Το οξικό βινύλιο (VAc), γνωστό και ως οξικό βινύλιο ή οξικό βινύλιο, είναι ένα άχρωμο διαφανές υγρό σε κανονική 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 δημιουργήσει παράγωγα όπως ρητίνη οξικού πολυβινυλίου (PVAc), πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) και πολυακρυλονιτρίλιο (PAN) μέσω αυτοπολυμερισμού ή συμπολυμερισμού με άλλα μονομερή.Αυτά τα παράγωγα χρησιμοποιούνται ευρέως στις κατασκευές, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα μηχανήματα, την ιατρική και τα βελτιωτικά εδάφους.Λόγω της ραγδαίας ανάπτυξης της βιομηχανίας τερματικών σταθμών τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή οξικού βινυλίου παρουσιάζει μια τάση αύξησης χρόνο με το χρόνο, με τη συνολική παραγωγή οξικού βινυλίου να φτάνει τους 1970 τόνους το 2018. Επί του παρόντος, λόγω της επίδρασης των πρώτων υλών και διεργασίες, οι οδοί παραγωγής του οξικού βινυλίου περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο ακετυλενίου και τη μέθοδο αιθυλενίου.
1, Διαδικασία ακετυλίνης
Το 1912, ο F. Klatte, ένας Καναδός, ανακάλυψε για πρώτη φορά οξικό βινύλιο χρησιμοποιώντας περίσσεια ακετυλενίου και οξικού οξέος 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 σε φάση ατμού οξικού βινυλίου από ακετυλένιο και οξικό οξύ.Έκτοτε, ερευνητές από διάφορες χώρες βελτιστοποιούν συνεχώς τη διαδικασία και τις συνθήκες για τη σύνθεση οξικού βινυλίου από ακετυλένιο.Το 1928, η Hoechst Company της Γερμανίας ίδρυσε μια μονάδα παραγωγής οξικού βινυλίου 12 kt/a, πραγματοποιώντας βιομηχανοποιημένη παραγωγή οξικού βινυλίου μεγάλης κλίμακας.Η εξίσωση για την παραγωγή οξικού βινυλίου με τη μέθοδο ακετυλενίου είναι η εξής:
Κύρια αντίδραση:

Παρενέργειες:

Η μέθοδος ακετυλενίου χωρίζεται σε μέθοδο υγρής φάσης και μέθοδο αέριας φάσης.
Η κατάσταση φάσης αντιδραστηρίου της μεθόδου υγρής φάσης ακετυλενίου είναι υγρή και ο αντιδραστήρας είναι μια δεξαμενή αντίδρασης με μια συσκευή ανάδευσης.Λόγω των αδυναμιών της μεθόδου υγρής φάσης, όπως η χαμηλή εκλεκτικότητα και πολλά υποπροϊόντα, αυτή η μέθοδος έχει αντικατασταθεί από τη μέθοδο αέριας φάσης ακετυλενίου προς το παρόν.
Σύμφωνα με τις διαφορετικές πηγές παρασκευής αερίου ακετυλενίου, η μέθοδος αέριας φάσης ακετυλενίου μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο Borden ακετυλενίου φυσικού αερίου και μέθοδο Wacker ακετυλενίου καρβιδίου.
Η διαδικασία Borden χρησιμοποιεί οξικό οξύ ως προσροφητικό, το οποίο βελτιώνει σημαντικά τον ρυθμό χρησιμοποίησης του ακετυλενίου.Ωστόσο, αυτή η διαδρομή διεργασίας είναι τεχνικά δύσκολη και απαιτεί υψηλό κόστος, επομένως αυτή η μέθοδος κατέχει πλεονέκτημα σε περιοχές πλούσιες σε πόρους φυσικού αερίου.
Η διαδικασία Wacker χρησιμοποιεί ακετυλένιο και οξικό οξύ που παράγονται από καρβίδιο του ασβεστίου ως πρώτες ύλες, χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη με ενεργό άνθρακα ως φορέα και οξικό ψευδάργυρο ως ενεργό συστατικό, για τη σύνθεση 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 συστατικών του καταλύτη, η κακή σταθερότητα, η υψηλή κατανάλωση ενέργειας και η μεγάλη ρύπανση.
2, Διαδικασία αιθυλενίου
Το αιθυλένιο, το οξυγόνο και το παγόμορφο οξικό οξύ είναι τρεις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση αιθυλενίου της διαδικασίας οξικού βινυλίου.Το κύριο ενεργό συστατικό του καταλύτη είναι τυπικά το στοιχείο ευγενούς μετάλλου της όγδοης ομάδας, το οποίο αντιδρά σε μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση αντίδρασης.Μετά από επακόλουθη επεξεργασία, λαμβάνεται τελικά το προϊόν-στόχος οξικός βινυλεστέρας.Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
Κύρια αντίδραση:

Παρενέργειες:

Η διαδικασία φάσης ατμού αιθυλενίου αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από την Bayer Corporation και τέθηκε σε βιομηχανική παραγωγή για την παραγωγή οξικού βινυλίου το 1968. Οι γραμμές παραγωγής ιδρύθηκαν στη Hearst και Bayer Corporation στη Γερμανία και στην National Distillers Corporation στις Ηνωμένες Πολιτείες, αντίστοιχα.Είναι κυρίως παλλάδιο ή χρυσός φορτωμένος σε υποστηρίγματα ανθεκτικά στα οξέα, όπως χάντρες πυριτικής πηκτής ακτίνας 4-5 mm, και προσθήκη ορισμένης ποσότητας οξικού καλίου, που μπορεί να βελτιώσει τη δραστηριότητα και την εκλεκτικότητα του καταλύτη.Η διαδικασία για τη σύνθεση οξικού βινυλίου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο USI φάσης ατμού αιθυλενίου είναι παρόμοια με τη μέθοδο Bayer και χωρίζεται σε δύο μέρη: σύνθεση και απόσταξη.Η διεργασία USI επιτεύχθηκε βιομηχανική εφαρμογή το 1969. Τα ενεργά συστατικά του καταλύτη είναι κυρίως το παλλάδιο και η πλατίνα, και ο βοηθητικός παράγοντας είναι το οξικό κάλιο, το οποίο στηρίζεται σε φορέα αλουμίνας.Οι συνθήκες αντίδρασης είναι σχετικά ήπιες και ο καταλύτης έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά η χωροχρονική απόδοση είναι χαμηλή.Σε σύγκριση με τη μέθοδο ακετυλενίου, η μέθοδος της φάσης ατμού αιθυλενίου έχει βελτιωθεί σημαντικά στην τεχνολογία και οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο του αιθυλενίου βελτιώνονται συνεχώς σε δραστηριότητα και εκλεκτικότητα.Ωστόσο, η κινητική της αντίδρασης και ο μηχανισμός απενεργοποίησης πρέπει ακόμη να διερευνηθούν.
Η παραγωγή οξικού βινυλίου με τη μέθοδο του αιθυλενίου χρησιμοποιεί έναν σωληνοειδές αντιδραστήρα σταθερής κλίνης γεμάτο με καταλύτη.Το αέριο τροφοδοσίας εισέρχεται στον αντιδραστήρα από την κορυφή και όταν έρχεται σε επαφή με την καταλυτική κλίνη, συμβαίνουν καταλυτικές αντιδράσεις για τη δημιουργία του προϊόντος στόχου οξικού βινυλίου και μιας μικρής ποσότητας παραπροϊόντος διοξειδίου του άνθρακα.Λόγω της εξώθερμης φύσης της αντίδρασης, πεπιεσμένο νερό εισάγεται στην πλευρά του κελύφους του αντιδραστήρα για να αφαιρεθεί η θερμότητα της αντίδρασης χρησιμοποιώντας την εξάτμιση του νερού.
Σε σύγκριση με τη μέθοδο ακετυλενίου, η μέθοδος αιθυλενίου έχει τα χαρακτηριστικά συμπαγούς δομής συσκευής, μεγάλης απόδοσης, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και χαμηλής ρύπανσης και το κόστος προϊόντος της είναι χαμηλότερο από αυτό της μεθόδου ακετυλενίου.Η ποιότητα του προϊόντος είναι ανώτερη και η κατάσταση διάβρωσης δεν είναι σοβαρή.Ως εκ τούτου, η μέθοδος του αιθυλενίου αντικατέστησε σταδιακά τη μέθοδο του ασετυλενίου μετά τη δεκαετία του 1970.Σύμφωνα με ελλιπείς στατιστικές, περίπου το 70% του VAc που παράγεται με τη μέθοδο αιθυλενίου στον κόσμο έχει γίνει το κύριο ρεύμα των μεθόδων παραγωγής VAc.
Επί του παρόντος, η πιο προηγμένη τεχνολογία παραγωγής VAc στον κόσμο είναι η διαδικασία Leap της BP και η Vantage Process της Celanese.Σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαδικασία αέριας φάσης αιθυλενίου σταθερής κλίνης, 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 Vantage σταθερής κλίνης για να αντιμετωπίσει τα προβλήματα της ανομοιόμορφης κατανομής της καταλυτικής κλίνης και της χαμηλής μονόδρομης μετατροπής αιθυλενίου σε αντιδραστήρες σταθερής κλίνης.Ο αντιδραστήρας που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διαδικασία εξακολουθεί να είναι μια σταθερή κλίνη, αλλά έχουν γίνει σημαντικές βελτιώσεις στο σύστημα καταλύτη και έχουν προστεθεί συσκευές ανάκτησης αιθυλενίου στο αέριο ουράς, ξεπερνώντας τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών διαδικασιών σταθερής κλίνης.Η απόδοση του προϊόντος οξικού βινυλίου είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή παρόμοιων συσκευών.Ο καταλύτης διεργασίας χρησιμοποιεί πλατίνα ως το κύριο δραστικό συστατικό, πυριτική πηκτή ως φορέα καταλύτη, κιτρικό νάτριο ως αναγωγικό παράγοντα και άλλα βοηθητικά μέταλλα όπως στοιχεία σπάνιων γαιών λανθανίδης όπως το πρασεοδύμιο και το νεοδύμιο.Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς καταλύτες, η επιλεκτικότητα, η δραστηριότητα και η χωροχρονική απόδοση του καταλύτη βελτιώνονται.
Η BP Amoco έχει αναπτύξει μια διαδικασία αέριας φάσης αιθυλενίου ρευστοποιημένης κλίνης, γνωστή και ως διαδικασία Leap Process, και έχει κατασκευάσει μια μονάδα ρευστοποιημένης κλίνης 250 kt/α στο Hull της Αγγλίας.Η χρήση αυτής της διαδικασίας για την παραγωγή οξικού βινυλίου μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής κατά 30%, και η χωροχρονική απόδοση 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 έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης για πρώτη φορά, ο οποίος έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με έναν αντιδραστήρα σταθερής κλίνης:
1) Σε έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης, ο καταλύτης αναμιγνύεται συνεχώς και ομοιόμορφα, συμβάλλοντας έτσι στην ομοιόμορφη διάχυση του προαγωγέα και εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη συγκέντρωση του προαγωγέα στον αντιδραστήρα.
2) Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης μπορεί να αντικαθιστά συνεχώς τον απενεργοποιημένο καταλύτη με φρέσκο ​​καταλύτη υπό συνθήκες λειτουργίας.
3) Η θερμοκρασία αντίδρασης ρευστοποιημένης κλίνης είναι σταθερή, ελαχιστοποιώντας την απενεργοποίηση του καταλύτη λόγω τοπικής υπερθέρμανσης, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του καταλύτη.
4) Η μέθοδος αφαίρεσης θερμότητας που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης απλοποιεί τη δομή του αντιδραστήρα και μειώνει τον όγκο του.Με άλλα λόγια, ένας ενιαίος σχεδιασμός αντιδραστήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλης κλίμακας χημικές εγκαταστάσεις, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση κλίμακας της συσκευής.