Каменноугoльная смола (кам.-уг. деготь), вязкая черная жидкость с характерным фенольным запахом; продукт коксования каменных углей (выход 3,5% от массы угольной шихты). Термодинамически неустойчивая дисперсная системаолигомеров. индивидуальных веществ, их ассоциатов и мол. кристаллов. Плотн. 1,17-1,20 г/см3, низшая теплота сгорания 35,6-39,0 МДж/кг, т. самовоспл. 580-630 °С; ПДК в воздухе рабочей зоны 15-10-4 мг/м3.
В состав каменноугoльной смолы входит ок. 10 тыс. соединений, из которых выделено и идентифицировано более 480 (до 50% от общей массы). Одну треть массы каменноугoльной смолы составляют след. соединения (содержание в % по массе):
На долю др. группы компонентов приходится примерно 5% от массы каменноугoльной смолы (в %):
Выход и состав каменноугoльной смолы зависят от состава угольной шихты и условий ее коксования. С углублением степени пиролиза первичных продуктов коксования возрастают плотность каменноугoльной 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 др. углеводородов.
Каменноугoльная 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 т.д. В каменноугoльной смоле имеются также нерастворимые в ней углеродистые вещества - фусы, представляющие собой осн. часть зольного остатка. Перед переработкой каменноугoльной смолы из нее необходимо удалить воду и растворенные соли, вызывающие коррозию оборудования, а также фусы, повышающие зольность пека и загрязняющие аппаратуру. Это достигается отстаиванием каменноугoльная смола в спец. хранилищах или центрифугированием.
Переработка каменноугoльной смолы состоит в разделении ее на фракции ректификацией с послед. кристаллизацией. экстракцией и повторной ректификацией полученных фракций. Процесс осуществляют на установках непрерывного действия с подогревом каменноугoльной смолы до 380-400 °С в трубчатых печах высокой производительности (100-200 тыс. т/год) и разделением на фракции в мощных ректификац. колоннах. В промышленности применяют след. осн. системы переработки каменноугoльной смолы: одноколонные (рис. 1) и двухколонные атмосферные с однократным испарением сырья; многоколонные атмосферно-вакуумные с многократным подводом теплоты в ниж. часть колонн от т. наз. донных продуктов, циркулирующих через трубчатые печи (рис. 2). В совр. отечеств. установках, снабженных одно- или двухколонными системами, достигается сосредоточение в нафталиновой фракции 80-82% нафталина от наличия его в каменноугoльной смоле
Рис. 1. Одноколонная атмосферная ректификация каменноугольной смолы. 1, 2 - сборники соотв. сырой и обезвоженной смол; 3, 5 -испарители соотв. первой и второй ступеней; 4 - трубчатая печь; 6 -теплообменник; 7, 10 - соотв. фракционная и отпарная колонны; 8 -холодильники; 9 - сепаратор.
Рис. 2. Многоколонная атмосферно-вакуумная ректификация каменноугольной смолы. 1 - трубчатые печи; 2, 5 - соотв. колонна для обезвоживания смол и ее хранилище; 3 - холодильник; 4 - сепаратор; 6, 8, 9, 11, 12 - колонны соотв. для фенольной, нафталиновой, метилнафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций; 7 - конденсатор; 10 - конденсатор-парогенератор.
В коксохим. произ-вах часто используют также иные системы ректификации каменноугoльной смолы, например: двухколонные с двукратным испарением сырья и разделением одной части отгона под атм. давлением и др. 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 дополнит. кол-ва 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 каменноугoльной смолы индивидуальных веществ наиб. интерес представляет нафталин. Поэтому при ректификации каменноугoльной смолы необходимо обеспечить возможно более полное его выделение при одновременном получении остальных продуктов высокого качества, особенно электродного пека и поглотительного масла (см. ниже). Примерный выход и состав фракций, полученных при ректификации каменноугoльной смолы на двухколонном атм. агрегате одного из коксохим. заводов СССР, приведены в таблице.
Фракции, выделенные при ректификации каменноугoльная смола, 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 др. После экстракции фенолов и оснований нейтральную часть фенольной фракции ректифицируют, выделяя фенольное масло, или тяжелый сольвент (см. Каменноугольные масла), и некоторую часть нафталиновой фракции. Последнюю объединяют с осн. 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 послед. горячим прессованием, очисткой и повторной ректификацией. Выход кристаллич. прессованного нафталина 5-8% от массы каменноугoльной смолы.
Поглотительная фракция содержит преим. нафталин и его гомологи, аценафтен, флуорен, дибензофуран, индол, дифенил, хинолин и его производные, фенолы, сернистые и непредельные соед., 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 др. многоядерных углеводородов. кристаллизуют с выделением смеси антраценового масла и сырого антрацена, который используют для получения антрацена, фенантрена и карбазола, а также техн. углерода (сажи), дубителей и красителей. Антраценовое масло применяют для приготовления др. кам.-уг. масел и выделения из него индивидуальных веществ.
Примерный ассортимент осн. продуктов переработки каменноугoльная смола на атм. трубчатых установках непрерывного действия (в % по массе):
Каменноугoльная смола - важный источник сырья для хим. промышленности и др. отраслей народного хозяйства (цветной металлургии, с. х-ва, железнодорожного транспорта, дорожного стр-ва). На базе использования продуктов переработки каменноугoльная смола и сырого бензола в конце прошлого века возникла одна из ведущих отраслей промышленности - основной органический синтез. Каменноугoльная смола и сейчас сохраняет свое значение как сырье для произ-ва нафталина, крезолов и антрацена, пека и пекового кокса, масел для пропитки древесины, получения техн. углерода, пестицидов и т. п. Более 50 индивидуальных веществ каменноугoльной смолы (ароматич. углеводороды, гетероциклич. соединения и др.) используют для тонкого органического синтеза.
Мировое производство каменноугoльной смолы более 17 млн. т/год (1986); по ее выработке СССР занимает первое место в мире. Для совр. условий переработки каменноугoльной смолы характерны централизация произ-ва, расширение ассортимента продуктов и увеличение единичной мощности технол. установок. См. также Коксохимия.
