Винилацетат (ВАс), также известный как винилацетат или винилацетат, представляет собой бесцветную прозрачную жидкость при нормальной температуре и давлении с молекулярной формулой C4H6O2 и относительной молекулярной массой 86,9.VAc, как одно из наиболее широко используемых промышленных органических сырьевых материалов в мире, может генерировать производные, такие как поливинилацетатная смола (ПВА), поливиниловый спирт (ПВС) и полиакрилонитрил (ПАН), путем самополимеризации или сополимеризации с другими мономерами.Эти производные широко используются в строительстве, текстиле, машиностроении, медицине и улучшителях почвы.В связи с быстрым развитием терминальной отрасли в последние годы производство винилацетата имеет тенденцию к увеличению из года в год, при этом общий объем производства винилацетата достиг 1970 тыс. тонн в 2018 году. В настоящее время из-за влияния сырья и Процессы производства винилацетата в основном включают ацетиленовый метод и этиленовый метод.
1, ацетиленовый процесс
В 1912 году канадец Ф. Клатте впервые открыл винилацетат, используя избыток ацетилена и уксусной кислоты при атмосферном давлении, в диапазоне температур от 60 до 100 ℃ и используя в качестве катализаторов соли ртути.В 1921 году немецкая компания CEI разработала технологию парофазного синтеза винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты.С тех пор исследователи разных стран постоянно оптимизировали процесс и условия синтеза винилацетата из ацетилена.В 1928 году немецкая компания Hoechst создала предприятие по производству винилацетата мощностью 12 тыс. тонн в год, осуществив промышленное крупномасштабное производство винилацетата.Уравнение получения винилацетата ацетиленовым методом выглядит следующим образом:
Основная реакция:

Побочные эффекты:

Ацетиленовый метод делится на жидкофазный метод и газофазный метод.
Фазовое состояние реагента жидкофазного метода с ацетиленом является жидким, а реактор представляет собой реакционный резервуар с перемешивающим устройством.Из-за недостатков жидкофазного метода, таких как низкая селективность и большое количество побочных продуктов, в настоящее время этот метод был заменен ацетиленовым газофазным методом.
В соответствии с различными источниками подготовки газообразного ацетилена газофазный метод ацетилена можно разделить на метод Бордена с ацетиленом из природного газа и метод Вакера с карбидом ацетилена.
В процессе Бордена в качестве адсорбента используется уксусная кислота, что значительно повышает степень использования ацетилена.Однако этот технологический маршрут технически сложен и требует больших затрат, поэтому этот метод имеет преимущество в районах, богатых ресурсами природного газа.
В процессе Wacker в качестве сырья используются ацетилен и уксусная кислота, полученные из карбида кальция, с использованием катализатора с активированным углем в качестве носителя и ацетатом цинка в качестве активного компонента для синтеза VAc при атмосферном давлении и температуре реакции 170 ~ 230 ℃.Технология процесса относительно проста и имеет низкие производственные затраты, но имеет такие недостатки, как легкая потеря активных компонентов катализатора, плохая стабильность, высокие энергозатраты и большое загрязнение.
2, этиленовый процесс
Этилен, кислород и ледяная уксусная кислота — три сырья, используемых в процессе синтеза этилена из винилацетата.Основным активным компонентом катализатора обычно является элемент благородного металла восьмой группы, который вступает в реакцию при определенной температуре и давлении реакции.После последующей обработки окончательно получают целевой продукт винилацетат.Уравнение реакции выглядит следующим образом:
Основная реакция:

Побочные эффекты:

Процесс паровой фазы этилена был впервые разработан корпорацией Bayer и запущен в промышленное производство для производства винилацетата в 1968 году. Производственные линии были созданы в Hearst и Bayer Corporation в Германии и National Distillers Corporation в США соответственно.В основном это палладий или золото, нанесенные на кислотостойкие носители, такие как шарики силикагеля радиусом 4-5 мм, и добавление определенного количества ацетата калия, что может улучшить активность и селективность катализатора.Процесс синтеза винилацетата с использованием метода USI в паровой фазе этилена аналогичен методу Байера и разделен на две части: синтез и дистилляцию.Промышленное применение процесс USI получил в 1969 году. Активными компонентами катализатора являются в основном палладий и платина, а вспомогательным агентом - ацетат калия, нанесенный на носитель из оксида алюминия.Условия реакции относительно мягкие, катализатор имеет длительный срок службы, но объемно-временной выход низок.По сравнению с ацетиленовым методом, метод паровой фазы этилена значительно усовершенствован в технологии, а катализаторы, используемые в этиленовом методе, постоянно улучшают активность и селективность.Однако кинетика реакции и механизм дезактивации еще требуют изучения.
При производстве винилацетата этиленовым методом используется трубчатый реактор с неподвижным слоем, заполненный катализатором.Исходный газ поступает в реактор сверху, и когда он контактирует со слоем катализатора, происходят каталитические реакции с образованием целевого продукта - винилацетата и небольшого количества побочного продукта - диоксида углерода.Из-за экзотермического характера реакции вода под давлением вводится в корпус реактора для отвода тепла реакции за счет испарения воды.
По сравнению с ацетиленовым методом этиленовый метод отличается компактной конструкцией устройства, большой производительностью, низким энергопотреблением и низким уровнем загрязнения, а себестоимость продукта ниже, чем у ацетиленового метода.Качество продукции превосходное, а ситуация с коррозией не является серьезной.Таким образом, после 1970-х годов этиленовый метод постепенно заменил ацетиленовый метод.По неполным статистическим данным, около 70% ВАс, получаемых этиленовым методом, в мире стало основным методом производства ВАс.
В настоящее время самой передовой технологией производства VAC в мире является процесс Leap Process компании BP и процесс Vantage компании Celanese.По сравнению с традиционным газофазным процессом этилена с неподвижным слоем эти две технологические технологии значительно улучшили реактор и катализатор в ядре установки, повысив экономичность и безопасность эксплуатации установки.
Компания Celanese разработала новый процесс Vantage с неподвижным слоем для решения проблем неравномерного распределения слоя катализатора и низкой односторонней конверсии этилена в реакторах с неподвижным слоем.Реактор, используемый в этом процессе, по-прежнему представляет собой неподвижный слой, но в каталитическую систему были внесены значительные улучшения, а в отходящие газы были добавлены устройства для улавливания этилена, что позволило преодолеть недостатки традиционных процессов с неподвижным слоем.Выход продукта винилацетата значительно выше, чем у аналогичных устройств.В катализаторе процесса используется платина в качестве основного активного компонента, силикагель в качестве носителя катализатора, цитрат натрия в качестве восстановителя и другие вспомогательные металлы, такие как редкоземельные элементы лантаноидов, такие как празеодим и неодим.По сравнению с традиционными катализаторами селективность, активность и объемно-временной выход катализатора улучшаются.
Компания BP Amoco разработала газофазный процесс этилена с псевдоожиженным слоем, также известный как процесс Leap Process, и построила установку с псевдоожиженным слоем производительностью 250 тыс. тонн в год в Халле, Англия.Использование этого процесса для производства винилацетата позволяет снизить себестоимость производства на 30%, а объемно-временной выход катализатора (1858-2744 г/(л·ч-1)) намного выше, чем у процесса с неподвижным слоем (700 -1200 г/(л·ч-1)).
В процессе LeapProcess впервые используется реактор с псевдоожиженным слоем, который имеет следующие преимущества по сравнению с реактором с неподвижным слоем:
1) В реакторе с псевдоожиженным слоем катализатор непрерывно и равномерно перемешивается, тем самым способствуя равномерной диффузии промотора и обеспечивая равномерную концентрацию промотора в реакторе.
2) Реактор с псевдоожиженным слоем может непрерывно заменять дезактивированный катализатор свежим катализатором в рабочих условиях.
3) Температура реакции в псевдоожиженном слое является постоянной, что сводит к минимуму дезактивацию катализатора из-за местного перегрева, тем самым продлевая срок службы катализатора.
4) Используемый в реакторе с кипящим слоем метод отвода тепла упрощает конструкцию реактора и уменьшает его объем.Другими словами, конструкция с одним реактором может использоваться для крупномасштабных химических установок, что значительно повышает масштабную эффективность устройства.