Étude de la cinétique chimique de la synthèse de l’acétate de vinyle par acétoxydation en phase gazeuse de l’éthylène au contact d’un catalyseur palladium-potassium-alumine

Laboratoire de Physico-Chimie Appliquée, Département de Chimie Industrielle, Institut National des Sciences Appliquées, Av. de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex. , France.

Résumé

On a étudié la cinétique de la réaction de synthèse de l'acétate de vinyle par acétoxydation catalytique de l’éthylène en présence d'acide acétique et d’oxygène. Le catalyseur utilisé est du palladium déposé sur alumine et dopé par de l'acétate de potassium.

Le domaine thermique expérimental exploré s’étend de 110 à 140 °C et la pression totale demeure constante et égale à une atmosphère. L’étude des transferts de matière et de chaleur a permis de préciser les conditions de mesure de la vitesse chimique dans un réacteur continu à lit fixe, isotherme et fonctionnant de façon différentielle.

L’étude de la cinétique chimique a été effectuée en vitesse initiale. La synthèse des observations physico-chimiques et l'analyse des résultats expérimentaux ont permis de proposer un mécanisme spécifique justifié à postériori par les conséquences cinétiques et caractérisé essentiellement par une action de l’oxygène sous forme moléculaire et par deux réactions de surface lentes. Dans les conditions normales de fonctionnement, la vitesse d’oxydation totale de l'éthylène est négligeable devant celle de l’acide acétique.

Abstract

A Kinetic study of vinyl acetate synthesis by vapor phase acetoxydation of ethylene with acetic acid and oxygen is presented. The catalyst used was prepared in the laboratory by deposing palladium on an alumina support, potassium acetate is then added as an activator.

The temperature varied from 110 °C to 140 °C, the total pressure being always 1 atmosphere. The partial pressures of acetic acid, ethylene and oxygen were varied.

A detailed study of mass and heat transfer led us Lo deter- mine the experimental conditions for which the chemical rate is measured. A fixed bed, continuous reactor was used. An initial rate Kinetic study was carried out. Experimental results and data about adsorbed species led us to propose the following mechanism : adsorbed ethylene and acetic acid are activated as the result of hydrogen abstraction by the catalyst. Oxygen adsorbs and then reacts as a molecular from. Surface reaction of dissociated ethylene with acetyl group and oxygen reaction with hydrogen are rale determining steps in usual conditions. Carbone dioxyde is mainly produced by acetic acid degradation. Rate equation proposed for vinyl acetate formation agree well with kinetic data.