Vinylacetat (VAc), også kendt som vinylacetat eller vinylacetat, er en farveløs, transparent væske ved normal temperatur og tryk med en molekylær formel på C4H6O2 og en relativ molekylvægt på 86,9. VAc, som et af de mest anvendte industrielle organiske råmaterialer i verden, kan generere derivater såsom polyvinylacetatharpiks (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) og polyacrylonitril (PAN) gennem selvpolymerisation eller copolymerisation med andre monomerer. Disse derivater anvendes i vid udstrækning inden for byggeri, tekstiler, maskiner, medicin og jordforbedringsmidler. På grund af den hurtige udvikling af terminalindustrien i de senere år har produktionen af ​​vinylacetat vist en tendens til at stige år for år, hvor den samlede produktion af vinylacetat nåede 1970 kt i 2018. På grund af indflydelsen fra råmaterialer og processer omfatter produktionsruterne for vinylacetat i øjeblikket hovedsageligt acetylenmetoden og ethylenmetoden.
1. Acetylenproces
I 1912 opdagede canadier F. Klatte vinylacetat ved at bruge overskydende acetylen og eddikesyre under atmosfærisk tryk ved temperaturer fra 60 til 100 ℃ og ved at bruge kviksølvsalte som katalysatorer. I 1921 udviklede det tyske firma CEI en teknologi til syntese af vinylacetat fra acetylen og eddikesyre i dampfasen. Siden da har forskere fra forskellige lande løbende optimeret processen og betingelserne for syntesen af ​​vinylacetat fra acetylen. I 1928 etablerede det tyske firma Hoechst en vinylacetatproduktionsenhed med en kapacitet på 12 kt/a, hvilket realiserede industrialiseret storskalaproduktion af vinylacetat. Ligningen for produktion af vinylacetat ved hjælp af acetylenmetoden er som følger:
Hovedreaktion:

Bivirkninger:

Acetylenmetoden er opdelt i flydende fasemetode og gasfasemetode.
Reaktantfasetilstanden i acetylen-væskefasemetoden er flydende, og reaktoren er en reaktionstank med en omrører. På grund af manglerne ved væskefasemetoden, såsom lav selektivitet og mange biprodukter, er denne metode i øjeblikket blevet erstattet af acetylen-gasfasemetoden.
I henhold til de forskellige kilder til acetylengasfremstilling kan acetylen-gasfasemetoden opdeles i naturgasacetylen-Borden-metoden og carbidacetylen-Wacker-metoden.
Borden-processen bruger eddikesyre som adsorbent, hvilket forbedrer udnyttelsesgraden af ​​acetylen betydeligt. Denne procesrute er dog teknisk vanskelig og kræver høje omkostninger, så denne metode har en fordel i områder, der er rige på naturgasressourcer.
Wacker-processen anvender acetylen og eddikesyre produceret af calciumcarbid som råmaterialer, ved hjælp af en katalysator med aktivt kul som bærer og zinkacetat som aktiv komponent, til at syntetisere VAc under atmosfærisk tryk og reaktionstemperatur på 170~230 ℃. Procesteknologien er relativt enkel og har lave produktionsomkostninger, men der er mangler såsom let tab af katalysatoraktive komponenter, dårlig stabilitet, højt energiforbrug og stor forurening.
2. Ethylenproces
Ethylen, ilt og iseddikesyre er tre råmaterialer, der anvendes i ethylensynteseprocessen af ​​vinylacetat. Den primære aktive komponent i katalysatoren er typisk ædelmetal fra den ottende gruppe, som reageres ved en bestemt reaktionstemperatur og -tryk. Efter efterfølgende bearbejdning opnås endeligt det ønskede produkt vinylacetat. Reaktionsligningen er som følger:
Hovedreaktion:

Bivirkninger:

Ethylendampfaseprocessen blev først udviklet af Bayer Corporation og blev sat i industriel produktion til produktion af vinylacetat i 1968. Produktionslinjer blev etableret i henholdsvis Hearst og Bayer Corporation i Tyskland og National Distillers Corporation i USA. Det er hovedsageligt palladium eller guld påført syrebestandige bærere, såsom silicagelperler med en radius på 4-5 mm, og tilsætning af en vis mængde kaliumacetat, hvilket kan forbedre katalysatorens aktivitet og selektivitet. Processen til syntese af vinylacetat ved hjælp af ethylendampfase-USI-metoden ligner Bayer-metoden og er opdelt i to dele: syntese og destillation. USI-processen opnåede industriel anvendelse i 1969. De aktive komponenter i katalysatoren er hovedsageligt palladium og platin, og hjælpestoffet er kaliumacetat, som er understøttet på en aluminiumoxidbærer. Reaktionsbetingelserne er relativt milde, og katalysatoren har en lang levetid, men rumtidsudbyttet er lavt. Sammenlignet med acetylenmetoden er ethylendampfasemetoden blevet betydeligt forbedret inden for teknologi, og de katalysatorer, der anvendes i ethylenmetoden, er løbende blevet forbedret i aktivitet og selektivitet. Reaktionskinetikken og deaktiveringsmekanismen skal dog stadig undersøges.
Produktionen af ​​vinylacetat ved hjælp af ethylenmetoden anvender en rørformet reaktor med fast leje fyldt med katalysator. Fødegassen kommer ind i reaktoren fra toppen, og når den kommer i kontakt med katalysatorlejet, finder der katalytiske reaktioner sted, der genererer målproduktet vinylacetat og en lille mængde biprodukt kuldioxid. På grund af reaktionens eksoterme natur indføres trykvand i reaktorens skalside for at fjerne reaktionsvarmen ved hjælp af fordampning af vand.
Sammenlignet med acetylenmetoden har ethylenmetoden karakteristika som kompakt enhedsstruktur, stor ydelse, lavt energiforbrug og lav forurening, og dens produktomkostninger er lavere end acetylenmetodens. Produktkvaliteten er overlegen, og korrosionssituationen er ikke alvorlig. Derfor erstattede ethylenmetoden gradvist acetylenmetoden efter 1970'erne. Ifølge ufuldstændige statistikker er omkring 70% af VAc produceret ved hjælp af ethylenmetoden i verden blevet mainstream VAc-produktionsmetoder.
I øjeblikket er den mest avancerede VAc-produktionsteknologi i verden BP's Leap-proces og Celaneses Vantage-proces. Sammenlignet med den traditionelle ethylenproces med fast leje i gasfasen har disse to procesteknologier forbedret reaktoren og katalysatoren i kernen af ​​enheden betydeligt, hvilket forbedrer økonomien og sikkerheden ved enhedens drift.
Celanese har udviklet en ny Vantage-proces med fast leje til at løse problemerne med ujævn katalysatorlejefordeling og lav envejskonvertering af ethylen i faste lejereaktorer. Reaktoren, der anvendes i denne proces, er stadig en fast leje, men der er foretaget betydelige forbedringer af katalysatorsystemet, og der er tilføjet ethylengenvindingsanordninger i restgassen, hvilket overvinder manglerne ved traditionelle faste lejeprocesser. Udbyttet af produktet vinylacetat er betydeligt højere end for lignende anordninger. Proceskatalysatoren bruger platin som den primære aktive komponent, silicagel som katalysatorbærer, natriumcitrat som reduktionsmiddel og andre hjælpemetaller såsom lanthanid-sjældne jordarter såsom praseodym og neodym. Sammenlignet med traditionelle katalysatorer er selektiviteten, aktiviteten og rumtidsudbyttet af katalysatoren forbedret.
BP Amoco har udviklet en fluidiseret leje-ethylengasfaseproces, også kendt som Leap Process-processen, og har bygget en 250 kt/a fluidiseret leje-enhed i Hull, England. Brug af denne proces til at producere vinylacetat kan reducere produktionsomkostningerne med 30%, og rumtidsudbyttet af katalysatoren (1858-2744 g/(L · h-1)) er meget højere end ved den faste leje-proces (700-1200 g/(L · h-1)).
LeapProcess-processen bruger for første gang en fluidiseret lejereaktor, som har følgende fordele sammenlignet med en reaktor med fast leje:
1) I en fluidiseret lejereaktor blandes katalysatoren kontinuerligt og ensartet, hvilket bidrager til ensartet diffusion af promotoren og sikrer en ensartet koncentration af promotoren i reaktoren.
2) Fluidiseret lejereaktoren kan kontinuerligt erstatte den deaktiverede katalysator med frisk katalysator under driftsforhold.
3) Reaktionstemperaturen i det fluidiserede leje er konstant, hvilket minimerer katalysatordeaktivering på grund af lokal overophedning og dermed forlænger katalysatorens levetid.
4) Varmefjerningsmetoden, der anvendes i fluidiseret leje-reaktoren, forenkler reaktorstrukturen og reducerer dens volumen. Med andre ord kan et enkelt reaktordesign anvendes til kemiske installationer i stor skala, hvilket forbedrer anordningens skaleringseffektivitet betydeligt.