JP2935822B2

JP2935822B2 - 同時に不溶性固体を含まないタールを製造しながら液状タールの不溶性固体濃度を増大させる連続法

Info

Publication number: JP2935822B2
Application number: JP2567296A
Authority: JP
Inventors: アーウィン、チャールズ、ルイス; チン‐フェン、チャン; ジョージ、アーネスト、ケラー、ザ、セカンド; ゲアリ、ルーイス、ジレスピ; リチャード、リーチャン、シャオ
Original assignee: YUUKAA KAABON TEKUNOROJII CORP
Current assignee: YUUKAA KAABON TEKUNOROJII CORP
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JPH09227876A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｑ．Ｉ．濃度を増大さ
れた液状タール製品と同時に無Ｑ．Ｉ．液状タール製品
を製造するようにＱ．Ｉ．固体分を含有する液状タール
を連続的に処理する方法に関するものである。本発明の
方法は交差流フィルタ膜を使用する。

【０００２】

【従来の技術】黒鉛電極などの炭素製品の製造に際して
は、石油コークスなどの炭素質充填剤をコールタールピ
ッチ結合剤と混合し、次に成形し、炭化し、黒鉛化して
黒鉛製品を製造する。最大の製品強度を得るためには、
コールタールピッチ結合剤が炭化後に高い炭素収率を与
える事が重要である。比較的多量の不溶性炭素固体分、
すなわち一般にＱ．Ｉ．（キノリンインソリュブル）
と呼ばれる微粒子の存在が、コーキング収率を増大する
ためまた黒鉛製品強度を改良する炭素微粒子の供給源と
して、効率的結合剤にとって望ましい。市販のコールタ
ール結合剤ピッチは主として小粒径（ミクロンサイズ）
の球形炭素粒子の形の約８−２０重量％のＱ．Ｉ．を含
有する。天然Ｑ．Ｉ．と呼ばれるこれらの炭素粒子は結
合剤ピッチの製造に使用されるタール前駆体の調製に際
して生成される。またピッチ中のＱ．Ｉ．はセノスフィ
アと呼ばれる大粒径の炭素質粒子、炭化石炭粒子および
無機灰分を含有する場合がある。これらの成分もタール
前駆体の調製に際して発生し、これらの成分は一般にピ
ッチを結合剤として使用する場合に有用でない。二次
Ｑ．Ｉ．または中間相と呼ばれる他の形の成分は、ター
ルをピッチに変換する際の熱処理によって形成される。

【０００３】非常に多くの場合、炭素製品はその強度を
増大するために、焼成後にしかし黒鉛化処理前に溶融ピ
ッチを含浸される。溶融ピッチ含浸剤は炭素製品の初期
焼成中に発生した気孔を充填し、製品の最終強度と密度
を増大する。結合剤ピッチと相違し、含浸ピッチは非常
に低いまたは好ましくはゼロの固体（Ｑ．Ｉ．）含有量
を有しなければならない。溶融ピッチと混和性でない固
体粒子の存在は炭素粒子の気孔を閉塞させ製品中へのピ
ッチの完全含浸を妨げる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、無固体のすなわ
ち無Ｑ．Ｉ．の含浸用ピッチの製造は困難である。ピッ
チへの変換に先だってＱ．Ｉ．粒子を除去するため、前
駆体コールタールの通常のろ過または遠心分離を使用す
る事ができる。しかしこれらの操作はバッチ操作であり
高温で実施しなければならないのでコスト高である。さ
らにＱ．Ｉ．粒子を無固体タールから分離し次に処分し
なければならない。現在、無固体のコールタール含浸ピ
ッチの国内の、すなわち米国の供給源が存在しない。無
固体の含浸ピッチを製造するためコールタールからＱ．
Ｉ．を除去するバッチプロセスが日本において開発され
（米国特許第４，１２７，４７２号）、この方法はター
ルをアンチ溶剤によって処理してＱ．Ｉ．を沈澱させ、
次にろ過または遠心分離によってＱ．Ｉ．を分離させ
る。分離されたＱ．Ｉ．を次に処分しなければならな
い。日本特願平１（１９８９）−３０５，６４０号は膜
フィルタを使用してバッチ型手順でコールタールまたは
コールタールピッチからＱ．Ｉ．固体を除去する方法を
開示している。

【０００５】また結合剤ピッチに適した高Ｑ．Ｉ．含有
タールを得る事も困難である。環境保全管理が進展する
に従って、タールの製造に使用されるコーキング操作が
厳しく制御され、その結果としてタール中のＱ．Ｉ．レ
ベルが低下した。従って誘導されたピッチのＱ．Ｉ．含
有量が低下し、結合剤ピッチと使用される際に黒鉛製品
の強度の低下を生じた。欧州では、結合剤ピッチのＱ．
Ｉ．レベルは一般に所望最小限レベル８％以下である。
Ｑ．Ｉ．含有量を増大させるために、人工的炭素粉末を
タールまたはピッチに添加する方法が開発された（米国
特許第４，１７７，１３２号）。

【０００６】これらの理由から、ピッチ含浸のために
Ｑ．Ｉ．０％のタールを製造すると同時に結合剤ピッチ
のために高Ｑ．Ｉ．タールを製造する事のできる連続法
を開発する事が望ましい。

【０００７】過去１０年ぐらいの間に、改良型セラミッ
ク膜技術が商業化されている。このテクノロジーは交差
流フィルタとして知られるセラミックモノリットを使用
し、そのチャンネル壁体が慎重に制御された気孔サイズ
を有する。気孔サイズは約１ミクロン以上から５０オン
グストロームまで変動する事ができる。

【０００８】これらの膜は通常のデッドエンドフィルタ
とは基本的に異なる方式で作用する。デッドエンドフィ
ルタの場合のように固体成分をフィルタ媒体上に堆積さ
せるのでなく、フィードが膜の表面にそって流れ固体成
分は液体中に懸濁状態にとどまる。浸透液またはろ液が
膜を通過し捕集される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、無Ｑ．
Ｉ．タールを生産しながら高Ｑ．Ｉ．レベルを有する
Ｑ．Ｉ．含有濃縮物を製造するため、不溶性固体（Ｑ．
Ｉ．）を含有する液状タール中のＱ．Ｉ．濃度を所望レ
ベルまで増大させる連続法において、既知のＱ．Ｉ．濃
度を有するＱ．Ｉ．含有液状タールフィードを、タール
フィード入口、交差流ろ過膜フィルタ、循環され捕集さ
れるＱ．Ｉ．含有濃縮物の出口、ポンプおよび流量制御
器を直列に含む循環ループの中に連続的に導入して前記
フィードを前記循環ループの中で連続的に循環させ、所
望の浸透液流量で前記交差流フィルタを通して循環ルー
プから出る無Ｑ．Ｉ．浸透液状タールと、前記交差流フ
ィルタを通過し循環ループ中を循環する所望のＱ．Ｉ．
濃度を増大されたＱ．Ｉ．含有液状濃縮物とを得る段階
と、その後連続的に、前記循環ループ中に追加タールフ
ィードを導入しながら、循環ループからＱ．Ｉ．含有液
状濃縮物の一部を前記Ｑ．Ｉ．含有濃縮物の前記出口か
ら抽出する方法が提供される。

【００１０】

【実施例】図１に概略図示の交差流ろ過システムで使用
される市販の管状Ｕ．Ｓ．Ｆｉｌｔｅｒセラミック膜を
使用してタールのろ過テストを実施した。３で表示され
た多孔性膜は代表的にはアルファアルミナ担体上に堆積
されたアルファアルミナ、ジルコニアまたはガンマアル
ミナの選択層から成る。これらの物質によって与えられ
る実質的化学的安定性はセラミック膜を、コールタール
中に存在する芳香族を含めて各種の有機物に対して耐性
とする。さらにセラミック膜は比較的高温においても安
定である。未希釈タールを使用する場合、実際的ろ過流
量（すなわち浸透流量）を得るようにタール粘度を低下
させるため高温操作（すなわち＞８０℃）が必要とされ
る。

【００１１】図１に概略図示された交差流ろ過に際し
て、フィード５は膜３の表面に対して（垂直ではなく）
平行に流れる。フィード流５は、浸透液の交差流が膜３
の気孔を通過するように、浸透液（すなわちろ液）より
高い圧力に保持される。膜気孔より大きな粒子は膜を通
過せず従って拒絶される。拒絶された粒子８は膜表面に
薄い層を成しこの層が浸透流に対する抵抗を増大する。
しかし、管中を流れる平行流が剪断力を生じて、この層
を薄く保持する。このようにしてデッドエンドろ過の場
合のようにフィルタケークが時間と共に継続的に増大す
る事なく、浸透流量は実質的に一定値に達する。実際
上、浸透流量は長時間後にさらに低減するが、この低減
はケークの形成と気孔の閉塞による初期浸透流量の低下
よりはるかに遅い。

【００１２】またセラミック膜は、化学的および熱的安
定性のほか、高強度を有しまた膜を構成する層間に比較
的強い結合を有する。これらの特性の故に、浸透流量を
回復するためセラミック膜を定期的にバックフラッシュ
する事ができる。このバックフラッシュは膜気孔を通る
浸透液流を逆転させ、膜表面に堆積した粒子層を本質的
に除去する事ができる。

【００１３】コールタールからのＱ．Ｉ．粒子の除去を
調査するための実験装置を図２に概略図示する。Ｑ．
Ｉ．粒子を含有する液状コールタールまたはコールター
ル／トルエン混合物をセラミック膜フィルタ２０に送る
ためにロータリローブ容積式ポンプ１０（Ｊａｂｓｃｏ
ＰｕｒｅｆｌｏＭｏｄｅｌＡ１）を使用した。膜
への流量を調整するために、弁８５を含むバイパスライ
ン８３を使用した。この調査に際して、４０乃至６０ｐ
ｓｉｇの範囲内の供給圧と、３乃至７ｇｐｍ（毎分ガロ
ン）の範囲内のフィード流量を使用した。膜２０に送ら
れたフィード量がこの膜によって二つの流れに分割され
る。すなわち、Ｑ．Ｉ．含有量を増大された濃縮物４０
とＱ．Ｉ．を含有しない浸透液３０とに分割される。濃
縮流４０は図示のように供給タンク５０に戻され、また
は弁６５を通して抽出される。管状膜２０中の軸方向圧
力降下の故に、膜２０の出口における濃縮流の圧力は代
表的には膜２０の入口の供給圧より１０−３０ｐｓｉ低
い。浸透流３０の圧力は０ｐｓｉｇに保持されるので、
供給タンク５０に戻されまたは５５に図示のようにシス
テムから除去する事ができる。濃縮液４０と浸透液３０
の両方を循環させる事により、テスト中にフィード中の
粒子濃度を一定に保持する事ができ、また浸透液３０の
一部の除去の結果、濃縮液中のＱ．Ｉ．粒子の濃度を増
大させる事ができる。

【００１４】システムに対して熱を加えるため、供給タ
ンク５０、供給タンクと膜２０の間の管５３、ポンプ１
０、濃縮物ライン４３および浸透液ライン３３が先行技
術のように電気加熱テープ（図示されていない）を備え
絶縁される。タンク中の温度はＡｔｈｅｎａ温度調節装
置（図示されていない）によって制御された。ポンプ１
０およびプロセスラインに対する熱入力は加熱テープに
対する電圧をＶａｒｉａｃ（図示されていない）によっ
て変動させる事によって制御された。温度は、供給タン
ク、濃縮液流および浸透液ライン中の熱電対によってモ
ニタされた。膜２０上に堆積した固体を除去するための
バックフラッシングは下記の２つの手順によって実施さ
れた。１つの手順においては、弁４５を閉じ、弁９５を
開き、ライン７０から１５秒間窒素パルスを供給圧より
２０ｐｓｉ高い圧で加え、タンク９０から純粋トルエン
を流出させて膜ハウジング２５の内部２３を満たし、膜
２０を通して流し、膜の内側面２７上に堆積した粒子を
除去する。他の手順においては、弁４５を閉じ、弁１０
５を開き、ライン７０から１５秒間窒素パルスを供給圧
より２０ｐｓｉ高い圧で加えて浸透液を膜２０を通して
流し、その内側面２７上に堆積した粒子を除去する。

【００１５】図２に図示のシステムを使用した各テスト
において、３乃至５ガロンのフィード３５がシステムに
装入された。これらのテストに際して４種の相異なるフ
ィードが使用された。すなわち、２．４重量％のＱ．
Ｉ．を含有する市販のコールタール（Ａ）、５．０重量
％のＱ．Ｉ．を含有する市販のコールタール（Ｂ）、コ
ールタール（Ａ）のトルエン中の１：１重量配合物、コ
ールタール（Ｂ）のトルエン中の１：１重量配合物。

【００１６】さらにコールタール（Ａ）と（Ｂ）はＱ．
Ｉ．含有量のほか粘度においても相違する。下記の実施
例１−４は調査結果を示す。

【００１７】実施例１ − テスト材料（タール）ａ）コールタールＡ − 下記の特性を有する石炭コー
キング工程から誘導された市販のタール。

【００１８】Ｑ．Ｉ．＝２．４重量％コーキング収率＝２５．７重量％灰分＝０．１０重量％相異なる温度における粘度：５５℃で７４６ｃｐｓ８０℃で１０１ｃｐｓ１０５℃で２７ｃｐｓゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定された平
均分子量は３１６であった。

【００１９】ＳＥＭによって観察され光散乱によって測
定されたＱ．Ｉ．粒径は約０．３乃至１０ミクロンの範
囲内にあり、垂直粒径は２．７ミクロンであった。

【００２０】ｂ）コールタールＢ − 下記の特性を有
する石炭コーキング工程から誘導された市販のタール。

【００２１】Ｑ．Ｉ．＝５．０重量％コーキング収率＝２７．１重量％灰分＝０．１３重量％相異なる温度における粘度：５５℃＝１１７ｃｐｓ８０℃＝３２ｃｐｓ１０５℃＝１３ｃｐｓ１３０℃＝７ｃｐｓ平均分子量＝３４５Ｑ．Ｉ．粒径範囲＝０．１−３ミクロンＱ．Ｉ．の平均粒径＝０．８ミクロン実施例２０．２ミクロン膜を使用した希釈コールタールのろ過５．０重量％Ｑ．Ｉ．を含有する市販コールタールＢを
トルエンと配合して、コールタール／トルエンの５０／
５０重量％混合物を製造した。この配合物約１２，００
０グラムを６８℃で作動する図２のシステムに装入し
た。配合物のＱ．Ｉ．含有量は２．５重量％であった。
５００オングストローム（０．０５ミクロン）の平均気
孔サイズを有するセラミック膜をろ過のために使用し
た。膜を通してコールタールを循環させ、可変量の無固
体浸透液を除去した。タール／トルエン混合物のＱ．
Ｉ．レベルを除去された浸透液の量の関数として測定し
た。その結果を図３に示す。この図３は、２１００ｍｌ
の浸透液（約２０重量％）を除去する事によりＱ．Ｉ．
が２．５重量％から３．１重量％まで濃縮された事を示
す。浸透液の分析結果はこの浸透液が０．０重量％の
Ｑ．Ｉ．を含有する事を示す。

【００２２】濃縮されたＱ．Ｉ．レベルは除去された浸
透流の量から下記の式によって予測された。

【００２３】２．５重量％／０．８０＝３．１重量％実施例３０．２および０．１ミクロン気孔サイズの膜を使用する
トルエン希釈タール（Ａ）および（Ｂ）のろ過図２のシステムを使用しまたそれぞれ０．２および０．
１ミクロン気孔サイズの膜を使用してろ過テストを実施
した。０．２ミクロン以上の気孔を有する膜を使用して
無固体浸透液を製造する事ができるが、これらの膜は
Ｑ．Ｉ．の濃縮のために連続フロー／バックフラッシン
グ態様で満足に作動させる事ができなかった。

【００２４】この実施例の場合、２．４重量％のＱ．
Ｉ．を含有するコールタール「Ａ」をトルエンで５０／
５０重量％に希釈し、８０℃で作動する０．２ミクロン
気孔サイズを通して３．９ｇｐｍの流量をもってろ過し
た。得られた結果を他の作動パラメータと共に図４に示
す。初期浸透液流は３００ｇｆｄの高さであったが、２
時間後に３７ｇｆｄ（ガロン／ｆｔ2 ／日）に落ちた
（１／８の低下）。

【００２５】図４に示す第１データ点はフィードに対し
て清浄膜を露出した直後にとられた。この図は運転初期
における浸透液流の急激な減少と、その後の運転に際し
ての浸透液流の緩徐な減少（すなわちレベルオフ）とを
示す。浸透液の初期の急激な減少は交差流ろ過プロセス
において代表的なものであって、通常、フィードと接触
する膜表面における粒子の堆積によるものとされる。堆
積固体層が一定厚さに達すると、浸透液流は徐々にレベ
ルオフする。膜表面上の粒子堆積が浸透流の減少の原因
であるとすれば、バックフラッシングは浸透流を一時的
に増大させるに相違ない。しかし図４に図示のように、
トルエンによるバックフラッシングは測定された浸透流
に対して僅少な効果を示すにすぎない。この場合バック
フラッシングの効果のない事に対して２つの説明が可能
である。第１は、バックフラッシング圧が相当量の堆積
固体を除去するには小さすぎる。第２は、膜の不可逆的
内部汚染が生じた。膜の内部汚染が十分に大であれば、
その膜は浸透流に対してフィルタケークよりはるかに大
きな抵抗を示しまたバックフラッシングは浸透流測定値
に対して僅少な効果を示すであろう。

【００２６】０．１ミクロン気孔サイズのカラムについ
て同様のテストランを実施し、その結果を図５に示す。
初期浸透流は７７１ｇｆｄの高いｇｆｄを示した。１０
０分後に浸透流は約５４ｇｆｄに落ちた。この膜をトル
エンでバックフラッシングすると、浸透流は４１９ｇｆ
ｄまで増大した。次の１００分後に、浸透流は４５ｇｆ
ｄに落ちたが、バックフラッシングによって４２８ｇｆ
ｄに回復した。これらのデータは、０．２ミクロン膜と
相違し、０．１ミクロン膜は固体によって不可逆的に閉
塞されず、このシステムは定期的バックフラッシングに
よって連続的に作動される事を示す。それぞれの場合
に、除去された浸透流は０重量％の固体を含有してい
た。これらのテスト結果は、気孔中への固体の捕捉を防
止しバックフラッシングを使用して連続操作を可能とす
るためには０．１ミクロンまたはこれ以下のサイズが必
要である事を示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】実施例４０．１ミクロン膜と浸透流によるバックフラッシングと
を使用するろ過フィードと異なる組成を有する流体によるバックフラッ
シングを避けるため、バックフラッシング流体として浸
透流を使用して数回のテストを実施した。このテストラ
ンの浸透流：時間プロットを図６に示す。このテストラ
ンは、タール（Ｂ）とトルエンとの５０／５０重量％混
合物と１０００オングストローム（０．１ミクロン）膜
とを使用して実施された。

【００２９】図６に示す結果は、このテストランの初期
にこのようなバックフラッシングメカニズムが１０００
オングストローム（０．１ミクロン）膜を通しての浸透
流の大きな増大を生じた事を示す。しかしテストランが
進行するに従って、バックフラッシングは滲透率に対す
る効果が減少する。これはテストラン中に膜の不可逆的
汚染の生じた事を示す。

【００３０】実施例５０．０５ミクロン気孔サイズ膜を使用する非希釈コール
タールのろ過純粋な非希釈タールを使用してＱ．Ｉ．濃縮／除去を実
施する方が経済的であると思われるので、純粋タール
（Ｂ）によって０．０５ミクロン（５００オングストロ
ーム）セラミックフィルタを使用してテストを実施し
た。この気孔サイズのフィルタはＱ．Ｉ．粒子による気
孔閉塞の可能性が低いと思われる。テストは８０乃至９
０℃の温度で実施された。この温度範囲においてはター
ルは３２ｃｐｓまたはこれ以下の粘度を有するであろ
う。その結果を表ＩＩＩに示す。

【００３１】表ＩＩＩに示された浸透流の値は１つのラ
ン中の平均値である。テストランの初期に浸透流が高く
ランの進行に伴なってレベルオフされる実施例３に見ら
れたようなトレンドは非希釈タールの場合には見られな
かった。すなわち、浸透流はラン中に近似的に一定にと
どまった。従って表ＩＩＩに示す浸透流値は定常状態値
とみなされなければならない。

【００３２】表ＩＩＩに表示の結果は、５００オングス
トローム膜がすべてのランに際して無固体浸透流を製造
する事ができ、また浸透流を供給タンクに戻すのでなく
システムから除去する事によってフィード中において
Ｑ．Ｉ．粒子を濃縮できた事を示す。またこの表ＩＩＩ
は浸透流に対する種々の操作条件の効果を示す。例え
ば、ラン３−ＧＬＧ−Ｘ−１３と３−ＧＬＧ−Ｘ−１４
とを比較すれば明かなように、フィード量の増大が膜を
通る浸透流量の増大を生じる。このような結果は、高流
量が膜表面において生じるフィルタケークの薄い事から
予想される結果である。

【００３３】非希釈タール（Ｂ）によるランのほか、非
希釈タール（Ａ）によるランも実施した。このタールは
より高い粘度を有する。表ＩＶは非希釈タール（Ａ）を
用いて実施されたランの結果を表示する。またこの表Ｉ
Ｖには非希釈タール（Ｂ）の結果およびタール（Ａ）と
トルエンとの５０／５０重量％混合物の結果も示されて
いる。タール（Ａ）について測定された浸透流値は非希
釈タール（Ｂ）またはタール（Ａ）とトルエンとの５０
／５０混合物の浸透流測定値よりも小である。これらの
結果は粘度に対する浸透流の強い依存関係を示す。ター
ル（Ａ）／トルエン混合物について測定された浸透流は
２５．５ｇｆｄの値を有し、またタールが混合物の５０
重量％を成すのであるから、タール（Ａ）の浸透流は全
浸透流の約半分である。従ってフィードが希釈された場
合に、より高いコールタール浸透流が得られる。

【００３４】本発明の方法は５００ｃｐｓもの高い粘度
を有するタールについて操作する事ができるが、生産量
を増大させるためにこのタール粘度は５０ｃｐｓまたは
これ以下である。このような低粘度はタールをそれぞれ
のタールに適した温度まで加熱する事によって得られ
る。あるいは本明細書に記載のようにタールに対して溶
剤を２０乃至８０重量％添加する事ができる。

【００３５】トルエン、ベンゼン、ピリジン、クロルベ
ンゼン、トリクロルベンゼン、コールタール石油留分
油、アントラセン油などのような適当な溶剤によってコ
ールタールを希釈する事により、室温程度の温度でこの
方法を実施する事ができる。

【００３６】

【表４】

【００３７】

【表５】図７について述べれば、Ｑ．Ｉ．含有液状タールの連続
Ｑ．Ｉ．粒子ろ過および濃縮ユニットを１００で示す。
ユニット１００は予熱器１０２を含み、この予熱器は
Ｑ．Ｉ．含有タールフィード１０４を収容する。タール
フィード１０４は、タールの揮発または化学反応を生じ
る事なく粘度を最小値に減少させるため、８０−３２０
℃の温度に加熱される。（タール（Ａ）と（Ｂ）につい
て実施例１を参照）。それぞれのタールの最小粘度を得
るための特定温度は相違し、この温度は通常の測定によ
って決定される。弁１０６が開くと、タールフィード１
０４がポンプ１０８と流量制御器１１０によってループ
入口１１４を通して循環ループ１１２の中に入る。この
ようにして循環ループ１１２の中に導入された新しい
Ｑ．Ｉ．含有タールフィードが導管１１１を通して膜フ
ィルタ１１５の入口１２９の中に入り、無Ｑ．Ｉ．液状
タール浸透流１１６が１１８からフィルタ１１５を出る
のに対して、Ｑ．Ｉ．含有濃縮液が１２５からフィルタ
１１５を出る。流量制御器１２０を調整し、同時にこれ
に対応してループ１１２中を循環するタールの量が実質
的に一定にとどまり同時に高圧ポンプ１２２と流量制御
器１２３によって１１３で示すようにループ１１２中を
高流量で繰り返し循環するように１１４において循環ル
ープ１１２の中へのタールフィード量を調節する事によ
り、所望の無Ｑ．Ｉ．液状タール浸透流の流量が決定さ
れる。ループ１１２の中を液状タールが繰り返し循環す
る際に、ループ１１２から浸透流が除去されるのでこの
循環液状タール中のＱ．Ｉ．濃度が増大する。導管１１
９の１１６において所望の無Ｑ．Ｉ．浸透流量が確定さ
れた時に、弁１２４を開き、液状タール濃縮物１２８、
すなわちフィード１０４より高いＱ．Ｉ．濃度のタール
流が循環ループ１１２の出口１２６から抽出される。従
って、フィルタ１１５の出口１２５とフィード入口１１
４との間のループ１１２の部分中を循環する液状タール
のＱ．Ｉ．濃度Ｃｌは液状タール濃縮物１２８のＱ．
Ｉ．濃度Ｃｃと同一である。液状タール濃縮物流（高
「Ｑ．Ｉ．」流）１２８は流量制御器１３０において調
整され、これに対応してフィルタ１１５の手前で１１４
においてループ１１２の中に導入されるフィードの流量
が増大される。

【００３８】１２６において循環ループから抽出される
タール濃縮物のＱ．Ｉ．濃度と流量は下記の式によって
求められる。

【００３９】

【化１】ここに、Ｃｃ＝タール濃縮物（１２８）中のＱ．Ｉ．濃
度重量％、Ｃｆ＝タールフィード（１０４）中のＱ．
Ｉ．濃度重量％、Ｆｆ＝タールフィード（１０４）の流
量、Ｆｐ＝無Ｑ．Ｉ．浸透流（１１６）がフィルタおよ
び循環ループを出る流量、Ｆｃ＝タール濃縮物（１２
８）が循環ループから抽出される流量。

【００４０】実施例６は図７の好ましい実施態様をさら
に説明するためのものである。

【００４１】実施例６（仮定的実施例）連続Ｑ．Ｉ．濃縮法液状タール中のＱ．Ｉ．を濃縮し同時的に無Ｑ．Ｉ．タ
ールを製造するための連続マイクロろ過プラントを図７
において１００で示す。セラミック膜フィルタ１１５
（Ｕ．Ｓ．Ｆｉｌｔｅｒ）をステンレス鋼ケースの中に
格納し、このフィルタは５００オングストロームの名目
気孔直径と７５ｆｔ²の全表面積とを有する。コールタ
ール１０４の新フィードは粘度低下のために８０乃至３
５０℃の温度に予熱され、「循環」処理ループ１１２の
中にポンプ輸送される。この循環ループは大型のＷＡＵ
ＫＥＳＨＡ容積式ポンプ１２２と、Ｕ．Ｓ．Ｆｉｌｔｅ
ｒセラミック膜モジュール１１５と、ＭＩＣＲＯＭＯ
ＴＩＯＮ流量制御器１２３とを含む。また循環処理ルー
プの温度はホット・オイル・トレーシングを使用して８
０乃至３２０℃の最低粘度温度に保持される。

【００４２】新フィード１０４、浸透流１１６、濃縮物
１２８および循環流１１３の流量はそれぞれＭＩＣＲＯ
ＭＯＴＩＯＮ流量制御器１１０、１２０、１３０お
よび１２３によって制御される。新フィード１０４およ
び濃縮物１２８の流量は、新コールタールフィード１０
４中の初期Ｑ．Ｉ．レベル、濃縮物１２８の所望のＱ．
Ｉ．レベルおよび浸透流１１６の流量に従って制御され
る。循環ループ１１２中のコールタール１１１の流量
は、管状セラミック膜の内部に乱流を生じて保持するた
め、非常に高く、新フィード１０４の流量の１０²−１
０⁴倍に保持される。

【００４３】膜フィルタから浸透流を無Ｑ．Ｉ．浸透流
として生産するこのシステムの物質収支は下記の式を与
える。

【００４４】Ｆ_ｆ＝Ｆ_ｐ＋Ｆ_ｃ（１）Ｆ_ｆ×Ｃ_ｆ＝Ｆ_ｐ×Ｃ_ｐ＋Ｆ_ｃ×Ｃ_ｃ＝Ｆ_ｃ×Ｃ_ｃ（Ｃ_ｐ＝Ｏ）（２）ここに、Ｆｆ、ＦｐおよびＦｃはそれぞれ新フィード、
浸透流および濃縮流の流量、またＣｆ、ＣｐおよびＣｃ
は対応の固体重量％である。交差フィルタに関する先の
実施例において述べたように、Ｃｐはゼロである。すな
わち浸透流は無Ｑ．Ｉ．である。

【００４５】表ＩＩＩについて述べたように、非希釈コ
ールタール（Ｂ）をろ過するために５００オングストロ
ーム膜を使用する際にろ過率、すなわち浸透流量は近似
的に１０ガロン／ｆｔ²／日（ｇｆｄ）である。定常状
態の浸透流量Ｆｐは下記のようにして求められる。

【００４６】Ｆｐ＝（浸透流）×（フィルタ表面積）Ｆｐ＝１０ガロン／ｆｔ²／日×７５ｆｔ² Ｆｐ＝７５０ガロン浸透流／日＝３１．３ガロン浸透流
／時新フィードが１重量％固体（Ｑ．Ｉ．）Ｃｆを有すれ
ば、それぞれ３、４および５重量％のＱ．Ｉ．固体を含
有するタール濃縮物の製造は下記の条件でシステムを作
動する事によって実施できる。

【００４７】

【表６】同様に１．５重量％固体フィードを濃縮してそれぞれ
３、４および５重量％のタール濃縮物を製造するには下
記の操作条件を必要とする。

【００４８】

【表７】前記の実施例において弁１２４を閉じれば、浸透流量Ｆ
ｐ（＝Ｆｆ）が３１．３ガロン／時に達するまで新フィ
ード量Ｆｆが調整され、ループ１１２中の循環流量は約
100,000-300,000 ガロン／時となる。弁１２４が閉じて
いるのであるから、循環ループ１１２からの濃縮物のフ
ローは存在しない。３１．３ガロンの一定浸透流量Ｆｐ
に達した時に、弁１２４を開き、流量制御器１３０の操
作によって所望Ｑ．Ｉ．濃度Ｃｃに対応する流量Ｆｃで
循環ループ１１２からタール濃縮物を抽出する。同時に
新フィード量Ｆｆが抽出されたタール濃縮物の量Ｆｃだ
け増大される。

【図面の簡単な説明】

【図１】交差流セラミック膜フィルタの概略断面図

【図２】交差流セラミック膜を使用する実験システムの
フローチャート

【図３】図２の実験システムを使用して得られた実験結
果のグラフ

【図４】図２の実験システムを使用して得られた実験結
果のグラフ

【図５】図２の実験システムを使用して得られた実験結
果のグラフ

【図６】図２の実験システムを使用して得られた実験結
果のグラフ

【図７】Ｑ．Ｉ．含有タールを連続濃縮し同時に無Ｑ．
Ｉ．タールを製造する本発明のシステムのフローチャー
ト

【符号の説明】

１００本発明によるシステム１０２タール予熱器１０４フィード１１２循環ループ１１３循環流１１５交差膜ろ過膜フィルタ１１６浸透流１２２ポンプ１２３流量制御器１２５Ｑ．Ｉ．含有液状濃縮物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョージ、アーネスト、ケラー、ザ、セカンドアメリカ合衆国ウエストバージニア州、サウス、チャールストン、エレン、ドライブ、1207 (72)発明者ゲアリ、ルーイス、ジレスピアメリカ合衆国ウエストバージニア州、ダンバー、オウク、ドライブ、118エフ (72)発明者リチャード、リーチャン、シャオアメリカ合衆国オハイオ州、ノース、ロイアルトン、ノース、スター、ドライブ、12731 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C10C 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不溶性固体（Ｑ．Ｉ．）を含有する液状タ
ール中のＱ．Ｉ．濃度を所望レベルまで増大させる連続
法において、既知のＱ．Ｉ．濃度を有するＱ．Ｉ．含有
液状タールフィードを、交差流ろ過膜フィルタ、ポンプ
および流量制御器を直列に含む循環ループの中に連続的
に導入して前記フィードを前記循環ループの中で連続的
に循環させ、（ｉ）所望の既知の浸透液流量で前記交差
流フィルタを通して循環ループから出る無Ｑ．Ｉ．浸透
流液と、（ｉｉ）前記交差流フィルタを通過し循環ルー
プ中を循環するＱ．Ｉ．濃度を増大されたＱ．Ｉ．含有
液状濃縮物とを得、その後連続的に、前記循環ループ中
に追加のタールフィードを導入しながら、循環ループか
らＱ．Ｉ．含有液状濃縮物の一部を抽出しそしてＱ．
Ｉ．濃度と流量との関係を下記のように保持することを
含む事を特徴とする方法。【表１】
【請求項２】循環ループ中の液状タールフィード、浸透
液および液状濃縮物が８０乃至３２０℃の温度範囲内に
保持される事を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】循環ループ中に乱流を生じるため、循環ル
ープ中の液状濃縮物は液状タールフィードの流量の１０
²−１０⁴倍の流量で循環される事を特徴とする請求項
１に記載の方法。
【請求項４】前記膜フィルタは０．１ミクロンまたはこ
れ以下の気孔サイズを有するセラミック膜フィルタであ
る事を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記タールフィードは、その粘度を低下さ
せて常温で本発明の方法を実施できるように溶剤によっ
て希釈される事を特徴とする請求項１に記載の方法。