酢酸ビニル（VAc）は、酢酸ビニルまたは酢酸ビニルとも呼ばれ、常温常圧で無色透明の液体であり、分子式はC4H6O2、相対分子量は86.9です。VAcは、世界で最も広く使用されている工業用有機原料の1つであり、自己重合または他のモノマーとの共重合により、ポリ酢酸ビニル樹脂（PVAc）、ポリビニルアルコール（PVA）、ポリアクリロニトリル（PAN）などの誘導体を生成できます。これらの誘導体は、建設、繊維、機械、医薬品、土壌改良剤などに広く使用されています。近年の末端産業の急速な発展により、酢酸ビニルの生産量は年々増加傾向にあり、2018年には酢酸ビニルの総生産量は1970ktに達しました。現在、原材料とプロセスの影響により、酢酸ビニルの生産ルートは主にアセチレン法とエチレン法です。
1、アセチレンプロセス
1912年、カナダ人のF. Klatteは、大気圧下、60～100℃の温度で過剰のアセチレンと酢酸を使用し、水銀塩を触媒として初めて酢酸ビニルを発見しました。1921年、ドイツのCEI社は、アセチレンと酢酸から酢酸ビニルを気相合成する技術を開発しました。それ以来、さまざまな国の研究者がアセチレンから酢酸ビニルを合成するためのプロセスと条件を継続的に最適化してきました。1928年、ドイツのHoechst社は12 kt/aの酢酸ビニル製造ユニットを設立し、酢酸ビニルの工業的な大規模生産を実現しました。アセチレン法による酢酸ビニルの製造式は次のとおりです。
主な反応:

副作用:

アセチレン法は液相法と気相法に分けられます。
アセチレン液相法では、反応物の相状態は液体であり、反応器は撹拌装置を備えた反応槽です。液相法は選択性が低く、副生成物が多いなどの欠点があるため、現在ではアセチレン気相法に置き換えられています。
アセチレンガス製造の異なる供給源に応じて、アセチレンガス相法は天然ガスアセチレンボーデン法とカーバイドアセチレンワッカー法に分けられます。
ボーデン法は酢酸を吸着剤として用いることで、アセチレンの利用率を大幅に向上させます。しかし、このプロセスルートは技術的に難しく、コストも高いため、天然ガス資源が豊富な地域では有利です。
ワッカー法は、炭化カルシウムから製造したアセチレンと酢酸を原料とし、活性炭を担体とし酢酸亜鉛を有効成分とする触媒を用いて、大気圧下、反応温度170～230℃で酢酸VAを合成するプロセスです。このプロセス技術は比較的単純で生産コストが低いものの、触媒有効成分の損失が容易、安定性が低い、エネルギー消費量が多い、汚染が大きいなどの欠点があります。
2、エチレンプロセス
酢酸ビニル合成プロセスにおけるエチレン合成では、エチレン、酸素、氷酢酸の3つの原料が使用されます。触媒の主活性成分は通常、第8族貴金属元素であり、所定の反応温度と圧力で反応させます。その後の処理を経て、最終的に目的生成物である酢酸ビニルが得られます。反応式は以下のとおりです。
主な反応:

副作用:

エチレン気相法は、バイエル社によって初めて開発され、1968年に酢酸ビニルの生産に工業化されました。ドイツのハースト社とバイエル社、そして米国のナショナル・ディスティラーズ社にそれぞれ生産ラインが設置されました。主に、半径4～5mmのシリカゲルビーズなどの耐酸性担体にパラジウムまたは金を担持し、一定量の酢酸カリウムを添加することで、触媒の活性と選択性を向上させることができます。エチレン気相USI法による酢酸ビニルの合成プロセスは、バイエル法に類似しており、合成と蒸留の2つの部分に分かれています。USI法は1969年に工業化されました。触媒の活性成分は主にパラジウムと白金であり、助剤はアルミナ担体に担持された酢酸カリウムです。反応条件は比較的穏やかで、触媒の耐用年数は長いですが、空時収率は低いです。アセチレン法と比較して、エチレン気相法は技術的に大きく進歩しており、エチレン法で使用される触媒の活性と選択性は継続的に向上しています。しかし、反応速度論と失活メカニズムについては、依然として解明が必要です。
エチレン法による酢酸ビニルの製造では、触媒を充填した管状の固定床反応器を使用します。原料ガスは反応器の上部から導入され、触媒層に接触することで触媒反応が起こり、目的物である酢酸ビニルと少量の副産物である二酸化炭素が生成されます。反応は発熱反応であるため、加圧水を反応器のシェル側に導入し、水の蒸発を利用して反応熱を除去します。
エチレン法は、アセチレン法と比較して、装置構造がコンパクトで、出力が大きく、エネルギー消費量が少なく、汚染が少ないという特徴があり、製品コストもアセチレン法より低く、製品品質も優れており、腐食状況も深刻ではありません。そのため、1970年代以降、エチレン法は徐々にアセチレン法に取って代わりました。不完全な統計によると、世界で生産されるVAcの約70%はエチレン法で、VAc製造方法の主流となっています。
現在、世界で最も先進的なVAc製造技術は、BP社のLeapプロセスとCelanese社のVantageプロセスです。従来の固定床気相エチレンプロセスと比較して、これら2つのプロセス技術は、ユニットの中核となる反応器と触媒を大幅に改良し、ユニット運転の経済性と安全性を向上させています。
セラニーズは、固定床反応器における触媒床分布の不均一性とエチレンの一方向転化率の低さという問題を解決するため、新しい固定床Vantageプロセスを開発しました。 このプロセスで使用される反応器は依然として固定床ですが、触媒システムに大幅な改良が加えられ、排ガスにエチレン回収装置が追加され、従来の固定床プロセスの欠点を克服しました。 製品酢酸ビニルの収率は、同様の装置よりも大幅に高くなっています。 このプロセス触媒は、白金を主活性成分として、シリカゲルを触媒担体として、クエン酸ナトリウムを還元剤として、およびプラセオジムやネオジムなどのランタニド希土類元素などの他の補助金属を使用しています。 従来の触媒と比較して、触媒の選択性、活性、および空時収率が向上しています。
BPアモコは、リーププロセスとも呼ばれる流動床エチレンガス相プロセスを開発し、英国ハルに年間250ktの流動床ユニットを建設しました。このプロセスを用いて酢酸ビニルを生産すると、生産コストを30%削減でき、触媒の空時収率（1858～2744g/(L・h-1)）は固定床プロセス（700～1200g/(L・h-1)）よりもはるかに高くなります。
LeapProcess プロセスでは初めて流動床反応器が使用され、固定床反応器と比較して次の利点があります。
1) 流動床反応器では、触媒が連続的に均一に混合され、それによって促進剤の均一な拡散に寄与し、反応器内の促進剤の均一な濃度が確保されます。
2) 流動床反応器は、運転条件下で失活した触媒を新しい触媒に連続的に交換することができます。
3) 流動床反応温度が一定であるため、局所的な過熱による触媒の失活が最小限に抑えられ、触媒の寿命が延びます。
4) 流動床反応器に採用されている熱除去方法により、反応器の構造が簡素化され、容積が縮小されます。つまり、単一の反応器設計で大規模な化学設備を構成できるため、装置のスケール効率が大幅に向上します。