Каменноугольный дёготь

Каменноугольный дёготь — это густая маслянистая жидкость чёрного или тёмно-коричневого цвета с характерным резким запахом, являющаяся побочным продуктом коксования каменного угля. Представляет собой сложную смесь из нескольких сотен органических соединений, преимущественно ароматических углеводородов. Относится к классу каменноугольных смол и используется в качестве сырья для химической промышленности, а также в медицине и строительстве.

История

История получения каменноугольного дёгтя неразрывно связана с развитием коксохимического производства. Впервые продукт начали получать в промышленных масштабах в середине XIX века, когда в Западной Европе и России активно внедрялись технологии коксования угля для металлургии. В 1840-х годах в Англии были построены первые коксовые печи, где побочный продукт — дёготь — собирали и частично утилизировали.

В 1856 году английский химик Уильям Генри Перкин, работая с каменноугольным дёгтем, синтезировал первый искусственный краситель — мовеин. Это открытие положило начало анилинокрасочной промышленности. В России первые крупные коксохимические заводы появились в Донбассе в конце XIX века. К 1913 году в Российской империи производилось около 30 тыс. тонн каменноугольного дёгтя в год, который использовался в основном для получения бензола, толуола и нафталина.

В XX веке, с развитием нефтехимии, значение каменноугольного дёгтя как источника ароматических углеводородов несколько снизилось, однако он остаётся важным сырьём для производства электродного пека, каменноугольных масел и медицинских препаратов. В СССР в 1970-е годы годовая выработка дёгтя достигала 1,5 млн тонн.

Получение

Каменноугольный дёготь образуется в процессе сухой перегонки (пиролиза) каменного угля при температурах от 900 до 1200 °C в коксовых печах. При этом из угля выделяются летучие вещества, которые затем охлаждаются и конденсируются. Полученная жидкость разделяется на два слоя: верхний — надсмольная вода, нижний — собственно каменноугольный дёготь.

Выход дёгтя составляет от 2 до 5 % от массы исходного угля в зависимости от его марки и условий коксования. Наиболее высокий выход дают жирные и газовые угли, низкий — тощие и антрациты.

Состав и свойства

Каменноугольный дёготь представляет собой многокомпонентную смесь, в которой идентифицировано более 300 соединений. Основные компоненты:

• Ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, нафталин, антрацен, фенантрен, пирен.
• Фенолы: фенол, крезолы, ксиленолы.
• Гетероциклические соединения: хинолин, индол, карбазол, акридин.
• Смолистые вещества: асфальтены, карбены, карбоиды.

Физико-химические свойства:

• Плотность: 1,15–1,25 г/см³ (при 20 °C).
• Температура кипения: от 80 °C (лёгкие фракции) до 450 °C (тяжёлые фракции).
• Вязкость: высокая, зависит от содержания пека.
• Растворимость: нерастворим в воде, частично растворим в бензоле, эфире, хлороформе.
• Температура вспышки: 70–100 °C (зависит от состава).

Каменноугольный дёготь обладает канцерогенными свойствами из-за содержания полициклических ароматических углеводородов (например, бенз(а)пирена). При длительном контакте с кожей может вызывать дерматиты и повышать риск развития рака кожи.

Классификация

В промышленности каменноугольный дёготь классифицируют по нескольким признакам:

По температуре коксования

• Низкотемпературный (полукоксовый) дёготь — получается при 450–700 °C, содержит больше фенолов и парафинов.
• Высокотемпературный (коксовый) дёготь — получается при 900–1200 °C, содержит больше ароматических углеводородов и пека.

По способу дальнейшей переработки

• Сырой дёготь — не подвергался ректификации.
• Дистиллированный дёготь — после отгонки лёгких и средних фракций.
• Пековый дёготь — с высоким содержанием пека (более 50 %).

Применение

Химическая промышленность

Каменноугольный дёготь является основным сырьём для получения ароматических углеводородов. Путём ректификации из него выделяют:

• Бензол — для производства стирола, капролактама, фенола.
• Толуол — для получения взрывчатых веществ (тринитротолуол), растворителей.
• Нафталин — для производства фталевого ангидрида, инсектицидов.
• Антрацен — для синтеза антрахинона, красителей.
• Фенолы — для изготовления фенолформальдегидных смол, лекарственных средств.

Дорожное строительство

Каменноугольный дёготь применяется в качестве связующего при производстве асфальтобетонных смесей (каменноугольный асфальт). В России до 1960-х годов его активно использовали для дорожных покрытий, однако из-за токсичности и хрупкости постепенно заменили нефтяным битумом. В настоящее время применяется ограниченно, в основном для ремонта старых покрытий.

Медицина

В дерматологии каменноугольный дёготь (в виде мазей, шампуней, лосьонов) используется для лечения псориаза, экземы, себорейного дерматита. Препараты на его основе обладают кератолитическим, противовоспалительным и антимикробным действием. В России зарегистрированы лекарственные средства, содержащие каменноугольный дёготь (например, мазь «Антрасодерм»). Однако из-за канцерогенности их применение ограничено короткими курсами под наблюдением врача.

Производство электродов

Из каменноугольного пека (тяжёлой фракции дёгтя) изготавливают электродные массы для алюминиевой промышленности и сталеплавильных печей. Пек после коксования превращается в углеродистый материал с высокой электропроводностью.

Консервация древесины

Пропитка древесины каменноугольным дёгтем (креозотовым маслом) защищает её от гниения, грибков и насекомых. В России этот метод применяется для обработки железнодорожных шпал, опор линий электропередачи, свай.

Токсичность и экологические аспекты

Каменноугольный дёготь отнесён к опасным химическим веществам. Основные риски:

• Канцерогенность — Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицирует каменноугольный дёготь как канцероген группы 1 (доказано для человека). При длительном контакте повышает риск рака кожи, лёгких, мочевого пузыря.
• Токсичность для водных организмов — попадание дёгтя в водоёмы вызывает гибель планктона и рыб.
• Загрязнение почвы — разливы дёгтя приводят к длительному загрязнению грунта, так как компоненты плохо разлагаются.

В России обращение с каменноугольным дёгтем регулируется Федеральным законом «Об отходах производства и потребления» и санитарными правилами. Предприятия обязаны проводить утилизацию отходов коксохимии на специализированных полигонах.

Интересные факты

• В XIX веке каменноугольный дёготь использовали как средство для борьбы с вшами и чесоткой, однако из-за токсичности от этой практики отказались.
• Из каменноугольного дёгтя впервые были выделены многие органические соединения, которые позже стали основой для синтеза лекарств (например, аспирин — производное фенола).
• В 2019 году в России было произведено около 800 тыс. тонн каменноугольного дёгтя, из которых более 70 % пошло на экспорт в Китай и страны Европы.
• Каменноугольный дёготь является одним из немногих природных продуктов, который содержит более 50 % ароматических углеводородов в своём составе.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 2.
• Справочник коксохимика / под ред. А. М. Мирошниченко. — М.: Металлургия, 1985.
• ГОСТ 11070-74. Дёготь каменноугольный. Технические условия.
• Международное агентство по изучению рака (МАИР). Монографии по оценке канцерогенных рисков для человека. Том 92.
• Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. СанПиН 1.2.3685-21.