| 作為重要的化工單體，苯乙烯年需求量超過2500萬噸，在全球的單體生產量中位列第四。但是與其他聚合物單體相比，苯乙烯的生產耗能是單體平均水平的10倍，而且生產中會排放大量的溫室氣體甲烷。針對這一現狀，在美國能源部和新澤西州科學技術委員會的共同資助下，美國新澤西州Exelus公司開發了苯乙烯新技術ExSyM工藝。它采用甲苯和甲醇為原料，利用甲苯與甲醇進行側鏈烷基化反應，替代常規的乙苯脫氫路線，不僅操作條件緩和，而且生產成本明顯降低，能耗和溫室氣體排放大幅度減少，是一種生成苯乙烯的全新低能耗工藝。
ExSyM工藝采用甲苯與甲醇側鏈烷基化生成苯乙烯、氫氣和水，這種方法使用固定床工藝直接生產苯乙烯。反應在常壓下進行，使用的是專有催化劑，反應溫度約400℃～425℃。由于沒有脫氫反應，新方法吸熱減少50%，比傳統路線降低能耗40%。新方法采用甲醇和甲苯作原料，價格大大低于乙苯，因此整個反應節約成本約35%，每噸苯乙烯可節約350~400美元，而且大大減少投資成本。
據Exelus公司估計，采用ExSyM工藝建設25萬噸/年苯乙烯裝置的投資費用為6300萬美元，而傳統裝置為1.25億美元，而且還可以對傳統苯乙烯裝置進行改建，改建一套25萬噸/年裝置的投資費用為1000萬～1500萬美元，投資回收期很短。新工藝還可降低溫室氣體的排放量，尤其是甲烷和CO2。傳統的苯乙烯生產技術為乙苯脫氫法，是強吸熱化學反應，需輸入大量熱能，工業上一般需要用900℃的蒸汽加熱，反應溫度需超過600℃。Exelus公司總裁慕克吉(Mukherjee)認為，近年來乙苯生成苯乙烯技術開發大部分集中在催化劑和設備優化上，難以從根本上改變工藝耗能狀況，因此很難具備競爭優勢。近年來由于乙苯價格高漲，使苯乙烯和下游聚苯乙烯的生產受到很大限制。
據了解，用甲醇對甲苯進行側鏈烷基化的新工藝早在30多年前就曾提出，但由于甲醇易于分解成氫氣和一氧化碳，而氫氣可使苯乙烯轉化成乙苯，使苯乙烯收率降低，副產物的生成還使苯乙烯提純較困難，因此苯乙烯的最大收率僅10%，難以進行商業化生產。
Exelus公司介紹，傳統的研究往往致力于改進反應催化劑以提高苯乙烯收率，而現今該公司將催化劑、反應工程和工藝設計相結合，開發出具有孔結構、含有較高堿活性中心的改性沸石材料。沸石材料的孔結構能夠加強反應物滲透并延長反應停留時間，而活性中心可以將甲苯選擇性吸附在甲醇上，減少了甲醇分解，強化了甲苯烷基化反應。Exelus還設計了全新的反應器，降低了甲醇分解率，提高了反應轉化率和苯乙烯的選擇性，因此甲醇生成苯乙烯和乙苯的轉化率超過90%，其中苯乙烯比例超過85%。以甲醇計，苯乙烯總收率超過60%。而且生產的乙苯既可以脫氫繼續生成苯乙烯，也可以銷售給其他生產廠商。生成的氫氣聯產物易于回收燃燒，提供反應所需的大量能源，不產生二氧化碳。Exelus表示，苯乙烯生產商如采用這項新技術，僅美國即可年節能196萬億千焦，減少碳排放43.4億千克，可使美國溫室氣體排放減少約5%。
Exelus公司目前正以工業級甲苯和甲醇為原料，在1米高的反應器中測試催化劑的長期穩定性，初步試驗將驗證催化劑在1000小時的穩定性。如果試驗成功，下一步將進行商業規模的示范。 |
