Ethylbenzen/Styren

Prakticky veškerý vyráběný ethylbenzen je konvertován dehydrogenací na styren. Styrenové polymery pak patří po polyolefinech k nejrozšířenějším polymerům. Přibližná současná struktura světové spotřeby polymerů je patrná z tabulky.

Relativní světová spotřeba polymerů (%).
Relativní světová spotřeba polymerů (%).

Prvým krokem postupu je alkylace benzenu na ethylbenzen (EB), ve druhém kroku je EB dehydrogenován na styren (ST). Připomeňme, že tato výroba je instalována v ČR, a to s kapacitou 300 tis. tun EB ročně s tím, že průměrná výroba činí cca 60 % tedy asi 180 tis. tun EB ročně. Principiální rovnice vzniku ethylbenzenu, který se dále transformuje na styren jsou následující:



1.krok – výroba ethylbenzenu

Jak už bylo řečeno, ethylbenzen se syntetizuje alkylací ethylenu na čistý benzen. Reakce je elektrofilní substitucí. To předpokládá přechodný vznik elektrofilní částice. Ta vzniká primárně reakcí vodíkového kationtu s ethylenem za vniku ethylového kationtu. Ten pak dle známého mechanismu reaguje s aromatickým kruhem. Finálním krokem je eliminace vodíkového kationtu a obnovení aromatického stavu.

Provedení reakce pak závisí na způsobu „přípravy“ vodíkového kationu. Lze postupovat s použitím Friedel-Craftsových katalyzátorů (např. chloridu hlinitého) nebo moderněji s využitím „kyselých“ zeolitů. Výroba pomocí AlCl3 byla v ČR před několika lety odstavena a nahrazena moderní technologií EB ONE, kterou licencuje UOP/Lummus. Postup krátce popíšeme.

Do reaktoru vyplněného několika vrstvami zeolitu β, který pracuje při teplotách 190 až 240 °C a tlacích pod 3 MPa, se přivádí kapalný benzen a z boku do několika míst plynný ethylen. Jde tedy o probublávaný reaktor, pracující v kapalné fázi. Benzen je v několikanásobném přebytku (6:1 mol/mol), takže ethylen se zcela spotřebuje na alkylační reakci. Konverze ethylenu je tedy prakticky 100 %. Problém je ovšem se selektivitou reakce. Jak plyne z elektronové teorie aromatického kruhu, je ethylbenzen reaktivnější pro alkylace než výchozí benzen. Důsledkem toho vzniká v reaktoru nejen ethylbenzen, ale také di-, tri- až polyethylbenzeny. Ty jsou ovšem nežádoucí. Po jejich destilačním oddělení od EB jsou proto přiváděny do dalšího – transalkylačního – reaktoru, kde při reakci s benzenem dochází k přenosu alkylu na benzen. Výsledkem je tvorba dalšího podílu ethylbenzenu.



2.krok – dehydrogenace ethylbenzenu na styren

Principem přeměny ethylbenzenu na styren je vysokoteplotní katalytická dehydrogenace. Potřebný tlak je nízký – obvykle se pracuje za sníženého tlaku. Proces lze rozdělit do tří sekcí – předehřev suroviny, reakční uzel a dělení produktů.

Předehřev suroviny se děje tak, že se v peci předehřeje vodní pára na cca 750 °C a ta se v určitém poměru směšuje s odpařeným ethylbenzenem (vody je hmotnostní přebytek). Směs o teplotě cca 580 °C se vede horem do systému dvou resp. tří sériově zapojených reaktorů, které jsou plněny heterogenním katalyzátorem na bázi oxidu železitého s různými promotory. Reakce je endotermní – na výstupu ze spodu reaktoru je teplota nižší než na vstupu. Směs postupuje do dalšího reaktoru. Jako u všech průmyslových dehydrogenací, dosahovaná konverze je relativně nízká – při vysokých konverzích by docházelo ke zpětné hydrogenaci. Proto se v moderních jednotkách (což je případ jednotky v Kralupech) zařazuje mezi první a druhý reaktor další reaktor, který je opatřen kromě železitého také vrstvou platinového katalyzátoru. Do reakční směsi se přivádí malé množství kyslíku, který reaguje s částí vodíku a omezuje tak zpětnou (nežádoucí reakci) a získaným spalným teplem se zvýší vstupní teplota do třetího reaktoru. Toto uspořádání (označované jako SMART) umožňuje dosahovat konverzí až 75 %. Třetím krokem výroby styrenu je po odstranění vodíku a vody destilační oddělení lehkých produktů (při dehydrogenaci dochází k částečnému krakování a dealkylaci za tvorby benzenu a toluenu), nezkonvertovaného ethylbenzenu, styrenu a vytvořených vysokovroucích kondenzačních zplodin. Náročnost dělení je dána především samovolnou značnou reaktivitou styrenu, které se zamezuje použitím inhibitorů polymerace.

Kontakty


fiogf49gjkf0d
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice

Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
Odborný garant

fiogf49gjkf0d
Odborným garantem tohoto portálu je Česká národní rada světové rady pro ropu (WPC). Česká národní rada reprezentuje Českou republiku ve Světové radě pro ropu.

WPC


Světová rada pro ropu (World Petroleum Council – WPC) je mezinárodní nevládní organizace, jejíž cílem je prosazování využití vědeckého pokroku, přenosu technologií a posuzování ekonomických, finančních, environmentálních a sociálních vlivů na využívání ropy. Více informací...

Odběr novinek


Přihlásit k odběru novinek
Partner projektu

Česká asociacepetrolejářského průmyslua obchodu

Česká asociace
petrolejářského průmyslu
a obchodu

fiogf49gjkf0d
Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) je dobrovolným zájmovým sdružením petrolejářských společností, které trvale provozují na území České republiky tyto činnosti: • zpracování ropy • dovoz ropy a ropných výrobků • export výrobků z českých rafinérií • tuzemský velkoobchod s ropou a ropnými výrobky • provozování sítě čerpacích stanic pohonných hmot. Více informací...