Стирол, также известный как винилбензол (химическая формула C₈H₈), является одним из наиболее значимых жидких мономеров в современной нефтехимической промышленности. Его основная роль заключается в производстве различных полимерных материалов. Наибольшая доля производимого стирола используется для изготовления пластмасс, в первую очередь полистирола. Кроме того, стирол занимает третье место по объёму потребления в производстве синтетических каучуков, уступая лишь бутадиену (дивинилу) и изопрену, и является ключевым компонентом в составе бутадиен-стирольных каучуков. Широкое применение стирол находит и в создании специальных пластиков, таких как ударопрочные АБС-пластики (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН-пластики (стирол-акрилонитрил).
Основной метод производства: дегидрирование этилбензола
Наиболее распространённым промышленным способом получения стирола является каталитическое дегидрирование этилбензола. Сам этилбензол синтезируют путём алкилирования бензола этиленом, используя, например, технологии таких компаний, как «Monsanto» (США) и «АВВ Lummus Crest». Процесс дегидрирования проводится при высокой температуре, около 600 °C, в присутствии катализаторов на основе оксида железа, нанесённого на носитель. Для улучшения процесса в реакционную смесь добавляют перегретый водяной пар. Реакция протекает в реакторе с неподвижным слоем катализатора, который периодически регенерируют путём окисления для восстановления его активности.
Технологические особенности процесса
Горячие продукты реакции после выхода из реактора проходят через котёл-утилизатор, где отдают тепло, затем конденсируются и разделяются в отстойнике на фазы. Лёгкая фракция направляется на вакуумную ректификацию. Критически важным аспектом процесса является склонность стирола к самопроизвольной полимеризации, что может привести к забиванию аппаратуры и трубопроводов твёрдым полимером. Чтобы минимизировать этот риск и снизить температуру процесса, ректификацию проводят под глубоким вакуумом при остаточном давлении 4,0–6,5 кПа (30–50 мм рт. ст.). Это позволяет получать высокочистый мономерный стирол с чистотой до 99,8%. Современные установки дегидрирования этилбензола обладают высокой производительностью, достигающей 200–300 тысяч тонн стирола в год и более.
Альтернативные источники и мировой рынок
Помимо основного метода, стирол можно выделять как побочный продукт. Например, методом экстрактивной ректификации узкой фракции (120–150 °C) жидких продуктов пиролиза на этиленовых установках можно получить стирол чистотой около 95%. Выход такой фракции составляет 4–6% от общего объёма продуктов пиролиза. Существует и множество других методов синтеза стирола, разработанных различными компаниями (такими как «Badger», «Mobil», «UOP»), однако дегидрирование этилбензола остаётся доминирующим. Спрос на этот ключевой мономер в мире постоянно растёт: так, в 2006 году его объём превысил 26 миллионов тонн, что подчёркивает его фундаментальную роль в химической промышленности.