JP2019073605A - Method for producing needle coke - Google Patents

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Abstract

To provide the method for producing the needle coke with an improved physical property by chemical treatment of a tissue, wherein the needle coke is used as an aggregate of graphite electrode formation used for electrodes in an electric furnace industry.SOLUTION: The method for producing the needle coke comprises: blowing again a calcined coke, that is produced by calcining raw coke produced by a delayed coking method at a temperature of 1200 to 1600°C with steam during a calcination process, converting selectively carbonaceous matter with an undeveloped needle-like tissue remaining in the calcined coke into hydrogen and carbon dioxide by a steam gasification reaction, removing the hydrogen and carbon dioxide, and leaving only a carbonaceous material with a developed needle-like tissue.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は電炉工業での電極に用いられる黒鉛電極形成の骨材として用いられるニードルコークスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing needle coke used as an aggregate for forming a graphite electrode used for an electrode in the electric furnace industry.

ニードルコークスは繊維状配向組織(針状組織)を示し、流れ模様に沿って、炭素六角網面が良く発達した黒鉛化しやすい組織を有している。このような特徴を持ったニードルコークスは、適切な手法でこれを粉砕し、粒配合調整を行った後、適量の粘結剤(バインダー)を加えて捏合成形し、焼成及び黒鉛化処理を行うことにより黒鉛成形体を得ることができる。   Needle coke exhibits a fibrous oriented structure (needle-like structure), and a carbon hexagonal network surface has a well-developed graphitizable structure along the flow pattern. Needle coke having such characteristics is pulverized according to an appropriate method, and after performing particle mixture adjustment, an appropriate amount of caking agent (binder) is added to form soot, which is subjected to calcination and graphitization treatment Thus, a graphite compact can be obtained.

このようにして製造される黒鉛成形体の代表的なものとして電炉で使用される人造黒鉛電極があるが、近年電炉の生産性向上に伴い、電極使用条件が過酷になり、大電流を確保するために電極自体の電気抵抗が小さいことと、大電流による電極内に発生する温度差によって電極の折損事故が起きないこと、即ち耐熱衝撃特性が良好であること、即ち熱膨張係数(Coefficient of thermal expansion、以下、「CTE」と略する場合がある。)が極めて低いことが要求されている。黒鉛成形体のCTEを低くするためには、原料にCTEが低いニードルコークスを用いる必要がある。   A typical example of a graphite molded body manufactured in this way is an artificial graphite electrode used in an electric furnace, but in recent years with the improvement of the productivity of the electric furnace, the conditions for using the electrode become severe, and a large current is secured That the electrode itself has a low electrical resistance, and that the electrode is not broken due to the temperature difference generated in the electrode due to a large current, that is, the thermal shock characteristics are good, ie, the coefficient of thermal expansion (Coefficient of thermal) It is required that the expansion, hereinafter, may be abbreviated as "CTE") is extremely low. In order to lower the CTE of the graphite compact, it is necessary to use needle coke having a low CTE as a raw material.

ニードルコークスは、黒鉛電極を製造する原料であり、黒鉛成形体用コークスの製造方法の先行技術として特許文献1及び特許文献2があり、ニードルコークスの製造方法の先行技術として特許文献3がある。   Needle coke is a raw material which manufactures a graphite electrode, and there are patent documents 1 and patent documents 2 as a prior art of a manufacturing method of coke for graphite compacts, and there is patent documents 3 as a prior art of a manufacturing method of needle coke.

特許文献1には、生コークスのか焼時に水蒸気を導入し、パッフィングを低減した黒鉛成形体用コークスの製造方法が開示されている。特許文献2には、か焼コークスを水蒸気雰囲気下において700℃以上で再か焼するパッフィングを低減した黒鉛成形体用コークスの製造方法が開示されている。
これらの手法は、生コークスおよびか焼コークスに水蒸気を作用させる温度が、特許文献1では1000〜1600℃、特許文献2では800〜1400℃と温度領域が広く且つ高温であるために、複数の異なる炭素質からなるか焼コークス中の針状組織が発達していない炭素質のみをガス化除去するという方法ではなく、針状組織が発達した炭素質までもガス化除去し、形成される微細構造によりパッフィングを低減する手法であるためにニードルコークスの歩留まり低下の問題を生じてしまう。
Patent Document 1 discloses a method for producing a coke for a graphite molded body in which puffing is reduced by introducing steam at the time of calcination of green coke. Patent Document 2 discloses a method for producing a coke for a graphite compact with reduced puffing in which calcined coke is recalcined at 700 ° C. or higher in a steam atmosphere.
In these methods, the temperature at which steam is applied to raw coke and calcined coke is as wide as 1000-1600 ° C. in Patent Document 1 and 800-1400 ° C. in Patent Document 2 and the temperature range is high, so a plurality of It is not a method of gasifying and removing only non-needle-grown carbonaceous matter in calcified coke composed of different carbonaceous matter, but it is also possible to gasify even the carbonaceous matter having needle-like tissue developed to form fines formed Since the structure is a method of reducing puffing, it causes a problem of lowering the yield of needle coke.

特許文献3には、石炭系ピッチの極性分子成分を低減した改質ピッチを用いることによるニードルコークスの製造に適した生コークスの製造方法が開示されており、生コークスの組織観察より、結晶性の高い組織を有する生コークスがニードルコークスの製造に適していることが開示されている。
しかしながら、上記技術は生コークスの原料を改質することにより、ニードルコークスの製造に適した生コークスを製造する技術であり、ニードルコークス中に存在する炭素質の結晶性に着目して、ニードルコークスに残留する結晶性の低い炭素質、もしくは針状組織が発達していない炭素質をガス化除去し、ニードルコークスのCTEを低減させる方法ではない。
Patent Document 3 discloses a method of producing raw coke suitable for producing needle coke by using a modified pitch in which the polar molecular component of coal-based pitch is reduced. It is disclosed that raw coke having a high texture of is suitable for the production of needle coke.
However, the above-described technology is a technology for producing raw coke suitable for producing needle coke by reforming raw coke raw material, and focusing on the crystallinity of carbonaceous matter present in needle coke, the needle coke is produced. It is not a method of degassing the low crystalline carbonaceous matter remaining in or the carbonaceous matter where needle-like structure has not developed and reducing the CTE of needle coke.

特開昭61−14111号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-14111 特開昭61−14112号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-14112 特開2010−265367号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-265367

本発明の目的は、石炭系重質油の脱窒素、石油系重質油の脱硫黄などコストのかかる工程を経ることなく、黒鉛電極等の黒鉛成形体の原料である黒鉛成形体用コークスの製造に適した熱膨張係数(CTE)の低い、ニードルコークス(か焼コークス)を製造する手法を提供することにある。   The object of the present invention is to provide a coke for a graphite compact, which is a raw material of a graphite compact such as a graphite electrode, without undergoing costly steps such as denitrification of coal-based heavy oil and desulfurization of petroleum-based heavy oil. An object of the present invention is to provide a method for producing needle coke (calcined coke) having a low coefficient of thermal expansion (CTE) suitable for production.

電炉電極の製造及び使用にあたっての近年の技術革新に伴うニードルコークスへの物性向上要求に対して、ニードルコークスの物性改善を目的として開発・開示された製造技術が、いずれもニードルコークスの亀裂、細孔構造の変化というコークス構造の物理的側面でしか捉えていない点に本発明者らは注目した。   In response to the demand for improving the physical properties of needle coke associated with recent technological innovations in the manufacture and use of EAF electrodes, the manufacturing technologies developed and disclosed for the purpose of improving the physical properties of needle coke all have cracks and fineness in needle coke. The present inventors have noted that it is captured only in the physical aspect of the coke structure, that is, the change in pore structure.

ニードルコークス中には、針状組織に成長していない、CTEが高い炭素質が一部残っている場合があり、この炭素質の存在が、ニードルコークスのCTEの低下を困難にしていることはわかっていたが、この炭素質を制御する方法については、これまで報告されていない。
本発明者らは、この針状組織に成長していない炭素質の制御について鋭意検討を行った。その結果、複数の異なる炭素質からなる、ニードルコークス中の炭素質を個別に化学的に制御するという方法を見出した。
In the needle coke, there may be a case where a carbonaceous matter having a high CTE, which has not grown into a needle-like structure, remains, and the presence of this carbonaceous matter makes it difficult to lower the CTE of needle coke. Although known, how to control this carbon quality has not been reported so far.
The present inventors diligently studied about the control of carbonaceous matter which has not grown to this needle-like tissue. As a result, they have found a method in which the carbon content in needle coke, which is composed of a plurality of different carbon contents, is individually chemically controlled.

すなわち、本発明は、以下の構成からなることを特徴とする。
〔1〕生コークスを1200〜1600℃の温度にてか焼してか焼コークスを得る第一工程の後、水蒸気を作用させて再か焼させる第二工程によりニードルコークスを製造する方法であって、前記第二工程の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域とすることを特徴とするニードルコークスの製造方法
〔2〕 前記第二工程の温度領域を、か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度が連続的に変化するようにか焼コークスの温度を制御し、水蒸気の存在下でか焼コークスを加熱ガス化して熱重量変化曲線(TG曲線)を求め、この曲線に基づいて、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域とすることを特徴とする前記〔1〕に記載のニードルコークスの製造方法
〔3〕前記か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度を連続的に変化させか焼コークスの温度を制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める方法は、
(A)あらかじめ任意の定速昇温条件を決めて定速昇温して定速昇温熱重量分析によりTG曲線を測定し、TG曲線より決定される又はTG曲線の微分曲線(DTG曲線)より推定される炭素質のガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値より小さい値を制御目標値に設定する工程と、
(B)工程(A)の定速昇温条件と同一又はその前後の条件でもって定速昇温して定速昇温熱重量分析し、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりもゆるやかなときには昇温速度は前記定速昇温条件と同一にし、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりも急激なときには昇温を停止もしくは昇温速度をゆるやかに制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める工程
を含むことを特徴とする前記〔1〕又は前記〔2〕に記載のニードルコークスの製造方法
〔4〕前記第二工程においてか焼コークスに水蒸気を作用させる方法が、か焼装置内に水蒸気を吹き込む、または、第一工程で得たか焼コークスと水を混合して再か焼を実施する前記〔1〕〜〔3〕に記載のニードルコークスの製造方法
That is, the present invention is characterized by the following constitution.
[1] A method of producing needle coke by the second step of recalcination by the action of steam after the first step of calcining raw coke at a temperature of 1200 to 1600 ° C. to obtain calcined coke The needle is characterized in that the temperature range of the second step is a temperature range determined by determining the temperature at which the carbonaceous matter in which the needle-like structure remaining in the calcined coke is not gasified is gasified. Method for Producing Coke [2] In the temperature range of the second step, the temperature of calcined coke is controlled so that the temperature rising rate of calcined coke changes continuously according to the weight change rate of calcined coke, Calcined coke is heated and gasified in the presence of water vapor to obtain a thermogravimetric change curve (TG curve), and based on this curve, the carbonaceous matter in which the needle-like structure remaining in the calcined coke is not gas is a gas The temperature to be [3] The method for producing needle coke according to the above [1], wherein the temperature rise rate of the calcined coke is continuous according to the weight change rate of the calcined coke. The method of determining the thermogravimetric change curve (TG curve) by controlling the temperature of calcined coke by changing it
(A) Arbitrary constant temperature rising conditions are determined beforehand, constant temperature rising, TG curve is measured by constant temperature rising thermogravimetric analysis, determined from TG curve or from differential curve (DTG curve) of TG curve Setting a control target value to a value smaller than an absolute value of a DTG value (weight change rate) at an estimated carbonaceous gasification start temperature;
(B) The constant temperature rising temperature is carried out under the same conditions as or the conditions before and after the constant temperature rising condition of the step (A), and the constant temperature rising thermogravimetric analysis is carried out. When the temperature is slower than the target value, the temperature raising rate is the same as the constant speed temperature raising condition, and when the weight change rate of the calcined coke is more rapid than the control target value of the weight change rate Method of producing needle coke according to the above [1] or [2], which comprises the step of obtaining the thermogravimetric change curve (TG curve) by controlling the temperature gently. In the method [1] to [3] in which steam is applied to the burned coke, the steam is blown into the calcining device, or the burned coke and water obtained in the first step are mixed to carry out recalculation. Method for producing needle coke as described

なお、本発明におけるニードルコークスは、黒鉛電極等の黒鉛成形体の原料となるニードルコークスおよびか焼コークスを意味するものである。   In the present invention, needle coke means needle coke and calcined coke which are raw materials of a graphite compact such as a graphite electrode.

本発明では、水蒸気の存在下でニードルコークスを加熱ガス化した熱重量測定を実施し、針状組織が発達していない炭素質のガス化温度をあらかじめ測定することにより、水蒸気を含有する高温ガスを作用させる再か焼工程の温度を決定するため、針状組織が発達していない炭素質を選択的に水蒸気ガス化反応により、水素および二酸化炭素に変換、除去することができ、針状組織が発達した炭素質のみが残ったニードルコークスを製造することが可能となる。   In the present invention, thermogravimetry measurement is carried out by heating and gasifying needle coke in the presence of steam, and the gasification temperature of carbonaceous material in which a needle-like structure is not developed is measured in advance to obtain a high temperature gas containing steam. In order to determine the temperature of the re-calcination process to make it act, it is possible to selectively convert the non-needle-structured carbonaceous material into hydrogen and carbon dioxide by steam gasification reaction, remove the needle-like structure It is possible to produce needle coke in which only the developed carbonaceous matter remains.

すなわち、異なる炭素質からなる、ニードルコークス中の炭素質を個別に化学的に制御すること、つまり、ニードルコークスに残存している、針状組織が発達していない、CTEの高い炭素質を選択的にガス化除去し、針状組織の発達した、CTEの低い炭素質のみを残すことにより、CTEを低減したニードルコークスを製造することができる。   That is, chemically controlling the carbonaceous matter in needle coke separately, which is composed of different carbonaceous matters, that is, selecting the high CTE-rich carbonaceous matter which has not developed needle-like structure and remains in needle coke CTE-reduced needle coke can be produced by removing only the low CTE carbonaceous matter that has been degasified and needle-like tissue development.

さらに、水蒸気ガス化反応により針状組織が発達していない炭素質が除去された後は、微細な空隙構造が形成されるので、これがガス抜け孔になり、パッフィングの低下にも効果がある。   Furthermore, after removing the carbonaceous matter from which the needle-like structure has not been developed by the steam gasification reaction, a fine void structure is formed, which becomes a gas escape hole, which is also effective in reducing the puffing.

本発明では、か焼コークスを水蒸気の存在下で再度か焼する際のか焼温度の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質のガス化開始温度付近に設定する点に特徴がある。
これにより、針状組織が発達していない炭素質のみをガス化除去し、針状組織が発達した炭素質のみが残存したニードルコークスを製造することが可能であり、ニードルコークス製造における歩留まり改善が期待できる。
In the present invention, the temperature range of the calcination temperature when the calcined coke is recalcined in the presence of water vapor is in the vicinity of the gasification start temperature of the carbonaceous matter in which the needle-like structure remaining in the calcined coke is not developed. It is characterized in that it is set to.
As a result, it is possible to gasify and remove only the carbonaceous material in which the acicular structure has not developed, and to produce needle coke in which only the carbonaceous material in which the acicular structure has developed has remained. I can expect it.

か焼コークスのTG曲線TG curve of calcined coke か焼コークスの偏光顕微鏡写真Polarized photomicrograph of calcined coke 針状組織が発達していない炭素質を除去した後の偏光顕微鏡写真Polarized light micrograph after removal of non-developed needle-like carbonaceous matter

本発明のニードルコークスの製造方法は、生コークスを1200〜1600℃の温度にてか焼してか焼コークスを得る第一工程の後、水蒸気を作用させて再か焼させる第二工程によりニードルコークスを製造する方法であって、前記第二工程の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定する温度領域とすることを特徴とする。   The method for producing needle coke according to the present invention comprises a first step of calcinating raw coke at a temperature of 1200 to 1600 ° C. to obtain calcined coke, followed by a second step of allowing a steam to act and recalcining the needle A method of producing coke, wherein the temperature range of the second step is determined by determining the temperature at which the carbonaceous matter without the development of acicular structure remaining in the calcined coke is gasified. It is characterized by

か焼コークス中には、針状組織が発達していない、CTEが高い炭素質が一部残っている場合があり、この炭素質の存在が、ニードルコークスのCTEの低下を困難にしていることは周知のことである。すなわち、か焼コークス中から、この針状組織が発達していない炭素質を除去し、針状組織が発達した炭素質のみにすればニードルコークスのCTEを低下させることができる。   In the calcined coke, there may be a case where a carbonaceous matter having a high needle-like structure and a high CTE is not left, and the presence of this carbonaceous matter makes it difficult to lower the CTE of needle coke. Is well known. That is, the carbonaceous matter in which the acicular structure is not developed can be removed from the calcined coke, and the CTE of the needle coke can be lowered by using only the carbonaceous matter in which the acicular structure has developed.

本発明は、前記第二工程において前記第二工程の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定する温度領域として、第一工程で生成したか焼コークスに水蒸気を作用させてニードルコークスを製造することにより、ニードルコークスのCTEを低下させることができる。   The present invention determines the temperature range of the second step in the second step as a temperature range determined by determining the temperature at which the carbonaceous matter in which the needle-like structure remaining in the calcined coke is not gasified is gasified. The CTE of needle coke can be lowered by causing steam to act on the calcined coke produced in the first step to produce needle coke.

まず、前記第一工程について説明する。
第一工程は、生コークスを1200〜1600℃の温度にてか焼してか焼コークスを製造する。ここで第一工程は、公知の装置、手法により実施すればよい。
First, the first step will be described.
In the first step, the raw coke is calcined at a temperature of 1200 to 1600 ° C. to produce calcined coke. Here, the first step may be performed by a known device or method.

次に第二工程として、第一工程で得たか焼コークスを水蒸気と作用させ、ニードルコークスを製造する。
本発明の特徴は、前記第二工程の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域とする点にある。
Next, as a second step, the calcined coke obtained in the first step is allowed to react with steam to produce needle coke.
A feature of the present invention is that the temperature range of the second step is a temperature range determined by determining the temperature at which the carbonaceous material in which the acicular structure remaining in the calcined coke is not developed is gasified. is there.

前記第二工程においてか焼コークスに水蒸気を作用させて再か焼させる方法としては、か焼装置内に水蒸気を吹き込む、または、第一工程で得たか焼コークスと水を混合してか焼を実施する方法がある。   As a method of causing steam to act on the calcined coke and recalculating it in the second step, steam is blown into the calcining device, or the calcined coke obtained in the first step is mixed with water to be calcined. There is a way to do it.

第二工程に使用する装置としては、例えばロータリーキルン、ロータリーハース炉など既存のか焼装置が使用でき、特定の機種に限定されるものではない。本発明が開示した、か焼段階における水蒸気含有ガスの吹き込みと温度制御の条件が満たされれば、いかなるか焼装置に於いても実施が可能である。   As an apparatus used for a 2nd process, existing calcination apparatuses, such as a rotary kiln and a rotary hearth furnace, can be used, for example, and it is not limited to a specific model. The present invention can be implemented in any calciner as long as the conditions of the steam-containing gas blowing and temperature control in the calcining stage are satisfied.

ロータリーキルンにおいては、か焼コークスの出口側から水蒸気含有ガス供給ノズルを挿入して水蒸気を供給する装置を設計することができる。
ロータリーハース炉においては、固定屋根部分に水蒸気吹き込みノズルを設置し、本発明を実施することができる。
In the rotary kiln, a steam-containing gas feed nozzle can be inserted from the outlet side of the calcined coke to design a device for feeding steam.
In a rotary hearth furnace, a steam injection nozzle can be installed on a fixed roof portion to carry out the present invention.

しかしながら、もっとも簡単な方法は、か焼コークスを再度か焼する際に、か焼装置内の最高温度をか焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域に設定し、一度に、か焼コークスと水とを混合し、か焼装置に投入する方法である。   However, the simplest method is the temperature at which the non-acicular carbonaceous matter remaining in the calcined coke is gasified when the calcined coke is recalcined at the highest temperature in the calciner. It is a method of setting in the temperature range determined by obtaining and mixing calcined coke and water at one time and charging it into the calciner.

工業的な実績のある2段か焼によりニードルコークスを製造している場合、1段目のか焼装置では、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域でか焼し、2段目のか焼装置にて、水蒸気の吹き込み、あるいは、1段目のか焼コークスと水との混合物の投入により、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域で水蒸気ガス反応を実施することで、本発明を簡便に適応することが可能である。   In the case of producing needle coke by industrially proven two-stage calcination, in the first-stage calcinator, carbonaceous matter in which needle-like structure remaining in calcined coke is not gasified It is calcined in the temperature range determined by determining the temperature, and remains in the calcined coke by blowing steam in the second-stage calcining device or injecting the mixture of the first-stage calcined coke and water. It is possible to simply apply the present invention by carrying out the steam gas reaction in the temperature range determined by determining the temperature at which the carbonaceous material with which the needle-like structure has not developed is gasified.

か焼装置に投入する前に、か焼コークスに混合する水の量は、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した水蒸気ガス化反応領域にて必要な水蒸気分圧、装置の大きさ、投入か焼コークスに含有される針状組織が発達していない炭素質の量から、化学工学的に簡単に算出できる。   Before entering the calciner, the amount of water mixed with the calcined coke is determined by determining the temperature at which the non-acicular carbonaceous matter remaining in the calcined coke is gasified. Chemical engineering can be easily calculated from the water vapor partial pressure required in the gasification reaction area, the size of the apparatus, and the amount of carbonaceous matter in which the needle structure contained in the calcined coke is not developed.

水蒸気分圧に関しては、十分に水蒸気ガス化が進行する分圧であれば特に限定されないが、迅速に水蒸気ガス化を進行させる観点から、水蒸気分圧が1〜60kPa、より好ましくは、5〜50kPaであることが好ましい。   The water vapor partial pressure is not particularly limited as long as it is a pressure sufficient to promote water vapor gasification, but from the viewpoint of rapidly advancing water vapor gasification, the water vapor partial pressure is 1 to 60 kPa, more preferably 5 to 50 kPa Is preferred.

前記第二工程の温度領域を決定するために必要なか焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度は、具体的には、水蒸気の存在下でか焼コークスを加熱ガス化し、か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度が連続的に変化するようにか焼コークスの温度を制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求め、この曲線に基づいて、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質のガス化開始温度を求めることができる。   The temperature at which the needle-like structure-remaining carbonaceous matter remaining in the calcined coke necessary for determining the temperature range of the second step is gasified is specifically the calcination in the presence of water vapor The coke is heated and gasified, and the temperature of the calcined coke is controlled so that the temperature rising rate of the calcined coke changes continuously according to the weight change rate of the calcined coke, and a thermogravimetric change curve (TG curve) is determined Based on this curve, it is possible to determine the carbonization gasification start temperature of the non-developed needle-like structure remaining in the calcined coke.

なお、TG曲線およびDTG曲線の解析からは、ガス化開始温度だけでなく、各炭素質成分の存在量も求めることができる。   From the analysis of the TG curve and the DTG curve, not only the gasification start temperature but also the abundance of each carbonaceous component can be determined.

ここで、熱重量変化曲線(TG曲線)は、昇温時におけるか焼コークスの温度(℃)と熱重量(g)との関係を示すものであり、このTGを微分した微分熱重量曲線(Derivative Thermo Gravimetry、以下、DTGと略す)は、温度と熱重量変化速度(g/秒)との関係を示すものである。
なお、TG曲線およびDTG曲線の測定は、熱重量測定が可能な公知の熱分析装置を用いることができる。
Here, the thermogravimetric change curve (TG curve) shows the relationship between the temperature (° C.) of the calcined coke at the time of temperature rise and the thermogravimetric weight (g), and a differential thermogravimetric curve obtained by differentiating this TG ( Derivative Thermo Gravimetry (hereinafter abbreviated as DTG) shows the relationship between the temperature and the thermal weight change rate (g / sec).
The TG curve and the DTG curve can be measured using a known thermal analyzer capable of thermogravimetric measurement.

前記TG曲線を求めるとき、水蒸気の存在下でか焼コークスを加熱ガス化するが、水蒸気はか焼コークスに含まれる各炭素質のガス化剤として作用する。
以下、か焼コークスを水蒸気の存在下で加熱ガス化するTG曲線を求める方法について説明する。
When the TG curve is determined, the calcined coke is heated and gasified in the presence of steam, which acts as a carbonaceous gasifying agent contained in the calcined coke.
Hereinafter, a method of obtaining a TG curve for heating and gasifying calcined coke in the presence of steam will be described.

前記TG曲線を求めるときに使用する試料は、実際に操業しているニードルコークスの製造ラインの水蒸気を作用させる前のか焼コークスを用いることができる。
既存のニードルコークス製造装置の改良ではなく、新たにニードルコークス製造装置を設置する場合には、第一工程の操業条件に合わせて生コークスからか焼コークスを試作し、それを試料としてTG曲線を求める。
The sample used when obtaining the said TG curve can use the calcination coke before making the water vapor | steam of the production line of the needle coke which is actually working act.
When installing a new needle coke production system instead of improving the existing needle coke production system, make a trial production of calcined coke from green coke according to the operation conditions of the first step, and use it as a sample for TG curve Ask.

か焼コークスのガス化は、熱重量同時測定装置等の温度制御可能な電気炉中にか焼コークスを入れた開放型の反応容器を設置し、水蒸気を流通させた雰囲気下で、炉内温度を昇温させることによりか焼コークスを加熱してガス化させる。
水蒸気を電気炉中に流通させることにより、水蒸気を連続供給でき、且つ、炭素からガス化したガスや発生するタール成分を連続除去することが可能となり、再現性の高いガス化量の測定が実現できる。
In the gasification of calcined coke, an open-type reaction vessel containing calcined coke is installed in a temperature-controllable electric furnace such as a thermogravimetry-simultaneous measuring device, and the temperature in the furnace is allowed to flow through water vapor. The calcined coke is heated and gasified by raising its temperature.
By circulating steam in the electric furnace, steam can be continuously supplied, and it becomes possible to continuously remove gas gasified from carbon and generated tar components, and measurement of gasification amount with high reproducibility is realized. it can.

熱重量同時測定装置に導入するか焼コークスの形状は、測定容器に導入できれば特に限定されないが、均一な状態であることが好ましい。また、装置に導入するか焼コークスの形状、重量、寸法もしくは体積は装置内の天秤および/または試料容器に導入できれば特に限定されない。   The shape of the calcined coke to be introduced into the thermogravimetric simultaneous measurement device is not particularly limited as long as it can be introduced into the measurement container, but is preferably in a uniform state. Also, the shape, weight, size or volume of the calcined coke introduced into the apparatus is not particularly limited as long as it can be introduced into the balance and / or the sample container in the apparatus.

TG曲線の測定は、水蒸気の存在下でか焼コークスを加熱ガス化し、か焼コークスの減量速度に応じてか焼コークスの昇温速度が連続的に変化するようにか焼コークスの温度を制御すればよい。   The measurement of the TG curve heats and gasifies the calcined coke in the presence of steam and controls the temperature of the calcined coke so that the temperature rising rate of the calcined coke changes continuously according to the weight loss rate of the calcined coke. do it.

か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度を連続的に変化するようにか焼コークスの温度を制御する方法は、昇温方法を段階的もしくは連続的に変化させることができる。
段階的に変化させる方法としては、例えば、測定の初期は早い昇温速度で加熱し、重量変化が観測される評価温度付近では昇温速度を5〜20℃/minの間で段階的に制御する方法を挙げることができる。
The method of controlling the temperature of the calcined coke so as to continuously change the temperature rising rate of the calcined coke according to the weight change rate of the calcined coke is to change the temperature rising method stepwise or continuously it can.
As a method of changing stepwise, for example, heating is performed at an early temperature rising rate at the initial stage of measurement, and temperature rising rate is controlled stepwise between 5 to 20 ° C./min around evaluation temperature where weight change is observed Can be mentioned.

ここで、昇温速度が遅すぎると、分析に時間がかかり迅速な分析法にはならない。一方、昇温速度が速すぎると、目的の炭素質のガス化反応が完了するより前に、他方の炭素質のガス化反応が開始するため、炭素質の分離が困難となる。
上記の理由より、昇温速度は5〜20℃/minであることが好ましい。
Here, if the heating rate is too slow, analysis takes time and it can not be a rapid analysis method. On the other hand, if the heating rate is too fast, the other carbonaceous gasification reaction starts before the target carbonaceous gasification reaction is completed, which makes it difficult to separate the carbonaceous matter.
From the above reasons, the temperature rising rate is preferably 5 to 20 ° C./min.

か焼コークスの加熱ガス化に用いる水蒸気は、不活性ガスと混合して用いることが好ましい。水蒸気分圧は特に限定されないが、0.1〜60kPaが好ましい。
水蒸気分圧が高くなると、ガス流路および熱重量同時測定装置内にて結露することがある。装置内にて結露が生じるとガス化量の測定が困難になる。
さらに、水蒸気分圧が小さすぎるとガス化反応速度が遅くなり、また一定の測定時間におけるガス化量が小さくなるため測定が困難となるため、可能な範囲で高いことが望ましい。
Steam used for heating and gasifying calcined coke is preferably mixed with an inert gas. The water vapor partial pressure is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 60 kPa.
When the water vapor partial pressure becomes high, condensation may occur in the gas flow path and the thermogravimetry simultaneous measurement apparatus. If dew condensation occurs in the apparatus, measurement of the gasification amount becomes difficult.
Furthermore, if the water vapor partial pressure is too small, the gasification reaction rate will be slow, and the amount of gasification in a certain measurement time will be small, which makes measurement difficult, so it is desirable to be as high as possible.

上記の理由より、水蒸気分圧は分析する全温度領域および装置内において結露しない水蒸気分圧で、且つ高い水蒸気分圧であることが好ましく、1〜60kPaがより好ましく、5〜50kPaの水蒸気分圧がさらに好ましい。   From the above reasons, the steam partial pressure is preferably a steam partial pressure that does not cause condensation in the entire temperature range to be analyzed and in the apparatus, and is preferably a high steam partial pressure, more preferably 1 to 60 kPa, and a steam partial pressure of 5 to 50 kPa. Is more preferred.

不活性ガスへの水蒸気の混合は、いかなる手法により実施してもよい。例えば、一定温度の水に不活性ガスをバブリングさせ、その温度における飽和蒸気圧分の水蒸気を付与する方法、またはシリンジポンプ等を用いて定量的に水をガス流に添加し、加熱により気化する方法などが利用できる。   The mixing of the water vapor into the inert gas may be carried out in any manner. For example, a method of bubbling an inert gas in water at a constant temperature and applying water vapor at a saturated vapor pressure at that temperature, or quantitatively adding water to a gas stream using a syringe pump etc. Methods etc. can be used.

より好ましい、前記か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度を連続的に変化させか焼コークスの温度を制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める方法は、以下のような方法を例示することができる。   More preferably, the method of determining the thermogravimetric change curve (TG curve) by continuously changing the temperature rising rate of the calcined coke and controlling the temperature of the calcined coke according to the weight change rate of the calcined coke is as follows: Can be illustrated.

(A)あらかじめ任意の定速昇温条件を決めて定速昇温して定速昇温熱重量分析によりTG曲線を測定し、TG曲線より決定される又はTG曲線の微分曲線(DTG曲線)より推定される炭素質のガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値より小さい値を制御目標値に設定し、(B)工程(A)の定速昇温条件と同一又はその前後の条件でもって定速昇温して定速昇温熱重量分析し、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりもゆるやかなときには昇温速度は前記定速昇温条件と同一にし、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりも急激なときには昇温を停止もしくは昇温速度をゆるやかに制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める工程を含む方法である。   (A) Arbitrary constant temperature rising conditions are determined beforehand, constant temperature rising, TG curve is measured by constant temperature rising thermogravimetric analysis, determined from TG curve or from differential curve (DTG curve) of TG curve A value smaller than the absolute value of the DTG value (weight change rate) at the estimated carbonaceous gasification start temperature is set as the control target value, and the same as or before or after the constant speed heating condition of step (A) of (B) Under the following conditions, the temperature is raised at a constant temperature and the thermogravimetric analysis is carried out, and when the weight change rate of the calcined coke is slower than the control target value of the weight change rate, the temperature increase rate is In the same step, when the weight change rate of the calcined coke is more rapid than the control target value of the weight change rate, the temperature increase is stopped or the temperature increase rate is controlled slowly to obtain a thermogravimetric change curve (TG curve). It is a method of including.

か焼コークスに含まれる各炭素質成分のガス化開始温度および各炭素質成分の存在量を求めるには、か焼コークスに含まれる各炭素質成分の種類により、ガス化する温度および速度(DTG)が異なる点を利用する。か焼コークス中に存在する炭素質は、炭素質の結晶性もしくは配向性の差によりガス化する温度および速度(DTG)が異なる。
例えば、結晶性炭素質と非結晶性炭素質からなるか焼コークスの場合、非結晶性炭素質の方がより低い温度もしくはより早い速度でガス化反応が進行する。さらに例えば、配向性の高い炭素質と配向性の低い炭素質からなるか焼コークスの場合、配向性の低い炭素質の方がより低い温度もしくはより早い速度でガス化反応が進行する。
In order to determine the gasification start temperature of each carbonaceous component contained in calcined coke and the abundance of each carbonaceous component, the temperature and velocity at which gasification occurs (DTG) according to the type of each carbonaceous component contained in calcined coke ) Uses different points. The carbonaceous matter present in the calcined coke differs in gasification temperature and rate (DTG) due to the difference in carbonaceous crystallinity or orientation.
For example, in the case of calcined coke composed of crystalline carbonaceous matter and non-crystalline carbonaceous matter, the gasification reaction proceeds at a lower temperature or at a higher rate in the non-crystalline carbonaceous matter. Furthermore, for example, in the case of calcined coke composed of highly oriented carbonaceous matter and less oriented carbonaceous matter, the gasification reaction proceeds at a lower temperature or at a higher rate in the case of less oriented carbonaceous matter.

すなわち、加熱昇温時のTG曲線およびDTG曲線を解析することにより、か焼コークスに含まれる結晶性もしくは配向性の異なる炭素質のガス化反応を分離することができ、該当する重量変化量を計測することにより、各炭素質成分のガス化開始温度および各炭素質の存在量を分析することができる。   That is, by analyzing the TG curve and the DTG curve at the time of heating and heating, it is possible to separate the carbonaceous gasification reaction different in crystallinity or orientation contained in calcined coke, and the corresponding weight change amount By measuring, the gasification start temperature of each carbonaceous component and the abundance of each carbonaceous material can be analyzed.

上記(A)の工程におけるあらかじめ定速昇温熱重量分析によりTG曲線を測定する方法は、水蒸気の存在下でか焼コークスを一定の昇温速度で加熱ガス化し、TG曲線を測定する。ここで、前述の理由より、昇温速度は5〜20℃/minであることが好ましい。
測定の温度範囲は、か焼コークス中の各炭素質のガス化反応が計測できる温度範囲であればよい。具体的には、低温側はか焼コークス原料となる生コークス製造時のコーキング温度付近、例えば450℃付近から、高温側は結晶性炭素質(黒鉛質)のガス化反応が生じる1600℃付近までの温度範囲を測定すればよい。
In the method of measuring the TG curve in advance in the step (A) by constant temperature rising temperature thermogravimetric analysis, calcined coke is heated to gas at a constant temperature rising rate in the presence of water vapor, and the TG curve is measured. Here, from the above-mentioned reason, it is preferable that a temperature rising rate is 5-20 degrees C / min.
The temperature range of measurement should just be a temperature range which can measure gasification reaction of each carbonaceous substance in calcined coke. Specifically, from the vicinity of the coking temperature during raw coke production, which is the calcined coke raw material, for example, around 450 ° C. on the low temperature side, to the vicinity of 1600 ° C. where the gasification reaction of crystalline carbon (graphite) occurs on the high temperature side. It is sufficient to measure the temperature range of

か焼コークス中に存在する複数の結晶性もしくは配向性の異なる炭素質(例えば、結晶性の低い順に炭素質1、炭素質2、炭素質3とする)のガス化開始温度は近いことが多く、各炭素質のガス化反応が連続して生じることが多い。この場合は、定速昇温によって得られるTG曲線の解析からは炭素質2、炭素質3のガス化開始温度を決定することは困難である。   The gasification start temperatures of a plurality of carbonaceous materials having different crystallinity or orientation (for example, carbonaceous 1, carbonaceous 2 and carbonaceous 3 in descending order of crystallinity) in calcined coke are often close to each other In many cases, each carbonaceous gasification reaction occurs continuously. In this case, it is difficult to determine the gasification start temperature of carbon 2 and carbon 3 from the analysis of the TG curve obtained by constant temperature rising.

得られたTG曲線より決定される又はTG曲線の微分曲線(DTG曲線)より推定される炭素質のガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値より小さい値を昇温速度の制御目標値とする方法は、以下のような方法により例示できる。
TG曲線を微分することによりDTG曲線を描き、各炭素質のガス化開始温度におけるDTG値を求め、その絶対値より小さい値を昇温速度の制御目標値に設定することができる。
Control of the heating rate to a value smaller than the absolute value of the DTG value (weight change rate) at the gasification start temperature of carbonaceous matter determined from the obtained TG curve or estimated from the derivative curve (DTG curve) of the TG curve The target value can be exemplified by the following method.
By differentiating the TG curve, a DTG curve can be drawn, the DTG value at the gasification start temperature of each carbonaceous matter can be determined, and a value smaller than the absolute value can be set as the control target value of the temperature rise rate.

上記(B)の工程では、重量変化速度が前記の制御目標値よりもゆるやかなときには、昇温速度は(A)の工程における定速昇温条件と同一、か焼コークスの重量変化速度が前記の制御目標値よりも急激なときには、昇温を停止もしくは昇温速度をゆるやかに制御し、TG曲線を測定する。   In the step (B), when the weight change rate is slower than the control target value, the temperature increase rate is the same as the constant temperature increase condition in the step (A), and the weight change rate of the calcined coke is the above When the temperature is steeper than the control target value of (1), the temperature rise is stopped or the temperature rise rate is controlled gradually, and the TG curve is measured.

ここで、昇温速度の制御目標値は、試行錯誤により決定した値であっても良いが、(A)の工程に記載された手法により、定速昇温熱重量分析により測定したTG曲線の微分曲線(DTG曲線)より推定される炭素質のガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値より小さい値を制御目標値することがより好ましい。
定速昇温熱重量分析により前記の制御目標値を決定することにより、異なる炭素質の分析をより正確に進めることが可能となる。そして、前記の制御目標値を、ガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値に近づけることにより、より迅速に異なるか焼コークスの分析を進めることが可能となる。
Here, although the control target value of the temperature rising rate may be a value determined by trial and error, the derivative of the TG curve measured by constant temperature rising temperature thermogravimetric analysis by the method described in the step (A) It is more preferable to set a control target value to a value smaller than the absolute value of the DTG value (weight change rate) at the carbonaceous gasification start temperature estimated from the curve (DTG curve).
By determining the control target value by constant temperature rising temperature thermogravimetric analysis, analysis of different carbonaceous matters can be more accurately advanced. Then, by bringing the control target value close to the absolute value of the DTG value (weight change rate) at the gasification start temperature, it becomes possible to advance the analysis of the different calcined coke more quickly.

各炭素質のガス化開始温度は、試料重量の減少が開始する温度もしくは試料重量の減少速度が変化する温度より、決定することができるが、各炭素質の試料重量の減少が開始する温度によるのが好ましい。   The onset temperature of each carbonaceous material can be determined from the temperature at which the sample weight reduction starts or the temperature at which the sample weight reduction rate changes, but the temperature at which the sample weight reduction of each carbonaceous material starts Is preferred.

また、TG曲線に基づいて、か焼コークスに含まれる炭素質を分離定量することができる。
か焼コークスに含まれる炭素質を分離定量する方法は、得られたTG曲線を用いて、各炭素質のガス化開始温度を決定し、各炭素質のガス化開始温度で区分される温度範囲における各炭素質の存在量を測定することでできる。
また、ここで各炭素質の存在量の算出は、各炭素質がガス化する特定された温度領域における試料の重量変化量より算出するのが好ましいが、発生ガスに含まれる炭素量を計測する等により行ってもよい。
In addition, carbon content contained in calcined coke can be separated and quantified based on the TG curve.
The method of separating and quantifying the carbonaceous matter contained in the calcined coke uses the obtained TG curve to determine the gasification initiation temperature of each carbonaceous matter, and the temperature range divided by the gasification initiation temperature of each carbonaceous matter By measuring the amount of each carbonaceous material in
Moreover, although it is preferable to calculate the abundance of each carbonaceous substance here from the weight change of the sample in the specified temperature range where each carbonaceous substance is gasified, the amount of carbon contained in the generated gas is measured You may go by.

前記で分離定量したか焼コークス含まれる各炭素質の存在量は、第二工程においてか焼装置内に吹き込む水蒸気量、または、第一工程で得たか焼コークスと水を混合してか焼を実施する方法における水の量を決定するデータとして使用することができる。   The amount of each carbonaceous material contained in the calcined coke separately separated and quantified is the amount of water vapor blown into the calciner in the second step, or the calcined coke and water obtained in the first step are mixed and calcined. It can be used as data to determine the amount of water in the method to be carried out.

以上、か焼コークスの重量変化速度に応じて昇温速度を連続的に変化させる温度制御方法による熱重量測定を用いることにより、異なる炭素質のガス化反応による重量減少の境界が明瞭に計測でき、炭素質のガス化開始温度の分離が精度良く測定できる。そして、各炭素質がガス化する特定された温度領域における試料の重量変化量またはガス化による発生ガスに含まれる炭素量を計測する等で、各炭素質の存在量を算出することができる。   As described above, the boundary of weight loss due to gasification reaction of different carbonaceous substances can be clearly measured by using thermogravimetry by temperature control method in which the temperature rising rate is continuously changed according to the weight change rate of calcined coke. The separation of the carbonaceous gasification start temperature can be accurately measured. Then, it is possible to calculate the abundance of each carbonaceous matter, for example, by measuring the weight change amount of the sample in the specified temperature range where each carbonaceous matter gasifies or the carbon amount contained in the gas generated by the gasification.

一般的には、か焼コークス中の最もガス化開始温度が高い炭素質は、針状組織が発達した炭素質であるため、各炭素質のガス化開始温度と存在量がわかれば、針状組織が発達していない炭素質のガス化開始温度と針状組織が発達した炭素質のガス化開始温度を決定することができる。そして、その間の温度領域を前記第二工程の温度領域にすることができる。   Generally, the carbonaceous material having the highest gasification start temperature in calcined coke is a carbonaceous material having a needle-like structure developed, so if the gasification starting temperature and the amount of each carbonaceous material are known, the needle-like It is possible to determine the gasification initiation temperature of the carbonaceous material without tissue development and the gasification initiation temperature of the carbonaceous material with the acicular structure development. Then, the temperature range in between can be made the temperature range of the second step.

前記TG曲線を求める手法を用いて、水蒸気の存在下で測定したか焼コークスのTG曲線より、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達した炭素質を明確に分離することができ、かつ、それぞれの炭素質のガス化開始温度およびそれぞれの炭素質の存在量を定量化できる。   Using the method for obtaining the TG curve, clearly separating the non-needle-formed carbonaceous matter and the needle-like tissue-developed carbonaceous matter from the TG curve of the calcined coke measured in the presence of water vapor It is possible to quantify each carbonaceous gasification start temperature and the amount of each carbonaceous material present.

さらに、より厳密に、針状組織が発達していない炭素質のガス化開始温度と針状組織が発達した炭素質のガス化開始温度を決定するには、か焼コークスおよびニードルコークスの顕微鏡観察写真の定量的な画像解析より、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達した炭素質の存在比を求め、TG曲線より解析したそれぞれの炭素質の存在比と比較することにより、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達した炭素質のガス化開始温度を特定することもできる。   Furthermore, to determine more precisely the carbonization gasification start temperature of the non-needle structure and the carbonization gas of the needle structure development, microscopic observation of calcined coke and needle coke From the quantitative image analysis of the photograph, determine the abundance ratio of carbonaceous matter without needle-like tissue development and carbonaceous matter with needlelike tissue evolution, and compare with the abundance ratio of each carbonaceous matter analyzed from TG curve It is also possible to specify the carbonization temperature at which the needle-like tissue has not been developed and the carbonization gas temperature at which the needle-like tissue has developed.

この新規な基礎的な知見は、か焼コークスを、再度か焼装置内で、針状組織が発達していない炭素質の水蒸気ガス化温度において、水蒸気ガス化反応を実施することで、針状組織が発達していない炭素質を水素、二酸化炭素としてガス化、除去することができ、再度か焼・水蒸気ガス化されたニードルコークスは、針状組織の発達した炭素質のみのニードルコークスになる。   The novel basic knowledge is that the calcified coke is acicularly shaped by carrying out a steam gasification reaction again in the calciner at a carbonaceous steam gasification temperature at which the acicular structure is not developed. Unstructured carbonaceous matter can be gasified and removed as hydrogen and carbon dioxide, and recalcined and steam gasified needle coke becomes a needled coke of only a carbonaceous matter with acicular structure developed .

か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度及び針状組織が発達した炭素質のガス化開始温度を求めることにより決定した温度領域による水蒸気ガス化法をニードルコークスの製造工程に適用することにより、針状組織が発達していない炭素質をガス化除去したニードルコークスを製造することができる。すなわち、CTEを低減させたニードルコークスを製造することができる。   Steam gasification method by temperature range determined by determining the temperature at which the non-needle-grown carbonaceous material remaining in the calcined coke is gasified and the temperature at which the needle-like tissue has developed carbonization is determined Can be applied to the process of producing needle coke, thereby producing needle coke in which the non-needle-structured, non-developed carbonaceous matter has been gasified and removed. That is, needle coke with reduced CTE can be produced.

さらに、水蒸気ガス化反応により針状組織が発達していない炭素質が除去された後は、微細な空隙構造が形成されるので、これがガス抜け孔になり、パッフィングの低下にも効果があると予想できる。   Furthermore, after removing the carbonaceous matter from which the needle-like structure has not been developed by the steam gasification reaction, a fine void structure is formed, which becomes a gas escape hole, which is also effective in reducing the puffing. It can be expected.

以下、実施例をもって本発明について説明する。
なおこれら実施例は、それぞれ、本発明を具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
These examples are described to specifically exemplify the present invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. The present invention is directed to the following description. It is not limited.

(評価試料)
評価試料としたか焼コークスは、市場で調達した石炭重質油由来のか焼コークスである。
(Evaluation sample)
Calcined coke used as an evaluation sample is calcined coke derived from heavy coal oil sourced on the market.

(熱重量分析装置)
熱重量測定装置には、水蒸気作動型示差熱天秤(株式会社リガク製TG−DTA/HUM−1)を用いた。
(Thermogravimetric analyzer)
For the thermogravimetric measurement apparatus, a water vapor-operated differential thermal balance (TG-DTA / HUM-1 manufactured by Rigaku Corporation) was used.

〔実施例1〕
評価試料を、およそ10mg、0.01mgまで精秤し、熱重量測定装置に導入した。ここにガス化剤として水蒸気と窒素を混合したガスを300ml/min流した。このときの水蒸気分圧は20kPaとした。ガス化剤を流通した条件で、重量変化速度の絶対値が制御値0.002%/秒よりも小さいときは10℃/min昇温速度で加熱昇温し、重量変化速度の絶対値が制御値0.002%/秒以上の場合は昇温を停止するように試料温度を制御して、TG曲線を計測した。ここで、重量変化速度の制御値0.002%/秒は、事前に等速昇温分析により得たDTG曲線の解析より決定した値である。
得られたTG曲線を図1に示した。
Example 1
The evaluation sample was precisely weighed to approximately 10 mg and 0.01 mg and introduced into a thermogravimetric measurement apparatus. Here, 300 ml / min of a mixed gas of steam and nitrogen was flowed as a gasifying agent. The water vapor partial pressure at this time was 20 kPa. If the absolute value of the weight change rate is smaller than the control value of 0.002% / sec under the conditions where the gasifying agent is circulated, the temperature is raised by heating at 10 ° C / min, and the absolute value of the weight change rate is controlled When the value was 0.002% / sec or more, the sample temperature was controlled to stop the temperature rise, and the TG curve was measured. Here, the control value 0.002% / sec of the weight change rate is a value determined in advance by analysis of a DTG curve obtained by isothermal temperature rise analysis.
The obtained TG curve is shown in FIG.

評価試料は、2段階の重量減少を示した。TG曲線より各段における重量減少が始まる温度を各段のガス化開始温度とした。1段目のガス化開始温度は1013℃、2段目のガス化開始温度は1113℃であった。   The evaluation sample showed two stages of weight loss. From the TG curve, the temperature at which the weight loss in each stage starts was taken as the gasification start temperature of each stage. The first stage gasification start temperature was 1013 ° C., and the second stage gasification start temperature was 1113 ° C.

評価試料に対して、断面の偏光顕微鏡観察を実施し、針状組織が発達していない炭素質が多くあることを見出した。偏光顕微鏡写真の代表例を図2に示した。
図2の偏光顕微鏡写真を定量的に画像解析することにより、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達している炭素質との面積比を算出した。解析の結果、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達している炭素質との面積比は、28:72となった。
Cross-sectional polarized light microscopy was performed on the evaluation sample, and it was found that there is a large amount of carbonaceous material in which a needle-like tissue is not developed. A representative example of a polarized light micrograph is shown in FIG.
By quantitative image analysis of the polarized light micrograph of FIG. 2, the area ratio of the carbonaceous material in which the needle-like tissue was not developed to the carbonaceous material in which the needle-like tissue was developing was calculated. As a result of analysis, the area ratio of the carbonaceous material without needle tissue development to the carbonaceous material with needle tissue development was 28:72.

評価試料の2つの異なるガス化温度における重量比は34:66であった。水蒸気ガス化温度で区分される温度領域における重量比は、画像解析より算出した各炭素質の面積比はほぼ等しい割合を示した。   The weight ratio of the evaluation sample at two different gasification temperatures was 34:66. As for the weight ratio in the temperature range divided by the steam gasification temperature, the area ratio of each carbonaceous matter calculated from image analysis showed an almost equal ratio.

従って、評価試料のそれぞれの水蒸気ガス化温度においてガス化反応している炭素質は、低温側(水蒸気ガス化温度1013℃)は針状組織が発達していない炭素質、高温側(水蒸気ガス化温度1111℃)は針状組織が発達した炭素質であるといえる。   Therefore, the carbonaceous material undergoing gasification reaction at each water vapor gasification temperature of the evaluation sample is a low temperature side (water vapor gasification temperature 1013 ° C.) is a carbonaceous material of which needle structure is not developed, high temperature side (water vapor gasification The temperature of 1111 ° C. can be said to be carbon material in which a needle-like structure has developed.

〔実施例2〕
実施例1の結果より、評価試料中の針状組織が発達していない炭素質をガス化除去するために必要な温度は、1013℃以上、1113℃未満であることがわかった。このため第二工程における針状組織が発達していない炭素質をガス化除去する温度領域を1100℃付近に決定した。
Example 2
From the results of Example 1, it was found that the temperature necessary for degassing the carbonaceous matter in which the needle-like structure in the evaluation sample is not developed is 1013 ° C. or more and less than 1113 ° C. For this reason, the temperature range for gasifying and removing the carbonaceous matter in which the acicular structure is not developed in the second step was determined around 1100 ° C.

評価試料をおよそ10mg、0.01mgまで精秤し、熱重量測定装置に導入した。ここにガス化剤として水蒸気と窒素を混合したガスを300ml/min流した。このときの水蒸気分圧は20kPaとした。ガス化剤を流通した条件で、実施例1と同様に重量減少が大きくなる温度では温度を一定に保ちながら20℃/minの昇温速度で1100℃まで昇温し、30分間保持した後、降温して試料を取り出した。   The evaluation sample was precisely weighed to approximately 10 mg and 0.01 mg and introduced into a thermogravimetric measurement apparatus. Here, 300 ml / min of a mixed gas of steam and nitrogen was flowed as a gasifying agent. The water vapor partial pressure at this time was 20 kPa. Under the conditions where the gasifying agent was circulated, the temperature was increased as in Example 1 at a temperature at which the weight loss increased, while raising the temperature to 1100 ° C. at a temperature rising rate of 20 ° C./min and holding for 30 minutes, The temperature was lowered and a sample was taken out.

取り出した試料について、実施例1と同様に断面の偏光顕微鏡観察を実施し、定量的な画像解析により、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達している炭素質との面積比を算出した。代表的な偏光顕微鏡写真を図3に示した。   A polarization microscope observation of a cross section is performed on the taken-out sample in the same manner as in Example 1, and by quantitative image analysis, a carbonaceous material in which the acicular structure is not developed and a carbonaceous material in which the acicular structure is developed. The area ratio was calculated. A representative polarized light micrograph is shown in FIG.

図3に示したように、明らかに針状組織が発達していない炭素質はほぼ消失していることがわかる。
画像解析結果からも、目視観察を支持する結果、すなわち、針状組織が発達していない炭素質と針状組織が発達している炭素質の面積比、0.3:99.7が得られた。
As shown in FIG. 3, it can be seen that the carbon material in which the needle-like tissue is not clearly developed has almost disappeared.
Also from the image analysis results, the result of supporting visual observation, that is, the ratio of the area of the carbonaceous material in which the needle-like tissue is not developed to the carbonaceous material in which the needle-like tissue is developed, 0.3: 99.7 is obtained. The

以上のことから、か焼コークスを、針状組織が発達していない炭素質が水蒸気ガス化反応する温度で、水蒸気と反応させることにより、か焼コークス中の針状組織が発達していない炭素質を選択的に除去できることがわかった。   From the above, by causing calcined coke to react with water vapor at a temperature at which the carbonaceous matter without acicular structure develops a steam gasification reaction, carbon in which acicular structure in calcined coke is not developed It has been found that the quality can be selectively removed.

本発明の手法を用いることにより、ニードルコークスに残存している、針状組織が発達していないCTEの高い炭素質を選択的にガス化除去し、針状組織の発達したCTEの低い炭素質のみを残すことにより、CTEを低減したニードルコークスを製造することができる。さらに針状組織が発達した炭素質のみが残存したニードルコークスを製造することが可能であり、ニードルコークス製造における歩留まり改善が期待できる。
By using the method of the present invention, the CTE high carbon material without needle structure development remaining in needle coke is selectively gasified and removed, and the CTE low carbon material with needle structure developed. By leaving only CTE, needle coke with reduced CTE can be produced. Furthermore, it is possible to produce needle coke in which only carbonaceous matter with acicular structure has developed can be expected, and yield improvement in needle coke production can be expected.

Claims (4)

生コークスを1200〜1600℃に温度にてか焼してか焼コークスを得る第一工程の後、水蒸気を作用させて再か焼させる第二工程によりニードルコークスを製造する方法であって、前記第二工程の温度領域を、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定する温度領域とすることを特徴とするニードルコークスの製造方法   A method of producing needle coke in a second step of calcining raw coke at a temperature of 1200 to 1600 ° C. to obtain calcined coke and then subjecting steam to the action of steam to perform recalculation, Production of needle coke characterized in that the temperature range of the second step is a temperature range determined by determining the temperature at which the non-acicular carbonaceous matter remaining in the calcined coke is gasified. Method 前記第二工程の温度領域を、か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度が連続的に変化するようにか焼コークスの温度を制御し、水蒸気の存在下でか焼コークスを加熱ガス化して熱重量変化曲線(TG曲線)を求め、この曲線に基づいて、か焼コークスに残存している針状組織が発達していない炭素質がガス化する温度を求めることにより決定した温度領域とすることを特徴とする請求項1に記載のニードルコークスの製造方法   In the temperature range of the second step, the temperature of the calcined coke is controlled so that the temperature rising rate of the calcined coke changes continuously according to the weight change rate of the calcined coke, and calcination is performed in the presence of water vapor The coke is heated and gasified to obtain a thermogravimetric change curve (TG curve), and based on this curve, the temperature at which the non-acicular carbonaceous matter remaining in the calcined coke is gasified is determined. The method for producing needle coke according to claim 1, wherein the temperature range is determined. 前記か焼コークスの重量変化速度に応じてか焼コークスの昇温速度を連続的に変化させか焼コークスの温度を制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める方法は、
(A)あらかじめ任意の定速昇温条件を決めて定速昇温して定速昇温熱重量分析によりTG曲線を測定し、TG曲線より決定される又はTG曲線の微分曲線(DTG曲線)より推定される炭素質のガス化開始温度におけるDTG値(重量変化速度)の絶対値より小さい値を制御目標値に設定する工程と、
(B)工程(A)の定速昇温条件と同一又はその前後の条件でもって定速昇温して定速昇温熱重量分析し、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりもゆるやかなときには昇温速度は前記定速昇温条件と同一にし、か焼コークスの重量変化速度が前記重量変化速度の制御目標値よりも急激なときには昇温を停止もしくは昇温速度をゆるやかに制御して熱重量変化曲線(TG曲線)を求める工程
を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のニードルコークスの製造方法
According to the method of obtaining the thermogravimetric change curve (TG curve) by controlling the temperature of the calcined coke by continuously changing the temperature rising rate of the calcined coke according to the weight change rate of the calcined coke,
(A) Arbitrary constant temperature rising conditions are determined beforehand, constant temperature rising, TG curve is measured by constant temperature rising thermogravimetric analysis, determined from TG curve or from differential curve (DTG curve) of TG curve Setting a control target value to a value smaller than an absolute value of a DTG value (weight change rate) at an estimated carbonaceous gasification start temperature;
(B) The constant temperature rising temperature is carried out under the same conditions as or the conditions before and after the constant temperature rising condition of the step (A) and the constant temperature rising thermogravimetric analysis is carried out, and the weight change rate of the calcined coke is the control of the weight change rate When the temperature is slower than the target value, the temperature raising rate is the same as the constant speed temperature raising condition, and when the weight change rate of the calcined coke is more rapid than the control target value of the weight change rate The method for producing needle coke according to claim 1 or 2, comprising the steps of: controlling the temperature slowly and obtaining a thermogravimetric change curve (TG curve).
前記第二工程においてか焼コークスに水蒸気を作用させる方法が、か焼装置内に水蒸気を吹き込む、または、第一工程で得たか焼コークスと水を混合して再か焼を実施する請求項1〜請求項3のいずれかに記載のニードルコークスの製造方法
In the second step, the calcined coke is subjected to steam by blowing steam into the calcining device, or by mixing the calcined coke obtained in the first step with water to carry out recalculation. -Process for producing needle coke according to any one of claims 3 to
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