التقطير الاتلافي للفحم الحجري Destructive Distillation of Coal
تقديم :
عند تقطير الفحم الحجري – بمعزل عن الهواء – تقطيراً اتلافياً . في درجة 1000- 1300 م- الناتج الرئيسي من حيث الوزن هو فحم الكوك اللازم في صناعة الحديد , إلى جانب نواتج ثانوية أهمها :
* الأمونيا : التي تحول إلى كبريتات الأمونيوم بمعاجتها بحمض الكبريت التي يستعمل في صناعة الأسمدة
* قطران الفحم : المادة السوداء اللزجة وهي عبارة عن مزيج معقد من فحوم هيدروجينية عطرية
وهذا مما شجع العلماء على دراسة هذه المركبات وبالتالي إلى توصلهم لاكتشاف أنواع عديدة ومختلفة من المواد الصباغية الهامة والعقاقير الطبية والعطورات والمواد المتفجرة. ولقد أدى إنتاج هذه المركبات العديدة إلى تركيز جمهور الكيميائيين في تحري تكوينها ودراسة صيغها وخواصها الكيميائية والفيزيائية وكان لهذا التداخل ما بين التحريات الكيميائية واستخدام هذه المواد صناعياً أكبر الأثر في تطوير علم الكيمياء العطرية من جهة . وتوسع صناعة الكيمياء التي تعتمد على قطران الفحم الحجري من جهة أخرى . وبقيت الصناعات الكيميائية ردحاً طويلاً من الزمن تعتمد بالدرجة الأولى على المواد الأولية المستخرجة من قطران الفحم الحجري ، غير أن إنتاج المواد الكيميائية من البترول فيما بعد عام 1920 خطى خطوات جهارة وسريعة جعلت البترول في يومنا هذا يعتبر أكثر أهمية من قطران الفحم الحجري كمادة كيميائية أولية . ولكن هذا لا يعني أن تطور استخدام البترول كمادة أولية في الصناعات الكيميائية كان على حساب الفحم الحجري بل أنه كان بالإضافة إليه .
الفحوم الهيدروجيينة العطرية الناتجة من قطران الفحم الحجري :
عند تقطير قطران الفحم الحجري تقطيراً تجزيئياً نحصل على نواتج مختلفة ، وتجمع هذه النواتج المختلفة في خمسة أقسام وهي :
1) الزيت الخفيف : 80 – 170 م بنزول- تولوين- زيلين
2) الزيت المتوسط : 170 – 240 م نافتالين- فينول- كريزول- بيريدين- كوينولين
3) الزيت الــثـقـيـل : 240 – 270 م كريزول- ميثيل نافتالين- نافتول- زيلينول
4) الزيت الأخضر: 270 – 400 م انتراسين- فينانترين- اكريدين- كربازول
5) القار
الطرق المتبعو فصل مكونات قطران الفحم عن بعضها وتنقيتها :
1 – يغسل الزيت الخفيف أولاً بواسطة حمض الكبريت للتخلص من المواد القاعدية مثل: الأنيلين والبيريدين : ثم يغسل بمحلول هيدروكسيد الصوديوم للتخلص من بقايا حمض الكبريت. ومن حمض الكربوليك ( الفينول ) ثم يقطر الزيت المتعادل تقطيراً تجزيئياً حيث يمكن فصل البنزول درجة غليانه 80 م والطولوين درجة غليانه 110 م والزيلينات درجة غليانها 138-142 م أما ذلك الجزء الذي يغلي في درجة حرارة أعلى من 142 م فيسمى النفثا ويستعمل كمذيب للمطاط .
2 – أما من الزيت المتوسط فيمكن استخلاص الفينول والكريزولات بواسطة محلول هيدروكسيد الصوديوم ثم إضافة حمض معدني ، والزيت الذي يتكون يقطر تقطيراً تجزيئياً إلى فيلول نقي وكريزولات ذات درجة غليانه مرتفعة ويحتوي الجزء المتعادل أساساً على النفتالين الذي يتبلور من الزيت عند كبريده ويمكن تنقيته بمعاملته بحمض الكبريت وغسله بالماء وتجفيفه ثم إجراء عملية التسامي.
3 – أما الزيت الثقيل فيمكن استخلاص الكريزولات منه كما في العملية السابقة ، ويستعمل الزيت الخام كوقود .
4 – أما الزيت الاحضر ( زيت الانتراسين ) : فإنه يقطر ثم يبرد حيث ينفصل الانتراسين الذي ينقي بمعامله بالقلوي ثم بمذيب ثم تجرى عليه عملية التسامي.
تنقية البنزول :
يمكن فصل البنزول والتولوين الموجودين في الزيت الخفيف بواسطة التقطير التجزيئي ولكن بالرغم من ذلك يوجد مع كل منهما مقدار بسيط لمركب غير متجانس الحلقة له تقريباً نفس درجة الغليان وخواص عطرية متقاربة ويسمى التيوفين ، والشبه بين البنزول والتيوفين كبير.
ولتخليص البنزول من التيوفين يرج بنزول مع مقدار من حمض الكبريت المركز البارد الذي يتفاعل مع التيوفين مشكلا تيوفين حمض السلفونيك ولا يتفاعل مع البنزول تحت هذه الظروف ولما كان تيوفين حامض السلفونيك قابلاً للذوبان في الماء فإن المخلوط يغسل بالماء ويجفف ويمكن تخليص البنزول من آثار التولوين بتبريد البنزول حيث يتجمد درجة انصهاره 5.4 م بينما يبقى التولوين سائلاً درجة انصهاره -94 م .