L'acetat de vinil (VAc), també conegut com a acetat de vinil o acetat de vinil, és un líquid transparent incolor a temperatura i pressió normals, amb una fórmula molecular de C4H6O2 i un pes molecular relatiu de 86,9. El VAc, com una de les matèries primeres orgàniques industrials més utilitzades al món, pot generar derivats com la resina d'acetat de polivinil (PVAc), l'alcohol polivinílic (PVA) i el poliacrilonitril (PAN) mitjançant l'autopolimerització o la copolimerització amb altres monòmers. Aquests derivats s'utilitzen àmpliament en la construcció, els tèxtils, la maquinària, la medicina i els enriquidors del sòl. A causa del ràpid desenvolupament de la indústria terminal en els darrers anys, la producció d'acetat de vinil ha mostrat una tendència d'augment any rere any, amb una producció total d'acetat de vinil que va arribar als 1970 kt el 2018. Actualment, a causa de la influència de les matèries primeres i els processos, les rutes de producció d'acetat de vinil inclouen principalment el mètode de l'acetilè i el mètode de l'etilè.
1. Procés d'acetilè
El 1912, F. Klatte, un canadenc, va descobrir per primera vegada l'acetat de vinil utilitzant un excés d'acetilè i àcid acètic a pressió atmosfèrica, a temperatures que oscil·laven entre els 60 i els 100 ℃, i utilitzant sals de mercuri com a catalitzadors. El 1921, l'empresa alemanya CEI va desenvolupar una tecnologia per a la síntesi en fase de vapor d'acetat de vinil a partir d'acetilè i àcid acètic. Des de llavors, investigadors de diversos països han optimitzat contínuament el procés i les condicions per a la síntesi d'acetat de vinil a partir d'acetilè. El 1928, l'empresa alemanya Hoechst va establir una unitat de producció d'acetat de vinil de 12 kt/a, realitzant una producció industrialitzada a gran escala d'acetat de vinil. L'equació per produir acetat de vinil mitjançant el mètode de l'acetilè és la següent:
Reacció principal:

Efectes secundaris:

El mètode de l'acetilè es divideix en mètode de fase líquida i mètode de fase gasosa.
L'estat de la fase reactiva del mètode de fase líquida amb acetilè és líquid, i el reactor és un tanc de reacció amb un dispositiu d'agitació. A causa de les deficiències del mètode de fase líquida, com ara la baixa selectivitat i la gran quantitat de subproductes, aquest mètode ha estat substituït actualment pel mètode de fase gasosa amb acetilè.
Segons les diferents fonts de preparació de gas acetilè, el mètode de fase gasosa d'acetilè es pot dividir en mètode Borden d'acetilè de gas natural i mètode Wacker d'acetilè de carbur.
El procés Borden utilitza àcid acètic com a adsorbent, cosa que millora considerablement la taxa d'utilització de l'acetilè. Tanmateix, aquesta via de procés és tècnicament difícil i requereix costos elevats, per la qual cosa aquest mètode té un avantatge en zones riques en recursos de gas natural.
El procés Wacker utilitza acetilè i àcid acètic produïts a partir de carbur de calci com a matèries primeres, utilitzant un catalitzador amb carbó activat com a portador i acetat de zinc com a component actiu, per sintetitzar VAc a pressió atmosfèrica i temperatura de reacció de 170~230 ℃. La tecnologia del procés és relativament senzilla i té uns costos de producció baixos, però hi ha deficiències com ara la fàcil pèrdua de components actius del catalitzador, la poca estabilitat, l'alt consum d'energia i una gran contaminació.
2. Procés d'etilè
L'etilè, l'oxigen i l'àcid acètic glacial són tres matèries primeres utilitzades en el procés de síntesi d'etilè del procés d'acetat de vinil. El principal component actiu del catalitzador és normalment l'element metàl·lic noble del vuitè grup, que reacciona a una determinada temperatura i pressió de reacció. Després d'un processament posterior, finalment s'obté el producte objectiu, l'acetat de vinil. L'equació de reacció és la següent:
Reacció principal:

Efectes secundaris:

El procés de fase de vapor d'etilè va ser desenvolupat per primera vegada per Bayer Corporation i es va posar en producció industrial per a la producció d'acetat de vinil el 1968. Les línies de producció es van establir a Hearst i Bayer Corporation a Alemanya i National Distillers Corporation als Estats Units, respectivament. Es tracta principalment de pal·ladi o or carregat sobre suports resistents a l'àcid, com ara perles de gel de sílice amb un radi de 4-5 mm, i l'addició d'una certa quantitat d'acetat de potassi, que pot millorar l'activitat i la selectivitat del catalitzador. El procés per a la síntesi d'acetat de vinil mitjançant el mètode USI en fase de vapor d'etilè és similar al mètode Bayer i es divideix en dues parts: síntesi i destil·lació. El procés USI va aconseguir l'aplicació industrial el 1969. Els components actius del catalitzador són principalment pal·ladi i platí, i l'agent auxiliar és l'acetat de potassi, que es suporta sobre un portador d'alúmina. Les condicions de reacció són relativament suaus i el catalitzador té una llarga vida útil, però el rendiment espai-temps és baix. En comparació amb el mètode de l'acetilè, el mètode de la fase de vapor d'etilè ha millorat molt en tecnologia, i els catalitzadors utilitzats en el mètode de l'etilè han millorat contínuament en activitat i selectivitat. Tanmateix, encara cal explorar la cinètica de la reacció i el mecanisme de desactivació.
La producció d'acetat de vinil mitjançant el mètode d'etilè utilitza un reactor tubular de llit fix ple de catalitzador. El gas d'alimentació entra al reactor per la part superior i, quan entra en contacte amb el llit catalitzador, es produeixen reaccions catalítiques per generar l'acetat de vinil com a producte objectiu i una petita quantitat de diòxid de carboni com a subproducte. A causa de la naturalesa exotèrmica de la reacció, s'introdueix aigua a pressió al costat de la carcassa del reactor per eliminar la calor de reacció mitjançant la vaporització de l'aigua.
En comparació amb el mètode d'acetilè, el mètode d'etilè té les característiques d'una estructura de dispositiu compacta, gran producció, baix consum d'energia i baixa contaminació, i el seu cost del producte és inferior al del mètode d'acetilè. La qualitat del producte és superior i la situació de corrosió no és greu. Per tant, el mètode d'etilè va substituir gradualment el mètode d'acetilè després de la dècada de 1970. Segons estadístiques incompletes, aproximadament el 70% del VAc produït pel mètode d'etilè al món s'ha convertit en el mètode de producció de VAc principal.
Actualment, la tecnologia de producció de VAc més avançada del món és el procés Leap de BP i el procés Vantage de Celanese. En comparació amb el procés tradicional d'etilè en fase gasosa de llit fix, aquestes dues tecnologies de procés han millorat significativament el reactor i el catalitzador al nucli de la unitat, millorant l'economia i la seguretat del funcionament de la unitat.
Celanese ha desenvolupat un nou procés Vantage de llit fix per abordar els problemes de distribució desigual del llit catalitzador i baixa conversió unidireccional d'etilè en reactors de llit fix. El reactor utilitzat en aquest procés continua sent un llit fix, però s'han fet millores significatives al sistema catalitzador i s'han afegit dispositius de recuperació d'etilè al gas de cua, superant les deficiències dels processos tradicionals de llit fix. El rendiment del producte acetat de vinil és significativament superior al de dispositius similars. El catalitzador del procés utilitza platí com a principal component actiu, gel de sílice com a portador del catalitzador, citrat de sodi com a agent reductor i altres metalls auxiliars com ara elements de terres rares lantànids com el praseodimi i el neodimi. En comparació amb els catalitzadors tradicionals, es millora la selectivitat, l'activitat i el rendiment espai-temps del catalitzador.
BP Amoco ha desenvolupat un procés de fase gasosa d'etilè en llit fluiditzat, també conegut com a procés Leap Process, i ha construït una unitat de llit fluiditzat de 250 kt/a a Hull, Anglaterra. L'ús d'aquest procés per produir acetat de vinil pot reduir el cost de producció en un 30%, i el rendiment espai-temps del catalitzador (1858-2744 g/(L · h-1)) és molt superior al del procés de llit fix (700-1200 g/(L · h-1)).
El procés LeapProcess utilitza per primera vegada un reactor de llit fluiditzat, que té els següents avantatges en comparació amb un reactor de llit fix:
1) En un reactor de llit fluiditzat, el catalitzador es barreja contínuament i uniformement, contribuint així a la difusió uniforme del promotor i assegurant una concentració uniforme del promotor al reactor.
2) El reactor de llit fluiditzat pot substituir contínuament el catalitzador desactivat per catalitzador nou en condicions de funcionament.
3) La temperatura de reacció del llit fluiditzat és constant, cosa que minimitza la desactivació del catalitzador a causa del sobreescalfament local i, per tant, allarga la vida útil del catalitzador.
4) El mètode d'eliminació de calor utilitzat en el reactor de llit fluiditzat simplifica l'estructura del reactor i en redueix el volum. En altres paraules, es pot utilitzar un disseny de reactor únic per a instal·lacions químiques a gran escala, millorant significativament l'eficiència d'escala del dispositiu.