Acetatul de vinil (VAc), cunoscut și sub denumirea 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, ca 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 poliacrilonitril (PAN) prin autopolimerizare sau copolimerizare cu alți monomeri.Acești derivați sunt utilizați pe scară largă în construcții, textile, mașini, medicină și amelioratori de sol.Datorită dezvoltării rapide a industriei terminale în ultimii ani, producția de acetat de vinil a prezentat 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 procesele, căile de producție a acetatului de vinil includ în principal metoda acetilenei și metoda etilenei.
1, Procesul de acetilenă
În 1912, F. Klatte, un canadian, a descoperit pentru prima dată acetatul de vinil folosind excesul de acetilenă și acid acetic la presiunea atmosferică, la temperaturi cuprinse între 60 și 100 ℃ și folosind săruri de mercur ca 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 diverse țări au optimizat continuu procesul și condițiile pentru sinteza acetatului de vinil din acetilenă.În 1928, Compania Hoechst din Germania a înființat o unitate de producție de acetat de vinil de 12 kt/a, realizând producția industrializată la scară largă de acetat de vinil.Ecuația pentru producerea acetatului de vinil prin metoda acetilenei este următoarea:
Reacția principală:

Efecte secundare:

Metoda acetilenei este împărțită în metoda fază lichidă și metoda fază gazoasă.
Starea de fază reactantă a metodei de fază lichidă cu acetilenă este lichidă, iar reactorul este un rezervor de reacție cu un dispozitiv de agitare.Datorită deficiențelor metodei în fază lichidă, cum ar fi selectivitatea scăzută și multe produse secundare, această metodă a fost înlocuită în prezent cu metoda în fază gazoasă cu acetilenă.
În funcție de diferitele surse de preparare a acetilenei, metoda fază gazoasă a acetilenei poate fi împărțită în metoda Borden cu acetilenă din gaz natural și metoda Wacker cu acetilenă cu carbură.
Procesul Borden folosește acid acetic ca adsorbant, ceea ce îmbunătățește foarte mult rata de utilizare a acetilenei.Cu toate acestea, acest traseu de proces este dificil din punct de vedere tehnic și necesită costuri ridicate, astfel încât această metodă ocupă un avantaj în zonele bogate în resurse de gaze naturale.
Procesul Wacker utilizează acetilena și acidul acetic produse din carbură de calciu ca materii prime, folosind un catalizator cu cărbune activat ca purtător și acetat de zinc ca componentă activă, 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 scăzute, dar există deficiențe precum pierderea ușoară a componentelor active din catalizator, stabilitate slabă, consum mare de energie și poluare mare.
2, proces de etilenă
Etilena, oxigenul și acidul acetic glacial sunt trei materii prime utilizate în procesul de sinteza a etilenei acetatului de vinil.Componenta activă principală a catalizatorului este de obicei elementul de metal nobil din grupa a opta, care reacţionează la o anumită temperatură de reacţie şi presiune.După prelucrarea ulterioară, produsul țintă acetat de vinil este în final obținut.Ecuația reacției este următoarea:
Reacția principală:

Efecte secundare:

Procesul în fază de vapori de etilenă a fost dezvoltat pentru prima dată de Bayer Corporation și a fost pus în producție industrială pentru producția de acetat de vinil în 1968. Liniile de producție au fost stabilite în Hearst și Bayer Corporation în Germania și, respectiv, National Distillers Corporation în Statele Unite.Este în principal paladiu sau aur încărcat pe suporturi rezistente la acizi, cum ar fi margele 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 pentru sinteza acetatului de vinil folosind metoda USI în faza de vapori de etilenă este similar cu metoda Bayer și este împărțit în două părți: sinteza și distilare.Procesul USI a atins aplicarea industrială în 1969. Componentele active ale catalizatorului sunt în principal paladiu și platină, iar agentul auxiliar este acetatul de potasiu, care este susținut pe un purtător de alumină.Condițiile de reacție sunt relativ blânde și catalizatorul are o durată de viață lungă, dar randamentul spațiu-timp este scăzut.În comparație cu metoda acetilenei, metoda în fază de vapori de etilenă s-a îmbunătățit foarte mult în tehnologie, iar catalizatorii utilizați în metoda etilenei s-au îmbunătățit continuu ca activitate și selectivitate.Cu toate acestea, cinetica reacției și mecanismul de dezactivare trebuie încă explorate.
Producerea acetatului de vinil prin metoda etilenei folosește un reactor tubular cu pat fix umplut cu catalizator.Gazul de alimentare intră în reactor de sus, 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 de produs secundar.Datorită naturii exoterme a reacției, apa sub presiune este introdusă în partea de carcasă a reactorului pentru a îndepărta căldura de reacție prin utilizarea vaporizării apei.
În comparație cu metoda acetilenei, metoda etilenei are caracteristicile structurii dispozitivului compact, putere mare, consum redus de energie și poluare scăzută, iar costul produsului este mai mic decât cel al metodei acetilenei.Calitatea produsului este superioară, iar situația de coroziune nu este gravă.Prin urmare, metoda etilenei a înlocuit treptat metoda acetilenei după anii 1970.Conform unor statistici incomplete, aproximativ 70% din VAc produs prin metoda etilenei în lume a devenit curentul principal al metodelor 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.În comparație 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, îmbunătățind economia și siguranța funcționării unității.
Celanese a dezvoltat un nou proces Vantage cu pat fix pentru a aborda problemele distribuției neuniforme ale patului catalizatorului și conversiei unidirecționale cu etilenă scăzută în reactoarele cu pat fix.Reactorul folosit în acest proces este încă un pat fix, dar s-au adus îmbunătățiri semnificative sistemului catalizator, iar în gazul rezidual au fost adăugate dispozitive de recuperare a etilenei, depășind deficiențele proceselor tradiționale cu pat fix.Randamentul produsului acetat de vinil este semnificativ mai mare decât cel al dispozitivelor similare.Catalizatorul de proces folosește platina ca componentă activă principală, gel de silice ca purtător de catalizator, citrat de sodiu ca agent reducător și alte metale auxiliare, cum ar fi elementele de pământuri rare lantanide, cum ar fi praseodimiul și neodimul.Comparativ cu catalizatorii tradiționali, selectivitatea, activitatea și randamentul spațiu-timp al catalizatorului sunt îmbunătățite.
BP Amoco a dezvoltat un proces în fază gazoasă de etilenă în pat fluidizat, cunoscut și sub numele de procesul Leap Process, și a construit o unitate cu pat fluidizat de 250 kt/a 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 folosește pentru prima dată un reactor cu pat fluidizat, care are 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 a patului fluidizat este constantă, minimizând dezactivarea catalizatorului din cauza supraîncălzirii locale, prelungind astfel durata de viață a catalizatorului.
4) Metoda de îndepărtare a căldurii utilizată în reactorul cu pat fluidizat simplifică structura reactorului și îi reduce volumul.Cu alte cuvinte, un singur design de reactor poate fi utilizat pentru instalații chimice la scară largă, îmbunătățind semnificativ eficiența la scară a dispozitivului.