Стирол: свойства, применение, методы получения, характеристика сырья

Производство стирола.

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.

C₆H₅C₂H_{5 →}^+O₂ C₆H₅(С=О)CH_{3 →}^+H₂ C₆H₅CH(OH)CH_{3 →}^-H₂^O 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"