Vinil asetat (VAc), juga dikenal sebagai vinil asetat atau vinil asetat, adalah cairan transparan tidak berwarna pada suhu dan tekanan normal, dengan rumus molekul C4H6O2 dan berat molekul relatif 86,9. VAc, sebagai salah satu bahan baku organik industri yang paling banyak digunakan di dunia, dapat menghasilkan turunan seperti resin polivinil asetat (PVAc), polivinil alkohol (PVA), dan poliakrilonitril (PAN) melalui polimerisasi sendiri atau kopolimerisasi dengan monomer lain. Turunan ini banyak digunakan dalam konstruksi, tekstil, mesin, obat-obatan, dan pembenah tanah. Karena pesatnya perkembangan industri terminal dalam beberapa tahun terakhir, produksi vinil asetat telah menunjukkan tren peningkatan dari tahun ke tahun, dengan total produksi vinil asetat mencapai 1970kt pada tahun 2018. Saat ini, karena pengaruh bahan baku dan proses, rute produksi vinil asetat terutama mencakup metode asetilena dan metode etilena.
1、Proses Asetilena
Pada tahun 1912, F. Klatte, seorang warga Kanada, pertama kali menemukan vinil asetat menggunakan asetilena dan asam asetat berlebih di bawah tekanan atmosfer, pada suhu berkisar antara 60 hingga 100 ℃, dan menggunakan garam merkuri sebagai katalis. Pada tahun 1921, Perusahaan CEI Jerman mengembangkan teknologi untuk sintesis fase uap vinil asetat dari asetilena dan asam asetat. Sejak saat itu, para peneliti dari berbagai negara terus mengoptimalkan proses dan kondisi untuk sintesis vinil asetat dari asetilena. Pada tahun 1928, Perusahaan Hoechst Jerman mendirikan unit produksi vinil asetat 12 kt/a, mewujudkan produksi vinil asetat berskala besar yang terindustrialisasi. Persamaan untuk memproduksi vinil asetat dengan metode asetilena adalah sebagai berikut:
Reaksi utama:

Efek samping:

Metode asetilena terbagi menjadi metode fase cair dan metode fase gas.
Keadaan fase reaktan dari metode fase cair asetilena adalah cair, dan reaktornya adalah tangki reaksi dengan alat pengaduk. Karena kekurangan metode fase cair seperti selektivitas rendah dan banyak produk sampingan, metode ini telah digantikan oleh metode fase gas asetilena saat ini.
Menurut berbagai sumber persiapan gas asetilen, metode fase gas asetilen dapat dibagi menjadi metode asetilen Borden gas alam dan metode asetilen karbida Wacker.
Proses Borden menggunakan asam asetat sebagai adsorben, yang sangat meningkatkan tingkat pemanfaatan asetilena. Namun, rute proses ini secara teknis sulit dan membutuhkan biaya tinggi, sehingga metode ini memiliki keunggulan di daerah yang kaya akan sumber daya gas alam.
Proses Wacker menggunakan asetilena dan asam asetat yang diproduksi dari kalsium karbida sebagai bahan baku, menggunakan katalis dengan karbon aktif sebagai pembawa dan seng asetat sebagai komponen aktif, untuk mensintesis VAc di bawah tekanan atmosfer dan suhu reaksi 170~230 ℃. Teknologi proses ini relatif sederhana dan memiliki biaya produksi yang rendah, tetapi ada kekurangan seperti komponen aktif katalis yang mudah hilang, stabilitas yang buruk, konsumsi energi yang tinggi, dan polusi yang besar.
2、Proses etilen
Etilen, oksigen, dan asam asetat glasial adalah tiga bahan baku yang digunakan dalam proses sintesis etilen dari vinil asetat. Komponen aktif utama katalis biasanya adalah unsur logam mulia golongan kedelapan, yang direaksikan pada suhu dan tekanan reaksi tertentu. Setelah pemrosesan selanjutnya, produk target vinil asetat akhirnya diperoleh. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
Reaksi utama:

Efek samping:

Proses fase uap etilen pertama kali dikembangkan oleh Bayer Corporation dan dimasukkan ke dalam produksi industri untuk produksi vinil asetat pada tahun 1968. Lini produksi didirikan di Hearst dan Bayer Corporation di Jerman dan National Distillers Corporation di Amerika Serikat. Ini terutama paladium atau emas yang dimuat pada penyangga tahan asam, seperti manik-manik gel silika dengan radius 4-5mm, dan penambahan sejumlah kalium asetat, yang dapat meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis. Proses untuk sintesis vinil asetat menggunakan metode USI fase uap etilen mirip dengan metode Bayer, dan dibagi menjadi dua bagian: sintesis dan distilasi. Proses USI mencapai aplikasi industri pada tahun 1969. Komponen aktif katalis terutama paladium dan platinum, dan agen pembantu adalah kalium asetat, yang didukung pada pembawa alumina. Kondisi reaksi relatif ringan dan katalis memiliki masa pakai yang lama, tetapi hasil ruang-waktu rendah. Dibandingkan dengan metode asetilena, metode fase uap etilena telah mengalami peningkatan teknologi yang sangat pesat, dan katalis yang digunakan dalam metode etilena terus mengalami peningkatan aktivitas dan selektivitas. Akan tetapi, kinetika reaksi dan mekanisme penonaktifan masih perlu dieksplorasi.
Produksi vinil asetat menggunakan metode etilena menggunakan reaktor unggun tetap berbentuk tabung yang diisi dengan katalis. Gas umpan memasuki reaktor dari atas, dan saat gas tersebut menyentuh unggun katalis, reaksi katalitik terjadi untuk menghasilkan produk target vinil asetat dan sejumlah kecil karbon dioksida sebagai produk sampingan. Karena sifat reaksi yang eksotermik, air bertekanan dimasukkan ke dalam sisi cangkang reaktor untuk menghilangkan panas reaksi dengan menggunakan penguapan air.
Dibandingkan dengan metode asetilena, metode etilena memiliki karakteristik struktur perangkat yang ringkas, output yang besar, konsumsi energi yang rendah, dan polusi yang rendah, serta biaya produknya lebih rendah daripada metode asetilena. Kualitas produknya lebih unggul, dan situasi korosinya tidak serius. Oleh karena itu, metode etilena secara bertahap menggantikan metode asetilena setelah tahun 1970-an. Menurut statistik yang tidak lengkap, sekitar 70% VAc yang diproduksi dengan metode etilena di dunia telah menjadi arus utama metode produksi VAc.
Saat ini, teknologi produksi VAc paling maju di dunia adalah Leap Process milik BP dan Vantage Process milik Celanese. Dibandingkan dengan proses etilena fase gas unggun tetap tradisional, kedua teknologi proses ini telah meningkatkan reaktor dan katalis di inti unit secara signifikan, sehingga meningkatkan keekonomisan dan keselamatan operasi unit.
Celanese telah mengembangkan proses Vantage fixed bed baru untuk mengatasi masalah distribusi katalis bed yang tidak merata dan konversi satu arah etilena yang rendah dalam reaktor fixed bed. Reaktor yang digunakan dalam proses ini masih berupa fixed bed, tetapi perbaikan signifikan telah dilakukan pada sistem katalis, dan perangkat pemulihan etilena telah ditambahkan dalam gas buang, mengatasi kekurangan proses fixed bed tradisional. Hasil produk vinil asetat secara signifikan lebih tinggi daripada perangkat serupa. Katalis proses menggunakan platinum sebagai komponen aktif utama, gel silika sebagai pembawa katalis, natrium sitrat sebagai agen pereduksi, dan logam tambahan lainnya seperti unsur tanah jarang lantanida seperti praseodymium dan neodymium. Dibandingkan dengan katalis tradisional, selektivitas, aktivitas, dan hasil ruang-waktu katalis ditingkatkan.
BP Amoco telah mengembangkan proses fase gas etilena dengan lapisan terfluidisasi, yang juga dikenal sebagai proses Leap Process, dan telah membangun unit lapisan terfluidisasi 250 kt/a di Hull, Inggris. Penggunaan proses ini untuk memproduksi vinil asetat dapat mengurangi biaya produksi hingga 30%, dan hasil katalis dalam ruang waktu (1858-2744 g/(L · h-1)) jauh lebih tinggi daripada proses lapisan tetap (700-1200 g/(L · h-1)).
Proses LeapProcess menggunakan reaktor unggun terfluidisasi untuk pertama kalinya, yang mempunyai keunggulan sebagai berikut dibandingkan reaktor unggun tetap:
1) Dalam reaktor unggun terfluidisasi, katalis dicampur secara terus-menerus dan merata, sehingga berkontribusi terhadap difusi promotor yang merata dan memastikan konsentrasi promotor yang merata dalam reaktor.
2) Reaktor unggun terfluidisasi dapat terus menerus mengganti katalis yang dinonaktifkan dengan katalis baru dalam kondisi operasi.
3) Suhu reaksi unggun terfluidisasi bersifat konstan, meminimalkan penonaktifan katalis akibat panas berlebih lokal, sehingga memperpanjang masa pakai katalis.
4) Metode pembuangan panas yang digunakan dalam reaktor fluidized bed menyederhanakan struktur reaktor dan mengurangi volumenya. Dengan kata lain, desain reaktor tunggal dapat digunakan untuk instalasi kimia berskala besar, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi skala perangkat.