Վինիլացետատը (VAc), որը հայտնի է նաև որպես վինիլացետատ կամ վինիլացետատ, անգույն թափանցիկ հեղուկ է նորմալ ջերմաստիճանում և ճնշման պայմաններում, C4H6O2 մոլեկուլային բանաձևով և 86.9 հարաբերական մոլեկուլային քաշով: VAc-ն, որպես աշխարհում ամենատարածված արդյունաբերական օրգանական հումքներից մեկը, կարող է առաջացնել ածանցյալներ, ինչպիսիք են պոլիվինիլացետատի խեժը (PVAc), պոլիվինիլային սպիրտ (PVA) և պոլիակրիլոնիտրիլը (PAN)՝ ինքնապոլիմերացման կամ այլ մոնոմերների հետ համապոլիմերացման միջոցով: Այս ածանցյալները լայնորեն օգտագործվում են շինարարության, տեքստիլի, մեքենաշինության, բժշկության և հողի բարելավիչների մեջ: Վերջին տարիներին տերմինալային արդյունաբերության արագ զարգացման շնորհիվ վինիլացետատի արտադրությունը տարեցտարի աճի միտում է ցուցաբերել, և վինիլացետատի ընդհանուր արտադրությունը 2018 թվականին հասել է 1970 հազար տոննայի: Ներկայումս, հումքի և գործընթացների ազդեցության պատճառով, վինիլացետատի արտադրության ուղիները հիմնականում ներառում են ացետիլենային մեթոդը և էթիլենային մեթոդը:
1. Ացետիլենային գործընթաց
1912 թվականին կանադացի Ֆ. Կլատտեն առաջին անգամ հայտնաբերեց վինիլացետատը՝ օգտագործելով ացետիլենի և քացախաթթվի ավելցուկը մթնոլորտային ճնշման տակ, 60-ից 100 ℃ ջերմաստիճաններում և սնդիկի աղերը որպես կատալիզատորներ օգտագործելով: 1921 թվականին գերմանական CEI ընկերությունը մշակեց վինիլացետատի գոլորշու փուլային սինթեզի տեխնոլոգիա՝ ացետիլենից և քացախաթթվից: Այդ ժամանակվանից ի վեր տարբեր երկրների հետազոտողներ անընդհատ օպտիմալացրել են վինիլացետատի ացետիլենից սինթեզի գործընթացն ու պայմանները: 1928 թվականին գերմանական Hoechst ընկերությունը հիմնադրեց 12 կտոն/շաբաթյա վինիլացետատի արտադրական միավոր՝ իրականացնելով վինիլացետատի արդյունաբերականացված մեծածավալ արտադրություն: Վինիլացետատի ացետիլենային մեթոդով արտադրության հավասարումը հետևյալն է.
Հիմնական ռեակցիա.
Ացետիլենային մեթոդը բաժանվում է հեղուկ փուլի և գազային փուլի։
Ացետիլենային հեղուկ փուլի մեթոդի ռեակտիվ փուլային վիճակը հեղուկ է, իսկ ռեակտորը ռեակցիայի բաք է՝ խառնիչ սարքով: Հեղուկ փուլի մեթոդի թերությունների պատճառով, ինչպիսիք են ցածր ընտրողականությունը և բազմաթիվ կողմնակի արգասիքները, այս մեթոդը ներկայումս փոխարինվել է ացետիլենային գազային փուլի մեթոդով:
Ացետիլենային գազի պատրաստման տարբեր աղբյուրների համաձայն, ացետիլենային գազային փուլի մեթոդը կարելի է բաժանել բնական գազի ացետիլենային Բորդենի մեթոդի և կարբիդ-ացետիլենային Վակերի մեթոդի։
Բորդենի գործընթացում քացախաթթուն օգտագործվում է որպես ադսորբենտ, ինչը զգալիորեն բարելավում է ացետիլենի օգտագործման մակարդակը: Սակայն այս գործընթացի ուղին տեխնիկապես դժվար է և պահանջում է բարձր ծախսեր, ուստի այս մեթոդը առավելություն ունի բնական գազի պաշարներով հարուստ տարածքներում:
Վակերի գործընթացում որպես հումք օգտագործվում են կալցիումի կարբիդից ստացված ացետիլենը և քացախաթթուն՝ օգտագործելով կատալիզատոր, որի կրիչը ակտիվացված ածուխն է, իսկ ակտիվ բաղադրիչը՝ ցինկի ացետատը, որպեսզի սինթեզվի VAc մթնոլորտային ճնշման և 170~230 ℃ ռեակցիայի ջերմաստիճանի պայմաններում: Գործընթացի տեխնոլոգիան համեմատաբար պարզ է և ունի ցածր արտադրական ծախսեր, սակայն կան թերություններ, ինչպիսիք են կատալիզատորի ակտիվ բաղադրիչների հեշտ կորուստը, վատ կայունությունը, բարձր էներգիայի սպառումը և մեծ աղտոտվածությունը:
2, էթիլենային գործընթաց
Էթիլենը, թթվածինը և սառցադաշտային քացախաթթուն երեք հումք են, որոնք օգտագործվում են վինիլացետատի էթիլենային սինթեզի գործընթացում: Կատալիզատորի հիմնական ակտիվ բաղադրիչը սովորաբար ութերորդ խմբի ազնիվ մետաղական տարրն է, որը ռեակցիայի մեջ է մտնում որոշակի ռեակցիայի ջերմաստիճանում և ճնշման տակ: Հետագա մշակումից հետո վերջնականապես ստացվում է վինիլացետատի նպատակային արգասիք: Ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.
Հիմնական ռեակցիա.
Կողմնակի ազդեցություններ՝
Էթիլենի գոլորշու փուլի գործընթացը առաջին անգամ մշակվել է Bayer Corporation-ի կողմից և վինիլացետատի արտադրության համար արդյունաբերական արտադրության է դրվել 1968 թվականին: Արտադրական գծեր են տեղադրվել համապատասխանաբար Hearst և Bayer Corporation ընկերություններում (Գերմանիա) և National Distillers Corporation-ում (ԱՄՆ): Այն հիմնականում պալադիում կամ ոսկի է, որը բեռնված է թթվակայուն հենարանների վրա, ինչպիսիք են 4-5 մմ շառավղով սիլիկատային գելային գնդիկները, և որոշակի քանակությամբ կալիումի ացետատի ավելացում, որը կարող է բարելավել կատալիզատորի ակտիվությունը և ընտրողականությունը: Վինիլացետատի սինթեզի գործընթացը, որն իրականացվում է էթիլենի գոլորշու փուլի USI մեթոդով, նման է Bayer մեթոդին և բաժանված է երկու մասի՝ սինթեզ և թորում: USI գործընթացը արդյունաբերական կիրառություն է ստացել 1969 թվականին: Կատալիզատորի ակտիվ բաղադրիչները հիմնականում պալադիում և պլատին են, իսկ օժանդակ նյութը՝ կալիումի ացետատ, որը հենարանված է ալյումինի կրիչի վրա: Ռեակցիայի պայմանները համեմատաբար մեղմ են, և կատալիզատորն ունի երկար ծառայության ժամկետ, բայց տարածաժամանակային ելքը՝ ցածր: Ացետիլենային մեթոդի համեմատ, էթիլենային գոլորշու փուլի մեթոդը զգալիորեն կատարելագործվել է տեխնոլոգիապես, և էթիլենային մեթոդում օգտագործվող կատալիզատորները անընդհատ կատարելագործվել են իրենց ակտիվությամբ և ընտրողականությամբ: Այնուամենայնիվ, ռեակցիայի կինետիկան և դեակտիվացման մեխանիզմը դեռևս ուսումնասիրության կարիք ունեն:
Վինիլացետատի ստացման համար էթիլենային մեթոդով օգտագործվում է խողովակաձև ֆիքսված շերտով ռեակտոր, որը լցված է կատալիզատորով: Սնուցող գազը մտնում է ռեակտոր վերևից, և երբ այն շփվում է կատալիզատորային շերտի հետ, տեղի են ունենում կատալիտիկ ռեակցիաներ՝ առաջացնելով թիրախային վինիլացետատ և փոքր քանակությամբ ենթամթերք՝ ածխաթթու գազ: Ռեակցիայի էկզոթերմ բնույթի պատճառով, ճնշման տակ ջուր է ներմուծվում ռեակտորի պատյանի կողմ՝ ջրի գոլորշիացման միջոցով ռեակցիայի ջերմությունը հեռացնելու համար:
Ացետիլենային մեթոդի համեմատ, էթիլենային մեթոդն ունի կոմպակտ սարքի կառուցվածքի, մեծ արտադրողականության, ցածր էներգիայի սպառման և ցածր աղտոտվածության բնութագրեր, իսկ դրա արտադրանքի արժեքը ցածր է ացետիլենային մեթոդի համեմատ: Արտադրանքի որակը գերազանց է, իսկ կոռոզիոն իրավիճակը՝ ոչ լուրջ: Հետևաբար, էթիլենային մեթոդը 1970-ական թվականներից հետո աստիճանաբար փոխարինեց ացետիլենային մեթոդին: Անավարտ վիճակագրության համաձայն, աշխարհում էթիլենային մեթոդով արտադրվող VAc-ի մոտ 70%-ը դարձել է VAc արտադրության մեթոդների հիմնական մասը:
Ներկայումս աշխարհում ամենաառաջադեմ VAc արտադրության տեխնոլոգիան BP-ի Leap Process-ն է և Celanese-ի Vantage Process-ը: Համեմատած ավանդական ֆիքսված շերտով գազային փուլով էթիլենային պրոցեսի հետ, այս երկու գործընթացային տեխնոլոգիաները զգալիորեն բարելավել են բլոկի միջուկում գտնվող ռեակտորը և կատալիզատորը՝ բարելավելով բլոկի շահագործման տնտեսողությունը և անվտանգությունը:
Celanese-ը մշակել է նոր ֆիքսված շերտով Vantage գործընթաց՝ լուծելու համար կատալիզատորի շերտի անհավասար բաշխման և ֆիքսված շերտով ռեակտորներում էթիլենի ցածր միակողմանի փոխակերպման խնդիրները: Այս գործընթացում օգտագործվող ռեակտորը դեռևս ֆիքսված շերտ է, սակայն կատալիզատորի համակարգում կատարվել են զգալի բարելավումներ, և պոչային գազում ավելացվել են էթիլենի վերականգնման սարքեր՝ հաղթահարելով ավանդական ֆիքսված շերտով գործընթացների թերությունները: Վինիլացետատի արդյունքը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան նմանատիպ սարքերինը: Գործընթացի կատալիզատորն օգտագործում է պլատին որպես հիմնական ակտիվ բաղադրիչ, սիլիցիումային գել որպես կատալիզատորի կրիչ, նատրիումի ցիտրատ որպես վերականգնող նյութ և այլ օժանդակ մետաղներ, ինչպիսիք են լանթանիդային հազվագյուտ հողային տարրերը, ինչպիսիք են պրազեոդիմը և նեոդիմը: Համեմատած ավանդական կատալիզատորների հետ, կատալիզատորի ընտրողականությունը, ակտիվությունը և տարածաժամանակային ելքը բարելավվել են:
BP Amoco-ն մշակել է հեղուկացված շերտով էթիլենային գազային փուլային գործընթաց, որը հայտնի է նաև որպես Leap Process գործընթաց, և կառուցել է 250 կտոնտա/տարի հեղուկացված շերտով սարքավորում Հալում, Անգլիա: Այս գործընթացի կիրառումը վինիլացետատ արտադրելու համար կարող է 30%-ով կրճատել արտադրության արժեքը, իսկ կատալիզատորի տարածաժամանակային ելքը (1858-2744 գ/(լ · ժամ-1)) շատ ավելի բարձր է, քան ֆիքսված շերտով գործընթացինը (700-1200 գ/(լ · ժամ-1)):
LeapProcess գործընթացն առաջին անգամ օգտագործում է հեղուկացված շերտով ռեակտոր, որն ունի հետևյալ առավելությունները ֆիքսված շերտով ռեակտորի համեմատ.
1) Հեղուկ շերտով ռեակտորում կատալիզատորը անընդհատ և միատարր խառնվում է, դրանով իսկ նպաստելով պրոմոտորի միատարր դիֆուզիային և ապահովելով պրոմոտորի միատարր կոնցենտրացիան ռեակտորում։
2) Հեղուկացված շերտով ռեակտորը կարող է անընդհատ փոխարինել անջատված կատալիզատորը նոր կատալիզատորով աշխատանքային պայմաններում։
3) Հեղուկացված շերտի ռեակցիայի ջերմաստիճանը հաստատուն է, ինչը նվազագույնի է հասցնում կատալիզատորի անջատումը տեղային գերտաքացման պատճառով, այդպիսով երկարացնելով կատալիզատորի ծառայության ժամկետը։
4) Հեղուկացված շերտով ռեակտորում օգտագործվող ջերմահեռացման մեթոդը պարզեցնում է ռեակտորի կառուցվածքը և նվազեցնում դրա ծավալը: Այլ կերպ ասած, մեկ ռեակտորի նախագիծը կարող է օգտագործվել մեծածավալ քիմիական կայանքների համար, զգալիորեն բարելավելով սարքի մասշտաբային արդյունավետությունը:
Հրապարակման ժամանակը. Մարտի 17-2023