JP4820186B2 - Method for producing coking binder - Google Patents
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本発明は、コークス用原料炭の粘結性を補填するためにコークス用原料炭に配合して用いるコークス用粘結材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a coke caking additive used in coke coking coal to supplement the caking property of coke coking coal.
コークス製造に用いられる原料炭(以下、これをコークス用原料炭ということがある。)は、強粘結炭と呼ばれる粘結性を示す瀝青炭を使用することが不可欠である。
しかしながら、このような強い粘結性を示すコークス用原料炭は、電力用一般炭に比較して資源量に制約があり高価格である。
It is indispensable to use bituminous coal showing caking property called coking coal as coking coal used for coke production (hereinafter, this may be referred to as coking coal).
However, coke coking coal exhibiting such strong caking properties is more expensive because of limited resources compared to power coal.
このため、粘結性の不足する石炭を原料炭に用いることを可能とするべく、石炭系や石油系のピッチを粘結性を補填する粘結材として原料炭に配合する技術が広く知られている。
前者の石炭系ピッチは、粘結炭を乾留して得られるコールタールを原料とするコールタールピッチであり、後者の石油系ピッチとしては、プロパン脱瀝アスファルト(PDA)、アスファルトピッチ(ASP)等が知られている。
石油系ピッチは一般に硫黄含有率が高いこと、また化学構造的な特徴からみた石炭との馴染みの良否の点から、石油系ピッチに比べて石炭系ピッチの方が優れるとされている。
この種の技術は種々のものが提案されており、枚挙にいとまがない。
For this reason, in order to make it possible to use coal with insufficient caking properties as raw coal, a technology for blending coal-based or petroleum-based pitches into raw coal as a caking additive to supplement caking properties is widely known. ing.
The former coal-based pitch is a coal tar pitch made from coal tar obtained by dry distillation of caking coal, and the latter petroleum-based pitch includes propane deasphalted asphalt (PDA), asphalt pitch (ASP), etc. It has been known.
Petroleum pitch generally has a high sulfur content, and it is said that coal pitch is superior to petroleum pitch from the viewpoint of the familiarity with coal from the viewpoint of chemical structural characteristics.
Various techniques of this kind have been proposed, and there is no limit to enumeration.
一方、低価格で資源量が莫大な亜瀝青炭および褐炭等の粘結性の低い一般炭(以下、これを非粘結性一般炭ということがある。)を原料として粘結材を製造する技術も検討されている。
例えば、一般炭を、鉄系の使い捨て触媒の存在下、420℃以上の温度、70気圧以上の高圧で水素添加反応させる技術があり、その代表例としてアメリカのSRC−Iプロセスが知られている(例えば特許文献1、非特許文献1参照。)。
For example, there is a technology in which steam coal is hydrogenated at a temperature of 420 ° C. or higher and a high pressure of 70 atm or higher in the presence of an iron-based disposable catalyst, and an American SRC-I process is known as a representative example. (For example, refer to
しかしながら、上記SRC−Iプロセスは、高温、高圧下での反応であるため装置費が高く、さらに高度に水素化分解反応が進行するため、液化油とメタン等の炭化水素ガスも副生し、主製品の粘結材収率が50%程度に止まるなどの問題がある。また、高価な水素の消費量が多く、さらにまた脱灰工程のコストがかかるなどの問題もある。このため、この方法は、現在も商業化には至っていない。 However, since the SRC-I process is a reaction under high temperature and high pressure, the cost of the apparatus is high, and since the hydrocracking reaction proceeds to a high degree, liquefied oil and hydrocarbon gas such as methane are also produced as a by-product, There is a problem that the yield of the binder of the main product is limited to about 50%. In addition, there is a problem that the consumption of expensive hydrogen is large and the cost of the deashing process is high. For this reason, this method has not yet been commercialized.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、粘結性の低い一般炭を原料とする新規で好適なコークス用粘結材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel and suitable method for producing a coking binder for coke using raw coal having low caking properties as a raw material.
非粘結性一般炭からコークス用粘結剤の製造方法における課題を再度まとめると、(1)製造装置費の低減、(2)反応に使用する水素消費量の低減、そして(3)粘結材収率向上の三つである。本発明者等は、これらの課題を同時に解決する手段について種々検討の結果、水素化重質溶剤を用いた2段階熱分解水素化反応によって初めて達成可能であることに想到し、本発明を完成した。 The problems in the method for producing a coking binder from non-caking coal are summarized as follows: (1) reduction of production equipment costs, (2) reduction of hydrogen consumption used in the reaction, and (3) caking. It is three of material yield improvement. As a result of various studies on means for solving these problems at the same time, the present inventors have conceived that it can be achieved for the first time by a two-stage pyrolysis hydrogenation reaction using a hydrogenated heavy solvent, and completed the present invention. did.
上記目的を達成するために、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、コークス用原料炭の粘結性を補填するために該コークス用原料炭に配合して用いるコークス用粘結材の製造方法において、
非粘結性一般炭を、水素化重質溶剤存在下、管型反応器および槽型反応器をこの順に用いて2段階水素化反応させて粘結性を有する重質成分に転換することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method for producing a coking binder according to the present invention includes a coking binder used in the coke raw coal in order to supplement the coking raw coal. In the manufacturing method of
The non-caking steaming coal is converted into a heavy component having caking properties through a two-stage hydrogenation reaction using a tubular reactor and a tank reactor in this order in the presence of a hydrogenated heavy solvent. Features.
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、前記管型反応器での反応を温度350℃〜400℃、反応時間60秒〜300秒で、前記槽型反応器での反応を温度350℃〜400℃、反応時間10分〜60分でそれぞれ行うことを特徴とする。 In the method for producing a caking binder according to the present invention, the reaction in the tubular reactor is performed at a temperature of 350 ° C. to 400 ° C., for a reaction time of 60 seconds to 300 seconds, and for the reaction in the tank reactor. It is characterized by being carried out at a temperature of 350 ° C. to 400 ° C. and a reaction time of 10 minutes to 60 minutes, respectively.
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、前記水素化重質溶剤が、芳香族性指数0.5〜0.6、沸点220℃〜540℃の重質油および前記コークス用粘結材をコークス用原料炭に配合して乾留する際に発生するコールタール中の沸点220℃〜540℃の重質留分を原料とし、芳香族性指数0.5以下に水素化処理したもののうちの少なくともいずれかひとつであることを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the caking additive for cokes which concerns on this invention is the said hydrogenated heavy solvent, Aromaticity index 0.5-0.6, the heavy oil whose boiling point is 220 to 540 degreeC, and the said for coke. A heavy fraction having a boiling point of 220 ° C. to 540 ° C. in coal tar generated when the caking material is blended with coking raw material coal and dry-distilled is used as a raw material, and hydrotreated to an aromaticity index of 0.5 or less. It is at least one of things.
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、前記非粘結性一般炭10質量%〜60質量%に対して前記水素化重質溶剤を90質量%〜40質量%配合して反応に供することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the caking additive for cokes which concerns on this invention mix | blends the said hydrogenated heavy solvent 90 mass%-40 mass% with respect to the said non-caking
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、前記非粘結性一般炭100質量部に対して鉄系触媒を1質量部以下添加して反応に供することを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the caking additive for cokes which concerns on this invention adds 1 mass part or less of an iron-type catalyst with respect to 100 mass parts of the said non-caking hot coal, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、槽型反応器にコークス炉ガスを送入し、0.5MPa〜1.5MPaの圧力下、水素および一酸化炭素雰囲気で反応させることを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the caking binder for coke which concerns on this invention sends coke oven gas to a tank reactor, and makes it react in hydrogen and a carbon monoxide atmosphere under the pressure of 0.5 MPa-1.5 MPa. It is characterized by.
本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、非粘結性一般炭を、水素化重質溶剤存在下2段階水素化反応させて、粘結材となる重質成分を得るため、粘結性の低い一般炭を原料とする新規で好適なコークス用粘結材の製造方法を提供するものである。
また、本発明に係るコークス用粘結材の製造方法によれば、製造装置の費用が安価で、反応に使用する水素消費量が少ないこと等により製造費用が安価で、かつ粘結材収率が高い。
In the method for producing a caking binder according to the present invention, a non-caking steaming coal is subjected to a two-stage hydrogenation reaction in the presence of a heavy hydrogenated solvent to obtain a heavy component that becomes a caking additive. The present invention provides a novel and suitable method for producing a coking binder for coke using raw coal having low cohesiveness as a raw material.
In addition, according to the method for producing a coking binder according to the present invention, the cost of the manufacturing apparatus is low, the manufacturing cost is low due to low consumption of hydrogen used in the reaction, and the binder yield. Is expensive.
本発明に係るコークス用粘結材の製造方法について、以下に説明する。 The method for producing the coking binder according to the present invention will be described below.
本発明に係るコークス用粘結材の製造方法は、非粘結性一般炭を原料に管型反応器における急速加熱短時間反応を1段目、槽型反応器における長時間反応を2段目とする2段階熱分解水素化反応により、粘結性を有する重質成分である粘結材に転換するものである。
これにより、マイルドな反応温度とすることができるため、非粘結性一般炭の過度の分解が抑制され、液化油や炭化水素ガスの生成はほとんど起こらない。また、このため、高価な水素消費量は非粘結性一般炭100質量部あたり1質量部以下に抑えられる。
上記の作用機構により、副生成物の大部分は炭酸ガスと水であるため、粘結材の収率は80%程度にも達するばかりではなく、粘結材の性能として求められる軟化領域、粘度(溶融粘度)、水素供与性、溶解力、炭化収率など全ての項目において従来のものと同等以上の機能を発揮する。
The method for producing a coking binder according to the present invention uses a non-caking coal as a raw material as a first stage for rapid heating and short-time reaction in a tubular reactor, and a long-term reaction in a tank reactor as a second stage. Is converted into a caking material which is a heavy component having caking properties by a two-stage pyrolysis hydrogenation reaction.
Thereby, since it can be set as a mild reaction temperature, the excessive decomposition | disassembly of non-caking coal is suppressed, and the production | generation of liquefied oil and hydrocarbon gas hardly arises. For this reason, expensive hydrogen consumption is suppressed to 1 part by mass or less per 100 parts by mass of non-caking hot coal.
Due to the above action mechanism, most of the by-products are carbon dioxide gas and water, so the yield of the binder is not only about 80%, but also the softening region and viscosity required as the performance of the binder. (Melting viscosity), hydrogen donating properties, dissolving power, carbonization yield, etc. All the functions such as the conventional ones are exhibited.
本発明に係るコークス用粘結材の製造方法について、図1に示す製造プロセス概略図を参照して、さらに詳細に説明する。 The manufacturing method of the caking binder for coke according to the present invention will be described in more detail with reference to the schematic manufacturing process diagram shown in FIG.
原料である非粘結性一般炭は、水素化重質溶剤と混合された状態で管型反応器10に送入される。このとき、非粘結性一般炭10質量%〜60質量%に対して水素化重質溶剤を90質量%〜40質量%、好ましくは非粘結性一般炭35質量%〜45質量%に対して水素化重質溶剤を65質量%〜55質量%、より好ましくは、非粘結性一般炭約40質量%程度に対して水素化重質溶剤を約60質量%程度配合したものを管型反応器10に供給する。
ここで用いる水素化重質溶剤は、好ましくは、芳香族性指数0.5〜0.6、沸点220℃〜540℃の重質油である。また、水素化重質溶剤は、コークス用粘結材をコークス用原料炭に配合して乾留する際に発生するコールタール中の、好ましくは、沸点220℃〜540℃の重質留分を原料とし、好ましくは芳香族性指数0.5以下に水素化処理したもの(コールタール重質油)であってもよい。あるいはまた、水素化重質溶剤は、これらの重質油の混合物であってもよい。
また、非粘結性一般炭100質量部に対して微粉末使い捨て鉄系触媒を1質量部以下添加して反応に供すると、より水素化反応が進行する。使用できる鉄系触媒としては、安価な鉄鉱石から、パイライト(主成分FeS2)、へマタイト(主成分Fe2O3)、リモナイト(主成分FeOOH)等が、また合成触媒からは、αオキシ水酸化鉄(αFeOOH)やγオキシ水酸化鉄(γ−FeOOH)等が例示できる。
The raw material non-caking coal is fed into the
The hydrogenated heavy solvent used here is preferably a heavy oil having an aromaticity index of 0.5 to 0.6 and a boiling point of 220 ° C to 540 ° C. The heavy hydrogenated solvent is preferably a heavy fraction having a boiling point of 220 ° C. to 540 ° C. in the coal tar generated when coking caking material is mixed with coke raw coal and dry-distilled. Preferably, it may be hydrotreated to have an aromaticity index of 0.5 or less (coal tar heavy oil). Alternatively, the hydrogenated heavy solvent may be a mixture of these heavy oils.
Moreover, when 1 mass part or less of a fine powder disposable iron-type catalyst is added with respect to 100 mass parts of non-caking general coal, and it uses for reaction, hydrogenation reaction will advance more. Examples of the iron-based catalyst that can be used include inexpensive iron ore, pyrite (main component FeS 2 ), hematite (main component Fe 2 O 3 ), limonite (main component FeOOH), and the like. Examples thereof include iron hydroxide (αFeOOH) and γ iron oxyhydroxide (γ-FeOOH).
管型反応器10では、好ましくは、温度350℃〜400℃、反応時間60秒〜300秒、より好ましくは温度380〜400℃程度、反応時間200秒程度の条件で急速加熱する。
管型反応器10を出た混合物は槽型反応器12で、好ましくは、温度350℃〜400℃、反応時間10分〜60分、より好ましくは、温度370〜390℃程度、反応時間30分程度の十分な反応条件の下、一般炭の熱分解温度付近まで加熱する。これにより、炭酸ガスと水を生成する。この時発生する熱分解フラグメントに対して水素化重質溶剤からの発生期の活性水素が反応して、熱分解水素化反応が生じる。
このとき、粘結材製造装置(図1中、実線で示す範囲)をコークス炉14に隣接して設ける場合は、コークス炉14から発生するガス(COG)を槽型反応器12に低圧送入することで、水素源とすることができる。この場合、0.5MPa〜1.5MPaの圧力下、水素および一酸化炭素雰囲気で反応させると好適である。
槽型反応器12で得られる石炭反応物は、連続的に抜き出されてフラッシュドラム16で炭酸ガスと水が分留される。
The
The mixture leaving the
At this time, in the case where an apparatus for producing a binder (range shown by a solid line in FIG. 1) is provided adjacent to the coke oven 14, the gas (COG) generated from the coke oven 14 is fed into the tank reactor 12 at a low pressure. By doing so, a hydrogen source can be obtained. In this case, it is preferable to react in a hydrogen and carbon monoxide atmosphere under a pressure of 0.5 MPa to 1.5 MPa.
The coal reactant obtained in the tank reactor 12 is continuously extracted, and carbon dioxide gas and water are fractionated by the flash drum 16.
炭酸ガスと水を分留した残りのフラッシュドラム16の塔底油は、減圧蒸留塔18にて、例えば、塔底温度310℃〜350℃、圧力5kPa〜15kPaの条件で減圧重質油を分留し、減圧蒸留塔18の底部から粘結剤が抜き出される。
減圧重質油は溶剤水素化反応塔20へ送入され、水素で水素化されて、水素化重質溶剤として循環使用される。
なお、粘結材製造装置がコークス炉14に隣接する場合はコークス炉ガス(COG)中の水素を減圧重質油の水素化に利用できる。
The remaining column bottom oil of the flash drum 16 from which carbon dioxide gas and water have been fractionated is separated in the reduced
The reduced-pressure heavy oil is sent to the solvent
In addition, when a caking additive manufacturing apparatus adjoins the coke oven 14, hydrogen in coke oven gas (COG) can be utilized for hydrogenation of a pressure-reduced heavy oil.
減圧蒸留塔18で得られる粘結材は、沸点範囲が常圧換算500℃以上、軟化点が150℃以上あり、硬ピッチに近い性状を有する。このため、粘結材製造装置をコークス工場に併設する場合は、減圧蒸留塔18からの粘結材をホットな溶融状態で石炭に添加することができ、省エネルギーとなる。ただし、この場合は、粘結材と石炭粒子を加熱下で混練して両者が馴染むようにするための装置が必要になる。すなわち、冷却固化することなくニーダー22で一般炭と混錬後、ミキサー24で装入炭と配合してコークス炉14へ装入することによって、低価格一般炭の使用比率増大やコークス強度の向上などの効果がある。これに対して、粘結材製造装置とコークス工場が隣接していない場合は、粘結材を冷却固化させた後、コークス工場まで輸送し、適当な粒度に粉砕し、ニーダー22を経由することなくミキサー24で一般炭と配合して、コークス炉14への装入炭に添加する。これにより、粘結性補填効果が享受できる。すなわち、低価格一般炭の使用比率増大やコークス強度の向上などの効果がある。
The binder obtained in the
粘結材製造装置では、上記のように、コークス工場から大量に生成する水素を使用できるので、水素発生装置が不要である。また、コークス工場で発生する、水素化重質溶剤の原料となるコールタールをそのまま利用できる。
また、粘結材製造装置をコークス工場に併設する場合は、コークス工場に既設の石炭のハンドリング施設が完備しており、石炭の荷揚げ、輸送、配合などの装置を新たに設置する必要がない、など多くの利点がある。
As described above, the caking material manufacturing apparatus can use a large amount of hydrogen generated from a coke plant, and therefore does not require a hydrogen generator. In addition, coal tar, which is a raw material for heavy hydrogenated solvents, generated at a coke plant can be used as it is.
In addition, when the caking plant is installed in the coke factory, the coke factory is fully equipped with existing coal handling facilities, and there is no need to install new equipment for unloading, transporting, and blending coal. There are many advantages.
タニトハルム炭(インドネシア産:亜瀝青炭)を原料とし、2段目反応温度として370℃と390℃の二種類の代表的な反応条件で粘結材を製造した、実施例1および実施例2の反応条件を表1に、および反応生成物の収率等を表2に、それぞれ示す。なお、表2中、「daf」はdry ash free(無水無灰ベース)の意味である。 Reactions of Example 1 and Example 2 in which a binder was produced using Tanitoharum coal (Indonesia: subbituminous coal) as a raw material under two typical reaction conditions of 370 ° C. and 390 ° C. as the second stage reaction temperature Table 1 shows the conditions, and Table 2 shows the yield of the reaction product. In Table 2, “daf” means dry ash free (anhydrous ashless base).
実施例1の2段目反応温度が370℃の場合、比較例として示した実施例2の2段目反応温度が390℃のより水素化反応が進行する場合と比較して、より水素消費量が少なく、脱炭酸ガスと脱水反応の進行が低くなり、その結果として粘結材の収率がより高くなっていることがわかる。
つぎに、原料として使用したタニトハルム炭と生成した粘結剤の元素分析値をそれぞれ表3に示す。また、得られた粘結材を対炭あたり6質量%添加した装入炭および比較のために粘結材を無添加の装入炭をそれぞれ試験コークス炉にて所定の条件で乾留し、得られたコークスのドラム強度指数を表4に示す。実施例1の2段目反応温度が370℃の場合、実施例2の2段目反応温度が390℃の場合と比較して、水素分と酸素分が幾分高いが、コークス強度の差はみられない。
When the second-stage reaction temperature in Example 1 is 370 ° C., the hydrogen consumption is higher than that in the case where the second-stage reaction temperature in Example 2 shown as a comparative example is 390 ° C. and the hydrogenation reaction proceeds. It can be seen that the progress of the decarbonation gas and the dehydration reaction is low, and as a result, the yield of the binder is higher.
Next, Table 3 shows the elemental analysis values of the tanitoharum charcoal used as a raw material and the produced binder. In addition, the obtained coal was added with 6% by mass of the binder to the coal, and the coal without addition of the binder for comparison was subjected to dry distillation in a test coke oven under predetermined conditions. Table 4 shows the drum strength index of the obtained coke. When the second stage reaction temperature of Example 1 is 370 ° C., the hydrogen content and the oxygen content are somewhat higher than when the second stage reaction temperature of Example 2 is 390 ° C., but the difference in coke strength is I can't see it.
10 管型反応器
12 槽型反応器
14 コークス炉
16 フラッシュドラム
18 減圧蒸留塔
20 溶剤水素化反応塔
22 ニーダー
24 ミキサー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
非粘結性一般炭を、水素化重質溶剤存在下、管型反応器および槽型反応器をこの順に用いて2段階水素化反応させて粘結性を有する重質成分に転換することを特徴とするコークス用粘結材の製造方法。 In the method for producing a coking binder used in the coke raw coal to supplement the caking property of the coke raw coal,
The non-caking steaming coal is converted into a heavy component having caking properties through a two-stage hydrogenation reaction using a tubular reactor and a tank reactor in this order in the presence of a hydrogenated heavy solvent. A method for producing a coking binder which is characterized.
6. The coke oven gas is fed into a tank reactor and reacted in a hydrogen and carbon monoxide atmosphere under a pressure of 0.5 MPa to 1.5 MPa. Manufacturing method for caking materials for coke.
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