Vinylacetat (VAc), også kendt som vinylacetat eller vinylacetat, er en farveløs gennemsigtig væske ved normal temperatur og tryk, med en molekylær formel på C4H6O2 og en relativ molekylvægt på 86,9.VAc, som et af de mest udbredte industrielle organiske råmaterialer i verden, kan generere derivater såsom polyvinylacetatharpiks (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) og polyacrylonitril (PAN) gennem selvpolymerisation eller copolymerisation med andre monomerer.Disse derivater er meget udbredt i byggeri, tekstiler, maskiner, medicin og jordforbedringsmidler.På grund af den hurtige udvikling af terminalindustrien i de senere år har produktionen af ​​vinylacetat vist en tendens til at stige år for år, hvor den samlede produktion af vinylacetat nåede 1970kt i 2018. I øjeblikket, på grund af indflydelsen fra råmaterialer og processer omfatter produktionsvejene for vinylacetat hovedsageligt acetylenmetoden og ethylenmetoden.
1, Acetylen proces
I 1912 opdagede F. Klatte, en canadier, først vinylacetat ved at bruge overskydende acetylen og eddikesyre under atmosfærisk tryk, ved temperaturer fra 60 til 100 ℃, og ved at bruge kviksølvsalte som katalysatorer.I 1921 udviklede German CEI Company en teknologi til dampfasesyntese af vinylacetat fra acetylen og eddikesyre.Siden da har forskere fra forskellige lande løbende optimeret processen og betingelserne for syntesen af ​​vinylacetat fra acetylen.I 1928 etablerede Hoechst Company i Tyskland en 12 kt/a vinylacetatproduktionsenhed, der realiserede industrialiseret storskalaproduktion af vinylacetat.Ligningen for fremstilling af vinylacetat ved acetylenmetoden er som følger:
Hovedreaktion:

Bivirkninger:

Acetylenmetoden er opdelt i væskefasemetoden og gasfasemetoden.
Reaktantfasetilstanden for acetylen-væskefasemetoden er flydende, og reaktoren er en reaktionstank med en omrøringsanordning.På grund af manglerne ved væskefasemetoden, såsom lav selektivitet og mange biprodukter, er denne metode blevet erstattet af acetylengasfasemetoden på nuværende tidspunkt.
Ifølge de forskellige kilder til fremstilling af acetylengas kan acetylengasfasemetoden opdeles i naturgasacetylen-Borden-metoden og carbidacetylen-Wacker-metoden.
Borden-processen bruger eddikesyre som adsorbent, hvilket i høj grad forbedrer udnyttelsesgraden af ​​acetylen.Denne procesvej er imidlertid teknisk vanskelig og kræver høje omkostninger, så denne metode indtager en fordel i områder rige på naturgasressourcer.
Wacker-processen anvender acetylen og eddikesyre fremstillet af calciumcarbid som råmaterialer, ved hjælp af en katalysator med aktivt kul som bærer og zinkacetat som aktiv komponent, til at syntetisere VAc under atmosfærisk tryk og reaktionstemperatur på 170~230 ℃.Procesteknologien er relativt enkel og har lave produktionsomkostninger, men der er mangler, såsom let tab af katalysatoraktive komponenter, dårlig stabilitet, højt energiforbrug og stor forurening.
2、 Ethylenproces
Ethylen, oxygen og iseddike er tre råmaterialer, der bruges i ethylensyntesen af ​​vinylacetatprocessen.Katalysatorens hovedaktive bestanddel er typisk det ottende gruppe ædelmetalelement, som reageres ved en bestemt reaktionstemperatur og -tryk.Efter efterfølgende forarbejdning opnås endelig målproduktet vinylacetat.Reaktionsligningen er som følger:
Hovedreaktion:

Bivirkninger:

Ethylendampfaseprocessen blev først udviklet af Bayer Corporation og blev sat i industriel produktion til produktion af vinylacetat i 1968. Produktionslinjer blev etableret i henholdsvis Hearst og Bayer Corporation i Tyskland og National Distillers Corporation i USA.Det er hovedsageligt palladium eller guld fyldt på syrefaste understøtninger, såsom silicagelperler med en radius på 4-5 mm, og tilsætning af en vis mængde kaliumacetat, som kan forbedre katalysatorens aktivitet og selektivitet.Processen til syntese af vinylacetat ved hjælp af ethylendampfase USI-metoden ligner Bayer-metoden og er opdelt i to dele: syntese og destillation.USI-processen opnåede industriel anvendelse i 1969. De aktive komponenter i katalysatoren er hovedsageligt palladium og platin, og hjælpemidlet er kaliumacetat, som er understøttet på en aluminiumoxidbærer.Reaktionsbetingelserne er relativt milde, og katalysatoren har en lang levetid, men rum-tid-udbyttet er lavt.Sammenlignet med acetylenmetoden er ethylendampfasemetoden meget forbedret i teknologien, og katalysatorerne anvendt i ethylenmetoden har løbende forbedret aktivitet og selektivitet.Reaktionskinetikken og deaktiveringsmekanismen mangler dog stadig at blive udforsket.
Fremstillingen af ​​vinylacetat ved hjælp af ethylenmetoden anvender en rørformet reaktor med fast leje fyldt med katalysator.Fødegassen kommer ind i reaktoren fra toppen, og når den kommer i kontakt med katalysatorlejet, sker der katalytiske reaktioner for at generere målproduktet vinylacetat og en lille mængde biprodukt kuldioxid.På grund af reaktionens eksoterme natur indføres tryksat vand i reaktorens skalside for at fjerne reaktionsvarmen ved at bruge vand fordampning.
Sammenlignet med acetylenmetoden har ethylenmetoden karakteristika for kompakt enhedsstruktur, stor produktion, lavt energiforbrug og lav forurening, og dens produktomkostninger er lavere end acetylenmetoden.Produktkvaliteten er overlegen, og korrosionssituationen er ikke alvorlig.Derfor afløste ethylenmetoden gradvist acetylenmetoden efter 1970'erne.Ifølge ufuldstændige statistikker er omkring 70% af VAc produceret ved ethylenmetoden i verden blevet mainstream af VAc-produktionsmetoder.
I øjeblikket er den mest avancerede VAc-produktionsteknologi i verden BP's Leap Process og Celanese's Vantage Process.Sammenlignet med den traditionelle gasfase-ethylenproces med fast leje har disse to procesteknologier væsentligt forbedret reaktoren og katalysatoren i kernen af ​​enheden, hvilket forbedrer økonomien og sikkerheden ved enhedens drift.
Celanese har udviklet en ny Vantage-proces med fast leje for at løse problemerne med ujævn fordeling af katalysatorleje og lav ethylen-envejskonvertering i reaktorer med fast leje.Reaktoren, der anvendes i denne proces, er stadig et fast leje, men der er foretaget væsentlige forbedringer af katalysatorsystemet, og ethylengenvindingsanordninger er blevet tilføjet i restgassen, hvilket overvinder manglerne ved traditionelle fast bed-processer.Udbyttet af produktets vinylacetat er betydeligt højere end udbyttet af lignende enheder.Proceskatalysatoren anvender platin som den vigtigste aktive komponent, silicagel som katalysatorbærer, natriumcitrat som et reduktionsmiddel og andre hjælpemetaller såsom lanthanide sjældne jordarters grundstoffer såsom praseodym og neodym.Sammenlignet med traditionelle katalysatorer er selektiviteten, aktiviteten og rum-tid-udbyttet af katalysatoren forbedret.
BP Amoco har udviklet en fluidiseret leje-ethylengasfaseproces, også kendt som Leap Process-processen, og har bygget en 250 kt/a fluid bed-enhed i Hull, England.Brug af denne proces til at fremstille vinylacetat kan reducere produktionsomkostningerne med 30 %, og rumtidsudbyttet af katalysatoren (1858-2744 g/(L · h-1)) er meget højere end for fast bed-processen (700) -1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess-processen bruger for første gang en reaktor med fluidiseret leje, som har følgende fordele sammenlignet med en reaktor med fast leje:
1) I en fluid bed-reaktor blandes katalysatoren kontinuerligt og ensartet, hvilket bidrager til en ensartet diffusion af promotoren og sikrer en ensartet koncentration af promotoren i reaktoren.
2) Reaktoren med fluidiseret leje kan kontinuerligt erstatte den deaktiverede katalysator med frisk katalysator under driftsbetingelser.
3) Reaktionstemperaturen i fluidiseret leje er konstant, hvilket minimerer katalysatordeaktivering på grund af lokal overophedning, hvorved katalysatorens levetid forlænges.
4) Varmefjernelsesmetoden anvendt i fluid bed-reaktoren forenkler reaktorstrukturen og reducerer dens volumen.Med andre ord kan et enkelt reaktordesign bruges til kemiske installationer i stor skala, hvilket væsentligt forbedrer enhedens skalaeffektivitet.