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.La VAc, como una de las materias primas orgánicas industriales más utilizadas en el mundo, puede generar derivados como la resina de acetato de polivinilo (PVAc), el alcohol polivinílico (PVA) y el poliacrilonitrilo (PAN) mediante autopolimerización o copolimerización con otros monómeros.Estos derivados se utilizan ampliamente en la construcción, textiles, maquinaria, medicina y enmiendas del suelo.Debido al rápido desarrollo de la industria de terminales en los últimos años, la producción de acetato de vinilo ha mostrado una tendencia de aumento año tras año, alcanzando la producción total de acetato de vinilo 1970kt en 2018. Actualmente, debido a la influencia de las materias primas y procesos, las rutas de producción de acetato de vinilo incluyen principalmente el método de acetileno y el método de etileno.
1, proceso de acetileno
En 1912, el canadiense F. Klatte descubrió por primera vez el acetato de vinilo utilizando un exceso de acetileno y ácido acético a presión atmosférica, a temperaturas que oscilaban entre 60 y 100 ℃, y utilizando sales de mercurio como catalizadores.En 1921, la empresa alemana CEI desarrolló una tecnología para la síntesis en fase de vapor de acetato de vinilo a partir de acetileno y ácido acético.Desde entonces, investigadores de varios países han optimizado continuamente el proceso y las condiciones para la síntesis de acetato de vinilo a partir de acetileno.En 1928, la Compañía Hoechst 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 mediante el método del acetileno es la siguiente:
Reacción principal:

Efectos secundarios:

El método del acetileno se divide en método en fase líquida y método en fase gaseosa.
El estado de la fase reactiva 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 en fase líquida, como la baja selectividad y muchos subproductos, este método ha sido reemplazado por el método en fase gaseosa de acetileno.
Según las diferentes fuentes de preparación de gas acetileno, el método de fase gaseosa de acetileno se puede dividir en método de Borden de acetileno de gas natural y método de Wacker de carburo de acetileno.
El proceso Borden utiliza ácido acético como adsorbente, lo que mejora enormemente 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 Wacker utiliza acetileno y ácido acético producidos a partir de carburo de calcio como materias primas, utilizando un catalizador con carbón activado como portador y acetato de zinc como componente activo, para sintetizar VAc bajo presión atmosférica y una temperatura de reacción de 170~230 ℃.La tecnología del proceso es relativamente simple y tiene bajos costos de producción, pero existen desventajas como la fácil pérdida de componentes activos del 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 suele ser el elemento de metal noble del octavo grupo, que reacciona a una determinada temperatura y presión de reacción.Después del procesamiento posterior, finalmente se obtiene el producto objetivo, acetato de vinilo.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. Se establecieron líneas de producción en Hearst y Bayer Corporation en Alemania y National Distillers Corporation en los Estados Unidos, respectivamente.Se trata principalmente de paladio u oro cargado sobre soportes resistentes a los ácidos, como perlas de gel de sílice con un radio de 4-5 mm, y la adición de una cierta cantidad de acetato de potasio, que puede mejorar la actividad y selectividad del catalizador.El proceso para la síntesis de acetato de vinilo mediante el método USI en fase vapor de etileno es similar al método Bayer y se divide en dos partes: síntesis y destilación.El proceso USI logró aplicación industrial en 1969. Los componentes activos del catalizador son principalmente paladio y platino, y el agente auxiliar es acetato de potasio, que está soportado sobre un soporte de alúmina.Las condiciones de reacción son relativamente suaves y el catalizador tiene una larga vida útil, pero el rendimiento espacio-tiempo es bajo.En comparación con el método del acetileno, el método en fase de vapor de etileno ha mejorado enormemente en tecnología y los catalizadores utilizados en el método de etileno han mejorado continuamente en actividad y selectividad.Sin embargo, aún es necesario explorar la cinética de reacción y el mecanismo de desactivación.
La producción de acetato de vinilo mediante el método del etileno utiliza un reactor tubular de lecho fijo lleno de catalizador.El gas de alimentación ingresa al reactor desde la parte superior y, cuando entra en contacto con el lecho del catalizador, se producen reacciones catalíticas para generar el producto objetivo acetato de vinilo y una pequeña cantidad de dióxido de carbono como subproducto.Debido a la naturaleza exotérmica de la reacción, se introduce agua a presión en el lado de la carcasa del reactor para eliminar el calor de la reacción mediante la vaporización del agua.
En comparación con el método del acetileno, el método del etileno tiene las características de una estructura de dispositivo compacta, gran rendimiento, bajo consumo de energía y baja contaminación, y el costo del producto es menor que el del método del acetileno.La calidad del producto es superior y la situación de corrosión no es grave.Por lo tanto, el método del etileno reemplazó gradualmente al método del acetileno después de la década de 1970.Según estadísticas incompletas, alrededor del 70% del VAc producido mediante el método del 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 Leap Process de BP y el Vantage Process de Celanese.En comparación con el proceso tradicional de etileno en fase gaseosa de 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 Vantage de lecho fijo para abordar los problemas de la distribución desigual del lecho del catalizador y la baja conversión unidireccional de etileno 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 catalítico y se han agregado dispositivos de recuperación de etileno en el gas de cola, superando las deficiencias de los procesos tradicionales de lecho fijo.El rendimiento del producto acetato de vinilo es significativamente mayor que el de dispositivos similares.El catalizador del proceso utiliza platino como componente activo principal, gel de sílice como portador del catalizador, citrato de sodio como agente reductor y otros metales auxiliares, como lantánidos, elementos de tierras raras como el praseodimio y el neodimio.En comparación con los catalizadores tradicionales, se mejoran la selectividad, la actividad y el rendimiento espacio-temporal del catalizador.
BP Amoco ha desarrollado un proceso de lecho fluidizado en fase gaseosa de etileno, también conocido como proceso Leap Process, y ha construido una unidad de lecho fluidizado 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 espacio-temporal del catalizador (1858-2744 g/(L · h-1)) es mucho mayor que el del proceso de lecho fijo (700 -1200 g/(L·h-1)).
El proceso LeapProcess utiliza por primera vez un reactor de lecho fluidizado, 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 forma continua y uniforme, contribuyendo así a la difusión uniforme del promotor y asegurando una concentración uniforme del promotor en el reactor.
2) El reactor de lecho fluidizado puede reemplazar continuamente el catalizador desactivado con catalizador nuevo en condiciones operativas.
3) La temperatura de reacción del lecho fluidizado es constante, lo que minimiza 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 diseño de reactor único para instalaciones químicas a gran escala, mejorando significativamente la eficiencia de escala del dispositivo.