Производство стирола.
Стирол: свойства, применение, методы получения, характеристика сырья.
Свойства. Стирол (фенилэтилен) C6H5CH=CH2 - бесцветная жидкость со своеобразным сладковатым запахом, молекулярная масса – 104,14. Температура плавления -30,6 0С, температура кипения 145,2 0С, плотность при 200С – 906 кг/м3. При 40 0С вода растворяет 0,05% стирола, а стирол растворяет 0,1% воды.
Пары стирола раздражают слизистые оболочки; предельно допустимая концентрация стирола в воздухе населенных мест равна 0,003 мг/м3, ПДК в воде водоемов - 0,1 мг/дм3.
Стирол легко окисляется, присоединяет галогены, полимезируется и сополимезируется с различными мономерами.
Применение. Важнейшее место в производстве пластических масс и синтетических каучуков - принадлежит стиролу, обладающему высокой способностью к полимеризации.
Основными производными стирола являются
полистирол,
смолы АБС (акрилонитрилбутадиен-стирольные),
бутадиен-стирольные каучуки и латексы,
ненасыщенные полиэфиры и прочие продукты.
Полистирол занимает в структуре потребления стирола 2/3. В свою очередь, полистирольные пластики используются для производства деталей холодильников, кондиционеров, радио-, телевизионной и осветительной аппаратуры, облицовочной плитки, бытовых товаров, тары и упаковки, игрушек, защитных покрытий, труб и других видов продукции.
Методы получения. Основным промышленным способом получения стирола является каталитическое дегидрирование этилбензола в токе водяного пара при 500-630 0С.
C6H5C2H5 C6H5CH=CH2 + H2
По другому промышленному способу стирол получают, окисляя этилбензол в присутствии марганцового катализатора до ацетофенона. Последний гидрируют под давлением на медно-хромово-железном катализаторе до метилфенилкарбинола, который далее дегидрируют на окиси алюминия или титана.
C6H5C2H5 →+O2 C6H5(С=О )CH3 →+H2 C6H5CH(OH)CH3 →-H2O C6H5CH=CH2
Сырьём для получения стирола является этилбензол, который получается алкилированием бензола
C6H6 + CH2 = CH2 C6H5CH2=CH3
в присутствии катализатора-комплекса на основе AlCl3. В последние годы используется катализатор на основе цеолитов.
Этилбензол, молекулярная масса 106,17 – бесцветная жидкость. Температура плавления -94,978 0С, температура кипения 136,19 0С, плотность при 20 0С 867 кг/м3. Растворимость в воде 0,014г в 100мл при 15 0С Предельно допустимая концентрация паров этилбензола в воздухе равна 0,02 мг/м3, ПДК в воде водоёмов 0,01 мг/дм3.
Американские фирмы UOP, Lummus Crest и Monsanto являются основными разработчиками процессов получения стирола. Технологии дегидрирования этилбензола в стирол стиро-плас (styro-plus) разработала фирма UOP.
Это - классический процесс дегидрирования этилбензола в присутствии высокотемпературного водяного пара в вакууме с добавлением обработки смеси на специальном катализаторе между двумя ступенями дегидрирования. В процессе UOP найдено оптимальное соотношение между степенью превращения этилбензола в стирол и селективностью процесса. Полученный в процессе дегидрирования продукт проходит фракционирование, в котором получается товарный стирол, во избежание неконтролируемой полимеризации разбавляемый ингибитором.
Разновидностью технологии фирм ABB Lummus Crest Inc. и UOP является процесс дегидрирования smart (смарт). Реакция протекает в жидкой фазе в двухступенчатом реакторе с цеолитным катализатором. Отметим, что большинство действующих установок используют процесс стиро-плас, однако в последнее время все большее число установок проектируются и строятся по жидкофазной схеме. Особенностью процесса smart является также то, что необходимое для реакции тепло подводится за счет селективного окисления водорода в слое катализатора.
Среди других способов получения стирола следует отметить метод совместного производства стирола и оксида пропилена, однако по уровню удельных капитальных вложений технология дегидрирования имеет заметные преимущества. Простота, относительно невысокая капиталоемкость, стабильный спрос на стирол для выпуска полистирола и смол АБС явились фактором быстрого роста мощностей по выпуску стирола.
Крупнейшими в мире компаниями по производству стирола являются
Dow Chemical (мощности в 2000 г. 1661 тыс. т/год),
BASF (1560),
Lyondell (1250),
Shell Chemical (1270),
Nova Chemical (1031 тыс. т/год).
Мощности по производству стирола в России в 2000 г. составляли 600 тыс. т/год. Основное производство стирола в России сосредоточено на Нижнекамском нефтехимическом комбинате, а также в Уфе, Салавате, Перми и Ангарске., при этом 60% суммарных мощностей сосредоточены на ОАО "Нижнекамскнефтехим"