煤焦油是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合物，绝大部分为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物，并含有少量脂肪烃、环烷烃和不饱和烃，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭。刚回收的煤焦油还含有溶有无机盐和其他杂质的水分。
煤焦油的绝大多数组分熔点较高，但由于大量单体化合物互相溶解而形成低共溶混合物， 因此煤焦油在常温下仍呈液体状态。
高温煤焦油含有1万多种化合物，按化学性质可分为中性的烃类、酸性的酚类和碱性的吡啶、喹啉类化合物。
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