Образование смолы при коксовании. Состав и свойства смолы

ПЕРЕРАБОТКА КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ

Каменноугольнная смола - черная, маслянистая, вязкая жидкость, обладающая запахом нафталина. Плотность смолы в пределах 1120— 1220 кг/м³. Образуется смола в основном при пирогенетическом раз­ложении первичной смолы в процессе коксования. Это сложная смесь органических соединений. Главными компонентами смолы являются углеводороды ароматического ряда и гетероциклические, серу-, кислород- и азотсодержащие соеди­нения. По химическим свойствам все соединения смолы делят на три группы: нейтральные, кислые и основные.

Нейтральные соединения в смоле представлены в основном производными одноядерных углеводородов, двухядерными и мно­гоядерными углеводородами и их производными. Главными пред­ставителями являются нафталин С₁₀Н₈, антрацен С₁₄Н₁₀, хризен C₁₈H₁₂. Спутниками ароматических углеводородов являются многоядерные гетероциклические соединения — индол, карбазол, бензокарбазол и др.

Из непредельных соединений в смоле содержатся стирол, инден, кумарол и их производные.

Серуосодержащие соединения в смоле представлены тиофеном C₄H₄S, тионафтеном C₈H₆S (с температурой кипения 219,5 °С) и их метилированными производными и др. Их основная масса находится в поглотительной, нафталиновой и антраценовой фракциях и является вредной примесью. Выделить сернистые соединения из смолы при ее разгонке нельзя из-за близости температур кипения углеводородов и серосодержащих соединений, поэтому выделяют их химической очисткой или другими методами. Наиболее трудноудаляемым соединением является тионафтен.

Общее содержание нейтральных соединений в смоле дости­гает 42—43 %. Наиболее ценными из них являются нафталин и антрацен, которые выделяются из смолы в виде фракций — наф­талиновой и антраценовых.

Кислая часть смолы представлена соединениями, содержащими кислород в боковой цепи: фенол С₈Н₅ОН, крезолы С₆Н₄СН₃ОН, ксиленолы С₆Н₃(СН₃)₂ОН и многоядерные фенолы, общее содер­жание которых достигает 1,2—2,0 %. Наибольшую ценность представляют фенол и о-, п-, м-крезолы. Основная часть этих соединений выделяется из смолы в виде фенольной фракции, остальная часть распределяется по другим фракциям. Фенолы из фракций выделяются обработкой их раствором щелочи с получе­нием фенолятов.

Основными свойствами обладают азотсодержащие соединения смолы — пиридин (C₅H₆N), хинолин (С₅Н₇N) и их производные, а также высококипящие основания. Общее содержание оснований в смоле достигает 0,8—1,2 %. При фракционировании смолы они распределяются по фракциям в зависимости от температуры ки­пения.

Выделение оснований из фракций и масел осуществляется при обработке их серной кислотой.

Качество смолы характеризуется плотностью, выходом фрак­ций, содержанием фенолов, нафталина, а также содержанием ве­ществ, нерастворимых в толуоле, влажностью.

Повышение плотности смолы свидетельствует о повышении содержания в смоле веществ нерастворимых в толуоле и ксилоле, тем меньше выход масел и фенолов при ее переработке. Молекулярная масса смолы, характеризующая только часть, растворимую в толуоле, находится в пределах 210—235.

Переработка каменноугольной смолы включает следующие стадии: подготовка смолы к переработке; окончательное обез­воживание; ректификация (или дистилляция) с получением фрак­ций; переработка фракций; химическая очистка фракций и масел от фенолов и пиридиновых оснований; обработка среднетемпературного пека; получение высокотемпературного пека и его коксо­вание; получение очищенного нафталина, антрацена и др. продуктов.