ვინილის აცეტატი (VAc), ასევე ცნობილი როგორც ვინილის აცეტატი ან ვინილის აცეტატი, არის უფერო გამჭვირვალე სითხე ნორმალურ ტემპერატურასა და წნევაზე, მოლეკულური ფორმულით C4H6O2 და ფარდობითი მოლეკულური წონით 86.9. VAc, როგორც მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული სამრეწველო ორგანული ნედლეული, შეუძლია წარმოქმნას ისეთი წარმოებულები, როგორიცაა პოლივინილ აცეტატის ფისი (PVAc), პოლივინილის სპირტი (PVA) და პოლიაკრილონიტრილი (PAN) თვითპოლიმერიზაციის ან სხვა მონომერებთან კოპოლიმერიზაციის გზით. ეს წარმოებულები ფართოდ გამოიყენება მშენებლობაში, ტექსტილში, მანქანათმშენებლობაში, მედიცინასა და ნიადაგის გამაუმჯობესებლებში. ბოლო წლებში ტერმინალური ინდუსტრიის სწრაფი განვითარების გამო, ვინილის აცეტატის წარმოება წლიდან წლამდე ზრდის ტენდენციას აჩვენებს, ხოლო ვინილის აცეტატის მთლიანმა წარმოებამ 2018 წელს 1970 ათას კუბურ მეტრს მიაღწია. ამჟამად, ნედლეულისა და პროცესების გავლენის გამო, ვინილის აცეტატის წარმოების გზები ძირითადად მოიცავს აცეტილენის მეთოდს და ეთილენის მეთოდს.
1, აცეტილენის პროცესი
1912 წელს კანადელმა ფ. კლატემ პირველად აღმოაჩინა ვინილის აცეტატი ატმოსფერული წნევის ქვეშ, 60-დან 100 ℃-მდე ტემპერატურაზე ჭარბი აცეტილენისა და ძმარმჟავას გამოყენებით და ვერცხლისწყლის მარილების კატალიზატორებად გამოყენებით. 1921 წელს გერმანულმა CEI კომპანიამ შეიმუშავა ვინილის აცეტატის აცეტილენისა და ძმარმჟავასგან ორთქლის ფაზის სინთეზის ტექნოლოგია. მას შემდეგ, სხვადასხვა ქვეყნის მკვლევარები განუწყვეტლივ ახდენდნენ ვინილის აცეტატის აცეტილენისგან სინთეზის პროცესისა და პირობების ოპტიმიზაციას. 1928 წელს გერმანულმა Hoechst-ის კომპანიამ დააარსა 12 კტ/წმ ვინილის აცეტატის წარმოების ერთეული, რომელიც ახორციელებდა ვინილის აცეტატის ინდუსტრიულ მასშტაბურ წარმოებას. ვინილის აცეტატის აცეტილენის მეთოდით წარმოების განტოლება შემდეგია:
ძირითადი რეაქცია:

გვერდითი მოვლენები:

აცეტილენის მეთოდი იყოფა თხევადი ფაზის მეთოდად და აირადის ფაზის მეთოდად.
აცეტილენის თხევადი ფაზის მეთოდის რეაქტანტის ფაზის მდგომარეობა თხევადია, ხოლო რეაქტორი წარმოადგენს რეაქციის ავზს მორევის მოწყობილობით. თხევადი ფაზის მეთოდის ნაკლოვანებების გამო, როგორიცაა დაბალი სელექციურობა და მრავალი თანმდევი პროდუქტი, ამჟამად ეს მეთოდი ჩანაცვლებულია აცეტილენის აირადი ფაზის მეთოდით.
აცეტილენის აირის მომზადების სხვადასხვა წყაროს მიხედვით, აცეტილენის აირის ფაზის მეთოდი შეიძლება დაიყოს ბუნებრივ აირზე დაფუძნებული აცეტილენის ბორდენის მეთოდად და კარბიდ-აცეტილენის ვაკერის მეთოდად.
ბორდენის პროცესი ადსორბენტის სახით ძმარმჟავას იყენებს, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს აცეტილენის გამოყენების მაჩვენებელს. თუმცა, ეს პროცესის მარშრუტი ტექნიკურად რთულია და მაღალ ხარჯებს მოითხოვს, ამიტომ ამ მეთოდს უპირატესობა აქვს ბუნებრივი აირის რესურსებით მდიდარ რაიონებში.
ვაკერის პროცესი ნედლეულად იყენებს კალციუმის კარბიდისგან მიღებულ აცეტილენს და ძმარმჟავას, კატალიზატორის გამოყენებით, რომელსაც აქვს გააქტიურებული ნახშირბადი, როგორც მატარებელი, და თუთიის აცეტატი, როგორც აქტიური კომპონენტი, VAc-ის სინთეზირებისთვის ატმოსფერული წნევის და 170~230 ℃ რეაქციის ტემპერატურის პირობებში. პროცესის ტექნოლოგია შედარებით მარტივია და აქვს დაბალი წარმოების ხარჯები, მაგრამ არსებობს ნაკლოვანებები, როგორიცაა კატალიზატორის აქტიური კომპონენტების ადვილად დაკარგვა, ცუდი სტაბილურობა, მაღალი ენერგომოხმარება და დიდი დაბინძურება.
2, ეთილენის პროცესი
ეთილენი, ჟანგბადი და გამყინვარების ძმარმჟავა სამი ნედლეულია, რომლებიც გამოიყენება ვინილაცეტატის ეთილენის სინთეზის პროცესში. კატალიზატორის მთავარი აქტიური კომპონენტი, როგორც წესი, მერვე ჯგუფის კეთილშობილი ლითონის ელემენტია, რომელიც რეაქციაში შედის გარკვეულ რეაქციის ტემპერატურასა და წნევაზე. შემდგომი დამუშავების შემდეგ, საბოლოოდ მიიღება სამიზნე პროდუქტი ვინილაცეტატი. რეაქციის განტოლება შემდეგია:
ძირითადი რეაქცია:

გვერდითი მოვლენები:

ეთილენის ორთქლის ფაზის პროცესი პირველად შეიმუშავა Bayer Corporation-მა და ვინილის აცეტატის წარმოებისთვის სამრეწველო წარმოებაში 1968 წელს ჩაეშვა. წარმოების ხაზები დამონტაჟდა Hearst-სა და Bayer Corporation-ში გერმანიაში და National Distillers Corporation-ში შეერთებულ შტატებში, შესაბამისად. ეს ძირითადად პალადიუმი ან ოქროა, რომელიც დატვირთულია მჟავაგამძლე საყრდენებზე, როგორიცაა 4-5 მმ რადიუსის სილიციუმის გელის მძივები, და გარკვეული რაოდენობის კალიუმის აცეტატის დამატება, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს კატალიზატორის აქტივობა და სელექციურობა. ვინილის აცეტატის სინთეზის პროცესი ეთილენის ორთქლის ფაზის USI მეთოდის გამოყენებით ბაიერის მეთოდის მსგავსია და იყოფა ორ ნაწილად: სინთეზი და დისტილაცია. USI პროცესმა სამრეწველო გამოყენება 1969 წელს მიაღწია. კატალიზატორის აქტიური კომპონენტები ძირითადად პალადიუმი და პლატინაა, ხოლო დამხმარე აგენტია კალიუმის აცეტატი, რომელიც დამაგრებულია ალუმინის მატარებელზე. რეაქციის პირობები შედარებით რბილია და კატალიზატორს აქვს ხანგრძლივი მომსახურების ვადა, მაგრამ სივრცე-დროის გამოსავლიანობა დაბალია. აცეტილენის მეთოდთან შედარებით, ეთილენის ორთქლის ფაზის მეთოდი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ტექნოლოგიურად და ეთილენის მეთოდში გამოყენებული კატალიზატორების აქტივობა და სელექციურობა განუწყვეტლივ უმჯობესდებოდა. თუმცა, რეაქციის კინეტიკა და დეაქტივაციის მექანიზმი ჯერ კიდევ შესასწავლია.
ვინილის აცეტატის წარმოება ეთილენის მეთოდით ხორციელდება მილისებრი ფიქსირებული ფენის რეაქტორის გამოყენებით, რომელიც სავსეა კატალიზატორით. მკვებავი აირი რეაქტორში შედის ზემოდან და როდესაც ის შეეხება კატალიზატორულ ფენას, ხდება კატალიზური რეაქციები, რომლებიც წარმოქმნიან სამიზნე პროდუქტს, ვინილის აცეტატს და მცირე რაოდენობით თანმდევ პროდუქტს, ნახშირორჟანგს. რეაქციის ეგზოთერმული ბუნების გამო, რეაქტორის გარსის მხარეს შეჰყავთ წნევით წყალი, რათა წყლის აორთქლების გამოყენებით მოიხსნას რეაქციის სითბო.
აცეტილენის მეთოდთან შედარებით, ეთილენის მეთოდს ახასიათებს კომპაქტური მოწყობილობის სტრუქტურა, დიდი გამომავალი, დაბალი ენერგომოხმარება და დაბალი დაბინძურება, ხოლო მისი პროდუქტის ღირებულება აცეტილენის მეთოდთან შედარებით დაბალია. პროდუქტის ხარისხი უმაღლესია და კოროზიის მდგომარეობა სერიოზული არ არის. ამიტომ, ეთილენის მეთოდმა თანდათან ჩაანაცვლა აცეტილენის მეთოდი 1970-იანი წლების შემდეგ. არასრული სტატისტიკის თანახმად, მსოფლიოში ეთილენის მეთოდით წარმოებული VAc-ის დაახლოებით 70% VAc წარმოების მეთოდების მთავარ მიმართულებად იქცა.
ამჟამად, მსოფლიოში ყველაზე მოწინავე VAc წარმოების ტექნოლოგიაა BP-ის Leap Process და Celanese-ის Vantage Process. ტრადიციულ ფიქსირებული ფენის აირფაზიან ეთილენის პროცესთან შედარებით, ამ ორმა პროცესის ტექნოლოგიამ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა აგრეგატის ბირთვში არსებული რეაქტორი და კატალიზატორი, გააუმჯობესა აგრეგატის მუშაობის ეკონომიურობა და უსაფრთხოება.
„სელენესმა“ შეიმუშავა ახალი ფიქსირებული ფენის Vantage პროცესი, რათა გადაჭრას კატალიზატორის ფენის არათანაბარი განაწილების და ეთილენის დაბალი ცალმხრივი გარდაქმნის პრობლემები ფიქსირებულ ფენის რეაქტორებში. ამ პროცესში გამოყენებული რეაქტორი კვლავ ფიქსირებული ფენია, მაგრამ კატალიზატორის სისტემაში მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება განხორციელდა და ეთილენის აღდგენის მოწყობილობები დაემატა კუდურ გაზში, რითაც გადალახა ტრადიციული ფიქსირებული ფენის პროცესების ნაკლოვანებები. პროდუქტის, ვინილის აცეტატის, გამოსავლიანობა მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე მსგავსი მოწყობილობების. პროცესის კატალიზატორი იყენებს პლატინას, როგორც მთავარ აქტიურ კომპონენტს, სილიციუმის გელს, როგორც კატალიზატორის მატარებელს, ნატრიუმის ციტრატს, როგორც აღმდგენი აგენტი და სხვა დამხმარე ლითონებს, როგორიცაა ლანთანოიდური იშვიათმიწა ელემენტები, როგორიცაა პრაზეოდიმი და ნეოდიმი. ტრადიციულ კატალიზატორებთან შედარებით, კატალიზატორის სელექციურობა, აქტივობა და სივრცე-დროის გამოსავლიანობა გაუმჯობესებულია.
BP Amoco-მ შეიმუშავა ეთილენის თხევად ფენაზე დაფუძნებული აირისებრი ფაზის პროცესი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც Leap Process პროცესი, და ააგო 250 kt/a სიმძლავრის თხევად ფენაზე დაფუძნებული დანადგარი ჰალში, ინგლისი. ამ პროცესის გამოყენებით ვინილის აცეტატის წარმოება შესაძლებელია წარმოების ხარჯების 30%-ით შემცირება, ხოლო კატალიზატორის სივრცულ-დროითი გამოსავლიანობა (1858-2744 გ/(ლ · სთ-1)) გაცილებით მაღალია, ვიდრე ფიქსირებული ფენის პროცესის (700-1200 გ/(ლ · სთ-1)).
LeapProcess პროცესი პირველად იყენებს ფლუიდიზირებული ფენის რეაქტორს, რომელსაც ფიქსირებულ ფენის რეაქტორთან შედარებით შემდეგი უპირატესობები აქვს:
1) ფლუიდიზირებული ფენის რეაქტორში კატალიზატორი განუწყვეტლივ და ერთგვაროვნად ერევა, რითაც ხელს უწყობს პრომოუტერის ერთგვაროვან დიფუზიას და უზრუნველყოფს პრომოუტერის ერთგვაროვან კონცენტრაციას რეაქტორში.
2) ფლუიდიზებული ფენის რეაქტორს მუშაობის პირობებში შეუძლია უწყვეტად ჩაანაცვლოს დეაქტივირებული კატალიზატორი ახალი კატალიზატორით.
3) სითხისებრი ფენის რეაქციის ტემპერატურა მუდმივია, რაც მინიმუმამდე ამცირებს კატალიზატორის დეაქტივაციას ადგილობრივი გადახურების გამო, რითაც ახანგრძლივებს კატალიზატორის მომსახურების ვადას.
4) სითხისებრი ფენის რეაქტორში გამოყენებული სითბოს მოცილების მეთოდი ამარტივებს რეაქტორის სტრუქტურას და ამცირებს მის მოცულობას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთი რეაქტორის დიზაინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასშტაბური ქიმიური დანადგარებისთვის, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მოწყობილობის მასშტაბურ ეფექტურობას.