第一章　概述

第一节　炼焦化学产品概述

一、炼焦化学

炼焦化学是研究以煤为原料，经高温干馏获得焦炭和荒煤气（或称粗煤气），并用经济合理的方法将荒煤气分离和精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。以煤为原料，经过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油、并回收其他化工产品的工业是炼焦化学工业。生产和经营炼焦化学产品的单位是炼焦化学工厂。在中国钢铁联合企业能耗中，焦炭和焦炉煤气提供的能源占60％以上，所以大部分焦化厂设在钢铁联合企业中，是钢铁联合企业的重要组成部分，另有一部分是设在民用煤气或化工部门。

二、炼焦化学产品

煤是一种结构复杂的由很多苯环缩合起来的多环结构物质，煤中的价键以碳原子结合为主，氢、氧、氮、硫等原子镶嵌在苯环之间。在加热时能黏结成块的煤种，通常称之为炼焦煤。

炼焦煤于炼焦炉内在隔绝空气高温加热条件下，煤质发生一系列的变化，除生成固态焦炭外，还裂解生成挥发性产物简称为荒煤气。荒煤气中含有许多种化合物，包括常温下的气态物质如氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等；C1～C6直链烃类和氢等裂解成焦炉煤气的主要成分。缩环裂解后，含一个苯环的为苯系化合物，包括苯、甲苯、乙基苯和二甲苯、三甲苯的同分异构物；含两个苯环的为萘系化合物，包括萘和甲基萘、二甲基萘的异构物，也包括芴、联苯及苊等；含三个苯环的为蒽系化合物，包括蒽、菲和荧蒽等；含四个和四个以上苯环的为多环系化合物，包括芘、、苯并荧蒽等。煤结构中除碳、氢元素外的氮、氧、硫等成分，在裂解中除了一部分生成一氧化碳、氰化氢、硫化氢、氨等进入焦炉煤气外，其余部分是与苯环和多环化合物结合，形成一系列复杂化合物。例如：含氧的苯环生成酚、甲酚、二甲酚等酸性物质；含氧的萘环生成萘酚、萘二酚等；氧也能生成杂环含氧化合物，如古马隆、氧芴等；氮在裂解时可生成吡啶、甲基吡啶等碱性物质；也可生成喹啉、异喹啉等；此外，还可生成咔唑、吲哚、苯胺、萘胺等化合物。硫与碳原子直接结合组成二硫化碳，存在于焦炉煤气中；另外，硫还能与直链化合物生成噻吩，与苯环缩合生成硫杂茚，与萘化合成萘硫酚等。煤高温下裂解转入荒煤气的物质有上万余种，目前有些国家生产的炼焦化学产品品种已达500多种。中国目前经过生产试制，包括小批量生产的大约为150余种，正式生产的有70多个品种。这70多个品种的含量约占煤中所含化学产品的95％，搞好这些炼焦化学产品的回收与精制，对经济建设将起到重大作用。

三、回收炼焦化学产品的重要意义

炼焦化学产品在国民经济中占有重要的地位，炼焦化学工业是国民经济的一个重要部门，是钢铁联合企业的主要组成部分之一，是煤炭的综合利用工业。煤在炼焦时，除有75％左右变成焦炭外，还有25％左右生成多种化学产品及煤气。

来自焦炉的荒煤气，经冷却和用各种吸收剂处理后，可以提取出煤焦油、氨、萘、硫化氢、氰化氢及粗苯等化学产品，并得到净焦炉煤气。

氨可用于制取硫酸铵和无水氨；煤气中所含的氢可用于制造合成氨、合成甲醇、双氧水、环己烷等，合成氨可进一步制成尿素、硝酸铵和碳酸氢铵等化肥；所含的乙烯可用作制取乙醇和二氯乙烷的原料。

硫化氢是生产单斜硫和元素硫的原料，氰化氢可用于制取黄血盐钠或黄血盐钾。同时，回收硫化氢和氰化氢对减轻大气和水质的污染，加强环境保护以及减轻设备腐蚀均具有重要意义。

粗苯和煤焦油都是组成很复杂的半成品，经精制加工后，可得到的产品有：二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、古马隆、酚、甲酚、萘、蒽和吡啶盐基及沥青等。这些产品具有极为广泛的用途，是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、医药、农药、耐辐射材料、耐高温材料以及国防工业的重要原料。

在钢铁联合企业中，经过回收化学产品的焦炉煤气是具有较高热值的冶金燃气，是钢铁生产的重要燃料。焦炉煤气除满足钢铁生产自身的需要外，其余部分经深度脱硫后，可供民用或送往化工厂用作合成原料气。

由于石油和天然气的化学加工和合成技术的发展，炼焦化学产品受到竞争，但石油储量有限，开采量加大，按目前耗用速度，石油使用年限估计为几十年。而煤的使用年限估计在几百年。世界各国都重视炼焦化学工业的发展，以从中取得化学工业的原料。一些重要化工原料，主要来自炼焦化学工业，如全世界萘需求量的90％来自煤焦油，作为染料原料的精蒽也几乎全来自煤焦油，生产碳素电极的电极沥青绝大部分来自煤焦油沥青。近年来，为了进行经济上的竞争和加强环境保护，炼焦化学工业在改进生产工艺、生产优质多品种的炼焦化学产品、降低生产成本和减少单位投资等方面均取得了很大进展。中国已从焦炉煤气、粗苯、煤焦油中提取出百余种产品（详见图1-1）。今后，在中国丰富的煤炭资源基础上，煤的综合利用将更加合理和高效地发展。

图1-1　国内生产的主要炼焦化学产品