L'acétate de vinyle (VAC), également connu sous le nom d'acétate de vinyle ou d'acétate de vinyle, est un liquide transparent incolore à température et à la pression normales, avec une formule moléculaire de C4H6O2 et un poids moléculaire relatif de 86,9. VAC, en tant que l'une des matières premières organiques industrielles les plus utilisées au monde, peut générer des dérivés tels que la résine à acétate de polyvinyle (PVAC), l'alcool polyvinylique (PVA) et le polyacrylonitrile (PAN) par l'auto-polymérisation ou la copolymérisation avec d'autres monomères. Ces dérivés sont largement utilisés dans la construction, les textiles, les machines, les médicaments et les improverses du sol. En raison du développement rapide de l'industrie du terminal ces dernières années, la production d'acétate de vinyle a montré une tendance à l'augmentation d'année en année, la production totale d'acétate de vinyle atteignant 1970kt en 2018. Actuellement, en raison de l'influence des matières premières et Les processus, les voies de production d'acétate de vinyle incluent principalement la méthode d'acétylène et la méthode d'éthylène.
1 、 Processus d'acétylène
En 1912, F. Klatte, un Canadien, a d'abord découvert l'acétate de vinyle utilisant un excès d'acétylène et d'acide acétique sous pression atmosphérique, à des températures allant de 60 à 100 ℃, et en utilisant des sels de mercure comme catalyseurs. En 1921, la société allemande CEI a développé une technologie pour la synthèse de phase de vapeur de l'acétate de vinyle à partir de l'acétylène et de l'acide acétique. Depuis lors, les chercheurs de divers pays ont continuellement optimisé le processus et les conditions de synthèse de l'acétate de vinyle à partir de l'acétylène. En 1928, la Hoechst Company of Allemagne a créé une unité de production d'acétate de vinyle de 12 kt / a, réalisant une production industrialisée à grande échelle d'acétate de vinyle. L'équation de production d'acétate de vinyle par la méthode d'acétylène est la suivante:
Réaction principale:

Effets secondaires:

La méthode de l'acétylène est divisée en méthode de phase liquide et méthode de phase gazeuse.
L'état de phase de réactif de la méthode de phase liquide de l'acétylène est liquide et le réacteur est un réservoir de réaction avec un dispositif d'agitation. En raison des lacunes de la méthode de la phase liquide, comme une faible sélectivité et de nombreux sous-produits, cette méthode a été remplacée par la méthode de phase de gaz d'acétylène actuellement.
Selon les différentes sources de préparation du gaz acétylène, la méthode de la phase de gaz d'acétylène peut être divisée en méthode de borde de l'acétylène de gaz naturel et une méthode de carbure sur l'acétylène.
Le processus Borden utilise l'acide acétique comme adsorbant, ce qui améliore considérablement le taux d'utilisation de l'acétylène. Cependant, cette voie de processus est techniquement difficile et nécessite des coûts élevés, donc cette méthode occupe un avantage dans les zones riches en ressources de gaz naturel.
Le processus de wacker utilise de l'acétylène et de l'acide acétique produit à partir de carbure de calcium comme matières premières, en utilisant un catalyseur avec du carbone activé comme porteuse et acétate de zinc comme composant actif, pour synthétiser VAC sous pression atmosphérique et température de réaction de 170 ~ 230 ℃. La technologie de processus est relativement simple et a de faibles coûts de production, mais il y a des lacunes telles qu'une perte facile de composants actifs du catalyseur, une mauvaise stabilité, une consommation élevée d'énergie et une grande pollution.
2 、 Processus d'éthylène
L'éthylène, l'oxygène et l'acide acétique glaciaire sont trois matières premières utilisées dans la synthèse de l'éthylène du processus d'acétate de vinyle. Le composant actif principal du catalyseur est généralement l'élément métallique noble du huitième groupe, qui est réagi à une certaine température et pression de réaction. Après le traitement ultérieur, l'acétate de vinyle du produit cible est finalement obtenu. L'équation de réaction est la suivante:
Réaction principale:

Effets secondaires:

Le processus de phase de vapeur d'éthylène a été développé pour la première fois par Bayer Corporation et a été mis en production industrielle pour la production d'acétate de vinyle en 1968. Des lignes de production ont été créées dans Hearst et Bayer Corporation en Allemagne et National Distillers Corporation aux États-Unis, respectivement. Il s'agit principalement de palladium ou d'or chargé sur des supports résistants à l'acide, tels que des billes de gel de silice avec un rayon de 4 à 5 mm, et l'ajout d'une certaine quantité d'acétate de potassium, ce qui peut améliorer l'activité et la sélectivité du catalyseur. Le processus de synthèse de l'acétate de vinyle à l'aide de la méthode USI de phase de vapeur d'éthylène est similaire à la méthode Bayer et est divisé en deux parties: synthèse et distillation. Le processus USI a obtenu une application industrielle en 1969. Les composants actifs du catalyseur sont principalement du palladium et du platine, et l'agent auxiliaire est l'acétate de potassium, qui est pris en charge sur un porte-alumine. Les conditions de réaction sont relativement légères et le catalyseur a une longue durée de vie de service, mais le rendement de l'espace-temps est faible. Par rapport à la méthode de l'acétylène, la méthode de la phase de vapeur d'éthylène s'est considérablement améliorée dans la technologie, et les catalyseurs utilisés dans la méthode d'éthylène se sont continuellement améliorés dans l'activité et la sélectivité. Cependant, la cinétique de réaction et le mécanisme de désactivation doivent encore être explorées.
La production d'acétate de vinyle à l'aide de la méthode d'éthylène utilise un réacteur à lit fixe tubulaire rempli de catalyseur. Le gaz d'alimentation pénètre dans le réacteur par le haut, et lorsqu'il contacte le lit de catalyseur, les réactions catalytiques se produisent pour générer le produit de vinyle du produit cible et une petite quantité de dioxyde de carbone sous-produit. En raison de la nature exothermique de la réaction, de l'eau sous pression est introduite dans le côté de la coquille du réacteur pour éliminer la chaleur de réaction en utilisant la vaporisation de l'eau.
Par rapport à la méthode de l'acétylène, la méthode d'éthylène a les caractéristiques de la structure du dispositif compact, de la production importante, de la faible consommation d'énergie et de la faible pollution, et son coût de produit est inférieur à celui de la méthode de l'acétylène. La qualité du produit est supérieure et la situation de corrosion n'est pas grave. Par conséquent, la méthode d'éthylène a progressivement remplacé la méthode de l'acétylène après les années 1970. Selon des statistiques incomplètes, environ 70% des VAC produits par la méthode d'éthylène dans le monde sont devenus le courant dominant des méthodes de production de VAC.
Actuellement, la technologie de production de VAC la plus avancée au monde est le processus LEAP de BP et le processus de vue de Celanese. Par rapport au processus d'éthylène de phase de lit fixe traditionnel, ces deux technologies de processus ont considérablement amélioré le réacteur et le catalyseur au cœur de l'unité, améliorant l'économie et la sécurité du fonctionnement unitaire.
Le Celanese a développé un nouveau processus de vue de lit fixe pour résoudre les problèmes de distribution inégale du lit de catalyseur et de conversion à faible teneur en éthylène dans les réacteurs à lit fixe. Le réacteur utilisé dans ce processus est toujours un lit fixe, mais des améliorations significatives ont été apportées au système de catalyseur, et des dispositifs de récupération d'éthylène ont été ajoutés dans les gaz de queue, surmontant les lacunes des processus traditionnels de lit fixe. Le rendement de l'acétate de vinyle du produit est significativement plus élevé que celui des dispositifs similaires. Le catalyseur de processus utilise le platine comme composant actif principal, le gel de silice comme support de catalyseur, le citrate de sodium comme agent réducteur et d'autres métaux auxiliaires tels que les éléments de terres rares de lanthanure tels que le praseodymium et le néodyme. Par rapport aux catalyseurs traditionnels, la sélectivité, l'activité et le rendement de l'espace-temps du catalyseur sont améliorés.
BP AMOCO a développé un processus de phase de gaz d'éthylène à lit fluidisé, également connu sous le nom de processus de processus Leap, et a construit une unité de lit fluidisé de 250 kt / une à Hull, en Angleterre. L'utilisation de ce processus pour produire de l'acétate de vinyle peut réduire le coût de production de 30%, et le rendement en temps de l'espace du catalyseur (1858-2744 g / (L · H-1)) est beaucoup plus élevé que celui du processus de lit fixe (700 -1200 g / (L · H-1)).
Le processus Leapprocess utilise pour la première fois un réacteur à lit fluidisé, qui présente les avantages suivants par rapport à un réacteur à lit fixe:
1) Dans un réacteur à lit fluidisé, le catalyseur est mélangé en permanence et uniformément, contribuant ainsi à la diffusion uniforme du promoteur et garantissant une concentration uniforme du promoteur dans le réacteur.
2) Le réacteur à lit fluidisé peut remplacer en continu le catalyseur désactivé par un catalyseur frais dans des conditions de fonctionnement.
3) La température de réaction du lit fluidisé est constante, minimisant la désactivation du catalyseur due à la surchauffe locale, étendant ainsi la durée de vie du catalyseur.
4) La méthode d'élimination de la chaleur utilisée dans le réacteur à lit fluidisé simplifie la structure du réacteur et réduit son volume. En d'autres termes, une conception de réacteurs unique peut être utilisée pour des installations chimiques à grande échelle, améliorant considérablement l'efficacité de l'échelle de l'appareil.