Vinylacetat (VAc), auch Vinylacetat oder Vinylacetat genannt, ist bei normaler Temperatur und normalem Druck eine farblose transparente Flüssigkeit mit der Summenformel C4H6O2 und einem relativen Molekulargewicht von 86,9.VAc ist einer der weltweit am häufigsten verwendeten industriellen organischen Rohstoffe und kann durch Selbstpolymerisation oder Copolymerisation mit anderen Monomeren Derivate wie Polyvinylacetatharz (PVAc), Polyvinylalkohol (PVA) und Polyacrylnitril (PAN) erzeugen.Diese Derivate werden häufig im Baugewerbe, in Textilien, Maschinen, in der Medizin und in Bodenverbesserungsmitteln eingesetzt.Aufgrund der rasanten Entwicklung der Terminalindustrie in den letzten Jahren ist bei der Produktion von Vinylacetat von Jahr zu Jahr ein Anstieg zu verzeichnen, wobei die Gesamtproduktion von Vinylacetat im Jahr 2018 1970 kt erreichte. Derzeit ist dies aufgrund des Einflusses von Rohstoffen und Zu den Produktionswegen von Vinylacetat gehören hauptsächlich die Acetylenmethode und die Ethylenmethode.
1、Acetylenprozess
Im Jahr 1912 entdeckte der Kanadier F. Klatte erstmals Vinylacetat, indem er überschüssiges Acetylen und Essigsäure unter Atmosphärendruck bei Temperaturen von 60 bis 100 °C verwendete und Quecksilbersalze als Katalysatoren verwendete.Im Jahr 1921 entwickelte das deutsche Unternehmen CEI eine Technologie zur Dampfphasensynthese von Vinylacetat aus Acetylen und Essigsäure.Seitdem haben Forscher aus verschiedenen Ländern den Prozess und die Bedingungen für die Synthese von Vinylacetat aus Acetylen kontinuierlich optimiert.Im Jahr 1928 errichtete die Hoechst Company in Deutschland eine Vinylacetat-Produktionsanlage mit einer Kapazität von 12 kt/a und realisierte damit die industrialisierte Großserienproduktion von Vinylacetat.Die Gleichung zur Herstellung von Vinylacetat nach der Acetylenmethode lautet wie folgt:
Hauptreaktion:

Nebenwirkungen:

Die Acetylenmethode wird in die Flüssigphasenmethode und die Gasphasenmethode unterteilt.
Der Reaktantenphasenzustand des Acetylen-Flüssigphasenverfahrens ist flüssig, und der Reaktor ist ein Reaktionstank mit einer Rührvorrichtung.Aufgrund der Nachteile der Flüssigphasenmethode, wie z. B. geringe Selektivität und viele Nebenprodukte, wurde diese Methode derzeit durch die Acetylen-Gasphasenmethode ersetzt.
Entsprechend den verschiedenen Quellen der Acetylengasaufbereitung kann die Acetylen-Gasphasenmethode in die Erdgas-Acetylen-Borden-Methode und die Carbid-Acetylen-Wacker-Methode unterteilt werden.
Das Borden-Verfahren verwendet Essigsäure als Adsorptionsmittel, was die Ausnutzungsrate von Acetylen erheblich verbessert.Dieser Prozessweg ist jedoch technisch schwierig und erfordert hohe Kosten, sodass diese Methode in Gebieten mit großen Erdgasvorkommen von Vorteil ist.
Das Wacker-Verfahren nutzt Acetylen und Essigsäure, die aus Calciumcarbid als Rohstoffe hergestellt werden, unter Verwendung eines Katalysators mit Aktivkohle als Träger und Zinkacetat als aktive Komponente, um VAc unter Atmosphärendruck und einer Reaktionstemperatur von 170–230 °C zu synthetisieren.Die Prozesstechnologie ist relativ einfach und weist niedrige Produktionskosten auf, es gibt jedoch Mängel wie den leichten Verlust aktiver Katalysatorkomponenten, schlechte Stabilität, hohen Energieverbrauch und große Umweltverschmutzung.
2、Ethylen-Prozess
Ethylen, Sauerstoff und Eisessig sind drei Rohstoffe, die bei der Ethylensynthese des Vinylacetatprozesses verwendet werden.Die aktive Hauptkomponente des Katalysators ist typischerweise das Edelmetallelement der achten Gruppe, das bei einer bestimmten Reaktionstemperatur und einem bestimmten Druck umgesetzt wird.Nach der Weiterverarbeitung wird schließlich das Zielprodukt Vinylacetat erhalten.Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:
Hauptreaktion:

Nebenwirkungen:

Das Ethylen-Dampfphasenverfahren wurde erstmals von der Bayer Corporation entwickelt und 1968 zur Herstellung von Vinylacetat in die industrielle Produktion überführt. Produktionslinien wurden bei Hearst und Bayer Corporation in Deutschland bzw. National Distillers Corporation in den Vereinigten Staaten eingerichtet.Dabei handelt es sich hauptsächlich um Palladium oder Gold, das auf säurebeständige Träger geladen wird, wie z. B. Kieselgelkügelchen mit einem Radius von 4–5 mm, und die Zugabe einer bestimmten Menge Kaliumacetat, was die Aktivität und Selektivität des Katalysators verbessern kann.Das Verfahren zur Synthese von Vinylacetat mithilfe der Ethylendampfphasen-USI-Methode ähnelt der Bayer-Methode und gliedert sich in zwei Teile: Synthese und Destillation.Die industrielle Anwendung des USI-Verfahrens fand 1969 statt. Die aktiven Komponenten des Katalysators sind hauptsächlich Palladium und Platin, der Hilfsstoff ist Kaliumacetat, das auf einem Aluminiumoxidträger aufgebracht ist.Die Reaktionsbedingungen sind relativ mild und der Katalysator hat eine lange Lebensdauer, allerdings ist die Raum-Zeit-Ausbeute gering.Im Vergleich zur Acetylenmethode hat sich die Technologie der Ethylendampfphasenmethode erheblich verbessert, und die Aktivität und Selektivität der bei der Ethylenmethode verwendeten Katalysatoren hat sich kontinuierlich verbessert.Allerdings müssen die Reaktionskinetik und der Deaktivierungsmechanismus noch erforscht werden.
Bei der Herstellung von Vinylacetat nach dem Ethylenverfahren kommt ein mit Katalysator gefüllter rohrförmiger Festbettreaktor zum Einsatz.Das Speisegas tritt von oben in den Reaktor ein, und wenn es mit dem Katalysatorbett in Kontakt kommt, finden katalytische Reaktionen statt, bei denen das Zielprodukt Vinylacetat und eine kleine Menge Kohlendioxid als Nebenprodukt erzeugt werden.Aufgrund der exothermen Natur der Reaktion wird Druckwasser in die Mantelseite des Reaktors eingeleitet, um die Reaktionswärme durch Verdampfung von Wasser abzuführen.
Im Vergleich zur Acetylen-Methode weist die Ethylen-Methode die Merkmale einer kompakten Gerätestruktur, einer großen Leistung, eines geringen Energieverbrauchs und einer geringen Umweltverschmutzung auf, und ihre Produktkosten sind niedriger als die der Acetylen-Methode.Die Produktqualität ist hervorragend und die Korrosionssituation ist nicht schwerwiegend.Daher löste die Ethylenmethode nach den 1970er Jahren nach und nach die Acetylenmethode ab.Unvollständigen Statistiken zufolge sind etwa 70 % des VAc, das weltweit mit der Ethylenmethode hergestellt wird, zur Hauptmethode der VAc-Produktionsmethode geworden.
Die derzeit fortschrittlichste VAc-Produktionstechnologie der Welt ist der Leap-Prozess von BP und der Vantage-Prozess von Celanese.Im Vergleich zum herkömmlichen Festbett-Gasphasen-Ethylenverfahren haben diese beiden Prozesstechnologien den Reaktor und den Katalysator im Kern der Anlage erheblich verbessert und so die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Anlagenbetriebs verbessert.
Celanese hat ein neues Festbett-Vantage-Verfahren entwickelt, um die Probleme der ungleichmäßigen Katalysatorbettverteilung und der geringen Einwegumwandlung von Ethylen in Festbettreaktoren anzugehen.Der in diesem Verfahren verwendete Reaktor ist immer noch ein Festbettreaktor, es wurden jedoch erhebliche Verbesserungen am Katalysatorsystem vorgenommen und dem Abgas wurden Vorrichtungen zur Ethylenrückgewinnung hinzugefügt, wodurch die Mängel herkömmlicher Festbettverfahren behoben werden.Die Ausbeute des Produkts Vinylacetat ist deutlich höher als bei ähnlichen Geräten.Der Prozesskatalysator verwendet Platin als Hauptaktivkomponente, Kieselgel als Katalysatorträger, Natriumcitrat als Reduktionsmittel und andere Hilfsmetalle wie Lanthanid-Seltenerdelemente wie Praseodym und Neodym.Im Vergleich zu herkömmlichen Katalysatoren sind Selektivität, Aktivität und Raum-Zeit-Ausbeute des Katalysators verbessert.
BP Amoco hat ein Wirbelschicht-Ethylen-Gasphasenverfahren entwickelt, das auch als „Leap Process“-Verfahren bekannt ist, und in Hull, England, eine Wirbelschichtanlage mit einer Kapazität von 250 kt/Jahr gebaut.Durch die Verwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von Vinylacetat können die Produktionskosten um 30 % gesenkt werden, und die Raum-Zeit-Ausbeute des Katalysators (1858–2744 g/(L · h-1)) ist viel höher als die des Festbettverfahrens (700). -1200 g/(L · h-1)).
Das LeapProcess-Verfahren nutzt erstmals einen Wirbelschichtreaktor, der gegenüber einem Festbettreaktor folgende Vorteile bietet:
1) In einem Wirbelschichtreaktor wird der Katalysator kontinuierlich und gleichmäßig gemischt, was zur gleichmäßigen Diffusion des Promotors beiträgt und eine gleichmäßige Konzentration des Promotors im Reaktor gewährleistet.
2) Der Wirbelschichtreaktor kann unter Betriebsbedingungen den deaktivierten Katalysator kontinuierlich durch frischen Katalysator ersetzen.
3) Die Temperatur der Wirbelschichtreaktion ist konstant, wodurch die Deaktivierung des Katalysators aufgrund lokaler Überhitzung minimiert und dadurch die Lebensdauer des Katalysators verlängert wird.
4) Die im Wirbelschichtreaktor verwendete Wärmeabfuhrmethode vereinfacht die Reaktorstruktur und verringert ihr Volumen.Mit anderen Worten: Für große Chemieanlagen kann ein einziger Reaktorentwurf verwendet werden, wodurch die Skaleneffizienz des Geräts erheblich verbessert wird.