Vinil acetat (VAc), također poznat kao vinil acetat ili vinil acetat, je bezbojna prozirna tekućina na normalnoj temperaturi i pritisku, s molekularnom formulom C4H6O2 i relativnom molekularnom težinom od 86,9. VAc, kao jedna od najčešće korištenih industrijskih organskih sirovina na svijetu, može generirati derivate poput polivinil acetatne smole (PVAc), polivinil alkohola (PVA) i poliakrilonitrila (PAN) putem samopolimerizacije ili kopolimerizacije s drugim monomerima. Ovi derivati ​​se široko koriste u građevinarstvu, tekstilu, mašinama, medicini i poboljšivačima tla. Zbog brzog razvoja terminalne industrije posljednjih godina, proizvodnja vinil acetata pokazuje trend rasta iz godine u godinu, a ukupna proizvodnja vinil acetata dostigla je 1970 kt u 2018. godini. Trenutno, zbog utjecaja sirovina i procesa, proizvodni putevi vinil acetata uglavnom uključuju acetilensku metodu i etilensku metodu.
1, Acetilenski postupak
Godine 1912., F. Klatte, Kanađanin, prvi je otkrio vinil acetat koristeći višak acetilena i sirćetne kiseline pod atmosferskim pritiskom, na temperaturama u rasponu od 60 do 100 ℃, koristeći soli žive kao katalizatore. Godine 1921. njemačka kompanija CEI razvila je tehnologiju za sintezu vinil acetata u parnoj fazi iz acetilena i sirćetne kiseline. Od tada, istraživači iz različitih zemalja kontinuirano optimiziraju proces i uslove za sintezu vinil acetata iz acetilena. Godine 1928. njemačka kompanija Hoechst osnovala je proizvodnu jedinicu vinil acetata kapaciteta 12 kt/god., ostvarivši industrijsku proizvodnju vinil acetata velikih razmjera. Jednačina za proizvodnju vinil acetata acetilenskom metodom je sljedeća:
Glavna reakcija:

Nuspojave:

Acetilenska metoda se dijeli na metodu s tekućom fazom i metodu s plinskom fazom.
Fazno stanje reaktanta u metodi tečne faze acetilena je tečnost, a reaktor je reakcijski rezervoar sa uređajem za miješanje. Zbog nedostataka metode tečne faze, kao što su niska selektivnost i mnogi nusproizvodi, ova metoda je trenutno zamijenjena metodom gasne faze acetilena.
Prema različitim izvorima pripreme acetilena, metoda acetilena u gasnoj fazi može se podijeliti na Bordenovu metodu s acetilenom iz prirodnog gasa i Wackerovu metodu s acetilenom iz karbida.
Bordenov proces koristi sirćetnu kiselinu kao adsorbent, što značajno poboljšava iskorištenje acetilena. Međutim, ovaj procesni put je tehnički složen i zahtijeva visoke troškove, tako da ova metoda ima prednost u područjima bogatim resursima prirodnog plina.
Wackerov proces koristi acetilen i sirćetnu kiselinu proizvedene iz kalcijum karbida kao sirovine, koristeći katalizator s aktivnim ugljem kao nosačem i cink acetatom kao aktivnom komponentom, za sintezu VAc pod atmosferskim pritiskom i temperaturom reakcije od 170~230 ℃. Tehnologija procesa je relativno jednostavna i ima niske troškove proizvodnje, ali postoje nedostaci kao što su lak gubitak aktivnih komponenti katalizatora, slaba stabilnost, visoka potrošnja energije i veliko zagađenje.
2. Etilenski proces
Etilen, kisik i glacijalna sirćetna kiselina su tri sirovine koje se koriste u procesu sinteze etilena vinil acetata. Glavna aktivna komponenta katalizatora je obično plemeniti metal osme grupe, koji reaguje na određenoj reakcijskoj temperaturi i pritisku. Nakon naknadne obrade, konačno se dobija ciljni produkt vinil acetat. Reakcijska jednačina je sljedeća:
Glavna reakcija:

Nuspojave:

Postupak etilenske parne faze prvi put je razvio Bayer Corporation i pušten je u industrijsku proizvodnju za proizvodnju vinil acetata 1968. godine. Proizvodne linije su uspostavljene u Hearst i Bayer Corporation u Njemačkoj i National Distillers Corporation u Sjedinjenim Američkim Državama. Uglavnom se radi o paladiju ili zlatu nanesenom na nosače otporne na kiseline, kao što su kuglice silika gela radijusa 4-5 mm, uz dodatak određene količine kalij acetata, što može poboljšati aktivnost i selektivnost katalizatora. Postupak sinteze vinil acetata korištenjem USI metode etilenske parne faze sličan je Bayer metodi i podijeljen je u dva dijela: sintezu i destilaciju. USI postupak je postigao industrijsku primjenu 1969. godine. Aktivne komponente katalizatora su uglavnom paladij i platina, a pomoćno sredstvo je kalij acetat, koji je nanesen na nosač od aluminija. Reakcijski uslovi su relativno blagi i katalizator ima dug vijek trajanja, ali je prinos prostorno-vremenski nizak. U poređenju sa acetilenskom metodom, metoda parne faze etilena je značajno tehnološki poboljšana, a katalizatori koji se koriste u etilenskoj metodi kontinuirano su se poboljšavali u aktivnosti i selektivnosti. Međutim, kinetika reakcije i mehanizam deaktivacije još uvijek trebaju biti istraženi.
Proizvodnja vinil acetata etilenskom metodom koristi cjevasti reaktor sa fiksnim slojem napunjen katalizatorom. Dovodni plin ulazi u reaktor s vrha, i kada dođe u kontakt sa slojem katalizatora, odvijaju se katalitičke reakcije koje generiraju ciljni proizvod vinil acetat i malu količinu nusproizvoda ugljik dioksida. Zbog egzotermne prirode reakcije, voda pod pritiskom se uvodi u omotač reaktora kako bi se uklonila reakcijska toplina isparavanjem vode.
U poređenju sa acetilenskom metodom, etilenska metoda ima karakteristike kompaktne strukture uređaja, velikog učinka, niske potrošnje energije i niskog zagađenja, a cijena proizvoda je niža od cijene acetilenske metode. Kvalitet proizvoda je superiorniji, a korozija nije ozbiljna. Stoga je etilenska metoda postepeno zamijenila acetilensku metodu nakon 1970-ih. Prema nepotpunim statistikama, oko 70% VAc proizvedenog etilenskom metodom u svijetu postalo je glavni tok proizvodnje VAc.
Trenutno, najnaprednija tehnologija proizvodnje VAc-a na svijetu je BP-jev Leap proces i Celaneseov Vantage proces. U poređenju s tradicionalnim procesom proizvodnje etilena u gasnoj fazi s fiksnim slojem, ove dvije procesne tehnologije su značajno poboljšale reaktor i katalizator u jezgru jedinice, poboljšavajući ekonomičnost i sigurnost rada jedinice.
Celanese je razvio novi Vantage proces s fiksnim slojem kako bi riješio probleme neravnomjerne raspodjele katalitičkog sloja i niske jednosmjerne konverzije etilena u reaktorima s fiksnim slojem. Reaktor koji se koristi u ovom procesu je i dalje fiksni sloj, ali su napravljena značajna poboljšanja u katalitičkom sistemu, a u otpadni plin dodani su uređaji za izdvajanje etilena, čime su prevaziđeni nedostaci tradicionalnih procesa s fiksnim slojem. Prinos proizvoda vinil acetata je znatno veći od prinosa sličnih uređaja. Procesni katalizator koristi platinu kao glavnu aktivnu komponentu, silika gel kao nosač katalizatora, natrij citrat kao redukcijsko sredstvo i druge pomoćne metale poput lantanoida i rijetkozemnih elemenata poput prazeodimija i neodimija. U poređenju s tradicionalnim katalizatorima, selektivnost, aktivnost i prostorno-vremenski prinos katalizatora su poboljšani.
BP Amoco je razvio proces proizvodnje etilena u gasnoj fazi s fluidiziranim slojem, poznat i kao Leap proces, te je izgradio jedinicu s fluidiziranim slojem kapaciteta 250 kt/god. u Hullu, Engleska. Korištenje ovog procesa za proizvodnju vinil acetata može smanjiti troškove proizvodnje za 30%, a prinos katalizatora u prostorno-vremenskom periodu (1858-2744 g/(L · h-1)) je mnogo veći od prinosa katalizatora s fiksnim slojem (700-1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess proces prvi put koristi reaktor sa fluidiziranim slojem, koji ima sljedeće prednosti u poređenju sa reaktorom sa fiksnim slojem:
1) U reaktoru sa fluidiziranim slojem, katalizator se kontinuirano i ravnomjerno miješa, čime doprinosi ravnomjernoj difuziji promotora i osigurava ravnomjernu koncentraciju promotora u reaktoru.
2) Reaktor sa fluidiziranim slojem može kontinuirano zamjenjivati ​​deaktivirani katalizator svježim katalizatorom pod radnim uslovima.
3) Temperatura reakcije u fluidiziranom sloju je konstantna, što minimizira deaktivaciju katalizatora zbog lokalnog pregrijavanja, a time produžava vijek trajanja katalizatora.
4) Metoda odvođenja toplote koja se koristi u reaktoru sa fluidiziranim slojem pojednostavljuje strukturu reaktora i smanjuje njegov volumen. Drugim riječima, dizajn jednog reaktora može se koristiti za velike hemijske instalacije, značajno poboljšavajući efikasnost uređaja.