El acetato de vinilo (VAC), también conocido como acetato de vinilo o acetato de vinilo, es un líquido transparente incoloro a temperatura y presión normales, con una fórmula molecular de C4H6O2 y un peso molecular relativo de 86.9. VAC, como una de las materias primas orgánicas industriales más utilizadas del mundo, puede generar derivados como la resina de acetato de polivinilo (PVAC), alcohol polivinílico (PVA) y poliacrilonitrilo (PAN) a través de la auto polimerización o copolimerización con otros monómeros. Estos derivados son ampliamente utilizados en construcción, textiles, maquinaria, medicina y mejoradores del suelo. Debido al rápido desarrollo de la industria terminal en los últimos años, la producción de acetato de vinilo ha demostrado una tendencia de aumento de año por año, con la producción total de acetato de vinilo que alcanza 1970kt en 2018. Actualmente, debido a la influencia de las materias primas y Los procesos, las rutas de producción del acetato de vinilo incluyen principalmente el método de acetileno y el método de etileno.
1 、 Proceso de acetileno
En 1912, F. Klatte, un acetato de vinilo canadiense, primero descubierto con exceso de acetileno y ácido acético bajo presión atmosférica, a temperaturas que varían de 60 a 100 ℃, y usando sales de mercurio como catalizadores. En 1921, la compañía alemana CEI desarrolló una tecnología para la síntesis de fase de vapor de acetato de vinilo a partir de acetileno y ácido acético. Desde entonces, los investigadores de varios países han optimizado continuamente el proceso y las condiciones para la síntesis de acetato de vinilo del acetileno. En 1928, Hoechst Company de Alemania estableció una unidad de producción de acetato de vinilo de 12 kt/A, realizando una producción industrializada a gran escala de acetato de vinilo. La ecuación para producir acetato de vinilo por el método de acetileno es la siguiente:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

El método de acetileno se divide en el método de fase líquida y el método de fase gaseosa.
El estado de fase reactivo del método de fase líquida de acetileno es líquido, y el reactor es un tanque de reacción con un dispositivo de agitación. Debido a las deficiencias del método de fase líquida, como la baja selectividad y muchos subproductos, este método ha sido reemplazado por el método de fase gaseosa de acetileno en la actualidad.
Según las diferentes fuentes de preparación de gas de acetileno, el método de fase gaseosa de acetileno se puede dividir en el método de acetileno borden de gas natural y el método de backer de acetileno de carburo.
El proceso de Borden utiliza el ácido acético como adsorbente, lo que mejora en gran medida la tasa de utilización del acetileno. Sin embargo, esta ruta de proceso es técnicamente difícil y requiere altos costos, por lo que este método ocupa una ventaja en áreas ricas en recursos de gas natural.
El proceso de backer utiliza acetileno y ácido acético producido a partir del carburo de calcio como materias primas, utilizando un catalizador con carbono activado como portador y acetato de zinc como componente activo, para sintetizar VAC bajo presión atmosférica y temperatura de reacción de 170 ~ 230 ℃. La tecnología de proceso es relativamente simple y tiene bajos costos de producción, pero hay deficiencias, como la fácil pérdida de componentes activos de catalizador, poca estabilidad, alto consumo de energía y gran contaminación.
2 、 Proceso de etileno
El etileno, el oxígeno y el ácido acético glacial son tres materias primas utilizadas en la síntesis de etileno del proceso de acetato de vinilo. El principal componente activo del catalizador es típicamente el octavo elemento metálico noble de grupo, que se reacciona a una cierta temperatura y presión de reacción. Después del procesamiento posterior, el acetato de vinilo del producto objetivo finalmente se obtiene. La ecuación de reacción es la siguiente:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

El proceso de fase de vapor de etileno fue desarrollado por primera vez por Bayer Corporation y se puso en producción industrial para la producción de acetato de vinilo en 1968. Las líneas de producción se establecieron en Hearst y Bayer Corporation en Alemania y National Distillers Corporation en los Estados Unidos, respectivamente. Está principalmente cargado de paladio o oro en soportes resistentes al ácido, como cuentas de gel de sílice con un radio de 4-5 mm, y la adición de una cierta cantidad de acetato de potasio, lo que puede mejorar la actividad y la selectividad del catalizador. El proceso para la síntesis de acetato de vinilo utilizando el método de fase de vapor de etileno USI es similar al método Bayer, y se divide en dos partes: síntesis y destilación. El proceso USI logró la aplicación industrial en 1969. Los componentes activos del catalizador son principalmente paladio y platino, y el agente auxiliar es acetato de potasio, que se admite en un portador de alúmina. Las condiciones de reacción son relativamente suaves y el catalizador tiene una larga vida útil, pero el rendimiento del espacio-tiempo es bajo. En comparación con el método de acetileno, el método de fase de vapor de etileno ha mejorado mucho en tecnología, y los catalizadores utilizados en el método de etileno han mejorado continuamente en actividad y selectividad. Sin embargo, la cinética de reacción y el mecanismo de desactivación aún deben explorarse.
La producción de acetato de vinilo utilizando el método de etileno utiliza un reactor de lecho fijo tubular lleno de catalizador. El gas de alimentación ingresa al reactor desde la parte superior, y cuando se pone en contacto con el lecho del catalizador, se producen reacciones catalíticas para generar el acetato de vinilo del producto objetivo y una pequeña cantidad de dióxido de carbono de subproducto. Debido a la naturaleza exotérmica de la reacción, el agua presurizada se introduce en el lado de la carcasa del reactor para eliminar el calor de reacción utilizando la vaporización del agua.
En comparación con el método de acetileno, el método de etileno tiene las características de la estructura del dispositivo compacto, la gran producción, el bajo consumo de energía y la baja contaminación, y el costo de su producto es más bajo que el del método de acetileno. La calidad del producto es superior y la situación de corrosión no es grave. Por lo tanto, el método de etileno reemplazó gradualmente el método de acetileno después de la década de 1970. Según las estadísticas incompletas, aproximadamente el 70% del VAC producido por el método de etileno en el mundo se ha convertido en la corriente principal de los métodos de producción de VAC.
Actualmente, la tecnología de producción de VAC más avanzada del mundo es el proceso LEAP de BP y el proceso de vista de Celanese. En comparación con el proceso tradicional de etileno de fase gaseosa del lecho fijo, estas dos tecnologías de proceso han mejorado significativamente el reactor y el catalizador en el núcleo de la unidad, mejorando la economía y la seguridad de la operación de la unidad.
Celanese ha desarrollado un nuevo proceso de ventaja de lecho fijo para abordar los problemas de distribución de lecho de catalizador desigual y baja conversión de etileno unidireccional en reactores de lecho fijo. El reactor utilizado en este proceso sigue siendo un lecho fijo, pero se han realizado mejoras significativas en el sistema de catalizador, y se han agregado dispositivos de recuperación de etileno en el gas de la cola, superando las deficiencias de los procesos de lecho fijo tradicionales. El rendimiento del acetato de vinilo del producto es significativamente mayor que el de dispositivos similares. El catalizador del proceso utiliza el platino como el componente activo principal, el gel de sílice como portador del catalizador, citrato de sodio como agente reductor y otros metales auxiliares, como elementos de tierras raras de lantanidas, como praseodimio y neodedad. En comparación con los catalizadores tradicionales, la selectividad, la actividad y el rendimiento del espacio-tiempo del catalizador se mejoran.
BP AMOCO ha desarrollado un proceso de fase gaseosa de etileno de lecho fluidizado, también conocido como el proceso de proceso LEAP, y ha construido una unidad de cama fluidizada de 250 kt/A en Hull, Inglaterra. El uso de este proceso para producir acetato de vinilo puede reducir el costo de producción en un 30%, y el rendimiento del tiempo espacial del catalizador (1858-2744 g/(l · h-1)) es mucho más alto que el del proceso de lecho fijo (700 -1200 g/(l · h-1)).
El proceso de lepaprocess utiliza un reactor de lecho fluidizado por primera vez, que tiene las siguientes ventajas en comparación con un reactor de lecho fijo:
1) En un reactor de lecho fluidizado, el catalizador se mezcla de manera continua y uniforme, contribuyendo así a la difusión uniforme del promotor y garantizando una concentración uniforme del promotor en el reactor.
2) El reactor de lecho fluidizado puede reemplazar continuamente el catalizador desactivado con un catalizador fresco en condiciones de funcionamiento.
3) La temperatura de reacción del lecho fluidizado es constante, minimizando la desactivación del catalizador debido al sobrecalentamiento local, extendiendo así la vida útil del catalizador.
4) El método de eliminación de calor utilizado en el reactor de lecho fluidizado simplifica la estructura del reactor y reduce su volumen. En otras palabras, se puede utilizar un solo diseño de reactor para instalaciones químicas a gran escala, mejorando significativamente la eficiencia de escala del dispositivo.