Вінілацетат (VAc), також відомий як вінілацетат або вінілацетат, являє собою безбарвну прозору рідину за нормальної температури та тиску з молекулярною формулою C4H6O2 та відносною молекулярною масою 86,9. VAc, як одна з найбільш широко використовуваних промислових органічних сировин у світі, може генерувати такі похідні, як полівінілацетатна смола (PVAc), полівініловий спирт (PVA) та поліакрилонітрил (PAN), шляхом самополімеризації або кополімеризації з іншими мономерами. Ці похідні широко використовуються в будівництві, текстильній промисловості, машинобудуванні, медицині та ґрунтопокращувачах. Завдяки швидкому розвитку термінальної промисловості в останні роки виробництво вінілацетату демонструє тенденцію до зростання з року в рік, а загальний обсяг виробництва вінілацетату досяг 1970 тис. тонн у 2018 році. Наразі, через вплив сировини та процесів, шляхи виробництва вінілацетату включають переважно ацетиленовий та етиленовий методи.
1. Ацетиленовий процес
У 1912 році канадець Ф. Клатте вперше відкрив вінілацетат, використовуючи надлишок ацетилену та оцтової кислоти за атмосферного тиску, при температурах від 60 до 100 ℃ та використовуючи солі ртуті як каталізатори. У 1921 році німецька компанія CEI розробила технологію парофазного синтезу вінілацетату з ацетилену та оцтової кислоти. Відтоді дослідники з різних країн постійно оптимізували процес та умови синтезу вінілацетату з ацетилену. У 1928 році німецька компанія Hoechst створила виробничу установку з виробництва вінілацетату потужністю 12 тис. тис. на рік, реалізувавши промислове великомасштабне виробництво вінілацетату. Рівняння для виробництва вінілацетату ацетиленовим методом виглядає наступним чином:
Основна реакція:

Побічні ефекти:

Ацетиленовий метод поділяється на рідкофазний та газофазний.
Фазовий стан реагенту рідкофазного методу ацетилену є рідиною, а реактор являє собою реакційний бак з перемішувальним пристроєм. Через недоліки рідкофазного методу, такі як низька селективність та багато побічних продуктів, цей метод наразі замінено газофазним методом ацетилену.
Залежно від різних джерел отримання ацетиленового газу, метод отримання ацетилену в газофазі можна розділити на метод Бордена з ацетиленом у природному газі та метод Ваккера з ацетиленом у карбіді.
У процесі Бордена як адсорбент використовується оцтова кислота, що значно покращує коефіцієнт використання ацетилену. Однак цей спосіб обробки технічно складний і вимагає високих витрат, тому він має перевагу в районах, багатих на ресурси природного газу.
У процесі Ваккера як сировину використовуються ацетилен та оцтова кислота, отримані з карбіду кальцію, з використанням каталізатора з активованим вугіллям як носієм та ацетатом цинку як активним компонентом для синтезу VAc за атмосферного тиску та температури реакції 170~230 ℃. Технологія процесу є відносно простою та має низькі виробничі витрати, але є недоліки, такі як легка втрата активних компонентів каталізатора, низька стабільність, високе енергоспоживання та значне забруднення.
2. Етиленовий процес
Етилен, кисень та льодовикова оцтова кислота – це три сировини, що використовуються в процесі синтезу етилену вінілацетату. Основним активним компонентом каталізатора зазвичай є благородний метал восьмої групи, який вступає в реакцію за певної температури та тиску. Після подальшої обробки цільовий продукт – вінілацетат. Рівняння реакції виглядає наступним чином:
Основна реакція:

Побічні ефекти:

Процес отримання етилену в парофазній формі був вперше розроблений корпорацією Bayer та впроваджений у промислове виробництво вінілацетату в 1968 році. Виробничі лінії були встановлені в корпораціях Hearst та Bayer у Німеччині та National Distillers Corporation у США відповідно. В основному це паладій або золото, нанесені на кислотостійкі носії, такі як кульки з силікагелю радіусом 4-5 мм, та додавання певної кількості ацетату калію, що може покращити активність та селективність каталізатора. Процес синтезу вінілацетату з використанням методу ультразвукової дистиляції етилену в парофазній формі подібний до методу Байєра та поділяється на дві частини: синтез та дистиляцію. Процес ультразвукової дистиляції отримав промислове застосування в 1969 році. Активними компонентами каталізатора є переважно паладій та платина, а допоміжним агентом є ацетат калію, який наноситься на оксидний носій. Умови реакції відносно м'які, а каталізатор має тривалий термін служби, але вихід за об'ємом та часом низький. Порівняно з ацетиленовим методом, парофазний метод етилену значно покращився в технологічному плані, а каталізатори, що використовуються в етиленовому методі, постійно покращуються за активністю та селективністю. Однак кінетика реакції та механізм деактивації все ще потребують вивчення.
Виробництво вінілацетату етиленовим методом використовує трубчастий реактор з нерухомим шаром, заповнений каталізатором. Подаваний газ надходить у реактор зверху, і коли він контактує з шаром каталізатора, відбуваються каталітичні реакції з утворенням цільового продукту вінілацетату та невеликої кількості побічного вуглекислого газу. Через екзотермічний характер реакції, вода під тиском подається в корпус реактора для відведення тепла реакції за допомогою випаровування води.
Порівняно з ацетиленовим методом, етиленовий метод має такі характеристики, як компактна конструкція пристрою, велика продуктивність, низьке енергоспоживання та низький рівень забруднення, а собівартість продукції нижча, ніж у ацетиленового методу. Якість продукції вища, а корозійний захист не є серйозним. Тому етиленовий метод поступово замінив ацетиленовий після 1970-х років. Згідно з неповною статистикою, близько 70% вісківу, що виробляється етиленовим методом у світі, стало основним методом виробництва вісківу.
Наразі найсучаснішою технологією виробництва вакуумного ацетату (VAC) у світі є процес Leap від BP та процес Vantage від Celanese. Порівняно з традиційним газофазним процесом виробництва етилену з нерухомим шаром, ці дві технології значно покращили реактор та каталізатор в основі установки, підвищивши економічність та безпеку її експлуатації.
Компанія Celanese розробила новий процес Vantage з нерухомим шаром для вирішення проблем нерівномірного розподілу каталізаторного шару та низької односторонньої конверсії етилену в реакторах з нерухомим шаром. Реактор, що використовується в цьому процесі, все ще є нерухомим шаром, але в каталітичну систему було внесено значні вдосконалення, а в хвостовий газ було додано пристрої для відновлення етилену, що подолало недоліки традиційних процесів з нерухомим шаром. Вихід вінілацетату значно вищий, ніж у аналогічних пристроїв. У каталізаторі процесу використовується платина як основний активний компонент, силікагель як носій каталізатора, цитрат натрію як відновник та інші допоміжні метали, такі як лантаноїди та рідкісноземельні елементи, такі як празеодим та неодим. Порівняно з традиційними каталізаторами, покращуються селективність, активність та просторово-часовий вихід каталізатора.
Компанія BP Amoco розробила газофазний процес виробництва етилену в псевдозрідженому шарі, також відомий як процес Leap Process, і побудувала установку з псевдозрідженим шаром продуктивністю 250 тис. тонн/рік у місті Галл, Англія. Використання цього процесу для виробництва вінілацетату може знизити виробничі витрати на 30%, а вихід каталізатора за об'ємом та часом (1858-2744 г/(л · год-1)) значно вищий, ніж у випадку процесу з нерухомим шаром (700-1200 г/(л · год-1)).
У процесі LeapProcess вперше використовується реактор із псевдозрідженим шаром, який має такі переваги порівняно з реактором із нерухомим шаром:
1) У реакторі з псевдозрідженим шаром каталізатор безперервно та рівномірно перемішується, тим самим сприяючи рівномірній дифузії промотора та забезпечуючи рівномірну концентрацію промотора в реакторі.
2) Реактор з псевдозрідженим шаром може безперервно замінювати деактивований каталізатор свіжим каталізатором в робочих умовах.
3) Температура реакції у псевдозрідженому шарі є постійною, що мінімізує деактивацію каталізатора через локальний перегрів, тим самим подовжуючи термін служби каталізатора.
4) Метод відведення тепла, що використовується в реакторі з псевдозрідженим шаром, спрощує структуру реактора та зменшує його об'єм. Іншими словами, конструкцію з одним реактором можна використовувати для великомасштабних хімічних установок, що значно підвищує ефективність масштабування пристрою.