L'acetat de vinil (VAc), també conegut com acetat de vinil o acetat de vinil, és un líquid transparent incolor a temperatura i pressió normals, amb una fórmula molecular de C4H6O2 i un pes molecular relatiu de 86,9.El VAc, com una de les matèries primeres orgàniques industrials més utilitzades al món, pot generar derivats com la resina d'acetat de polivinil (PVAc), l'alcohol polivinílic (PVA) i el poliacrilonitril (PAN) mitjançant autopolimerització o copolimerització amb altres monòmers.Aquests derivats s'utilitzen àmpliament en la construcció, tèxtils, maquinària, medicina i milloradors de sòls.A causa del ràpid desenvolupament de la indústria terminal en els darrers anys, la producció d'acetat de vinil ha mostrat una tendència d'augment any rere any, amb la producció total d'acetat de vinil assolint els 1970kt el 2018. Actualment, a causa de la influència de les matèries primeres i processos, les vies de producció d'acetat de vinil inclouen principalment el mètode d'acetilè i el mètode d'etilè.
1, procés d'acetilè
El 1912, F. Klatte, un canadenc, va descobrir per primera vegada l'acetat de vinil utilitzant excés d'acetilè i àcid acètic a pressió atmosfèrica, a temperatures que oscil·laven entre 60 i 100 ℃, i utilitzant sals de mercuri com a catalitzadors.El 1921, l'empresa alemanya CEI va desenvolupar una tecnologia per a la síntesi en fase de vapor d'acetat de vinil a partir d'acetilè i àcid acètic.Des de llavors, investigadors de diversos països han optimitzat contínuament el procés i les condicions per a la síntesi d'acetat de vinil a partir d'acetilè.El 1928, Hoechst Company of Germany va establir una unitat de producció d'acetat de vinil de 12 kt/a, realitzant una producció industrialitzada a gran escala d'acetat de vinil.L'equació per produir acetat de vinil pel mètode de l'acetilè és la següent:
Reacció principal:

Efectes secundaris:

El mètode de l'acetilè es divideix en mètode de fase líquida i mètode de fase gasosa.
L'estat de fase reactiu del mètode de fase líquida d'acetilè és líquid i el reactor és un dipòsit de reacció amb un dispositiu d'agitació.A causa de les deficiències del mètode en fase líquida, com ara la baixa selectivitat i molts subproductes, aquest mètode s'ha substituït actualment pel mètode de fase gasosa d'acetilè.
Segons les diferents fonts de preparació del gas acetilè, el mètode de la fase de gas acetilè es pot dividir en el mètode Borden d'acetilè de gas natural i el mètode Wacker d'acetilè de carbur.
El procés Borden utilitza àcid acètic com a adsorbent, la qual cosa millora molt la taxa d'utilització de l'acetilè.Tanmateix, aquesta via de procés és tècnicament difícil i requereix uns costos elevats, per la qual cosa aquest mètode ocupa un avantatge en zones riques en recursos de gas natural.
El procés Wacker utilitza acetilè i àcid acètic produïts a partir de carbur de calci com a matèries primeres, utilitzant un catalitzador amb carbó actiu com a portador i acetat de zinc com a component actiu, per sintetitzar VAc a pressió atmosfèrica i temperatura de reacció de 170 ~ 230 ℃.La tecnologia del procés és relativament senzilla i té uns costos de producció baixos, però hi ha deficiències com ara una pèrdua fàcil de components actius del catalitzador, una mala estabilitat, un alt consum d'energia i una gran contaminació.
2, procés d'etilè
L'etilè, l'oxigen i l'àcid acètic glacial són tres matèries primeres utilitzades en la síntesi d'etilè del procés d'acetat de vinil.El principal component actiu del catalitzador és normalment l'element de metall noble del vuitè grup, que reacciona a una determinada temperatura i pressió de reacció.Després del processament posterior, finalment s'obté el producte objectiu acetat de vinil.L'equació de la reacció és la següent:
Reacció principal:

Efectes secundaris:

El procés de fase de vapor d'etilè va ser desenvolupat per primera vegada per Bayer Corporation i es va posar en producció industrial per a la producció d'acetat de vinil l'any 1968. Les línies de producció es van establir a Hearst i Bayer Corporation a Alemanya i National Distillers Corporation als Estats Units, respectivament.Es tracta principalment de pal·ladi o or carregat sobre suports resistents a l'àcid, com ara perles de gel de sílice amb un radi de 4-5 mm i l'addició d'una certa quantitat d'acetat de potassi, que pot millorar l'activitat i la selectivitat del catalitzador.El procés per a la síntesi d'acetat de vinil mitjançant el mètode USI en fase de vapor d'etilè és similar al mètode Bayer i es divideix en dues parts: síntesi i destil·lació.El procés USI va aconseguir l'aplicació industrial l'any 1969. Els components actius del catalitzador són principalment pal·ladi i platí, i l'agent auxiliar és l'acetat de potassi, que es recolza en un suport d'alúmina.Les condicions de reacció són relativament suaus i el catalitzador té una llarga vida útil, però el rendiment espai-temps és baix.En comparació amb el mètode d'acetilè, el mètode de la fase de vapor d'etilè ha millorat molt en la tecnologia i els catalitzadors utilitzats en el mètode d'etilè han millorat contínuament en activitat i selectivitat.No obstant això, encara cal explorar la cinètica de la reacció i el mecanisme de desactivació.
La producció d'acetat de vinil mitjançant el mètode d'etilè utilitza un reactor de llit fix tubular ple de catalitzador.El gas d'alimentació entra al reactor des de la part superior i, quan entra en contacte amb el llit del catalitzador, es produeixen reaccions catalitzadores per generar el producte objectiu acetat de vinil i una petita quantitat de diòxid de carboni subproducte.A causa de la naturalesa exotèrmica de la reacció, s'introdueix aigua a pressió al costat de la carcassa del reactor per eliminar la calor de la reacció mitjançant la vaporització de l'aigua.
En comparació amb el mètode d'acetilè, el mètode d'etilè té les característiques d'estructura compacta del dispositiu, gran producció, baix consum d'energia i baixa contaminació, i el seu cost del producte és inferior al del mètode d'acetilè.La qualitat del producte és superior i la situació de corrosió no és greu.Per tant, el mètode de l'etilè va substituir gradualment el mètode de l'acetilè després de la dècada de 1970.Segons estadístiques incompletes, al voltant del 70% del VAc produït pel mètode d'etilè al món s'ha convertit en el corrent principal dels mètodes de producció de VAc.
Actualment, la tecnologia de producció de VAC més avançada del món és el procés Leap de BP i el procés Vantage de Celanese.En comparació amb el procés tradicional d'etilè en fase gasosa de llit fix, aquestes dues tecnologies de procés han millorat significativament el reactor i el catalitzador al nucli de la unitat, millorant l'economia i la seguretat del funcionament de la unitat.
Celanese ha desenvolupat un nou procés Vantage de llit fix per abordar els problemes de distribució desigual del llit de catalitzador i la conversió unidireccional baixa d'etilè en reactors de llit fix.El reactor utilitzat en aquest procés segueix sent un llit fix, però s'han fet millores importants en el sistema catalitzador i s'han afegit dispositius de recuperació d'etilè al gas de cua, superant les deficiències dels processos tradicionals de llit fix.El rendiment del producte acetat de vinil és significativament superior al de dispositius similars.El catalitzador de procés utilitza platí com a component actiu principal, gel de sílice com a portador del catalitzador, citrat de sodi com a agent reductor i altres metalls auxiliars com ara elements de terres rares de lantànid com el praseodimi i el neodimi.En comparació amb els catalitzadors tradicionals, es milloren la selectivitat, l'activitat i el rendiment espai-temps del catalitzador.
BP Amoco ha desenvolupat un procés de fase gasosa d'etilè de llit fluiditzat, també conegut com a procés de salt, i ha construït una unitat de llit fluiditzat de 250 kt/a a Hull, Anglaterra.L'ús d'aquest procés per produir acetat de vinil pot reduir el cost de producció en un 30%, i el rendiment espai-temps del catalitzador (1858-2744 g/(L · h-1)) és molt superior al del procés de llit fix (700 -1200 g/(L · h-1)).
El procés LeapProcess utilitza per primera vegada un reactor de llit fluiditzat, que té els següents avantatges en comparació amb un reactor de llit fix:
1) En un reactor de llit fluiditzat, el catalitzador es barreja de manera contínua i uniforme, contribuint així a la difusió uniforme del promotor i assegurant una concentració uniforme del promotor al reactor.
2) El reactor de llit fluiditzat pot substituir contínuament el catalitzador desactivat per un catalitzador fresc en condicions de funcionament.
3) La temperatura de reacció del llit fluiditzat és constant, minimitzant la desactivació del catalitzador a causa del sobreescalfament local, allargant així la vida útil del catalitzador.
4) El mètode d'eliminació de calor utilitzat en el reactor de llit fluiditzat simplifica l'estructura del reactor i en redueix el volum.En altres paraules, es pot utilitzar un disseny de reactor únic per a instal·lacions químiques a gran escala, millorant significativament l'eficiència d'escala del dispositiu.