Vinylacetat (VAc), även känt som vinylacetat eller vinylacetat, är en färglös transparent vätska vid normal temperatur och tryck, med en molekylformel på C4H6O2 och en relativ molekylvikt på 86,9. VAc, som ett av de mest använda industriella organiska råmaterialen i världen, kan generera derivat som polyvinylacetatharts (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) och polyakrylonitril (PAN) genom självpolymerisation eller sampolymerisation med andra monomerer. Dessa derivat används i stor utsträckning inom bygg, textil, maskiner, medicin och jordförbättringsmedel. På grund av den snabba utvecklingen av terminalindustrin under senare år har produktionen av vinylacetat visat en trend att öka år för år, med en total produktion av vinylacetat som nådde 1970 kt år 2018. För närvarande, på grund av påverkan av råmaterial och processer, inkluderar produktionsvägarna för vinylacetat huvudsakligen acetylenmetoden och etylenmetoden.
1. Acetylenprocessen
År 1912 upptäckte kanadensaren F. Klatte vinylacetat med hjälp av överskott av acetylen och ättiksyra under atmosfärstryck, vid temperaturer från 60 till 100 ℃, och med kvicksilversalter som katalysatorer. År 1921 utvecklade det tyska företaget CEI en teknik för syntes av vinylacetat från acetylen och ättiksyra i ångfas. Sedan dess har forskare från olika länder kontinuerligt optimerat processen och förhållandena för syntesen av vinylacetat från acetylen. År 1928 etablerade det tyska företaget Hoechst en produktionsenhet för vinylacetat med en kapacitet på 12 kt/år, vilket genomförde industrialiserad storskalig produktion av vinylacetat. Ekvationen för att producera vinylacetat med acetylenmetoden är följande:
Huvudreaktion:

Biverkningar:

Acetylenmetoden är indelad i vätskefasmetoden och gasfasmetoden.
Reaktantfastillståndet i acetylen-vätskefasmetoden är flytande, och reaktorn är en reaktionstank med en omrörningsanordning. På grund av vätskefasmetodens brister, såsom låg selektivitet och många biprodukter, har denna metod för närvarande ersatts av acetylen-gasfasmetoden.
Beroende på de olika källorna för acetylenframställning kan acetylen-gasfasmetoden delas in i naturgasacetylen-Borden-metoden och karbidacetylen-Wacker-metoden.
Borden-processen använder ättiksyra som adsorbent, vilket avsevärt förbättrar acetylens utnyttjandegrad. Denna processväg är dock tekniskt svår och kräver höga kostnader, så metoden har en fördel i områden som är rika på naturgasresurser.
Wacker-processen använder acetylen och ättiksyra framställda av kalciumkarbid som råmaterial, med en katalysator med aktivt kol som bärare och zinkacetat som aktiv komponent, för att syntetisera VAc under atmosfärstryck och reaktionstemperatur på 170~230 ℃. Processtekniken är relativt enkel och har låga produktionskostnader, men det finns brister såsom enkel förlust av katalysatorns aktiva komponenter, dålig stabilitet, hög energiförbrukning och stor förorening.
2. Etylenprocessen
Etylen, syre och isättiksyra är tre råmaterial som används i etylensyntesen av vinylacetatprocessen. Den huvudsakliga aktiva komponenten i katalysatorn är vanligtvis ädelmetallen från den åttonde gruppen, som reagerar vid en viss reaktionstemperatur och tryck. Efter efterföljande bearbetning erhålls slutligen målprodukten vinylacetat. Reaktionsekvationen är följande:
Huvudreaktion:

Biverkningar:

Etylenångfasprocessen utvecklades först av Bayer Corporation och sattes i industriell produktion för produktion av vinylacetat 1968. Produktionslinjer etablerades i Hearst och Bayer Corporation i Tyskland respektive National Distillers Corporation i USA. Det är huvudsakligen palladium eller guld laddat på syrabeständiga bärare, såsom kiselgelkulor med en radie på 4-5 mm, och tillsats av en viss mängd kaliumacetat, vilket kan förbättra katalysatorns aktivitet och selektivitet. Processen för syntes av vinylacetat med hjälp av etylenångfasmetoden USI liknar Bayermetoden och är uppdelad i två delar: syntes och destillation. USI-processen uppnådde industriell tillämpning 1969. De aktiva komponenterna i katalysatorn är huvudsakligen palladium och platina, och hjälpmedlet är kaliumacetat, som är buret på en aluminiumoxidbärare. Reaktionsförhållandena är relativt milda och katalysatorn har en lång livslängd, men utbytet i rumstiden är lågt. Jämfört med acetylenmetoden har etylenångfasmetoden förbättrats avsevärt i teknik, och katalysatorerna som används i etylenmetoden har kontinuerligt förbättrats i aktivitet och selektivitet. Reaktionskinetiken och deaktiveringsmekanismen behöver dock fortfarande utforskas.
Vid produktion av vinylacetat med etylenmetoden används en rörformig reaktor med fast bädd fylld med katalysator. Matargasen kommer in i reaktorn ovanifrån, och när den kommer i kontakt med katalysatorbädden sker katalytiska reaktioner för att generera målprodukten vinylacetat och en liten mängd biprodukt koldioxid. På grund av reaktionens exoterma natur införs trycksatt vatten i reaktorns skalsida för att avlägsna reaktionsvärmen genom att använda förångning av vatten.
Jämfört med acetylenmetoden har etylenmetoden egenskaper som kompakt anordningsstruktur, stor effekt, låg energiförbrukning och låg förorening, och dess produktkostnad är lägre än acetylenmetodens. Produktkvaliteten är överlägsen och korrosionssituationen är inte allvarlig. Därför ersatte etylenmetoden gradvis acetylenmetoden efter 1970-talet. Enligt ofullständig statistik har cirka 70 % av VAc som produceras med etylenmetoden i världen blivit den vanligaste VAc-produktionsmetoden.
För närvarande är världens mest avancerade VAc-produktionsteknik BP:s Leap-process och Celaneses Vantage-process. Jämfört med den traditionella gasfas-etylenprocessen med fast bädd har dessa två processtekniker avsevärt förbättrat reaktorn och katalysatorn i enhetens kärna, vilket förbättrar ekonomin och säkerheten i enhetens drift.
Celanese har utvecklat en ny Vantage-process med fast bädd för att åtgärda problemen med ojämn katalysatorbäddfördelning och låg envägsomvandling av etylen i fastbäddsreaktorer. Reaktorn som används i denna process är fortfarande en fast bädd, men betydande förbättringar har gjorts i katalysatorsystemet, och etylenåtervinningsanordningar har lagts till i slutgasen, vilket övervinner bristerna hos traditionella fastbäddsprocesser. Utbytet av produkten vinylacetat är betydligt högre än för liknande anordningar. Processkatalysatorn använder platina som huvudsaklig aktiv komponent, kiselgel som katalysatorbärare, natriumcitrat som reduktionsmedel och andra hjälpmetaller såsom lantanid och sällsynta jordartsmetaller såsom praseodym och neodym. Jämfört med traditionella katalysatorer förbättras selektiviteten, aktiviteten och rumtidsutbytet hos katalysatorn.
BP Amoco har utvecklat en fluidiserad bädd-etylen-gasfasprocess, även känd som Leap Process-processen, och har byggt en fluidiserad bädd-enhet på 250 kt/år i Hull, England. Genom att använda denna process för att producera vinylacetat kan produktionskostnaden minskas med 30 %, och utbytet av katalysatorn i rums- och tidsintervall (1858–2744 g/(L · h⁻¹)) är mycket högre än för den fasta bäddprocessen (700–1200 g/(L · h⁻¹)).
LeapProcess-processen använder för första gången en fluidiserad bäddreaktor, vilket har följande fördelar jämfört med en reaktor med fast bädd:
1) I en fluidiserad bäddreaktor blandas katalysatorn kontinuerligt och jämnt, vilket bidrar till en jämn diffusion av promotorn och säkerställer en jämn koncentration av promotorn i reaktorn.
2) Fluidiseradbäddsreaktorn kan kontinuerligt ersätta den deaktiverade katalysatorn med färsk katalysator under driftsförhållanden.
3) Reaktionstemperaturen i den fluidiserade bädden är konstant, vilket minimerar katalysatordeaktivering på grund av lokal överhettning och därigenom förlänger katalysatorns livslängd.
4) Värmeavledningsmetoden som används i fluidiserad bäddreaktor förenklar reaktorstrukturen och minskar dess volym. Med andra ord kan en enda reaktorkonstruktion användas för storskaliga kemiska installationer, vilket avsevärt förbättrar anordningens skaleffektivitet.