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苊是碳氫化合物的一類,1932年11月《化學命名原則·有機化學命名原則》第二章:“苯(或稠苯)與烴基結合而成之稠環(huán),稱為苯駢某(級數(shù))某(烴基),亦得就其母體,從原名之音或義,特創(chuàng)新字,以為簡名。苊具有萘和乙烷并合結構的稠環(huán)芳香烴。又名萘并乙烷,萘嵌戊烷。是煤焦油加工產(chǎn)品之一。高溫煤焦油中含苊約為1.5~2%,絕大部分集中在洗油餾分中,洗油中含量約15%。
苊為白色或微黃色斜方針狀結晶,對眼和皮膚有刺激性,易燃。苊幾乎不溶于水,微溶于甲醇、乙醇、丙醇和冰乙酸,溶于苯、甲苯、三氯甲烷和醚等。苊可直接用作燭蠟和硬蠟的添加劑,以及橡膠和耐溫電絕緣體的防老劑等。苊的轉化產(chǎn)物如1,8-萘二甲酸酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸、苊醌和5-硝基苊等大都用于制造各種染料,2,6-萘二甲酸和苊烯等則用于生產(chǎn)各種樹脂。
洗油經(jīng)脫萘、脫酚、脫吡啶和脫水后,用60塊塔板的精餾塔精餾,切取大于270℃餾分。將此餾分再用60塊塔板的精餾塔精餾,切取270~280℃苊餾分(也可用70塊塔板的精餾塔進行連續(xù)精餾,從第42塊塔板引出餾程為268~282℃的苊餾分),然后冷卻結晶、離心分離得到純度約為94%的工業(yè)苊。工業(yè)苊用苯在30℃左右重結晶,進一步除去雜質,經(jīng)蒸發(fā)干燥后所得苊的純度可達97%左右。
煤焦油是煤炭干餾時生成的黑色粘稠液體,是一種重要的有機化工原料,推測其所含有機化合物上萬種,已被鑒定的化合物約500 種。但這些化合物含量都非常少。苊在煤焦油中約占1. 2%~1. 8%,是含量較多的化合物。洗油是煤焦油蒸餾在230~300 ℃時產(chǎn)出的餾分,產(chǎn)率一般為無水焦油的4. 5%~6. 5%,主要用于苊等有機化工原料的提取與加工。苊在洗油中含量居第三位,占8%~15%,是洗油中分離和利用最早的產(chǎn)品。
苊在有機合成中應用廣泛。易氧化生成1,8-萘酐,用于染料、塑料等的合成。苊經(jīng)高溫氣相脫氫可得苊烯,可合成一系列聚合物,用作離子交換樹脂、電絕緣材料等; 苊烯經(jīng)溴化、氯化制得溴代和氯代苊烯,進一步聚合制耐燃性極好的樹脂。另苊在冰醋酸中用重鉻酸鈉氧化得苊醌,用作還原染料和殺蟲劑的中間體。
苊及其衍生物可與酚、醛類有機物反應制改性酚醛樹脂,其耐熱性、電絕緣性、耐酸堿性能良好,可代替酚醛樹脂制造層壓絕緣板、粘結劑等,另苊還能用以制造耐高溫的聚酞亞胺、聚苯并咪哇二酮樹脂,應用于制造宇宙飛船降落傘纖維。苊本身并不具備光學或生理活性,也不具有其它特殊功能,但其主要產(chǎn)品有機合成中間體-1,8 -萘酐,經(jīng)亞胺化后制得的1,8-萘酐亞胺在吸收紫外線后可發(fā)出微弱的藍紫色熒光。1,8-萘酐亞胺類化合物在引入給電子基后具有強烈的熒光,人們利用這一特性,開發(fā)出許多,熒光染料、熒光增白劑以及其它熒光物質??捎糜谟湍⒓徔椨∪?、油漆和有機光導材料等行業(yè)。
國外精制苊的工藝主要有前蘇聯(lián)的“洗油脫酚脫吡啶濃縮技術”、日本的“蒸餾與塔內結晶相結合技術( BMC) ”和德國的“萃取蒸餾與二次蒸餾結晶法的多工藝結合技術”等。前蘇聯(lián)以煤焦油洗油為原料,通過堿洗脫酚,酸洗脫吡啶,得到含苊約50%的苊餾分。苊餾分自然冷卻結晶得粗苊,粗苊離心分離得苊晶體,苊晶體在離心機內用蒸氣直接吹洗,然后再采用精餾方法制取苊餾分,最后再用結晶法從苊餾分中分離出含苊≥98% 的最終產(chǎn)品。
此工藝通過脫酚提高了苊含量,并減少了硫化物及氰化物的含量,但工藝流程及設備相應增加,增加了生產(chǎn)成本。日本新日鐵化學所研制開發(fā)了以洗油為原料,通過把蒸餾與塔內結晶工序相結合( BMC) 方法制取苊的工藝過程,能夠得到純度為99% 的苊。具體操作:將含16. 8% 苊、18. 3%萘、6. 3%甲基萘、10. 4%芴、21. 0%氧芴及其它一些組分的洗油在32 塊理論塔板的塔內,在回流比12~15 條件下進行分離制取苊餾分。
得到的苊餾分中苊最高濃度≤63%。然后,將此餾分在設有三個攪拌器和三個區(qū)段( 冷卻、凈化和熔融) 的立式塔內用結晶法凈化,最后得到主要物質含量≥99% 的苊和油。油中含35. 6%~43. 5%苊,15. 4%~24. 5%氧芴,39. 0% ~49. 1%其它組分。該工藝突出在結晶工藝( BMC) 使用后使塔容積減小,達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間縮短。
德國從洗油餾分中分離苊的具體操作:用雙甘醇作萃取劑萃取蒸餾餾分,得到餾出液和釜底殘液,用重結晶法從餾出餾分中分離出聯(lián)苯和吲哚,將釜底殘液進行二次蒸餾,用來分離苊餾分與氧芴(二苯并呋喃) 餾分,最后用結晶法從苊餾分中提取工業(yè)苊。此法由于使用萃取等方法進行分離,能耗大大降低,但工藝較復雜,再提純萃取液困難。
采用雙塔蒸餾工藝:原料洗油在前塔蒸餾,塔頂采出含萘≥60%的萘餾分。側線產(chǎn)出含甲基萘≥70% 的甲基萘餾分。前塔的塔底殘油再送入后塔,經(jīng)蒸餾后塔頂產(chǎn)出可用作苯吸收劑的中質洗油。側線的苊餾分經(jīng)結晶過濾后得到含苊≥95%的工業(yè)苊。濾液返回到后塔重蒸。該工藝節(jié)省能源,回收利用率高,可提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質量。但是設備復雜,而且不能同時對甲基萘進行精制。
采用逐步升溫乳化法制備精苊。水作連續(xù)相,加入適當?shù)奶胤N乳化劑,逐步升溫將粗苊和水乳化成乳狀液,然后再分離制備精苊。工藝過程包括三個步驟: ( 1) 用自來水或蒸餾水配制乳化劑溶液;( 2) 將從煤焦油中制得的粗苊和乳化劑溶液混合,加熱攪拌制成乳狀液,乳化時間10~40 min,乳化過程在乳化設備進行 ( 3) 將( 2) 制備的乳狀液冷卻至室溫,分離、洗滌、干燥得產(chǎn)品。此法工藝簡單、操作方便,使用自來水代替有機溶劑,既降低了生產(chǎn)成本,又將苊含量提高至99%。缺點是工藝過程較長,需使用特定的表面活性劑以及專門的乳化設備,對原料苊餾分的苊含量要求≥79%,且生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量廢水,若不加以處理,會造成環(huán)境污染。
采用減壓精餾和溶劑萃取方法,從洗油中提取高純度苊。該工藝過程為: 控制壓力0. 05 ~0. 06 MPa,塔板數(shù)53 塊,回流比10~20,采出溫度235~245 ℃下進行蒸餾,得到餾份≥70%粗苊,用無水乙醇對苊餾分進行重結晶,獲得純度≥99%苊產(chǎn)品。過濾后溶劑回收循環(huán)使用。此法能耗較低,苊回收率高、溶劑可循環(huán)使用,但溶劑回收方案不完善,原因是溶劑里的其他高沸點物質在溶劑中的溶解度較小,重結晶時易隨苊一起結晶出來,降低苊的純度。
對230~270 ℃餾分洗油進行精餾,收集250 ~260 ℃餾分為苊富集餾分。將富苊餾分按不同比例加二甘醇進行共沸精餾,收集236~238 ℃共沸餾分,待共沸餾分充分冷卻后,加適量水在冰箱冷卻結晶,抽濾得晶體,用蒸餾水洗滌,再用乙醇重結晶,可得純度≥99% 的苊。此工藝既可得到高純度苊,又由于引入共沸精餾進一步富集苊餾分過程,故解決了苊回收率偏低的問題。但該工藝需使用共沸劑,成本增加,且未考慮共沸劑的回收。
[1] 中國冶金百科全書·煉焦化工-
[2] 近現(xiàn)代辭源
[3] 李浩, 王康康, 李改鋒, 等. 苊的用途及提取工藝研究進展[J]. 廣州化工, 2016, 44(11): 5-6.
[4] 實用精細化工辭典