Курсовая работа по дисциплине: «Физика и химия горючих ископаемых» На тему: «Переработка каменноугольной смолы, полученной при коксовании»

4.2 Фенольная фракция

В табл. 4 представлен состав фенольных фракций различных коксохимических предприятий. Различие в составе фенольных фракций связано с особенностями технологических схем, режимов фракционирования смолы, а также качеством последней. Фенольная фракция используется как сырье для получения фенола, азотистых оснований и нафталина. Обесфеноленная фенольная фракция называется фенольным маслом. Она находит применение при приготовлении технических масел различного назначения. Примерный состав обесфеноленного масла следующий, %:

бензольные углеводороды - 10,4 - 25,0;
индан - 8 - 24;
инден - 20 - 27;
бензонитрил - 5,4 - 10,4;
нафталин - 18 - 53;
тионафтен - 0,7 - 1,7;
фенолы - 0,4 - 0,6 [4].

Таблица 4 - Состав легкой и фенольной фракций разных заводов

Компонент	Содержание компонента, в легкой фракции, %		Содержание компонента, в фенольной фракции, %
	КХП №1	КХП №2	КХП №1	КХП №2
1. Бензольные углеводороды и легкие пиридиновые основания 2. Индан 3. Инден 4. Бензонитрил 5. Нафталин 6. Тионафтен 7. Фенолы	72,5 9,3 5,1 0,4 2,8 0,2 9,7	42,8 10,0 9,5 2,5 22,7 1,0 11,2	12,3 4,3 18,6 5,7 16,5 1,2 35,9	11,7 11,0 13,7 4,8 30,6 1,5 25,9

4.3 Нафталиновая фракция

Нафталин - один из важнейших продуктов переработки каменноугольной смолы. Он является ценным сырьем для химической промышленности. Потребность народного хозяйства в нем обеспечивается только за счет коксохимического нафталина. Поэтому максимальное извлечение нафталина из каменноугольной смолы и рациональное его использование являются исключительно актуальной задачей.

Основным исходным сырьем для получения нафталина является нафталиновая фракция, полученная при фракционировании смолы и содержащая до 80-85% нафталина, т.е. 92-93% его ресурсов в смоле.
В процессе ректификации смолы в нафталиновую фракцию переходят вещества, выкипающие в пределах 210-230°С, т.е. при температуре кипения нафталиновой фракции [6]. Поэтому нафталиновая фракция представляет собой сложную смесь соединений ароматического ряда, кислого, основного и нейтрального характера. Наиболее ценным компонентом является нафталин (С10Н8). Нафталин кристаллизуется в виде белых тонких лепестков (звездочек), хорошо сублимируется, сгорает светящимся пламенем с образованием большого количества копоти. Нафталин растворяется во многих растворителях и сам является хорошим растворителем.
В нафталиновой фракции содержатся, %: метилнафталинов до 6, тионафтена до 3,8, фенолов до 2,3, оснований около 1,9, непредельных соединений до 0,4, индола 0,3 и др.
Основными примесями, затрудняющими получение технического и чистого нафталина, являются: из серусодержащих примесей тионафтен, из непредельных соединений кумарон, инден и др., фенолы, основания и насыщенные соединения.
Способы выделения нафталина из фракции определяются требованиями потребителей к качеству продукта и экономичности процесса.
На коксохимических заводах применяют два способа переработки нафталиновой фракции: кристаллизации фракции с последующим механическим разделением твердой и жидкой фаз прессованием с получением технического прессованного нафталина и получение дистиллированного нафталина с использованием химической очистки нафталиновой фракции и последующей ее ректификации.
Содержание примесей в техническом или дистиллированном нафталине обусловливается свойствами и поведением примесей в процессе кристаллизации фракции, химической очистке и ректификации очищенной фракции при получении дистиллированного нафталина.
При переработке нафталиновой фракции кристаллизацией и прессованием такие примеси как тионафтен, инден, индол, хинолин, изохинолин и др. образуют с нафталином смешанные кристаллы, т.е. вместе с нафталином переходят в твердую фазу и при прессовании не отделяются и загрязняют окончательный продукт (прессованный нафталин).
Другие примеси образуют с нафталином эвтектические смеси при температуре 25-60°С и в виде пленки удерживаются на поверхности кристаллов нафталина. Эти примеси выделяются из нафталина прессованием.
В производстве дистиллированного нафталина используются два процесса: химическая очистка нафталиновой фракции концентрированной серной кислотой с последующей промывкой щелочью и ректификация очищенной фракции. При сернокислотной очистке нафталиновой фракции протекают реакции сульфирования тионафтена и других примесей, реакции поликонденсации, в результате которых хорошо удаляется большинство примесей, в том числе фенолы, основания, непредельные соединения и др. за исключением тионафтена, метилнафталинов и индола.
При этом содержание тионафтена в конечном продукте уменьшается на 30-40%, но глубокая очистка дистиллированного нафталина от этой примеси не обеспечивается.
При ректификации очищенной нафталиновой фракции оставшиеся примеси также ведут себя по-разному. Тионафтен, образующий с нафталином азеотропную смесь, практически не выделяется. Температура кипения нафталина 217,96°С, а тионафтена 219,9°С, т.е. t = 1,9°. Поэтому при ректификации снова единственно трудноудаляемой примесью остается тионафтен.
При переработке нафталиновой фракции методом кристаллизации и горячего прессования откристаллизованной массы - первым и основным процессом является кристаллизация.
Нафталиновая фракция представляет собой насыщенный раствор нафталина в каменноугольных маслах с незначительной примесью других веществ. При охлаждении фракции растворимость нафталина и других кристаллизующихся веществ в масле уменьшается, что вызывает переход раствора в неустойчивое состояние - пересыщенное с последующим выделением кристаллов.
При переработке нафталиновой фракции с содержанием нафталина до 70% механическое удаление масел (жидкой фазы) после кристаллизации осуществляется последовательно центрифугированием и прессованием. При концентрации нафталина выше 80% откристаллизовавшаяся масса сразу может поступать на прессование.
На отечественных заводах широкое применение получили две схемы переработки нафталиновой фракции:
) кристаллизатор - пресс для нафталиновой фракции с концентрацией нафталина 80-85%. Выход товарного нафталина - 84% от ресурсов во фракции. Оттеки горячего прессования возвращаются в смолу, что увеличивает выход нафталина до 95,0%;
) кристаллизатор - пресс с обогащением прессовых оттеков по схеме механический кристаллизатор-центрифуга-пресс.
Вторая схема за последние годы получила широкое применение [7].
Переработка нафталиновой фракции, полученной из смол с низким содержанием серы в ней, может перерабатываться лишь по схеме кристаллизатор- пресс с постоянным возвратом прессовых оттеков в смолу. При этом вполне обеспечивается получение технического нафталина всех сортов (температура кристаллизации 78,5-79,3°С).
Так как основным потребителем нафталина является производство фталевого ангидрида, для которого не требуется нафталин с высокой температурой кристаллизации, то переработка нафталиновой фракции на большинстве заводов осуществляется по схеме кристаллизатор-пресс.
Технический плавленный нафталин выпускается двух марок А и Б, дистиллированный марки В, качество которых нормируется ГОСТ.
Основными направлениями усовершенствования технологии получения технического нафталина из нафталиновой фракции являются:
применение барабанных кристаллизаторов с ребристой поверхностью конструкции УкрНИИхиммаша;
освоение и дальнейшее совершенствование получения дистиллированного нафталина с целью снижения потерь нафталина с кислыми отходами; освоение способа, сочетающего окислительную очистку сырья озонированным воздухом с последующей дистилляцией;
освоение технологии кристаллизации - плавления для переработки нафталиновых оттеков в технический нафталин.
В табл. 5 приведен состав нафталиновых фракций различных заводов

Таблица 5 - Состав нафталиновых фракций различных заводов

Завод	Источник фракций	Содержание компонентов во фракциях, %
		нафталин	тионафтен	основания	индол
1. Авдеевский КХЗ 2.Череповецкий металлургиче- ский 3. Нижне- Тагильский ме- таллургический 4. Донецкий фенольный	Смола из углей Донбасса Смола из углей Печерского бассейна Смола из углей Кузбасса Масла после отделения наф- талина кристал- лизацией	82-85 83-87 85-87 79-81	3,6-3,9 2,4-2,6 1,2-1,3 5,5-5,9	1,1-1,4 2,3-2,5 2,4-2,7 1,0-1,3	0,2-0,3 - 0,6 0,02