Vinyyliasetaatti (VAc), joka tunnetaan myös vinyyliasetaattina tai vinyyliasetaattina, on normaalissa lämpötilassa ja paineessa väritön läpinäkyvä neste, jonka molekyylikaava on C4H6O2 ja suhteellinen molekyylipaino 86,9. VAc on yksi maailman käytetyimmistä teollisista orgaanisista raaka-aineista, ja siitä voidaan tuottaa johdannaisia, kuten polyvinyyliasetaattihartsia (PVAc), polyvinyylialkoholia (PVA) ja polyakrylonitriiliä (PAN), itsepolymeroimalla tai kopolymeroimalla muiden monomeerien kanssa. Näitä johdannaisia ​​käytetään laajalti rakentamisessa, tekstiileissä, koneissa, lääketieteessä ja maanparannusaineissa. Pääteteollisuuden nopean kehityksen ansiosta viime vuosina vinyyliasetaatin tuotanto on kasvanut vuosi vuodelta, ja vinyyliasetaatin kokonaistuotanto oli 1 970 kt vuonna 2018. Tällä hetkellä raaka-aineiden ja prosessien vaikutuksesta vinyyliasetaatin tuotantoreitteihin kuuluvat pääasiassa asetyleenimenetelmä ja etyleenimenetelmä.
1. Asetyleeniprosessi
Vuonna 1912 kanadalainen F. Klatte löysi ensimmäisenä vinyyliasetaatin käyttämällä asetyleeniylimäärää ja etikkahappoa ilmakehän paineessa 60–100 ℃:n lämpötiloissa ja käyttämällä elohopeasuoloja katalyytteinä. Vuonna 1921 saksalainen CEI-yritys kehitti teknologian vinyyliasetaatin höyryfaasisynteesille asetyleenistä ja etikkahaposta. Siitä lähtien eri maiden tutkijat ovat jatkuvasti optimoineet vinyyliasetaatin synteesin prosessia ja olosuhteita asetyleenistä. Vuonna 1928 saksalainen Hoechst-yritys perusti 12 kt/a vinyyliasetaatin tuotantoyksikön, joka toteutti vinyyliasetaatin teollistetun laajamittaisen tuotannon. Yhtälö vinyyliasetaatin valmistamiseksi asetyleenimenetelmällä on seuraava:
Pääreaktio:

Sivuvaikutukset:

Asetyleenimenetelmä jaetaan nestefaasimenetelmään ja kaasufaasimenetelmään.
Asetyleeninestefaasimenetelmän reaktanttifaasi on neste ja reaktori on sekoituslaitteella varustettu reaktiosäiliö. Nestefaasimenetelmän puutteiden, kuten alhaisen selektiivisyyden ja monien sivutuotteiden, vuoksi asetyleenikaasufaasimenetelmä on nykyään korvannut tämän menetelmän.
Asetyleenikaasun valmistuksen eri lähteiden mukaan asetyleenikaasufaasimenetelmä voidaan jakaa maakaasuasetyleeni-Borden-menetelmään ja karbidiasetyleeni-Wacker-menetelmään.
Bordenin prosessissa käytetään etikkahappoa adsorbenttina, mikä parantaa huomattavasti asetyleenin käyttöastetta. Tämä prosessi on kuitenkin teknisesti vaikea ja kustannuksiltaan korkea, joten sillä on etu maakaasuvaroiltaan rikkailla alueilla.
Wacker-prosessissa käytetään raaka-aineina kalsiumkarbidista tuotettua asetyleeniä ja etikkahappoa, katalyytinä aktiivihiili kantajana ja sinkkiasetaatti aktiivisena komponenttina. Prosessiteknologia on suhteellisen yksinkertainen ja tuotantokustannukset alhaiset, mutta siinä on puutteita, kuten katalyytin aktiivisten komponenttien helppo hävikki, heikko stabiilius, korkea energiankulutus ja suuri saasteriski.
2, Etyleeniprosessi
Etyleeni, happi ja jääetikka ovat kolme raaka-ainetta, joita käytetään etyleenin synteesissä vinyyliasetaattiprosessissa. Katalyytin pääasiallinen aktiivinen komponentti on tyypillisesti kahdeksannen ryhmän jalometalli, joka reagoi tietyssä reaktiolämpötilassa ja -paineessa. Seuraavan prosessoinnin jälkeen saadaan lopulta kohdetuote vinyyliasetaatti. Reaktioyhtälö on seuraava:
Pääreaktio:

Sivuvaikutukset:

Bayer Corporation kehitti ensimmäisenä etyleenihöyryfaasiprosessin, ja se otettiin teolliseen tuotantoon vinyyliasetaatin tuotantoa varten vuonna 1968. Tuotantolinjat perustettiin vastaavasti Hearst ja Bayer Corporationiin Saksassa ja National Distillers Corporationiin Yhdysvalloissa. Se on pääasiassa palladiumia tai kultaa, joka on ladattu haponkestävälle alustalle, kuten 4-5 mm:n säteellä oleville silikageelihelmille, ja tietty määrä kaliumasetaattia lisäämällä voidaan parantaa katalyytin aktiivisuutta ja selektiivisyyttä. Vinyyliasetaatin synteesiprosessi etyleenihöyryfaasi-USI-menetelmällä on samanlainen kuin Bayerin menetelmä, ja se on jaettu kahteen osaan: synteesiin ja tislaukseen. USI-prosessi saavutti teollisen sovelluksen vuonna 1969. Katalyytin aktiiviset komponentit ovat pääasiassa palladium ja platina, ja apuaine on kaliumasetaatti, joka on ladattu alumiinioksidikantajalle. Reaktio-olosuhteet ovat suhteellisen lieviä ja katalyytin käyttöikä on pitkä, mutta tila-aika-saanto on alhainen. Asetyleenimenetelmään verrattuna etyleenihöyryfaasimenetelmä on teknologialtaan huomattavasti parantunut, ja etyleenimenetelmässä käytettyjen katalyyttien aktiivisuus ja selektiivisyys ovat jatkuvasti parantuneet. Reaktiokinetiikkaa ja deaktivointimekanismia on kuitenkin vielä tutkittava.
Vinyyliasetaatin tuotannossa etyleenimenetelmällä käytetään putkimaista kiinteäpetireaktoria, joka on täytetty katalyytillä. Syöttökaasu tulee reaktoriin ylhäältä, ja kun se koskettaa katalyyttipetiä, tapahtuu katalyyttisiä reaktioita, jotka tuottavat kohdetuotetta vinyyliasetaattia ja pienen määrän sivutuotteena hiilidioksidia. Reaktion eksotermisen luonteen vuoksi reaktorin vaippaan johdetaan paineistettua vettä reaktiolämmön poistamiseksi veden höyrystymisen avulla.
Asetyleenimenetelmään verrattuna etyleenimenetelmällä on kompaktin laiterakenteen, suuren tehon, alhaisen energiankulutuksen ja vähäisen saastumisen ominaisuudet, ja sen tuotekustannukset ovat asetyleenimenetelmää alhaisemmat. Tuotteen laatu on parempi ja korroosiotilanne ei ole vakava. Siksi etyleenimenetelmä korvasi asetyleenimenetelmän vähitellen 1970-luvun jälkeen. Puutteellisten tilastojen mukaan noin 70 % maailmassa etyleenimenetelmällä tuotetusta VAc:sta on tullut VAc:n tuotantomenetelmien valtavirta.
Tällä hetkellä maailman edistynein VAc-tuotantoteknologia on BP:n Leap-prosessi ja Celanesen Vantage-prosessi. Perinteiseen kiinteäpetikaasufaasieteeniprosessiin verrattuna nämä kaksi prosessiteknologiaa ovat parantaneet merkittävästi yksikön ytimessä olevaa reaktoria ja katalyyttiä, mikä on parantanut yksikön toiminnan taloudellisuutta ja turvallisuutta.
Celanese on kehittänyt uuden kiinteäpetireaktoreihin perustuvan Vantage-prosessin, jolla ratkaistaan ​​epätasaisen katalyyttipedin jakautumisen ja eteenin alhaisen yksisuuntaisen konversion ongelmat. Tässä prosessissa käytetty reaktori on edelleen kiinteäpetireaktori, mutta katalyyttijärjestelmään on tehty merkittäviä parannuksia ja jäännöskaasuun on lisätty eteenin talteenottolaitteita, mikä on korjannut perinteisten kiinteäpetiprosessien puutteet. Tuotteen, vinyyliasetaatin, saanto on huomattavasti korkeampi kuin vastaavissa laitteissa. Prosessikatalyytti käyttää platinaa pääaktiivisena komponenttina, silikageeliä katalyytin kantajana, natriumsitraattia pelkistävänä aineena ja muita apuaineiksi luokiteltuja metalleja, kuten lantanidityyppisiä harvinaisia ​​maametalleja, kuten praseodyymiä ja neodyymiä. Perinteisiin katalyytteihin verrattuna katalyytin selektiivisyys, aktiivisuus ja aika-tilasuhde paranevat.
BP Amoco on kehittänyt fluidisoituun petipohjaiseen etyleenikaasufaasiprosessiin, joka tunnetaan myös nimellä Leap Process -prosessi, ja rakentanut 250 kt/a fluidisoituun petiyksikköön Hulliin, Englantiin. Tämän prosessin käyttäminen vinyyliasetaatin valmistukseen voi alentaa tuotantokustannuksia 30 %, ja katalyytin tilavuus-aikasaanto (1858–2744 g/(L · h-1)) on paljon korkeampi kuin kiinteäpetiprosessissa (700–1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess-prosessissa käytetään ensimmäistä kertaa leijupetireaktoria, jolla on seuraavat edut kiinteäpetireaktoriin verrattuna:
1) Fluidisoitupetireaktorissa katalyyttiä sekoitetaan jatkuvasti ja tasaisesti, mikä edistää promoottorin tasaista diffuusiota ja varmistaa promoottorin tasaisen pitoisuuden reaktorissa.
2) Leijupetireaktori voi jatkuvasti korvata deaktivoituneen katalyytin uudella katalyytillä käyttöolosuhteissa.
3) Fluidisoidun kerroksen reaktiolämpötila on vakio, mikä minimoi katalyytin deaktivoitumisen paikallisen ylikuumenemisen vuoksi ja pidentää siten katalyytin käyttöikää.
4) Fluidisoitupetireaktorissa käytetty lämmönpoistomenetelmä yksinkertaistaa reaktorin rakennetta ja pienentää sen tilavuutta. Toisin sanoen yhden reaktorin rakennetta voidaan käyttää laajamittaisissa kemianteollisuuden laitoksissa, mikä parantaa merkittävästi laitteen skaalaustehokkuutta.