JP2001281181A - 石炭及びその類似物の液化反応生成物の成分予測方法 - Google Patents
石炭及びその類似物の液化反応生成物の成分予測方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて得られた石
炭及びその類似化合物の共鳴スペクトルから液化反応生
成物の成分を予測する方法を提供する。 【解決手段】 固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて石炭及
びその類似化合物の共鳴スペクトルを得る第１のステッ
プと、得られた共鳴スペクトルから、該石炭及びその類
似化合物の分子構造を構成する結合形態の異なる各種炭
素の分布を求める第２のステップと、求めた各種炭素の
分布に基づいて該石炭及びその類似物の液化反応生成物
中の成分を予測する第３のステップとからなることを特
徴とする石炭及びその類似化合物の成分予測方法。
炭及びその類似化合物の共鳴スペクトルから液化反応生
成物の成分を予測する方法を提供する。 【解決手段】 固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて石炭及
びその類似化合物の共鳴スペクトルを得る第１のステッ
プと、得られた共鳴スペクトルから、該石炭及びその類
似化合物の分子構造を構成する結合形態の異なる各種炭
素の分布を求める第２のステップと、求めた各種炭素の
分布に基づいて該石炭及びその類似物の液化反応生成物
中の成分を予測する第３のステップとからなることを特
徴とする石炭及びその類似化合物の成分予測方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体13Ｃ核磁気共
鳴装置を用いて得られた石炭及びその類似化合物の共鳴
スペクトルから液化反応生成物の成分を予測する方法に
関するものである。
鳴装置を用いて得られた石炭及びその類似化合物の共鳴
スペクトルから液化反応生成物の成分を予測する方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】石炭は、石油、天然ガスに比べ世界的に
広く賦存し、その可採埋蔵量は約１兆トンと推定され
る。これら化石資源の可採年数は、石炭２１６年、石油
４６年、天然ガス６４年と推定され、今後とも人類社会
にとって重要なエネルギー資源として位置付けられてい
る。現在、世界の一次エネルギー消費量の約１／３が石
炭に依存しており、わが国の石炭消費量も鉄鋼業や発電
分野で約１２０百万トン／年に達している。
広く賦存し、その可採埋蔵量は約１兆トンと推定され
る。これら化石資源の可採年数は、石炭２１６年、石油
４６年、天然ガス６４年と推定され、今後とも人類社会
にとって重要なエネルギー資源として位置付けられてい
る。現在、世界の一次エネルギー消費量の約１／３が石
炭に依存しており、わが国の石炭消費量も鉄鋼業や発電
分野で約１２０百万トン／年に達している。
【０００３】しかし、石炭は石油、天然ガスに比べて単
位発熱量当たりの二酸化炭素発生量が多く、また二酸化
硫黄、二酸化窒素、煤塵等の発生量も多いことが知られ
ている。したがって、地球環境の保全に配慮しつつ石炭
資源の利用を図るには、エネルギー効率の高い、且つ低
エミッション型の石炭転換技術の開発が求められてい
る。例えば、環境調和型発電技術分野では、発電効率の
向上を目指して加圧流動床複合発電や石炭ガス化複合発
電等の技術開発が現在進められている。また鉄鋼業分野
では、製鉄用コークスの新規製造技術の開発が進められ
ている。一方、近い将来、増大する石油の需要に対して
供給不測が予想されており、石油代替燃料の製造技術と
して石炭からガソリンや軽油を製造する石炭液化技術の
開発が推進され、ＮＥＤＯＬプロセスが開発された。こ
のプロセスは、現在中国やインドネシアなど経済発展が
著しく、国内でのエネルギー不足に悩まされている国々
への技術移転が検討されている。
位発熱量当たりの二酸化炭素発生量が多く、また二酸化
硫黄、二酸化窒素、煤塵等の発生量も多いことが知られ
ている。したがって、地球環境の保全に配慮しつつ石炭
資源の利用を図るには、エネルギー効率の高い、且つ低
エミッション型の石炭転換技術の開発が求められてい
る。例えば、環境調和型発電技術分野では、発電効率の
向上を目指して加圧流動床複合発電や石炭ガス化複合発
電等の技術開発が現在進められている。また鉄鋼業分野
では、製鉄用コークスの新規製造技術の開発が進められ
ている。一方、近い将来、増大する石油の需要に対して
供給不測が予想されており、石油代替燃料の製造技術と
して石炭からガソリンや軽油を製造する石炭液化技術の
開発が推進され、ＮＥＤＯＬプロセスが開発された。こ
のプロセスは、現在中国やインドネシアなど経済発展が
著しく、国内でのエネルギー不足に悩まされている国々
への技術移転が検討されている。
【０００４】石炭の主要元素は炭素、水素、酸素で、そ
の化学構造の特徴は環数の異なる縮合多環芳香族化合物
を構造単位とし、これがメチレン架橋やエーテル結合等
により互いに結合して化学構造の不特定な高分子構造を
形成している。酸素、硫黄、窒素等のヘテロ元素は、種
々の官能基としてアルキル側鎖とともに芳香族環構造の
周囲に結合したり、あるいは環内に取り込まれた複素環
構造として存在している。石炭に含まれる縮合多環芳香
族構造の割合は、一般的には褐炭から瀝青炭へと石炭化
度が進むにつれて増大し、化学構造が連続的に変化しな
がら化学的には安定化する傾向にある。また、石炭には
一般に数％から３０％程度の灰分が含まれており、石炭
の利用プロセスにおいて装置の磨耗や溶融による閉塞等
の問題を引き起こす原因の一つになっている。
の化学構造の特徴は環数の異なる縮合多環芳香族化合物
を構造単位とし、これがメチレン架橋やエーテル結合等
により互いに結合して化学構造の不特定な高分子構造を
形成している。酸素、硫黄、窒素等のヘテロ元素は、種
々の官能基としてアルキル側鎖とともに芳香族環構造の
周囲に結合したり、あるいは環内に取り込まれた複素環
構造として存在している。石炭に含まれる縮合多環芳香
族構造の割合は、一般的には褐炭から瀝青炭へと石炭化
度が進むにつれて増大し、化学構造が連続的に変化しな
がら化学的には安定化する傾向にある。また、石炭には
一般に数％から３０％程度の灰分が含まれており、石炭
の利用プロセスにおいて装置の磨耗や溶融による閉塞等
の問題を引き起こす原因の一つになっている。
【０００５】石炭の液化反応は、石油代替燃料の製造技
術として石炭からガソリンや軽油等の輸送用液体燃料の
製造を目的とした転換反応技術である。８００℃以上の
高温で反応させる燃焼やガス化反応とは異なり、液化反
応は１０〜２５ＭＰａの高圧水素雰囲気下で４３０〜４
７０℃の温和な反応条件下で石炭を分解し、低分子量の
芳香族及び脂肪族炭化水素の混合物であるオイルを製造
する。反応は、最初結合エネルギーの弱い構造単位間の
架橋や官能基の解裂から始まり、プレアスファルテンや
アスファルテン留分まで低分子化するが、その後芳香環
の水素化によるシクロパラフィン類の生成・開環反応が
続いて更に低分子化が進行し、ガスの生成とともにオイ
ルが生成する。したがって、石炭の液化反応性はその化
学構造の特性、すなわち芳香族環構造や架橋結合の割
合、含酸素官能基の量などに大きく影響されることがこ
れまでの基礎研究により知られている。
術として石炭からガソリンや軽油等の輸送用液体燃料の
製造を目的とした転換反応技術である。８００℃以上の
高温で反応させる燃焼やガス化反応とは異なり、液化反
応は１０〜２５ＭＰａの高圧水素雰囲気下で４３０〜４
７０℃の温和な反応条件下で石炭を分解し、低分子量の
芳香族及び脂肪族炭化水素の混合物であるオイルを製造
する。反応は、最初結合エネルギーの弱い構造単位間の
架橋や官能基の解裂から始まり、プレアスファルテンや
アスファルテン留分まで低分子化するが、その後芳香環
の水素化によるシクロパラフィン類の生成・開環反応が
続いて更に低分子化が進行し、ガスの生成とともにオイ
ルが生成する。したがって、石炭の液化反応性はその化
学構造の特性、すなわち芳香族環構造や架橋結合の割
合、含酸素官能基の量などに大きく影響されることがこ
れまでの基礎研究により知られている。
【０００６】１９７３年の「石油危機」以来、国家プロ
ジェクトとしてわが国の石油依存度の低減とエネルギー
資源の多様化を目的として、石炭液化技術の開発研究が
精力的に推進された。その結果、わが国の液化技術は１
トン／日規模のプロセス支援装置及び１５０トン／日規
模のパイロットプラントの運転研究を経て、世界でも最
高水準のＮＥＤＯＬプロセスを生み出すに至った。この
プロセスは、石炭資源もまた海外から輸入せざるを得な
いわが国のエネルギー事情を踏まえて、亜瀝青炭から瀝
青炭まで幅広い炭種に対して適応可能で、鉄系微粉触媒
と水素供与性溶媒の使用により、温和な反応条件下で高
収率の液化油が製造できる技術的・経済的に優れたわが
国独自の液化技術である。代表的な反応条件は、反応温
度４４０〜４７０℃、反応圧力１５〜２０ＭＰａ、石炭
スラリー濃度４０〜５０％、触媒添加量１．５〜３％、
ガス／液比０．７〜１．０Ｎｍ3／ｋｇであり、その結
果５０〜６０ｗｔ％（石炭１トン当たり約４バーレル）
のオイル収率（沸点Ｃ４〜３５０℃留分）が得られる。
このプロセスは、現在中国やインドネシアからの要請に
基づいてこれらの国々での立地可能性について調査され
ており、アジア地域におけるエネルギー供給の安定化に
大きく貢献することが期待されている。
ジェクトとしてわが国の石油依存度の低減とエネルギー
資源の多様化を目的として、石炭液化技術の開発研究が
精力的に推進された。その結果、わが国の液化技術は１
トン／日規模のプロセス支援装置及び１５０トン／日規
模のパイロットプラントの運転研究を経て、世界でも最
高水準のＮＥＤＯＬプロセスを生み出すに至った。この
プロセスは、石炭資源もまた海外から輸入せざるを得な
いわが国のエネルギー事情を踏まえて、亜瀝青炭から瀝
青炭まで幅広い炭種に対して適応可能で、鉄系微粉触媒
と水素供与性溶媒の使用により、温和な反応条件下で高
収率の液化油が製造できる技術的・経済的に優れたわが
国独自の液化技術である。代表的な反応条件は、反応温
度４４０〜４７０℃、反応圧力１５〜２０ＭＰａ、石炭
スラリー濃度４０〜５０％、触媒添加量１．５〜３％、
ガス／液比０．７〜１．０Ｎｍ3／ｋｇであり、その結
果５０〜６０ｗｔ％（石炭１トン当たり約４バーレル）
のオイル収率（沸点Ｃ４〜３５０℃留分）が得られる。
このプロセスは、現在中国やインドネシアからの要請に
基づいてこれらの国々での立地可能性について調査され
ており、アジア地域におけるエネルギー供給の安定化に
大きく貢献することが期待されている。
【０００７】前述したように、石炭の液化反応性はその
化学構造に、すなわち炭種に大きく依存することから、
オイルを含む各生成物の収率は炭種によって異なり、プ
ロセスの経済性を左右するオイルの高収率を得るには炭
種毎に最適反応条件を見出す必要がある。しかし、その
ためにはプラントによる反応試験が不可欠で、炭種毎の
反応データを取得するには多大なコストと労力及び時間
を必要とし、簡便な反応性評価手法の開発が求められて
いた。
化学構造に、すなわち炭種に大きく依存することから、
オイルを含む各生成物の収率は炭種によって異なり、プ
ロセスの経済性を左右するオイルの高収率を得るには炭
種毎に最適反応条件を見出す必要がある。しかし、その
ためにはプラントによる反応試験が不可欠で、炭種毎の
反応データを取得するには多大なコストと労力及び時間
を必要とし、簡便な反応性評価手法の開発が求められて
いた。
【０００８】ところで、これまで石炭の化学構造を明ら
かにする適切な方法が見出されていなかったが、近年固
体13Ｃ核磁気共鳴装置が開発され、石炭の炭素分布の測
定が可能になった。この測定装置は、石炭の多種多様な
化学構造の分布を直接明らかにするものではないが、石
炭の平均的な化学構造に対応した炭素分布を示すため、
炭素分布と液化反応性の間には密接な相関があると推定
される。しかし、炭素分布と液化反応性の相関を明らか
にするには、石炭のスペクトルデータの適切な解析法が
未だ確立されていないのが現状であり、また液化反応性
を求める反応試験も小型回分式オートクレーブによる試
験が大部分で、定常条件下での定量的な反応データの取
得は極めて限定されてきた。このような制約の下で、石
炭の化学構造と液化反応性の間の相関を精度良く見出す
ことは事実上不可能であった。
かにする適切な方法が見出されていなかったが、近年固
体13Ｃ核磁気共鳴装置が開発され、石炭の炭素分布の測
定が可能になった。この測定装置は、石炭の多種多様な
化学構造の分布を直接明らかにするものではないが、石
炭の平均的な化学構造に対応した炭素分布を示すため、
炭素分布と液化反応性の間には密接な相関があると推定
される。しかし、炭素分布と液化反応性の相関を明らか
にするには、石炭のスペクトルデータの適切な解析法が
未だ確立されていないのが現状であり、また液化反応性
を求める反応試験も小型回分式オートクレーブによる試
験が大部分で、定常条件下での定量的な反応データの取
得は極めて限定されてきた。このような制約の下で、石
炭の化学構造と液化反応性の間の相関を精度良く見出す
ことは事実上不可能であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の実状に鑑みてなされたもので、固体13Ｃ核磁気共
鳴装置を用いて得られた石炭及びその類似化合物の共鳴
スペクトルから液化反応生成物の成分を予測する方法を
提供することをその課題とする。
技術の実状に鑑みてなされたもので、固体13Ｃ核磁気共
鳴装置を用いて得られた石炭及びその類似化合物の共鳴
スペクトルから液化反応生成物の成分を予測する方法を
提供することをその課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、固体13Ｃ核磁気
共鳴装置を用いて石炭及びその類似化合物の共鳴スペク
トルを得る第１のステップと、得られた共鳴スペクトル
から、該石炭及びその類似化合物の分子構造を構成する
結合形態の異なる各種炭素の分布を求める第２のステッ
プと、求めた各種炭素の分布に基づいて該石炭及びその
類似物の液化反応生成物中の成分を予測する第３のステ
ップとからなることを特徴とする石炭及びその類似化合
物の成分予測方法が提供される。好ましい態様では、上
記第２のステップにおいて、該共鳴スペクトルを予め求
めた基準に従い２４のピークに分割して個々のピークの
強度を求めて各種炭素の分布を求めるまた、別の好まし
い態様では、上記第２のステップにおいて、該石炭及び
その類似化合物の分子を構成する炭素を、カルボニル
基、カルボキシル基、酸素原子に結合した芳香族炭素、
炭素原子に結合した芳香族炭素、水素原子に結合した芳
香族炭素、ＯＨ基あるいはエーテル型酸素に結合した脂
肪族炭素、メトキシ基、メチレン基、メチル基の９炭素
グループに分割し、該２４のピークを該９炭素グループ
についてまとめ、各炭素グループごとの分布を求める。
また、別の好ましい態様では、上記第３のステップにお
いて、該石炭及びその類似物の液化反応生成物中の成分
の予測を、予め基準となる試料を用いて算出した関係式
に基づいて行う。さらに、別の好ましい態様では、予測
対象となる成分を、炭化水素ガス、ＣＯxガス、水、オ
イル及び残渣の中の少なくとも１以上とする。上記関係
式の例示をすると、後掲の表３に示すものが挙げられ
る。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、固体13Ｃ核磁気
共鳴装置を用いて石炭及びその類似化合物の共鳴スペク
トルを得る第１のステップと、得られた共鳴スペクトル
から、該石炭及びその類似化合物の分子構造を構成する
結合形態の異なる各種炭素の分布を求める第２のステッ
プと、求めた各種炭素の分布に基づいて該石炭及びその
類似物の液化反応生成物中の成分を予測する第３のステ
ップとからなることを特徴とする石炭及びその類似化合
物の成分予測方法が提供される。好ましい態様では、上
記第２のステップにおいて、該共鳴スペクトルを予め求
めた基準に従い２４のピークに分割して個々のピークの
強度を求めて各種炭素の分布を求めるまた、別の好まし
い態様では、上記第２のステップにおいて、該石炭及び
その類似化合物の分子を構成する炭素を、カルボニル
基、カルボキシル基、酸素原子に結合した芳香族炭素、
炭素原子に結合した芳香族炭素、水素原子に結合した芳
香族炭素、ＯＨ基あるいはエーテル型酸素に結合した脂
肪族炭素、メトキシ基、メチレン基、メチル基の９炭素
グループに分割し、該２４のピークを該９炭素グループ
についてまとめ、各炭素グループごとの分布を求める。
また、別の好ましい態様では、上記第３のステップにお
いて、該石炭及びその類似物の液化反応生成物中の成分
の予測を、予め基準となる試料を用いて算出した関係式
に基づいて行う。さらに、別の好ましい態様では、予測
対象となる成分を、炭化水素ガス、ＣＯxガス、水、オ
イル及び残渣の中の少なくとも１以上とする。上記関係
式の例示をすると、後掲の表３に示すものが挙げられ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の方法について詳細
に説明する。本発明は、石炭（無煙炭、強粘炭、粘着
炭、弱粘炭、瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭など）及びその
類似物の液化反性生成物の成分予測方法に係るものであ
る。本発明は、大別にして下記の３つのステップからな
る。 （１）固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて石炭及びその類
似化合物の共鳴スペクトルを得る第１のステップ （２）得られた共鳴スペクトルから、該石炭及びその類
似化合物の分子構造を構成する結合形態の異なる各種炭
素の分布を求める第２のステップ （３）求めた各種炭素の分布に基づいて該石炭及びその
類似物の液化反応生成物中の成分を予測する第３のステ
ップ
に説明する。本発明は、石炭（無煙炭、強粘炭、粘着
炭、弱粘炭、瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭など）及びその
類似物の液化反性生成物の成分予測方法に係るものであ
る。本発明は、大別にして下記の３つのステップからな
る。 （１）固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて石炭及びその類
似化合物の共鳴スペクトルを得る第１のステップ （２）得られた共鳴スペクトルから、該石炭及びその類
似化合物の分子構造を構成する結合形態の異なる各種炭
素の分布を求める第２のステップ （３）求めた各種炭素の分布に基づいて該石炭及びその
類似物の液化反応生成物中の成分を予測する第３のステ
ップ
【００１２】第１ステップでは、測定対象である石炭又
はその類似化合物（以下試料炭と略記することもある）
を約１００メッシュ程度の粒子サイズに粉砕・乾燥した
後、固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いてその共鳴スペクト
ルを測定する。このスペクトルチャートは図１の実線で
示すようなパターンとなる。
はその類似化合物（以下試料炭と略記することもある）
を約１００メッシュ程度の粒子サイズに粉砕・乾燥した
後、固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いてその共鳴スペクト
ルを測定する。このスペクトルチャートは図１の実線で
示すようなパターンとなる。
【００１３】次に、第２ステップでは、上記で得られた
スペクトルを、予め決められた解析条件を用いた波形解
析用プログラムにより２４ピークに分割し、個々のピー
ク強度を求めるとともに、これらのデータを９炭素グル
ープにまとめ、試料炭の炭素分布を求める。ここで予め
決められた解析条件について述べる。図１に、固体13Ｃ
核磁気共鳴装置で測定した石炭のスペクトル例と、表１
に記したピーク分割条件で求めた２４ピークからなる合
成スペクトル例を示す。石炭の13Ｃ核磁気共鳴スペクト
ルは、一般に０〜２００ｐｐｍの化学シフト範囲で測定
され、０〜約９０ｐｐｍの範囲は脂肪族炭素に、約９０
〜１７０ｐｐｍの範囲は芳香族炭素に帰属される。石炭
のスペクトルは化学構造の多様性を反映して非常に複雑
であり、それ故に各炭素グループの化学シフト範囲を単
純な構造の標準化合物等のデータに基づいて一義的に決
めることは事実上不可能である。そこで本発明では、予
め、石炭構造に類似した標準化合物とともに、各種含酸
素官能基に富む褐炭を組織成分の異なる分別物に分けた
試料を用いて、異なる化学構造に起因するピーク情報を
詳細に調べ、表１に示すようなピーク分割条件、すなわ
ち２４ピークの化学シフト値と半値幅を得た。これたの
データを予め決められた解析条件とすることで、褐炭か
ら無煙炭まで如何なる石炭化度の石炭に対しても、同一
条件でそれらスペクトルの解析を可能にし、精度良く炭
素分布を求めることができる。−３０〜１０ｐｐｍと２
５０〜３００ｐｐｍの範囲に観測されるスピニングサイ
ドバンドの強度は、Ａｒ−Ｈ炭素の強度に加算して炭素
分布を求める。
スペクトルを、予め決められた解析条件を用いた波形解
析用プログラムにより２４ピークに分割し、個々のピー
ク強度を求めるとともに、これらのデータを９炭素グル
ープにまとめ、試料炭の炭素分布を求める。ここで予め
決められた解析条件について述べる。図１に、固体13Ｃ
核磁気共鳴装置で測定した石炭のスペクトル例と、表１
に記したピーク分割条件で求めた２４ピークからなる合
成スペクトル例を示す。石炭の13Ｃ核磁気共鳴スペクト
ルは、一般に０〜２００ｐｐｍの化学シフト範囲で測定
され、０〜約９０ｐｐｍの範囲は脂肪族炭素に、約９０
〜１７０ｐｐｍの範囲は芳香族炭素に帰属される。石炭
のスペクトルは化学構造の多様性を反映して非常に複雑
であり、それ故に各炭素グループの化学シフト範囲を単
純な構造の標準化合物等のデータに基づいて一義的に決
めることは事実上不可能である。そこで本発明では、予
め、石炭構造に類似した標準化合物とともに、各種含酸
素官能基に富む褐炭を組織成分の異なる分別物に分けた
試料を用いて、異なる化学構造に起因するピーク情報を
詳細に調べ、表１に示すようなピーク分割条件、すなわ
ち２４ピークの化学シフト値と半値幅を得た。これたの
データを予め決められた解析条件とすることで、褐炭か
ら無煙炭まで如何なる石炭化度の石炭に対しても、同一
条件でそれらスペクトルの解析を可能にし、精度良く炭
素分布を求めることができる。−３０〜１０ｐｐｍと２
５０〜３００ｐｐｍの範囲に観測されるスピニングサイ
ドバンドの強度は、Ａｒ−Ｈ炭素の強度に加算して炭素
分布を求める。
【００１４】
【表１】
【００１５】また、上記解析条件を用い、波形解析用プ
ログラムにより、スペクトル波形を２４のピークに分割
する。そして分割した各ピークの強度及び半値幅を求め
る。
ログラムにより、スペクトル波形を２４のピークに分割
する。そして分割した各ピークの強度及び半値幅を求め
る。
【００１６】ここで、試料炭の分子を構成する炭素を、
カルボニル基、カルボキシル基、酸素原子に結合した芳
香族炭素、炭素原子に結合した芳香族炭素、水素原子に
結合した芳香族炭素、ＯＨ基あるいはエーテル型酸素に
結合した脂肪族炭素、メトキシ基、メチレン基、メチル
基の９炭素グループに分割し、２４のピークを９の炭素
グループについてまとめる。そのまとめ方は、表１に示
す通りである。そして、上記で分割した２４のピークの
データから、各炭素グループごとに炭素分布を求める。
いくつかの試料について求めた炭素分布の例を表２に示
す。
カルボニル基、カルボキシル基、酸素原子に結合した芳
香族炭素、炭素原子に結合した芳香族炭素、水素原子に
結合した芳香族炭素、ＯＨ基あるいはエーテル型酸素に
結合した脂肪族炭素、メトキシ基、メチレン基、メチル
基の９炭素グループに分割し、２４のピークを９の炭素
グループについてまとめる。そのまとめ方は、表１に示
す通りである。そして、上記で分割した２４のピークの
データから、各炭素グループごとに炭素分布を求める。
いくつかの試料について求めた炭素分布の例を表２に示
す。
【００１７】
【表２】
【００１８】第３のステップでは、該石炭及びその類似
物の液化反応生成物中の成分の予測を、予め基準となる
試料を用いて算出した関係式に基づいて行う。ここで、
予測対象とする成分は、例えば、炭化水素ガス、ＣＯx
ガス、水、オイル及び残渣とすることができる。上記関
係式としては、例えば表３に示す式を用いることができ
る。以上のようにして、未知試料炭の各液化反応生成物
の収率の予測をすることができる。
物の液化反応生成物中の成分の予測を、予め基準となる
試料を用いて算出した関係式に基づいて行う。ここで、
予測対象とする成分は、例えば、炭化水素ガス、ＣＯx
ガス、水、オイル及び残渣とすることができる。上記関
係式としては、例えば表３に示す式を用いることができ
る。以上のようにして、未知試料炭の各液化反応生成物
の収率の予測をすることができる。
【００１９】
【表３】
【００２０】次に、上記予測方法により予測した収率と
ＮＥＤＯＬプロセスの標準条件下で得た反応性データと
の比較を行う。前記表２は、ＮＥＤＯＬプロセスの１ト
ン／日規模のプラントによる反応試験に用いた原料炭の
炭素含有量（Ｃｗｔ％〉と固体13Ｃ核磁気共鳴装置で求
めた炭素分布、並びに炭素分布データから算出した芳香
族炭素分率（ｆａ）と原子比Ｏ／Ｃ（％）を示す。用い
た原料炭は亜瀝青炭及び低石炭化度の瀝青炭であり、Ｃ
ｗｔ％の増大とともにｆａ値は増加傾向に、すなわち石
炭の芳香族構造が発達していることを示しており、一方
Ｏ／Ｃ値は減少しているので含酸素官能基が減少してい
るのがわかる。
ＮＥＤＯＬプロセスの標準条件下で得た反応性データと
の比較を行う。前記表２は、ＮＥＤＯＬプロセスの１ト
ン／日規模のプラントによる反応試験に用いた原料炭の
炭素含有量（Ｃｗｔ％〉と固体13Ｃ核磁気共鳴装置で求
めた炭素分布、並びに炭素分布データから算出した芳香
族炭素分率（ｆａ）と原子比Ｏ／Ｃ（％）を示す。用い
た原料炭は亜瀝青炭及び低石炭化度の瀝青炭であり、Ｃ
ｗｔ％の増大とともにｆａ値は増加傾向に、すなわち石
炭の芳香族構造が発達していることを示しており、一方
Ｏ／Ｃ値は減少しているので含酸素官能基が減少してい
るのがわかる。
【００２１】一方、表４にＮＥＤＯＬプロセスの１トン
／日規模のプラントで得た標準条件下での液化反応試験
の結果を示す。反応条件は、反応湿度４６５℃、反応圧
力１７ＭＰａ、ガス／液比０．７Ｎｍ3／ｋｇ、石炭ス
ラリー濃度４０ｗｔ％、触媒濃度３ｗｔ％である。炭化
水素ガスの収率は１５〜２０ｗｔ％の範囲にあったが、
ＣＯ、ＣＯ2ガス及び生成水の収率はＣｗｔ％の増大と
ともに大きく減少した。オイル収率は炭種間で大きな差
は観察されていないが、残渣はＣｗｔ％の増大とともに
増加する傾向にあった。
／日規模のプラントで得た標準条件下での液化反応試験
の結果を示す。反応条件は、反応湿度４６５℃、反応圧
力１７ＭＰａ、ガス／液比０．７Ｎｍ3／ｋｇ、石炭ス
ラリー濃度４０ｗｔ％、触媒濃度３ｗｔ％である。炭化
水素ガスの収率は１５〜２０ｗｔ％の範囲にあったが、
ＣＯ、ＣＯ2ガス及び生成水の収率はＣｗｔ％の増大と
ともに大きく減少した。オイル収率は炭種間で大きな差
は観察されていないが、残渣はＣｗｔ％の増大とともに
増加する傾向にあった。
【００２２】
【表４】
【００２３】図２に、各液化反応生成物と特定の炭素グ
ループとの相関、すなわち例として、オイル収率とＣＨ
2基量、反応残渣とｆａ値、生成水の酸素量と（ＡｒＯ
−ＯＣＨ3）量の関係を示す。これらの図からわかるよ
うに、各生成物とも特定の炭素グループに良く相関して
おり、石炭の液化反応性はその化学構造と密接な関係を
有することを実証している。表３に、これらの相関図か
ら求めた各液化反応生成物と特定炭素グループとの相関
式を示す。したがって、本予測方法によれば、未知試料
炭に対してもＮＥＤＯＬプロセスの標準条件等での各液
化反応生成物の収率の予測が行えることがわかる。
ループとの相関、すなわち例として、オイル収率とＣＨ
2基量、反応残渣とｆａ値、生成水の酸素量と（ＡｒＯ
−ＯＣＨ3）量の関係を示す。これらの図からわかるよ
うに、各生成物とも特定の炭素グループに良く相関して
おり、石炭の液化反応性はその化学構造と密接な関係を
有することを実証している。表３に、これらの相関図か
ら求めた各液化反応生成物と特定炭素グループとの相関
式を示す。したがって、本予測方法によれば、未知試料
炭に対してもＮＥＤＯＬプロセスの標準条件等での各液
化反応生成物の収率の予測が行えることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、上述した手法を採用し
たので、液化反応試験を実施することなく、未知試料の
石炭に対してＮＥＤＯＬプロセスの標準条件下等で得ら
れる反応データの提供及び比較を可能にし、液化反応に
適した炭種の選定及び評価を容易且つ速やかに行うこと
ができる。
たので、液化反応試験を実施することなく、未知試料の
石炭に対してＮＥＤＯＬプロセスの標準条件下等で得ら
れる反応データの提供及び比較を可能にし、液化反応に
適した炭種の選定及び評価を容易且つ速やかに行うこと
ができる。
【図１】固体13Ｃ核磁気共鳴装置で測定した石炭のスペ
クトル例と、表１に記したピーク分割条件で求めた２４
ピークからなる合成スペクトル例を示す図である。
クトル例と、表１に記したピーク分割条件で求めた２４
ピークからなる合成スペクトル例を示す図である。
【図２】各液化反応生成物と特定の炭素グループとの相
関、すなわちオイル収率とＣＨ 2基量、反応残渣とｆａ
値、生成水の酸素量と（ＡｒＯ−ＯＣＨ3）量の関係を
示す図である。
関、すなわちオイル収率とＣＨ 2基量、反応残渣とｆａ
値、生成水の酸素量と（ＡｒＯ−ＯＣＨ3）量の関係を
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 光義 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番 １号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 永石 博志 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番 １号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 佐々木 正秀 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番 １号 工業技術院北海道工業技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 固体13Ｃ核磁気共鳴装置を用いて石炭及
びその類似化合物の共鳴スペクトルを得る第１のステッ
プと、 得られた共鳴スペクトルから、該石炭及びその類似化合
物の分子構造を構成する結合形態の異なる各種炭素の分
布を求める第２のステップと、 求めた各種炭素の分布に基づいて該石炭及びその類似物
の液化反応生成物中の成分を予測する第３のステップと
からなることを特徴とする石炭及びその類似化合物の成
分予測方法。 - 【請求項２】 第２のステップにおいて、該共鳴スペク
トルを予め求めた基準に従い２４のピークに分割して個
々のピークの強度を求めて各種炭素の分布を求めること
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 第２のステップにおいて、該石炭及びそ
の類似化合物の分子を構成する炭素を、カルボニル基、
カルボキシル基、酸素原子に結合した芳香族炭素、炭素
原子に結合した芳香族炭素、水素原子に結合した芳香族
炭素、ＯＨ基あるいはエーテル型酸素に結合した脂肪族
炭素、メトキシ基、メチレン基、メチル基の９炭素グル
ープに分割し、該２４のピークを該９炭素グループにつ
いてまとめ、各炭素グループごとの分布を求めることを
特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 第３のステップにおいて、該石炭及びそ
の類似物の液化反応生成物中の成分の予測を、予め基準
となる試料を用いて算出した関係式に基づいて行うこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】 予測対象となる成分が、炭化水素ガス、
ＣＯxガス、水、オイル及び残渣の中の少なくとも１以
上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000099359A JP2001281181A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 石炭及びその類似物の液化反応生成物の成分予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000099359A JP2001281181A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 石炭及びその類似物の液化反応生成物の成分予測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001281181A true JP2001281181A (ja) | 2001-10-10 |
Family
ID=18613726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000099359A Pending JP2001281181A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 石炭及びその類似物の液化反応生成物の成分予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001281181A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271256A (ja) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Jfe Steel Corp | 石炭またはコークスの熱履歴推定方法 |
| RU2780205C1 (ru) * | 2021-11-30 | 2022-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ прогнозирования гидрируемости углей в процессах прямого ожижения |
-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000099359A patent/JP2001281181A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271256A (ja) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Jfe Steel Corp | 石炭またはコークスの熱履歴推定方法 |
| RU2780205C1 (ru) * | 2021-11-30 | 2022-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ прогнозирования гидрируемости углей в процессах прямого ожижения |
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