Источник:http://64.1911encyclopedia.org/C/CO/COAL_TAR.htm
Перевод выполнил ст. гр. ХТ-01 Скопин К. Ю.
Каменноугольная смола – черная, вязкая, иногда полу-твердая жидкость специфического запаха, которая конденсируется с водяными парами из летучих паров деструкции угля при охлаждении. Она также называется гудроном, т.к. раньше полностью и иногда сейчас получается как побочный продукт в производстве коксового газа. Но смола, полученная в современных коксовых печах, хоть и не полностью идентична газовой смоле, но после переработки последней практически не отличается от каменноугольной смолы. Некоторые показатели газовой смолы в самом деле во многом отличаются от каменноугольной смолы, т.е. той, которая получается при смешивании битумных сланцев или других материалов, значительно отличающихся по своей природе от угля с последним с целью получения более калорийного газа.
В общем можно сказать, что для смолоперерабатывающих предприятий тем каменноугольная смола ценнее, чем меньше материалов не угольной природы было использовано для получения коксового газа. Эти материалы: сланцы, битуминозный лигнит и т.д. насыщают смолу в большей или меньшей степени природными углеводородами, что затрудняет или делает невозможным выделение бензольных углеводородов.
В процессе получения газа температура должна быть не низкой и не высокой с целью получения смолы хорошего качества. С недавнего времени большинство газовых реторт оснащены обогревательными пакетами, в качестве топлива в которых используется коксовый газ. Использование пакетов позволяет достичь более высокой температуры, чем при прямом нагревании и делает процесс производства газа более экономически выгодным, а также позволяет управлять качеством смолы в зависимости от потребностей смолоперерабатывающих цехов, в частности изменить выход бензольных углеводородов.
Необходимо отличать газовую смолу от смолы, полученной как побочный продукт доменного производства, сырьем для которого является кусковой уголь. Эта смола содержит мало ароматических углеводородов, а фенолы имеют совершенно иную структуры, чем те, что получаются при переработке газовой смолы. Это же относится к нефтяной смоле и сходным ей субстанция. Эти смолы перерабатываются не так, как газовая смола.
Обычно выход смолы при производстве коксового газа составляет 4-5% веса шихты. В основном смола образуется при прохождении газа через смолоотделительную аппаратуру, где он подвергается ударам о твердую поверхность или при проведении процесса конденсации при возможно низкой температуре, но в этом случае необходимо создать особые условия проведения процесса карбонизации, поэтому этот способ не имеет практического применения.
Все каменноугольные смолы обладают особой плотностью немного больше, чем у воды, порядка 1 – 1.2, в исключительных случаях 1.25. Тяжелые смолы содержат меньше бензолов, чем легкие, и больше связанного углерода, который остается после выделения бензола и считается нежелательным компонентом. Все смолы содержат некоторую долю воды (газового конденсата) в пределах 4%. Это негативно влияет на процесс дистилляции, т.к. приводит к вспениванию и поэтому влага предварительно удаляется при длительном осаждении в условиях немного повышенной температуры, что делает жидкость более подвижной. Вода при этом всплывает и удаляется в специальных сепараторах.
Смола является смесью чрезвычайно сложного состава. Наибольшая доля приходится на ароматические углеводороды очень разного строения и степени летучести, начиная от простейшего и наиболее летучего бензола, и заканчивая полностью неопределимой массой не летучих, которые содержатся в кубовом остатке дистилляционной колонны. Углеводороды в основном принадлежат ряду бензола, нафталина, антрацена и фенантрена. Всегда имеется небольшое количество алифатических углеводородов даже в очищенных смолах. Их большее количество содержится в смолах, полученных из шихты с примесью сланцев или схожих материалов при переработке их в газовой реторте. В основном они представлены парафинами и олефинами. Асфальтены или растворимая часть остатка также является смесью углеводородов и даже углерода, полученными после обработки остатка всевозможными сольвентам. Этот углерод не является чистым и содержит определенную долю водорода, но все же меньшую, чем у любого из летучих или растворимых компонентов смолы.
Кроме углеводородов, каменноугольная смола содержит около 2% простейших фенолов, наиболее ценным и известным из которых является карбоновая кислота, а также кумарон. Фенолы, особенно карболовая кислота – один из наиболее ценных компонентов каменноугольной смолы. Многочисленные серосодержащие соединения входят в состав смолы, часть которых придает смоле неприятный запах. Эти соединения не находят применения и не являются ценными.
Кроме того, многочисленные азотсодержащие соединения входят в состав каменноугольной смолы. Большая их часть не сложного строения и являются представителями ряда пиридина и хинолина. Среди этих соединений в некоторых количествах присутствует определенная часть анилинов, которые никогда не выделяются из смолы, т.к. их извлечение в чистом виде не представляется возможным. Из каменноугольной смолы в основном выделяют пиридины только в виде смеси всех представителей ряда, которые можно использовать для получения денатурированного спирта. Часть нитросоединений обладает определенными антисептическими свойствами, но в целом они считаются вредными примесями нефтяной смолы.
Применение каменноугольной смолы в сыромвиде. Большое количество каменноугольной смолы используется для различных целей без предварительной дистилляции. Целесообразно предварительно осушить смолу на сколько это возможно независимо от способа ее использования. В некоторых случаях смолу предварительно кипятят для выделения наиболее летучих компонентов.
В случае использования смолы в качестве топлива предварительная подготовка не требуется. Теплотворная способность смолы аналогична углям, но ее очень трудно сжечь без образования большого количества вредных газов. Этот недостаток был преодолен путем использования тех-же способов, которые применяются для сжигания тяжелого нефтяного остатка (мазута), т.е. распыливанием ее сжатым воздухом.
Запатентовано несколько технологий получения светильного газа из смолы, наиболее значимым из них является процесс Динсмора. К сожаления этот процесс был раскритикован производителями газа и дальнейшее его развитие не предусматривается.
Зачастую каменноугольная смола используется для покраски древесины, железа, кирпичной кладки для защиты их от коррозионного воздействия. Этот вид покраски, как наиболее дешевый, используется на коксохимических предприятиях. Нельзя использовать такую смолу для пропитки древесины и канатов корабля. Для этого используется только древесная смола.
Одним из наиболее распространенных применений для сырой смолы является производство различного рода покрытий. Наибольшее распространение получил этот способ в Германии и США, где большая часть газовой смолы используется для этой цели. Для этого производства необходима специальная ткань из чистого шерстяного волокна в рулонах по 3 фута шириной. Предварительно необходимо отделить воду от смолы и желательно наиболее летучие погоны путем нагревания в дистилляторе. Смола нагревается в металлической емкости до температуры 90-100° С. Ткань протягивается через смолу на роликах, которые в тоже время отжимают избыток смолы, затем на покрытую смолой ткань наносят с двух сторон слой песка, а после этого ткань наматывается на деревянные ролики. В таком виде продукт поступает в продажу и используется как дешевое покрытие, как само по себе, так и в виде грунтовки для черепицы или шифера. В первом случае перекрытие необходимо перекрашивать и поле каждой покраски наносить слой песка или мелкого гравия.
Каменноугольная смола также используется для производства сажи. Это осуществляется путем сжигания смолы в печах, соединенных с кирпичными камерами в которых отлагается сажа в больших количествах до того как газы выйдут через дымовую трубу. Большая часть сажи используется без дальнейшей переработки для производства электрического углерода, печатных чернил, обувных кремов, обработка кожи и т.д. Сажа лучшего качества, не содержащая жирных компонентов получается при прокаливании сажи в смеси с кальцием.
Дистилляция каменноугольной смолы. Более важным, чем любое из применений сырой смолы является промышленное разделение смолы на более чистые компоненты фракционной перегонкой, после которой обычно следует процесс рафинации. На сегодняшний день как производство угольного газа, так и дистилляция смолы наиболее развиты в стране, где и получили свое начало – в Великобритании. Первые разработки в этом направлении были сделаны в 1822 г. Ф.К. Акумом и в 1822 г. докторами Лонгстафом и Далсоном. До конца не известно, кто первый определил, что в легких погонах каменноугольной смолы содержится бензол. Впервые он был выделен из газа Фарадеем не ранее 1925 г. О присутствии бензола в каменноугольной смоле стало известно после независимого открытия А.В. Хофмана, опубликованного в 1945 г. И, несомненно, в Лондонской лаборатории Хофман разработал метод фракционной дистилляции и выделил отдельные углеводороды. Этот метод лег в основу промышленного применения. Его патент №11960 осуществил переворот в промышленной переработке каменноугольной смолы. Использование легкой фракции каменноугольной смолы, как и в настоящее время, началось после того, как сер Перкин в 1956 г. открыл первые анилиновые красители, для производства которых требовался бензол и его гомологи. Вскоре после этого начали выделять карболовую кислоту из более тяжелых фракций. Что касается нафталина, а также углеводородов, то их потребление было гораздо меньше, чем могло бы быть получено из каменноугольной смолы, до тех пор, пока производство синтетического индиго не открыло широкое пространство для его использования. Последнее из великих открытий в этом направлении было производство ализарина из антрацена, сделанное Грабом и Либерманом в 1968 г.
В настоящее время степень развития отрасли дистилляции каменноугольной смолы можно грубо оценить по объемам производства каменноугольной смолы в разных странах. Считается, что на первом месте Великобритания, которая производит около 700000 тонн смолы в год, большая часть которой подвергается дистилляции, в то время, как Германия и США производят гораздо меньше смолы и основная ее часть используется для производства кровельных покрытий и в других целях.