Το οξικό βινύλιο (VAC), επίσης γνωστό ως οξικό βινύλιο ή οξικό βινύλιο, είναι ένα άχρωμο διαφανές υγρό σε φυσιολογική θερμοκρασία και πίεση, με μοριακό τύπο C4H6O2 και σχετικό μοριακό βάρος 86,9. Το VAC, ως μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες βιομηχανικές οργανικές πρώτες ύλες στον κόσμο, μπορεί να παράγει παράγωγα όπως ρητίνη οξικού πολυβινυλίου (PVAC), πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) και πολυακρυλονιτρίλιο (PAN) μέσω αυτο -πολυμερισμού ή συμπολυμερισμού με άλλα μονομερή. Αυτά τα παράγωγα χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα μηχανήματα, την ιατρική και τα βελτιωτικά εδάφη. Λόγω της ταχείας ανάπτυξης του τερματικού κλάδου τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή οξικού βινυλεστέρα έδειξε μια τάση αύξησης κάθε χρόνο, με τη συνολική παραγωγή οξικού βινυλεστέρα να φτάνει το 1970kt το 2018. Προς το παρόν, λόγω της επίδρασης των πρώτων υλών και Διαδικασίες, οι οδοί παραγωγής του οξικού βινυλίου περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο ακετυλενίου και τη μέθοδο αιθυλενίου.
1 、 Διαδικασία ακετυλενίου
Το 1912, ο F. Klatte, ένας καναδικός, ανακάλυψε αρχικά οξικό βινύλιο χρησιμοποιώντας υπερβολικό ακετυλενίου και οξικό οξύ υπό ατμοσφαιρική πίεση, σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 60 έως 100 ℃ και χρησιμοποιώντας άλατα υδραργύρου ως καταλύτες. Το 1921, η γερμανική εταιρεία CEI ανέπτυξε μια τεχνολογία για τη σύνθεση φάσης ατμών του οξικού βινυλίου από ακετυλενίου και οξικού οξέος. Από τότε, ερευνητές από διάφορες χώρες έχουν συνεχώς βελτιστοποιήσει τη διαδικασία και τις συνθήκες για τη σύνθεση οξικού βινυλίου από ακετυλενίου. Το 1928, η Hoechst Company της Γερμανίας ίδρυσε μια μονάδα παραγωγής 12 kT/A Vinyl, συνειδητοποιώντας τη βιομηχανική παραγωγή μεγάλης κλίμακας οξικού βινυλίου. Η εξίσωση για την παραγωγή οξικού βινυλίου με τη μέθοδο ακετυλενίου έχει ως εξής:
Κύρια αντίδραση:

Παρενέργειες:

Η μέθοδος ακετυλενίου χωρίζεται σε μέθοδο υγρής φάσης και μέθοδο αερίων.
Η κατάσταση φάσης αντιδραστηρίου της μεθόδου υγρής φάσης ακετυλενίου είναι υγρή και ο αντιδραστήρας είναι μια δεξαμενή αντίδρασης με συσκευή ανάδευσης. Λόγω των ελλείψεων της μεθόδου υγρής φάσης, όπως η χαμηλή εκλεκτικότητα και πολλά υποπροϊόντα, αυτή η μέθοδος έχει αντικατασταθεί από τη μέθοδο αερίου ακετυλενίου επί του παρόντος.
Σύμφωνα με τις διάφορες πηγές παρασκευής αερίου ακετυλενίου, η μέθοδος φάσης ακετυλενίου μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο φυσικού αερίου ακετυλενίου και μέθοδο καρβιδίου ακετυλενίου.
Η διαδικασία Borden χρησιμοποιεί οξικό οξύ ως προσροφητικό, το οποίο βελτιώνει σημαντικά το ρυθμό χρησιμοποίησης του ακετυλενίου. Ωστόσο, αυτή η διαδρομή διεργασίας είναι τεχνικά δύσκολη και απαιτεί υψηλό κόστος, επομένως αυτή η μέθοδος καταλαμβάνει ένα πλεονέκτημα σε περιοχές πλούσιες σε πόρους φυσικού αερίου.
Η διαδικασία Wacker χρησιμοποιεί ακετυλένιο και οξικό οξύ που παράγεται από καρβίδιο ασβεστίου ως πρώτες ύλες, χρησιμοποιώντας καταλύτη με ενεργό άνθρακα ως φορέα και οξικό ψευδαργύρου ως ενεργό συστατικό, για να συνθέσει το VAC υπό ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία αντίδρασης 170 ~ 230 ℃. Η τεχνολογία της διαδικασίας είναι σχετικά απλή και έχει χαμηλό κόστος παραγωγής, αλλά υπάρχουν ελλείψεις όπως η εύκολη απώλεια ενεργών εξαρτημάτων του καταλύτη, η κακή σταθερότητα, η κατανάλωση υψηλής ενέργειας και η μεγάλη ρύπανση.
2 、 διαδικασία αιθυλενίου
Το αιθυλένιο, το οξυγόνο και το παγετώδες οξικό οξύ είναι τρεις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση αιθυλενίου της διεργασίας οξικού βινυλίου. Το κύριο ενεργό συστατικό του καταλύτη είναι συνήθως το όγδοο ομαδικό στοιχείο Noble Metal, το οποίο αντιδρά σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση αντίδρασης. Μετά την επακόλουθη επεξεργασία, επιτέλους λαμβάνεται τελικά το οξικό βινύλιο του προϊόντος στόχου. Η εξίσωση αντίδρασης έχει ως εξής:
Κύρια αντίδραση:

Παρενέργειες:

Η διαδικασία φάσης ατμών αιθυλενίου αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από την Bayer Corporation και τέθηκε σε βιομηχανική παραγωγή για την παραγωγή οξικού βινυλίου το 1968. Είναι κυρίως παλλάδιο ή χρυσό φορτωμένο σε ανθεκτικά σε οξέα στηρίγματα, όπως σφαιρίδια πηκτής πυριτίου με ακτίνα 4-5mm και την προσθήκη ορισμένης ποσότητας οξικού καλίου, η οποία μπορεί να βελτιώσει τη δραστηριότητα και την εκλεκτικότητα του καταλύτη. Η διαδικασία για τη σύνθεση του οξικού βινυλεστέρα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο USI ατμού αιθυλενίου είναι παρόμοια με τη μέθοδο Bayer και χωρίζεται σε δύο μέρη: σύνθεση και απόσταξη. Η διαδικασία USI πέτυχε βιομηχανική εφαρμογή το 1969. Οι συνθήκες αντίδρασης είναι σχετικά ήπιες και ο καταλύτης έχει μακρά διάρκεια ζωής, αλλά η απόδοση του διαστημικού χρόνου είναι χαμηλή. Σε σύγκριση με τη μέθοδο ακετυλενίου, η μέθοδος φάσης ατμών αιθυλενίου έχει βελτιωθεί σημαντικά στην τεχνολογία και οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο αιθυλενίου έχουν βελτιωθεί συνεχώς στη δραστηριότητα και την εκλεκτικότητα. Ωστόσο, πρέπει να διερευνηθεί ο μηχανισμός κινητικής αντίδρασης και απενεργοποίησης.
Η παραγωγή οξικού βινυλεστέρα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αιθυλενίου χρησιμοποιεί έναν σωληνοειδές αντιδραστήρα σταθερού κλίνης γεμάτο με καταλύτη. Το αέριο τροφοδοσίας εισέρχεται στον αντιδραστήρα από την κορυφή και όταν έρχεται σε επαφή με την κλίνη του καταλύτη, εμφανίζονται καταλυτικές αντιδράσεις για τη δημιουργία του οξικού βινυλεστέρα του προϊόντος στόχου και μιας μικρής ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα του υποπροϊόντος. Λόγω της εξωθερμικής φύσης της αντίδρασης, το νερό υπό πίεση εισάγεται στην πλευρά του κελύφους του αντιδραστήρα για να απομακρυνθεί η θερμότητα της αντίδρασης χρησιμοποιώντας την εξάτμιση του νερού.
Σε σύγκριση με τη μέθοδο ακετυλενίου, η μέθοδος αιθυλενίου έχει τα χαρακτηριστικά της δομής της συμπαγούς συσκευής, της μεγάλης παραγωγής, της κατανάλωσης χαμηλής ενέργειας και της χαμηλής ρύπανσης και το κόστος του προϊόντος του είναι χαμηλότερο από αυτό της μεθόδου ακετυλενίου. Η ποιότητα του προϊόντος είναι ανώτερη και η κατάσταση της διάβρωσης δεν είναι σοβαρή. Ως εκ τούτου, η μέθοδος αιθυλενίου αντικατέστησε σταδιακά τη μέθοδο ακετυλενίου μετά τη δεκαετία του 1970. Σύμφωνα με ελλιπείς στατιστικές, περίπου το 70% του VAC που παράγεται από τη μέθοδο αιθυλενίου στον κόσμο έχει γίνει το mainstream των μεθόδων παραγωγής VAC.
Επί του παρόντος, η πιο προηγμένη τεχνολογία παραγωγής VAC στον κόσμο είναι η διαδικασία Leap της BP και η διαδικασία Vantage της Celanese. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαδικασία αιθυλενίου σταθερής αέρια αιθυλενίου, αυτές οι δύο τεχνολογίες διεργασίας έχουν βελτιώσει σημαντικά τον αντιδραστήρα και τον καταλύτη στον πυρήνα της μονάδας, βελτιώνοντας την οικονομία και την ασφάλεια της λειτουργίας της μονάδας.
Η Celanese έχει αναπτύξει μια νέα διαδικασία σταθερής κλίνης για την αντιμετώπιση των προβλημάτων της ανομοιόμορφης διανομής κρεβατιών καταλύτη και της χαμηλής μετατροπής μονής κατεύθυνσης αιθυλενίου σε αντιδραστήρες σταθερής κλίνης. Ο αντιδραστήρας που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διαδικασία εξακολουθεί να είναι ένα σταθερό κρεβάτι, αλλά έχουν γίνει σημαντικές βελτιώσεις στο σύστημα καταλύτη και οι συσκευές ανάκτησης αιθυλενίου έχουν προστεθεί στο αέριο της ουράς, ξεπερνώντας τις ελλείψεις των παραδοσιακών διεργασιών σταθερής κλίνης. Η απόδοση του οξικού βινυλίου του προϊόντος είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή των παρόμοιων συσκευών. Ο καταλύτης διεργασίας χρησιμοποιεί την πλατίνα ως το κύριο ενεργό συστατικό, το πήκτωμα του πυριτίου ως φορέα καταλύτη, το κιτρικό νάτριο ως αναγωγικό παράγοντα και άλλα βοηθητικά μέταλλα όπως στοιχεία σπάνιων γη λανθανιδίου όπως το πρασιόριο και το νεοδύμιο. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς καταλύτες, βελτιώνεται η επιλεκτικότητα, η δραστηριότητα και η απόδοση του διαστημικού χρόνου του καταλύτη.
Η BP AMOCO έχει αναπτύξει μια διαδικασία φάσης ατυχήματος αιθυλενίου ρευστοποιημένου κλινή, γνωστή και ως διαδικασία Leap Process, και έχει κατασκευάσει μια μονάδα ρευστοποιημένης κλίνης 250 kt/a στο Hull, Αγγλία. Η χρήση αυτής της διαδικασίας για την παραγωγή οξικού βινυλίου μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής κατά 30%και η απόδοση του διαστημικού χρόνου του καταλύτη (1858-2744 g/(L · H-1)) είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της διαδικασίας σταθερής κλίνης (700 -1200 g/(L · H-1)).
Η διαδικασία Leapprocess χρησιμοποιεί για πρώτη φορά έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένου κρεβατιού, ο οποίος έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με έναν αντιδραστήρα σταθερού κρεβατιού:
1) Σε έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης, ο καταλύτης αναμειγνύεται συνεχώς και ομοιόμορφα, συμβάλλοντας έτσι στην ομοιόμορφη διάχυση του προαγωγού και εξασφαλίζοντας μια ομοιόμορφη συγκέντρωση του προαγωγού στον αντιδραστήρα.
2) Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης μπορεί να αντικαταστήσει συνεχώς τον απενεργοποιημένο καταλύτη με φρέσκο ​​καταλύτη υπό συνθήκες λειτουργίας.
3) Η θερμοκρασία αντίδρασης ρευστοποιημένης κλίνης είναι σταθερή, ελαχιστοποιώντας την απενεργοποίηση του καταλύτη λόγω της τοπικής υπερθέρμανσης, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του καταλύτη.
4) Η μέθοδος απομάκρυνσης θερμότητας που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης απλοποιεί τη δομή του αντιδραστήρα και μειώνει τον όγκο του. Με άλλα λόγια, ένας μεμονωμένος σχεδιασμός αντιδραστήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για χημικές εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση κλίμακας της συσκευής.