JP2562826B2 - コークスの密度および粉砕抵抗を改良する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コークスの密度および粉砕抵抗を改良する
方法に関する。

発明の背景および概要 鉄鋼工業で使用される電気アーク炉で使用される大き
い黒鉛電極の製造のための高品質のプレミアム コーク
スの需要が増加している。黒鉛電極の品質を特徴付ける
上で多数の特性が重要である。このような特性の一つは
密度である。通常、密度が高いと、電極も良くなる。プ
レミアム コークスに関する別の重要な特性はコークス
の粉砕抵抗である。電極の製造に必要なコークス粒子の
取扱いおよび処理は粉砕抵抗を増加させることによって
増強される。このコークスの特性は、電極強度の要因で
もある。プレミアム コークスの使用者は高密度で粉砕
抵抗の良い黒鉛物質を常に捜している。密度および粉砕
抵抗の変化が小さくても大きい電極特性に実質的に影響
する。プレミアム コークスの品質を特徴付けるのに重
要な別の特性はCTEであり、これはほぼゼロから＋８セ
ンチメートル／センチメートル／℃×10^-7ほど変化す
る。プレミアム コークスの使用者はまた低いCTE値を
有する物質を捜している。

プレミアム コークスは重炭化水素供給原料がコーク
スおよび軽炭化水素製品に転換される遅延コーキングに
よって製造される。この方法では、重炭化水素供給原料
は、急速にクラッキング温度に加熱され、コークス ド
ラムに供給される。加熱された供給物はコークスおよび
クラッキングされた蒸気に転換するのに十分な含有熱の
ドラムに浸透する。クラッキングされた蒸気は頂部から
取られ、所望であれば、供給物に再循環される精留器底
部で精留される。コークスは、ドラムがコークスで充填
され、加熱された供給物が別のコークス ドラムに送ら
れ、コークスが充填したドラムから取出されるまでドラ
ムに集積する。取出した後、コークスを上昇温度に焼成
し、発揮物質を取出しコークスの炭素と水素の比を増加
させる。

大きい黒鉛電極の製造には、遅延コーキング方法が得
られた焼成プレミアム コークス粒子をピッチと混合
し、次いで上昇温度でベークしてピッチを炭化する。

本発明によれば、密度と粉砕抵抗が増加した焼成コー
クスはコーカー供給原料で焼成する前にコークスを接触
させ、接触させたコークスを熱浸透させ、焼成操作を行
うことによって生成される。一つの実施例では、方法は
鉄鋼の製造に使用される電極の製造で使用される密度と
粉砕抵抗が増加したプレミアム コークスを得るために
使用される。

従来の技術 米国特許第2,502,183号明細書は、炭素凝集体、コー
クス“微粉”、およびピッチを混合し、前記混合物をホ
ットモールドして高密度の炭素物品を製造することによ
って高密度炭素にすることを開示する。前記特許明細書
は完全に焼成した石油コークスのような完全に炭化した
物質の小量と共に炭素質残留物の主要量を含有する微粉
砕混合物をホットモールドすることによって炭素電極お
よび他の物品を製造することを開示する。前記特許明細
書に開示された唯一のコークス“微粉”は焼成された石
油コークスである。

米国特許第4,105,501号明細書は、石炭の微粉に対し
てビチューメン物質の外側の包囲を形成することによっ
て生成されたブリケットを炭化することによって冶金学
的に形成されたコークスを製造する方法を開示する。開
示されたビチューメン物質は、コールタール、コールタ
ールピッチ、乳化コールタールピッチ、変性アスファル
ト、アスファルトおよび熱処理アスファルトである。

米国特許第4,483,840号明細書は、ピッチおよび／ま
たはタールに基づいて結合剤によるアントラサイトまた
は他の石炭微粉の凝集から生じたペレットを上昇温度で
酸化処理し、さらに高温で焼成する方法を開示する。生
成ペレットは炉または電気分解セルのランニングのため
の全てのタイプの炭素質ペースト、電極、および炭素質
プロックの製造に使用される。

発明の具体的説明 プレミアム コークスの調整に使用される新鮮な供給
原料は重芳香族鉱油留分である。これら供給原料は、石
油、シェール油、タール砂、石炭等を含む多数の源から
得られる。特定の供給原料は、気体油および／または残
留油の触媒クラッキングからの流出物を精留することに
とって得られるスラリー油、または透明な油として知ら
れているデカント油を含む。使用される別の供給原料は
エチレンまたは熱分解タールである。これはエチレンの
ようなオレフィンを生成する鉱油の高温熱クラッキング
から得られる重芳香族鉱油である。別の供給原料は、真
空下残留油をフラッシングまたは蒸溜することによって
得られた重残留油である真空残留物である。さらに他の
供給原料は真空下フラッシュまたは蒸溜で得られる軽油
である真空ガス油である。熱タールもまた供給原料とし
て使用できる。これは気体油または同様の物質の熱クラ
ッキングによって生成された物質の精留から得られる重
油である。重プレミアム コーカー気体油はさらに別の
供給原料であり、プレミアム コークスにするための油
のコーキングで生成された液体製品から得られた重油で
ある。プレミアム コーキング以外のコーキング操作か
らの気体油もまた供給原料として使用できる。新しい雰
囲気気体もまた供給原料として使用できる。これは大気
圧力以上で粗油の精留から生成された気体油である。使
用できる別の供給原料は抽出された石炭タール ピッチ
である。前記供給原料のいずれかは単独でまたは組み合
わせて使用できる。さらに、供給原料はプレミアム級コ
ークスの製造に使用する前に水素化処理および／または
熱クラッキングされ得る。

前記供給原料は本発明の工程を行う場合に未処理（焼
成していない）プレミアム コークスを接触させるのに
使用され得る。高収率のコークスを供給する好ましい供
給原料は、熱タール、デカント油、熱分解タール、およ
び多種のタイプのピッチかある。未処理のコークスはコ
ークスの調整に使用される同じ供給原料の一部と接触さ
せる、または所望であれば異なる供給物質を使用するこ
とができる。

全てのタイプの未処理のプレミアム コークスは本発
明の方法に適用できる。つまり、通常のプレミアム コ
ークス供給原料のいずれかから調整された未処理のコー
クスを使用することができる。コークスの密度は、焼成
されたコークスのVBD（振動バルク密度）が約0.77g/cc
（３×６粒子に対して）以下である場合に大きく改良さ
れる。しかしながら、方法は密度が小さいまたは大きい
コークスにも適用できる。

図には、供給原料がライン２を介してコーキング工程
に導入されることが示される。この場合熱タールである
供給原料は炉３で約850゜F乃至約1100゜F、好ましくは
約900゜F乃至約975゜Fの温度範囲に通常加熱される。熱
タールをパイプスチルのような該温度に急速に加熱する
炉が通常使用される。熱タールは実質的に前記温度で炉
を出、約15乃至約200psigの圧力に維持されるコークス
ドラム５の底部にライン４を介して導入される。コー
クス ドラムは約800゜F乃至約1000゜Fの範囲の温度通
常は約820゜F乃至約950゜Fで操業する。ドラム内部で
は、熱タール中の重炭化水素はクラッキングしてクラッ
キング蒸気およびプレミアム コークスを形成する。ク
ラッキングされた蒸気はライン６を介してコークス ド
ラム５の頂部から連続的に取出される。ドラムへの供給
物が閉じられ同じ動作が行われる第２のコークス ドラ
ム5aに切り替えられる予め定められたレベルに達するま
でコークスはドラム中に集積する。この切り替えによっ
てドラム５は動作を停止し、開き、集積されたコークス
は通常の技術を使用して取出される。コーキング サイ
クルには約16乃至約60時間必要であるが、通常は約24時
間乃至約48時間で完了する。

コークス ドラムの頂部から頭上に取出される蒸気は
ライン６を介して精留器７に運ばれる。精留器中では、
蒸気はC₁−C₃生成流８、ガソリン沸騰範囲生成流９、軽
気体油生成流10およびライン11を介して精留器から取出
されたプレミアム コーカー重油に分離される。前述の
ように、精留器からのプレミアム コーカー重気体油は
ライン12を介してコーカー炉に対する所望の比で再循環
される。過剰のネット底分は所望であれば通常の残留精
製技術に付すことができる。

未処理のコークスは出口13および13aを介してそれぞ
れコークス ドラム５および5aから取出され、移送手段
14を介してコークス ソーカーに導入される。コークス
ソーカーは液体熱タール供給原料のタンクまたは容器
17および一部が供給原料のタンクに浸漬される連続フレ
キシブル ベルト15を具備する。未処理のコークスはフ
レキシブル ベルト15に導入され、供給原料の浴を下方
に通過される。次いで供給原料が浸透したコークスはベ
ルト上で上方に通過し、ソーカーから外れ、熱浸透装置
19に導入される。ソーカーを去るコークス上の過剰の供
給原料はベルトを下方に流れ、タンク17に戻される。供
給源料がコークス ソーカーで消費されると、追加の物
質はライン18を介して十分な量を導入され、タンク17の
供給原料のレベルを維持する。コークスによって取られ
た供給原料の量は特定のコークスおよび使用される供給
原料によって変化する。通常、供給原料の消費量は未処
理のコークスに基づいて約２乃至約20重量パーセントで
ある。

開示された方法に加え、コークスを供給原料と接触さ
せるために他の通常の方法が使用される得る。例えば、
液体供給原料はコークス上に噴霧され、供給原料が包囲
温度で固体であれば、コークスは微細に分割された供給
原料粉を通過され得る。

コークスは通常高速噴射水によってコークス ドラム
から取出される。結果として、コークスは急速に冷却さ
れ、コークス ソーカー16に入ると、比較的低い温度に
達する。これは、液体供給原料の浴の中の熱いコークス
を接触させると本発明の目的を損なう液体の沸騰および
発揮が生じるため、重量である。しかしながら、コーク
スを室温に低下させる必要はない。いくらか加熱された
コークスは濡潤工程で利点となる。

フレキシブルベルト15はある期間に亙って液体供給原
料およびコークス粒子で汚染される。軽い炭化水素留分
で洗浄または噴霧することによってきれいになり、加熱
された供給原料のこのために使用することができる。

熱浸透装置19では、コーカー供給原料を浸透させたコ
ークスは約１乃至約50時間の期間に亙って約825゜F乃至
約1000゜Fの温度に加熱される。熱浸透に使用される特
定の時間および温度はコークス ソーカーで使用される
コークスおよび供給原料の特性に依存する。通常熱浸透
は約８乃至約32時間、約850゜F乃至約925゜Fで行われ
る。熱浸透装置の適切な滞留時間は回転バルブ22または
装置の底部の他のタイプの制御装置を設けることによっ
て達成され得る。

ライン20を介して熱浸透装置19に導入される熱浸透流
体は、非コーキング物質であり、熱浸透温度および圧力
の下で気体であり、プレミアム コークスの特性に影響
しない。例えば、熱浸透流体は、液体炭化水素留分また
は軽炭化水素、窒素、蒸気等のような通常気体物質であ
る。この場合、軽気体油を熱浸透物質として使用する。
所望であれば、ライン21を介して回収され、工程で再使
用され得る。熱浸透に必要な熱は熱浸透装置に導入する
前に通常の炉または熱交換器（図示されない）を介して
熱浸透流体を通過させることによって得ることができ
る。

焼成装置23では、供給原料が浸透した未処理のコーク
スは上昇温度に付し、発揮物質を取除き、コークスの水
素と炭素の比を増加させる。焼成は約2000゜F乃至約300
0゜F、好ましくは、約2400乃至約2600゜Fの温度で行わ
れる。コークスは約30分乃至約10時間、好ましくは約１
時間乃至約３時間焼成条件下で維持される。焼成温度お
よび焼成時間は所望のコークスの特性によって変化す
る。大きい黒鉛電極の製造に適した密度が増加した焼成
プレミアム コークスは出口24を介して焼成装置から引
き出される。

実施例 次の例は本発明を行う場合に得られた結果を示す。

例 デカント油を55psig880゜Fで遅延コーカーでコークし
た。コーキング サイクルは44時間であった。200グラ
ムの生成未処理コークスを、870゜にタップされた250グ
ラムの熱タール（特性は表１に示される）に３時間浸漬
させた。次いで液体をコークスからデカントし、代表的
試料を次の条件下で熱処理した。

実験１−８時間の浸透時間、875゜F、および0psig圧
力； 実験２−８時間の浸透時間、925゜F、0psig圧力； 実験３−８時間の振動時間、875゜F、120psig圧力； 実験４−８時間の浸透時間、925゜F、120psig圧力； 熱浸透工程の後、コークスをオーブンにおいて、約2.
5時間に亙って温度を2600゜Fに上昇させた後、2.0時間2
600゜Fの温度に維持して焼成した。基本ケースを与える
ために、未処理のコークスを同じ工程で処理した。実験
１−４および基本ケースで生成されたコークスのVBD、
粉砕抵抗、およびCTEは表２に示される。

表１ 供給原料の特性 供給原料 870゜F＋熱タール 比重、60/60゜F 1.101 API重量 −2.98 硫黄、重量％ 0.42 全窒素、重量％ 0.16 コンラドソン炭素残留物、重量％ 9.32 ペンタン不溶物、重量％ 5.91 パーキン−エルマーによる元素、重量％ Ｃ 92.1 Ｈ 7.2 Ｎ 0.2 Ｏ 0.5 トッピング収量（870゜F）、重量％ 28.1 データから明らかなように、コーカー供給原料による
未処理のコークスの浸透後の熱浸透はコークスCTEに悪
影響せずに、焼成コークスの密度および粉砕抵抗を大き
く増加させる。

本発明の方法は、プレミアム コークスに適用される
場合について説明されたが、コークスの他の級でも使用
できる。例えば、大量のコークスはアムミニウムの製造
で消費される電極に使用するために生成される。この
“アルミニウム級”コークスはプレミアム コークスに
多い針状の構造がない点でプレミアム コークスとは区
別される。CTEは通常のまたはアルミニウム級コークス
の特性要因ではないが、高密度のコークスはアルミニウ
ムの製造のための電極製造に使用されるときにこのよう
なコークスには望ましい。

アルミニウム級コークスはプレミアム コーキングで
使用されるものと同じ条件下で遅延コーキングおよび焼
成によって調整される。高芳香族供給原料は必要ではな
い。通常、このようなコークスは残留物または他の重炭
化水素留分から調整される。また、アルミニウム級コー
クスを本発明を行うのに使用する場合に、未処理のコー
クスを接触させるのに使用される供給原料はコークスを
製造するのに使用されるものと同じ供給原料であって
も、また異なる供給原料であってもよい。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の１実施例を示すプレミアム遅延コーカー
の概要的フロー図である。 ３……炉、５……コークスドラム、７……精留器、８…
…生成流、13、13a……出口、14……運搬手段、16……
コークスソーカー、17……タンク、19……熱浸透装置。

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未処理（焼成していない）コークスをコー
   カー供給原料と接触させ、接触させたコークスを熱浸透
   させ、前記コークスを焼成することを包含する焼成コー
   クスの密度を増加させる方法。
2. 【請求項２】前記コークスはアルミニウム級コークスで
   ある特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】コーカー供給原料は未処理コークスを調整
   するのに使用されるものとは異なる供給原料である特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。
4. 【請求項４】未処理コークスは液体コーカー供給原料の
   浴を通過させる特許請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】未処理（焼成していない）プレミアムコー
   クスをコーカー供給源料と接触させ、接触させたコーク
   スを熱浸透させ、前記コークスを焼成することを包含す
   る焼成プレミアムコークスの密度を増加させる方法。
6. 【請求項６】コーカー供給原料は未処理コークスを調整
   するのに使用される同じ供給原料の一部である特許請求
   の範囲第５項に記載の方法。
7. 【請求項７】コーカー供給原料は未処理コークスを調整
   するのに使用されるものとは異なる供給原料である特許
   請求の範囲第５項に記載の方法。
8. 【請求項８】未処理コークスは液体コーカー供給原料の
   浴を通過させる特許請求の範囲第５項に記載の方法。
9. 【請求項９】未処理コークスは液体コーカー供給原料で
   噴霧される特許請求の範囲第５項に記載の方法。
10. 【請求項１０】未処理コークスは微細に分割された供給
    原料の粉を通過させる特許請求の範囲第５項に記載の方
    法。
11. 【請求項１１】芳香族鉱油供給原料を上昇温度に加熱
    し、加熱された供給原料を遅延コーキング条件下におい
    てコーキングドラムに導入するプレミアムコーキング方
    法において、加熱された供給原料が含有熱に浸透して供
    給原料をクラッキングされた蒸気とプレミアムコークス
    に転換され、遅延コーキングの完了によってコーキング
    ドラムからコークスを取出し、コークスを冷却し、冷却
    コークスを芳香族鉱油供給原料の一部と接触させ、接触
    させたコークスを熱浸透させ、接触させたコークスを焼
    成して密度が増加した焼成プレミアムコークスを得るこ
    とを包含するプレミアムコーキング方法。
12. 【請求項１２】取出されたコークスは芳香族鉱油供給原
    料の液体浴を通過させる特許請求の範囲第11項に記載の
    方法。
13. 【請求項１３】取出されたコークスは液体芳香族鉱油供
    給原料で噴霧される特許請求の範囲第11項に記載の方
    法。
14. 【請求項１４】芳香族鉱油供給原料は接触温度で固体で
    あり、取出されたコークスは微細に分割された供給原料
    の粉を通過させる特許請求の範囲第11項に記載の方法。
15. 【請求項１５】芳香族鉱油供給原料を約850゜F乃至約11
    00゜F（454.4〜593.3℃）に加熱し、加熱した供給原料
    をコーキングドラムに導入するプレミアムコーキング方
    法において、供給原料がクラッキングされた蒸気及びプ
    レミアムコークスに転換するに十分な約800゜F乃至約10
    00゜F（426.7〜537.8℃）の温度及び約15psig乃至約200
    psigの圧力で加熱した供給原料を含有熱に浸透し、コー
    キングの完了によってコーキングドラムから高速噴射水
    によってコークスを取出し、取出したコークスを芳香族
    鉱油原料の一部と接触させ、接触させたコークスを約１
    時間乃至50時間、約825゜F乃至約1000゜F（440.5〜537.
    8℃）の温度で熱浸透に付し、熱浸透コークスを約2000
    ゜F乃至約3000゜F（1093.3〜1648.9℃）の温度で約半時
    間乃至約10時間焼成して密度が増加した焼成プレミアム
    コークスを得ることを包含するプレミアムコーキング方
    法。
16. 【請求項１６】取出されたコークスは芳香族鉱油供給原
    料の液体浴を通過させる特許請求の範囲第15項に記載の
    方法。
17. 【請求項１７】取出されたコークスは液体芳香族鉱油供
    給原料で噴霧される特許請求の範囲第15項に記載の方
    法。
18. 【請求項１８】芳香族鉱油供給原料は接触温度で固体で
    あり、取出されたコークスはこの供給原料の微細に分割
    された粉を通過させる特許請求の範囲第15項に記載の方
    法。
19. 【請求項１９】芳香族鉱油供給原料は熱タール、デカン
    ド油、熱分解タール及びピッチからなる群から選択され
    る特許請求の範囲第15項に記載の方法。
20. 【請求項２０】熱浸透は約８乃至約32時間、約850゜F乃
    至約925゜F（454.4〜496.1℃）の温度で行われる特許請
    求の範囲第15項に記載の方法。