Каменный уголь

Если нефть и природный газ являются основными сырьевыми источниками для промышленности основного органического синтеза, то для промышленности тонкого органического синтеза основным сырьевым источником является углехимическое сырье, хотя в последнее время (начиная с 60-х годов XX-го века) его заменяют продукты нефтепереработки.

Существуют три основных способа переработки каменного угля: сухая перегонка, газификация и гидрогенизация.

С точки зрения получения продуктов для промышленности органического синтеза наиболее важной является сухая перегонка. Сухая перегонка используется для получения кокса, необходимого для металлургической промышленности. Процесс высокотемпературного коксования ведут при температуре выше 800^оС. В результате процесса коксования в коксовых камерах остается кокс, а в выделяющихся летучих продуктах (" коксовый газ ") содержатся пары каменноугольной смолы (80-130 г/м³), низкокипящих ароматических углеводородов, так называемый " сырой бензол ", (30-40 г/м³), воды, а также газы: сероводород, аммиак и другие. Из одной тонны сухой шихты (угля) образуется 340-350 м³ коксового газа.

При охлаждении коксового газа выделяется каменноугольная смола, а затем в скрубберах улавливаются (абсорбируются) низкокипящие ароматические продукты, которые называются "сырым бензолом". " Сырой бензол " имеет температуру кипения до 180^оС и содержит бензол (65-75%), толуол (12-15%), ксилолы (3.8-4.5%), этилбензол, триметилбензолы и ряд других ароматических и серусодержащих (тиофен) соединений. Ароматические соединения отделяют от серусодержащих продуктов и разделяют ректификацией, выделяя бензол, толуол, ксилолы и "сольвент-нафту" (смесь алкилбензолов).

Каменноугольная смола представляет собой сложную смесь органических соединений (около 10 тысяч), в основном ароматического характера. Идентифицировано около 480 соединений, что составляет 55% от общей массы смолы.

Каменноугольную смолу подвергают ректификации таким образом, чтобы получить фракции с максимальным содержанием выделяемых целевых продуктов. Обычно собирают следующие фракции.

Легкая фракция (0.6%), т. кип. 80-160^оС.

Ее состав примерно такой же, как и состав "сырого бензола". Поэтому легкую фракцию перерабатывают совместно с "сырым бензолом".

Фенольная фракция (2.5%), т.кип. 165-210^оС.

Содержит 18% нафталина, 38% фенолов, 6% пиридиновых оснований, более 30% гомологов бензола.

Разделение этих соединений основано на их физико-химических и химических свойствах. Фенолы обладают кислыми свойствами; пиридин и его гомологи - основными; соответственно первые дают соли со щелочами, а вторые - с кислотами.

 

отделяют в виде очищают

раствора ректификацией

 

отделяют в виде отделяют и

раствора ректифицируют

Из фенольной фракции выделяют фенол (12-17%), орто-крезол (8-13%), смесь мета- и пара-крезолов (16-22%), ксиленолы (16-19%) и высшие фенолы (35-40%).

фенол о-, м-, п-крезолы ксиленолы

 

Нафталиновая фракция (10%), т.кип. 210-230^оС.

Содержит 80-85% нафталина, 6% фенолов и ~4% пиридиновых оснований. Из нее выделяют чистый нафталин.

Поглотительная фракция (9.5%), т.кип. 230-290^оС.

Из нее выделяют нафталин, 1- и 2-метилнафталины, индол, аценафтен, дибензофуран, флуорен, хинолин.

нафталин индол аценафтен

 

дибензофуран флуорен хинолин

Антраценовая фракция (25.4%), т.кип. 290-410^оС.

Из нее выделяют фенантрен, антрацен, карбазол, пирен.

фенантрен антрацен

карбазол пирен

Пек (52%)

Это остаток после отделения вышеуказанных фракций.

Несомненно, что каменноугольная смола является одним из богатейших источников ароматических и гетероциклических углеводородов. Однако сложность ее переработки приводит к значительному удорожанию продуктов. С этой точки зрения нефтепереработка позволяет получать ароматические углеводороды, в частности бензол и его гомологи, с меньшими затратами. Это приводит к сокращению количества ароматических углеводородов, получаемых в результате углепереработки. Вместе с тем, для стран Европы, где запасы нефти ограничены, каменноугольная промышленность до сих пор остается эффективной отраслью с точки зрения получения ароматических соединений. Для Северной Америки, наоборот, доля продуктов, получаемых из каменноугольной смолы, постоянно снижается.

Газификация угля приводит в зависимости от условий проведения к получению смеси оксида углерода (II) и водорода, или оксида углерода (IV) и водорода. С точки зрения получения продуктов органического синтеза эти процессы не имеют большого значения.

Гидрогенизация угля представляет процесс превращения угля в нефть при гидрировании смеси угля и нефти на катализаторе. Фактически - это получения синтетического топлива (бензина). Данный процесс очень важен, однако для промышленности органического синтеза он также не имеет большого значения.