Vinylacetát (VAc), tiež známy ako vinylacetát alebo vinylacetát, je pri normálnej teplote a tlaku bezfarebná priehľadná kvapalina s molekulovým vzorcom C4H6O2 a relatívnou molekulovou hmotnosťou 86,9. VAc, ako jedna z najpoužívanejších priemyselných organických surovín na svete, môže generovať deriváty, ako je polyvinylacetátová živica (PVAc), polyvinylalkohol (PVA) a polyakrylonitril (PAN), prostredníctvom samopolymerizácie alebo kopolymerizácie s inými monomérmi. Tieto deriváty sa široko používajú v stavebníctve, textilnom priemysle, strojárstve, medicíne a zlepšovačoch pôdy. Vďaka rýchlemu rozvoju terminálového priemyslu v posledných rokoch vykazuje výroba vinylacetátu medziročný rastúci trend, pričom celková produkcia vinylacetátu v roku 2018 dosiahla 1970 kt. V súčasnosti, v dôsledku vplyvu surovín a procesov, výrobné postupy vinylacetátu zahŕňajú najmä acetylénovú a etylénovú metódu.
1, Acetylénový proces
V roku 1912 Kanaďan F. Klatte prvýkrát objavil vinylacetát s použitím prebytku acetylénu a kyseliny octovej za atmosférického tlaku, pri teplotách od 60 do 100 ℃ a s použitím ortuťnatých solí ako katalyzátorov. V roku 1921 vyvinula nemecká spoločnosť CEI technológiu syntézy vinylacetátu z acetylénu a kyseliny octovej v plynnej fáze. Odvtedy výskumníci z rôznych krajín neustále optimalizujú proces a podmienky syntézy vinylacetátu z acetylénu. V roku 1928 nemecká spoločnosť Hoechst založila výrobnú jednotku vinylacetátu s kapacitou 12 kt/a, čím dosiahla industrializovanú veľkovýrobu vinylacetátu. Rovnica na výrobu vinylacetátu acetylénovou metódou je nasledovná:
Hlavná reakcia:

Vedľajšie účinky:

Acetylénová metóda sa delí na metódu v kvapalnej fáze a metódu v plynnej fáze.
Reaktantom pri kvapalnofázovej metóde acetylénu je kvapalina a reaktor je reakčná nádrž s miešacím zariadením. Vzhľadom na nedostatky kvapalnofázovej metódy, ako je nízka selektivita a množstvo vedľajších produktov, bola táto metóda v súčasnosti nahradená acetylénovou metódou v plynnej fáze.
Podľa rôznych zdrojov prípravy acetylénu možno metódu plynnej fázy acetylénu rozdeliť na Bordenovu metódu s acetylénom zo zemného plynu a Wackerovu metódu s karbidovým acetylénom.
Bordenov proces využíva ako adsorbent kyselinu octovú, čo výrazne zlepšuje mieru využitia acetylénu. Tento spôsob spracovania je však technicky náročný a vyžaduje si vysoké náklady, takže táto metóda má výhodu v oblastiach bohatých na zdroje zemného plynu.
Wackerov proces využíva acetylén a kyselinu octovú vyrobenú z karbidu vápnika ako suroviny, pričom sa používa katalyzátor s aktívnym uhlím ako nosičom a octanom zinočnatým ako aktívnou zložkou na syntézu VAc za atmosférického tlaku a reakčnej teploty 170 až 230 ℃. Technológia procesu je relatívne jednoduchá a má nízke výrobné náklady, ale má nedostatky, ako je ľahká strata aktívnych zložiek katalyzátora, nízka stabilita, vysoká spotreba energie a veľké znečistenie.
2. Etylénový proces
Etylén, kyslík a ľadová kyselina octová sú tri suroviny používané pri syntéze etylénu z vinylacetátu. Hlavnou aktívnou zložkou katalyzátora je zvyčajne ušľachtilý kov ôsmej skupiny, ktorý reaguje pri určitej reakčnej teplote a tlaku. Po následnom spracovaní sa nakoniec získa cieľový produkt vinylacetát. Reakčná rovnica je nasledovná:
Hlavná reakcia:

Vedľajšie účinky:

Proces etylénu v plynnej fáze bol prvýkrát vyvinutý spoločnosťou Bayer Corporation a do priemyselnej výroby vinylacetátu bol uvedený v roku 1968. Výrobné linky boli zriadené v spoločnostiach Hearst and Bayer Corporation v Nemecku a National Distillers Corporation v Spojených štátoch. Ide prevažne o paládium alebo zlato nanesené na kyselinovzdorné nosiče, ako sú silikagélové guľôčky s polomerom 4 – 5 mm, a pridanie určitého množstva octanu draselného môže zlepšiť aktivitu a selektivitu katalyzátora. Proces syntézy vinylacetátu pomocou metódy USI v plynnej fáze etylénu je podobný Bayerovej metóde a je rozdelený na dve časti: syntézu a destiláciu. Proces USI dosiahol priemyselné uplatnenie v roku 1969. Aktívnymi zložkami katalyzátora sú prevažne paládium a platina a pomocným činidlom je octan draselný, ktorý je nanesený na nosiči z oxidu hlinitého. Reakčné podmienky sú relatívne mierne a katalyzátor má dlhú životnosť, ale výťažok priestoru a času je nízky. V porovnaní s acetylénovou metódou sa metóda etylénu s plynnou fázou výrazne technologicky zlepšila a katalyzátory používané v etylénovej metóde sa neustále zlepšujú v aktivite a selektivite. Kinetika reakcie a mechanizmus deaktivácie je však stále potrebné preskúmať.
Výroba vinylacetátu etylénovou metódou využíva rúrkový reaktor s pevným lôžkom naplneným katalyzátorom. Vstupný plyn vstupuje do reaktora zhora a pri kontakte s katalytickým lôžkom prebiehajú katalytické reakcie, za ktorých vzniká cieľový produkt vinylacetát a malé množstvo vedľajšieho produktu oxid uhličitý. Vzhľadom na exotermickú povahu reakcie sa do plášťa reaktora privádza tlaková voda, ktorá odvádza reakčné teplo odparovaním vody.
V porovnaní s acetylénovou metódou má etylénová metóda charakteristiky kompaktnej konštrukcie zariadenia, veľkého výkonu, nízkej spotreby energie a nízkeho znečistenia a jej náklady na produkt sú nižšie ako pri acetylénovej metóde. Kvalita produktu je vynikajúca a korózia nie je závažná. Preto etylénová metóda po 70. rokoch 20. storočia postupne nahradila acetylénovú metódu. Podľa neúplných štatistík sa približne 70 % VAc vyrobeného etylénovou metódou na svete stalo hlavným prúdom výrobných metód VAc.
V súčasnosti je najpokročilejšou technológiou výroby VAc na svete proces Leap od spoločnosti BP a proces Vantage od spoločnosti Celanese. V porovnaní s tradičným procesom výroby etylénu v plynnej fáze s pevným lôžkom tieto dve procesné technológie výrazne zlepšili reaktor a katalyzátor v jadre jednotky, čím sa zlepšila hospodárnosť a bezpečnosť prevádzky jednotky.
Spoločnosť Celanese vyvinula nový proces Vantage s pevným lôžkom na riešenie problémov nerovnomerného rozloženia katalytického lôžka a nízkej jednosmernej konverzie etylénu v reaktoroch s pevným lôžkom. Reaktor použitý v tomto procese je stále s pevným lôžkom, ale v katalytickom systéme boli vykonané významné vylepšenia a do koncového plynu boli pridané zariadenia na regeneráciu etylénu, čím sa prekonali nedostatky tradičných procesov s pevným lôžkom. Výťažok produktu vinylacetát je výrazne vyšší ako u podobných zariadení. Procesný katalyzátor používa platinu ako hlavnú aktívnu zložku, silikagél ako nosič katalyzátora, citrát sodný ako redukčné činidlo a ďalšie pomocné kovy, ako sú lantanoidy a prvky vzácnych zemín, ako je prazeodým a neodým. V porovnaní s tradičnými katalyzátormi sa zlepšila selektivita, aktivita a priestorovo-časový výťažok katalyzátora.
Spoločnosť BP Amoco vyvinula proces výroby etylénu v plynnej fáze s fluidným lôžkom, známy aj ako proces Leap, a postavila v Hulle v Anglicku jednotku s fluidným lôžkom s výkonom 250 kt/rok. Použitie tohto procesu na výrobu vinylacetátu môže znížiť výrobné náklady o 30 % a výťažok katalyzátora za priestorový a časový úsek (1858 – 2744 g/(l · h-1)) je oveľa vyšší ako pri procese s pevným lôžkom (700 – 1200 g/(l · h-1)).
Proces LeapProcess po prvýkrát využíva reaktor s fluidným lôžkom, ktorý má v porovnaní s reaktorom s pevným lôžkom nasledujúce výhody:
1) V reaktore s fluidným lôžkom sa katalyzátor kontinuálne a rovnomerne mieša, čím prispieva k rovnomernej difúzii promótora a zabezpečuje rovnomernú koncentráciu promótora v reaktore.
2) Reaktor s fluidným lôžkom môže za prevádzkových podmienok kontinuálne nahrádzať deaktivovaný katalyzátor čerstvým katalyzátorom.
3) Reakčná teplota fluidného lôžka je konštantná, čo minimalizuje deaktiváciu katalyzátora v dôsledku lokálneho prehriatia, a tým predlžuje životnosť katalyzátora.
4) Metóda odvodu tepla použitá v reaktore s fluidným lôžkom zjednodušuje štruktúru reaktora a znižuje jeho objem. Inými slovami, konštrukcia s jedným reaktorom sa môže použiť pre rozsiahle chemické inštalácie, čím sa výrazne zlepšuje účinnosť zariadenia.