Глава 1. Новые подходы к идентификации каменноугольной смолы как физико-химической системы

Рис. 1.9. Влияние концентрации второго компонента на динамическую вязкость а-метилнафталина:

1 - нафталин; 2-Р-метилнафталин; 3| аценафтен; 4-дифениленоксид; 5- флуорен

Как видно из рисунка, увеличение концен-

трации конденсированных ароматических

компонентов в изучаемых бинарных системах

10 20 30 40

даже в пределах 5 - 10% приводит к резкому

увеличению вязкости (следовательно, и

энергии активации вязкого течения), т.е. способствует переходу системы в более структурированное состояние Это, в конечном итоге, будет осложнять разделение системы методом рек-тификации. Тем самым было установлено, что увеличение энергии вязкого течения системы непосредственно связано с уменьшением толщины сольватной оболочки сложной структурной единицы и одновременным увеличением концентрации в системе сложных структурных единиц. Как отмечалось ранее, в случае, когда удельная объемная энергия дисперсионной среды больше удельной объемной энергии сложной структурной единицы обеспечивается переход последней в дисперсионную среду, т.е. в экстремальное состояние. Это проявляется в виде уменьшения межмолекулярного взаимодействия, что повышает четкость распределения компонентов при последующей ректификации КУС.

Поскольку конденсированные ароматические углеводороды (основная часть высококипящих фракций КУС) служат ядрообразующими компонентами сложных структурных единиц, напрашивается вполне логичный вывод: для достижения экономически оправданной глубины разделения КУС на технологически приемлемые фракции необходимо осуществлять ступенчатое разделение многокомпонентной системы КУС.

Речь идет о том, чтобы из системы КУС ступенчато выделять полициклические ароматические углеводороды не индивидуально, а в виде отдельных высококипящих фракций, направляя на последующую ступени ректификации дистиллят, содержащий в своем составе больший объем дисперсионной среды и меньший объем сложных структурных единиц, т.е. находящийся в 1-ом экстремальном состоянии [108, 109].

Практический вывод для будущей технологии разделения системы КУС (на основе предложенных теоретических положений) вытекает из анализа существующей на заводах Украины практики разделения КУС ме-

тодом однократного испарения с последующей ректификацией широкого дистиллята на одной колонне с получением нескольких целевых фракций

(рис.1.10).

Рис. 1.10. Схема однократного испарения КУС с получением различных фракций и пека:

1 - нагрев исходной смолы; 2 - испаритель; 3 - ректификационная колонна

В данном случае разделению подвергается широкий дистиллят, включающий ароматические соединения различной степени кондевсиро-ванности, их адкилпроизводные, а также фенолы и основания. Хотя на основе сегодняшних знаний указанную систему невозможно однозначно от-нести ни к структурированным, ни и к неструктурированным системам (логика подсказывает, что надо отдать предпочтение структурированным системам), можно утверждать, что для снижения уровня межмолекулярного взаимодействия, а значит, приближения системы к экстремальному состоянию необходимо использовать метод многократного испарения для выделения соответствующих дистиллятов с последующим их разделением ректификацией [105]. При реализации схемы с многократным испарением КУС и ректификацией сырья на нескольких колоннах обязательной ступенью является выделение широкого дистиллята I (рис. 1.11).

И ном случае из широкого дистиллята I выделяется в виде придонного продукта высококипящая антраценовая фракция (или две фракции) и дистиллят II с более узким интервалом выкипания, чем дистиллят I. Наиболее конденсированные ароматические углеводороды сосредоточиваются him и антраценовой фракции, что должно обеспечивать пребывание дистиллята 11 в состоянии, приближающимся к неструктурированному: он более однороден по составу, в нем меньше высококипящих ароматических углеводородов, чем в дистилляте I (большая их часть теперь сосредоточена в высококипящей антраценовой фракции). Это должно обеспечить лучшую четкость разделения дистиллята II на следующей ступени разделения которая представлена на рис 1.12.

-42-

-43-

Е. Т. КОВАЛЕВ. Научные основы и технология переработки высококипящих фракций каменноугольной смолы с получением полициклических углеводородов

Рис. 1.11 Схема однократного испарения смолы с получением дис-тиллята II и высококипящей антраценовой фракции:

1 - нагрев исходной смолы; 2 - испаритель; 3 - ректификационная колонна

Рис. 1.12. Элемент схемы двукратного испарения КУС - разделение дистиллята II: 1 - нагрев дистиллята II; 2 - ректификационная колонна для разделений

дистиллята II

Осуществление трехкратного испарения КУС (разделение дистиллята III, из которого уже выделена часть высококипящих ароматических угле-водородов), преследуя ту же цель, обеспечивает необходимую четкость разделения дистиллята IV (рис. 1.13).

Необходимо подчеркнуть, что по мере увеличения кратности испари ния смолы ректификации подвергаются дистиллятные продукты, углево-