Binil azetatoa (VAc), binil azetato edo binil azetato izenez ere ezaguna, tenperatura eta presio normaletan likido garden koloregabea da, C4H6O2 formula molekularra eta 86,9ko pisu molekular erlatiboa duena. VAc, munduan gehien erabiltzen diren industria-lehengai organikoetako bat den heinean, polibinil azetato erretxina (PVAc), polibinil alkohola (PVA) eta poliakrilonitriloa (PAN) bezalako deribatuak sor ditzake auto-polimerizazioaren edo beste monomero batzuekin kopolimerizazioaren bidez. Deribatu hauek asko erabiltzen dira eraikuntzan, ehungintzan, makineria, medikuntzan eta lurzoruaren hobekuntzan. Azken urteotan terminal-industriaren garapen azkarra dela eta, binil azetatoaren ekoizpenak urtez urte handitzeko joera erakutsi du, binil azetatoaren ekoizpen osoa 1970kt-ra iritsiz 2018an. Gaur egun, lehengaien eta prozesuen eraginagatik, binil azetatoaren ekoizpen-bideen artean, batez ere azetilenoaren metodoa eta etilenoaren metodoa daude.
1. Azetileno prozesua
1912an, F. Klatte kanadarrak aurkitu zuen lehen aldiz binil azetatoa, azetileno eta azido azetiko gehiegi erabiliz presio atmosferikopean, 60 eta 100 ℃ arteko tenperaturetan, eta merkurio gatzak katalizatzaile gisa erabiliz. 1921ean, CEI enpresa alemaniarrak binil azetatoa azetilenotik eta azido azetikotik lurrun-fasean sintetizatzeko teknologia bat garatu zuen. Ordutik, hainbat herrialdetako ikertzaileek etengabe optimizatu dute binil azetatoa azetilenotik sintetizatzeko prozesua eta baldintzak. 1928an, Hoechst enpresa alemaniarrak 12 kt/a-ko binil azetato ekoizpen unitate bat ezarri zuen, binil azetatoaren ekoizpen industrializatua eskala handian lortuz. Azetileno metodoaren bidez binil azetatoa ekoizteko ekuazioa honako hau da:
Erreakzio nagusia:
Azetilenoaren metodoa fase likidoko metodoan eta fase gaseosoko metodoan banatzen da.
Azetileno fase likidoaren metodoaren erreaktibo fasearen egoera likidoa da, eta erreaktorea irabiagailu bat duen erreakzio-tanga bat da. Fase likidoaren metodoaren gabeziak direla eta, hala nola selektibitate baxua eta azpiproduktu asko, metodo hau azetileno gas faseko metodoak ordezkatu du gaur egun.
Azetileno gasa prestatzeko iturri desberdinen arabera, azetileno gas faseko metodoa gas naturalaren azetilenoaren Borden metodoan eta karburoaren azetilenoaren Wacker metodoan bana daiteke.
Borden prozesuak azido azetikoa erabiltzen du adsorbente gisa, eta horrek azetilenoaren erabilera-tasa asko hobetzen du. Hala ere, prozesu-bide hau teknikoki zaila da eta kostu handiak behar ditu, beraz, metodo honek abantaila du gas naturalaren baliabideetan aberatsak diren eremuetan.
Wacker prozesuak kaltzio karburotik ekoitzitako azetilenoa eta azido azetikoa erabiltzen ditu lehengai gisa, ikatz aktibatua euskarri gisa eta zink azetatoa osagai aktibo gisa dituen katalizatzaile bat erabiliz, VAc sintetizatzeko presio atmosferikoan eta 170~230 ℃-ko erreakzio-tenperaturan. Prozesuaren teknologia nahiko sinplea da eta ekoizpen-kostu baxuak ditu, baina gabeziak ditu, hala nola katalizatzailearen osagai aktiboen galera erraza, egonkortasun eskasa, energia-kontsumo handia eta kutsadura handia.
2. Etileno prozesua
Etilenoa, oxigenoa eta azido azetiko glaziarra binil azetatoaren prozesuan etilenoaren sintesian erabiltzen diren hiru lehengai dira. Katalizatzailearen osagai aktibo nagusia zortzigarren taldeko metal noblea da normalean, eta erreakzio-tenperatura eta presio jakin batean erreakzionatzen da. Ondorengo prozesamenduaren ondoren, binil azetatoa lortzen da azkenean. Erreakzio-ekuazioa honako hau da:
Erreakzio nagusia:
Bigarren mailako efektuak:
Etileno lurrun-faseko prozesua Bayer Corporation-ek garatu zuen lehen aldiz eta 1968an jarri zen binil azetatoa ekoizteko industria-ekoizpenean. Ekoizpen-lerroak Hearst eta Bayer Corporation-en ezarri ziren Alemanian eta National Distillers Corporation-en Estatu Batuetan, hurrenez hurren. Batez ere paladioa edo urrea erabiltzen da azidoarekiko erresistenteak diren euskarrietan kargatzeko, hala nola 4-5 mm-ko erradioko silize-gel aleetan, eta potasio azetato kopuru jakin bat gehitzen zaio, katalizatzailearen jarduera eta selektibitatea hobetu dezakeena. Etileno lurrun-faseko USI metodoa erabiliz binil azetatoa sintetizatzeko prozesua Bayer metodoaren antzekoa da, eta bi zatitan banatzen da: sintesia eta destilazioa. USI prozesuak 1969an lortu zuen industria-aplikazioa. Katalizatzailearen osagai aktiboak batez ere paladioa eta platinoa dira, eta laguntzailea potasio azetatoa da, alumina euskarri batean euskarria duena. Erreakzio-baldintzak nahiko leunak dira eta katalizatzaileak zerbitzu-bizitza luzea du, baina espazio-denbora etekina baxua da. Azetileno metodoarekin alderatuta, etileno lurrun faseko metodoaren teknologia asko hobetu da, eta etileno metodoan erabilitako katalizatzaileen jarduera eta selektibitatea etengabe hobetu dira. Hala ere, erreakzio zinetika eta desaktibazio mekanismoa oraindik aztertu behar dira.
Etileno metodoa erabiliz binil azetatoa ekoizteko, katalizatzailez betetako hodi-ohe finkoko erreaktore bat erabiltzen da. Elikatze-gasa goitik sartzen da erreaktorean, eta katalizatzaile-ohearekin kontaktuan jartzen denean, erreakzio katalitikoak gertatzen dira binil azetatoa eta azpiproduktu karbono dioxido kantitate txiki bat sortzeko. Erreakzioaren izaera exotermikoa dela eta, presiopeko ura sartzen da erreaktorearen oskolaren aldean, erreakzio-beroa kentzeko uraren lurrunketa erabiliz.
Azetileno metodoarekin alderatuta, etileno metodoak gailu-egitura trinkoa, irteera handia, energia-kontsumo txikia eta kutsadura txikia ditu ezaugarri, eta bere produktuaren kostua azetileno metodoarena baino txikiagoa da. Produktuaren kalitatea hobea da, eta korrosioaren egoera ez da larria. Hori dela eta, etileno metodoak pixkanaka ordezkatu zuen azetileno metodoa 1970eko hamarkadaren ondoren. Estatistika osatugabeen arabera, munduan etileno metodoaren bidez ekoitzitako BAc-aren % 70 inguru BAc ekoizpen-metodoen nagusi bihurtu da.
Gaur egun, munduko BAc ekoizpen teknologiarik aurreratuenak BPren Leap Process eta Celaneseren Vantage Process dira. Ohiko ohe finkoko gas faseko etileno prozesuarekin alderatuta, bi prozesu teknologia hauek unitatearen muinean dauden erreaktorea eta katalizatzailea nabarmen hobetu dituzte, unitatearen funtzionamenduaren ekonomia eta segurtasuna hobetuz.
Celanese-k ohe finkoko Vantage prozesu berri bat garatu du ohe finkoko erreaktoreetan katalizatzaile-ohearen banaketa irregularraren eta etileno-noranzko baxuko bihurketaren arazoei aurre egiteko. Prozesu honetan erabiltzen den erreaktorea ohe finkoa da oraindik, baina hobekuntza nabarmenak egin dira katalizatzaile-sisteman, eta etilenoa berreskuratzeko gailuak gehitu dira isats-gasean, ohe finkoko prozesu tradizionalen gabeziak gaindituz. Binil azetato produktuaren etekina antzeko gailuena baino nabarmen handiagoa da. Prozesuko katalizatzaileak platinoa erabiltzen du osagai aktibo nagusi gisa, silize-gela katalizatzaile-eramaile gisa, sodio zitratoa erreduzitzaile gisa eta beste metal laguntzaile batzuk, hala nola lantanido lur arraroen elementuak, hala nola praseodimioa eta neodimioa. Katalizatzaile tradizionalen aldean, katalizatzailearen selektibitatea, jarduera eta espazio-denbora etekina hobetu dira.
BP Amocok etileno gas faseko ohe fluidizatuko prozesu bat garatu du, Leap Process prozesua bezala ere ezagutzen dena, eta 250 kt/a-ko ohe fluidizatuko unitate bat eraiki du Hull-en, Ingalaterran. Prozesu hau binil azetatoa ekoizteko erabiltzeak % 30 murriztu dezake ekoizpen kostua, eta katalizatzailearen espazio-denbora etekina (1858-2744 g/(L · h-1)) ohe finkoko prozesuarena (700-1200 g/(L · h-1)) baino askoz handiagoa da.
LeapProcess prozesuak lehen aldiz erabiltzen du ohe fluidizatuko erreaktore bat, eta ohe finkoko erreaktore batekin alderatuta abantaila hauek ditu:
1) Erreaktore fluidizatu batean, katalizatzailea etengabe eta uniformeki nahasten da, horrela sustatzailearen difusio uniformea lagunduz eta erreaktorean sustatzailearen kontzentrazio uniformea bermatuz.
2) Erreaktore fluidizatuak etengabe ordezkatu dezake katalizatzaile desaktibatua katalizatzaile freskoarekin funtzionamendu-baldintzetan.
3) Erreakzio-tenperatura fluidizatua konstantea da, tokiko gehiegi berotzeagatik katalizatzailearen desaktibazioa minimizatuz eta, horrela, katalizatzailearen bizitza erabilgarria luzatuz.
4) Erreaktore fluidizatuan erabiltzen den beroa kentzeko metodoak erreaktorearen egitura sinplifikatzen du eta bere bolumena murrizten du. Beste era batera esanda, erreaktore bakarreko diseinua erabil daiteke eskala handiko instalazio kimikoetarako, gailuaren eskala-eraginkortasuna nabarmen hobetuz.
Argitaratze data: 2023ko martxoaren 17a