Vinylacetaat (VAc), ook bekend als vinylacetaat of vinylacetaat, is een kleurloze transparante vloeistof bij normale temperatuur en druk, met een molecuulformule van C4H6O2 en een relatief molecuulgewicht van 86,9.VAc, als een van de meest gebruikte industriële organische grondstoffen ter wereld, kan door zelfpolymerisatie of copolymerisatie met andere monomeren derivaten genereren zoals polyvinylacetaathars (PVAc), polyvinylalcohol (PVA) en polyacrylonitril (PAN).Deze derivaten worden veel gebruikt in de bouw, textiel, machines, medicijnen en bodemverbeteraars.Als gevolg van de snelle ontwikkeling van de terminalindustrie in de afgelopen jaren heeft de productie van vinylacetaat een trend van jaar na jaar laten zien, waarbij de totale productie van vinylacetaat in 2018 1970kt bereikte. Momenteel is er onder invloed van grondstoffen en processen omvatten de productieroutes van vinylacetaat voornamelijk de acetyleenmethode en de ethyleenmethode.
1 、 Acetyleenproces
In 1912 ontdekte F. Klatte, een Canadees, voor het eerst vinylacetaat met behulp van overtollig acetyleen en azijnzuur onder atmosferische druk, bij temperaturen variërend van 60 tot 100 ℃, en met behulp van kwikzouten als katalysatoren.In 1921 ontwikkelde het Duitse CEI-bedrijf een technologie voor de dampfasesynthese van vinylacetaat uit acetyleen en azijnzuur.Sindsdien hebben onderzoekers uit verschillende landen het proces en de omstandigheden voor de synthese van vinylacetaat uit acetyleen voortdurend geoptimaliseerd.In 1928 richtte Hoechst Company uit Duitsland een productie-eenheid voor vinylacetaat van 12 kt/a op, waarmee een geïndustrialiseerde grootschalige productie van vinylacetaat werd gerealiseerd.De vergelijking voor het produceren van vinylacetaat volgens de acetyleenmethode is als volgt:
Belangrijkste reactie:

Bijwerkingen:

De acetyleenmethode is onderverdeeld in vloeistoffasemethode en gasfasemethode.
De reactantfasetoestand van de acetyleen-vloeistoffasemethode is vloeibaar en de reactor is een reactietank met een roerinrichting.Vanwege de tekortkomingen van de vloeistoffasemethode, zoals lage selectiviteit en veel bijproducten, is deze methode momenteel vervangen door de acetyleengasfasemethode.
Volgens de verschillende bronnen van acetyleengasbereiding kan de acetyleengasfasemethode worden onderverdeeld in aardgasacetyleen Borden-methode en carbideacetyleen Wacker-methode.
Bij het Borden-proces wordt azijnzuur als adsorbens gebruikt, wat de benuttingsgraad van acetyleen aanzienlijk verbetert.Deze procesroute is echter technisch moeilijk en vereist hoge kosten, zodat deze methode een voordeel heeft in gebieden die rijk zijn aan aardgasbronnen.
Het Wacker-proces maakt gebruik van acetyleen en azijnzuur geproduceerd uit calciumcarbide als grondstoffen, met behulp van een katalysator met actieve kool als drager en zinkacetaat als actieve component, om VAc te synthetiseren onder atmosferische druk en een reactietemperatuur van 170 ~ 230 ℃.De procestechnologie is relatief eenvoudig en heeft lage productiekosten, maar er zijn tekortkomingen zoals gemakkelijk verlies van actieve katalysatorcomponenten, slechte stabiliteit, hoog energieverbruik en grote vervuiling.
2, Ethyleenproces
Ethyleen, zuurstof en ijsazijn zijn drie grondstoffen die worden gebruikt bij de ethyleensynthese van het vinylacetaatproces.Het belangrijkste actieve bestanddeel van de katalysator is doorgaans het edelmetaalelement uit de achtste groep, dat bij een bepaalde reactietemperatuur en -druk reageert.Na daaropvolgende verwerking wordt uiteindelijk het doelproduct vinylacetaat verkregen.De reactievergelijking is als volgt:
Belangrijkste reactie:

Bijwerkingen:

Het ethyleendampfaseproces werd voor het eerst ontwikkeld door Bayer Corporation en werd in 1968 in industriële productie gebracht voor de productie van vinylacetaat. Productielijnen werden respectievelijk gevestigd in Hearst en Bayer Corporation in Duitsland en National Distillers Corporation in de Verenigde Staten.Het is voornamelijk palladium of goud, geladen op zuurbestendige dragers, zoals silicagelkralen met een straal van 4-5 mm, en de toevoeging van een bepaalde hoeveelheid kaliumacetaat, wat de activiteit en selectiviteit van de katalysator kan verbeteren.Het proces voor de synthese van vinylacetaat met behulp van de USI-methode in de ethyleendampfase is vergelijkbaar met de Bayer-methode en is verdeeld in twee delen: synthese en destillatie.Het USI-proces werd in 1969 industrieel toegepast. De actieve componenten van de katalysator zijn voornamelijk palladium en platina, en de hulpstof is kaliumacetaat, dat wordt gedragen op een drager van aluminiumoxide.De reactieomstandigheden zijn relatief mild en de katalysator heeft een lange levensduur, maar de ruimte-tijdopbrengst is laag.Vergeleken met de acetyleenmethode is de ethyleendampfasemethode qua technologie sterk verbeterd, en de bij de ethyleenmethode gebruikte katalysatoren zijn voortdurend verbeterd qua activiteit en selectiviteit.De reactiekinetiek en het deactiveringsmechanisme moeten echter nog worden onderzocht.
Bij de productie van vinylacetaat met behulp van de ethyleenmethode wordt gebruik gemaakt van een buisvormige vastbedreactor gevuld met katalysator.Het voedingsgas komt de reactor van bovenaf binnen en wanneer het in contact komt met het katalysatorbed, vinden er katalytische reacties plaats waarbij het doelproduct vinylacetaat en een kleine hoeveelheid bijproduct koolstofdioxide worden gegenereerd.Vanwege de exotherme aard van de reactie wordt water onder druk in de mantelzijde van de reactor geïntroduceerd om de reactiewarmte te verwijderen door gebruik te maken van de verdamping van water.
Vergeleken met de acetyleenmethode heeft de ethyleenmethode de kenmerken van een compacte apparaatstructuur, grote output, laag energieverbruik en lage vervuiling, en de productkosten zijn lager dan die van de acetyleenmethode.De productkwaliteit is superieur en de corrosiesituatie is niet ernstig.Daarom verving de ethyleenmethode na de jaren zeventig geleidelijk de acetyleenmethode.Volgens onvolledige statistieken is ongeveer 70% van de VAc die in de wereld wordt geproduceerd via de ethyleenmethode de hoofdstroom van de VAc-productiemethoden geworden.
Momenteel zijn de meest geavanceerde VAc-productietechnologie ter wereld het Leap Process van BP en het Vantage Process van Celanese.Vergeleken met het traditionele ethyleenproces in de gasfase met een vast bed hebben deze twee procestechnologieën de reactor en katalysator in de kern van de eenheid aanzienlijk verbeterd, waardoor de economie en de veiligheid van de werking van de eenheid zijn verbeterd.
Celanese heeft een nieuw Vantage-proces met vast bed ontwikkeld om de problemen van een ongelijkmatige verdeling van het katalysatorbed en een lage eenrichtingsconversie van ethyleen in vastbedreactoren aan te pakken.De reactor die bij dit proces wordt gebruikt, is nog steeds een vast bed, maar er zijn aanzienlijke verbeteringen aangebracht aan het katalysatorsysteem en er zijn apparaten voor het terugwinnen van ethyleen aan het staartgas toegevoegd, waardoor de tekortkomingen van traditionele vast-bedprocessen worden overwonnen.De opbrengst van het product vinylacetaat is aanzienlijk hoger dan die van vergelijkbare apparaten.De proceskatalysator gebruikt platina als het belangrijkste actieve bestanddeel, silicagel als katalysatordrager, natriumcitraat als reductiemiddel en andere hulpmetalen zoals lanthanide zeldzame aardmetalen zoals praseodymium en neodymium.Vergeleken met traditionele katalysatoren zijn de selectiviteit, activiteit en ruimte-tijdopbrengst van de katalysator verbeterd.
BP Amoco heeft een wervelbed-ethyleengasfaseproces ontwikkeld, ook bekend als het Leap Process-proces, en heeft een wervelbedeenheid van 250 kt/a gebouwd in Hull, Engeland.Het gebruik van dit proces om vinylacetaat te produceren kan de productiekosten met 30% verlagen, en de ruimte-tijdopbrengst van de katalysator (1858-2744 g/(L · h-1)) is veel hoger dan die van het vast-bedproces (700%). -1200 g/(L · h-1)).
Het LeapProcess-proces maakt voor het eerst gebruik van een wervelbedreactor, die de volgende voordelen heeft ten opzichte van een vastbedreactor:
1) In een wervelbedreactor wordt de katalysator continu en uniform gemengd, waardoor wordt bijgedragen aan de uniforme diffusie van de promotor en een uniforme concentratie van de promotor in de reactor wordt gegarandeerd.
2) De wervelbedreactor kan de gedeactiveerde katalysator onder bedrijfsomstandigheden continu vervangen door verse katalysator.
3) De reactietemperatuur van het gefluïdiseerde bed is constant, waardoor de deactivering van de katalysator als gevolg van lokale oververhitting tot een minimum wordt beperkt, waardoor de levensduur van de katalysator wordt verlengd.
4) De warmteafvoermethode die in de wervelbedreactor wordt gebruikt, vereenvoudigt de reactorstructuur en verkleint het volume ervan.Met andere woorden: een enkel reactorontwerp kan worden gebruikt voor grootschalige chemische installaties, waardoor de schaalefficiëntie van het apparaat aanzienlijk wordt verbeterd.