JP3062634B2 - 石炭の迅速熱分解方法 - Google Patents
石炭の迅速熱分解方法Info
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業分析による固定炭
素分が５０％以下の石炭を迅速に熱分解して、有用なガ
スおよびタール類を効率的に製造する方法に関する。な
お、本明細書において、“％”及び“部”とあるのは、
それぞれ“重量％”および“重量部”を意味する。
素分が５０％以下の石炭を迅速に熱分解して、有用なガ
スおよびタール類を効率的に製造する方法に関する。な
お、本明細書において、“％”及び“部”とあるのは、
それぞれ“重量％”および“重量部”を意味する。
【０００２】
【従来の技術】固体燃料である石炭を分解して得られる
炭化水素ガスおよびベンゼン、トルエン、キシレンなど
の液状生成物は、石炭に比して有用性が高い。従来、石
炭を原料として炭化水素ガスとタールとを製造する方法
として、微粉砕した石炭を７００〜１０００℃まで急速
に昇温し、数秒乃至数十秒の反応時間で石炭を迅速熱分
解する方法が知られている（「燃料協会誌」第６７巻第
１号（１９８８）、第１４〜２７頁）。しかしながら、
この方法では、昇温過程における４００〜５００℃での
石炭の熱分解時に生じる熱分解フラグメントの架橋によ
り、その後に引き続く熱分解が抑制され、炭化水素ガス
およびタールへの転化率が低い。
炭化水素ガスおよびベンゼン、トルエン、キシレンなど
の液状生成物は、石炭に比して有用性が高い。従来、石
炭を原料として炭化水素ガスとタールとを製造する方法
として、微粉砕した石炭を７００〜１０００℃まで急速
に昇温し、数秒乃至数十秒の反応時間で石炭を迅速熱分
解する方法が知られている（「燃料協会誌」第６７巻第
１号（１９８８）、第１４〜２７頁）。しかしながら、
この方法では、昇温過程における４００〜５００℃での
石炭の熱分解時に生じる熱分解フラグメントの架橋によ
り、その後に引き続く熱分解が抑制され、炭化水素ガス
およびタールへの転化率が低い。
【０００３】石炭からの炭化水素ガスおよびタールへの
転化率を高める方法として、熱分解フラグメントにタイ
ミング良く水素を与えて安定化させ、架橋を防止する方
法がある（特開平２−１５１６９０号公報）。この方法
は、石炭粉末に液状の水素供与性溶剤を浸透させ、石炭
を膨潤させた後、迅速に熱分解させ、転化率を向上させ
るものである。しかしながら、この方法は、高価な液状
の水素供与性溶剤を大量に使用するので、操作が煩雑で
あり、経済性にも劣っている。
転化率を高める方法として、熱分解フラグメントにタイ
ミング良く水素を与えて安定化させ、架橋を防止する方
法がある（特開平２−１５１６９０号公報）。この方法
は、石炭粉末に液状の水素供与性溶剤を浸透させ、石炭
を膨潤させた後、迅速に熱分解させ、転化率を向上させ
るものである。しかしながら、この方法は、高価な液状
の水素供与性溶剤を大量に使用するので、操作が煩雑で
あり、経済性にも劣っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、操作が簡便
で且つ経済性にも優れ、炭化水素ガスおよびタールへの
転化率も高い石炭の熱分解方法を提供することを主な目
的とする。
で且つ経済性にも優れ、炭化水素ガスおよびタールへの
転化率も高い石炭の熱分解方法を提供することを主な目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の如き
技術の現状に鑑みて種々研究を重ねた結果、原料として
工業分析による固定炭素分が５０％以下の石炭を使用
し、該石炭を特定の温度域で一定時間加熱保持した後、
高温域まで急速に加熱する場合には、全く予想外にも、
水素供与性溶剤を一切使用することなく、石炭の炭化水
素ガスおよびタールへの転化率を高め得ることを見出し
た。
技術の現状に鑑みて種々研究を重ねた結果、原料として
工業分析による固定炭素分が５０％以下の石炭を使用
し、該石炭を特定の温度域で一定時間加熱保持した後、
高温域まで急速に加熱する場合には、全く予想外にも、
水素供与性溶剤を一切使用することなく、石炭の炭化水
素ガスおよびタールへの転化率を高め得ることを見出し
た。
【０００６】すなわち、本発明は、下記の方法を提供す
るものである：「石炭の迅速熱分解方法において、工業
分析による固定炭素分が５０％以下の石炭を１００〜２
００℃で５分乃至２時間保持した後、該石炭の粉末を不
活性ガスまたは水素瓦斯雰囲気中５００℃／秒以上の昇
温速度で５００〜９００℃まで加熱し、保持することを
特徴とする石炭の迅速熱分解方法。」
るものである：「石炭の迅速熱分解方法において、工業
分析による固定炭素分が５０％以下の石炭を１００〜２
００℃で５分乃至２時間保持した後、該石炭の粉末を不
活性ガスまたは水素瓦斯雰囲気中５００℃／秒以上の昇
温速度で５００〜９００℃まで加熱し、保持することを
特徴とする石炭の迅速熱分解方法。」
【０００７】本発明方法の対象となる石炭は、ＪＩＳ
Ｍ ８８１２に基く工業分析による固定炭素分が５０％
以下の石炭である。
Ｍ ８８１２に基く工業分析による固定炭素分が５０％
以下の石炭である。
【０００８】本発明方法においては、先ず、第一段階と
して、工業分折による固定炭素分が５０％以下の石炭
（特に必要でない限り、以下単に石炭という）を窒素ガ
ス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中および／ま
たは水素ガス雰囲気中１００〜２００℃で５分乃至２時
間保持する。石炭は、反応性を高めるために、粒径１０
０メッシュ通過以下程度の粉体の形態で使用することが
好ましい。石炭成分中の５０〜８０％程度は、非共有結
合状態にあり、これらの結合部位は４００〜５００℃で
分解されて、架橋し、それ以上の分解を抑制してしま
う。非共有結合は、ファンデアワールス結合、水素結合
などで構成されており、その結合エネルギーが低いの
で、本発明方法の第一段階において１００〜２００℃程
度の低温で石炭を加熱する場合にも、一定時間以上加熱
保持することにより、これらの弱い結合が緩んで、引き
続く急速加熱により、石炭が容易に分解するものと推測
される。この加熱により緩んだ弱い結合は、直接的には
赤外線吸収スペクトルにより測定出来るが、これに対応
する間接的な分析値として、ＪＩＳ Ｍ ８８１２に基
く工業分析による固定炭素分を利用することができる。
すなわち、結合の弱い石炭では、後述する第二段階によ
る熱分解において、炭化水索ガスおよびタール類などへ
の分解が容易であり、分解しない残余がチャーとなる。
したがって、このチャーの量と工業分析による固定炭素
分とが対応するものと考えられる。換言すれば、結合の
弱い石炭とは、この工業分析による固定炭素分が５０％
以下のものに相当する。この第一段階は、通常独立した
工程として行なわれている石炭の乾燥工程をも兼ね得る
ので、有利である。
して、工業分折による固定炭素分が５０％以下の石炭
（特に必要でない限り、以下単に石炭という）を窒素ガ
ス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中および／ま
たは水素ガス雰囲気中１００〜２００℃で５分乃至２時
間保持する。石炭は、反応性を高めるために、粒径１０
０メッシュ通過以下程度の粉体の形態で使用することが
好ましい。石炭成分中の５０〜８０％程度は、非共有結
合状態にあり、これらの結合部位は４００〜５００℃で
分解されて、架橋し、それ以上の分解を抑制してしま
う。非共有結合は、ファンデアワールス結合、水素結合
などで構成されており、その結合エネルギーが低いの
で、本発明方法の第一段階において１００〜２００℃程
度の低温で石炭を加熱する場合にも、一定時間以上加熱
保持することにより、これらの弱い結合が緩んで、引き
続く急速加熱により、石炭が容易に分解するものと推測
される。この加熱により緩んだ弱い結合は、直接的には
赤外線吸収スペクトルにより測定出来るが、これに対応
する間接的な分析値として、ＪＩＳ Ｍ ８８１２に基
く工業分析による固定炭素分を利用することができる。
すなわち、結合の弱い石炭では、後述する第二段階によ
る熱分解において、炭化水索ガスおよびタール類などへ
の分解が容易であり、分解しない残余がチャーとなる。
したがって、このチャーの量と工業分析による固定炭素
分とが対応するものと考えられる。換言すれば、結合の
弱い石炭とは、この工業分析による固定炭素分が５０％
以下のものに相当する。この第一段階は、通常独立した
工程として行なわれている石炭の乾燥工程をも兼ね得る
ので、有利である。
【０００９】本発明方法においては、次いで、第二段階
として、第一段階処理を経た石炭を冷却することなくそ
のまま窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気
中および／または水素ガス雰囲気中５００〜９００℃程
度の温度域まで（より好ましくは、７００〜８００℃程
度の温度域まで）５００℃／秒以上の昇温速度で（より
好ましくは、１０００℃／秒以上の昇温速度で）昇温さ
せ、同温度に１〜６０秒程度（より好ましくは、５〜１
５秒程度）保持し、熱分解を行なった後、急冷する。不
活性ガスおよび／または水素ガスの圧力は、特に限定さ
れないが、通常常圧〜１０．０ＭＰａ程度である。昇温
速度が低すぎる場合には、緩やかな昇温による不十分な
効果しか得られず、タール＋有機ガス＋無機ガスの収率
が低くなる。熱分解温度および時間は、反応生成物の分
解或いは重合反応などの二次反応が生じない様に選択す
る必要がある。熱分解は、常圧乃至１０ＭＰａ程度の間
での加圧下に行なえば良い。熱分解反応後に急冷するの
も、生成物（炭化水素ガスおよびタール類）の二次反応
を抑制するためである。
として、第一段階処理を経た石炭を冷却することなくそ
のまま窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気
中および／または水素ガス雰囲気中５００〜９００℃程
度の温度域まで（より好ましくは、７００〜８００℃程
度の温度域まで）５００℃／秒以上の昇温速度で（より
好ましくは、１０００℃／秒以上の昇温速度で）昇温さ
せ、同温度に１〜６０秒程度（より好ましくは、５〜１
５秒程度）保持し、熱分解を行なった後、急冷する。不
活性ガスおよび／または水素ガスの圧力は、特に限定さ
れないが、通常常圧〜１０．０ＭＰａ程度である。昇温
速度が低すぎる場合には、緩やかな昇温による不十分な
効果しか得られず、タール＋有機ガス＋無機ガスの収率
が低くなる。熱分解温度および時間は、反応生成物の分
解或いは重合反応などの二次反応が生じない様に選択す
る必要がある。熱分解は、常圧乃至１０ＭＰａ程度の間
での加圧下に行なえば良い。熱分解反応後に急冷するの
も、生成物（炭化水素ガスおよびタール類）の二次反応
を抑制するためである。
【００１０】
【発明の効果】本発明方法によれば、下記の様な顕著な
効果が達成される。 （１）高価な液状水素供与性溶剤を使用する必要がない
ので、経済性に優れている。 （２）液状水素供与性溶剤を使用する場合の煩雑な操作
が省略できる。 （３）石炭の熱処理に際して必須の乾燥工程を第一段階
と同時に行ない得るので、有利である。 （４）石炭から炭化水素ガスおよびタールへの転化率が
高い。
効果が達成される。 （１）高価な液状水素供与性溶剤を使用する必要がない
ので、経済性に優れている。 （２）液状水素供与性溶剤を使用する場合の煩雑な操作
が省略できる。 （３）石炭の熱処理に際して必須の乾燥工程を第一段階
と同時に行ない得るので、有利である。 （４）石炭から炭化水素ガスおよびタールへの転化率が
高い。
【００１１】
【実施例】以下に参考例、実施例及び比較例を示し、本
発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
【００１２】参考例１ 工業分析による固定炭素分が５０％以下の２００メッシ
ュ通過以下の粉末を窒素雰囲気中２５℃、１００℃およ
び１７０℃で５分間加熱した。赤外線吸収スペクトルに
より測定した加熱に伴う石炭の官能基の変化を図１に示
す。図１から明らかな様に、１００℃までの加熱によっ
ては、結合に変化が認められないが、１７０℃での加熱
により、３０００〜３４００ｃｍ−１の水素結合が３５
００ｃｍ−１付近のフリーまたは弱い水素結合にシフト
していることが判る。このことから、石炭を低温で一定
時間保持することにより、非共有結合の緩みまたは切断
を生じることが明かとなった。
ュ通過以下の粉末を窒素雰囲気中２５℃、１００℃およ
び１７０℃で５分間加熱した。赤外線吸収スペクトルに
より測定した加熱に伴う石炭の官能基の変化を図１に示
す。図１から明らかな様に、１００℃までの加熱によっ
ては、結合に変化が認められないが、１７０℃での加熱
により、３０００〜３４００ｃｍ−１の水素結合が３５
００ｃｍ−１付近のフリーまたは弱い水素結合にシフト
していることが判る。このことから、石炭を低温で一定
時間保持することにより、非共有結合の緩みまたは切断
を生じることが明かとなった。
【００１３】実施例１ ステンレススチール製のコイル状チューブ反応管中に常
圧でＮ２ガスを流通させつつ、２００メッシュ通過以下
に粉砕した各種の石炭粉末を１５０℃で１時間保持し、
本発明の第１段階を実施した。次いで、第１段階を終え
た石炭粉末を高周波加熱により５００℃／秒の昇温速度
で７５０℃まで急速加熱し、同温度に２秒間保持して、
本発明の第２段階を実施した。次いで、反応管内に導入
した室温のＨｅガスにより生成物を急冷し、生成物を反
応管壁および反応管に充填した石英ウール上で捕集し
た。使用した各種石炭の性状および組成は、第１表に示
す通りであった。また、熱処理の結果を第２表に結果を
示す。なお、第２表において、Ｐｙ１とあるのは、第１
段階による処理を省略して直接第２段階による処理を行
なった結果（比較例）を示し、Ｐｙ２とあるのは、本発
明による２段階処理を行なった結果を示す。
圧でＮ２ガスを流通させつつ、２００メッシュ通過以下
に粉砕した各種の石炭粉末を１５０℃で１時間保持し、
本発明の第１段階を実施した。次いで、第１段階を終え
た石炭粉末を高周波加熱により５００℃／秒の昇温速度
で７５０℃まで急速加熱し、同温度に２秒間保持して、
本発明の第２段階を実施した。次いで、反応管内に導入
した室温のＨｅガスにより生成物を急冷し、生成物を反
応管壁および反応管に充填した石英ウール上で捕集し
た。使用した各種石炭の性状および組成は、第１表に示
す通りであった。また、熱処理の結果を第２表に結果を
示す。なお、第２表において、Ｐｙ１とあるのは、第１
段階による処理を省略して直接第２段階による処理を行
なった結果（比較例）を示し、Ｐｙ２とあるのは、本発
明による２段階処理を行なった結果を示す。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】第２表に示す結果から明らかな様に、本発
明方法を実施することにより、Ａ炭およびＢ炭について
は、タール収率が向上し、Ｄ炭およびＥ炭については、
タール収率が向上し且つ転化率も改善された。これに対
し、工業分析による固定炭素分が５０％以下という条件
を満足しないその他の石炭を原料とする場合および第１
段階による処理を省略して直接第２段階による処理を行
なった場合には、所望の効果が達成されていない。
明方法を実施することにより、Ａ炭およびＢ炭について
は、タール収率が向上し、Ｄ炭およびＥ炭については、
タール収率が向上し且つ転化率も改善された。これに対
し、工業分析による固定炭素分が５０％以下という条件
を満足しないその他の石炭を原料とする場合および第１
段階による処理を省略して直接第２段階による処理を行
なった場合には、所望の効果が達成されていない。
【００１８】実施例２ 実施例１で使用したＥ炭を加熱することなく或いは２０
０℃で５分間加熱保持した後、５００℃／秒の昇温速度
で所定の温度まで急速加熱し、同温度に２秒間保持し
た。図１に第二段階での加熱温度とタール収量、炭化水
素ガスおよび転化率（タール＋炭化水素ガス＋無機ガス
の収率合計）との関係をグラフとして示す。図１に示す
結果から、本発明方法の第一段階熱処理による顕著な効
果が明らかである。
０℃で５分間加熱保持した後、５００℃／秒の昇温速度
で所定の温度まで急速加熱し、同温度に２秒間保持し
た。図１に第二段階での加熱温度とタール収量、炭化水
素ガスおよび転化率（タール＋炭化水素ガス＋無機ガス
の収率合計）との関係をグラフとして示す。図１に示す
結果から、本発明方法の第一段階熱処理による顕著な効
果が明らかである。
【図１】 本発明方法の第一段階熱処理による効果を示
すグラフである。
すグラフである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−151690（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−263189（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10B 57/02 C10G 1/00 C10J 3/00 C10K 3/00
Claims (1)
- 【請求項１】 石炭の迅速熱分解方法において、工業分
析による固定炭素分が５０％以下の石炭を１００〜２０
０℃で５分乃至２時間保持した後、該石炭の粉末を不活
性ガスまたは水素瓦斯雰囲気中５００℃／秒以上の昇温
速度で５００〜９００℃まで加熱し、保持することを特
徴とする石炭の迅速熱分解方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225435A JP3062634B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 石炭の迅速熱分解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225435A JP3062634B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 石炭の迅速熱分解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04351694A JPH04351694A (ja) | 1992-12-07 |
| JP3062634B2 true JP3062634B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=16829326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3225435A Expired - Fee Related JP3062634B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 石炭の迅速熱分解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062634B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5498692B2 (ja) * | 2008-12-19 | 2014-05-21 | 出光興産株式会社 | 改質炭と炭化水素油の製造法 |
| US10787610B2 (en) * | 2017-04-11 | 2020-09-29 | Terrapower, Llc | Flexible pyrolysis system and method |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP3225435A patent/JP3062634B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04351694A (ja) | 1992-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |