Ethylbenzène, styrène

6

C

Carbone

1

H

Hydrogène

Produit organique

Données physico-chimiques

Ethylbenzène

Données atomiques

Données physiques

Styrène

Données atomiques

Données physiques

Données industrielles

L’éthylbenzène et le styrène sont deux composés aromatiques. L’éthylbenzène est présent dans les essences de reformage aux côtés des xylènes (voir le chapitre « benzène, toluène, xylènes« ) mais son extraction n’est pas toujours rentable. On préfère, en général, le synthétiser à partir du benzène et de l’éthylène, cette synthèse représentant 99 % de la production. Son débouché, à 98 %, est le styrène, qui n’existe pas à l’état naturel.

Fabrication industrielle

Synthèse de l’éthylbenzène :
La synthèse a lieu par alkylation du benzène par l’éthylène :

Cette réaction exothermique (Δ_rH° = – 113,3 kJ/mol à 25°C) nécessite une catalyse par un acide de Lewis. Les procédés les plus anciens utilisent le trichlorure d’aluminium AlCl₃, la réaction ayant lieu en phase liquide, à 180°C, sous une pression de 9 bar. Le taux de conversion est de l’ordre de 40 à 45 %, l’éthylène et le benzène sont recyclés après séparation et les dérivés polyalkylés (diéthylbenzène (15 %)…) subissent une reconversion (par transalkylation avec le benzène).

Des procédés plus récents (Mobil Badger…) utilisent des zéolithes pour catalyser la réaction en phase gazeuse. La réaction a lieu entre 400 et 450°C sous 20 à 30 bar. Le catalyseur doit être régénéré toutes les 6 à 8 semaines, en brûlant le coke formé. Pour cette raison, deux réacteurs fonctionnent en parallèle. Alternativement l’un produit de l’éthylbenzène pendant que dans l’autre le catalyseur est régénéré, cette opération durant 36 h. En 2012, environ 1/3 des unités de production utilisent ce procédé.

Synthèse du styrène :
Près de 80 % de la production de styrène provient de la déshydrogénation de l’éthylbenzène :

Cette réaction endothermique (Δ_rH° = 123,5 kJ/mol à 625°C) est accompagnée de diverses réactions parasites (formation de benzène, toluène, pyrènes, phénylacétylène…). La déshydrogénation étant favorisée par des températures élevées et des faibles pressions, on travaille vers 650°C en présence de vapeur d’eau pour abaisser les pressions partielles. L’éthylbenzène est préchauffé vers 500°C, puis mélangé à de la vapeur d’eau à 700 ou 750°C dans un rapport de 1 pour 1,2 à 2,2. Le mélange obtenu est dirigé sur le premier lit catalytique : la plupart des procédés utilisent des catalyseurs à base d’oxyde de fer III, avec des teneurs de 10 % en K₂O. Après réchauffage, le mélange est dirigé vers un second lit catalytique : on obtient alors 60 à 70 % en masse de styrène que l’on sépare, puis purifie à 99,7 % et auquel on ajoute des inhibiteurs de polymérisation (dérivés nitrés ou nitrosés du phénol) pour le stockage (tertiobutylcatéchol à 10  ppm). Les principales impuretés sont l’éthylbenzène (0,05 %) et le méthylstyrène (0,04 %). La consommation est, par tonne de styrène, de 0,79 t de benzène et 0,29 t d’éthylène.

Le styrène peut aussi être obtenu par coproduction lors de la synthèse de l’oxyde de propylène. Celle-ci est effectuée à partir du propylène et de l’hydroperoxyde de 1-phényléthyle et amène à la formation d’alcool alpha-méthylbenzylique qui, par déshydratation, donne du styrène. L’hydroperoxyde de 1-phényléthyle étant lui même formé, par oxydation de l’éthylbenzène. LyondellBasell, Repsol et Shell produisent ainsi du styrène. En 2013, ce mode de fabrication représente 20,4 % des capacités mondiales de production.

Capacités de production, en 2013, selon les deux modes de fabrication.

en milliers de t/an de capacités de production

	À partir de l’éthylbenzène	À partir de l’oxyde de propylène	Total
Amérique du Nord	4 697	1 270	5 967
Amérique du Sud	540	0	540
Europe	3 355	2 100	5 455
Moyen Orient et Afrique	2 975	0	2 975
Asie du Nord-Est	13 008	2 145	15 153
Asie du Sud-Est	1 400	1 150	2 550
Total	25 975	6 665	32 640

En 2018, les capacités de production mondiales sont de 36,7 millions de t/an dont 9,9 millions de t/an en Chine.

Productions

Éthylbenzène :

La production mondiale est, en 2018, de 32,1 millions de t dont 3,772 millions de t, en 2019, dans l’Union européenne et 1,704 million de t aux Pays Bas.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 482 495 t, en 2018.

en tonnes

Belgique	206 647		Allemagne	30 635
République tchèque	151 668		Pays Bas	9 933
Royaume Uni	117 849		France	9 513
État-Unis	91 416		Japon	8 734

Source : ITC

Les exportations belges sont destinées à 99,8 % aux Pays Bas.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 818 395 t, en 2018.

en tonnes

Pays Bas	399 871		Italie	16 233
Pologne	147 797		Belgique	10 380
France	25 339		Brésil	5 001
Chine	23 788		République tchèque	4 128

Source : ITC

Les importations des Pays Bas proviennent à 59 % de Belgique, 25 % du Royaume Uni, 8 % d’Allemagne.

Les principaux producteurs, en 2017, sont Ineos Styrolution avec 7,1 % de part de marché, Shell avec 6,7 %, Sinopec avec 6,2 %.

Styrène : productions, en 2018. Monde : 31 millions de t, Union européenne, en 2019 : 4,496 millions de t.

en milliers de t

Chine	7 680		Pays Bas	2 152
États-Unis	4 210		Taipei chinois	2 111
Corée du Sud	3 117		Japon	2 008

En 2014, la production de l’Allemagne était de de 709 447 t.

En 2018, les capacités mondiales de production sont de 36,7 millions de t/an. Les capacités de production de l’Amérique du Nord sont de 5,925 millions de t/an, celles de l’Europe de 6,2 millions de t/an, celles de la Chine de 9,9 millions de t/an, celles de la Corée du Sud de 3 millions de t/an, celles de Taipei chinois de 2,030 millions de t/an, celles du Japon de 1,949 million de t/an, celles de Singapour de 1,570 million de t/an.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 9,313 millions de t, en 2018.

en milliers de t

États-Unis	2 444		Japon	619
Pays Bas	1 500		Canada	562
Arabie Saoudite, en 2018	1 073		Taipei chinois	409
Corée du Sud	670		Belgique	385
Singapour	645		Espagne	261

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à 29 % au Mexique, 13 % aux Pays Bas, 12 % à la Corée du Sud.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 9,615 millions de t.

en milliers de t

Chine	3 243		Corée du Sud	489
Inde, en 2018	833		Allemagne	366
Mexique, en 2018	768		France	315
Belgique	740		Turquie	314
États-Unis	561		Taipei chinois	298

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 32 % d’Arabie Saoudite, 15 % du Japon, 12 % de Taipei chinois, 11 % du Koweït.

• Les unités de production de Ineos Styrolution sont situées aux États-Unis, au Texas, à Bayport (Pasadena) avec 779 000 t/an de styrène et 870 000 t/an d’éthylbenzène et Texas City avec 450 000 t/an de styrène, en Belgique, à Anvers avec 500 000 t/an de styrène et au Canada, dans l’Ontario, à Sarnia avec 455 000 t/an de styrène.
• Les capacités de production de LyondellBasell sont situées sur 3 sites dans des joints venture. Avec Mubadala Investment (Abu Dhabi) et BASF à Channelview, au Texas, États-Unis, avec 740 000 t/an en propre, Covestro (ex-Bayer) 50/50 à Maasvlakte, près de Rotterdam, aux Pays-Bas avec 340 000 t/an en propre et avec 27 % d’une joint venture avec ZRCC (Sinopec) à Ningbo, en Chine avec 350 000 t/an en propre. Une nouvelle unité de production, prévue pour 2022, est en construction à Ningbo dans le cadre d’une joint venture 50/50 avec Sinopec avec une capacité de production de 300 000 t/an d’oxyde de propylène et 600 000 t/an de styrène.
  LyondellBasell présente la particularité de coproduire du styrène avec l’oxyde de propylène.
• Total produit du styrène, en France, à Gonfreville (76), avec 680 000 t/an, en Corée du Sud à Daesan, en association 50/50 avec Hanwha avec 503 000 t/an en propre, aux États-Unis, à Carville, en Louisiane, en joint venture 50/50 avec Sabic, avec 595 000 t/an en propre.
• Shell, produit du styrène, à Scotford, dans l’Alberta, au Canada, avec 475 000 t/an, à Singapour avec 1,069 million de t/an, en joint venture 50/50 avec BASF dans Ellba, à Moerdijk, aux Pays Bas avec 815 000 t/an en propre et en joint venture 50/50 avec CNOOC, à Huizhou, province de Guangdong, en Chine avec 650 000 t/an en propre.
• Trinseo (ex-Dow Chemical) produit du styrène en Europe, en Allemagne à Boehlen, avec 300 000 t/an et aux Pays Bas, à Terneuzen, avec 500 000 t/an et aux États-Unis au travers d’une joint-venture 50/50, Americas Styrenics LLC, avec Chevron Phillips Chemicals qui exploite une usine à St James, en Louisiane, d’une capacité totale de 950 000 t/an de styrène.

Situation française

En 2019.

Production : les capacités de Total, à Gonfreville (76) sont de 680 000 t/an de styrène.

Exportations :

• Éthylbenzène : 9 513 t vers les Pays Bas à 99 %.
• Styrène : 245 664 t vers la Belgique à 34 %, la Chine à 24 %, la Turquie à 15 %, les Pays Bas à 8 %.

Importations :

• Éthylbenzène : 25 339 t du Royaume Uni à 88 %, des États-Unis à 12 %.
• Styrène : 314 982 t des Pays Bas à 75 %, de Belgique à 16 %, d’Allemagne à 3 %.

Utilisations

Consommation d’éthylbenzène : 32,1 millions de t, en 2019.

Consommation de styrène : en 2019, dans le monde, elle a été de 31 millions de t. En 2018, la consommation chinoise a été de 10,869 millions de t, en 2018, celle de la Corée du Sud de 2,534 millions de t, celle de Taipei chinois de 1,880 million de t, celle du Japon de 1,481 million de t, celle d’Inde de 885 000 t totalement importées. En 2017, la consommation des États-Unis a été de 3,3 millions de t.

Secteurs d’utilisation de l’éthylbenzène

En 2019, il est utilisé à plus de 98 % pour produire du styrène. Moins de 2 % de la production est utilisée principalement comme solvant de peintures mais aussi dans la production diéthylbenzène, acétophénone, éthylanthraquinone.

Secteurs d’utilisation du styrène

En produits : en 2019, dans le monde.

Polystyrène cristal et choc	34 %		Résines de polyesters insaturés	6 %
Polystyrène expansé	22 %		Copolymères styrène-butadiène	5 %
Résines ABS et SAN	18 %		Caoutchoucs SBR	4 %

Bibliographie