JP2004010629A - コークス炉における化成品の増産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス製造方法における課題と石炭液化技術の実用化における課題を同時に解決する手段を提供すること。
【解決手段】石炭の乾留副産物であるガス１２，コールタール１３を回収する設備を備えたコークス炉Ｄにおけるコークス製造方法において、コークス炉装入炭１１に石炭液化法に由来する石炭液化反応塔Ａからの生成物を添加して乾留することを特徴とするコークス炉における化成品の増産方法。上記の装入炭に１１添加する石炭液化法に由来する生成物が沸点範囲２２０〜３５０℃の常圧軽油７および沸点範囲が常圧換算５００℃以上の液化残渣１０であることを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉からの化成品の増産方法に関し、特に石炭液化法による常圧軽油および液化残渣をコークス炉装入炭に添加することでコークス製造法における課題と石炭液化法における課題を同時に解決する化成品の増産方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークス製造方法においては乾留副産物を回収するいわゆる副産物回収式コークス炉が主流である。コークス炉上昇管から排出されるガスはガス精製設備で逐次冷却、精製され精製ＣＯＧ、コールタールなどの乾留副産物が回収される。コークスの生産が目的であるため、乾留副産物の品質や生産量は従属的である。また、高炉用のコークス製造方法においては比較的に乾留温度が高いため、コールタールの芳香族指数（ｆａ）が過度に高くなり、これに伴ってピッチコークスの黒鉛化反応性が低下する場合がある。
【０００３】
高炉用コークスを製造するコークス炉において、コールタールの生産量、品質を調整する方法は特開平８−２３１９６１号に開示されている。この方法は、系内で生産されるコールタール及び／又はピッチの一部または全部を装入炭に添加するものであり、添加したタール及び／又はピッチがガスやコークスに転換するため、添加量よりコールタールは減少する。
【０００４】
ところで、石炭液化技術は、ガソリンやディーゼルなど輸送用燃料を目標に開発が進められてきたが、石炭液化プラントの建設費やランニングコストが高いために実用化が困難であった。また、石炭液化油は石油系燃料に比べて芳香族成分が過多であるため、別途、水素化精製や接触改質などの工程を必要とすることも経済的負担を大きくする要因であった。さらには、液化油を付加価値の高い化成品として利用する方法も考えられるが、目的の化学成分を分離・抽出するための工程が必要である。
【０００５】
石炭液化法、特に連続式直接石炭液化法においては、石炭の水素化分解のために高価な水素が多量必要であるばかりではなく、液化油の収率を高めるために鉄系触媒が必要であり、通常は石炭あたり３ｗｔ％前後添加される。また、製品油である石炭液化粗油（常圧蒸留塔で蒸留された液化油）は石油に比較してナフテン環や１〜３環芳香族化合物の含有率が高いため、水素化精製などによるアップグレーディング（精製）が必要であり、経済性を悪化させる要因となる。即ち、常圧蒸留塔から生成する液化ナフサや常圧軽油（ＡＧＯ）など石炭液化粗油を精製する精製設備が不可欠であり、また減圧蒸留塔から留出する減圧重質油は石炭液化のための循環溶剤として利用されているが、減圧液化残渣は、未だに活用される途を模索されているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高炉用コークス製造方法における課題は、コークスコストパフォーマンスの大きい低価格劣質炭の使用比率増大や安定な高炉操業維持のためのコークス強度の向上などが課題である。また、副産物のコークス炉ガス（ＣＯＧ）やコールタールの生産量、これらの品質を独立に制御する方法の確立も大きな課題である。他方、石炭液化技術の実用化に向けては、水素化精製などのアップグレーディング工程を省略ないしは簡略化すること、また液化油の収率向上のための厳格な条件（触媒量や水素添加量の増加）を緩和すること、さらに液化残渣を有効に活用すること等、種々の課題がある。
かかる現状から、本発明の課題は、上記したコークス製造方法における課題と石炭液化技術の実用化における課題を同時に解決する手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、コークス製造方法における課題と石炭液化における課題を同時に解決する手段について種々検討の結果、コークス工場と石炭液化プラントを組み合わせ併設することによってはじめて達成可能な本発明に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明のコークス炉における化成品の増産方法は、石炭の乾留副産物を回収する設備を備えたコークス製造方法において、コークス炉装入炭に石炭液化法に由来する生成物を添加して乾留することを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記した本発明の装入炭に添加する石炭液化法に由来する生成物としては少なくとも液化残渣であり、好ましくは、常圧軽油および液化残渣である。また常圧軽油の沸点範囲としては２２０〜３５０℃が望ましく、一方の液化残渣の沸点範囲が常圧換算５００℃以上が望ましいものである。
更に石炭液化法に由来する生成物のコークス炉装入炭への添加量０．５〜６ｗｔ％、好ましくは１〜５ｗｔ％、最も好ましくは３ｗｔ％前後である。
【００１０】
また本発明の石炭液化法は、石炭液化のプラントをコークス炉工場に併設して、石炭液化プラントから得られた生成物の内少なくとも一部を、コークス炉用装入炭に添加することで、水素化精製工程などのアップグレーディング工程を省略ないしは簡略化することを特徴とする。
これによって、石炭液化プラントの建設費やランニングコストを低減可能となり実用化の可能性が高まる。
【００１１】
本発明によれば、石炭液化法に由来する生成物をコークス炉装入炭へ添加して乾留することによって、添加物はコークス炉内において熱分解され一部はコークスになるが、残部はガス、タール成分に転換する。これらは、コークス炉用装入炭の乾留にともなうＣＯＧやコールタールとの混合状態でコークス炉上昇管から排出される。このため、装入炭への添加物由来の転換生成物の分だけＢＴＸ，フェノール，クレゾール，ナフタレン等の化成品の増産が可能であり、その回収と後の化成品処理は既設の化成品工場の設備がそのまま活用できる。
【００１２】
すなわち、目的の化学成分を分離・抽出するための設備建設が省略できる。一方、高炉用コークス製造の観点からすると、主製品のコークスと副産物としてのコークス炉ガス（ＣＯＧ）やコールタールの生産量を高め、またこれらの品質を制御することが可能となる。
また上記した本発明によれば、従来の石炭液化プロセスにおいては、特に処理が極めて困難とされていた液化残渣がコークス炉を活用することによって、コールタール、ひいては有効な化成品として利用することを可能とした。
【００１３】
また、従来の石炭液化プロセスでは液状ナフサ（ガソリン用途）やＡＧＯ（ディーゼル用途）など液化油の収率を高めるために、パイライト等の触媒量や水素添加量を多くし、かつ反応温度や圧力を高くする条件に設定せざるを得なかったが、本発明においては、こうした条件を著しく緩和することも可能である。さらに、従来必要とされていたアップグレーディング（精製）設備を省略ないしは簡略化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１のフローシートに従って説明する。
先ず本発明の石炭液化法とは、特に限定されないが▲１▼鉄等の触媒を用い、高温高圧例えば５００℃、３００ａｔｍで水素と反応させて液化する高圧水素分解法、▲２▼コールタール系の高沸点溶剤を使用し、石炭の分解温度付近３５０〜４５０℃で加熱して抽出を行なう分解抽出法、▲３▼鉄系触媒の存在下、水素と溶剤を共存させて４５０℃前後で分解抽出に伴って水素化分解或いは水素化も行なう水素添加抽出法、▲４▼６００℃前後の低温で乾留する低温乾留法が挙げられる。
これらの内、▲３▼水素添加抽出法は、連続式石炭液化法として大量処理が容易である点で本発明には最も好ましい。
【００１５】
図１は石炭液化法として、上記の水素添加抽出法の一例をコークス炉に組み合わせたものである。通常石炭１は高沸点の液化油由来の重質分（減圧重質油）２と水素３、及び必要に応じて液化油の収率を高めるための鉄系触媒等を共存させた状態で石炭液化反応塔Ａに装入されて、石炭の分解温度付近で加熱されることで溶剤抽出作用と水素化分解作用による石炭液化反応が生じる。ここで得られる石炭液化物４は、連続的に抜き出されて常圧蒸留塔Ｂで分留されてガス・水等の塔頂流出物５、液化ナフサ６、常圧軽油（ＡＧＯ）７として分留される。
【００１６】
これらを分留した残りの常圧蒸留塔Ｂの塔底油８は塔底温度３１０〜３５０℃、圧力５〜１５ＫＰａの減圧蒸留塔Ｃにて減圧重質油９を分留し、減圧蒸留塔の底部から液化残渣１０が抜き出される。ここで上記の液化ナフサ６は必要に応じて調整されて輸送用燃料（基材）１６として利用され、減圧重質油９は石炭液化反応塔Ａへの循環溶剤として使用される。常圧軽油（ＡＧＯ）７及び減圧蒸留塔の底部からの液化残渣１０のいずれか一方又は両方が本発明のコークス炉用装入炭へ添加する対象とするものである。
【００１７】
減圧蒸留塔Ｃからの液化残渣１０と、必要に応じて常圧軽油（ＡＧＯ）７とを添加されたコークス炉用装入炭１１は、公知の室炉式コークス炉Ｄに装入されて通常の乾留条件（１０００〜１２００℃）にて高温乾留処理されて、ガス（ＣＯＧ）１２、コールタール１３、コークス１４等を得る。コールタール１３は適宜軽油類を含めた化成品原料１５として回収され化成品製造設備へ送られる。
【００１８】
ここで減圧蒸留塔Ｃからの液化残渣１０は、沸点範囲が常圧換算５００℃以上、軟化点が１５０℃以上であり、硬ピッチに近い性状を有するため、コークス炉用装入炭へ添加した場合、粘結性補填効果が享受できる。すなわち、低価格劣質炭の使用比率増大やコークス強度の向上などの効果がある。粘結性補填効果は添加率が低過ぎても効果は発揮できず、高過ぎても粘結性過多で逆効果となる。また、添加率が高過ぎると既設の化成品工場の設備能力を超えるため、０．５〜６ｗｔ％、好ましくは１〜５ｗｔ％、最も好ましくは３ｗｔ％前後添加することが最適である。
【００１９】
ここで石炭液化プラントを単独で立地する場合は、液化油収率向上のため、反応温度４５０℃前後，鉄系触媒の添加率は３ｗｔ％／ｃｏａｌ前後に設定する必要があり、水素消費量は５〜６ｗｔ％／ｄａｆ−ｃｏａｌ（無水、無灰ベースの石炭）に達するが、コークス工場に併設する場合は、液化油収率が低くても液化残渣を装入炭に添加することにより、コークス炉で乾留副産物として回収することができるため、鉄系触媒の添加率は１〜２ｗｔ％／ｃｏａｌ前後まで液化条件を緩和することが可能となる。また、反応温度を４３０℃程度まで低下することにより、水素消費量は４ｗｔ％／ｄａｆ−ｃｏａｌ程度に抑えられる。
なお石炭液化生成物の中で液化ナフサ６および溶剤水素化工程における水素化ナフサは、沸点範囲がＣ４〜２２０℃であり、そのまま輸送用燃料（基材）１６として利用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はかかる実施例によってなんら限定されるものではない。
【００２１】
比較例１
タニトハルム炭（インドネシア産：亜瀝青炭）を原料とする標準的な液化条件と主要液化生成物の収率、性状を表１に示す。常圧軽油と液化残渣の収率合計は４３．０ｗｔ％、液化ナフサの収率は２６．０ｗｔ％であった。
【００２２】
実施例１
比較例１で示したタニトハルム炭（インドネシア産：亜瀝青炭）を原料とする標準的な液化条件で得られる常圧軽油（ＡＧＯ）と液化残渣を高炉用コークス製造に供される装入炭に合計３ｗｔ％添加した。この装入炭を高炉用コークスの標準的な製造条件で乾留した場合の主要乾留副産物の収率、性状およびコークス強度を表１に示す。
常圧軽油と液化残渣の分解・低分子化によりＣＯＧとタール収率は、下記比較例２よりも大幅に増大した。また、芳香族指数ｆａは若干低下し、ＢＴＸ、フェノール、クレゾールの含有率は明らかに増加した。また、コークス強度は、常圧軽油と液化残渣を合計３ｗｔ％添加することによって基準より０．４ポイント増大した。因みに、芳香族指数ｆａが過度に高い場合は下工程のピッチコークス性状（ＣＴＥ等）にとって好ましくないが、液化残渣を添加することによりｆａが低下し改善される効果も期待される。
【００２３】
比較例２
実施例１における常圧軽油（ＡＧＯ）と液化残渣を添加しない以外は、実施例１と同一条件の高炉用コークスの標準的な製造条件と主要乾留副産物の収率、性状の結果を表１に示す。コールタールの収率は３．６ｗｔ％、芳香族指数ｆａは０．９６８であり、ＢＴＸ、フェノール、クレゾールの含有率は１ｗｔ％前後であった。また、コークス強度は、タールを添加していない条件（基準）では８５．０であった。
【００２４】
実施例２
タニトハルム炭を原料とする比較例１よりも低触媒下の液化条件で得られる常圧軽油と液化残渣を高炉用コークス製造に供される装入炭に合計３ｗｔ％添加した。この装入炭を高炉用コークスの標準的な製造条件で乾留した場合の主要乾留副産物の収率、性状およびコークス強度を表２に示す。低触媒下の液化条件であるため、液化ナフサと常圧軽油の収率は比較例１よりも低下したが、液化残渣の収率は増大したため、装入炭に添加した液化残渣の分解・低分子化によりＣＯＧとタール収率は実施例１よりさらに増大した。製出タールのｆａもさらに低下したが、ＢＴＸ、フェノール、クレゾールの含有率は実施例１とほぼ同様であった。また、コークス強度は、常圧軽油と液化残渣を合計３ｗｔ％添加することによって基準より０．６ポイント増大した。
【００２５】
実施例３
タニトハルム炭を原料とする比較例１よりも低触媒下の液化条件で得られる常圧軽油と液化残渣を高炉用コークス製造に供される装入炭に合計６ｗｔ％添加した。この装入炭を高炉用コークスの標準的な製造条件で乾留した場合の主要乾留副産物の収率、性状およびコークス強度を表２に示す。
この場合の液化条件は実施例２と同様であるが、常圧軽油と液化残渣の装入炭への合計添加率が６ｗｔ％であるため、ＣＯＧとタール収率は実施例２よりさらに増大した。製出タールのｆａもさらに低下したが、ＢＴＸ、フェノール、クレゾールの含有率は実施例２に比べやや増加した。また、常圧軽油と液化残渣を合計６ｗｔ％添加することによって粘結性過剰となり、コークス強度は基準より若干低下した。
【００２６】
実施例４
タニトハルム炭を原料とする比較例１よりも低反応温度かつ低触媒の液化条件下では、液化ナフサおよび常圧軽油の収率は大幅に低下したが、液化残渣の収率は最大になった。この場合に得られる常圧軽油と液化残渣を高炉用コークス製造に供される装入炭に合計３ｗｔ％添加した。この装入炭を高炉用コークスの標準的な製造条件で乾留した場合の主要乾留副産物の収率、性状およびコークス強度を表２に示す。
この場合の液化条件は触媒添加率は実施例２，３と同様であるが、反応温度を低下させたことにより、液化ナフサと常圧軽油の収率は最低となったが、液化残渣の収率は増大したため、装入炭に添加した液化残渣の分解・低分子化によりＣＯＧとタール収率は実施例２よりさらに増大した。製出タールのｆａも実施例２よりさらに低下したがＢＴＸ、フェノール、クレゾールの含有率は実施例１，２とほぼ同様であった。また、コークス強度は、常圧軽油と液化残渣を合計３ｗｔ％添加することによって基準より０．７ポイント増大した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【発明の効果】
本発明は、高炉用コークス製造方法におけるＣＯＧやコールタール生産の自由度を拡大するとともに、低価格劣質炭の使用比率増大やコークス強度の向上などの効果を発揮する。また、石炭液化油の一部を化成品として利用する場合で石炭液化プラントを単独に建設し稼動させる場合は、専用の化成品工場を新設する必要があるが、コークス工場に隣接して併設することにより、コークス工場に付設されている化成品工場が利用できるばかりではなく、石炭の液化条件の緩和が可能になることにより、石炭液化プラントの建設費やランニングコストの削減に寄与し、石炭液化の実用化を高めるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による石炭液化油から輸送用燃料と化成品を製造する概略の全体製造フローシートである。
【符号の説明】
１　石炭
２　液化油由来の重質分（減圧重質油）
３　水素
４　石炭液化物
５　塔頂流出物
６　液化ナフサ
７　常圧軽油
８　常圧蒸留塔Ｂの塔底油
９　減圧重質油
１０　液化残渣
１１　コークス炉用装入炭
１２　ガス（ＣＯＧ）
１３　コールタール
１４　コークス
１５　化成品
１６　輸送用燃料（基材）
Ａ　石炭液化反応塔
Ｂ　常圧蒸留塔
Ｃ　減圧蒸留塔
Ｄ　コークス炉

Claims (6)

1. 石炭の乾留副産物を回収する設備を備えたコークス製造方法において、コークス炉装入炭に石炭液化法に由来する生成物を添加して乾留することを特徴とするコークス炉における化成品の増産方法。
2. 石炭液化法に由来する生成物が少なくとも液化残渣を含む請求項１記載のコークス炉における化成品の増産方法。
3. 石炭液化法に由来する生成物が常圧軽油および液化残渣である請求項１又は２に記載のコークス炉における化成品の増産方法。
4. 常圧軽油の沸点範囲が２２０〜３５０℃、液化残渣の沸点範囲が常圧換算５００℃以上である請求項３記載のコークス炉における化成品の増産方法。
5. 石炭液化法に由来する生成物について、装入炭への添加量が０．５〜６ｗｔ％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉における化成品の増産方法。
6. 石炭液化のプラントをコークス炉工場に併設して、石炭液化プラントから得られた生成物の内少なくとも一部を、コークス炉用装入炭に添加することで、水素化精製工程などのアップグレーディング工程を省略ないしは簡略化することを特徴とする石炭液化法。

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