é inferior ao do método do acetileno. A calidade do produto é superior e a situación de corrosión non é grave. Polo tanto, o método do etileno substituíu gradualmente o método do acetileno despois da década de 1970. Segundo estatísticas incompletas, arredor do 70 % do VAc producido polo método do etileno no mundo converteuse na corrente principal dos métodos de produción de VAc.
Actualmente, a tecnoloxía de produción de VAc máis avanzada do mundo é o proceso Leap de BP e o proceso Vantage de Celanese. En comparación co proceso tradicional de etileno en fase gasosa de leito fixo, estas dúas tecnoloxías de proceso melloraron significativamente o reactor e o catalizador no núcleo da unidade, aumentando a economía e a seguridade do funcionamento da unidade.
Celanese desenvolveu un novo proceso Vantage de leito fixo para abordar os problemas da distribución desigual do leito de catalizador e da baixa conversión unidireccional de etileno en reactores de leito fixo. O reactor empregado neste proceso segue sendo de leito fixo, pero realizáronse melloras significativas no sistema de catalizador e engadíronse dispositivos de recuperación de etileno no gas de cola, superando as deficiencias dos procesos tradicionais de leito fixo. O rendemento do produto acetato de vinilo é significativamente maior que o de dispositivos similares. O catalizador do proceso emprega platino como principal compoñente activo, xel de sílice como portador de catalizador, citrato de sodio como axente redutor e outros metais auxiliares como elementos de terras raras lantánidos como o praseodimio e o neodimio. En comparación cos catalizadores tradicionais, a selectividade, a actividade e o rendemento espazo-temporal do catalizador melloran.
BP Amoco desenvolveu un proceso de fase gasosa de etileno en leito fluidizado, tamén coñecido como proceso Leap Process, e construíu unha unidade de leito fluidizado de 250 kt/a en Hull, Inglaterra. O uso deste proceso para producir acetato de vinilo pode reducir o custo de produción nun 30 %, e o rendemento espacio-temporal do catalizador (1858-2744 g/(L · h-1)) é moito maior que o do proceso de leito fixo (700-1200 g/(L · h-1)).
O proceso LeapProcess emprega por primeira vez un reactor de leito fluidizado, que presenta as seguintes vantaxes en comparación cun reactor de leito fixo:
1) Nun reactor de leito fluidizado, o catalizador mestúrase de forma continua e uniforme, o que contribúe á difusión uniforme do promotor e garante unha concentración uniforme do promotor no reactor.
2) O reactor de leito fluidizado pode substituír continuamente o catalizador desactivado por catalizador fresco en condicións de funcionamento.
3) A temperatura de reacción do leito fluidizado é constante, o que minimiza a desactivación do catalizador debido ao sobrequecemento local, prolongando así a vida útil do catalizador.
4) O método de eliminación de calor empregado no reactor de leito fluidizado simplifica a estrutura do reactor e reduce o seu volume. Noutras palabras, pódese empregar un deseño de reactor único para instalacións químicas a grande escala, mellorando significativamente a eficiencia de escala do dispositivo.