苯乙烯生產技術和應用進展

蘆鵬曾，賈金乾

（1.山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長治 046100；2.潞安碳一化工有限公司，山西 長治 046100）

1 苯乙烯概論

苯乙烯（Styrene Monomer）又名乙烯基苯，化學分子式為C8H8，沸點145℃，凝點-30.6℃，閃點31.11℃，相對密度為0.9051。在常溫下為有芳香氣味的無色油狀液體，易溶于甲醇、乙醚、乙醇、丙酮等有機溶液。

2 主要應用

苯乙烯由于具有優(yōu)良的物化性質而被廣泛應用，是乙烯衍生物第四大產品，其主要應用在以下幾方面：

1）聚苯乙烯泡沫（EPS）：是目前被廣泛應用的一種建筑材料，是苯乙烯與發(fā)泡劑及其他添加劑配制而成的產品。它的優(yōu)點主要是具有隔音、隔熱、輕便、防潮、不易導電且吸水性小、耐沖擊振動。

2）非可發(fā)性聚苯乙烯（PS），分為通用性聚苯乙烯（GPPS）和高抗沖聚苯乙烯（HIPS）。其中，通用性聚苯乙烯（GPPS）是一種無色、無味、透明、絕緣性高的珠狀熱塑性樹脂，但是具有沖擊脆性的缺點，它由苯乙烯單體聚合而生成。為了彌補GPPS 沖擊脆性的缺點，高抗沖聚苯乙烯（HIPS）是將順式聚丁二烯橡膠加入苯乙烯而生成的又一種熱塑性材料。

3）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹脂是五大合成樹脂之一，是丙烯腈（A）、丁二烯(B)和苯乙烯（S）的共聚物，可用來表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工。

4）丁苯橡膠（SBR），物理性能及產品的使用性能接近天然橡膠，甚至在耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度等方面的性能比天然橡膠更為優(yōu)良。

3 主要生產技術

1937 年美國陶氏化學公司和德國巴斯夫公司同時實現(xiàn)了乙苯脫氫制苯乙烯的工業(yè)化生產。長期以來，乙苯脫氫法為苯乙稀的主要生產方法，進入20 世紀70 年代后，為節(jié)能降耗，又相繼開發(fā)出了環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產法（PO/SM 聯(lián)產法）及裂解汽油抽提法（C8 抽提法）。

3.1 乙苯脫氫法

目前，該法是世界上苯乙烯的主流生產工藝[1]，是以乙苯為原料脫氫而成，又可分為乙苯氧化脫氫和催化脫氫兩種工藝。

1）乙苯催化脫氫主要是在催化劑條件下的高溫脫氫反應，是工業(yè)上生產苯乙烯的傳統(tǒng)工藝。目前，全球催化脫氫生產工藝代表有Fina/Badger 法、ABB LUMMUS/UOP 法和BASF 法[2-3]等。

2）乙苯氧化脫氫是通過一段脫氫產生的氫氣大部分被氧化，使反應向生成苯乙烯的方向移動。與傳統(tǒng)的苯乙烯生產技術相比，在相同的選擇性下，乙苯單程轉化率最高可超過80%。同時減少了未轉化乙苯的循環(huán)返回量，使裝置生產能力提高，減少了分離部分的能耗和單耗。氧化脫氫技術代表是SMART工藝[5]。

3.2 PO/SM 聯(lián)產法

PO/SM 聯(lián)產法，是工業(yè)化生產苯乙烯單體的又一種重要方法。在乙苯共氧化苯乙烯生產工藝中，以乙苯為原料，在130 ℃～160 ℃、0.3 MPa～0.5 MPa 下，乙苯先在液相反應器中用氧氣氧化生成乙苯過氧化物。生成的乙苯過氧化物經提濃到17%后進入環(huán)氧化工序，在反應溫度為110 ℃、壓力為4.05 MPa 條件下，與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應生成環(huán)氧丙烷和甲基芐醇[6]。環(huán)氧化反應液經過蒸餾得到環(huán)氧丙烷，甲基芐醇在260 ℃、常壓條件下脫水生成苯乙烯。通常每3.2 t 乙苯和0.8 t 丙烯生成2.6 t 苯乙烯和1 t 環(huán)氧丙烷。

3.3 裂解汽油抽提法

裂解汽油抽提法也稱C8抽提法，是以石油裂解出的C8餾分（苯乙炔）為原料，加氫生成苯乙烯，再經抽提蒸餾和脫色精制工藝，從而獲得合格的苯乙烯產品[7]。

因催化脫氫技術成熟，苯乙烯的收率較高，因此，催化脫氫法目前應用最為廣泛。但該法反應溫度較高，蒸汽用量較大，且乙苯轉化率較低導致分離部分負荷較大，能耗較高，如能源價格上漲，這種方法的應用將會受到影響。乙苯共氧化法具有投資低的優(yōu)勢，因此采用該法建設大型生產裝置時更具競爭優(yōu)勢。該法的不足之處在于受兩種產品市場狀況影響較大，且反應復雜，副產物多，乙苯單耗和裝置能耗等都要高于乙苯脫氫法工藝。但從聯(lián)產環(huán)氧丙烷的共氧化角度而言，因可避免氯醇法給環(huán)境帶來的污染，因此仍具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 主要生產企業(yè)選用工藝

表1 為2019 年之前投產的國內主要苯乙烯生產技術路線初步統(tǒng)計，其中乙苯脫氫法中的Lummus/Monsanto+國內負壓絕熱技術法產能占比、裝置套數(shù)最為顯著，其次是干氣法和環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產法（PO/SM 聯(lián)產法），很少采用C8抽提工藝。

表1 2019 年之前國內投產的苯乙烯企業(yè)主要生產工藝

另外，根據表2 對2019 年—2022 年國內在建、擬建裝置的初步統(tǒng)計，新增裝置中更多企業(yè)采用了PO/SM 共氧化法。主要原因為：共氧化法的投資和生產操作費用相比乙苯脫氫法均有所降低，并能夠聯(lián)產高價值的環(huán)氧丙烷產品。

表2 2019 年—2022 年國內在建、擬建苯乙烯裝置主要生產工藝

5 結論

隨著2021 年1 月安徽嘉璽苯乙烯裝置投產，近幾年我國苯乙烯產能將進入集中爆發(fā)階段。據隆眾資訊監(jiān)測預計，2021 年中國苯乙烯新增產能為497 萬t/a，若全部按計劃投產，則總產能達到1 701.2 萬t/a，增幅約41.27%（另外還有煙臺萬華65 萬t/a 裝置計劃四季度建成，但投產時間預期在2021 年底或2022年初，暫將其歸到2022 年）。市場供應量大幅上漲，苯乙烯對外依存度或將進一步下降，市場供需格局或迎來新的轉變。下游行業(yè)就產能對比而言，2021 年苯乙烯主流下游PS、EPS、ABS 共計計劃新增產能339 萬t/a，遠低于2021 年苯乙烯的計劃新增產能497 萬t，市場的銷售競爭將急劇增強，供應競爭的殘酷性不斷提升。

未來隨著產能的不斷擴大，行業(yè)落后裝置和產能的淘汰將逐步加快。生產企業(yè)應因地制宜，充分發(fā)揮地區(qū)資源優(yōu)勢生產苯乙烯。在沿海地區(qū)，依托煉化一體化優(yōu)勢，雖然純乙烯法仍可能為主流工藝，但是PO/SM 聯(lián)產工藝也將得到更廣泛的應用。