煤焦油
基本简介
煤焦油又称煤膏、煤馏油、煤焦油溶液。是煤焦化过程中得到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体,比重大于水,具有一定溶性和特殊的臭味,可燃并有腐蚀性,煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一,其产量约占装炉煤的3%~4%在常温常压下其产品呈黑色粘稠液状。煤焦油是煤化学工业的主要原料,其成分达上万种,主要含有苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳烃,以及芳香族含氧化合物(如苯酚等酚类化合物),含氮、含硫的杂环化合物等多种有机物,可采用分馏的方法把煤焦油分割成不同沸点范围的馏分。煤焦油是生产塑料、合成纤维、染料、橡胶、医药、耐高温材料等的重要原料,可以用来合成杀虫剂、糖精、染料、药品、炸药等多种工业品。
历史沿革
1882年英国首先建立煤焦油加工蒸馏工厂,从煤焦油中分离芳烃化合物、枕木防腐油、沥青等化学产品,其中有些成分只能从煤焦油中获得。
德国是最早开发煤焦油产品附加值的国家,德国斯蒂尔公司和法国考伯斯公司具有一流的煤焦油加工工艺流程。
据中宇资讯监测,目前我国煤焦油深加工行业产能已达2480万吨,5年时间里新增产能670万吨,其中2013年为增量高峰期,增长比达到146%,而且新上装置产能均在30万吨以上。但市场上的开工率与增长率却成反比,2010年我国煤焦油深加工产能由1500万吨增至2015年的历史高峰值2550万吨,但市场开工率却由80%降至45%,行业产能过剩矛盾升级。2016年,国家供给侧改革及一系列环保、去产能等工作实施效果显著,国内煤焦油深加工产能淘汰100万吨以上,但仍有71万吨新装置投产运行。虽然新增产能创近6年来增量新低,但市场开工率仍偏低,行业产能过剩矛盾依然突出。
至2016年底,我国煤焦油深加工企业规模30万吨以上的企业达39家,占全国深加工企业数量的35%;50万吨以上的企业达12家,占全国深加工企业数量的11%。
国内焦油加工装置普遍较分散、规模偏小,能耗高且严重污染环境。国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青等,产品品种少,尤其是高质量、高附加值产品较少。生产成本高,质量较差,同质化竞争,与国外差距较大,经济效益差。
其主要原因有以下几方面:各焦油加工装置的规模普遍偏小;高质量、高附加值产品较少;生产企业适应市场能力较差;焦油深加工产品的市场有待开发,特别是新产品推向市场时,其难度较大。今后煤焦油应走集中、大型化加工路线,增加煤焦油深加工产品的种类,提高深加工产品的质量。
理化特性
外观与性状:黑色粘稠液体,具有特殊臭味。
相对密度(水=1):1.02~1.23
溶解性:微溶于水,溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等多数有机溶剂
主要分为:
低温(450℃~650℃)干馏焦油
低温和中温(600℃~800℃)发生炉焦油
中温(900℃~1000℃)立式煤焦油
高温(1000℃)炼焦焦油
制备与加工
由煤在隔绝空气加强热时干馏制得。为煤干馏过程中所得到的一种液体产物高温干馏(即焦化)得到的焦油称为高温干馏煤焦油(简称高温煤焦油),低温干馏(见煤低温干馏)得到的焦油称为低温干馏煤焦油(简称低温煤焦油)。两者的组成和性质不同,其加工利用方法各异。
高温煤焦油为黑色粘稠液体,相对密度大于1.0,含大量沥青其他成分是芳烃及杂环有机化合物。包含的化合物已被鉴定的达400余种。工业上煤焦油的集中加工有利于分离提取含量很少的化合物。加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分,然后再进一步加工。各馏分的加工采用结晶方法可得到萘、蒽等产品,用酸或碱萃取方法可得到含氮碱性杂环化合物(称焦油碱),或酸性酚类化合物(称焦油酸)。焦油酸、焦油碱再进行蒸馏分离可分别得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。这些化合物是染料、医药、香料、农药的重要原料。煤焦油蒸馏所得的馏分油也可不经分离而直接利用,如沥青质可制电极焦、碳素纤维等各种重要产品,酚油可用于木材防腐,洗油用作从煤气中回收粗苯的吸收剂,轻油则并入粗苯一并处理。
低温煤焦油也是黑色粘稠液体,不同于高温煤焦油其相对密度通常是小于1.0的,芳烃含量少、烷烃含量大,其组成与原料煤质有关。
低温干馏焦油是人造石油的重要来源之一,经高压加氢制得汽油、柴油等产品。
煤焦油加工的主要过程是蒸馏,就是利用煤焦油中的各种化合物沸点的不同,把煤焦油切割成几个不同沸点的馏分。煤焦油沥青是煤焦油蒸馏后的残渣,其产率是煤焦油的55%左右。根据软化点的不同,工业上生产三种规格的沥青:软沥青,软化点为65~75℃;中温沥青,软化点75~90℃;硬沥青,软化点高于90℃。在这三种沥青中,中温沥青用途最广,工业生产的数量也较多。就现在技术而言,煤焦油沥青的主要用作生产活性炭的粘结剂、型煤的粘结剂、炼制沥青焦、炭黑及铺路材料等。
主要用途
煤焦油是焦化工业的重要产品之一,其产量约占装炉煤的3%~4%,其组成极为复杂,多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用。焦油各馏分进一步加工,可分离出多种产品,提取的主要产品有:
(1)萘:用来制取邻苯二甲酸酐,供生产树脂、工程塑料、染料、油漆及医药用等。
(2)酚:酚及其同系物生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等。
(4)菲:蒽的同分异构体,含量仅次于萘,有不少用途,由于产量大,还待进一步开发利用。
(5)咔唑:染料、塑料、农药的重要原料。
健康危害
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