Vinilo acetatas (VAc), dar žinomas kaip vinilo acetatas arba vinilo acetatas, normalioje temperatūroje ir slėgyje yra bespalvis skaidrus skystis, kurio molekulinė formulė yra C4H6O2, o santykinė molekulinė masė – 86,9. VAc, kaip viena iš plačiausiai pasaulyje naudojamų pramoninių organinių žaliavų, gali generuoti tokius darinius kaip polivinilacetato derva (PVAc), polivinilo alkoholis (PVA) ir poliakrilonitrilas (PAN) per savaiminę polimerizaciją arba kopolimerizaciją su kitais monomerais. Šie dariniai plačiai naudojami statybose, tekstilės pramonėje, mašinų gamyboje, medicinoje ir dirvožemio gerinimo priemonėse. Dėl sparčios terminalų pramonės plėtros pastaraisiais metais vinilo acetato gamyba kasmet didėja, o bendra vinilo acetato gamyba 2018 m. pasiekė 1970 kt. Šiuo metu dėl žaliavų ir procesų įtakos vinilo acetato gamybos būdai daugiausia apima acetileno ir etileno metodus.
1. Acetileno procesas
1912 m. kanadietis F. Klatte pirmasis atrado vinilacetatą, naudodamas acetileno ir acto rūgšties perteklių atmosferos slėgyje, 60–100 ℃ temperatūroje, ir naudodamas gyvsidabrio druskas kaip katalizatorius. 1921 m. Vokietijos CEI kompanija sukūrė vinilacetato sintezės garų fazėje iš acetileno ir acto rūgšties technologiją. Nuo to laiko įvairių šalių tyrėjai nuolat optimizavo vinilacetato sintezės iš acetileno procesą ir sąlygas. 1928 m. Vokietijos „Hoechst“ kompanija įkūrė 12 kt/metų našumo vinilacetato gamybos įrenginį, įgyvendindama pramoninę didelio masto vinilacetato gamybą. Vinilacetato gamybos acetileno metodu lygtis yra tokia:
Pagrindinė reakcija:

Šalutinis poveikis:

Acetileno metodas skirstomas į skystosios fazės metodą ir dujų fazės metodą.
Acetileno skystosios fazės metodo reagento fazinė būsena yra skysta, o reaktorius yra reakcijos bakas su maišymo įtaisu. Dėl skystosios fazės metodo trūkumų, tokių kaip mažas selektyvumas ir daug šalutinių produktų, šiuo metu šį metodą pakeitė acetileno dujų fazės metodas.
Pagal skirtingus acetileno dujų paruošimo šaltinius, acetileno dujų fazės metodą galima suskirstyti į gamtinių dujų acetileno Bordeno metodą ir karbido acetileno Wackerio metodą.
Bordeno procese acto rūgštis naudojama kaip adsorbentas, o tai labai pagerina acetileno panaudojimo rodiklį. Tačiau šis proceso būdas yra techniškai sudėtingas ir reikalauja didelių sąnaudų, todėl šis metodas yra pranašesnis regionuose, kuriuose gausu gamtinių dujų išteklių.
Wackerio procese acetilenas ir acto rūgštis, pagaminti iš kalcio karbido, naudojami kaip žaliavos, naudojant katalizatorių su aktyvuota anglimi kaip nešikliu ir cinko acetatu kaip aktyviuoju komponentu, VAc sintezei atmosferos slėgyje ir 170–230 ℃ reakcijos temperatūroje. Proceso technologija yra gana paprasta ir mažos gamybos sąnaudos, tačiau yra trūkumų, tokių kaip lengvas katalizatoriaus aktyviųjų komponentų praradimas, prastas stabilumas, didelės energijos sąnaudos ir didelė tarša.
2. Etileno procesas
Etilenas, deguonis ir ledinė acto rūgštis yra trys žaliavos, naudojamos etileno sintezės vinilacetato procese. Pagrindinis aktyvus katalizatoriaus komponentas paprastai yra aštuntosios grupės tauriųjų metalų elementas, kuris reaguoja tam tikroje reakcijos temperatūroje ir slėgyje. Po tolesnio apdorojimo galiausiai gaunamas tikslinis produktas – vinilacetatas. Reakcijos lygtis yra tokia:
Pagrindinė reakcija:

Šalutinis poveikis:

Etileno garų fazės procesą pirmą kartą sukūrė „Bayer Corporation“ ir pramoninėje gamyboje vinilo acetato gamybai pradėjo naudoti 1968 m. Gamybos linijos buvo įkurtos atitinkamai „Hearst“ ir „Bayer Corporation“ Vokietijoje ir „National Distillers Corporation“ Jungtinėse Valstijose. Tai daugiausia paladis arba auksas, užkrautas ant rūgštims atsparių atramų, tokių kaip 4–5 mm spindulio silikagelio granulės, ir įpilant tam tikrą kiekį kalio acetato, kuris gali pagerinti katalizatoriaus aktyvumą ir selektyvumą. Vinilo acetato sintezės procesas naudojant etileno garų fazės USI metodą yra panašus į „Bayer“ metodą ir yra padalintas į dvi dalis: sintezę ir distiliavimą. USI procesas pramoniniu būdu pradėtas taikyti 1969 m. Aktyvūs katalizatoriaus komponentai daugiausia yra paladis ir platina, o pagalbinė medžiaga yra kalio acetatas, uždėtas ant aliuminio oksido nešiklio. Reakcijos sąlygos yra gana švelnios, o katalizatorius tarnauja ilgai, tačiau erdvės ir laiko išeiga yra maža. Palyginti su acetileno metodu, etileno garų fazės metodas labai patobulėjo technologijos požiūriu, o etileno metode naudojami katalizatoriai nuolat gerėjo aktyvumo ir selektyvumo požiūriu. Tačiau reakcijos kinetika ir deaktyvavimo mechanizmas dar turi būti ištirti.
Vinilacetato gamybai etileno metodu naudojamas vamzdinis fiksuoto sluoksnio reaktorius, pripildytas katalizatoriaus. Tiekiamos dujos patenka į reaktorių iš viršaus, ir, joms kontaktuojant su katalizatoriaus sluoksniu, vyksta katalizinės reakcijos, kurių metu susidaro tikslinis produktas vinilacetatas ir nedidelis kiekis šalutinio produkto anglies dioksido. Dėl egzoterminio reakcijos pobūdžio į reaktoriaus korpusą įleidžiamas suslėgtas vanduo, kad būtų pašalinta reakcijos šiluma, garinant vandenį.
Palyginti su acetileno metodu, etileno metodas pasižymi kompaktiška įrenginio struktūra, dideliu našumu, mažu energijos suvartojimu ir maža tarša, o jo produkto kaina yra mažesnė nei acetileno metodo. Produkto kokybė yra aukštesnė, o korozijos situacija nėra rimta. Todėl etileno metodas po 1970-ųjų palaipsniui pakeitė acetileno metodą. Remiantis nepilna statistika, apie 70 % pasaulyje etileno metodu pagaminto VAc tapo pagrindiniu VAc gamybos metodu.
Šiuo metu pažangiausia VAc gamybos technologija pasaulyje yra BP „Leap“ procesas ir Celanese „Vantage“ procesas. Palyginti su tradiciniu fiksuoto sluoksnio dujinės fazės etileno procesu, šios dvi proceso technologijos gerokai patobulino įrenginio šerdyje esantį reaktorių ir katalizatorių, pagerindamos įrenginio eksploatavimo ekonomiškumą ir saugą.
„Celanese“ sukūrė naują fiksuoto sluoksnio „Vantage“ procesą, skirtą spręsti netolygaus katalizatoriaus sluoksnio pasiskirstymo ir mažo etileno vienpusio konversijos problemas fiksuoto sluoksnio reaktoriuose. Šiame procese naudojamas reaktorius vis dar yra fiksuoto sluoksnio, tačiau katalizatoriaus sistema buvo gerokai patobulinta, o liekamosiose dujose buvo įdiegti etileno regeneravimo įrenginiai, taip pašalinant tradicinių fiksuoto sluoksnio procesų trūkumus. Produkto vinilo acetato išeiga yra žymiai didesnė nei panašių įrenginių. Proceso katalizatoriuje kaip pagrindinis aktyvusis komponentas naudojama platina, kaip katalizatoriaus nešiklis – silikagelis, kaip reduktorius – natrio citratas ir kiti pagalbiniai metalai, tokie kaip lantanidų retųjų žemių elementai, tokie kaip prazeodimis ir neodimis. Palyginti su tradiciniais katalizatoriais, pagerėja katalizatoriaus selektyvumas, aktyvumas ir erdvės-laiko išeiga.
„BP Amoco“ sukūrė etileno dujų fazės procesą, dar vadinamą „Leap Process“, ir Hule, Anglijoje, pastatė 250 kt/a našumo procesą, kurio metu fluidizuotas sluoksnis naudojamas. Naudojant šį procesą vinilo acetatui gaminti, gamybos sąnaudas galima sumažinti 30 %, o katalizatoriaus išeiga erdvės ir laiko atžvilgiu (1858–2744 g/(L · h-1)) yra daug didesnė nei fiksuoto sluoksnio proceso (700–1200 g/(L · h-1)).
„LeapProcess“ procese pirmą kartą naudojamas skystojo sluoksnio reaktorius, kuris, palyginti su fiksuoto sluoksnio reaktoriumi, turi šiuos pranašumus:
1) Skysdinio sluoksnio reaktoriuje katalizatorius nuolat ir tolygiai maišomas, taip prisidedant prie tolygaus promotoriaus difuzijos ir užtikrinant vienodą promotoriaus koncentraciją reaktoriuje.
2) Skysdinio sluoksnio reaktorius gali nuolat keisti deaktyvuotą katalizatorių nauju katalizatoriumi eksploatavimo sąlygomis.
3) Skysdinio sluoksnio reakcijos temperatūra yra pastovi, todėl katalizatoriaus deaktyvacija dėl vietinio perkaitimo yra kuo mažesnė, todėl pailgėja katalizatoriaus tarnavimo laikas.
4) Skysdinio sluoksnio reaktoriuje naudojamas šilumos šalinimo metodas supaprastina reaktoriaus struktūrą ir sumažina jo tūrį. Kitaip tariant, vieno reaktoriaus konstrukcija gali būti naudojama didelio masto chemijos įrenginiams, o tai žymiai pagerina įrenginio masto efektyvumą.