Винилацетатът (VAc), известен още като винилацетат или винилацетат, е безцветна прозрачна течност при нормална температура и налягане, с молекулна формула C4H6O2 и относително молекулно тегло 86,9. VAc, като една от най-широко използваните промишлени органични суровини в света, може да генерира производни като поливинилацетатна смола (PVAc), поливинилов алкохол (PVA) и полиакрилонитрил (PAN) чрез самополимеризация или съполимеризация с други мономери. Тези производни се използват широко в строителството, текстила, машиностроенето, медицината и подобрителите на почвата. Поради бързото развитие на терминалната индустрия през последните години, производството на винилацетат показва тенденция на нарастване от година на година, като общото производство на винилацетат достига 1970 kt през 2018 г. Понастоящем, поради влиянието на суровините и процесите, производствените пътища на винилацетат включват главно ацетиленов метод и етиленов метод.
1. Ацетиленов процес
През 1912 г. канадецът Ф. Клате за първи път открива винилацетат, използвайки излишък от ацетилен и оцетна киселина под атмосферно налягане, при температури от 60 до 100 ℃ и използвайки живачни соли като катализатори. През 1921 г. немската компания CEI разработва технология за синтез на винилацетат от ацетилен и оцетна киселина в газова фаза. Оттогава изследователи от различни страни непрекъснато оптимизират процеса и условията за синтез на винилацетат от ацетилен. През 1928 г. немската компания Hoechst създава производствена единица за винилацетат с капацитет 12 kt/a, реализирайки индустриализирано мащабно производство на винилацетат. Уравнението за производство на винилацетат по ацетиленовия метод е следното:
Основна реакция:

Странични ефекти:

Ацетиленовият метод се разделя на течнофазен метод и газовофазен метод.
Реагентът при метода с ацетилен в течна фаза е течен, а реакторът е реакционен съд с разбъркващо устройство. Поради недостатъците на метода с течна фаза, като ниска селективност и много странични продукти, понастоящем този метод е заменен от метода с ацетилен в газова фаза.
Според различните източници на получаване на ацетиленов газ, методът с ацетиленова газова фаза може да бъде разделен на метод на Борден с ацетилен от природен газ и метод на Вакер с ацетилен от карбид.
Процесът на Борден използва оцетна киселина като адсорбент, което значително подобрява степента на използване на ацетилена. Този процес обаче е технически сложен и изисква високи разходи, така че този метод е с предимство в райони, богати на ресурси от природен газ.
Процесът на Wacker използва ацетилен и оцетна киселина, получени от калциев карбид, като суровини, като се използва катализатор с активен въглен като носител и цинков ацетат като активен компонент, за да се синтезира VAc при атмосферно налягане и реакционна температура от 170~230 ℃. Технологията на процеса е сравнително проста и има ниски производствени разходи, но има недостатъци като лесна загуба на активни компоненти на катализатора, лоша стабилност, висока консумация на енергия и голямо замърсяване.
2. Етиленов процес
Етиленът, кислородът и ледената оцетна киселина са три суровини, използвани в процеса на синтез на етилен във винилацетат. Основният активен компонент на катализатора обикновено е благородният метал от осмата група, който реагира при определена реакционна температура и налягане. След последваща обработка, целевият продукт винилацетат се получава най-накрая. Уравнението на реакцията е следното:
Основна реакция:

Странични ефекти:

Процесът с етиленова парофазна дестилация е разработен за първи път от Bayer Corporation и е пуснат в промишлено производство за производство на винилацетат през 1968 г. Производствени линии са създадени съответно в Hearst and Bayer Corporation в Германия и National Distillers Corporation в САЩ. Той представлява предимно паладий или злато, нанесени върху киселинноустойчиви носители, като например силикагелни перли с радиус 4-5 мм, и добавяне на определено количество калиев ацетат, което може да подобри активността и селективността на катализатора. Процесът за синтез на винилацетат с помощта на USI метод с етиленова парофазна дестилация е подобен на метода на Bayer и е разделен на две части: синтез и дестилация. USI процесът е получил промишлено приложение през 1969 г. Активните компоненти на катализатора са главно паладий и платина, а спомагателният агент е калиев ацетат, който е нанесен върху алуминиев носител. Реакционните условия са относително меки и катализаторът има дълъг експлоатационен живот, но добивът е нисък. В сравнение с ацетиленовия метод, методът с етиленова парофаза е значително подобрен в технологията, а катализаторите, използвани в етиленовия метод, непрекъснато се подобряват по отношение на активност и селективност. Кинетиката на реакцията и механизмът на деактивиране обаче все още трябва да бъдат проучени.
Производството на винилацетат по етиленовия метод използва тръбен реактор с неподвижен слой, запълнен с катализатор. Захранващият газ влиза в реактора отгоре и когато той се докосне до катализаторния слой, протичат каталитични реакции, за да се генерира целевият продукт винилацетат и малко количество страничен продукт въглероден диоксид. Поради екзотермичния характер на реакцията, в корпуса на реактора се вкарва вода под налягане, за да се отведе реакционната топлина чрез изпаряване на водата.
В сравнение с ацетиленовия метод, етиленовият метод се характеризира с компактна структура на устройството, голям капацитет, ниска консумация на енергия и ниско замърсяване, а цената на продукта е по-ниска от тази на ацетиленовия метод. Качеството на продукта е по-високо, а корозионната ситуация не е сериозна. Поради това, етиленовият метод постепенно го замества след 70-те години на миналия век. Според непълна статистика, около 70% от произведения по етиленов метод VAc в света се е превърнал в основен метод за производство на VAc.
В момента най-модерната технология за производство на вакуумен ацетат (VAc) в света е Leap Process на BP и Vantage Process на Celanese. В сравнение с традиционния процес за производство на етилен с неподвижен слой в газова фаза, тези две технологии значително са подобрили реактора и катализатора в основата на инсталацията, подобрявайки икономичността и безопасността на работата на инсталацията.
Celanese разработи нов процес Vantage с фиксирано легло, за да се справи с проблемите на неравномерното разпределение на катализаторния слой и ниската еднопосочна конверсия на етилена в реактори с фиксирано легло. Реакторът, използван в този процес, все още е с фиксирано легло, но са направени значителни подобрения в катализаторната система и в остатъчния газ са добавени устройства за възстановяване на етилена, преодолявайки недостатъците на традиционните процеси с фиксирано легло. Добивът на продукта винилацетат е значително по-висок от този на подобни устройства. Процесният катализатор използва платина като основен активен компонент, силикагел като носител на катализатора, натриев цитрат като редуктор и други спомагателни метали като лантаниди и редкоземни елементи като празеодим и неодим. В сравнение с традиционните катализатори, селективността, активността и пространствено-времевият добив на катализатора са подобрени.
BP Amoco е разработила газофазен процес за производство на етилен с флуидизиран слой, известен още като Leap Process, и е построила инсталация с флуидизиран слой с производителност 250 kt/a в Хъл, Англия. Използването на този процес за производство на винилацетат може да намали производствените разходи с 30%, а добивът на катализатора по пространство и време (1858-2744 g/(L · h-1)) е много по-висок от този на процеса с неподвижен слой (700-1200 g/(L · h-1)).
Процесът LeapProcess използва реактор с флуидизиран слой за първи път, който има следните предимства в сравнение с реактора с неподвижен слой:
1) В реактор с флуидизиран слой катализаторът се смесва непрекъснато и равномерно, като по този начин допринася за равномерната дифузия на промотора и осигурява равномерна концентрация на промотора в реактора.
2) Реакторът с флуидизиран слой може непрекъснато да замества деактивирания катализатор с пресен катализатор при работни условия.
3) Температурата на реакцията във флуидизиран слой е постоянна, което минимизира деактивирането на катализатора поради локално прегряване, като по този начин удължава експлоатационния живот на катализатора.
4) Методът за отвеждане на топлината, използван в реактора с флуидизиран слой, опростява структурата на реактора и намалява обема му. С други думи, конструкция с един реактор може да се използва за мащабни химически инсталации, което значително подобрява мащабната ефективност на устройството.