وینیل استات (VAC) ، همچنین به عنوان وینیل استات یا وینیل استات شناخته می شود ، یک مایع شفاف بی رنگ در دمای و فشار طبیعی است ، با فرمول مولکولی C4H6O2 و یک وزن مولکولی نسبی 86.9. VAC ، به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد اولیه آلی صنعتی در جهان ، می تواند مشتقات مانند رزین پلی وینیل استات (PVAC) ، پلی وینیل الکل (PVA) و پلی آکریلونیتریل (PAN) را از طریق پلیمریزاسیون خود یا کوپلیمریزاسیون با سایر مونومرها تولید کند. این مشتقات به طور گسترده ای در ساخت و ساز ، منسوجات ، ماشین آلات ، دارو و اصلاحات خاک مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به توسعه سریع صنعت ترمینال در سالهای اخیر ، تولید وینیل استات سال به سال افزایش یافته است و تولید کل وینیل استات در سال 2018 به 1970kt رسیده است. در حال حاضر ، به دلیل تأثیر مواد اولیه و فرآیندها ، مسیرهای تولید وینیل استات به طور عمده شامل روش استیلن و روش اتیلن است.
1 、 فرآیند استیلن
در سال 1912 ، F. Klatte ، یک کانادایی ، اولین بار وینیل استات را با استفاده از استیلن اضافی و اسید استیک تحت فشار اتمسفر ، در دماهای مختلف از 60 تا 100 ℃ و استفاده از نمک جیوه به عنوان کاتالیزور کشف کرد. در سال 1921 ، شرکت CEI آلمانی یک فناوری برای سنتز فاز بخار وینیل استات از استیلن و اسید استیک ایجاد کرد. از آن زمان ، محققان کشورهای مختلف به طور مداوم فرایند و شرایط را برای سنتز وینیل استات از استیلن بهینه کرده اند. در سال 1928 ، شرکت Hoechst از آلمان یک واحد تولید وینیل استات 12 کیلوگرم/A ایجاد کرد و متوجه تولید در مقیاس بزرگ صنعتی وینیل استات شد. معادله تولید وینیل استات با روش استیلن به شرح زیر است:
واکنش اصلی:

عوارض جانبی:

روش استیلن به روش فاز مایع و روش فاز گاز تقسیم می شود.
حالت فاز واکنش دهنده روش فاز مایع استیلن مایع است و راکتور یک مخزن واکنش با دستگاه همزن است. با توجه به کاستی های روش فاز مایع مانند انتخاب کم و بسیاری از محصولات جانبی ، این روش در حال حاضر با روش فاز گاز استیلن جایگزین شده است.
با توجه به منابع مختلف تهیه گاز استیلن ، روش فاز گاز استیلن را می توان به روش گاز طبیعی استیلن بوردن و روش واکر استیلن کاربید تقسیم کرد.
فرآیند بوردن از اسید استیک به عنوان جاذب استفاده می کند ، که میزان استفاده از استیلن را تا حد زیادی بهبود می بخشد. با این حال ، این مسیر فرآیند از نظر فنی دشوار است و به هزینه های بالایی نیاز دارد ، بنابراین این روش در مناطقی سرشار از منابع گاز طبیعی مزیت را به خود اختصاص می دهد.
فرآیند Wacker با استفاده از استیلن و اسید استیک تولید شده از کاربید کلسیم به عنوان مواد اولیه ، با استفاده از یک کاتالیزور با کربن فعال به عنوان حامل و استات روی به عنوان مؤلفه فعال ، برای سنتز VAC تحت فشار اتمسفر و دمای واکنش 230 ~ 170. فناوری فرآیند نسبتاً ساده است و هزینه های تولید کمتری دارد ، اما کاستی هایی مانند از دست دادن آسان اجزای فعال کاتالیزور ، پایداری ضعیف ، مصرف انرژی بالا و آلودگی زیاد وجود دارد.
2 、 فرآیند اتیلن
اتیلن ، اکسیژن و اسید استیک یخبندان سه ماده اولیه است که در سنتز اتیلن فرآیند وینیل استات استفاده می شود. مؤلفه فعال اصلی کاتالیزور به طور معمول عنصر فلزی نجیب گروه هشتم است که در یک دمای و فشار خاص واکنش واکنش نشان می دهد. پس از پردازش بعدی ، سرانجام محصول هدف وینیل استات به دست می آید. معادله واکنش به شرح زیر است:
واکنش اصلی:

عوارض جانبی:

فرآیند فاز بخار اتیلن برای اولین بار توسط شرکت بایر توسعه داده شد و برای تولید وینیل استات در سال 1968 به تولید صنعتی تبدیل شد. خطوط تولید به ترتیب در شرکت هارست و بایر در آلمان و شرکت ملی تقطیر در ایالات متحده تأسیس شد. این ماده به طور عمده پالادیوم یا طلا بر روی تکیه گاه های مقاوم در برابر اسید بارگذاری شده است ، مانند دانه های ژل سیلیس با شعاع 4-5 میلی متر و افزودن مقدار مشخصی از استات پتاسیم ، که می تواند فعالیت و انتخاب کاتالیزور را بهبود بخشد. فرآیند سنتز وینیل استات با استفاده از روش فاز بخار اتیلن USI مشابه روش Bayer است و به دو بخش تقسیم می شود: سنتز و تقطیر. فرآیند USI در سال 1969 کاربرد صنعتی را به دست آورد. اجزای فعال کاتالیزور عمدتا پالادیوم و پلاتین هستند و عامل کمکی استات پتاسیم است که در حامل آلومینا پشتیبانی می شود. شرایط واکنش نسبتاً خفیف است و کاتالیزور عمر طولانی مدت دارد ، اما عملکرد فضا-زمان کم است. در مقایسه با روش استیلن ، روش فاز بخار اتیلن در فناوری بسیار بهبود یافته است ، و کاتالیزورهای مورد استفاده در روش اتیلن به طور مداوم در فعالیت و انتخاب بهبود یافته اند. با این حال ، سینتیک واکنش و مکانیسم غیرفعال سازی هنوز باید مورد بررسی قرار گیرد.
تولید وینیل استات با استفاده از روش اتیلن از یک راکتور بستر ثابت لوله ای پر از کاتالیزور استفاده می کند. گاز خوراک از بالا وارد راکتور می شود و هنگامی که با بستر کاتالیزور تماس می گیرد ، واکنش های کاتالیزوری برای تولید محصول هدف وینیل استات و مقدار کمی دی اکسید کربن فرآورده پیش بینی می شود. با توجه به ماهیت گرمازدگی واکنش ، آب تحت فشار به سمت پوسته راکتور وارد می شود تا با استفاده از تبخیر آب ، گرمای واکنش را از بین ببرد.
در مقایسه با روش استیلن ، روش اتیلن از ویژگی های ساختار دستگاه جمع و جور ، خروجی بزرگ ، مصرف کم انرژی و آلودگی کم برخوردار است و هزینه محصول آن پایین تر از روش استیلن است. کیفیت محصول برتر است و وضعیت خوردگی جدی نیست. بنابراین ، روش اتیلن به تدریج بعد از دهه 1970 روش استیلن را جایگزین کرد. با توجه به آمار ناقص ، حدود 70 ٪ از VAC تولید شده توسط روش اتیلن در جهان به جریان اصلی روشهای تولید VAC تبدیل شده است.
در حال حاضر ، پیشرفته ترین فناوری تولید VAC در جهان ، روند جهش BP و روند برتری Celanese است. در مقایسه با فرآیند سنتی فاز گاز بستر ثابت اتیلن ، این دو فناوری فرآیند به طور قابل توجهی راکتور و کاتالیزور را در هسته واحد بهبود بخشیده و اقتصاد و ایمنی عملکرد واحد را بهبود می بخشد.
Celanese یک فرآیند جدید Vantage Bed Fix برای رفع مشکلات توزیع بستر کاتالیزور ناهموار و تبدیل یک طرفه اتیلن کم در راکتورهای بستر ثابت ایجاد کرده است. راکتور مورد استفاده در این فرآیند هنوز یک بستر ثابت است ، اما پیشرفت های قابل توجهی در سیستم کاتالیزور انجام شده است و دستگاه های بازیابی اتیلن در گاز دم اضافه شده و با غلبه بر کاستی های فرآیندهای بستر ثابت سنتی. عملکرد محصول وینیل استات به طور قابل توجهی بالاتر از دستگاه های مشابه است. کاتالیزور فرآیند از پلاتین به عنوان مؤلفه اصلی فعال ، ژل سیلیس به عنوان حامل کاتالیزور ، سیترات سدیم به عنوان یک عامل کاهش دهنده و سایر فلزات کمکی مانند عناصر زمین نادر لانتانید مانند پراسودییمیوم و نئودیمیم استفاده می کند. در مقایسه با کاتالیزورهای سنتی ، انتخاب ، فعالیت و عملکرد فضا-زمان کاتالیزور بهبود یافته است.
BP Amoco یک فرآیند فاز گاز اتیلن بستر سیال شده ، همچنین به عنوان فرآیند فرآیند جهش شناخته شده است و یک واحد بستر سیال شده 250 کیلوگرم/A در هال ، انگلیس ساخته است. با استفاده از این فرآیند برای تولید وینیل استات می تواند هزینه تولید را 30 ٪ کاهش دهد و بازده زمان فضا کاتالیزور (1858-2744 گرم در (L · H-1)) بسیار بالاتر از فرآیند بستر ثابت است (700 -1200 گرم/(L · H-1)).
فرآیند LeapProcess برای اولین بار از یک راکتور بستر سیال شده استفاده می کند که مزایای زیر را در مقایسه با یک راکتور بستر ثابت دارد:
1) در یک راکتور بستر سیال ، کاتالیزور به طور مداوم و یکنواخت مخلوط می شود ، در نتیجه به انتشار یکنواخت پروموتر کمک می کند و از غلظت یکنواخت پروموتر در راکتور اطمینان می دهد.
2) راکتور بستر سیال شده می تواند به طور مداوم کاتالیزور غیرفعال شده را با کاتالیزور تازه در شرایط کار جایگزین کند.
3) دمای واکنش بستر سیال ثابت است ، به حداقل رساندن غیرفعال سازی کاتالیزور به دلیل گرمای بیش از حد موضعی ، در نتیجه عمر سرویس کاتالیزور را گسترش می دهد.
4) روش حذف گرما مورد استفاده در راکتور بستر سیال ، ساختار راکتور را ساده می کند و حجم آن را کاهش می دهد. به عبارت دیگر ، از یک طراحی راکتور واحد می توان برای تاسیسات شیمیایی در مقیاس بزرگ استفاده کرد و به طور قابل توجهی راندمان مقیاس دستگاه را بهبود بخشید.