أسيتات الفينيل (VAc)، والمعروفة أيضًا باسم أسيتات الفينيل أو أسيتات الفينيل، هي سائل شفاف عديم اللون في درجة الحرارة والضغط العاديين، بصيغة جزيئية C4H6O2 ووزن جزيئي نسبي 86.9. يُعد أسيتات الفينيل، باعتباره أحد أكثر المواد الخام العضوية الصناعية استخدامًا على نطاق واسع في العالم، ويمكنه إنتاج مشتقات مثل راتنج أسيتات البولي فينيل (PVAc) وكحول البولي فينيل (PVA) وبولي أكريلونيتريل (PAN) من خلال البلمرة الذاتية أو البلمرة المشتركة مع مونومرات أخرى. تُستخدم هذه المشتقات على نطاق واسع في البناء والمنسوجات والآلات والأدوية ومحسنات التربة. ونظرًا للتطور السريع للصناعات النهائية في السنوات الأخيرة، أظهر إنتاج أسيتات الفينيل اتجاهًا للزيادة عامًا بعد عام، حيث وصل إجمالي إنتاج أسيتات الفينيل إلى 1970 كيلوطن في عام 2018. وفي الوقت الحالي، ونظرًا لتأثير المواد الخام والعمليات، تشمل طرق إنتاج أسيتات الفينيل بشكل رئيسي طريقة الأسيتيلين وطريقة الإيثيلين.
1. عملية الأسيتيلين
في عام ١٩١٢، اكتشف الكندي ف. كلات، لأول مرة، أسيتات الفينيل باستخدام فائض من الأسيتيلين وحمض الأسيتيك تحت ضغط جوي، وفي درجات حرارة تتراوح بين ٦٠ و١٠٠ درجة مئوية، وباستخدام أملاح الزئبق كمحفزات. في عام ١٩٢١، طورت شركة CEI الألمانية تقنية لتخليق أسيتات الفينيل في الطور البخاري من الأسيتيلين وحمض الأسيتيك. ومنذ ذلك الحين، دأب باحثون من مختلف البلدان على تحسين عملية وظروف تخليق أسيتات الفينيل من الأسيتيلين. في عام ١٩٢٨، أنشأت شركة هوكست الألمانية وحدة لإنتاج أسيتات الفينيل بطاقة ١٢ كيلوطن/سنة، محققةً بذلك إنتاجًا صناعيًا واسع النطاق لأسيتات الفينيل. معادلة إنتاج أسيتات الفينيل بطريقة الأسيتيلين هي كما يلي:
رد الفعل الرئيسي:

تأثيرات جانبية:

تنقسم طريقة الأسيتيلين إلى طريقة الطور السائل وطريقة الطور الغازي.
حالة الطور المتفاعل في طريقة الطور السائل للأسيتيلين هي سائل، والمفاعل عبارة عن خزان تفاعل مزود بأداة تحريك. نظرًا لعيوب طريقة الطور السائل، مثل ضعف الانتقائية وكثرة النواتج الثانوية، استُبدلت هذه الطريقة حاليًا بطريقة الطور الغازي للأسيتيلين.
وفقا لمصادر مختلفة لإعداد غاز الأسيتيلين، يمكن تقسيم طريقة طور غاز الأسيتيلين إلى طريقة بوردن للغاز الطبيعي الأسيتيلين وطريقة واكر للكربيد الأسيتيلين.
تستخدم عملية بوردن حمض الأسيتيك كمادة ماصة، مما يُحسّن بشكل كبير من معدل استخدام الأسيتيلين. ومع ذلك، فإن هذه العملية معقدة تقنيًا وتتطلب تكاليف باهظة، لذا تتمتع هذه الطريقة بميزة في المناطق الغنية بموارد الغاز الطبيعي.
تستخدم عملية واكر الأسيتيلين وحمض الأسيتيك المُنتَجين من كربيد الكالسيوم كمواد خام، باستخدام محفز يحتوي على الكربون النشط كحامل وأسيتات الزنك كمكون نشط، لتصنيع VAc تحت ضغط جوي ودرجة حرارة تفاعل تتراوح بين 170 و230 درجة مئوية. تقنية العملية بسيطة نسبيًا وتكاليف إنتاجها منخفضة، إلا أنها تعاني من عيوب مثل سهولة فقدان المكونات النشطة للمحفز، وضعف الاستقرار، وارتفاع استهلاك الطاقة، والتلوث الكبير.
2. عملية الإيثيلين
الإيثيلين والأكسجين وحمض الأسيتيك الجليدي هي ثلاث مواد خام تُستخدم في عملية تخليق الإيثيلين لأسيتات الفينيل. عادةً ما يكون العنصر النشط الرئيسي للمحفز هو عنصر المجموعة الثامنة من الفلزات النبيلة، والذي يتفاعل عند درجة حرارة وضغط معينين. بعد المعالجة اللاحقة، يتم الحصول على أسيتات الفينيل الناتجة. معادلة التفاعل هي كما يلي:
رد الفعل الرئيسي:

تأثيرات جانبية:

طورت شركة باير عملية طور بخار الإيثيلين لأول مرة ودخلت حيز الإنتاج الصناعي لإنتاج أسيتات الفينيل في عام 1968. تم إنشاء خطوط الإنتاج في شركة هيرست وشركة باير في ألمانيا وشركة ناشونال ديستيلرز في الولايات المتحدة على التوالي. وهي تتكون بشكل أساسي من البلاديوم أو الذهب المحمل على حوامل مقاومة للأحماض، مثل حبيبات هلام السيليكا بنصف قطر 4-5 مم، وإضافة كمية معينة من أسيتات البوتاسيوم، مما يمكن أن يحسن نشاط وانتقائية المحفز. تشبه عملية تخليق أسيتات الفينيل باستخدام طريقة USI لطور بخار الإيثيلين طريقة باير، وتنقسم إلى جزأين: التخليق والتقطير. حققت عملية USI تطبيقًا صناعيًا في عام 1969. المكونات النشطة للمحفز هي بشكل أساسي البلاديوم والبلاتين، والعامل المساعد هو أسيتات البوتاسيوم، والذي يدعمه حامل الألومينا. ظروف التفاعل معتدلة نسبيًا، وللمحفز عمر خدمة طويل، إلا أن العائد المكاني-الزماني منخفض. مقارنةً بطريقة الأسيتيلين، شهدت طريقة طور بخار الإيثيلين تطورًا تقنيًا كبيرًا، كما تحسنت فعالية وانتقائية المحفزات المستخدمة فيها باستمرار. ومع ذلك، لا تزال حركية التفاعل وآلية التعطيل بحاجة إلى دراسة.
يستخدم إنتاج أسيتات الفينيل باستخدام طريقة الإيثيلين مفاعلًا أنبوبيًا ثابت الطبقة مملوءًا بمحفز. يدخل غاز التغذية إلى المفاعل من الأعلى، وعند ملامسته لطبقة المحفز، تحدث تفاعلات تحفيزية لتوليد أسيتات الفينيل، المنتج المستهدف، وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون الناتج الثانوي. ونظرًا لطبيعة التفاعل الطاردة للحرارة، يُدخل الماء المضغوط إلى جانب غلاف المفاعل لإزالة حرارة التفاعل باستخدام تبخير الماء.
بالمقارنة مع طريقة الأسيتيلين، تتميز طريقة الإيثيلين ببنية جهاز مدمجة، وإنتاجية عالية، واستهلاك منخفض للطاقة، وتلوث منخفض، وتكلفة منتج أقل من طريقة الأسيتيلين. كما تتميز بجودة عالية، وحالة تآكل معتدلة. لذلك، حلت طريقة الإيثيلين محل طريقة الأسيتيلين تدريجيًا بعد سبعينيات القرن الماضي. ووفقًا لإحصاءات غير مكتملة، أصبح حوالي 70% من إنتاج VAc باستخدام طريقة الإيثيلين في العالم هو السائد في طرق إنتاج VAc.
حاليًا، تُعدّ تقنية إنتاج VAc الأكثر تطورًا في العالم هي عملية Leap Process من شركة BP وعملية Vantage Process من شركة Celanese. وبالمقارنة مع عملية إنتاج الإيثيلين في طور الغاز ذي الطبقة الثابتة التقليدية، فقد حسّنت هاتان التقنيتان بشكل ملحوظ المفاعل والعامل الحفاز في قلب الوحدة، مما حسّن كفاءة وسلامة تشغيلها.
طورت شركة سيلانيز عملية Vantage جديدة ذات طبقة ثابتة لمعالجة مشاكل التوزيع غير المتساوي لطبقة المحفز وانخفاض تحويل الإيثيلين أحادي الاتجاه في مفاعلات الطبقة الثابتة. لا يزال المفاعل المستخدم في هذه العملية ذو طبقة ثابتة، ولكن تم إدخال تحسينات كبيرة على نظام المحفز، وأُضيفت أجهزة استعادة الإيثيلين في غاز العادم، مما تغلب على عيوب عمليات الطبقة الثابتة التقليدية. إن إنتاج أسيتات الفينيل الناتج أعلى بكثير من إنتاج الأجهزة المماثلة. يستخدم محفز العملية البلاتين كمكون نشط رئيسي، وهلام السيليكا كحامل للمحفز، وسترات الصوديوم كعامل اختزال، ومعادن مساعدة أخرى مثل عناصر اللانثانيد الأرضية النادرة مثل البراسيوديميوم والنيوديميوم. بالمقارنة مع المحفزات التقليدية، تم تحسين انتقائية المحفز ونشاطه وعائده المكاني والزماني.
طورت شركة بي بي أموكو عمليةً لغاز الإيثيلين باستخدام طبقة مُميَّعة، تُعرف أيضًا باسم عملية القفزة، وبنت وحدةً تعمل بهذه الطريقة بطاقة إنتاجية 250 كيلوطن/ساعة في هال، إنجلترا. يُقلل استخدام هذه العملية لإنتاج أسيتات الفينيل من تكلفة الإنتاج بنسبة 30%، كما أن العائد المكاني والزمني للمحفز (1858-2744 جم/لتر · ساعة-1) أعلى بكثير من العائد في عملية الطبقة الثابتة (700-1200 جم/لتر · ساعة-1).
تستخدم عملية LeapProcess مفاعل السرير المميّع لأول مرة، والذي يتمتع بالمزايا التالية مقارنة بمفاعل السرير الثابت:
1) في مفاعل الفراش المميّع، يتم خلط المحفز بشكل مستمر وموحد، مما يساهم في الانتشار الموحد للمروج ويضمن تركيزًا موحدًا للمروج في المفاعل.
2) يمكن لمفاعل السرير المميّع استبدال المحفز المعطل بمحفز جديد بشكل مستمر في ظل ظروف التشغيل.
3) درجة حرارة تفاعل الفراش المميّع ثابتة، مما يقلل من إبطال مفعول المحفز بسبب ارتفاع درجة الحرارة المحلية، وبالتالي إطالة عمر خدمة المحفز.
٤) تُبسّط طريقة إزالة الحرارة المُستخدمة في مفاعل الطبقة المميعة هيكل المفاعل وتُقلّل حجمه. بمعنى آخر، يُمكن استخدام تصميم مفاعل واحد في المنشآت الكيميائية واسعة النطاق، مما يُحسّن كفاءة الجهاز بشكل كبير.