Е. Т. Ковалев

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОКИПЯЩИХ ФРАКЦИЙ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ УЛЕВОДОРОДОВ

Харьков 2001

УДК 662.749.3:661.715.6

Рекомендовано

до видання Вченою радою Украiнсъкого державного

науково-дослiдного вуглехiмiчного iнстшпуту

08.05.2001 Р., протокол № 4

Рецензенти:

Барський В.Д., д.т.н., проф., зав. каф. Украiнсъкого державного

XiMiKo-технологiчного унiверситету, м.Днiпропетровськ;

Стефаник Ю.В., д.т.н., проф., зав. вiд. 1нституту геологii

та геохiмii горючих копалин НАН Украiни, м.Львiв.

Ковальов €.Т. Hayковi основи i технологiя переробки висококиплячих фракцiй кам'яновугiльноi смоли з одержанням полiциклiчних вуглеводнiв: Монографiя. — Xapxiв: Контраст, 2001. — 216 с. — Рос. мовою.

ISBN 966-7744-08-6

У монографii розглянуто новий пiдхiд до кам'яновугiльноi смоли як фiзико-хiмiчноi системи, вивченi мiжмолекулярнi взаемодii компонента i дана ix енергетична оцiнка, запропоновано новий критерiй пiролiзованостi кам'яновугiльноi смоли, розроблено теоретико-iнформацiйний метод дослiдження конденсованих полiциклiчних структур.

Вивчено властивосi i компонентний склад висококиплячих фракцiй кам'яновугiльноi смоли, а також розроблена технологiя iх вилучення як сировини для одержання полiциклiчних вуглеводнiв. Розроблено та описано технологiчнi процеси переробки висококиплячих фракцiй з одержанням iндiвiдуальних полiциклiчних сполук.

Книга призначена для iнженерно-технiчних та наукових працiвникiв хiмiчноi, металургиiноi й iнших галузей промисловостi. Може бути також корисна викладачам, аспiрантам i студентам xiмiко-технологiчних спецiальностей.

В монографии рассмотрен новый подход к каменноугольной смоле как физико-химической системе, изучены межмолекулярные взаимодействия компонентов и дана их энергетическая оценка, предложен новый критерий пиролизованности каменноугольной смолы, разработан теоретико-информационный метод исследования конденсированных полициклических структур.

Изучены свойства и компонентный состав высококипящих фракций каменноугольной смолы, а также разработана технология их выделения как сырья для получения полициклических углеводородов. Разработаны и описаны технологические процессы переработки высококипящих фракций с получением индивидуальных полициклических соединений.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников химической, металлургической и других отраслей промышленности. Может быть также полезна преподавателям, аспирантам и студентам химико-технологических специальностей.

УДК 662.749.3:661.715.6 ISBN 966-7744-08-6

© Е.Т. Ковальов, 2001

ВВЕДЕНИЕ

В течение длительного времени высококипящие фракции каменноугольной смолы (КУС) не рассматривались как уникальный источник и как не имеющая аналогов сырьевая база для получения соединений высокой степени чистоты. Если не считать переработку антраценовой фракции, то в научном плане, а тем более в промышленности практически ничего не сделано для организации производства таких полиядерных ароматических соединений, как флуорен, флуорантен, пирен и хризен - продуктов, которые не могут быть получены из другого сырья. Несмотря на многочисленные попытки организовать производство метил- и диметилнафталинов при нефтепереработке, до сих пор эти важнейшие для органического синтеза углеводороды практически полностью ввозятся из-за рубежа.

В настоящее время переработка КУС и ее фракций ориентирована, в основном, на производство ограниченного ассортимента многотоннажных технических продуктов. По глубине переработки КУС коксохимическая промышленность Украины отстает от развитых зарубежных стран, в которых в промышленных масштабах организован отбор узких фракций и выпуск широкого ассортимента малотоннажных продуктов и реактивов на их основе.

Практически почти полное отсутствие производства даже реактивных количеств полициклических ароматических соединений углехимического происхождения тормозит исследования в области их использования во многих областях химической технологии и, с другой стороны, не способствует развитию исследований, направленных на углубленную, комплексную переработку фракций КУС для получения индивидуальных соединений.

Нами впервые поставлена задача создания технологии выделения из КУС полициклических ароматических соединений высокой степени чистоты и тем самым доказательства безальтернативности коксохимической сырьевой базы. Принципиально это один из тех случаев, когда такие соединения не могут быть получены из продуктов переработки нефти, что еще раз подтверждает тезис: коксохимия и нефтехимия - не конкурирующие, а дополняющие одна другую отрасли.

Понятно, что такая постановка вопроса предполагает разработку нового подхода к выделению узких целевых фракций, пригодных для получения индивидуальных полициклических соединений. Эта задача может быть успешно решена только на многоколонных агрегатах для фракционирования КУС. Поэтому создание технологии получения высокочистых полициклических соединений и разработка схемы многоколонного агрегата дня фракционирования КУС с получением узких фракций, из которых эти продукты будут выделяться, составляют одну крупную научно-

-3-

техническую проблему. Решение ее должно дать новый импульс для создания рынка уникального ароматического сырья и тем самым обеспечить технологический прорыв в весьма консервативной отрасли, какой является коксохимия.

В работах автора по вопросам коксохимического производства именно это направление стало приоритетным и определило его научные интересы на многие годы. Это позволило разработать новые подходы к оценке КУС как физико-химической системы, предложить новый критерий оценки пиролизованности КУС и новый теоретико-информационный подход к исследованию конденсированных полициклических структур, а также применить эти подходы для решения практических задач переработки высококипящих фракций КУС.

Представленные в монографии результаты исследований получены на установках и демонстрационных стендах Украинского государственного научно-исследовательского углехимического института (УХИН) и в производственных условиях на заводах коксохимического профиля.

Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам УХИНа, принимавшим участие в исследованиях, без помощи которых создание настоящего труда было бы невозможным.

Автор сознает, что монография не свободна от недостатков, а некоторые теоретические положения носят дискуссионный характер, поэтому все замечания и пожелания будут приняты с благодарностью.

ГЛАВА1

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ИДЕНТИФИКАЦИИ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ КАК ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ