O acetato de vinilo (VAC), tamén coñecido como acetato de vinilo ou acetato de vinilo, é un líquido transparente incoloro a temperatura e presión normal, cunha fórmula molecular de C4H6O2 e un peso molecular relativo de 86,9. VAC, como unha das materias primas orgánicas industriais máis utilizadas do mundo, pode xerar derivados como resina de acetato de polivinilo (PVAC), alcohol polivinílico (PVA) e poliacrilonitrilo (PAN) mediante auto polimerización ou copolimerización con outros monómeros. Estes derivados son amplamente empregados en construción, téxtiles, maquinaria, medicina e improvisadores do solo. Debido ao rápido desenvolvemento da industria terminal nos últimos anos, a produción de acetato de vinilo demostrou unha tendencia de ano a ano cada vez Os procesos, as rutas de produción de acetato de vinilo inclúen principalmente o método de acetileno e o método de etileno.
1 、 proceso de acetileno
En 1912, F. Klatte, un canadense, descubriu por primeira vez acetato de vinilo usando exceso de acetileno e ácido acético a presión atmosférica, a temperaturas que oscilan entre os 60 e os 100 ℃, e usando sales de mercurio como catalizadores. En 1921, a compañía 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, Hoechst Company de Alemaña estableceu unha unidade de produción de acetato de vinilo de 12 kT/unha, realizando unha produción industrializada a gran escala de acetato de vinilo. A ecuación para producir acetato de vinilo mediante o método de acetileno é a seguinte:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

O método de acetileno divídese en método de fase líquida e método de fase gasosa.
O estado de fase reactante do método de fase líquida de acetileno é líquido e o reactor é un tanque de reacción cun dispositivo de axitación. Debido ás carencias do método de fase líquida como a baixa selectividade e moitos subprodutos, este método foi substituído polo método de fase gasosa de acetileno na actualidade.
Segundo as distintas fontes de preparación de gases de acetileno, o método en fase de gas de acetileno pódese dividir no método de borden de acetileno de gas natural e o método de wacker de acetileno de carburo.
O proceso Borden usa o ácido acético como un adsorbente, o que mellora moito a taxa de utilización de acetileno. Non obstante, esta ruta do proceso é tecnicamente difícil e require custos elevados, polo que este método ocupa unha vantaxe en áreas ricas en recursos de gas natural.
O proceso Wacker utiliza acetileno e ácido acético producido a partir de carburo de calcio como materias primas, empregando un catalizador con carbono activado como portador e acetato de cinc como compoñente activo, para sintetizar VAC baixo presión atmosférica e temperatura de reacción de 170 ~ 230 ℃. A tecnoloxía de proceso é relativamente sinxela e ten baixos custos de produción, pero hai carencias como a fácil perda de compoñentes activos do catalizador, mala estabilidade, alto consumo de enerxía e gran contaminación.
2 、 proceso de etileno
O etileno, o osíxeno e o ácido acético glacial son tres materias primas utilizadas na síntese de etileno do proceso de acetato de vinilo. O principal compoñente activo do catalizador é normalmente o oitavo elemento nobre metal, que se reacciona a unha determinada temperatura e presión de reacción. Despois do posterior procesamento, obtense finalmente o acetato de vinilo do produto obxectivo. A ecuación de reacción é a seguinte:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

O proceso de fase de vapor de etileno foi desenvolvido por primeira vez por Bayer Corporation e foi posto 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. É principalmente paladio ou ouro cargado de soportes resistentes ao ácido, como contas 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 acadou a aplicación industrial en 1969. Os compoñentes activos do catalizador son principalmente palladio e platino, e o axente auxiliar é o acetato de potasio, que é apoiado nun transportista de alúmina. As condicións de reacción son relativamente leves e o catalizador ten unha longa vida útil, pero o rendemento espazo-tempo é baixo. En comparación co método de acetileno, o método de fase de vapor de etileno mellorou moito na tecnoloxía e os catalizadores empregados no método de etileno melloraron continuamente na actividade e a selectividade. Non obstante, aínda hai que explorar a cinética de reacción e o mecanismo de desactivación.
A produción de acetato de vinilo mediante o método de etileno usa un reactor de cama fixa tubular cheo de catalizador. O gas de alimentación entra no reactor desde a parte superior e, cando contacte co leito do catalizador, prodúcense reaccións catalíticas para xerar o acetato de vinilo do produto obxectivo e unha pequena cantidade de dióxido de carbono subproduto. Debido á natureza exotérmica da reacción, introdúcese auga presurizada no lado da cuncha do reactor para eliminar a calor da reacción mediante a vaporización da auga.
En comparación co método de acetileno, o método de etileno ten as características da estrutura do dispositivo compacto, a gran saída, o baixo consumo de enerxía e a baixa contaminación e o custo do seu produto é inferior ao do método de acetileno. A calidade do produto é superior e a situación de corrosión non é grave. Polo tanto, o método de etileno substituíu gradualmente o método de acetileno despois dos anos 70. Segundo as estatísticas incompletas, preto do 70% do VAC producido polo método de etileno no mundo converteuse no mainstream 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 de Vantage de Celanese. En comparación co proceso tradicional de etileno en fase gasosa de cama fixa, estas dúas tecnoloxías de proceso melloraron significativamente o reactor e o catalizador no núcleo da unidade, mellorando a economía e a seguridade do funcionamento da unidade.
Celanese desenvolveu un novo proceso de vantaxe de cama fixa para resolver os problemas da distribución desigual de camas de catalizador e baixa conversión unidireccional en reactores de cama fixa. O reactor usado neste proceso segue sendo unha cama fixa, pero fixéronse melloras significativas no sistema catalizador e engadíronse dispositivos de recuperación de etileno no gas da cola, superando as carencias dos procesos tradicionais de cama fixa. O rendemento do acetato de vinilo do produto é significativamente maior que o de dispositivos similares. O catalizador do proceso usa o platino como o principal compoñente activo, o xel de sílice como portador de catalizadores, o citrato de sodio como axente reductor e outros metais auxiliares como elementos de terra rara lantánida como o praseodimio e o neodimio. En comparación cos catalizadores tradicionais, melloran a selectividade, a actividade e o rendemento do espazo-tempo do catalizador.
BP Amoco desenvolveu un proceso de fase de gasolina fluído de etileno, tamén coñecido como proceso de salto, e construíu unha unidade de cama fluidizada de 250 kT/unha fluidizada en Hull, Inglaterra. Usar este proceso para producir acetato de vinilo pode reducir o custo de produción nun 30%, e o rendemento de tempo espacial do catalizador (1858-2744 g/(L · H-1)) é moi superior ao do proceso de cama fixa (700 (700 -1200 g/(l · h-1)).
O proceso de LeaPRocess usa por primeira vez un reactor de cama fluidizada, que ten as seguintes vantaxes en comparación cun reactor de cama fixa:
1) Nun reactor de cama fluída, o catalizador é mesturado continuamente e uniformemente, contribuíndo así á difusión uniforme do promotor e garantindo unha concentración uniforme do promotor no reactor.
2) O reactor de cama fluída pode substituír continuamente o catalizador desactivado por catalizador fresco en condicións de funcionamento.
3) A temperatura de reacción do leito fluidizado é constante, minimizando a desactivación do catalizador debido ao sobrecalentamento local, estendendo así a vida útil do catalizador.
4) O método de eliminación de calor usado no reactor de cama fluída simplifica a estrutura do reactor e reduce o seu volume. Noutras palabras, pódese usar un único deseño de reactor para instalacións químicas a gran escala, mellorando significativamente a eficiencia da escala do dispositivo.