乙炔氣相法生產(chǎn)醋酸乙烯在1940年以后的30年間占據(jù)了主導(dǎo)地位,前期多使用固定床催化方式,使用列管式固定床反應(yīng)器,或箱型固定床反應(yīng)器。前者以Wacker公司為代表,后者以Hoechst公司為代表。1956年以后開發(fā)出流化床方式的乙炔氣相法生產(chǎn)技術(shù)。
乙炔氣相法又分為電石乙炔法和天然氣乙炔法。
20世紀(jì)70年代初,四川維尼綸廠從法國羅納-普朗克公司引進(jìn)我國唯一的一套9萬噸/年天然氣乙炔法生產(chǎn)醋酸乙烯的裝置,1979年12月建成投產(chǎn)。天然氣乙炔法合成醋酸乙烯的生產(chǎn)過程主要分為天然氣脫硫、天然氣部分裂解、乙炔提濃、醋酸乙烯合成以及醋酸乙烯精餾和醋酸回收五個部分。
電石乙炔法合成醋酸乙烯主要包括乙炔氣發(fā)生及凈化、醋酸乙烯的合成及精制四個部分。在我國,除了四川維尼綸廠、上海石化維尼綸廠、上海金維公司、北京有機(jī)化工廠外,還有十個生產(chǎn)廠均采用此法生產(chǎn)醋酸乙烯。
乙炔氣相法合成醋酸乙烯是以乙炔和醋酸蒸氣在一定溫度下,通過醋酸鋅?活性炭催化劑的作用而合成醋酸乙烯。乙炔氣相法催化劑為以活性炭為載體的乙酸鋅,活性組分含量20%~30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),載體的多孔性對催化劑劑的活性影響很大,所用活性炭比表面約為1000~1500m2/g,細(xì)孔平均直徑為2.00~4.00nm,孔容積0.60mL/g。反應(yīng)式如下。
主反應(yīng):
副反應(yīng):
2CH3COOH → (CH3)2CO+H2O+CO2
CH≡CH+H2O → CH3CHO
2CH≡CH+H2O → CH3CH=CHCHO
CH3COOH+CH2=CHOOCCH3 → CH3CH(OOCCH3)2
xC2H2 → (C2H2)x(包括乙烯乙炔等)
乙炔氣相法合成醋酸乙烯的工藝分為3部分:原料氣的凈化、氣相催化合成、產(chǎn)品的精制。
(1)乙炔凈化 由電石生產(chǎn)的乙炔中所含的磷化氫和硫化氫會使催化劑中毒,因此在送入反應(yīng)器之前必須凈化。工業(yè)凈化多采用次氯酸鈉通過氧化反應(yīng)進(jìn)行凈化。次氯酸鈉的主要指標(biāo)有兩個,一是有效氯含量,有效氯含量高時,凈化能力強(qiáng),但腐蝕性大且有引起爆炸的危險;有效氯含量低時則凈化能力不足,通常控制有效氯含量為1~1.3g/L。另一個指標(biāo)是清凈劑的酸度,一般控制在pH7~7.5范圍內(nèi)。
(2)氣相催化合成 將乙炔和氣相乙酸通過負(fù)載于活性炭上的乙酸鋅催化劑,催化合成醋酸乙烯。醋酸乙烯合成反應(yīng)器原則上可使用流化床反應(yīng)器,也可使用固定床反應(yīng)器,兩者均使用乙酸鋅/活性炭催化劑,國內(nèi)多使用流化床反應(yīng)器。送入反應(yīng)器內(nèi)的混合原料氣首先被加熱到反應(yīng)溫度,然后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)溫度170~250℃,壓力35~40kPa。反應(yīng)熱由夾套內(nèi)的冷卻介質(zhì)帶走。
(3)產(chǎn)品的精制 醋酸乙烯在蒸餾塔頂部蒸出,經(jīng)脫巴豆醛塔和脫二乙烯基乙炔塔后得醋酸乙烯成品。釜液分為兩部分,一部分直接返回吸收塔循環(huán)使用,另一部分送乙酸蒸餾塔脫除高沸物后再返回合成部分循環(huán)使用。
主要反應(yīng)副產(chǎn)物有乙醛、丁烯醛等。乙炔單程轉(zhuǎn)化率60%~75%,醋酸乙烯選擇性以醋酸計為99%,以乙炔計為93%。
消耗定額:乙炔(99.5%)322kg,醋酸720kg,催化劑4.5kg,冷卻水125t,鹽水冷量70×106kJ,電200kW·h,蒸汽2.8t/t。
不論乙炔法還是乙烯法,生產(chǎn)醋酸乙烯的廢氣含乙炔或乙烯,可燃燒后排入空氣;廢液主要是高沸物,可用焚燒法處理,生產(chǎn)過程中沒有廢渣產(chǎn)生。
乙烯法和乙快法所生產(chǎn)的醋酸乙烯成品中醋酸乙烯含量都超過99.5%,而所含的雜質(zhì)略有不同,乙炔法醋酸乙烯中醛類含量高于乙烯法,這些醛類絕對含量雖然不多,但對聚合反應(yīng)有較大的影響,所以對以生產(chǎn)聚乙烯醇為最終產(chǎn)品的醋酸乙烯來說,乙烯法的質(zhì)量要比乙炔法好。