Acetatul de vinil (VAc), cunoscut și sub numele de acetat de vinil sau acetat de vinil, este un lichid transparent incolor la temperatură și presiune normale, cu o formulă moleculară de C4H6O2 și o greutate moleculară relativă de 86,9. VAc, fiind una dintre cele mai utilizate materii prime organice industriale din lume, poate genera derivați precum rășina de acetat de polivinil (PVAc), alcoolul polivinilic (PVA) și poliacrilonitrilul (PAN) prin autopolimerizare sau copolimerizare cu alți monomeri. Acești derivați sunt utilizați pe scară largă în construcții, textile, utilaje, medicină și amelioratori de sol. Datorită dezvoltării rapide a industriei terminalelor din ultimii ani, producția de acetat de vinil a înregistrat o tendință de creștere an de an, producția totală de acetat de vinil ajungând la 1970kt în 2018. În prezent, datorită influenței materiilor prime și a proceselor, rutele de producție a acetatului de vinil includ în principal metoda acetilenei și metoda etilenei.
1. Procedeul cu acetilenă
În 1912, F. Klatte, un canadian, a descoperit pentru prima dată acetatul de vinil folosind exces de acetilenă și acid acetic sub presiune atmosferică, la temperaturi cuprinse între 60 și 100 ℃ și folosind săruri de mercur drept catalizatori. În 1921, compania germană CEI a dezvoltat o tehnologie pentru sinteza în fază de vapori a acetatului de vinil din acetilenă și acid acetic. De atunci, cercetătorii din diferite țări au optimizat continuu procesul și condițiile de sinteză a acetatului de vinil din acetilenă. În 1928, compania germană Hoechst a înființat o unitate de producție de acetat de vinil de 12 kt/an, realizând o producție industrializată la scară largă de acetat de vinil. Ecuația pentru producerea acetatului de vinil prin metoda acetilenei este următoarea:
Reacție principală:

Efecte secundare:

Metoda cu acetilenă este împărțită în metoda cu fază lichidă și metoda cu fază gazoasă.
Starea de fază reactantă a metodei cu acetilenă în fază lichidă este lichidă, iar reactorul este un rezervor de reacție cu un dispozitiv de agitare. Din cauza deficiențelor metodei cu fază lichidă, cum ar fi selectivitatea scăzută și numeroasele produse secundare, această metodă a fost înlocuită în prezent de metoda cu acetilenă în fază gazoasă.
Conform diferitelor surse de preparare a acetilenei gazoase, metoda acetilenei în fază gazoasă poate fi împărțită în metoda Borden cu acetilenă naturală și metoda Wacker cu acetilenă cu carbură.
Procedeul Borden utilizează acid acetic ca adsorbant, ceea ce îmbunătățește considerabil rata de utilizare a acetilenei. Cu toate acestea, această rută de proces este dificilă din punct de vedere tehnic și necesită costuri ridicate, astfel încât această metodă oferă un avantaj în zonele bogate în resurse de gaze naturale.
Procesul Wacker utilizează acetilenă și acid acetic produse din carbură de calciu ca materii prime, folosind un catalizator cu cărbune activ ca purtător și acetat de zinc ca ingredient activ, pentru a sintetiza VAc la presiune atmosferică și la o temperatură de reacție de 170~230 ℃. Tehnologia procesului este relativ simplă și are costuri de producție reduse, dar există deficiențe precum pierderea ușoară a componentelor active ale catalizatorului, stabilitatea slabă, consumul ridicat de energie și poluarea ridicată.
2. Procedeul de etilenă
Etilena, oxigenul și acidul acetic glacial sunt trei materii prime utilizate în procesul de sinteză a etilenei prin intermediul acetatului de vinil. Principalul component activ al catalizatorului este de obicei elementul metalic nobil din grupa a opta, care reacționează la o anumită temperatură și presiune de reacție. După procesarea ulterioară, se obține în final produsul țintă, acetatul de vinil. Ecuația reacției este următoarea:
Reacție principală:

Efecte secundare:

Procedeul în fază de vapori de etilenă a fost dezvoltat pentru prima dată de Bayer Corporation și a fost introdus în producție industrială pentru producerea de acetat de vinil în 1968. Liniile de producție au fost înființate la Hearst și Bayer Corporation în Germania și, respectiv, la National Distillers Corporation în Statele Unite. Se utilizează în principal paladiu sau aur încărcat pe suporturi rezistente la acid, cum ar fi perle de silicagel cu o rază de 4-5 mm, și adăugarea unei anumite cantități de acetat de potasiu, care poate îmbunătăți activitatea și selectivitatea catalizatorului. Procesul de sinteză a acetatului de vinil folosind metoda USI în fază de vapori de etilenă este similar cu metoda Bayer și este împărțit în două părți: sinteză și distilare. Procedeul USI a obținut aplicarea industrială în 1969. Componentele active ale catalizatorului sunt în principal paladiu și platină, iar agentul auxiliar este acetatul de potasiu, care este suportat pe un suport de alumină. Condițiile de reacție sunt relativ blânde, iar catalizatorul are o durată lungă de viață, dar randamentul spațiu-timp este scăzut. Comparativ cu metoda acetilenei, metoda cu etilenă în fază de vapori s-a îmbunătățit considerabil din punct de vedere tehnologic, iar catalizatorii utilizați în metoda etilenei s-au îmbunătățit continuu în ceea ce privește activitatea și selectivitatea. Cu toate acestea, cinetica reacției și mecanismul de dezactivare trebuie încă explorate.
Producerea acetatului de vinil folosind metoda etilenei utilizează un reactor tubular cu pat fix umplut cu catalizator. Gazul de alimentare intră în reactor pe partea superioară, iar atunci când intră în contact cu patul de catalizator, au loc reacții catalitice pentru a genera produsul țintă, acetat de vinil, și o cantitate mică de dioxid de carbon, produs secundar. Datorită naturii exoterme a reacției, apa sub presiune este introdusă în partea din carcasă a reactorului pentru a elimina căldura de reacție prin vaporizarea apei.
Comparativ cu metoda cu acetilenă, metoda cu etilenă are caracteristici precum o structură compactă a dispozitivului, un randament mare, un consum redus de energie și o poluare redusă, iar costul produsului este mai mic decât cel al metodei cu acetilenă. Calitatea produsului este superioară, iar situația coroziunii nu este gravă. Prin urmare, metoda cu etilenă a înlocuit treptat metoda cu acetilenă după anii 1970. Conform unor statistici incomplete, aproximativ 70% din VAc produs prin metoda etilenei în lume a devenit principala metodă de producție a VAc.
În prezent, cea mai avansată tehnologie de producție VAc din lume este procesul Leap de la BP și procesul Vantage de la Celanese. Comparativ cu procesul tradițional de etilenă în fază gazoasă cu pat fix, aceste două tehnologii de proces au îmbunătățit semnificativ reactorul și catalizatorul din centrul unității, sporind economia și siguranța funcționării unității.
Celanese a dezvoltat un nou proces Vantage cu pat fix pentru a aborda problemele legate de distribuția inegală a patului de catalizator și conversia unidirecțională scăzută a etilenei în reactoarele cu pat fix. Reactorul utilizat în acest proces este încă un pat fix, dar s-au adus îmbunătățiri semnificative sistemului de catalizator și au fost adăugate dispozitive de recuperare a etilenei în gazul de coadă, depășind deficiențele proceselor tradiționale cu pat fix. Randamentul produsului acetat de vinil este semnificativ mai mare decât cel al dispozitivelor similare. Catalizatorul procesului utilizează platina ca principal component activ, silicagel ca purtător de catalizator, citrat de sodiu ca agent reducător și alte metale auxiliare, cum ar fi elementele lantanide din pământuri rare, cum ar fi praseodim și neodim. Comparativ cu catalizatorii tradiționali, selectivitatea, activitatea și randamentul spațiu-timp al catalizatorului sunt îmbunătățite.
BP Amoco a dezvoltat un proces de etilenă în fază gazoasă cu pat fluidizat, cunoscut și sub numele de procesul Leap Process, și a construit o unitate cu pat fluidizat de 250 kt/an în Hull, Anglia. Utilizarea acestui proces pentru a produce acetat de vinil poate reduce costul de producție cu 30%, iar randamentul spațiu-timp al catalizatorului (1858-2744 g/(L · h-1)) este mult mai mare decât cel al procesului cu pat fix (700-1200 g/(L · h-1)).
Procesul LeapProcess utilizează pentru prima dată un reactor cu pat fluidizat, care prezintă următoarele avantaje în comparație cu un reactor cu pat fix:
1) Într-un reactor cu pat fluidizat, catalizatorul este amestecat continuu și uniform, contribuind astfel la difuzia uniformă a promotorului și asigurând o concentrație uniformă a promotorului în reactor.
2) Reactorul cu pat fluidizat poate înlocui continuu catalizatorul dezactivat cu catalizator proaspăt în condiții de funcționare.
3) Temperatura de reacție în patul fluidizat este constantă, reducând la minimum dezactivarea catalizatorului din cauza supraîncălzirii locale, prelungind astfel durata de viață a catalizatorului.
4) Metoda de eliminare a căldurii utilizată în reactorul cu pat fluidizat simplifică structura reactorului și îi reduce volumul. Cu alte cuvinte, un singur model de reactor poate fi utilizat pentru instalații chimice la scară largă, îmbunătățind semnificativ eficiența la scară a dispozitivului.