Vinylacetat (VAc), også kjent som vinylacetat eller vinylacetat, er en fargeløs, gjennomsiktig væske ved normal temperatur og trykk, med en molekylær formel på C4H6O2 og en relativ molekylvekt på 86,9. VAc, som et av de mest brukte industrielle organiske råmaterialene i verden, kan generere derivater som polyvinylacetatharpiks (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) og polyakrylonitril (PAN) gjennom selvpolymerisering eller kopolymerisering med andre monomerer. Disse derivatene er mye brukt i konstruksjon, tekstiler, maskiner, medisin og jordforbedringsmidler. På grunn av den raske utviklingen av terminalindustrien de siste årene, har produksjonen av vinylacetat vist en trend med å øke år for år, med en totalproduksjon av vinylacetat som nådde 1970 kt i 2018. For tiden, på grunn av påvirkning fra råvarer og prosesser, inkluderer produksjonsrutene for vinylacetat hovedsakelig acetylenmetoden og etylenmetoden.
1. Acetylenprosess
I 1912 oppdaget kanadieren F. Klatte vinylacetat for første gang ved bruk av overskudd av acetylen og eddiksyre under atmosfærisk trykk, ved temperaturer fra 60 til 100 ℃, og ved bruk av kvikksølvsalter som katalysatorer. I 1921 utviklet det tyske selskapet CEI en teknologi for syntese av vinylacetat fra acetylen og eddiksyre i dampfase. Siden den gang har forskere fra forskjellige land kontinuerlig optimalisert prosessen og betingelsene for syntesen av vinylacetat fra acetylen. I 1928 etablerte det tyske selskapet Hoechst en vinylacetatproduksjonsenhet på 12 kt/a, og realiserte industrialisert storskalaproduksjon av vinylacetat. Ligningen for å produsere vinylacetat ved hjelp av acetylenmetoden er som følger:
Hovedreaksjon:

Bivirkninger:

Acetylenmetoden er delt inn i væskefasemetoden og gassfasemetoden.
Reaktantfasetilstanden i acetylen-væskefasemetoden er flytende, og reaktoren er en reaksjonstank med en omrøringsanordning. På grunn av manglene ved væskefasemetoden, som lav selektivitet og mange biprodukter, har denne metoden blitt erstattet av acetylen-gassfasemetoden for tiden.
I henhold til de ulike kildene til acetylen-gassfremstilling kan acetylen-gassfasemetoden deles inn i naturgassacetylen-Borden-metoden og karbidacetylen-Wacker-metoden.
Borden-prosessen bruker eddiksyre som adsorbent, noe som forbedrer utnyttelsesgraden av acetylen betraktelig. Denne prosessveien er imidlertid teknisk vanskelig og krever høye kostnader, så denne metoden har en fordel i områder som er rike på naturgassressurser.
Wacker-prosessen bruker acetylen og eddiksyre produsert fra kalsiumkarbid som råmaterialer, ved bruk av en katalysator med aktivert karbon som bærer og sinkacetat som aktiv komponent, for å syntetisere VAc under atmosfærisk trykk og reaksjonstemperatur på 170~230 ℃. Prosessteknologien er relativt enkel og har lave produksjonskostnader, men det er mangler som lett tap av katalysatoraktive komponenter, dårlig stabilitet, høyt energiforbruk og stor forurensning.
2. Etylenprosess
Etylen, oksygen og iseddik er tre råmaterialer som brukes i etylensyntesen av vinylacetatprosessen. Den viktigste aktive komponenten i katalysatoren er vanligvis edelmetallelementet fra den åttende gruppen, som reagerer ved en viss reaksjonstemperatur og -trykk. Etter påfølgende prosessering oppnås endelig målproduktet vinylacetat. Reaksjonsligningen er som følger:
Hovedreaksjon:

Bivirkninger:

Etylendampfaseprosessen ble først utviklet av Bayer Corporation og ble satt i industriell produksjon for produksjon av vinylacetat i 1968. Produksjonslinjer ble etablert i henholdsvis Hearst og Bayer Corporation i Tyskland og National Distillers Corporation i USA. Det er hovedsakelig palladium eller gull lastet på syrebestandige bærere, for eksempel silikagelkuler med en radius på 4-5 mm, og tilsetning av en viss mengde kaliumacetat, noe som kan forbedre katalysatorens aktivitet og selektivitet. Prosessen for syntese av vinylacetat ved bruk av etylendampfase-USI-metoden ligner på Bayer-metoden, og er delt inn i to deler: syntese og destillasjon. USI-prosessen oppnådde industriell anvendelse i 1969. De aktive komponentene i katalysatoren er hovedsakelig palladium og platina, og hjelpestoffet er kaliumacetat, som er båret på en aluminabærer. Reaksjonsbetingelsene er relativt milde, og katalysatoren har lang levetid, men romtidsutbyttet er lavt. Sammenlignet med acetylenmetoden har etylendampfasemetoden blitt betydelig forbedret i teknologi, og katalysatorene som brukes i etylenmetoden har kontinuerlig forbedret seg i aktivitet og selektivitet. Reaksjonskinetikken og deaktiveringsmekanismen må imidlertid fortsatt utforskes.
Produksjonen av vinylacetat ved hjelp av etylenmetoden bruker en rørformet fastsjiktreaktor fylt med katalysator. Mategassen kommer inn i reaktoren ovenfra, og når den kommer i kontakt med katalysatorsjiktet, skjer det katalytiske reaksjoner for å generere målproduktet vinylacetat og en liten mengde biprodukt karbondioksid. På grunn av reaksjonens eksoterme natur føres trykksatt vann inn i skallsiden av reaktoren for å fjerne reaksjonsvarmen ved å bruke fordampning av vann.
Sammenlignet med acetylenmetoden har etylenmetoden egenskapene kompakt enhetsstruktur, stor ytelse, lavt energiforbruk og lav forurensning, og produktkostnaden er lavere enn acetylenmetoden. Produktkvaliteten er overlegen, og korrosjonssituasjonen er ikke alvorlig. Derfor erstattet etylenmetoden gradvis acetylenmetoden etter 1970-tallet. I følge ufullstendig statistikk har omtrent 70 % av VAc produsert med etylenmetoden i verden blitt hovedstrømmen av VAc-produksjonsmetoder.
For tiden er verdens mest avanserte VAc-produksjonsteknologi BPs Leap-prosess og Celaneses Vantage-prosess. Sammenlignet med den tradisjonelle gassfase-etylenprosessen med fast sjikt, har disse to prosessteknologiene forbedret reaktoren og katalysatoren i kjernen av enheten betydelig, noe som forbedrer driftsøkonomien og sikkerheten til enheten.
Celanese har utviklet en ny Vantage-prosess med fast sjikt for å løse problemene med ujevn fordeling av katalysatorsjiktet og lav enveiskonvertering av etylen i reaktorer med fast sjikt. Reaktoren som brukes i denne prosessen er fortsatt en reaktor med fast sjikt, men det er gjort betydelige forbedringer i katalysatorsystemet, og etylengjenvinningsenheter er lagt til i avgassen, noe som overvinner manglene ved tradisjonelle prosesser med fast sjikt. Utbyttet av produktet vinylacetat er betydelig høyere enn for lignende enheter. Prosesskatalysatoren bruker platina som hovedaktiv komponent, silikagel som katalysatorbærer, natriumsitrat som reduksjonsmiddel og andre hjelpemetaller som lantanid og sjeldne jordartsmetaller som praseodym og neodym. Sammenlignet med tradisjonelle katalysatorer er selektiviteten, aktiviteten og romtidsutbyttet til katalysatoren forbedret.
BP Amoco har utviklet en fluidisert sjikt-etylengassfaseprosess, også kjent som Leap Process-prosessen, og har bygget en fluidisert sjiktenhet på 250 kt/a i Hull, England. Bruk av denne prosessen til å produsere vinylacetat kan redusere produksjonskostnadene med 30 %, og romtidsutbyttet av katalysatoren (1858–2744 g/(L · h⁻¹)) er mye høyere enn for fastsjiktprosessen (700–1200 g/(L · h⁻¹)).
LeapProcess-prosessen bruker en fluidisert sjiktreaktor for første gang, som har følgende fordeler sammenlignet med en fast sjiktreaktor:
1) I en fluidisert sjiktreaktor blandes katalysatoren kontinuerlig og jevnt, noe som bidrar til jevn diffusjon av promoteren og sikrer en jevn konsentrasjon av promoteren i reaktoren.
2) Fluidisert sjiktreaktoren kan kontinuerlig erstatte den deaktiverte katalysatoren med fersk katalysator under driftsforhold.
3) Reaksjonstemperaturen i det fluidiserte sjiktet er konstant, noe som minimerer katalysatordeaktivering på grunn av lokal overoppheting, og dermed forlenger katalysatorens levetid.
4) Varmefjerningsmetoden som brukes i fluidisert sjiktreaktoren forenkler reaktorstrukturen og reduserer volumet. Med andre ord kan en enkelt reaktorkonstruksjon brukes til storskala kjemiske installasjoner, noe som forbedrer enhetens skaleringseffektivitet betydelig.