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 mellora do solo.Debido ao rápido desenvolvemento da industria terminal nos últimos anos, a produción de acetato de vinilo mostrou unha tendencia de aumento ano tras ano, coa produción total de acetato de vinilo alcanzando os 1970kt en 2018. Actualmente, debido á influencia das materias primas e procesos, as rutas de produción de acetato de vinilo inclúen principalmente método de acetileno e método de etileno.
1, Proceso de acetileno
En 1912, F. Klatte, un canadense, descubriu por primeira vez o acetato de vinilo usando exceso de acetileno e ácido acético a presión atmosférica, a temperaturas que oscilan entre 60 e 100 ℃, e utilizando 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, Hoechst Company of Germany estableceu unha unidade de produción de acetato de vinilo de 12 kt/a, realizando unha produción industrializada a gran escala de acetato de vinilo.A ecuación para producir acetato de vinilo polo método do acetileno é a seguinte:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

O método de acetileno divídese en método de fase líquida e método de fase gaseosa.
O estado de fase reactiva do método de fase líquida de acetileno é líquido e o reactor é un tanque de reacción cun dispositivo de axitación.Debido ás deficiencias do método en fase líquida, como a baixa selectividade e moitos subprodutos, este método foi substituído polo método en fase gas acetileno na actualidade.
Segundo as diferentes fontes de preparación de gas acetileno, o método da fase gaseosa de acetileno pódese dividir en método Borden de acetileno de gas natural e método Wacker de acetileno de carburo.
O proceso Borden usa ácido acético como adsorbente, o que mellora moito a taxa de utilización do acetileno.Non obstante, esta vía do proceso é tecnicamente difícil e require uns custos elevados, polo que este método ocupa unha vantaxe nas 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, utilizando un catalizador con carbón activado como portador e acetato de cinc como compoñente activo, para sintetizar VAc a presión atmosférica e temperatura de reacción de 170 ~ 230 ℃.A tecnoloxía do proceso é relativamente sinxela e ten uns custos de produción baixos, pero hai deficiencias como a fácil perda de compoñentes activos do catalizador, unha escasa estabilidade, un alto consumo de enerxía e unha 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 elemento de metal nobre do oitavo grupo, que reacciona a unha determinada temperatura e presión de reacción.Despois do procesamento posterior, finalmente obtense o produto obxectivo acetato de vinilo.A ecuación da 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 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, que pode mellorar a actividade e selectividade do catalizador.O proceso para a síntese de acetato de vinilo mediante o método USI en fase de vapor de etileno é semellante ao método Bayer, e divídese en dúas partes: síntese e destilación.O proceso USI alcanzou a súa 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 apoia nun soporte 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 da fase de vapor de etileno mellorou moito na tecnoloxía e os catalizadores utilizados no método do etileno melloraron continuamente en actividade e 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 do etileno utiliza un reactor de leito fixo tubular cheo de catalizador.O gas de alimentación entra no reactor desde a parte superior e, cando entra en contacto co leito do catalizador, prodúcense reaccións catalíticas para xerar o produto obxectivo acetato de vinilo e unha pequena cantidade de dióxido de carbono subproduto.Debido á natureza exotérmica da reacción, introdúcese auga a presión no lado da capa 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 de estrutura compacta do dispositivo, gran produción, baixo consumo de enerxía e baixa contaminación, e o seu custo do 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 do etileno substituíu gradualmente o método do acetileno despois da década de 1970.Segundo estatísticas incompletas, preto do 70% do VAc producido polo método de 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 Leap Process de BP e o Vantage Process de Celanese.En comparación co proceso tradicional de etileno en fase gaseosa de leito fixo, 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 Vantage de leito fixo para resolver os problemas da distribución irregular do leito de catalizador e a conversión unidireccional de baixo contido de etileno nos reactores de leito fixo.O reactor empregado neste proceso segue sendo un leito fixo, pero realizáronse importantes melloras no sistema 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 de proceso usa platino como compoñente activo principal, xel de sílice como portador do catalizador, citrato de sodio como axente redutor e outros metais auxiliares como elementos de terras raras de lantánidos como praseodimio e neodimio.En comparación cos catalizadores tradicionais, a selectividade, a actividade e o rendemento espazo-temporal do catalizador mellóranse.
BP Amoco desenvolveu un proceso en fase gaseosa de etileno de leito fluído, tamén coñecido como proceso de Leap Process, e construíu unha unidade de leito fluidizado de 250 kt/a en Hull, Inglaterra.Usar este proceso para producir acetato de vinilo pode reducir o custo de produción nun 30%, e o rendemento espazo-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 utiliza por primeira vez un reactor de leito fluído, 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, contribuíndo así á difusión uniforme do promotor e garantindo unha concentración uniforme do promotor no reactor.
2) O reactor de leito fluído pode substituír continuamente o catalizador desactivado por un catalizador novo en condicións de funcionamento.
3) A temperatura de reacción do leito fluído é constante, minimizando a desactivación do catalizador debido ao sobrequecemento local, prolongando así a vida útil do catalizador.
4) O método de eliminación de calor utilizado no reactor de leito fluído simplifica a estrutura do reactor e reduce o seu volume.Noutras palabras, pódese utilizar un único deseño de reactor para instalacións químicas a gran escala, mellorando significativamente a eficiencia de escala do dispositivo.