L'acétate de vinyle (VAc), également connu sous le nom d'acétate de vinyle ou acétate de vinyle, est un liquide transparent incolore à température et pression normales, avec une formule moléculaire de C4H6O2 et un poids moléculaire relatif de 86,9.Le VAc, en tant que l'une des matières premières organiques industrielles les plus utilisées au monde, peut générer des dérivés tels que la résine d'acétate de polyvinyle (PVAc), l'alcool polyvinylique (PVA) et le polyacrylonitrile (PAN) par autopolymérisation ou copolymérisation avec d'autres monomères.Ces dérivés sont largement utilisés dans la construction, les textiles, les machines, la médecine et les amendements des sols.En raison du développement rapide de l'industrie des terminaux ces dernières années, la production d'acétate de vinyle a montré une tendance à la hausse d'année en année, la production totale d'acétate de vinyle atteignant 1970 kt en 2018. Actuellement, en raison de l'influence des matières premières et procédés, les voies de production de l'acétate de vinyle comprennent principalement la méthode à l'acétylène et la méthode à l'éthylène.
1、Processus acétylène
En 1912, F. Klatte, un Canadien, découvrit pour la première fois l'acétate de vinyle en 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 en phase vapeur d'acétate de vinyle à partir d'acétylène et d'acide acétique.Depuis lors, des chercheurs de différents pays ont continuellement optimisé le processus et les conditions de synthèse de l'acétate de vinyle à partir de l'acétylène.En 1928, la société allemande Hoechst a établi une unité de production d'acétate de vinyle de 12 kt/an, réalisant une production industrialisée à grande échelle d'acétate de vinyle.L'équation pour produire de l'acétate de vinyle par la méthode à l'acétylène est la suivante :
Réaction principale :

Effets secondaires:

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

Effets secondaires:

Le procédé en phase 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 établies respectivement à Hearst et Bayer Corporation en Allemagne et à National Distillers Corporation aux États-Unis.Il s'agit principalement de palladium ou d'or chargés sur des supports résistants aux acides, tels que des billes de gel de silice d'un rayon de 4 à 5 mm, et de 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 en phase vapeur d'éthylène est similaire à la méthode Bayer et est divisé en deux parties : la synthèse et la distillation.Le procédé USI a été appliqué industriellement en 1969. Les composants actifs du catalyseur sont principalement le palladium et le platine, et l'agent auxiliaire est l'acétate de potassium, qui est supporté sur un support d'alumine.Les conditions de réaction sont relativement douces et le catalyseur a une longue durée de vie, mais le rendement spatio-temporel est faible.Par rapport à la méthode à l'acétylène, la méthode en phase vapeur d'éthylène s'est considérablement améliorée en termes de technologie et les catalyseurs utilisés dans la méthode à l'éthylène ont continuellement amélioré leur activité et leur sélectivité.Cependant, la cinétique de la réaction et le mécanisme de désactivation doivent encore être explorés.
La production d'acétate de vinyle par la méthode à l'éthylène utilise un réacteur tubulaire à lit fixe rempli de catalyseur.Le gaz d'alimentation entre dans le réacteur par le haut et lorsqu'il entre en contact avec le lit de catalyseur, des réactions catalytiques se produisent pour générer le produit cible, l'acétate de vinyle, 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 du côté coque du réacteur pour éliminer la chaleur de réaction en utilisant la vaporisation de l’eau.
Par rapport à la méthode à l'acétylène, la méthode à l'éthylène présente les caractéristiques d'une structure de dispositif compacte, d'un rendement élevé, d'une faible consommation d'énergie et d'une faible pollution, et son coût de produit est inférieur à celui de la méthode à l'acétylène.La qualité du produit est supérieure et la situation de corrosion n'est pas grave.C’est pourquoi la méthode à l’éthylène a progressivement remplacé la méthode à l’acétylène après les années 1970.Selon des statistiques incomplètes, environ 70 % du VAc produit par la méthode de l'éthylène dans le monde est devenu le courant dominant des méthodes de production du VAc.
Actuellement, la technologie de production de VAc la plus avancée au monde est le processus Leap de BP et le processus Vantage de Celanese.Par rapport au procédé traditionnel d'éthylène en phase gazeuse en lit fixe, ces deux technologies de procédé ont considérablement amélioré le réacteur et le catalyseur au cœur de l'unité, améliorant ainsi l'économie et la sécurité de fonctionnement de l'unité.
Celanese a développé un nouveau procédé Vantage à lit fixe pour résoudre les problèmes de répartition inégale des lits de catalyseur et de faible conversion unidirectionnelle de l'éthylène dans les réacteurs à lit fixe.Le réacteur utilisé dans ce procédé est toujours un lit fixe, mais des améliorations significatives ont été apportées au système catalytique et des dispositifs de récupération de l'éthylène ont été ajoutés dans les gaz résiduaires, surmontant ainsi les inconvénients des procédés traditionnels à lit fixe.Le rendement du produit acétate de vinyle est nettement supérieur à celui d'appareils similaires.Le catalyseur de procédé utilise du platine comme composant actif principal, du gel de silice comme support de catalyseur, du citrate de sodium comme agent réducteur et d'autres métaux auxiliaires tels que des éléments de terres rares lanthanides tels que le praséodyme et le néodyme.Par rapport aux catalyseurs traditionnels, la sélectivité, l'activité et le rendement spatio-temporel du catalyseur sont améliorés.
BP Amoco a développé un procédé en phase gazeuse d'éthylène en lit fluidisé, également connu sous le nom de procédé Leap Process, et a construit une unité à lit fluidisé de 250 kt/an à Hull, en Angleterre.L'utilisation de ce procédé pour produire de l'acétate de vinyle peut réduire le coût de production de 30 % et le rendement spatio-temporel du catalyseur (1 858-2 744 g/(L · h-1)) est bien supérieur à celui du procédé en lit fixe (700 -1200 g/(L · h-1)).
Le procédé 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 de manière continue et uniforme, contribuant ainsi à la diffusion uniforme du promoteur et assurant 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 les conditions de fonctionnement.
3) La température de réaction du lit fluidisé est constante, minimisant la désactivation du catalyseur due à une surchauffe locale, prolongeant ainsi la durée de vie du catalyseur.
4) La méthode d'évacuation 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 réacteur unique peut être utilisée pour des installations chimiques à grande échelle, améliorant ainsi considérablement l’efficacité à grande échelle du dispositif.