Влияние температуры термической переработки газовых углей на выход и состав низших фенолов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. Кирова

1964

Том 126

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВЫХ УГЛЕЙ НА ВЫХОД И СОСТАВ НИЗШИХ ФЕНОЛОВ

Н. М. СМОЛЬЯНИНОВА, В. С. ШВЕД (Представлена профессором доктором И. В. Геблером)

При термической переработке твердых топлив решающее влияние на выход и состав фенолов оказывают температурные условия процесса. Учитывая большой спрос химической промышленности на низкоки-пящие фенолы, представляет интерес исследование в области нахождения температурных условий процесса, обеспечивающих наибольшие выходы и оптимальный состав фенолов, полученных при пиролизе малометаморфизированных углей типа газовых, которые обладают большим химическим потенциалом.

Настоящая работа посвящена исследованию влияния температуры нагрева на выход и состав фенолов, получаемых при термической переработке газового угля Ленинского месторождения Кузбасса.

С целью получения необходимого для исследования количества фенолов была сконструирована укрупненная лабораторная установка, состоящая из печи для пиролиза емкостью около 15 кг угля и системы улавливания смолы, включающая холодильник и электрофильтр. Конструкция печи изображена на рис. 1.

Опыты проводились при температурах стенки камеры 600, 700 и 800°, при этом определялись выходы кокса, смолы, пирогенетической воды и газа (табл. 1).

Таблица 1

Выходы продуктов пиролиза в % на сухой уголь

Температуря опыта °С

Продукты 600 700 - 800

Кокс 67,71 65,52 64,00

Смола 6,54 4,79 4,46

Пирогенетическая влага - 1,12 2,31

Газ — потери 25,75 28,57 29,23

В табл. 2 представлена характеристика смолы и ее групповой состав, определенный по методу Стадникова [1].

Из приведенных таблиц следует, что с повышением температуры термической переработки выход смолы уменьшается, а ее состав изме-

Рис. 1. Лабораторная печь для пиролиза угля: / — корпус камеры коксования; 2 — пнролизная камера; 3 — верхняя крышка; 4 — штуцер; 5 — нижняя крышка; 6—рычаг; 7 — прижимной винт; 8 — уголок; 9 — стойка; 10, 16 — термопары; И — пробка из тефлона; 12 — накидная гайка; 13—изоляционный кирпич; 14 — желез-ная пластинка; 15 ■— чехол для термопары; 17 —• прокладка; 18 — теплоизоляция; 20, 21 — электронагреватели печи и пиролп-;:1ой камеры;

22 — кожух.

йау адо-тех-и н чгская биодяотеки ТПИ №

няется в сторону уменьшения содержания нейтральных масел, органических оснований, фенолов и увеличение содержания «свободного углерода» и асфальтенов, что свидетельствует о протекании процессов термической деструкции компонентов низкотемпературной смолы, сопровождающихся, наряду с реакциями крекинга, также реакциями конденсации и полимеризации.

Таблица 2

Температура опыта, °С

Показатели свойств смолы 600 700 800

Содержание влаги, %

Удельный вес, г\смъ

Групповой состав в % на безводную

смолу: Свободный углерод Фенолы

Органические основания Карбоновые кислоты Асфальтены Парафины

Нейтральные масла + полимеры

5,07 1,090

5.66 14,12

2.67 0,24

11,33 0,11 65,87

3,67 1,120

13,95 10,00 1,86 0,01 15,18 0,02 58,98

5,10 1,135

13,60 2,34 1,18 0,01 27,70 следы 55,17

Перед извлечением фенолов образцы смолы предварительно подвергались разгонке (отбиралась широкая фракция до 340°) с целью отделения пека.

Выделение фенолов из широкой фракции проводилось 13%-ным раствором ЫаОН по общепринятой методике. Причем особое внимание обращалось на возможно более полное извлечение фенолов путем разложения пиридинфеноксидов 30% -ной серной кислотой, а также на извлечение водорастворимых фенолов из водных растворов серным эфиром.

Выход фенолов в пересчете на безводную смолу составил при 600° — 18,3%; при 700° — 14,3% и при 800° — 2,60%, то есть с повы-

Таблица 3

Температура, °С

600

700

800

Выход фракции в

Фракции на сырые фенолы на безводную смолу на сырые фенолы на безводную смолу на сырые фенолы на безводную смолу

еноль но-крезольная (до

210°С) 47,50 8,70 46,90 6,70 71,50 1,89

Ксиленольная (210—230°С) 12,70 2,33 13,70 1,96 4,35 0,11

Высшие фенолы (230—

260°С) 7,80 1,42 6,98 1,00 4,46 0,11

Кубовый остаток 32,00 5,85 32,42 4,94 19,69 0,52

Итого , . . 100,00 18,30 100,00 14,30 100,00 2,63

2. Заказ 2482.

17

Таблица 4

Температура пиролиза, °С

Фракции 600 700 800

выход выход | V5 выход

с- % па фракцию °/б на смолу 2 | % на ! фрак-| цию н на смолу г 1 % на фракцию % на смолу

Фенольная '84,7—87,0°) 10,58 21,70 1,89 1,5389 6,87 27,22 1,83 1,5389 6,33 43,60 0,825 1,5389

Промежуточная (98—90°) 2,87 5,89 0,51 1,5370 — — — — 0,88 6,07 0,115 1,5415

О-крезольная (90-99°) 5,31 10,88 0,95 1,5380 5,42 21,43 1,44 15,380 1,69 11,69 0,223 1,5366

М-п-крезольная (99—102°) 14,44 29,52 2,56 1,5339 6,40 25,28 1,69 1,5339 2,12 14,60 0,275 1,5343

Остаток (ксиленолы) 14,23 29,10 2,53 — 5,80 22,91 1,53 — 2,96 20,42 0,385 —

Потери 1,42 2,91 0,26 — 0,80 3,16 0,21 — 0,52 3,58 0,067 —

Итого 48,85 100,0 8,70 — 25,29 100,0 6,70 _ 14,5 100,0 1,89 —

шением температуры пиролиза с 600 до 800° выход фенолов снизился почти в семь раз.

Полученные «сырые» фенолы были разогнаны (с целью предварительного отделения низкокипящих фенолов от высококипящих) из .колбы Вюрца на три фракции: фенольно-крезольную, ксиленольную и высших фенолов. Результаты разгонки приведены в табл. 3.

Данные табл. 3 показывают, что выход низших фенолов (отгон до 230°) получается наибольшим при температуре 600° и превышает таковой при обычном процессе коксования более чем в 5 раз. После очистки от смолистых и азотистых веществ, проводившейся по методу В. А. Ланина и Н. Д. Эдемской [2], фенольно-крезольная фракция подвергалась четкой ректификации на лабораторной колонке с восемнад-датью теоретическими тарелками. Ректификация проводилась в вакууме, при остаточном давлении 20 мм рт. ст. при этом отбирались узкие фракции, для которых определились коэффициенты преломления.

На основе свойства аддитивности коэффициента преломления ориентировочно определилось количество важнейших компонентов в смесях (узких фракциях) по формуле [3].

Уо ^ 100 .

п2 —

Полученные результаты приведены в табл. 4 и 5.

Из данных табл. 4 видно, что с повышением температуры пиролиза угля выход фенольной фракции как в расчете на исходную фракцию, так и в расчете на смолу закономерно увеличивается с 21,7% при 600° до 43,6% при 800°, а выход крезолов уменьшается с 29,52 до 14,6% соответственно. Однако, как следует из табл. 5, где приведены выходы

Таблица 5

Компоненты Температура, °С Выход, % на смолу в производственных условиях

600 700 ! 800

Выход в %

на фракцию на смолу на фракцию на смолу на фракцию на смолу

Фенол 20,10 1,75 20,20 1,35 43,60 0,825 0,314

О-крезол 10,20 0,89 20,90 1,40 8,75 0,165 0,232

М-крезол 14.40 1,25 16,40 1,10 14,87 0,261 0,180

П-крезол 10,60 0,92 9,,10 0,61 5,73 0,108 0,108

низших фенолов в пересчете на смолу и исходную фракцию, абсолютный выход фенола при 600° более чем в 5 раз выше, чем в производственных условиях (имея в виду коксование обычной шихты), а выход крезолов в 4—7 раз больше.

Повышение температуры процесса с 600 до 800° в данных условиях приводит к сокращению выхода фенола более чем в два раза, а изомеров крезола в 6—9 раз.

Проведенное исследование показало, что оптимальной температурой для получения высоких выходов низших фенолов и особенно крезолов является температура 600°.

2*.

19

Полученные результаты могут быть использованы при обосновании технологического режима существующих установок полукоксования, а также будут полезны при нахождении оптимального режима пиролиза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. Л. С т а д н и к о в. Анализ и исследование углей. Изд. АН СССР, 1936.

2. В. А. Л а н и н и др. Отчет за 1955 г. Фонды ИГИ, Госэкономсовета.

3. Б. В. Иоффе. Рефрактометрические методы химии. Госхимиздат, 1960.

\