ויניל אצטט (VAc), הידוע גם בשם ויניל אצטט או ויניל אצטט, הוא נוזל שקוף חסר צבע בטמפרטורה ולחץ רגילים, עם נוסחה מולקולרית של C4H6O2 ומשקל מולקולרי יחסי של 86.9. VAc, כאחד מחומרי הגלם האורגניים התעשייתיים הנפוצים ביותר בעולם, יכול לייצר נגזרות כגון שרף פוליוויניל אצטט (PVAc), אלכוהול פוליוויניל (PVA) ופוליאקרילוניטריל (PAN) באמצעות פילמור עצמי או קופולימריזציה עם מונומרים אחרים. נגזרות אלו נמצאות בשימוש נרחב בבנייה, טקסטיל, מכונות, רפואה ומשפרי קרקע. עקב ההתפתחות המהירה של תעשיית הטרמינלים בשנים האחרונות, ייצור ויניל אצטט הראה מגמת עלייה משנה לשנה, כאשר הייצור הכולל של ויניל אצטט הגיע ל-1970 אלף דולר בשנת 2018. נכון לעכשיו, עקב השפעת חומרי הגלם והתהליכים, דרכי הייצור של ויניל אצטט כוללות בעיקר שיטת אצטילן ושיטת אתילן.
1. תהליך אצטילן
בשנת 1912, פ. קלאט, קנדי, גילה לראשונה את ויניל אצטט באמצעות עודף אצטילן וחומצה אצטית תחת לחץ אטמוספרי, בטמפרטורות הנעות בין 60 ל-100 מעלות צלזיוס, תוך שימוש במלחי כספית כזרזים. בשנת 1921, חברת CEI ​​הגרמנית פיתחה טכנולוגיה לסינתזה של ויניל אצטט מאצטילן וחומצה אצטית בפאזה אדים. מאז, חוקרים ממדינות שונות ייעלו באופן רציף את התהליך והתנאים לסינתזה של ויניל אצטט מאצטילן. בשנת 1928, חברת Hoechst הגרמנית הקימה מפעל ייצור ויניל אצטט בהספק של 12 קילו-טון לשנה, ובכך ביצעה ייצור מתועש בקנה מידה גדול של ויניל אצטט. המשוואה לייצור ויניל אצטט בשיטת האצטילן היא כדלקמן:
תגובה עיקרית:

תופעות לוואי:

שיטת האצטילן מחולקת לשיטת פאזה נוזלית ושיטת פאזה גזית.
מצב הפאזה המגיב של שיטת הפאזה הנוזלית של אצטילן הוא נוזלי, והכור הוא מיכל תגובה עם מתקן ערבוב. בשל חסרונותיה של שיטת הפאזה הנוזלית, כגון סלקטיביות נמוכה ותוצרי לוואי רבים, שיטה זו הוחלפה כיום בשיטת פאזה גזית של אצטילן.
בהתאם למקורות השונים של הכנת גז אצטילן, ניתן לחלק את שיטת פאזה של גז אצטילן לשיטת בורדן אצטילן בגז טבעי ושיטת וואקר אצטילן קרביד.
תהליך בורדן משתמש בחומצה אצטית כחומר סופח, דבר המשפר מאוד את שיעור הניצול של אצטילן. עם זאת, דרך תהליך זו קשה מבחינה טכנית ודורשת עלויות גבוהות, ולכן לשיטה זו יתרון באזורים עשירים במשאבי גז טבעי.
תהליך וואקר משתמש באצטילן וחומצה אצטית המופקים מסידן קרביד כחומרי גלם, תוך שימוש בזרז עם פחמן פעיל כנשא ואבץ אצטט כרכיב פעיל, לסינתזה של חומצה אצטית אקסטית (VAc) בלחץ אטמוספרי וטמפרטורת תגובה של 170~230 מעלות צלזיוס. טכנולוגיית התהליך פשוטה יחסית ובעלת עלויות ייצור נמוכות, אך קיימות חסרונות כגון אובדן קל של רכיבים פעילים בזרז, יציבות ירודה, צריכת אנרגיה גבוהה וזיהום רב.
2, תהליך אתילן
אתילן, חמצן וחומצה אצטית קרחונית הם שלושה חומרי גלם המשמשים בתהליך הסינתזה של ויניל אצטט באמצעות אתילן. הרכיב הפעיל העיקרי של הזרז הוא בדרך כלל יסוד המתכת האצילית מקבוצה שמינית, אשר מגיב בטמפרטורת תגובה ולחץ מסוימים. לאחר עיבוד נוסף, מתקבל לבסוף תוצר המטרה ויניל אצטט. משוואת התגובה היא כדלקמן:
תגובה עיקרית:

תופעות לוואי:

תהליך פאזת האדים של אתילן פותח לראשונה על ידי תאגיד באייר והוכנס לייצור תעשייתי לייצור ויניל אצטט בשנת 1968. קווי ייצור הוקמו בחברת הרסט ובאייר בגרמניה ובתאגיד המזקקים הלאומי בארצות הברית, בהתאמה. מדובר בעיקר בפלדיום או בזהב המועמסים על גבי תומכים עמידים לחומצה, כגון חרוזי סיליקה ג'ל ברדיוס של 4-5 מ"מ, ותוספת של כמות מסוימת של אשלגן אצטט, שיכולה לשפר את הפעילות והסלקטיביות של הזרז. תהליך הסינתזה של ויניל אצטט בשיטת פאזת האדים של אתילן USI דומה לשיטת באייר, ומחולק לשני חלקים: סינתזה וזיקוק. תהליך USI הגיע ליישום תעשייתי בשנת 1969. הרכיבים הפעילים של הזרז הם בעיקר פלדיום ופלטינה, וחומר העזר הוא אשלגן אצטט, הנתמך על גבי נשא אלומינה. תנאי התגובה מתונים יחסית והזרז בעל חיי שירות ארוכים, אך התשואה במרחב-זמן נמוכה. בהשוואה לשיטת האצטילן, שיטת פאזה אדי האתילן השתפרה מאוד מבחינה טכנולוגית, והקטליזטורים המשמשים בשיטת האתילן השתפרו בהתמדה בפעילות ובסלקטיביות. עם זאת, עדיין יש צורך לחקור את קינטיקה של התגובה ואת מנגנון הנטרול.
ייצור ויניל אצטט בשיטת האתילן משתמש בכור בעל מצע קבוע צינורי מלא בזרז. גז ההזנה נכנס לכור מלמעלה, וכאשר הוא בא במגע עם מצע הזרז, מתרחשות תגובות קטליטיות ליצירת תוצר המטרה ויניל אצטט וכמות קטנה של פחמן דו-חמצני. בשל האופי האקסותרמי של התגובה, מים בלחץ מוכנסים לצד המעטפת של הכור כדי להסיר את חום התגובה באמצעות אידוי מים.
בהשוואה לשיטת האצטילן, לשיטת האתילן מאפיינים של מבנה קומפקטי של המכשיר, תפוקה גדולה, צריכת אנרגיה נמוכה וזיהום נמוך, ועלות המוצר שלה נמוכה מזו של שיטת האצטילן. איכות המוצר מעולה ומצב הקורוזיה אינו חמור. לכן, שיטת האתילן החליפה בהדרגה את שיטת האצטילן לאחר שנות ה-70. על פי נתונים סטטיסטיים חלקיים, כ-70% מה-VAc המיוצר בשיטת האתילן בעולם הפך למיינסטרים של שיטות ייצור VAc.
נכון לעכשיו, טכנולוגיית ייצור VAc המתקדמת ביותר בעולם היא תהליך Leap של BP ותהליך Vantage של Celanese. בהשוואה לתהליך האתילן המסורתי בפאזה גזית קבועה, שתי טכנולוגיות תהליך אלו שיפרו משמעותית את הכור והזרז שבליבת היחידה, ובכך שיפרו את הכלכלה והבטיחות של תפעול היחידה.
חברת Celanese פיתחה תהליך Vantage חדש במצע קבוע כדי לטפל בבעיות של פיזור לא אחיד במצע הזרז והמרה חד-כיוונית נמוכה של אתילן בכורים במצע קבוע. הכור המשמש בתהליך זה הוא עדיין מצע קבוע, אך בוצעו שיפורים משמעותיים במערכת הזרז, ונוספו התקני שחזור אתילן בגז הזנב, מה שמתגבר על החסרונות של תהליכים מסורתיים במצע קבוע. תפוקת ויניל אצטט המיוצר גבוהה משמעותית מזו של מכשירים דומים. הזרז בתהליך משתמש בפלטינה כמרכיב הפעיל העיקרי, סיליקה ג'ל כנשא הזרז, נתרן ציטרט כחומר מחזר, ומתכות עזר אחרות כגון לנתניד, יסודות אדמה נדירים כגון פרסאודימיום וניאודימיום. בהשוואה לזרזים מסורתיים, הסלקטיביות, הפעילות ותפוקת המרחב-זמן של הזרז משופרות.
חברת BP Amoco פיתחה תהליך גז אתילן במיטה מרחפת, המכונה גם תהליך Leap Process, ובנתה יחידה במיטה מרחפת בהספק של 250 קילו-טון לשנה בהאל, אנגליה. שימוש בתהליך זה לייצור ויניל אצטט יכול להפחית את עלות הייצור ב-30%, ותפוקת הזרז במרחב-זמן (1858-2744 גרם/(ליטר · שעה)) גבוהה בהרבה מזו של תהליך המיטה הקבועה (700-1200 גרם/(ליטר · שעה)).
תהליך LeapProcess משתמש לראשונה בכור בעל מצע מרחף, אשר לו היתרונות הבאים בהשוואה לכור בעל מצע קבוע:
1) בכור בעל מצע מרחף, הזרז מעורבב באופן רציף ואחיד, ובכך תורם לדיפוזיה אחידה של הפרומוטר ומבטיח ריכוז אחיד של הפרומוטר בכור.
2) כור המיטה המנוזלת יכול להחליף באופן רציף את הזרז המנוטרל בזרז טרי בתנאי הפעלה.
3) טמפרטורת התגובה במיטה המנוזלת קבועה, מה שממזער את ביטול פעילות הזרז עקב התחממות יתר מקומית, ובכך מאריך את חיי השירות של הזרז.
4) שיטת סילוק החום המשמשת בכור המיטה המרחפת מפשטת את מבנה הכור ומקטינה את נפחו. במילים אחרות, ניתן להשתמש בתכנון של כור יחיד עבור מתקנים כימיים בקנה מידה גדול, ובכך לשפר משמעותית את יעילות הקנה המידה של המכשיר.