Vinilacetāts (VAc), kas pazīstams arī kā vinilacetāts vai vinilacetāts, normālā temperatūrā un spiedienā ir bezkrāsains, caurspīdīgs šķidrums ar molekulāro formulu C4H6O2 un relatīvo molekulmasu 86,9. VAc, kas ir viena no pasaulē visplašāk izmantotajām rūpnieciskajām organiskajām izejvielām, var radīt tādus atvasinājumus kā polivinilacetāta sveķi (PVAc), polivinilspirts (PVA) un poliakrilnitrils (PAN), izmantojot pašpolimerizāciju vai kopolimerizāciju ar citiem monomēriem. Šos atvasinājumus plaši izmanto būvniecībā, tekstilizstrādājumos, mašīnbūvē, medicīnā un augsnes ielabotājos. Sakarā ar termināla nozares straujo attīstību pēdējos gados, vinilacetāta ražošana ir pieaugusi gadu no gada, un kopējais vinilacetāta ražošanas apjoms 2018. gadā sasniedza 1970 kt. Pašlaik, izejvielu un procesu ietekmes dēļ, vinilacetāta ražošanas ceļi galvenokārt ietver acetilēna metodi un etilēna metodi.
1. Acetilēna process
1912. gadā kanādietis F. Klatte pirmais atklāja vinilacetātu, izmantojot acetilēna un etiķskābes pārpalikumu atmosfēras spiedienā, temperatūrā no 60 līdz 100 ℃ un izmantojot dzīvsudraba sāļus kā katalizatorus. 1921. gadā vācu uzņēmums CEI izstrādāja tehnoloģiju vinilacetāta sintēzei tvaika fāzē no acetilēna un etiķskābes. Kopš tā laika pētnieki no dažādām valstīm ir nepārtraukti optimizējuši vinilacetāta sintēzes procesu un apstākļus no acetilēna. 1928. gadā vācu uzņēmums Hoechst izveidoja 12 kt/gadā vinilacetāta ražošanas iekārtu, realizējot industrializētu liela mēroga vinilacetāta ražošanu. Vinilacetāta ražošanas vienādojums ar acetilēna metodi ir šāds:
Galvenā reakcija:

Blakusparādības:

Acetilēna metode ir sadalīta šķidrās fāzes metodē un gāzes fāzes metodē.
Acetilēna šķidrfāzes metodes reaģenta fāzes stāvoklis ir šķidrs, un reaktors ir reakcijas tvertne ar maisīšanas ierīci. Sakarā ar šķidrfāzes metodes trūkumiem, piemēram, zemu selektivitāti un daudziem blakusproduktiem, šo metodi pašlaik ir aizstājusi acetilēna gāzes fāzes metode.
Saskaņā ar dažādiem acetilēna gāzes sagatavošanas avotiem, acetilēna gāzes fāzes metodi var iedalīt dabasgāzes acetilēna Bordena metodē un karbīda acetilēna Vakera metodē.
Bordena procesā etiķskābe tiek izmantota kā adsorbents, kas ievērojami uzlabo acetilēna izmantošanas līmeni. Tomēr šis procesa ceļš ir tehniski sarežģīts un prasa augstas izmaksas, tāpēc šī metode ir priekšrocība apgabalos, kas bagāti ar dabasgāzes resursiem.
Vakera procesā VAc sintezēšanai atmosfēras spiedienā un reakcijas temperatūrā 170–230 ℃ izmanto no kalcija karbīda iegūto acetilēnu un etiķskābi kā izejvielas, izmantojot katalizatoru ar aktivēto ogli kā nesēju un cinka acetātu kā aktīvo komponentu. Procesa tehnoloģija ir samērā vienkārša un tai ir zemas ražošanas izmaksas, taču pastāv tādi trūkumi kā viegli katalizatora aktīvo komponentu zudumi, slikta stabilitāte, augsts enerģijas patēriņš un liels piesārņojums.
2. Etilēna process
Etilēns, skābeklis un ledus etiķskābe ir trīs izejvielas, ko izmanto etilēna sintēzes vinilacetāta procesā. Katalizatora galvenā aktīvā sastāvdaļa parasti ir astotās grupas cēlmetāla elements, kas reaģē noteiktā reakcijas temperatūrā un spiedienā. Pēc turpmākās apstrādes iegūst mērķa produktu vinilacetātu. Reakcijas vienādojums ir šāds:
Galvenā reakcija:

Blakusparādības:

Etilēna tvaika fāzes procesu pirmo reizi izstrādāja Bayer Corporation, un rūpnieciskajā ražošanā vinilacetāta ražošanai tas tika ieviests 1968. gadā. Ražošanas līnijas tika izveidotas attiecīgi Hearst and Bayer Corporation Vācijā un National Distillers Corporation Amerikas Savienotajās Valstīs. Tas galvenokārt ir pallādijs vai zelts, kas uzklāts uz skābes izturīgiem nesējiem, piemēram, silikagela lodītēm ar rādiusu 4-5 mm, un pievienojot noteiktu daudzumu kālija acetāta, kas var uzlabot katalizatora aktivitāti un selektivitāti. Vinilacetāta sintēzes process, izmantojot etilēna tvaika fāzes USI metodi, ir līdzīgs Bayer metodei un ir sadalīts divās daļās: sintēze un destilācija. USI process ieguva rūpniecisku pielietojumu 1969. gadā. Katalizatora aktīvie komponenti galvenokārt ir pallādijs un platīns, un palīgviela ir kālija acetāts, kas uzklāts uz alumīnija oksīda nesēja. Reakcijas apstākļi ir relatīvi maigi, un katalizatoram ir ilgs kalpošanas laiks, bet telpas-laika raža ir zema. Salīdzinot ar acetilēna metodi, etilēna tvaika fāzes metode ir ievērojami uzlabojusies tehnoloģijas ziņā, un etilēna metodē izmantotie katalizatori ir nepārtraukti uzlabojušies aktivitātes un selektivitātes ziņā. Tomēr reakcijas kinētika un deaktivācijas mehānisms joprojām ir jāizpēta.
Vinilacetāta ražošanā, izmantojot etilēna metodi, tiek izmantots cauruļveida fiksēta slāņa reaktors, kas piepildīts ar katalizatoru. Padeves gāze nonāk reaktorā no augšas, un, tai saskaroties ar katalizatora slāni, notiek katalītiskas reakcijas, kuru rezultātā rodas mērķa produkts vinilacetāts un neliels daudzums blakusprodukta oglekļa dioksīda. Reakcijas eksotermiskās dabas dēļ reaktora korpusa pusē tiek ievadīts spiediena ūdens, lai, izmantojot ūdens iztvaikošanu, noņemtu reakcijas siltumu.
Salīdzinot ar acetilēna metodi, etilēna metodei ir raksturīga kompakta ierīces struktūra, liela jauda, ​​zems enerģijas patēriņš un zems piesārņojums, un tās produkta izmaksas ir zemākas nekā acetilēna metodei. Produkta kvalitāte ir augstāka, un korozijas situācija nav nopietna. Tāpēc etilēna metode pēc 20. gs. septiņdesmitajiem gadiem pakāpeniski aizstāja acetilēna metodi. Saskaņā ar nepilnīgu statistiku, aptuveni 70 % no pasaulē ar etilēna metodi saražotā VAc ir kļuvusi par galveno VAc ražošanas metožu virzienu.
Pašlaik pasaulē vismodernākā VAc ražošanas tehnoloģija ir BP Leap Process un Celanese Vantage Process. Salīdzinot ar tradicionālo fiksētā slāņa gāzes fāzes etilēna procesu, šīs divas procesa tehnoloģijas ir ievērojami uzlabojušas iekārtas kodolā esošo reaktoru un katalizatoru, tādējādi uzlabojot iekārtas darbības ekonomiju un drošību.
Celanese ir izstrādājis jaunu fiksēta slāņa Vantage procesu, lai risinātu nevienmērīga katalizatora slāņa sadalījuma un zema etilēna vienvirziena konversijas problēmas fiksēta slāņa reaktoros. Šajā procesā izmantotais reaktors joprojām ir fiksēta slāņa reaktors, taču katalizatora sistēmā ir veikti ievērojami uzlabojumi, un atlikumu gāzē ir pievienotas etilēna atgūšanas ierīces, pārvarot tradicionālo fiksēta slāņa procesu trūkumus. Produkta vinilacetāta raža ir ievērojami augstāka nekā līdzīgām ierīcēm. Procesa katalizatorā kā galveno aktīvo komponentu tiek izmantots platīns, kā katalizatora nesējs - silikagels, kā reducētāja aģents - nātrija citrāts un citi palīgmetāli, piemēram, lantanīdu retzemju elementi, piemēram, prazeodīms un neodīms. Salīdzinot ar tradicionālajiem katalizatoriem, ir uzlabota katalizatora selektivitāte, aktivitāte un telpas-laika raža.
BP Amoco ir izstrādājis fluidizētas kārtas etilēna gāzes fāzes procesu, kas pazīstams arī kā lēciena process, un ir uzbūvējis 250 kt/gadā fluidizētas kārtas iekārtu Hallā, Anglijā. Izmantojot šo procesu vinilacetāta ražošanai, ražošanas izmaksas var samazināt par 30%, un katalizatora ražība telpā/laikā (1858–2744 g/(L · h-1)) ir daudz augstāka nekā fiksētās kārtas procesā (700–1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess procesā pirmo reizi tiek izmantots fluidizēta slāņa reaktors, kam ir šādas priekšrocības salīdzinājumā ar fiksēta slāņa reaktoru:
1) Fluidizētā slāņa reaktorā katalizators tiek nepārtraukti un vienmērīgi sajaukts, tādējādi veicinot promotora vienmērīgu difūziju un nodrošinot vienmērīgu promotora koncentrāciju reaktorā.
2) Fluidizētā slāņa reaktors darbības apstākļos var nepārtraukti aizstāt deaktivizēto katalizatoru ar svaigu katalizatoru.
3) Fluidizētās kārtas reakcijas temperatūra ir nemainīga, samazinot katalizatora deaktivāciju lokālas pārkaršanas dēļ, tādējādi pagarinot katalizatora kalpošanas laiku.
4) Fluidizētā slāņa reaktorā izmantotā siltuma atdalīšanas metode vienkāršo reaktora struktūru un samazina tā tilpumu. Citiem vārdiem sakot, viena reaktora konstrukciju var izmantot liela mēroga ķīmiskām iekārtām, ievērojami uzlabojot ierīces mēroga efektivitāti.