Vinyyliasetaatti (VAc), joka tunnetaan myös nimellä vinyyliasetaatti tai vinyyliasetaatti, on väritön läpinäkyvä neste normaalilämpötilassa ja paineessa, jonka molekyylikaava on C4H6O2 ja suhteellinen molekyylipaino 86,9.VAc, joka on yksi laajimmin käytetyistä teollisista orgaanisista raaka-aineista maailmassa, voi tuottaa johdannaisia, kuten polyvinyyliasetaattihartsia (PVAc), polyvinyylialkoholia (PVA) ja polyakryylinitriiliä (PAN) itsepolymeroimalla tai kopolymeroimalla muiden monomeerien kanssa.Näitä johdannaisia ​​käytetään laajalti rakentamisessa, tekstiileissä, koneissa, lääketieteessä ja maanparannusaineissa.Terminaaliteollisuuden viime vuosien nopeasta kehityksestä johtuen vinyyliasetaatin tuotanto on osoittanut kasvavaa trendiä vuosi vuodelta, ja vinyyliasetaatin kokonaistuotanto oli 1970 kilotonnia vuonna 2018. Tällä hetkellä raaka-aineiden ja raaka-aineiden vaikutuksesta johtuen Prosesseissa vinyyliasetaatin tuotantoreittejä ovat pääasiassa asetyleenimenetelmä ja eteenimenetelmä.
1, asetyleeniprosessi
Vuonna 1912 kanadalainen F. Klatte löysi ensimmäisen kerran vinyyliasetaatin käyttämällä ylimääräistä asetyleeniä ja etikkahappoa ilmakehän paineessa lämpötiloissa 60-100 ℃ ja käyttämällä elohopeasuoloja katalyytteinä.Vuonna 1921 saksalainen CEI Company kehitti teknologian vinyyliasetaatin höyryfaasisynteesiin asetyleenistä ja etikkahaposta.Siitä lähtien tutkijat eri maista ovat jatkuvasti optimoineet prosessia ja olosuhteita vinyyliasetaatin synteesiä varten asetyleenistä.Vuonna 1928 saksalainen Hoechst Company perusti vinyyliasetaatin tuotantoyksikön, jonka tuotantokapasiteetti on 12 kilotonnia vuodessa, toteuttaen vinyyliasetaatin teollisen laajamittaisen tuotannon.Yhtälö vinyyliasetaatin tuottamiseksi asetyleenimenetelmällä on seuraava:
Pääreaktio:

Sivuvaikutukset:

Asetyleenimenetelmä on jaettu nestefaasimenetelmään ja kaasufaasimenetelmään.
Asetyleeninestefaasimenetelmän reagenssifaasitila on nestemäinen ja reaktori on sekoituslaitteella varustettu reaktiosäiliö.Nestefaasimenetelmän puutteiden, kuten alhaisen selektiivisyyden ja monien sivutuotteiden vuoksi, tämä menetelmä on tällä hetkellä korvattu asetyleenikaasufaasimenetelmällä.
Asetyleenikaasun valmistuksen eri lähteiden mukaan asetyleenikaasufaasimenetelmä voidaan jakaa maakaasuasetyleeni-Borden-menetelmään ja karbidi-asetyleeni-Wacker-menetelmään.
Borden-prosessissa käytetään etikkahappoa adsorbenttina, mikä parantaa huomattavasti asetyleenin käyttöastetta.Tämä prosessireitti on kuitenkin teknisesti vaikea ja vaatii korkeita kustannuksia, joten tämä menetelmä on edullinen alueilla, joilla on runsaasti maakaasuvaroja.
Wacker-prosessissa käytetään kalsiumkarbidista valmistettua asetyleeniä ja etikkahappoa raaka-aineina käyttäen katalyyttiä, jossa on aktiivihiiltä kantajana ja sinkkiasetaattia aktiivisena komponenttina, syntetisoimaan VAc:tä ilmakehän paineessa ja 170-230 ℃:n reaktiolämpötilassa.Prosessitekniikka on suhteellisen yksinkertainen ja sen tuotantokustannukset ovat alhaiset, mutta siinä on puutteita, kuten katalyyttiaktiivisten komponenttien helppo häviäminen, huono stabiilisuus, korkea energiankulutus ja suuri saastuminen.
2 、Eteeniprosessi
Etyleeni, happi ja jääetikka ovat kolme raaka-ainetta, joita käytetään vinyyliasetaattiprosessin eteenisynteesissä.Katalyytin pääasiallinen aktiivinen komponentti on tyypillisesti kahdeksannen ryhmän jalometallialkuaine, joka saatetaan reagoimaan tietyssä reaktiolämpötilassa ja -paineessa.Myöhemmän käsittelyn jälkeen saadaan lopulta tavoitetuote vinyyliasetaatti.Reaktioyhtälö on seuraava:
Pääreaktio:

Sivuvaikutukset:

Eteenin höyryfaasiprosessin kehitti ensimmäisenä Bayer Corporation, ja se otettiin teolliseen tuotantoon vinyyliasetaatin tuotantoa varten vuonna 1968. Tuotantolinjat perustettiin Hearstiin ja Bayer Corporationiin Saksaan ja National Distillers Corporationiin Yhdysvaltoihin.Se on pääasiassa palladiumia tai kultaa, joka on ladattu haponkestävälle alustalle, kuten silikageelihelmille, joiden säde on 4-5 mm, ja tietyn määrän kaliumasetaattia lisäämällä, mikä voi parantaa katalyytin aktiivisuutta ja selektiivisyyttä.Prosessi vinyyliasetaatin synteesimiseksi käyttäen eteenihöyryfaasin USI-menetelmää on samanlainen kuin Bayerin menetelmä, ja se on jaettu kahteen osaan: synteesiin ja tislaukseen.USI-prosessi saavutti teollisen käytön vuonna 1969. Katalyytin aktiiviset komponentit ovat pääasiassa palladiumia ja platinaa, ja apuaineena on kaliumasetaatti, joka on kantaja-aineella alumiinioksidilla.Reaktio-olosuhteet ovat suhteellisen lievät ja katalyytin käyttöikä pitkä, mutta tila-aika-saanto on alhainen.Asetyleenimenetelmään verrattuna eteenihöyryfaasimenetelmä on tekniikaltaan parantunut huomattavasti ja eteenimenetelmässä käytettyjen katalyyttien aktiivisuus ja selektiivisyys ovat parantuneet jatkuvasti.Reaktiokinetiikkaa ja deaktivointimekanismia on kuitenkin vielä tutkittava.
Vinyyliasetaatin tuotannossa eteenimenetelmällä käytetään putkimaista kiinteäpetireaktoria, joka on täytetty katalyytillä.Syöttökaasu tulee reaktoriin ylhäältä, ja kun se koskettaa katalyyttipediä, tapahtuu katalyyttisiä reaktioita, jolloin muodostuu kohdetuotteena vinyyliasetaattia ja pieni määrä sivutuotehiilidioksidia.Reaktion eksotermisen luonteen vuoksi reaktorin vaipan puolelle johdetaan paineistettua vettä reaktiolämmön poistamiseksi käyttämällä veden höyrystymistä.
Asetyleenimenetelmään verrattuna eteenimenetelmällä on kompakti laiterakenne, suuri teho, alhainen energiankulutus ja alhainen saastuminen, ja sen tuotekustannukset ovat alhaisemmat kuin asetyleenimenetelmän.Tuotteen laatu on ylivoimainen, eikä korroosiotilanne ole vakava.Siksi eteenimenetelmä korvasi vähitellen asetyleenimenetelmän 1970-luvun jälkeen.Epätäydellisten tilastojen mukaan noin 70 % eteenimenetelmällä tuotetusta VAc:sta maailmassa on tullut VAc-tuotantomenetelmien valtavirta.
Tällä hetkellä maailman edistynein VAc-tuotantotekniikka on BP:n Leap Process ja Celanesen Vantage Process.Perinteiseen kiinteäpetikaasufaasieteeniprosessiin verrattuna nämä kaksi prosessiteknologiaa ovat parantaneet merkittävästi reaktorin ja katalysaattorin toimintaa yksikön ytimessä, mikä parantaa yksikön toiminnan taloudellisuutta ja turvallisuutta.
Celanese on kehittänyt uuden kiinteäpetiisen Vantage-prosessin ratkaistakseen epätasaisen katalyyttipedin jakautumisen ja vähäisen eteenin yksisuuntaisen konversion ongelmat kiinteäpetireaktoreissa.Prosessissa käytetty reaktori on edelleen kiintopeti, mutta katalyyttijärjestelmään on tehty merkittäviä parannuksia ja loppukaasuun on lisätty eteenin talteenottolaitteita, mikä on voittanut perinteisten kiintopetiprosessien puutteet.Tuotteen vinyyliasetaatti saanto on huomattavasti korkeampi kuin vastaavien laitteiden.Prosestikatalyytti käyttää platinaa pääaktiivisena komponenttina, silikageeliä katalyytin kantajana, natriumsitraattia pelkistimenä ja muita apumetalleja, kuten harvinaisia ​​maametallialkuaineita, kuten praseodyymi ja neodyymi.Perinteisiin katalyytteihin verrattuna katalyytin selektiivisyys, aktiivisuus ja tila-aikasaanto paranevat.
BP Amoco on kehittänyt leijukerroseteenikaasufaasiprosessin, joka tunnetaan myös nimellä Leap Process -prosessi, ja on rakentanut 250 kt/a leijukerrosyksikön Englannin Hullissa.Tämän menetelmän käyttäminen vinyyliasetaatin tuottamiseen voi vähentää tuotantokustannuksia 30 % ja katalyytin tila-aikasaanto (1858-2744 g/(L · h-1)) on paljon suurempi kuin kiinteäpetiprosessissa (700 -1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess-prosessissa käytetään ensimmäistä kertaa leijukerrosreaktoria, jolla on seuraavat edut verrattuna kiinteäpetireaktoriin:
1) Leijukerrosreaktorissa katalyyttiä sekoitetaan jatkuvasti ja tasaisesti, mikä edistää promoottorin tasaista diffuusiota ja varmistaa promoottorin tasaisen pitoisuuden reaktorissa.
2) Leijukerrosreaktori voi jatkuvasti korvata deaktivoidun katalyytin uudella katalyytillä käyttöolosuhteissa.
3) Leijupetireaktiolämpötila on vakio, mikä minimoi katalyytin deaktivoitumisen paikallisen ylikuumenemisen vuoksi ja pidentää siten katalyytin käyttöikää.
4) Leijukerrosreaktorissa käytetty lämmönpoistomenetelmä yksinkertaistaa reaktorin rakennetta ja pienentää sen tilavuutta.Toisin sanoen yhden reaktorin rakennetta voidaan käyttää suurissa kemian laitoksissa, mikä parantaa merkittävästi laitteen mittakaavatehokkuutta.