Vinil acetat (VAc), također poznat kao vinil acetat ili vinil acetat, je bezbojna prozirna tekućina pri normalnoj temperaturi i tlaku, 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, strojevima, medicini i poboljšivačima tla. Zbog brzog razvoja terminalne industrije posljednjih godina, proizvodnja vinil acetata pokazuje trend rasta iz godine u godinu, s ukupnom proizvodnjom vinil acetata koja je 2018. godine dosegla 1970 kt. Trenutno, zbog utjecaja sirovina i procesa, proizvodni putevi vinil acetata uglavnom uključuju acetilensku metodu i etilensku metodu.
1, Acetilenski postupak
Godine 1912., Kanađanin F. Klatte prvi je otkrio vinil acetat koristeći višak acetilena i octene kiseline pod atmosferskim tlakom, na temperaturama u rasponu od 60 do 100 ℃, te koristeći žive soli kao katalizatore. Godine 1921. njemačka tvrtka CEI razvila je tehnologiju za sintezu vinil acetata iz acetilena i octene kiseline u parnoj fazi. Od tada istraživači iz raznih zemalja kontinuirano optimiziraju proces i uvjete za sintezu vinil acetata iz acetilena. Godine 1928. njemačka tvrtka Hoechst osnovala je proizvodnu jedinicu vinil acetata kapaciteta 12 kt/a, ostvarivši industrijsku proizvodnju vinil acetata velikih razmjera. Jednadžba za proizvodnju vinil acetata acetilenskom metodom je sljedeća:
Glavna reakcija:

Nuspojave:

Acetilenska metoda se dijeli na metodu tekuće faze i metodu plinovite faze.
Fazno stanje reaktanta metode tekuće faze acetilena je tekućina, a reaktor je reakcijski spremnik s uređajem za miješanje. Zbog nedostataka metode tekuće faze kao što su niska selektivnost i mnogi nusprodukti, ova metoda je trenutno zamijenjena metodom plinovite faze acetilena.
Prema različitim izvorima pripreme acetilena, metoda acetilena u plinovitoj fazi može se podijeliti na Bordenovu metodu s acetilenom iz prirodnog plina i Wackerovu metodu s acetilenom iz karbida.
Bordenov proces koristi octenu kiselinu kao adsorbent, što uvelike poboljšava iskorištenje acetilena. Međutim, ovaj procesni put je tehnički složen i zahtijeva visoke troškove, pa ova metoda ima prednost u područjima bogatim resursima prirodnog plina.
Wackerov proces koristi acetilen i octenu kiselinu proizvedene iz kalcijevog karbida kao sirovine, koristeći katalizator s aktivnim ugljenom kao nosačem i cinkovim acetatom kao aktivnom komponentom, za sintezu VAc pod atmosferskim tlakom i temperaturom reakcije od 170~230 ℃. Tehnologija procesa je relativno jednostavna i ima niske troškove proizvodnje, ali postoje nedostaci poput lakog gubitka aktivnih komponenti katalizatora, slabe stabilnosti, visoke potrošnje energije i velikog zagađenja.
2. Postupak s etilenom
Etilen, kisik i ledena octena kiselina su tri sirovine koje se koriste u procesu sinteze etilena vinil acetata. Glavna aktivna komponenta katalizatora je obično plemeniti metal osme skupine, koji reagira pri određenoj temperaturi i tlaku reakcije. Nakon naknadne obrade, konačno se dobiva ciljni produkt vinil acetat. Reakcijska jednadžba je sljedeća:
Glavna reakcija:

Nuspojave:

Postupak etilenske parne faze prvi je razvio Bayer Corporation i pušten je u industrijsku proizvodnju za proizvodnju vinil acetata 1968. godine. Proizvodne linije uspostavljene su u Hearstu i Bayer Corporation u Njemačkoj te National Distillers Corporation u Sjedinjenim Državama. Uglavnom se radi o paladiju ili zlatu nanesenom na nosače otporne na kiseline, poput kuglica silika gela radijusa 4-5 mm, te dodatku određene količine kalijevog acetata, što može poboljšati aktivnost i selektivnost katalizatora. Postupak sinteze vinil acetata korištenjem USI metode etilenske parne faze sličan je Bayerovoj metodi i podijeljen je u dva dijela: sintezu i destilaciju. USI postupak postigao je industrijsku primjenu 1969. godine. Aktivne komponente katalizatora uglavnom su paladij i platina, a pomoćno sredstvo je kalijev acetat, koji je na nosaču od aluminijevog oksida. Reakcijski uvjeti su relativno blagi i katalizator ima dug vijek trajanja, ali je prinos prostorno-vremenski nizak. U usporedbi s acetilenskom metodom, metoda parne faze etilena znatno je tehnološki poboljšana, a katalizatori korišteni u etilenskoj metodi kontinuirano su se poboljšavali u aktivnosti i selektivnosti. Međutim, kinetika reakcije i mehanizam deaktivacije još uvijek se trebaju istražiti.
Proizvodnja vinil acetata etilenskom metodom koristi cjevasti reaktor s fiksnim slojem napunjen katalizatorom. Dovodni plin ulazi u reaktor s vrha i kada dođe u dodir sa slojem katalizatora, odvijaju se katalitičke reakcije koje stvaraju ciljni produkt vinil acetat i malu količinu nusprodukta ugljikovog dioksida. Zbog egzotermne prirode reakcije, voda pod tlakom uvodi se u plašt reaktora kako bi se uklonila toplina reakcije isparavanjem vode.
U usporedbi s acetilenskom metodom, etilenska metoda ima karakteristike kompaktne strukture uređaja, velikog učinka, niske potrošnje energije i niskog onečišćenja, a cijena proizvoda je niža od one kod acetilenske metode. Kvaliteta proizvoda je superiorna, a korozija nije ozbiljna. Stoga je etilenska metoda postupno zamijenila acetilensku metodu nakon 1970-ih. Prema nepotpunim statistikama, oko 70% VAc proizvedenog etilenskom metodom u svijetu postalo je glavni tok proizvodnih metoda VAc.
Trenutno, najnaprednija tehnologija proizvodnje VAc-a na svijetu je BP-jev Leap proces i Celaneseov Vantage proces. U usporedbi s tradicionalnim plinskofaznim postupkom proizvodnje etilena s fiksnim slojem, ove dvije procesne tehnologije značajno su poboljšale reaktor i katalizator u jezgri 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 i dalje je fiksni sloj, ali su u katalitičkom sustavu napravljena značajna poboljšanja, a u otpadni plin dodani su uređaji za izdvajanje etilena, čime su prevladani nedostaci tradicionalnih procesa s fiksnim slojem. Prinos vinil acetata, produkta, znatno je veći od prinosa sličnih uređaja. Procesni katalizator koristi platinu kao glavnu aktivnu komponentu, silikagel kao nosač katalizatora, natrijev citrat kao redukcijsko sredstvo i druge pomoćne metale poput lantanoida i rijetkih zemalja poput prazeodimija i neodimija. U usporedbi s tradicionalnim katalizatorima, poboljšana je selektivnost, aktivnost i prostorno-vremenski prinos katalizatora.
BP Amoco je razvio proces plinovite faze etilena u fluidiziranom sloju, također poznat kao Leap proces, te je izgradio jedinicu s fluidiziranim slojem kapaciteta 250 kt/god. u Hullu u Engleskoj. Korištenje ovog procesa za proizvodnju vinil acetata može smanjiti troškove proizvodnje za 30%, a prinos katalizatora u prostorno-vremenskom razdoblju (1858-2744 g/(L · h-1)) je mnogo veći od onog kod procesa s fiksnim slojem (700-1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess proces prvi put koristi reaktor s fluidiziranim slojem, koji ima sljedeće prednosti u usporedbi s reaktorom s fiksnim slojem:
1) U reaktoru s fluidiziranim slojem, katalizator se kontinuirano i ravnomjerno miješa, čime doprinosi ravnomjernoj difuziji promotora i osigurava ravnomjernu koncentraciju promotora u reaktoru.
2) Reaktor s fluidiziranim slojem može kontinuirano zamjenjivati ​​deaktivirani katalizator svježim katalizatorom pod radnim uvjetima.
3) Temperatura reakcije u fluidiziranom sloju je konstantna, što minimizira deaktivaciju katalizatora zbog lokalnog pregrijavanja, čime se produžuje vijek trajanja katalizatora.
4) Metoda odvodnje topline koja se koristi u reaktoru s fluidiziranim slojem pojednostavljuje strukturu reaktora i smanjuje njegov volumen. Drugim riječima, dizajn s jednim reaktorom može se koristiti za velike kemijske instalacije, značajno poboljšavajući učinkovitost uređaja.