1960年俄罗斯人首先指出,在氯化钯、乙酸钠无水系统中,由乙烯合成醋酸乙烯的可能性。1965年英国ICI公司建成以乙烯、氧气和乙酸为原料,氯化钯-氯化铜为催化剂的液相法生产装置,后因设备腐蚀严重,技术经济指标达不到要求而于1969年停产。
德国拜耳公司、赫斯特公司及美国USI公司均致力于乙烯气相法的研究,并取得成功。1968年,第一个乙烯气相拜耳法工厂在日本投产,1970年,乙烯气相USI法也开车成功。两种方法的主要区别在于拜耳法催化剂活性高,操作条件苛刻;USI法反应条件缓和,催化剂寿命长,但活性较差。目前,世界上采用拜耳法生产的厂家占大多数,USI法只有少数几家工厂采用。
(1)醋酸乙烯的Leap工艺 1998年BP Amoco公司公布了流化床乙烯气相法制醋酸乙烯的Leap工艺,2001年BP公司在英国Hull地区建的一套采用Leap工艺的250kt/a的流化床醋酸乙烯装置投入正常运行,该工艺采用新设计的流化床反应器系统和催化剂,使装置投资费用降低30%。该工艺在152℃、0.9MPa下反应,乙烯、氧气、醋酸的单程转化率分别为8.3%、30.3%和41.25%。以乙烯计,醋酸乙烯总收率为96.6%;以氧气计为91.3%。催化剂的空时收率为1858~2774g/(L·h),远优于固定床工艺[700~1200g/(L·h)]。
(2)同时生产醋酸乙烯和醋酸乙酯的方法 R.J.Warner等人的专利介绍了同时生产醋酸乙烯和醋酸乙酯的方法。方法包括:① 乙烯,醋酸和氧反应生成醋酸乙烯和至少少量的醋酸乙酯;② 将含有步骤①的醋酸乙烯和醋酸乙酯的粗产品流和醋酸加入蒸馏塔;③ 分离粗产品流:a.富集醋酸乙烯产品流;b.富集循环的醋酸流;c.混合含有醋酸乙烯和醋酸乙酯的侧线馏分,混合富集的醋酸乙酯侧线馏分;④ 混合的侧线馏分中的醋酸乙烯加氢反应生成醋酸乙酯产品流。
(3)催化蒸馏过程 美国专利介绍了发明的催化蒸馏过程,采用蒸馏塔反应,由于反应与蒸馏并行,并且初始反应产物和其它组分尽可能快地从反应区移去,从而减少可能产生的副反应。由于所有组分是沸腾的,在系统压力下,反应温度是由混合物沸点控制的,反应热仅会使沸腾加剧,在指定压力下的温度不升高,因此,通过调节系统压力可以完全控制反应速度和产品的组成。在蒸馏塔反应中,由于内部回流起了洗涤作用,从而减少了在催化剂上聚合物集结和结焦。最后,由于向上流过的氧起汽提剂的作用,有助于从蒸馏反应区移走生成的醋酸乙烯。
(4)醋酸乙烯粗产品的精制新方法 根据乙烯氧酰化反应制醋酸乙烯的工艺要求,反应物醋酸和乙烯通常是过量的,加之该反应还产生较多的副产物,这使得反应器出口气相产物中成分较为复杂,除主产物醋酸乙烯外,还包含大量未反应的乙烯和醋酸,以及副产物水、醋酸甲酯、醋酸乙酯和乙醛等。其中醋酸乙酯由于与醋酸乙烯的结构及分子量均非常接近,两者的分离极为困难,因此在整个乙烯氧酰化反应工艺生产醋酸乙烯的过程中,产品的精制是一个非常重要的部分,其难度也较高。
蒋正兴等人发明提供了一种由乙烯、醋酸和含氧气体通过氧酰化气相反应制得的醋酸乙烯粗产品的精制方法,它通过对精制流程的优化,解决了醋酸乙烯粗产品中醋酸乙酯难以脱除这一技术问题。精制方法包括以下步骤:醋酸乙烯粗产品通过酸洗塔用醋酸进行酸洗;第一精馏塔进行精馏以脱除副产的醋酸乙酯、醋酸和水,在第一精馏塔上部侧线气相出料得到富含水的物料,侧线出料的出料口位于塔内温度为69~75℃处,该股物料经冷凝及分层,水相物料排出界外,油相物料全回流;第二精馏塔进行精馏以脱除副产的醋酸甲酯和乙醛;第三精馏塔进行醋酸精制;第四精馏塔进行再次精制,以脱除残余的微量醋酸乙酯。该发明将醋酸乙酯和水在精馏的第一时间与醋酸乙烯加以分离,从而使得精制工艺的操作更容易和更稳定,能耗也可大大降低。
(5)确保反应气被醋酸充分饱和的新方法 为了使过程能安全进行,遵守循环气体的爆炸极限规则非常重要。爆炸极限主要决定于循环气体的醋酸含量,用醋酸饱和的情况下爆炸极限高于没有醋酸的情况。所以,循环气体用醋酸充分饱和对醋酸乙烯的安全生产十分重要。通用的抗腐蚀不锈钢用于最小泵循环,安全控制借助于至少两台不同原理的流量测定装置。安全控制的特征在于定量参数(如测量装置的数量)和定性参数(如使用的测量方法的原理)。测定流量的原理是大家所熟知的,如孔板流量测定、质量流量测定、涡轮流量测定、超声波流量测定、磁感应流量测定。因为,最小泵循环的流量控制至少根据两种不同原理的测定装置进行。所以,即使一种测量装置失灵,也能保证醋酸乙烯生产的安全运行。