JP2005186993A - 液状コールタールピッチの貯蔵方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液状コールタールピッチの貯蔵槽内にピッチ滓の堆積を抑制すると共に、品質の経時変化を防止する。
【解決手段】 液状コールタールピッチの流入条件を流動解析に基いて定め、液状コールタールピッチを貯蔵槽１０の底部近傍の周方向複数位置から貯蔵槽１０内に流入させ、流入高さ位置の貯蔵槽水平断面におけるコールタールピッチを全面的に流動状態に保つようにする。また、貯蔵槽１０内で揮発するコールタールピッチ中の留出油分２１を、ベントコンデンサ２０で冷却して回収し、還流させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液状コールタールピッチの貯蔵方法に関し、特に、貯蔵槽内にピッチ滓が堆積するのを抑制し、液状コールタールピッチの品質（軟化点、キノリン不溶分、トルエン不溶分など）の経時変化を抑制する液状コールタールピッチの貯蔵方法及びその装置に係るものである。

コールタールピッチは常温では固体であるが、軟化点温度以上では液状となる。従来から、固形ピッチとしての貯蔵・出荷の取り扱いに加えて、貯蔵槽内でヒータ加温することなどによって液状で貯蔵及び出荷する試みがなされてきている。これは、需要家において、通常、コールタールピッチが液状で取り扱われること、また固形ピッチでは発塵などの環境問題が懸念されることなどが背景にある。

液状コールタールピッチは軟化点温度近傍では非常に高粘度であるため、ポンプ搬送上のハンドリングの観点から、軟化点温度よりもある程度以上高温での貯蔵が必要となる。このとき軟化点がより高いコールタールピッチほど、同一温度における粘度が高くなるため、より高温が要求される。

軟化点がおおむね９０℃までの比較的低粘度のコールタールピッチでは、貯蔵温度１７０〜１８０℃程度でのハンドリングが可能である。しかし軟化点が１００℃を越えるようないわゆる高軟化点のコールタールピッチでは、液状貯蔵において１８０℃以上の温度が必要となる。このような高軟化点ピッチとしては、コールタールピッチの需要の中でも大きな割合を占めるアルミニウム精錬電極用途が代表的で、特にその液状コールタールピッチ市場は近年大きな伸びを見せている（例えば、特許文献１参照。）。

液状コールタールピッチの貯蔵において貯蔵槽内にピッチ滓が堆積する問題がある。ピッチ滓の堆積は貯蔵槽内でのコールタールピッチ品質の不均質化をもたらし、仕様不合格品の発生原因となる。さらに配管閉塞やヒータ加温効率の低下など設備的なトラブルを生む原因ともなる。

ピッチ滓を含む高粘性液体の貯蔵に関して、貯蔵槽下面中心に設けたスクリューにより底部に沈降したピッチ滓と液状コールタールピッチを混合し加熱して払出しすることによって、貯蔵槽内でのピッチ滓の堆積を防止する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。この技術はコールタールを可能な限り低温に保って高粘度とし、懸濁物の沈降を抑制してタンク底面に懸濁物が固着するのを防止するものであが、貯蔵槽底部にスクリュー機器を備えることはメンテナンス性に難がある。

貯蔵槽内うず流発生によるピッチ滓の堆積防止技術もある（例えば、特許文献３及び４参照。）。この技術では、加熱管その他の構造物を内部に設けず、うず流を起すアルメキデスパイラルを備えた遠心旋回トレーを槽内に備えた複雑な構造の装置が示されている。この技術は直径３〜４ｍの筒状の貯蔵槽に適用されるものであり、１０ｔ程度の貯蔵槽ローリー車を出荷対象としたもので、大容量の貯蔵槽に用いることは困難である。

アルミニウム精錬用電極向けの高軟化点コールタールピッチは出荷に際してのロットサイズが数千トン級と大きい。数千トン級の貯蔵槽におけるピッチ滓の堆積抑止技術は、従来、確立されていない。

また、コールタールピッチを長期間、高温液状で貯蔵すると、主にピッチ中の軽質油分の揮発により軟化点が上昇するといった品質上の経時変化を引き起こすのでこれを防止する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。この技術は槽頂部に設けたベントクーラにより蒸発油分を凝縮させてコールタール中に混合するものである。留出油分の揮発による品質の経時変化の進行は温度が高いとより促進されるため、比較的低温貯蔵の可能な低軟化点ピッチよりも、高温貯蔵を要求されるアルミニウム精錬用電極向け高軟化点コールタールピッチの方が、その抑制がより難しい。
特開昭６１−２１９０４号公報（第２−３頁、図３） 特開昭５７−１６３６８４号公報（第１−２頁、図１） 特開昭６１−１９０４７９号公報（第２−３頁、図１） 特開昭５６−１３００２号公報（第２−１４頁、図１）

本発明は前述のようなアルミニウム精錬用の高軟化点コールタールピッチなど、ロットサイズが大きく、大型の貯蔵槽における液状コールタールピッチの貯蔵に好適に適用することができる技術を提供するもので、従来技術の間題点を解決し、ピッチ滓の堆積を著しく抑制すること及び液状コールタールピッチの品質の経時変化を抑制することが可能な液状コールタールピッチの貯蔵方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の発明は、前記課題を解決するために開発された液状コールタールピッチの貯蔵方法である。すなわち本発明は、高粘度のコールタールピッチを大型貯蔵槽内に液状で貯蔵するに当たり、液状コールタールピッチを貯蔵槽底部近傍の周方向複数位置から貯蔵槽内に流入させ、流入高さ位置の貯蔵槽水平断面におけるコールタールピッチを全面的に流動状態に保つことを特徴とする液状コールタールピッチの貯蔵方法である。

貯蔵槽内に旋回流を発生させるように液状コールタールピッチを複数の底部噴射ノズルから所定の角度・流速で槽内に流入させ、槽内でのピッチ滓堆積を抑止する。このため、液状コールタールピッチの流入高さ位置の水平断面におけるコールタールピッチの流動速度が少なくとも例えば１ｃｍ／ｓ以上を確保するようにするとよい。

このような液状コールタールピッチの流入条件は流動解析に基いて定めることができる。また前記液状コールタールピッチは、別途に準備してもよいが、当該貯蔵槽内から抜き出したコールタールピッチとし、自己循環させると好適である。貯蔵槽は加温しているので、適切な位置から適切な温度の液状コールタールピッチを抜出すことができる。

また、前記貯蔵槽内で揮発するコールタールピッチ中の留出油分を、ベントコンデンサで冷却し、凝縮させて、貯蔵槽内に戻すとピッチ品質の経時変化を抑止し、品質保持上好ましい。この戻し方として、ベントコンデンサから貯蔵槽内に滴下させることでもよいが、上記の貯蔵槽内に流入させる液状コールタールピッチ中に回収した留出油分を混入することとすれば、留出油分をコールタールピッチ全体の中にほぼ均一に戻すことができ、品質劣化防止効果が高くなる。

上記本発明を好適に実施することができる本発明の装置は、貯蔵槽の底部近傍の周方向複数位置に配設した噴射ノズルと、該ノズルに液状コールタールピッチを送液するポンプとを備えたことを特徴とする液状コールタールピッチの貯蔵装置である。

前記噴射ノズルは平面視で半径方向に対して２０度±１０度の傾きを有するものとし、貯蔵槽の周方向に等間隔に配設した４〜８本の噴射ノズルとすればよい。半径方向に対する噴射ノズルの傾きは、貯蔵槽の大きさ、ノズルの本数、流入量等によって適正に定める必要があるが、１０度未満では、貯蔵槽内に旋回流を効果的に発生することができず、一方、傾きがあまり大きいと貯蔵槽の中央部に流動しない部分が生ずるので制限される。上限は８０度以下であるが、最も好ましくは３０度以下である。ノズルの本数も貯蔵槽の大きさ、流入量によって変るが４〜８本が適切である。

このとき、噴射ノズルの大きさ及び本数等は液状コールタールピッチの流入量に応じて設計されるが、液状コールタールピッチの貯蔵槽内への噴射速度が１．２ｍ／ｓ以上となる吐出口径を有するようにすると好ましい。

また本発明装置は、さらにベントコンデンサを備えたものとし、コールタールピッチ中の留出部分を貯蔵槽内に還流することができるようにすると好適である。

本発明によれば、下記の優れた効果を得ることが可能となった。つまり液状コールタールピッチの貯蔵方法に関して、一定の本数、角度、流速の循環ノズルによる貯蔵槽内の旋回流発生によって、貯蔵槽内でのピッチ滓の堆積を抑止すると共に、ベントコンデンサによる揮発分（留出油分）の凝縮還流によってピッチ晶質の経時変化を抑制した。この技術により、これまで実例のなかった軟化点１００℃以上の高軟化点を有するコールタールピッチを大量に液状で貯蔵する場合においても、需要家の要求品質を安定的に満足することが可能となった。

また本発明装置によれば、上記方法を好適に実施することができ、タール滓の堆積防止、コールタール品質の劣化抑制にすぐれた効果を奏する。

本発明は、貯蔵槽内に旋回流を発生させるように液状コールタールピッチを複数の底部噴射ノズルから所定の角度・流速で槽内に流入させることによって、貯蔵槽内でピッチ滓が堆積するのを抑止する。また、貯蔵槽内で揮発するコールタールピッチ中の留出油分をベントコンデンサで冷却し、凝縮還流することによってピッチ品質の経時変化を抑止するようにした。

本発明においては、任意の軟化点を有するコールタールピッチを取り扱うが、その中でも特に軟化点１００℃以上の高軟化点コールタールピッチに適用すると軟化点の低下が抑制され好適である。また、キノリン不溶分（ＱＩ）、トルエン不溶分（ＴＩ）など他の品質についても径時変化を抑制可能である。

貯蔵槽内でのピッチ滓の堆積防止のため、本発明では貯蔵槽内に旋回流を発生させる。これは槽底部より循環ポンプにて貯蔵槽内の液状コールタールピッチを吸引し、それを再び槽底部へ旋回流を発生させるように複数の箇所から噴射ノズルによって送入する。円筒状の貯蔵槽に対する所要の噴射ノズル本数は貯蔵槽の直径に相関し、例えば直径２０ｍ程度の円筒形貯蔵槽の場合、噴射ノズル本数は３本以上が必要で、望ましくは４〜８本である。噴射ノズル本数が少ないと貯蔵槽内全体で旋回流を発生させるのが難しく、一方、噴射ノズル本数が多すぎると、設備建設上の経済性が悪くなる。

各噴射ノズルの貯蔵槽の半径方向に対する噴射角度（半径方向に対する傾き）は１０度〜８０度の範囲とし、最も望ましくは２０度±１０度の範囲である。噴射角度が小さすぎると各ノズルの噴出流によって十分な旋回流を形成することが難しく、一方、噴射角度が大きすぎると貯蔵槽の中心部のコールタールの移動線速度が低下して貯蔵槽全体を撹拌できない。

各噴射ノズルからの噴射流速については、０．５ｍ／ｓ以上とし、任意に条件設定可能である。噴射流速が小さい場合は、貯蔵槽内全体に旋回流を発生させることが難しくなるため好ましくない。好ましくは１．２ｍ／ｓ以上とするとよい。

これら噴射ノズルの角度や流速、本数等の条件設定には、流動解析などの手法を用いることで可能である。本発明により、貯蔵槽内底部の任意の場所で液状ピッチが流速を有するように旋回流を発生させることができ、貯蔵槽底部へのピッチ滓の堆積の抑制を安定的に行うことが可能となる。

次に、液状コールタールピッチの軽質油分揮発による品質の経時変化抑制のため、貯蔵槽の天井部に冷媒を流通させたベントコンデンサを設置する。冷媒の種類は任意で、例えば水を用いる。貯蔵槽内で揮発した留出油分の吸引配管途中にベントコンデンサを設置し、ここで留出油分を凝縮させる。凝縮した留出油分（軽質油分）は配管内を逆流し貯蔵槽内へと戻される。滴下によって戻してもよいが、貯蔵槽内に流入させる液状コールタールピッチに混入すると一層よい。

ベントコンデンサ出口での吸引管内温度範囲は常温〜１２０℃で、望ましくは８０℃〜１１０℃である。これは温度が高すぎると留出油分がベントコンデンサ内で凝縮せず還流効果が得られないこと、逆に温度が低すぎると凝縮した留出油分（軽質油分）の一部が配管およびベントコンデンサ内で結晶化して閉塞の原因となるので制限される。この吸引管内温度の調整は冷媒の流量調節によって行うのが簡便で望ましい。以上により、貯蔵槽内ピッチの留出油分の揮発による品質の経時変化を安定的に抑制することができる。

以下、本発明を一実施例に基づいてさらに詳細に説明する。

図１に、本発明の実施例の液状コールタールピッチ貯蔵槽の貯蔵方法を示すフロー図を掲げた。貯蔵槽１０はコーンルーフタンクである。槽底にヒーター１３を備えている。貯蔵槽１０の下部よりピッチ循環ポンプ１２にて吸入側管路１４を経て液状コールタールピッチを吸引して抜出す。この循環ポンプ１２は出荷コールタールピッチの出荷ポンプを兼用している。ピッチ循環ポンプ１２の吐出側にて６本の噴射ノズル１５により貯蔵槽１０下部へ液状コールタールピッチを送入し、液状コールタールピッチを循環させる。なお、図１に示すフロー図中には、コールタールの貯蔵槽１０内で上下方向の循環を行う目的で、貯蔵槽１０上部へ液状コールタールピッチを送入する上部循環経路１６も併設されているが、これを設けるか否かは任意である。

図２に貯蔵槽１０の下部近傍外周に６本の噴射ノズル１５を配設した平面図を示した。各ノズル１５は貯蔵槽１０の半径１０ａの方向に対して傾いた角度（噴射角度）θで配設されている。この角度θは、貯蔵槽の大きさ、噴射ノズルの配設数、循環する液状コールタールピッチの量等によって変るが、好適な値は２０度±１０度である。

図３に、貯蔵槽１０の噴射ノズル１５設置高さ位置の水平面内における貯蔵槽１０内のコールタールピッチの流動解析の例を模式図で示した。図３は流線と流速分布を示すカラー表示のものを等速度線で示すように描き直したもので、図中の等速度線に付した５０、２０、５等の数字はｃｍ／ｓの値である。噴射ノズル１５は６本であり、貯蔵槽直径は１９ｍ、各噴射ノズルは半径方向に対し２０度傾いた噴射角度に配置され、噴射ノズル１５の管径は８０Ａ、各噴射ノズル１５から送入される液状コールタールピッチの流量は約２５ｋｌ／ｈ、噴射流速は１．４ｍ／ｓである。

図３の原図では貯蔵槽１０の中心部でコールタールピッチの流動線速度が１ｃｍ／ｓとなっている。従って、上記条件のもとで、貯蔵槽１０内の全ての部位においてコールタールピッチの流動線速度が１ｃｍ／ｓ以上が確保されている。これにより貯蔵槽１０内でのピッチ滓の堆積は抑制され、６ヶ月運用後の実際の液状コールタールピッチ貯蔵槽においても、配管閉塞やヒータ効率低下などのピッチ滓堆積が原因となるトラブルは全く発生せず、順調に運用している。

また、貯蔵槽１０上部にはベントコンデンサ２０が設置され、貯蔵槽１０内で発生した留出油分２１（軽質油分）を約９５℃で凝縮させて貯蔵槽１０内に還流経路２２を通って還流させると同時に、残分は系外排出経路２５を経て吸引除去される。この還流経路２２を通る凝縮液を連絡経路２６を経て上記循環ポンプ１２の吸入側管路１４に還流させると、留出油分の回収分が貯蔵槽全体に還流されるので好適である。

図４にベントコンデンサ２０を設置した場合と設置していない場合における、コールタールピッチの品質（軟化点）の経時変化の比較を示した。横軸は貯蔵日数、縦軸は軟化点を示している。コールタールピッチの貯蔵温度は１８５℃である。軟化点の測定はＡＳＴＭ Ｄ３１０４（メトラー法）によった。ベントコンデンサ２０を設置しない場合は、曲線３１で示すように、軟化点の上昇が０．８℃／月であったのに対し、ベントコンデンサ２０を設置した場合は、曲線３２のように、軟化点の上昇が０．４℃／月に減少し、コールタールピッチ品質の経時変化の抑制効果が確認された。なお、キノリン不溶分（ＱＩ）およびトルエン不溶分（ＴＩ）などの他の品質項目については、経時変化は全く認められなかった。

実施例の液状コールタールピッチ貯蔵槽のフロー図である。 噴射ノズルの配設例を示す平面図である。 実施例の液状コールタールピッチ貯蔵槽における、ピッチ滓堆積防止を目的とした旋回流の流動解析結果を示す模式解析図である。 実施例と比較例の液状コールタールピッチ貯蔵槽におけるピッチ軟化点の経時変化測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 貯蔵槽
１１ 受入コールタールピッチ
１２ 循環ポンプ
１３ ヒータ
１４ 吸入側管路
１５ 噴射ノズル
１６ 上部循環経路
１７ 出荷コールタールピッチ
２０ ベントコンデンサ
２１ 留出油分
２２ 環流経路
２３ 冷却媒体入口
２４ 冷却媒体出口
２５ 系外排出経路
２６ 連絡経路
３１、３２ 曲線

Claims (7)

1. 高粘度のコールタールピッチを大型貯蔵槽内に液状で貯蔵するに当たり、液状コールタールピッチを貯蔵槽底部近傍の周方向複数位置から貯蔵槽内に流入させ、流入高さ位置の貯蔵槽水平断面におけるコールタールピッチを全面的に流動状態に保つことを特徴とする液状コールタールピッチの貯蔵方法。
2. 前記液状コールタールピッチの流入条件は流動解析に基いて定めることを特徴とする請求項１記載の液状コールタールピッチの貯蔵方法。
3. 前記液状コールタールピッチは、当該貯蔵槽内から抜き出したコールタールピッチであることを特徴とする請求項１又は２記載の液状コールタールピッチの貯蔵方法。
4. 前記貯蔵槽内で揮発するコールタールピッチ中の留出油分を、前記貯蔵槽内に流入させる液状コールタールピッチ中に混入することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液状コールタールピッチの貯蔵方法。
5. 貯蔵槽の底部近傍の周方向複数位置に配設した噴射ノズルと、該ノズルに液状コールタールピッチを送液するポンプとを備えたことを特徴とする液状コールタールピッチの貯蔵装置。
6. 前記噴射ノズルは平面視で半径方向に対して２０度±１０度の傾きを有し、貯蔵槽の周方向に等間隔に配設した４〜８本の噴射ノズルであることを特徴とする請求項５記載の液状コールタールピッチの貯蔵装置。
7. さらにベントコンデンサを備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の液状コールタールピッチの貯蔵装置。

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