Vinyl acetate (VAC), còn được gọi là vinyl acetate hoặc vinyl acetate, là một chất lỏng trong suốt không màu ở nhiệt độ và áp suất bình thường, với công thức phân tử C4H6O2 và trọng lượng phân tử tương đối là 86,9. VAC, là một trong những nguyên liệu thô hữu cơ công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, có thể tạo ra các dẫn xuất như nhựa polyvinyl acetate (PVAC), rượu polyvinyl (PVA) và polyacrylonitril (PAN) thông qua tự trùng hợp hoặc copolyme hóa với các monome khác. Những dẫn xuất này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, dệt may, máy móc, y học và chất điều trị đất. Do sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp thiết bị đầu cuối trong những năm gần đây, việc sản xuất vinyl acetate đã cho thấy xu hướng tăng lên hàng năm, với tổng sản lượng vinyl acetate đạt 1970kt vào năm 2018. Hiện tại, do ảnh hưởng của nguyên liệu thô và Các quy trình, các tuyến sản xuất của vinyl acetate chủ yếu bao gồm phương pháp acetylene và phương pháp ethylene.
1 、 Quá trình acetylen
Vào năm 1912, F. Klatte, một người Canada, lần đầu tiên phát hiện ra vinyl acetate bằng cách sử dụng acetylen và axit axetic dư thừa dưới áp suất khí quyển, ở nhiệt độ từ 60 đến 100, và sử dụng muối thủy ngân làm chất xúc tác. Năm 1921, công ty CEI của Đức đã phát triển một công nghệ cho quá trình tổng hợp pha hơi của vinyl acetate từ acetylene và axit acetic. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu từ các quốc gia khác nhau đã liên tục tối ưu hóa quá trình và điều kiện để tổng hợp vinyl acetate từ acetylene. Năm 1928, Công ty Hoechst của Đức đã thành lập một đơn vị sản xuất 12 kt/một vinyl acetate, hiện thực hóa sản xuất vinyl acetate quy mô lớn. Phương trình sản xuất vinyl acetate bằng phương pháp acetylene như sau:
Phản ứng chính:

Tác dụng phụ:

Phương pháp acetylene được chia thành phương pháp pha lỏng và phương pháp pha khí.
Trạng thái pha của chất phản ứng của phương pháp pha lỏng acetylen là chất lỏng và lò phản ứng là bể phản ứng với thiết bị khuấy. Do những thiếu sót của phương pháp pha lỏng như độ chọn lọc thấp và nhiều sản phẩm phụ, phương pháp này đã được thay thế bằng phương pháp pha khí acetylene hiện nay.
Theo các nguồn khác nhau của chế phẩm khí acetylen, phương pháp pha khí acetylen có thể được chia thành phương pháp acetylen borden khí tự nhiên và phương pháp Wacker cacetylen cacetylen.
Quá trình Borden sử dụng axit axetic làm chất hấp phụ, giúp cải thiện đáng kể tốc độ sử dụng của acetylen. Tuy nhiên, tuyến đường quy trình này rất khó khăn về mặt kỹ thuật và đòi hỏi chi phí cao, vì vậy phương pháp này chiếm một lợi thế trong các khu vực giàu tài nguyên khí đốt tự nhiên.
Quá trình wacker sử dụng acetylen và axit axetic được sản xuất từ ​​canxi cacbua làm nguyên liệu thô, sử dụng chất xúc tác với carbon hoạt hóa làm chất mang và kẽm acetate làm thành phần hoạt động, để tổng hợp VAC dưới áp suất khí quyển và nhiệt độ phản ứng 170 ~ 230. Công nghệ quy trình tương đối đơn giản và có chi phí sản xuất thấp, nhưng có những thiếu sót như dễ dàng mất các thành phần hoạt động xúc tác, ổn định kém, tiêu thụ năng lượng cao và ô nhiễm lớn.
2 Quá trình ethylene
Ethylene, oxy và axit axetic băng là ba nguyên liệu thô được sử dụng trong quá trình tổng hợp ethylene của quá trình vinyl acetate. Thành phần hoạt động chính của chất xúc tác thường là phần tử kim loại quý thứ tám, được phản ứng ở nhiệt độ và áp suất phản ứng nhất định. Sau khi xử lý tiếp theo, sản phẩm mục tiêu vinyl acetate cuối cùng đã thu được. Phương trình phản ứng như sau:
Phản ứng chính:

Tác dụng phụ:

Quá trình pha hơi Ethylene lần đầu tiên được phát triển bởi Bayer Corporation và được đưa vào sản xuất công nghiệp để sản xuất vinyl acetate vào năm 1968. Các dây chuyền sản xuất được thành lập tại Hearst và Bayer Corporation ở Đức và Tập đoàn chưng cất quốc gia tại Hoa Kỳ, tương ứng. Nó chủ yếu là palladi hoặc vàng được nạp vào các hỗ trợ kháng axit, chẳng hạn như các hạt silica gel có bán kính 4-5mm và bổ sung một lượng kali acetate nhất định, có thể cải thiện hoạt động và tính chọn lọc của chất xúc tác. Quá trình tổng hợp vinyl acetate sử dụng phương pháp USI hơi ethylene tương tự như phương pháp Bayer và được chia thành hai phần: tổng hợp và chưng cất. Quá trình USI đã đạt được ứng dụng công nghiệp vào năm 1969. Các thành phần hoạt động của chất xúc tác chủ yếu là paladi và bạch kim, và tác nhân phụ trợ là kali acetate, được hỗ trợ trên chất mang alumina. Các điều kiện phản ứng tương đối nhẹ và chất xúc tác có tuổi thọ dài, nhưng năng suất không gian là thấp. So với phương pháp acetylene, phương pháp pha hơi ethylene đã được cải thiện đáng kể trong công nghệ và các chất xúc tác được sử dụng trong phương pháp ethylene đã liên tục cải thiện hoạt động và tính chọn lọc. Tuy nhiên, động học phản ứng và cơ chế khử hoạt tính vẫn cần được khám phá.
Việc sản xuất vinyl acetate bằng phương pháp ethylene sử dụng lò phản ứng giường cố định hình ống chứa đầy chất xúc tác. Khí thức ăn đi vào lò phản ứng từ trên cùng và khi nó tiếp xúc với lớp xúc tác, các phản ứng xúc tác xảy ra để tạo ra sản phẩm mục tiêu vinyl acetate và một lượng nhỏ carbon dioxide sản phẩm phụ. Do tính chất tỏa nhiệt của phản ứng, nước điều áp được đưa vào phía vỏ của lò phản ứng để loại bỏ nhiệt phản ứng bằng cách sử dụng hơi nước của nước.
So với phương pháp acetylene, phương pháp ethylene có đặc điểm của cấu trúc thiết bị nhỏ gọn, sản lượng lớn, mức tiêu thụ năng lượng thấp và ô nhiễm thấp và chi phí sản phẩm của nó thấp hơn phương pháp acetylen. Chất lượng sản phẩm là vượt trội và tình hình ăn mòn không nghiêm trọng. Do đó, phương pháp ethylene dần thay thế phương pháp acetylene sau những năm 1970. Theo thống kê không đầy đủ, khoảng 70% VAC được sản xuất bằng phương pháp ethylene trên thế giới đã trở thành xu hướng chính của các phương pháp sản xuất VAC.
Hiện tại, công nghệ sản xuất VAC tiên tiến nhất trên thế giới là quá trình nhảy vọt của BP và quy trình Vantage của Celan. So với quá trình ethylene pha khí cố định truyền thống, hai công nghệ xử lý này đã cải thiện đáng kể lò phản ứng và chất xúc tác ở lõi của đơn vị, cải thiện nền kinh tế và an toàn của hoạt động đơn vị.
Celan đã phát triển một quy trình thuận lợi giường cố định mới để giải quyết các vấn đề phân bố giường không đồng đều và chuyển đổi ethylene một chiều trong các lò phản ứng giường cố định. Lò phản ứng được sử dụng trong quá trình này vẫn là một giường cố định, nhưng những cải tiến đáng kể đã được thực hiện cho hệ thống xúc tác và các thiết bị phục hồi ethylene đã được thêm vào khí đuôi, vượt qua các thiếu sót của các quá trình giường cố định truyền thống. Năng suất của sản phẩm vinyl acetate cao hơn đáng kể so với các thiết bị tương tự. Chất xúc tác quá trình sử dụng bạch kim làm thành phần hoạt động chính, silica gel làm chất mang chất xúc tác, natri citrate như một tác nhân khử và các kim loại phụ khác như các nguyên tố đất hiếm như lanthanide như praseodymium và neodymium. So với các chất xúc tác truyền thống, tính chọn lọc, hoạt động và năng suất không gian của chất xúc tác được cải thiện.
BP AMOCO đã phát triển một quá trình pha khí ethylene giường lỏng, còn được gọi là quy trình nhảy vọt, và đã xây dựng một đơn vị giường chứa 250 kt/một ở Hull, Anh. Sử dụng quy trình này để sản xuất vinyl acetate có thể giảm 30%chi phí sản xuất và năng suất không gian của chất xúc tác (1858-2744 g/(L · h-1)) cao hơn nhiều so với quy trình giường cố định (700 -1200 g/(l · h-1)).
Quá trình trình xử lý lần đầu tiên sử dụng lò phản ứng giường lỏng, có những lợi thế sau so với lò phản ứng giường cố định:
1) Trong một lò phản ứng giường lỏng, chất xúc tác được trộn liên tục và đồng đều, do đó góp phần vào sự khuếch tán đồng đều của chất kích thích và đảm bảo nồng độ đồng đều của chất xúc tiến trong lò phản ứng.
2) Lò phản ứng giường lỏng có thể liên tục thay thế chất xúc tác vô hiệu hóa bằng chất xúc tác tươi trong điều kiện hoạt động.
3) Nhiệt độ phản ứng của giường lỏng là không đổi, giảm thiểu việc hủy kích hoạt chất xúc tác do quá nhiệt cục bộ, do đó kéo dài tuổi thọ của chất xúc tác.
4) Phương pháp loại bỏ nhiệt được sử dụng trong lò phản ứng của giường lỏng đơn giản hóa cấu trúc lò phản ứng và giảm thể tích của nó. Nói cách khác, một thiết kế lò phản ứng duy nhất có thể được sử dụng để lắp đặt hóa chất quy mô lớn, cải thiện đáng kể hiệu quả quy mô của thiết bị.