Vinylacetat (VAc), även känd som vinylacetat eller vinylacetat, är en färglös transparent vätska vid normal temperatur och tryck, med en molekylformel på C4H6O2 och en relativ molekylvikt på 86,9.VAc, som en av de mest använda industriella organiska råvarorna i världen, kan generera derivat som polyvinylacetatharts (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) och polyakrylnitril (PAN) genom självpolymerisation eller sampolymerisation med andra monomerer.Dessa derivat används i stor utsträckning inom konstruktion, textilier, maskiner, medicin och jordförbättringsmedel.På grund av den snabba utvecklingen av terminalindustrin de senaste åren har produktionen av vinylacetat visat en trend att öka år för år, med den totala produktionen av vinylacetat som nådde 1970kt under 2018. För närvarande, på grund av påverkan av råvaror och processer omfattar produktionsvägarna för vinylacetat huvudsakligen acetylenmetoden och etylenmetoden.
1, Acetylenprocess
År 1912 upptäckte F. Klatte, en kanadensare, först vinylacetat med användning av överskott av acetylen och ättiksyra under atmosfärstryck, vid temperaturer från 60 till 100 ℃, och med kvicksilversalter som katalysatorer.1921 utvecklade tyska CEI Company en teknologi för ångfassyntes av vinylacetat från acetylen och ättiksyra.Sedan dess har forskare från olika länder kontinuerligt optimerat processen och förutsättningarna för syntes av vinylacetat från acetylen.År 1928 etablerade Hoechst Company i Tyskland en produktionsenhet för vinylacetat på 12 kt/a, och realiserade industrialiserad storskalig produktion av vinylacetat.Ekvationen för att producera vinylacetat med acetylenmetoden är följande:
Huvudreaktion:

Bieffekter:

Acetylenmetoden är uppdelad i vätskefasmetoden och gasfasmetoden.
Reaktantfastillståndet för acetylenvätskefasmetoden är flytande, och reaktorn är en reaktionstank med en omrörningsanordning.På grund av bristerna med vätskefasmetoden såsom låg selektivitet och många biprodukter, har denna metod för närvarande ersatts av acetylengasfasmetoden.
Enligt de olika källorna för acetylengasberedning kan acetylengasfasmetoden delas in i naturgasacetylen-Borden-metoden och karbidacetylen-Wacker-metoden.
Borden-processen använder ättiksyra som adsorbent, vilket avsevärt förbättrar användningsgraden för acetylen.Denna processväg är dock tekniskt svår och kräver höga kostnader, så denna metod har en fördel i områden som är rika på naturgasresurser.
Wacker-processen använder acetylen och ättiksyra framställd av kalciumkarbid som råmaterial, med en katalysator med aktivt kol som bärare och zinkacetat som aktiv komponent, för att syntetisera VAc under atmosfärstryck och reaktionstemperatur på 170~230 ℃.Processtekniken är relativt enkel och har låga produktionskostnader, men det finns brister som lätt förlust av katalysatoraktiva komponenter, dålig stabilitet, hög energiförbrukning och stora föroreningar.
2、 Etenprocess
Eten, syre och isättika är tre råmaterial som används i etensyntesen av vinylacetatprocessen.Den huvudsakliga aktiva komponenten i katalysatorn är typiskt den åttonde gruppens ädelmetallelement, som reagerar vid en viss reaktionstemperatur och -tryck.Efter efterföljande bearbetning erhålls slutligen målprodukten vinylacetat.Reaktionsekvationen är som följer:
Huvudreaktion:

Bieffekter:

Etenångfasprocessen utvecklades först av Bayer Corporation och sattes i industriell produktion för produktion av vinylacetat 1968. Produktionslinjer etablerades i Hearst och Bayer Corporation i Tyskland respektive National Distillers Corporation i USA.Det är huvudsakligen palladium eller guld laddat på syrabeständiga underlag, såsom kiselgelpärlor med en radie på 4-5 mm, och tillsats av en viss mängd kaliumacetat, vilket kan förbättra aktiviteten och selektiviteten hos katalysatorn.Processen för syntes av vinylacetat med etylenångfas USI-metoden liknar Bayers metod och är uppdelad i två delar: syntes och destillation.USI-processen uppnådde industriell tillämpning 1969. De aktiva komponenterna i katalysatorn är huvudsakligen palladium och platina, och hjälpmedlet är kaliumacetat, som bärs på en aluminiumoxidbärare.Reaktionsbetingelserna är relativt milda och katalysatorn har lång livslängd, men rum-tid-utbytet är lågt.Jämfört med acetylenmetoden har etylenångfasmetoden förbättrats avsevärt i teknik, och katalysatorerna som används i etylenmetoden har kontinuerligt förbättrats i aktivitet och selektivitet.Reaktionskinetiken och deaktiveringsmekanismen behöver dock fortfarande undersökas.
Framställningen av vinylacetat med etenmetoden använder en rörformad fastbäddsreaktor fylld med katalysator.Matargasen kommer in i reaktorn från toppen och när den kommer i kontakt med katalysatorbädden inträffar katalytiska reaktioner för att generera målprodukten vinylacetat och en liten mängd biprodukt koldioxid.På grund av reaktionens exoterma karaktär införs trycksatt vatten i reaktorns skalsida för att avlägsna reaktionsvärmen genom att använda vattenförångning.
Jämfört med acetylenmetoden har etenmetoden egenskaperna för kompakt enhetsstruktur, stor effekt, låg energiförbrukning och låg förorening, och dess produktkostnad är lägre än acetylenmetoden.Produktkvaliteten är överlägsen och korrosionssituationen är inte allvarlig.Därför ersatte etenmetoden gradvis acetylenmetoden efter 1970-talet.Enligt ofullständig statistik har cirka 70 % av VAc producerat med etenmetoden i världen blivit huvudfåran av VAc-produktionsmetoder.
För närvarande är den mest avancerade VAc-produktionstekniken i världen BP:s Leap Process och Celaneses Vantage Process.Jämfört med den traditionella etenprocessen i gasfas med fast bädd har dessa två processteknologier avsevärt förbättrat reaktorn och katalysatorn i enhetens kärna, vilket förbättrat ekonomin och säkerheten för enhetens drift.
Celanese har utvecklat en ny Vantage-process med fast bädd för att ta itu med problemen med ojämn katalysatorbäddfördelning och låg eten-envägskonvertering i fastbäddsreaktorer.Reaktorn som används i denna process är fortfarande en fast bädd, men betydande förbättringar har gjorts av katalysatorsystemet, och etenåtervinningsanordningar har lagts till i restgasen, vilket övervinner bristerna med traditionella processer med fast bädd.Utbytet av vinylacetatprodukten är betydligt högre än för liknande enheter.Processkatalysatorn använder platina som den huvudsakliga aktiva komponenten, kiselgel som katalysatorbärare, natriumcitrat som reduktionsmedel och andra hjälpmetaller såsom sällsynta jordartsmetaller lantanider såsom praseodym och neodym.Jämfört med traditionella katalysatorer förbättras selektiviteten, aktiviteten och rum-tidsutbytet för katalysatorn.
BP Amoco har utvecklat en fluidiserad bädd etengasfasprocess, även känd som Leap Process process, och har byggt en 250 kt/a fluidiserad bäddenhet i Hull, England.Att använda denna process för att framställa vinylacetat kan minska produktionskostnaden med 30 %, och katalysatorns rymdtidsutbyte (1858-2744 g/(L · h-1)) är mycket högre än för processen med fast bädd (700) -1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess-processen använder en reaktor med fluidiserad bädd för första gången, vilket har följande fördelar jämfört med en reaktor med fast bädd:
1) I en reaktor med fluidiserad bädd blandas katalysatorn kontinuerligt och enhetligt, vilket bidrar till en enhetlig diffusion av promotorn och säkerställer en enhetlig koncentration av promotorn i reaktorn.
2) Reaktorn med fluidiserad bädd kan kontinuerligt ersätta den deaktiverade katalysatorn med färsk katalysator under driftsförhållanden.
3) Reaktionstemperaturen i fluidiserad bädd är konstant, vilket minimerar katalysatordeaktivering på grund av lokal överhettning, vilket förlänger katalysatorns livslängd.
4) Värmeavlägsningsmetoden som används i reaktorn med fluidiserad bädd förenklar reaktorstrukturen och minskar dess volym.Med andra ord kan en enda reaktordesign användas för storskaliga kemiska installationer, vilket avsevärt förbättrar anordningens skaleffektivitet.