O acetato de vinil (VAc), também conhecido como acetato de vinil ou acetato de vinil, é um líquido transparente incolor em temperatura e pressão normais, com fórmula molecular C4H6O2 e peso molecular relativo de 86,9.O VAc, como uma das matérias-primas orgânicas industriais mais utilizadas no mundo, pode gerar derivados como resina de acetato de polivinila (PVAc), álcool polivinílico (PVA) e poliacrilonitrila (PAN) por meio de autopolimerização ou copolimerização com outros monômeros.Esses derivados são amplamente utilizados na construção, têxteis, máquinas, medicina e corretivos de solo.Devido ao rápido desenvolvimento da indústria de terminais nos últimos anos, a produção de acetato de vinila tem apresentado uma tendência de aumento ano a ano, com a produção total de acetato de vinila atingindo 1970kt em 2018. Atualmente, devido à influência das matérias-primas e processos, as rotas de produção de acetato de vinil incluem principalmente o método do acetileno e o método do etileno.
1、Processo de acetileno
Em 1912, F. Klatte, um canadense, descobriu pela primeira vez o acetato de vinila usando excesso de acetileno e ácido acético sob pressão atmosférica, em temperaturas variando de 60 a 100 ℃, e usando sais de mercúrio como catalisadores.Em 1921, a empresa alemã CEI desenvolveu uma tecnologia para a síntese em fase de vapor de acetato de vinila a partir de acetileno e ácido acético.Desde então, pesquisadores de diversos países têm otimizado continuamente o processo e as condições para a síntese do acetato de vinila a partir do acetileno.Em 1928, a Hoechst Company da Alemanha estabeleceu uma unidade de produção de acetato de vinila de 12 kt/a, realizando a produção industrializada em larga escala de acetato de vinila.A equação para a produção de acetato de vinila pelo método do acetileno é a seguinte:
Reação principal:

Efeitos colaterais:

O método do acetileno é dividido em método de fase líquida e método de fase gasosa.
O estado da fase reagente do método da fase líquida do acetileno é líquido e o reator é um tanque de reação com um dispositivo de agitação.Devido às deficiências do método de fase líquida, como baixa seletividade e muitos subprodutos, este método foi substituído atualmente pelo método de fase gasosa de acetileno.
De acordo com as diferentes fontes de preparação do gás acetileno, o método da fase gasosa do acetileno pode ser dividido em método Borden de acetileno de gás natural e método Wacker de acetileno de carboneto.
O processo Borden utiliza ácido acético como adsorvente, o que melhora muito a taxa de utilização do acetileno.No entanto, esta rota de processo é tecnicamente difícil e requer custos elevados, pelo que este método ocupa uma vantagem em áreas ricas em recursos de gás natural.
O processo Wacker utiliza acetileno e ácido acético produzidos a partir de carboneto de cálcio como matéria-prima, utilizando um catalisador com carvão ativado como transportador e acetato de zinco como componente ativo, para sintetizar VAc sob pressão atmosférica e temperatura de reação de 170~230 ℃.A tecnologia do processo é relativamente simples e tem baixos custos de produção, mas existem deficiências como fácil perda de componentes ativos do catalisador, baixa estabilidade, alto consumo de energia e grande poluição.
2、Processo de etileno
Etileno, oxigênio e ácido acético glacial são três matérias-primas utilizadas na síntese de etileno do processo de acetato de vinila.O principal componente ativo do catalisador é normalmente o elemento de metal nobre do oitavo grupo, que reage a uma determinada temperatura e pressão de reação.Após o processamento subsequente, o produto alvo acetato de vinil é finalmente obtido.A equação da reação é a seguinte:
Reação principal:

Efeitos colaterais:

O processo de fase de vapor de etileno foi desenvolvido pela primeira vez pela Bayer Corporation e colocado em produção industrial para a produção de acetato de vinila em 1968. As linhas de produção foram estabelecidas na Hearst e na Bayer Corporation na Alemanha e na National Distillers Corporation nos Estados Unidos, respectivamente.É principalmente paládio ou ouro carregado em suportes resistentes a ácidos, como esferas de sílica gel com raio de 4-5mm, e a adição de uma certa quantidade de acetato de potássio, que pode melhorar a atividade e seletividade do catalisador.O processo de síntese do acetato de vinila pelo método USI em fase vapor de etileno é semelhante ao método Bayer e é dividido em duas partes: síntese e destilação.O processo USI alcançou aplicação industrial em 1969. Os componentes ativos do catalisador são principalmente paládio e platina, e o agente auxiliar é o acetato de potássio, que é suportado em um suporte de alumina.As condições de reação são relativamente suaves e o catalisador tem uma longa vida útil, mas o rendimento espaço-tempo é baixo.Comparado ao método do acetileno, o método da fase de vapor do etileno melhorou muito em tecnologia, e os catalisadores usados ​​no método do etileno melhoraram continuamente em atividade e seletividade.No entanto, a cinética da reação e o mecanismo de desativação ainda precisam ser explorados.
A produção de acetato de vinila pelo método do etileno utiliza um reator tubular de leito fixo preenchido com catalisador.O gás de alimentação entra no reator pela parte superior e, quando entra em contato com o leito do catalisador, ocorrem reações catalíticas para gerar o produto alvo acetato de vinil e uma pequena quantidade de subproduto dióxido de carbono.Devido à natureza exotérmica da reação, água pressurizada é introduzida no lado do invólucro do reator para remover o calor da reação usando a vaporização da água.
Comparado com o método do acetileno, o método do etileno tem as características de estrutura de dispositivo compacta, grande produção, baixo consumo de energia e baixa poluição, e seu custo de produto é inferior ao do método do acetileno.A qualidade do produto é superior e a situação de corrosão não é grave.Portanto, o método do etileno substituiu gradualmente o método do acetileno após a década de 1970.De acordo com estatísticas incompletas, cerca de 70% do VAc produzido pelo método do etileno no mundo tornou-se a corrente principal dos métodos de produção de VAc.
Atualmente, a tecnologia de produção de VAc mais avançada do mundo é o Leap Process da BP e o Vantage Process da Celanese.Em comparação com o processo tradicional de etileno em fase gasosa de leito fixo, essas duas tecnologias de processo melhoraram significativamente o reator e o catalisador no núcleo da unidade, melhorando a economia e a segurança da operação da unidade.
A Celanese desenvolveu um novo processo Vantage de leito fixo para resolver os problemas de distribuição irregular do leito catalítico e baixa conversão unidirecional de etileno em reatores de leito fixo.O reator utilizado neste processo ainda é um leito fixo, mas foram feitas melhorias significativas no sistema catalítico e foram adicionados dispositivos de recuperação de etileno no gás residual, superando as deficiências dos processos tradicionais de leito fixo.O rendimento do produto acetato de vinila é significativamente superior ao de dispositivos similares.O catalisador do processo utiliza platina como principal componente ativo, sílica gel como transportador de catalisador, citrato de sódio como agente redutor e outros metais auxiliares, como elementos de terras raras lantanídeos, como praseodímio e neodímio.Em comparação com os catalisadores tradicionais, a seletividade, a atividade e o rendimento espaço-tempo do catalisador são melhorados.
A BP Amoco desenvolveu um processo de leito fluidizado em fase gasosa de etileno, também conhecido como processo Leap Process, e construiu uma unidade de leito fluidizado de 250 kt/a em Hull, Inglaterra.Usar este processo para produzir acetato de vinila pode reduzir o custo de produção em 30%, e o rendimento espaço-tempo do catalisador (1858-2744 g/(L · h-1)) é muito maior do que o do processo de leito fixo (700 -1200 g/(L·h-1)).
O processo LeapProcess utiliza pela primeira vez um reator de leito fluidizado, que apresenta as seguintes vantagens em comparação com um reator de leito fixo:
1) Num reator de leito fluidizado, o catalisador é misturado contínua e uniformemente, contribuindo assim para a difusão uniforme do promotor e garantindo uma concentração uniforme do promotor no reator.
2) O reator de leito fluidizado pode substituir continuamente o catalisador desativado por catalisador novo sob condições operacionais.
3) A temperatura de reação do leito fluidizado é constante, minimizando a desativação do catalisador devido ao superaquecimento local, prolongando assim a vida útil do catalisador.
4) O método de remoção de calor utilizado no reator de leito fluidizado simplifica a estrutura do reator e reduz seu volume.Em outras palavras, um projeto de reator único pode ser usado para instalações químicas de grande escala, melhorando significativamente a eficiência de escala do dispositivo.