14.5. Технология производства каменноугольных дегтей.

Каменноугольные дегти изготавливают в смолоперегонных цехах коксохимических заводов путем смешивания среднетемпературного каменноугольного пека или препарированной смолы с высококипящими растворителями.

В процессе коксования при температуре 900-1000°С или полукоксования при 500-600°С), т.е. деструктивной переработки каменных (или бурых) углей, торфа, древесины без доступа воздуха, в коксовой камере наряду с коксом образуются такие летучие химические продукты, выход которых из 1 т сухой шихты составляет, %: коксовый газ 14-16; каменноугольная смола 3-4; пирогенетическая влага 1,8-3,0; сырой бензол 0,8-1,2; сероводород 0,5-2,5; аммиак 0,26-0,40.

В коксовой камере угольное сырье, представляющее собой сложную систему ароматических конденсированных органических веществ с боковыми углеводородными цепями, под влиянием высоких температур разлагается. При температурах до 300°С оно теряет воду и, частично разлагаясь, выделяет углеводородные газы и СО₂. В пределах 300-600°С происходит интенсивное отщепление боковых цепей углеводородов, в результате чего образуется первичная (низкотемпературная) каменноугольная смола и полукокс. При температуре выше 600°С происходит разложение полукокса с выделением летучих веществ и образованием кокса.

В условиях высоких температур и контактно-каталитического действия раскаленных стенок печи и кокса летучие вещества и пары первичной смолы, подвергаясь вторичному термическому разложению и синтезу, образуют высокотемпературную каменноугольную смолу.

Каменноугольная смола представляет собой черную, маслянистую, вязкую жидкость, обладающую запахом нафталина, и характеризуется следующими показателями: плотность при 20°С - 1150-1190 кг/м³; содержание воды 3-4%; содержание веществ, нерастворимых в толуоле, в пересчете на безводную смолу 6-8%; зольность 0,1-0,3%; содержание нафталина 7-11%; содержание фенолов 1,1-2,1%; вязкость =5-30 с; фракционный состав % по массе перегоняется до температуры 180°С-0,3; до 230°С - 13-15; до 270°С - 20-24; до 360°С 30-35; пек+потери 63-63.

Каменноугольная смола делится на фракции, главным образом, методом ректификации в трубчатых установках непрерывного действия по принципу однократного испарения. Смолу нагревают в трубчатой печи до температуры 380-400°С. При этом пары образовавшегося дистиллята из испарителя поступают в ректификационную колонну, где конденсируются в зависимости от температуры их кипения с получением узких фракций. В нижней части колонны конденсируются высококипящие фракции (I - II антраценовые, затем поглотительная, нафталиновая и фенольная), которые в жидком виде боковым отбором выводятся из колонны. Из верхней части колонны в парообразном состоянии выводится легкая фракция.

Остаточным продуктом перегонки смолы является каменноугольный пек - продукт черного цвета, хрупкий и со сложенной гетерогенной системой высококонденсированных карбо- и гетероциклических соединений и продуктов их уплотнения, различающихся ароматичностью и образующихся не только в процессе получения каменноугольной смолы при коксовании углей, но и при ее переработке в результате термической поликонденсации. В зависимости от температуры размягчения, пеки делят на мягкие, средние и твердые. Мягкие пеки имеют температуру размягчения 40-55°С и плотность 1286 кг/м³, средние 65-90°С (1290 кг/м³), твердые 135-150°С (1320 кг/м³).

В смолоперегонных цехах, где каменноугольная смола при однократном испарении разделяется на пек и смесь фракций, дорожные дегти получают, в основном, по вышеуказанной схеме.

Установка, производящая дегти состоит из двух напорных баков, предназначенных для пека и готового продукта, а также смесителя, оборудованного змеевиками, насоса и емкости для хранения дорожного дегтя. Процесс получения дегтя заключается в смешении растворителя с пеком при температуре, обеспечивающей полную гомогенность системы (130-150°С). В смеситель насосом закачивают заданное количество растворителя, имеющего температуру 60-80°С и влажность не свыше 1%. Затем подаются пар и пек (180-200°С). Компоненты перемешиваются в течение 3-7 часов.

При получении дорожного дегтя из препарированной смолы ее перерабатывают в кубах периодического действия по принципу постепенного испарения. После отгонки из каменноугольной смолы легкой, фенольной и нафталиновой фракций, образуется препарированная смола, представляющая собой естественную смесь антраценовой фракции с пеком (остаток в кубе). Для получения дорожных дегтей различной вязкости остаток в кубе смешивают с высококипящими растворителями каменноугольного происхождения.

Окисленные дегти получают продувкой воздухом компрессорным и бескомпрессорным (в реакторах) способами в горизонтальных и вертикальных кубах. Термоокисление каменноугольных вяжущих начинается при температуре на 5-7°С ниже температуры вспышки вяжущих. Такая температура способствует вовлечению в процесс термоокисления углеводородов с малой молекулярной массой. Максимальная температура термоокисления каменноугольных дегтей 170°С. Скорость подъема температуры в окислительной установке составляет 10°С/ч. В момент интенсивного подъема температуры подвод теплоты в установку прекращается. Оптимальный расход воздуха 1 м³/ч.