Список тематических статей

Каменноугольная смола (каменноугольный деготь)

Вязкая черная жидкость с характерным фенольным запахом; продукт коксования каменных углей (выход 3,5% от массы угольной шихты). Термодинамически неустойчивая дисперсная система олигомеров, индивидуальных веществ, их ассоциатов и молекулярных кристаллов. Плотность 1,17-1,20 г/см³, низшая теплота сгорания 35,6-39,0 МДж/кг, температура самовоспламенения 580-630°С; ПДК в воздухе рабочей зоны 15-10-4 мг/м³. В состав каменноугольной смолы входит около 10 тысяч соединений, из которых выделено и идентифицировано более 480 (до 50% от общей массы).

Выход и состав каменноугольной смолы зависят от состава угольной шихты и условий ее коксования. С углублением степени пиролиза первичных продуктов коксования возрастают плотность каменноугольной смолы, содержание в ней нафталина, нерастворимых в толуоле и хинолине веществ, увеличивается выход пека каменноугольного. Наряду с этим снижаются выходы фенолов, низкокипящих масел, метилнафталинов и других углеводородов. Каменноугольная смола содержит эмульгированную воду, которая конденсируется вместе с ней из коксового газа. В воде растворены соли аммония (NH₄Cl, NH₄SCN, (NH₄)₂S, (NH₄)₂SO₄), CO₂, H₂S и так далее.

В каменноугольной смоле имеются также нерастворимые в ней углеродистые вещества – фусы, представляющие собой основную часть зольного остатка. Перед переработкой каменноугольной смолы из нее необходимо удалить воду и растворенные соли, вызывающие коррозию оборудования, а также фусы, повышающие зольность пека и загрязняющие аппаратуру. Это достигается отстаиванием каменноугольной смолы в спецыальных хранилищах или центрифугированием.

Переработка каменноугольной смолы состоит в разделении ее на фракции ректификацией с последующей кристаллизацией, экстракцией и повторной ректификацией полученных фракций. Процесс осуществляют на установках непрерывного действия с подогревом каменноугольной смолы до 380-400°С в трубчатых печах высокой производительности (100-200 тысяч т/год) и разделением на фракции в мощных ректификационных колоннах.

В промышленности применяют следующие основные системы переработки каменноугольной смолы:

1) одноколонные и двухколонные атмосферные с однократным испарением сырья;

2) многоколонные атмосферно-вакуумные с многократным подводом теплоты в нижнюю часть колонн от так называемых донных продуктов, циркулирующих через трубчатые печи.

В современных отечественных установках, снабженных одно- или двухколонными системами, достигается сосредоточение в нафталиновой фракции 80-82% нафталина от наличия его в каменноугольной смоле.

В коксохимических производствах часто используют также иные системы ректификации каменноугольной смолы, например: двухколонные с двукратным испарением сырья и разделением одной части отгона под атмосферным давлением и другие части под вакуумом; двухколонные с выносными отпарными, или стриппинговыми, колоннами для поглотительной фракции и с использованием теплоты отходящих фракций для нагрева сырья; двухколонные с двукратным испарением сырья путем ввода дополнительные количества теплоты при рециркуляции донных продуктов.

Перспективны одноколонные вакуумные системы с отпарными колоннами для отбора фракций, одноколонные системы с применением в качестве теплоносителя пека и системы с двустадийной обработкой при высоких температуре и давлении (выход пека до 75%). Из всех содержащихся в каменноугольной смоле индивидуальных веществ наибольший интерес представляет нафталин. Поэтому при ректификации каменноугольной смолы необходимо обеспечить возможно более полное его выделение при одновременном получении остальных продуктов высокого качества, особенно электродного пека и поглотительного масла. 

Фракции, выделенные при ректификации каменноугольной смолы, за исключением пека, являющегося товарным продуктом, подвергают дальнейшей переработке.

Легкая фракция (легкое масло) по составу подобна сырому бензолу, поэтому их перерабатывают совместно.

Фенольная фракция содержит главным образом фенолы, нафталин, гомологи бензола, а также пиридиновые и хинолиновые основания и другие. После экстракции фенолов и оснований нейтральную часть фенольной фракции ректифицируют, выделяя фенольное масло, или тяжелый сольвент, и некоторую часть нафталиновой фракции. Последнюю объединяют с основной нафталиновой фракцией (кроме нафталина содержит метилнафталины, тионафтен, индол, крезолы, ксиленолы, основания), промывают растворами кислот и щелочей для удаления фенолов и оснований и направляют на производство нафталина. Для его выделения очищенную фракцию подвергают кристаллизации при охлаждении с последующим горячим прессованием, очисткой и повторной ректификацией. Выход кристаллического прессованного нафталина 5-8% от массы каменноугольной смолы.

Поглотительная фракция содержит преимущественно нафталин и его гомологи, аценафтен, флуорен, дибензофуран, индол, дифенил, хинолин и его производные, фенолы, сернистые и непредельные соединения, а также до 20% неидентифицированных углеводородов. Для извлечения фенолов и хинолиновых оснований эту фракцию обрабатывают растворами щелочей и кислот и применяют затем в виде поглотительного масла с целью улавливания бензола из коксового газа.

Антраценовые фракции,

состоящие в основном из фенантрена, антрацена, карбазола, пирена и других многоядерных углеводородов, кристаллизуют с выделением смеси антраценового масла и сырого антрацена, который используют для получения антрацена, фенантрена и карбазола, а также технического углерода (сажи), дубителей и красителей. Антраценовое масло применяют для приготовления других каменноугольных масел и выделения из него индивидуальных веществ.

Каменноугольная смола – важный источник сырья для химической промышленности и других отраслей производства (цветной металлургии, сельского хозяйствава, железнодорожного транспорта, дорожного строительствава). На базе использования продуктов переработки каменноугольной смолы и сырого бензола в конце IXX века возникла одна из ведущих отраслей промышленности – основной органический синтез.

Каменноугольная смола и сейчас сохраняет свое значение как сырье для производства нафталина, крезолов и антрацена, пека и пекового кокса, масел для пропитки древесины, получения технического углерода, пестицидов и тому подобных. Более 50 индивидуальных веществ каменноугольной смолы (ароматические углеводороды, гетероциклические соединения и другие) используют для тонкого органического синтеза.

Для современных условий переработки каменноугольной смолы характерны централизация производства, расширение ассортимента продуктов и увеличение единичной мощности технологических установок.

Гладкова Наталья