비닐 아세테이트 또는 비닐 아세테이트라고도 알려진 비닐 아세테이트(VAc)는 상온 및 상압에서 무색 투명한 액체로, 분자식은 C4H6O2이고 상대 분자량은 86.9입니다.VAc는 세계에서 가장 널리 사용되는 산업용 유기 원료 중 하나로 자가중합이나 다른 단량체와의 공중합을 통해 폴리비닐아세테이트 수지(PVAc), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 같은 유도체를 생성할 수 있습니다.이러한 파생물은 건설, 섬유, 기계, 의약품 및 토양 개선제에 널리 사용됩니다.최근 단말기 산업의 급속한 발전으로 인해 초산비닐 생산량은 해마다 증가하는 추세를 보이고 있으며, 2018년 초산비닐 총 생산량은 1970kt에 이르렀습니다. 현재 원료 및 원료의 영향으로 아세트산비닐의 생산경로는 주로 아세틸렌법과 에틸렌법이 있다.
1, 아세틸렌 공정
1912년 캐나다인 F. Klatte는 대기압 하에서 60~100℃ 범위의 온도에서 과량의 아세틸렌과 아세트산을 사용하고 수은염을 촉매로 사용하여 비닐 아세테이트를 처음 발견했습니다.1921년 독일 CEI 회사는 아세틸렌과 아세트산으로부터 비닐 아세테이트의 증기상 합성 기술을 개발했습니다.그 이후로 다양한 국가의 연구자들은 아세틸렌에서 비닐아세테이트를 합성하기 위한 공정과 조건을 지속적으로 최적화해 왔습니다.1928년 독일의 Hoechst Company는 12kt/a의 비닐 아세테이트 생산 시설을 설립하여 산업화된 대규모 비닐 아세테이트 생산을 실현했습니다.아세틸렌법으로 아세트산비닐을 생산하는 반응식은 다음과 같다.
주요 반응:

부작용:

아세틸렌법은 액상법과 기상법으로 나누어진다.
아세틸렌 액상법의 반응물 상태는 액체이며, 반응기는 교반장치를 갖춘 반응조이다.낮은 선택성과 많은 부산물 등 액상법의 단점으로 인해 현재 이 방법은 아세틸렌 기상법으로 대체되고 있습니다.
아세틸렌 가스 준비의 다양한 소스에 따라 아세틸렌 기상 방법은 천연 가스 아세틸렌 Borden 방법과 탄화물 아세틸렌 Wacker 방법으로 나눌 수 있습니다.
보든(Borden) 공정은 아세트산을 흡착제로 사용하여 아세틸렌의 이용률을 크게 향상시킵니다.그러나 이 공정 경로는 기술적으로 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 천연가스 자원이 풍부한 지역에서는 이 방법이 유리하다.
바커(Wacker) 공정은 탄화칼슘으로부터 생성된 아세틸렌과 아세트산을 원료로 하고, 활성탄을 담체로 하고 아세트산아연을 활성성분으로 하는 촉매를 사용하여 대기압, 반응온도 170~230℃에서 VAc를 합성하는 공정이다.공정기술이 상대적으로 간단하고 생산비용이 저렴하지만, 촉매 활성성분의 손실이 쉽고, 안정성이 좋지 않으며, 에너지 소모가 많고, 오염이 큰 등의 단점이 있다.
2, 에틸렌 공정
에틸렌, 산소 및 빙초산은 비닐 아세테이트 공정의 에틸렌 합성에 사용되는 세 가지 원료입니다.촉매의 주요 활성 성분은 일반적으로 특정 반응 온도 및 압력에서 반응하는 8족 귀금속 원소입니다.후속 처리를 거쳐 최종적으로 목적 제품인 비닐 아세테이트를 얻습니다.반응식은 다음과 같다:
주요 반응:

부작용:

에틸렌 증기상 공정은 Bayer Corporation에 의해 처음 개발되었으며 1968년에 비닐 아세테이트 생산을 위한 산업 생산에 투입되었습니다. 생산 라인은 각각 독일의 Hearst 및 Bayer Corporation과 미국의 National Distillers Corporation에 설립되었습니다.주로 반경 4-5mm의 실리카겔 비드와 같은 내산성 지지체에 로딩된 팔라듐 또는 금이며 일정량의 아세트산 칼륨을 첨가하여 촉매의 활성과 선택성을 향상시킬 수 있습니다.에틸렌 증기상 USI 방법을 사용하여 비닐아세테이트를 합성하는 공정은 Bayer 방법과 유사하며 합성과 증류의 두 부분으로 나뉩니다.USI 공정은 1969년에 산업적 응용을 달성했습니다. 촉매의 활성 성분은 주로 팔라듐과 백금이고 보조제는 알루미나 담체에 담지된 아세트산칼륨입니다.반응 조건은 상대적으로 온화하고 촉매의 수명은 길지만 시공간 수율은 낮습니다.에틸렌 기상법은 아세틸렌법에 비해 기술이 크게 향상되었으며, 에틸렌법에 사용되는 촉매는 활성과 선택성이 지속적으로 향상되어 왔습니다.그러나 반응 동역학과 비활성화 메커니즘은 여전히 ​​연구되어야 합니다.
에틸렌법을 이용한 아세트산비닐 생산은 촉매가 충진된 관형 고정층 반응기를 사용한다.공급가스는 상부에서 반응기로 유입되며, 촉매층과 접촉하면 촉매반응이 일어나 목적 생성물인 비닐아세테이트와 소량의 부산물인 이산화탄소가 생성된다.반응의 발열 특성으로 인해 가압된 물이 반응기의 쉘 측으로 유입되어 물의 기화를 이용하여 반응열을 제거합니다.
에틸렌 방식은 아세틸렌 방식에 비해 장치 구조가 콤팩트하고 출력이 크고 에너지 소모가 적으며 오염이 적은 특성을 가지며, 제품 원가도 아세틸렌 방식에 비해 저렴하다.제품 품질이 우수하고 부식 상황도 심각하지 않습니다.따라서 1970년대 이후 점차 에틸렌법이 아세틸렌법을 대체하게 되었다.불완전한 통계에 따르면 전 세계 에틸렌 방식으로 생산되는 VAc의 약 70%가 VAc 생산 방식의 주류가 됐다.
현재 세계에서 가장 앞선 VAc 생산기술은 BP의 Leap Process와 Celanese의 Vantage Process이다.전통적인 고정층 기상 에틸렌 공정과 비교하여 이 두 가지 공정 기술은 장치 핵심에 있는 반응기와 촉매를 크게 개선하여 장치 작동의 경제성과 안전성을 향상시켰습니다.
Celanese는 고정층 반응기에서 불균일한 촉매층 분포와 낮은 에틸렌 일방향 전환율 문제를 해결하기 위해 새로운 고정층 Vantage 공정을 개발했습니다.본 공정에 사용되는 반응기는 여전히 고정층이지만 촉매 시스템이 대폭 개선되었으며, 테일가스에 에틸렌 회수 장치가 추가되어 기존 고정층 공정의 단점을 극복했습니다.제품 비닐 아세테이트의 수율은 유사한 장치의 수율보다 훨씬 높습니다.공정촉매는 백금을 주요 활성성분으로, 실리카겔을 촉매 담체로, 구연산나트륨을 환원제로 사용하고, 프라세오디뮴, 네오디뮴 등 란탄계 희토류 원소 등 기타 보조 금속을 사용한다.기존 촉매와 비교하여 촉매의 선택성, 활성 및 시공간 수율이 향상되었습니다.
BP Amoco는 Leap Process 공정이라고도 알려진 유동층 에틸렌 가스상 공정을 개발했으며 영국 Hull에 250kt/a의 유동층 장치를 건설했습니다.이 공정을 이용하여 초산비닐을 제조하면 생산단가를 30% 절감할 수 있으며, 촉매의 시공간 수율(1858~2744g/(L·h-1))은 고정층 공정(700g/(L·h-1))보다 훨씬 높다. -1200g/(L·h-1)).
LeapProcess 공정에서는 처음으로 유동층 반응기를 사용하는데, 이는 고정층 반응기에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.
1) 유동층 반응기에서는 촉매가 연속적이고 균일하게 혼합됨으로써 조촉매의 균일한 확산에 기여하고 반응기 내에서 조촉매의 균일한 농도를 확보하는데 기여한다.
2) 유동층 반응기는 작동 조건 하에서 비활성화된 촉매를 새로운 촉매로 지속적으로 교체할 수 있습니다.
3) 유동층 반응온도가 일정하여 국부적인 과열로 인한 촉매의 비활성화를 최소화하여 촉매의 수명을 연장시킨다.
4) 유동층 반응기에서 사용되는 열제거 방식은 반응기 구조를 단순화하고 부피를 줄인다.즉, 단일 반응기 설계를 대규모 화학 시설에 사용할 수 있어 장치의 규모 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.