Вінілацетат (VAc), також відомий як вінілацетат або вінілацетат, є безбарвною прозорою рідиною при нормальній температурі та тиску з молекулярною формулою C4H6O2 і відносною молекулярною масою 86,9.VAc, як одна з найбільш широко використовуваних промислових органічних сировинних матеріалів у світі, може генерувати такі похідні, як полівінілацетатна смола (PVAc), полівініловий спирт (PVA) і поліакрилонітрил (PAN) шляхом самополімеризації або кополімеризації з іншими мономерами.Ці похідні широко використовуються в будівництві, текстилі, машинобудуванні, медицині та покращувачах ґрунту.Завдяки стрімкому розвитку промисловості терміналів за останні роки, виробництво вінілацетату демонструє тенденцію до зростання з кожним роком, а загальний обсяг виробництва вінілацетату досяг 1970 тис. тонн у 2018 році. Наразі через вплив сировини та процеси, шляхи виробництва вінілацетату в основному включають ацетиленовий метод і етиленовий метод.
1、процес ацетилену
У 1912 р. канадець Ф. Клатте вперше відкрив вінілацетат, використовуючи надлишок ацетилену й оцтової кислоти під атмосферним тиском при температурах від 60 до 100 ℃ і використовуючи солі ртуті як каталізатори.У 1921 році німецька компанія CEI розробила технологію газофазного синтезу вінілацетату з ацетилену та оцтової кислоти.З тих пір дослідники з різних країн постійно оптимізували процес і умови для синтезу вінілацетату з ацетилену.У 1928 році німецька компанія Hoechst створила установку з виробництва вінілацетату потужністю 12 тис. т/рік, реалізувавши промислове великомасштабне виробництво вінілацетату.Рівняння для отримання вінілацетату ацетиленовим методом виглядає наступним чином:
Основна реакція:

Побічні ефекти:

Ацетиленовий метод поділяється на рідкофазний метод і газофазний метод.
Фазовий стан реагенту рідкофазного методу ацетилену є рідиною, а реактор являє собою реакційний резервуар із перемішальним пристроєм.Через недоліки рідкофазного методу, такі як низька селективність і багато побічних продуктів, цей метод в даний час був замінений методом газофазного ацетилену.
Відповідно до різних джерел підготовки газоподібного ацетилену, газофазний метод ацетилену можна розділити на метод Бордена з ацетиленом природного газу та метод Вакера з карбіду ацетилену.
Процес Бордена використовує оцтову кислоту як адсорбент, що значно покращує коефіцієнт використання ацетилену.Однак цей шлях технічно складний і вимагає великих витрат, тому цей спосіб має перевагу в районах, багатих ресурсами природного газу.
Процес Wacker використовує ацетилен і оцтову кислоту, отриману з карбіду кальцію як сировину, використовуючи каталізатор з активованим вугіллям як носій і ацетат цинку як активний компонент, для синтезу VAc під атмосферним тиском і температурою реакції 170~230 ℃.Технологія відносно проста і має низькі витрати на виробництво, але є недоліки, такі як легка втрата активних компонентів каталізатора, низька стабільність, високе споживання енергії та велике забруднення.
2、процес етилену
Етилен, кисень і крижана оцтова кислота є трьома сировинними матеріалами, які використовуються в процесі синтезу етилену з вінілацетату.Основним активним компонентом каталізатора зазвичай є благородний метал восьмої групи, який реагує при певній температурі та тиску реакції.Після подальшої обробки остаточно отримують цільовий продукт вінілацетат.Рівняння реакції має такий вигляд:
Основна реакція:

Побічні ефекти:

Процес парової фази етилену вперше був розроблений корпорацією Bayer і був запущений у промислове виробництво для виробництва вінілацетату в 1968 році. Виробничі лінії були встановлені в Hearst і Bayer Corporation у Німеччині та National Distillers Corporation у Сполучених Штатах відповідно.В основному це паладій або золото, навантажені на кислотостійкі носії, такі як кульки силікагелю радіусом 4-5 мм, і додавання певної кількості ацетату калію, що може покращити активність і селективність каталізатора.Процес синтезу вінілацетату з використанням методу USI в паровій фазі етилену подібний до методу Байєра та розділений на дві частини: синтез і дистиляцію.Процес USI отримав промислове застосування в 1969 році. Активними компонентами каталізатора є переважно паладій і платина, а допоміжним агентом є ацетат калію, нанесений на носій з оксиду алюмінію.Умови реакції є відносно м’якими, і каталізатор має тривалий термін служби, але просторово-часовий вихід низький.Порівняно з ацетиленовим методом, етиленовий парофазний метод значно вдосконалив технологію, а каталізатори, що використовуються в етиленовому методі, постійно покращували свою активність і селективність.Однак кінетику реакції та механізм дезактивації ще потрібно дослідити.
Для виробництва вінілацетату етиленовим методом використовується трубчастий реактор з нерухомим шаром, заповнений каталізатором.Вихідний 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 воду під тиском вводять у кожух реактора для видалення реакційного тепла за допомогою випаровування води.
У порівнянні з ацетиленовим методом, етиленовий метод має характеристики компактної конструкції пристрою, великої продуктивності, низького споживання енергії та низького забруднення, а його вартість продукту нижча, ніж у ацетиленового методу.Якість продукції висока, а ситуація з корозією не є серйозною.Тому після 1970-х років етиленовий метод поступово замінив ацетиленовий.Згідно з неповною статистикою, близько 70% VAc, виробленого етиленовим методом у світі, стало основним методом виробництва VAc.
Наразі найпередовішою технологією виробництва VAc у світі є Leap Process від BP і Vantage Process від Celanese.Порівняно з традиційним газофазним процесом етилену з нерухомим шаром, ці дві технологічні технології значно покращили реактор і каталізатор у центрі установки, підвищивши економічність і безпеку роботи установки.
Компанія Celanese розробила новий процес Vantage із нерухомим шаром, щоб вирішити проблеми нерівномірного розподілу шару каталізатора та низьку односторонню конверсію етилену в реакторах із нерухомим шаром.Реактор, який використовується в цьому процесі, все ще є з нерухомим шаром, але в систему каталізатора було внесено значні вдосконалення, а також додали пристрої для відновлення етилену в хвостовому газі, що усунуло недоліки традиційних процесів з нерухомим шаром.Вихід продукту вінілацетату значно вище, ніж у аналогічних пристроїв.Каталізатор процесу використовує платину як основний активний компонент, силікагель як носій каталізатора, цитрат натрію як відновник та інші допоміжні метали, такі як рідкоземельні елементи лантаноїдів, такі як празеодім і неодим.Порівняно з традиційними каталізаторами селективність, активність і просторово-часовий вихід каталізатора покращені.
Компанія BP Amoco розробила газофазний процес із псевдозрідженим шаром етилену, також відомий як процес Leap Process, і побудувала установку з псевдозрідженим шаром продуктивністю 250 кт/год у Галлі, Англія.Використання цього процесу для виробництва вінілацетату може знизити собівартість виробництва на 30%, а вихід каталізатора за просторовим часом (1858-2744 г/(л·год-1)) набагато вищий, ніж у процесі 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 змішується, тим самим сприяючи рівномірній дифузії промотора та забезпечуючи рівномірну концентрацію промотора в реакторі.
2) Реактор із псевдозрідженим шаром може безперервно замінювати деактивований каталізатор свіжим каталізатором у робочих умовах.
3) Температура реакції киплячого шару є постійною, мінімізуючи дезактивацію каталізатора через локальний перегрів, тим самим подовжуючи термін служби каталізатора.
4) Метод відведення тепла, який використовується в реакторі з киплячим шаром, спрощує структуру реактора та зменшує його об’єм.Іншими словами, єдину конструкцію реактора можна використовувати для великомасштабних хімічних установок, значно підвищуючи масштабну ефективність пристрою.