JP6174004B2 - Carbon material manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、炭素材料の製造方法及び炭素材料に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon material and a carbon material.
主に炭素によって形成される炭素材料は、導電性、耐熱性、化学的安定性等を有し、機械的強度にも優れるため、例えば構造材料、導電材料、機械部品材料等として広く利用されている。一般に、炭素材料は、有機質原料(炭素材料原料)を塊状に成形し、この成形体を高温で加熱して炭化することにより製造される。 Carbon materials mainly formed of carbon have electrical conductivity, heat resistance, chemical stability, etc., and are excellent in mechanical strength. For example, they are widely used as structural materials, conductive materials, mechanical component materials, etc. Yes. In general, a carbon material is produced by forming an organic raw material (carbon material raw material) into a lump and heating and carbonizing the formed body at a high temperature.
具体的には、有機質原料の成形体の骨材としては石炭ピッチコークス、つまり石炭ピッチから作られたコークスが用いられ、成形用バインダーとしてはタールやピッチが用いられている。この骨材として利用される石炭ピッチコークスは、例えば製鉄用コークス等を製造する際の未利用成分が主に使用される。また、タールやピッチ類も石炭を乾留する際の副生成物である。このため、炭素材料製造用の有機質原料の製造量は、製鉄用コークス製造等の主たるプロセスの製造量により制約される。つまり、炭素材料製造用の有機質原料とされる石炭ピッチコークスやピッチだけを自由に製造することはできない。 Specifically, coal pitch coke, that is, coke made from coal pitch, is used as the aggregate of the organic material molded body, and tar or pitch is used as the molding binder. As the coal pitch coke used as the aggregate, for example, an unused component when producing coke for iron making or the like is mainly used. Tars and pitches are also by-products when coal is carbonized. For this reason, the production amount of the organic raw material for producing the carbon material is restricted by the production amount of the main process such as the production of iron coke. That is, it is not possible to freely produce only coal pitch coke and pitch, which are organic materials for carbon material production.
また、他の製造プロセスの副生成物である石炭ピッチコークス、タール及びピッチは、その成分中に灰分を含む。従って、これらの材料を使って製造される炭素材料には灰分が残留するが、灰分は炭素材料の特性を劣化させるという不都合を招来する。 In addition, coal pitch coke, tar and pitch, which are by-products of other production processes, contain ash in their components. Therefore, although ash remains in the carbon material manufactured using these materials, the ash causes a disadvantage that the characteristics of the carbon material are deteriorated.
そこで、石炭を熱分解及び溶剤抽出して形成される無灰炭を有機質原料とすることが検討されている。しかしながら、無灰炭は軟化点が高く、成形が容易ではない。また、無灰炭を用いる場合でも、石炭を有機質原料とする場合と同様に加熱により炭化する際に成形体が膨張するという問題が残される。このため、無灰炭を熱処理することによって低分子量成分を除去することで、有機質原料の成形体の炭化時の膨張を抑制することが提案されている(特開2011−1240号公報参照)。 Thus, it has been studied to use ashless coal formed by pyrolysis and solvent extraction of coal as an organic raw material. However, ashless coal has a high softening point and is not easy to mold. Moreover, even when using ashless coal, the problem that a molded object expand | swells when carbonizing by heating similarly to the case where coal is used as an organic raw material remains. For this reason, it has been proposed to suppress expansion during carbonization of a molded body of an organic raw material by removing low molecular weight components by heat-treating ashless coal (see JP 2011-1240 A).
しかしながら、上記公報に記載の無灰炭を改質する方法でも、有機質原料の成形体の炭化時の変形を完全に防止することはできず、有機質原料の成形体の炭化時の寸法安定性をさらに向上させることが望まれている。 However, even the method of modifying ashless coal described in the above publication cannot completely prevent deformation during carbonization of the molded body of the organic raw material, and the dimensional stability during carbonization of the molded body of the organic raw material is not improved. Further improvement is desired.
上記不都合に鑑みて、本発明は、炭化時の寸法安定性が高い炭素材料の製造方法及び寸法精度が高い炭素材料を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon material having high dimensional stability during carbonization and a carbon material having high dimensional accuracy.
上記課題を解決するためになされた発明は、石炭から得られた無灰炭を溶剤抽出処理により可溶成分及び不溶成分に分離する工程と、この可溶成分又は不溶成分の少なくとも一部を配合する工程と、この配合物を成形する工程と、成形した配合物を炭化する工程とを備える炭素材料の製造方法である。 The invention made in order to solve the above-mentioned problems is a combination of a step of separating ashless coal obtained from coal into a soluble component and an insoluble component by a solvent extraction process, and at least a part of this soluble component or insoluble component. It is a manufacturing method of a carbon material provided with the process of carrying out, the process of shape | molding this compound, and the process of carbonizing the shape | molded compound.
当該炭素材料の製造方法によれば、石炭から得られた無灰炭を溶剤抽出処理により可溶成分及び不溶成分に分離し、これらの少なくとも一部を配合したものを炭化するので、上記可溶成分を含み得るバインダー成分の量と上記不溶成分を含み得る骨材の量との比率を最適化できる。また、溶剤抽出処理により得られる可溶成分は、高分子量成分の含有率が小さいことにより、炭化によって炭素材料を得るための有機質原料の成形体を形成するためのバインダーとして好ましい軟化温度を有する。一方、上記不溶成分は、溶剤抽出処理により分子量が小さい可溶成分が除去されているので、炭化時に溶融したり、低分子量成分の揮発によって膨張したりし難い。従って、当該炭素材料の製造方法によって、比較的寸法精度の高い炭素材料を製造できる。 According to the method for producing the carbon material, the ashless coal obtained from coal is separated into a soluble component and an insoluble component by solvent extraction treatment, and carbonized at least a part of these is blended. The ratio of the amount of the binder component that can contain the component and the amount of the aggregate that can contain the insoluble component can be optimized. In addition, the soluble component obtained by the solvent extraction treatment has a softening temperature preferable as a binder for forming a molded body of an organic raw material for obtaining a carbon material by carbonization because of a small content of the high molecular weight component. On the other hand, the soluble component having a low molecular weight is removed by the solvent extraction process, and therefore the insoluble component is difficult to melt during carbonization or expand due to volatilization of the low molecular weight component. Therefore, a carbon material having a relatively high dimensional accuracy can be manufactured by the carbon material manufacturing method.
上記配合工程で、上記可溶成分及び不溶成分を配合するとよい。このように、上記可溶成分及び不溶成分の両方を配合して使用することにより、バインダーの物性を最適化すると共に骨材の変形をより効果的に抑制できる。特に、炭化する前に無灰炭を可溶成分と不溶成分とに分離したものを配合することによって、炭化時に可溶成分が不溶成分を変形させ難くなるため、炭化時の寸法安定性をより向上できる。 In the blending step, the soluble component and the insoluble component may be blended. Thus, by blending and using both the soluble component and the insoluble component, the physical properties of the binder can be optimized and deformation of the aggregate can be more effectively suppressed. In particular, by blending ashless charcoal separated into soluble and insoluble components before carbonization, the soluble components are less likely to deform the insoluble components during carbonization, so dimensional stability during carbonization is further improved. It can be improved.
上記分離工程での溶剤抽出処理温度としては、200℃以下が好ましい。このように、分離工程での溶剤抽出処理温度を上記上限以下とすることによって、上記可溶成分の軟化温度が高くなり過ぎることを防止できる。つまり、可溶成分をバインダーとしてより好ましいものとすることができる。 The solvent extraction treatment temperature in the separation step is preferably 200 ° C. or lower. Thus, it can prevent that the softening temperature of the said soluble component becomes high too much by making the solvent extraction processing temperature in a isolation | separation process below the said upper limit. That is, a soluble component can be made more preferable as a binder.
上記分離工程と配合工程との間に、上記不溶成分を400℃以上1000℃以下の温度で熱処理する工程をさらに備えるとよい。このように、不溶成分を熱処理することによって炭化時の膨張をさらに抑制することができる。従って、不溶成分を熱処理してから配合することにより、炭化時の寸法安定性をさらに向上して、より寸法精度の高い炭素材料を製造できる。 A step of heat-treating the insoluble component at a temperature of 400 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower may be further provided between the separation step and the blending step. Thus, the expansion | swelling at the time of carbonization can further be suppressed by heat-processing an insoluble component. Therefore, by blending the insoluble component after heat treatment, the dimensional stability during carbonization can be further improved, and a carbon material with higher dimensional accuracy can be produced.
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、骨材及びバインダーを炭化して形成される炭素材料であって、上記骨材として無灰炭の溶剤抽出処理により得られる不溶成分を用い、上記バインダーとして無灰炭の溶剤抽出処理により得られる可溶成分を用いることを特徴とする炭素材料である。 Another invention made to solve the above problems is a carbon material formed by carbonizing an aggregate and a binder, and an insoluble component obtained by solvent extraction treatment of ashless coal is used as the aggregate. It is a carbon material characterized by using a soluble component obtained by solvent extraction treatment of ashless coal as the binder.
ここで、「無灰炭」とは、石炭を改質した改質炭であり、灰分含有量が5質量%以下のものをいうが、本発明においては、特に、灰分含有量が1質量%以下のものが好ましく、灰分含有両が0.5質量%以下のものがさらに好ましい。なお、「灰分含有量」とは、JIS−M8812(2004)に準拠して測定される値を意味する。 Here, “ashless coal” is a modified coal obtained by modifying coal and has an ash content of 5% by mass or less. In the present invention, the ash content is particularly 1% by mass. The following are preferable, and those having both ash content of 0.5% by mass or less are more preferable. In addition, "ash content" means the value measured based on JIS-M8812 (2004).
当該炭素材料において、無灰炭の溶剤抽出処理により得られる可溶成分は、バインダーとして適切な軟化温度を有し、無灰炭の溶剤抽出処理により得られる不溶成分は、骨材として好ましい寸法安定性を有する。従って、当該炭素材料は、炭化時の変形が小さく寸法精度が高い。 In the carbon material, the soluble component obtained by the solvent extraction treatment of ashless coal has an appropriate softening temperature as a binder, and the insoluble component obtained by the solvent extraction treatment of ashless coal is a preferred dimension stable as an aggregate. Have sex. Therefore, the carbon material has small deformation during carbonization and high dimensional accuracy.
以上のように、本発明の炭素材料の製造方法は、炭化時の寸法安定性が高く、寸法精度が高い炭素材料を製造できる。また、本発明の炭素材料は、寸法精度が高い。 As described above, the method for producing a carbon material of the present invention can produce a carbon material having high dimensional stability during carbonization and high dimensional accuracy. The carbon material of the present invention has high dimensional accuracy.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[炭素材料の製造方法]
本発明の一実施形態に係る炭素材料の製造方法は、図1に示すように、石炭の熱分解及び溶剤抽出処理により無灰炭を形成する工程(無灰炭形成工程:ステップS1)と、石炭から得られた無灰炭を低温溶剤抽出処理により可溶成分及び不溶成分に分離する工程(分離工程:ステップS2)と、得られた不溶成分を熱処理する工程(熱処理工程:ステップS3)と、可溶成分又は不溶成分の少なくとも一部を配合する工程(配合工程:ステップS4)と、この配合物を成形する工程(成形工程:ステップS5)と、成形した配合物を炭化する工程(炭化工程:ステップS6)とを備える。
[Method for producing carbon material]
As shown in FIG. 1, the method for producing a carbon material according to an embodiment of the present invention includes a step of forming ashless coal by pyrolysis and solvent extraction treatment of coal (ashless coal forming step: step S1), A step of separating ashless coal obtained from coal into a soluble component and an insoluble component by low-temperature solvent extraction treatment (separation step: step S2), a step of heat-treating the obtained insoluble component (heat treatment step: step S3), , A step of blending at least a part of a soluble component or an insoluble component (blending step: step S4), a step of molding this blend (molding step: step S5), and a step of carbonizing the molded blend (carbonization) Step: Step S6).
<無灰炭形成工程>
ステップS1の無灰炭形成工程では、石炭と溶剤とを混合したスラリーを石炭の熱分解温度以上に加熱して、熱分解した石炭の可溶成分を溶剤に抽出することによって無灰炭を得る。無灰炭の原料石炭の種類は特に限定されず、例えば瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜炭等の各種公知の石炭を使用できる。これらの中でも、経済性の観点から、亜瀝青炭、褐炭、亜炭等の低品位炭が好ましい。
<Ashless coal formation process>
In the ashless coal formation step of step S1, ashless coal is obtained by heating a slurry obtained by mixing coal and a solvent to a temperature equal to or higher than the pyrolysis temperature of coal and extracting the pyrolyzed coal soluble components into the solvent. . The kind of raw coal of ashless coal is not specifically limited, For example, various well-known coals, such as bituminous coal, subbituminous coal, lignite, lignite, can be used. Among these, low-grade coals such as subbituminous coal, lignite, and lignite are preferable from the viewpoint of economy.
上記溶剤としては、石炭を溶解する性質を有するものであれば特に限定されず、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物や、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等の2環芳香族化合物等を用いることができる。なお、上記2環芳香族化合物には、脂肪族鎖を有するナフタレン類や長鎖脂肪族鎖を有するビフェニル類が含まれる。 The solvent is not particularly limited as long as it has a property of dissolving coal. For example, monocyclic aromatic compounds such as benzene, toluene, and xylene, and bicyclic rings such as naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, and trimethylnaphthalene. Aromatic compounds and the like can be used. The bicyclic aromatic compound includes naphthalene having an aliphatic chain and biphenyl having a long aliphatic chain.
上記溶剤の中でも、石炭乾留生成物から精製した石炭誘導体である2環芳香族化合物が好ましい。石炭誘導体の2環芳香族化合物は、加熱状態でも安定しており、石炭との親和性に優れている。そのため、溶剤としてこのような2環芳香族化合物を用いることで、溶剤に抽出される石炭成分の割合を高めることができると共に、蒸留等の方法で容易に溶剤を回収し循環使用することができる。 Among the above solvents, a bicyclic aromatic compound which is a coal derivative purified from a coal carbonization product is preferable. The bicyclic aromatic compound of the coal derivative is stable even in a heated state and has an excellent affinity with coal. Therefore, by using such a bicyclic aromatic compound as a solvent, the ratio of coal components extracted into the solvent can be increased, and the solvent can be easily recovered and reused by a method such as distillation. .
スラリーの加熱温度(熱分解抽出温度)の下限としては、300℃が好ましく、350℃がより好ましく、380℃がさらに好ましい。一方、スラリーの加熱温度の上限としては、470℃が好ましく、450℃がより好ましい。スラリーの加熱温度が上記下限に満たない場合、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱めることができないため、例えば原料石炭として低品位炭を使用した場合に、抽出される無灰炭の再固化温度を高めることができないおそれや、収率が低く不経済となるおそれがある。逆に、スラリーの加熱温度が上記上限を超える場合、石炭の熱分解反応が非常に活発になり生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、抽出率が低下するおそれがある。 As a minimum of heating temperature (pyrolysis extraction temperature) of a slurry, 300 ° C is preferred, 350 ° C is more preferred, and 380 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature of the slurry is preferably 470 ° C, more preferably 450 ° C. If the heating temperature of the slurry is less than the above lower limit, the bonds between the molecules constituting the coal cannot be sufficiently weakened. For example, when low grade coal is used as the raw coal, There is a possibility that the solidification temperature cannot be increased, and the yield may be low and uneconomical. On the other hand, when the heating temperature of the slurry exceeds the above upper limit, the thermal decomposition reaction of coal becomes very active and recombination of generated thermal decomposition radicals occurs, which may reduce the extraction rate.
無灰炭形成工程での石炭からの抽出率(無灰炭の収率)としては、原料となる石炭の品質にもよるが、例えば40質量%以上60質量%以下とされる。 The extraction rate from coal in the ashless coal formation step (the yield of ashless coal) is, for example, 40% by mass or more and 60% by mass or less, although it depends on the quality of the coal as a raw material.
<分離工程>
ステップS2の分離工程では、上記ステップS1の無灰炭形成工程において得られた無灰炭を低温溶剤抽出処理に供することにより、溶剤抽出される比較的低分子量の可溶成分と溶剤抽出されない比較的高分子量の不溶成分とに分離する。これにより、炭素材料の有機質原料にバインダーとして配合することにより成形性を付与するのに適した可溶成分と、小さい寸法変化で炭化でき、有機質原料の骨材として使用するのに適した不溶成分とが得られる。
<Separation process>
In the separation process of step S2, a comparatively low-molecular-weight soluble component that is solvent-extracted and a solvent-extracted comparison by subjecting the ash-free coal obtained in the ashless coal formation process of step S1 to a low-temperature solvent extraction process Separated into insoluble components of high molecular weight. As a result, a soluble component suitable for imparting moldability by blending as a binder with an organic raw material of carbon material, and an insoluble component suitable for use as an aggregate of organic raw material that can be carbonized with a small dimensional change. And is obtained.
より詳しくは、無灰炭を溶剤中に分散したスラリーを調製し、このスラリーを所定温度範囲内で一定時間保持してから、スラリー中の固形分つまり不溶成分と、液体分つまり可溶成分が溶出した溶液とを分離する。 More specifically, a slurry in which ashless coal is dispersed in a solvent is prepared, and this slurry is held within a predetermined temperature range for a certain period of time, and then a solid content, that is, an insoluble component, and a liquid content, that is, a soluble component in the slurry. Separate the eluted solution.
溶媒に分散する無灰炭の平均粒径の下限としては、50μmが好ましく、100μmがより好ましい。一方、無灰炭の平均粒径の上限としては、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。無灰炭の平均粒径が上記下限に満たない場合、ステップS2の分離工程で可溶成分の溶液と不溶成分とを分離することが難しくなるおそれや、無灰炭の取り扱い性や生産効率が不十分となるおそれがある。逆に、無灰炭の平均粒径が上記上限を超える場合、ステップS2の分離工程での可溶成分の抽出率が低くなるおそれや、分離工程で得られる不溶成分の粒径が大きくなり、不溶成分をさらに粉砕する必要が生じるおそれがある。なお、「平均粒径」とは、レーザー回折散乱法によって測定される粒度分布において体積積算値50%となる粒径を意味する。 The lower limit of the average particle size of the ashless coal dispersed in the solvent is preferably 50 μm, and more preferably 100 μm. On the other hand, as an upper limit of the average particle diameter of ashless coal, 5 mm is preferable and 3 mm is more preferable. If the average particle size of the ashless coal is less than the above lower limit, it may be difficult to separate the soluble component solution and the insoluble component in the separation step of Step S2, and the ashless coal handling property and production efficiency may be low. May be insufficient. Conversely, if the average particle size of the ashless coal exceeds the above upper limit, the extraction rate of the soluble component in the separation step of step S2 may be low, or the particle size of the insoluble component obtained in the separation step is increased, It may be necessary to further grind insoluble components. The “average particle size” means a particle size at which the volume integrated value is 50% in the particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method.
上記スラリーの溶剤に対する無灰炭の混合率の下限としては、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。一方、溶剤に対する無灰炭の混合率の上限としては、40質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。溶剤に対する無灰炭の混合率が上記下限に満たない場合、製造効率が低く、不経済となるおそれがある。逆に、溶剤に対する無灰炭の混合率が上記上限を超える場合、スラリーの取り扱いや不溶成分の分離が困難となるおそれがある。 The lower limit of the mixing ratio of ashless coal with respect to the solvent of the slurry is preferably 5% by mass, and more preferably 10% by mass. On the other hand, the upper limit of the mixing ratio of ashless coal to the solvent is preferably 40% by mass, and more preferably 30% by mass. If the mixing ratio of ashless coal to the solvent is less than the above lower limit, the production efficiency is low, which may be uneconomical. Conversely, when the mixing ratio of ashless coal with respect to the solvent exceeds the above upper limit, handling of the slurry and separation of insoluble components may be difficult.
可溶成分が溶出した溶剤と不溶成分との分離方法としては、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、重力沈降法等の公知の分離方法を採用できる。これらの中でも、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法が好ましい。重力沈降法では、重力沈降槽の上部に溶剤中に可溶成分が溶存する液体が上澄み液として分離され、重力沈降槽の下部に不溶成分が沈降した固形分濃縮液が分離される。 A method for separating the solvent from which the soluble component is eluted from the insoluble component is not particularly limited, and a known separation method such as a filtration method, a centrifugal separation method, or a gravity sedimentation method can be employed. Among these, the gravity sedimentation method which can continuously operate the fluid and is suitable for a large amount of processing at a low cost is preferable. In the gravity sedimentation method, a liquid in which a soluble component is dissolved in a solvent is separated as a supernatant in the upper part of the gravity sedimentation tank, and a solid content liquid in which an insoluble component is settled in the lower part of the gravity sedimentation tank.
そして、上記不溶成分を分離した液体(上澄み液)から溶剤を除去することで、無灰炭の可溶成分が分離回収され、固形分濃縮液から溶剤を除去することで、無灰炭の不溶成分が分離回収される。上記上澄み液及び固形分濃縮液から溶剤を除去する方法としては、特に限定されず、一般的な蒸留法や蒸発法等を用いることができる。特に不溶成分からの溶剤の除去は、溶剤を回収して再利用するために蒸留によることが好ましい。 Then, by removing the solvent from the liquid (supernatant liquid) from which the insoluble component has been separated, the soluble component of the ashless coal is separated and recovered, and the solvent is removed from the solid concentrate to thereby dissolve the ashless coal insoluble. The components are separated and recovered. It does not specifically limit as a method of removing a solvent from the said supernatant liquid and solid concentration liquid, A general distillation method, an evaporation method, etc. can be used. In particular, the removal of the solvent from the insoluble component is preferably performed by distillation in order to recover and reuse the solvent.
上記分離工程で用いる溶剤としては、無灰炭の低分子量成分を溶出できるものであればよく、上記無灰炭形成工程に使用する溶剤と同様のものを使用することができる。分離工程用の溶剤としては、中でも低い温度で十分な抽出率が得られる低分子量の溶剤が好ましく、そのような好ましい溶剤としては、例えばアセトン、ピリジン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。 The solvent used in the separation step may be any solvent that can elute low molecular weight components of ashless coal, and the same solvents as those used in the ashless coal formation step can be used. The solvent for the separation step is preferably a low molecular weight solvent that can obtain a sufficient extraction rate at a low temperature, and examples of such a preferable solvent include acetone, pyridine, tetrahydrofuran, and the like.
分離工程での溶剤抽出処理温度は、溶剤の種類により最適な温度が異なる。しかしながら、一般的に、溶剤抽出処理温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましく、100℃がさらに好ましい。一方、溶剤抽出処理温度の下限としては、特に限定されないが、常温、例えば20℃が好ましい。溶剤抽出処理温度が上記上限を超える場合、抽出される可溶成分の分子量が大きくなることにより軟化温度が高くなり過ぎ、可溶成分の配合や配合物の成形が容易ではなくなるおそれがある。逆に、溶剤抽出処理温度が上記下限に満たない場合、冷却が必要となり、不必要にコストが上昇するおそれがある。 The solvent extraction processing temperature in the separation process varies depending on the type of solvent. However, generally, the upper limit of the solvent extraction treatment temperature is preferably 200 ° C, more preferably 150 ° C, and even more preferably 100 ° C. On the other hand, the lower limit of the solvent extraction treatment temperature is not particularly limited, but normal temperature, for example, 20 ° C. is preferable. When the solvent extraction treatment temperature exceeds the above upper limit, the molecular weight of the soluble component to be extracted increases, so that the softening temperature becomes too high, and it is likely that the compounding of the soluble component and the molding of the compound are not easy. Conversely, when the solvent extraction treatment temperature is less than the above lower limit, cooling is required, and the cost may increase unnecessarily.
分離工程での抽出時間、つまり上記溶剤抽出処理温度で保持される時間の下限としては、10分が好ましく、15分がより好ましい。一方、抽出時間の上限としては、120分が好ましく、90分がより好ましい。抽出時間が上記下限に満たない場合、無灰炭の低分子量成分を十分に溶出させられないおそれがある。逆に、抽出時間が上記上限を超える場合、製造コストが不必要に増大するおそれがある。 The lower limit of the extraction time in the separation step, that is, the time maintained at the solvent extraction treatment temperature is preferably 10 minutes, and more preferably 15 minutes. On the other hand, the upper limit of the extraction time is preferably 120 minutes, more preferably 90 minutes. When extraction time is less than the said minimum, there exists a possibility that the low molecular weight component of ashless coal may not fully be eluted. Conversely, when the extraction time exceeds the above upper limit, the manufacturing cost may increase unnecessarily.
分離工程での無灰炭からの可溶成分の抽出率の下限としては、7質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。一方、無灰炭からの可溶成分の抽出率の上限としては、60質量%が好ましく、50質量%がより好ましい。分離工程での無灰炭からの可溶成分の抽出率が上記下限に満たない場合、可溶成分の回収量が不足するおそれや、不溶成分に低分子量の成分が残留し、炭化時の寸法安定性が不十分となるおそれがある。逆に、分離工程での無灰炭からの可溶成分の抽出率が上記上限を超える場合、可溶成分の軟化温度が高くなり、有機質原料の配合及び成形が容易でなくなるおそれがある。 As a minimum of the extraction rate of the soluble component from ashless coal in a separation process, 7 mass% is preferred and 10 mass% is more preferred. On the other hand, the upper limit of the extraction rate of soluble components from ashless coal is preferably 60% by mass, and more preferably 50% by mass. If the extraction rate of soluble components from ashless coal in the separation process is less than the above lower limit, the recovery amount of soluble components may be insufficient, or low molecular weight components may remain in the insoluble components, and the size during carbonization Stability may be insufficient. On the contrary, when the extraction rate of the soluble component from the ashless coal in the separation step exceeds the above upper limit, the softening temperature of the soluble component becomes high, and the blending and molding of the organic raw material may not be easy.
分離工程で得られる可溶成分の軟化温度は、溶剤抽出処理の条件、例えば溶剤の種類、溶剤抽出処理温度等によって定められる。この可溶成分の軟化温度の下限としては、45℃が好ましく、60℃がより好ましい。一方、可溶成分の軟化温度の上限としては、200℃が好ましく、120℃がより好ましい。可溶成分の軟化温度が上記下限に満たない場合、ステップS4の配合工程で有機質原料に配合する前に意図せず軟化して、取り扱いが困難となるおそれがある。逆に、可溶成分の軟化温度が上記上限を超える場合、有機質原料の配合及び形成のために比較的高温に加熱する必要が生じるので、有機質原料の配合及び形成が困難となるおそれや、有機質原料の配合及び形成のコストが大きくなるおそれがある。なお、「軟化温度」とは、ASTM−D36に準拠したリングアンドボール法によって測定される値である。 The softening temperature of the soluble component obtained in the separation step is determined by the conditions of the solvent extraction treatment, such as the type of solvent, the solvent extraction treatment temperature, and the like. As a minimum of the softening temperature of this soluble component, 45 degreeC is preferable and 60 degreeC is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the softening temperature of a soluble component, 200 degreeC is preferable and 120 degreeC is more preferable. When the softening temperature of the soluble component is less than the lower limit, it may be unintentionally softened before blending into the organic raw material in the blending step of Step S4, and handling may be difficult. Conversely, if the softening temperature of the soluble component exceeds the above upper limit, it may be necessary to heat to a relatively high temperature for blending and forming the organic raw material, which may make it difficult to blend and form the organic raw material, There is a risk that the cost of blending and forming the raw materials increases. The “softening temperature” is a value measured by a ring and ball method in accordance with ASTM-D36.
不溶成分を炭化したときの体積膨張率の上限としては、3倍が好ましく、2倍がより好ましい。不溶成分を炭化したときの体積膨張率が上記上限を超える場合、この不溶成分を骨材の少なくとも一部として含む有機質原料を炭化した場合に、炭化時の寸法変化が大きくなるおそれがある。 The upper limit of the volume expansion coefficient when carbonizing the insoluble component is preferably 3 times, and more preferably 2 times. When the volume expansion coefficient when carbonizing an insoluble component exceeds the above upper limit, when an organic raw material containing this insoluble component as at least a part of the aggregate is carbonized, there is a possibility that a dimensional change during carbonization becomes large.
<熱処理工程>
ステップS3の熱処理工程では、ステップS2の分離工程で得られた不溶成分を加熱することで低分子量成分を揮発させる。好ましくは、不活性ガス雰囲気中で加熱して不溶成分を炭化させる。これによって、後述するステップS6の炭化工程における不溶成分の膨張を抑制できる。
<Heat treatment process>
In the heat treatment process of step S3, the low molecular weight component is volatilized by heating the insoluble component obtained in the separation process of step S2. Preferably, the insoluble component is carbonized by heating in an inert gas atmosphere. Thereby, the expansion | swelling of the insoluble component in the carbonization process of step S6 mentioned later can be suppressed.
熱処理方法としては、公知の熱処理炉を用いた方法が適用できる。使用される熱処理炉としては、特に限定されないが、例えばポット炉、リードハンマー炉、キルン、ロータリーキルン、シャフト炉、室炉等を挙げることができる。 As a heat treatment method, a method using a known heat treatment furnace can be applied. Although it does not specifically limit as a heat treatment furnace used, For example, a pot furnace, a lead hammer furnace, a kiln, a rotary kiln, a shaft furnace, a chamber furnace etc. can be mentioned.
上記熱処理工程での熱処理温度の下限としては、400℃が好ましく、500℃がより好ましい。一方、上記熱処理温度の上限としては、1000℃が好ましく、800℃がより好ましい。上記熱処理温度が上記下限に満たない場合、不溶成分中の低分子量成分を十分に除去することができず、不溶成分が炭化時に膨張するおそれがある。逆に、上記熱処理温度が上記上限を超える場合、不必要にエネルギーコストが増大するおそれがある。 As a minimum of the heat processing temperature in the said heat processing process, 400 degreeC is preferable and 500 degreeC is more preferable. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably 1000 ° C., more preferably 800 ° C. When the said heat processing temperature is less than the said minimum, the low molecular weight component in an insoluble component cannot fully be removed, and there exists a possibility that an insoluble component may expand | swell at the time of carbonization. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds the upper limit, the energy cost may increase unnecessarily.
上記熱処理工程での熱処理時間(上記熱処理温度に保持される時間)の下限としては、10分が好ましく、15分がより好ましい。一方、上記熱処理工程での熱処理時間の上限としては、90分が好ましく、60分がより好ましい。上記熱処理工程での熱処理時間が上記下限に満たない場合、低分子量成分を十分に除去できないおそれがある。逆に、上記熱処理工程での熱処理時間が上記上限を超える場合、不必要に処理コストが増大するおそれがある。 As a minimum of the heat processing time in the said heat processing process (time hold | maintained at the said heat processing temperature), 10 minutes are preferable and 15 minutes are more preferable. On the other hand, the upper limit of the heat treatment time in the heat treatment step is preferably 90 minutes, and more preferably 60 minutes. When the heat treatment time in the heat treatment step is less than the lower limit, the low molecular weight component may not be sufficiently removed. Conversely, when the heat treatment time in the heat treatment step exceeds the upper limit, the treatment cost may be unnecessarily increased.
この熱処理工程では、上記不溶成分の粒子が溶融し得るので、粒子同士が結着又は融合して粗大化することがある。この場合、上述の平均粒径となるように粗大化した粒子を粉砕することが好ましい。 In this heat treatment step, the particles of the insoluble component can be melted, so that the particles may be bound or fused to become coarse. In this case, it is preferable to grind the particles that have been coarsened so as to have the above average particle diameter.
<配合工程>
ステップS4の配合工程では、骨材とバインダーとを配合して有機質原料となる配合物を形成する。具体的には、ステップS2の分離工程で得られた不溶成分の上記骨材の少なくとも一部分としての配合、又はステップS2の分離工程で得られた可溶成分の上記バインダーの少なくとも一部分としての配合を行う。この配合物は、骨材に上記不溶成分を含み、かつバインダーに上記可溶成分を含むことが好ましい。
<Mixing process>
In the blending step of step S4, an aggregate and a binder are blended to form a blend that becomes an organic raw material. Specifically, the blending of the insoluble component obtained in the separation step of step S2 as at least a part of the aggregate, or the blending of the soluble component obtained in the separation step of step S2 as at least a part of the binder. Do. This blend preferably contains the insoluble component in the aggregate and the soluble component in the binder.
有機質原料に配合する骨材としては、ステップS2の分離工程で得られた不溶成分の他に、例えば石炭、石炭ピッチコークス(石炭ピッチ乾留物)、無灰炭等を用いることができる。 As an aggregate mix | blended with an organic raw material, coal, coal pitch coke (coal pitch coke), ashless coal, etc. other than the insoluble component obtained at the separation process of step S2 can be used, for example.
有機質原料に配合するバインダーとしては、ステップS2の分離工程で得られた可用成分の他、例えばピッチ、タール、無灰炭等を用いることができる。 As a binder mix | blended with an organic raw material, pitch, tar, ashless coal, etc. other than the usable component obtained at the separation process of step S2 can be used, for example.
骨材とバインダーとの配合は、バインダーの軟化温度以上の温度で行われ、骨材とバインダーとを混練する。この配合温度とバインダーの軟化温度の差の下限としては、20℃が好ましく、30℃がより好ましい。具体的な配合温度としては、例えば70℃以上200℃以下とされる。 The combination of the aggregate and the binder is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the binder, and the aggregate and the binder are kneaded. As a minimum of the difference of this compounding temperature and the softening temperature of a binder, 20 ° C is preferred and 30 ° C is more preferred. A specific blending temperature is, for example, 70 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
配合物全体に対するバインダーの配合率の下限としては、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。一方、配合物全体に対するバインダーの配合率の上限としては、40質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。配合物全体に対するバインダーの配合率が上記下限に満たない場合、配合物の粘結性が得られず、ステップS5の成形工程で成形することが困難となるおそれや、ステップS6の炭化工程で成形体が崩壊するおそれがある。逆に、配合物全体に対するバインダーの配合率が上記上限を超える場合、ステップS6の炭化工程で配合物が流動化して成形体が変形するおそれや、ステップS6の炭化工程でバインダーの一部が成形体の内部で蒸発することにより成形体が膨張するおそれがある。 As a minimum of a compounding rate of a binder to the whole blend, 5 mass% is preferred and 10 mass% is more preferred. On the other hand, as an upper limit of the compounding ratio of the binder with respect to the whole compound, 40 mass% is preferable and 30 mass% is more preferable. If the blending ratio of the binder with respect to the entire blend is less than the above lower limit, the caking property of the blend may not be obtained, and molding may be difficult in the molding process of Step S5, or molding in the carbonization process of Step S6. Your body may collapse. On the other hand, when the blending ratio of the binder with respect to the entire blend exceeds the above upper limit, the blend may be fluidized in the carbonization process in step S6 and the molded body may be deformed, or a part of the binder is molded in the carbonization process in step S6. The molded body may expand due to evaporation inside the body.
上記配合物の骨材中の上記不溶成分の含有率の下限としては、50質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。一方、骨材中の上記不溶成分の含有率の上限としては、特に限定されず、100質量%とすることができる。骨材中の上記不溶成分の含有率が上記下限に満たない場合、寸法安定性に乏しい骨材の比率が大きくなる結果、ステップS6の炭化工程での寸法変化の防止効果が不十分となるおそれがある。 As a minimum of the content rate of the said insoluble component in the aggregate of the said mixture, 50 mass% is preferable and 90 mass% is more preferable. On the other hand, it does not specifically limit as an upper limit of the content rate of the said insoluble component in an aggregate, It can be 100 mass%. When the content ratio of the insoluble component in the aggregate is less than the lower limit, the ratio of the aggregate having poor dimensional stability increases, and as a result, the effect of preventing the dimensional change in the carbonization step in step S6 may be insufficient. There is.
上記配合物のバインダー中の上記可溶成分の含有率の下限としては、50質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。一方、バインダー中の上記可溶成分の含有率の上限としては、特に限定されず、100質量%とすることができる。バインダー中の上記可溶成分の含有率が上記下限に満たない場合、バインダーの粘結力が不足してステップS5の成形工程での成形性が不十分となるおそれや、配合物中のバインダーの比率が大きくなることによりステップS6の炭化工程での寸法変化が大きくなるおそれがある。 As a minimum of the content rate of the said soluble component in the binder of the said mixture, 50 mass% is preferable and 90 mass% is more preferable. On the other hand, it does not specifically limit as an upper limit of the content rate of the said soluble component in a binder, It can be 100 mass%. If the content of the soluble component in the binder is less than the above lower limit, the binder may have insufficient caking strength, resulting in insufficient moldability in the molding step of Step S5, or the binder in the formulation. When the ratio is increased, there is a possibility that a dimensional change in the carbonization process in Step S6 is increased.
<成形工程>
ステップS5の成形工程では、ステップS4の配合工程で形成した配合物を最終的に得ようとする所望の炭素材料の形状に成形する。
<Molding process>
In the molding process of step S5, the compound formed in the compounding process of step S4 is molded into the shape of a desired carbon material to be finally obtained.
上記配合物の成形方法としては、特に限定されず、例えば、圧縮成形、押し出し成形、ダブルロール式タブレット成形等の公知の方法を用いることができる。 It does not specifically limit as a shaping | molding method of the said compound, For example, well-known methods, such as compression molding, extrusion molding, and a double roll type tablet molding, can be used.
<炭化工程>
ステップS6の炭化工程では、ステップS5の成形工程で形成した成形体を加熱して炭化することによって、所望の形状の炭素材料を得る。
<Carbonization process>
In the carbonization process of step S6, a carbon material having a desired shape is obtained by heating and carbonizing the molded body formed in the molding process of step S5.
具体的には、成形体を電気炉等の任意の加熱装置へ装入し、内部を非酸化性ガスで置換した後、この加熱装置内へ非酸化性ガスを吹き込みながら加熱する。 Specifically, the molded body is charged into an arbitrary heating device such as an electric furnace, the inside is replaced with a non-oxidizing gas, and then heated while blowing the non-oxidizing gas into the heating device.
炭化工程における熱処理温度は、製造しようとする炭素材料に求める特性により最適な温度が異なるが、熱処理温度の下限としては、500℃が好ましく、700℃がより好ましい。一方、熱処理温度の上限としては、3000℃が好ましく、2800℃がより好ましい。熱処理温度が上記下限に満たない場合、炭化が不十分となるおそれがある。逆に、熱処理温度が上記上限を超える場合、設備の耐熱性向上や燃料消費量の観点から製造コストが上昇するおそれがある。また、昇温速度としては、例えば0.01℃/分以上5℃/分以下とすることができる。 The optimum heat treatment temperature in the carbonization step varies depending on the characteristics required for the carbon material to be produced, but the lower limit of the heat treatment temperature is preferably 500 ° C, more preferably 700 ° C. On the other hand, as an upper limit of heat processing temperature, 3000 degreeC is preferable and 2800 degreeC is more preferable. When the heat treatment temperature is less than the lower limit, carbonization may be insufficient. Conversely, when the heat treatment temperature exceeds the above upper limit, the production cost may increase from the viewpoint of improving the heat resistance of the equipment and fuel consumption. Moreover, as a temperature increase rate, it can be 0.01 degree-C / min or more and 5 degrees C / min or less, for example.
炭化工程における加熱時間も炭素材料に求める特性により適宜設定すればよく、特に制限されないが、加熱時間としては、0.5時間以上10時間以下が好ましい。加熱時間が上記下限に満たない場合、炭化が不十分となるおそれがある。逆に、加熱時間が上記上限を超える場合、炭素材料の生産効率が低下するおそれがある。 The heating time in the carbonization process may be appropriately set depending on the characteristics required of the carbon material, and is not particularly limited, but the heating time is preferably 0.5 hours or more and 10 hours or less. If the heating time is less than the lower limit, carbonization may be insufficient. Conversely, when the heating time exceeds the above upper limit, the production efficiency of the carbon material may be reduced.
上記非酸化性ガスとしては、炭素材料の酸化を抑えられるものであれば特に限定されないが、経済的観点から窒素ガスが好ましい。 The non-oxidizing gas is not particularly limited as long as it can suppress the oxidation of the carbon material, but nitrogen gas is preferable from an economical viewpoint.
[炭素材料]
図1の炭素材料の製造方法によれば、骨材及びバインダーを炭化して形成される炭素材料であって、骨材として無灰炭の溶剤抽出処理により得られる不溶成分を用い、バインダーとして無灰炭の溶剤抽出処理により得られる可溶成分を用いた炭素材料が製造される。
[Carbon material]
1 is a carbon material formed by carbonizing an aggregate and a binder, using an insoluble component obtained by a solvent extraction process of ashless coal as an aggregate, and using no insoluble as a binder. A carbon material using a soluble component obtained by solvent extraction treatment of ash coal is produced.
[利点]
当該炭素材料の製造方法では、無灰炭を溶剤抽出処理により分離して得られる不溶成分を骨材として使用する場合、骨材中の不純物鉱物成分(灰分)と低分子量成分とが少ない。また、無灰炭を不溶成分と可溶成分とに一度分離してから配合する場合、炭化時に有機質原料の成形体から可溶成分が脱離し易く、骨材を膨張させ難い。これにより、寸法精度が高い所望の形状の炭素材料を製造することができる。
[advantage]
In the method for producing a carbon material, when an insoluble component obtained by separating ashless coal by solvent extraction is used as an aggregate, there are few impurity mineral components (ash) and low molecular weight components in the aggregate. In addition, when ashless coal is separated after being separated into an insoluble component and a soluble component, the soluble component is easily detached from the molded body of the organic raw material during carbonization, and the aggregate is difficult to expand. Thereby, the carbon material of the desired shape with high dimensional accuracy can be manufactured.
また、当該炭素材料の製造方法では、無灰炭を溶剤抽出処理により分離して得られる可溶成分をバインダーとして使用する場合、バインダー中の高分子量成分が少ない。これにより、比較的低温で有機質原料の成形体を形成することができ、炭素材料の製造コストを削減できる。また、高分子量成分の含有率が低く粘結力の高いバインダーを用いることによって、比較的少量のバインダーで骨材を粘結して有機質原料の成形体を形成できるので、炭化時の成形体の変形をさらに抑制し、得られる炭素材料の寸法精度をさらに向上できる。 Moreover, in the manufacturing method of the said carbon material, when the soluble component obtained by isolate | separating ashless coal by a solvent extraction process is used as a binder, there are few high molecular weight components in a binder. Thereby, the molded object of the organic raw material can be formed at a relatively low temperature, and the manufacturing cost of the carbon material can be reduced. In addition, by using a binder with a low content of high molecular weight components and a high caking power, it is possible to form an organic material molded body by caking aggregate with a relatively small amount of binder. The deformation can be further suppressed, and the dimensional accuracy of the obtained carbon material can be further improved.
また、当該炭素材料の製造方法では、無灰炭を可溶成分と不溶成分とに分離するので、これらの割合を調節することにより、製造しようとする炭素材料の形状や大きさに合わせて有機質原料の粘結性を自在に調整できる。 Further, in the method for producing a carbon material, ashless coal is separated into a soluble component and an insoluble component, and therefore by adjusting these ratios, an organic substance is formed in accordance with the shape and size of the carbon material to be produced. The caking property of the raw material can be adjusted freely.
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, the components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.
本発明の炭素材料の製造方法は、石炭から無灰炭を自ら製造することを要件とはしていない。つまり、本発明の炭素材料の製造方法では、第三者が製造した無灰炭を出発原料としてもよい。 The method for producing a carbon material of the present invention does not require that ashless coal be produced from coal by itself. That is, in the method for producing a carbon material of the present invention, ashless coal produced by a third party may be used as a starting material.
また、当該炭素材料の製造方法において、熱処理工程は省略できる。 In the method for producing the carbon material, the heat treatment step can be omitted.
当該炭素材料の製造方法は、炭化工程の後に、非酸化性雰囲気中で炭化工程よりも高温に加熱することによって炭素材料をさらに黒鉛化する工程を備えてもよい。 The carbon material manufacturing method may include a step of further graphitizing the carbon material by heating to a higher temperature than the carbonization step in a non-oxidizing atmosphere after the carbonization step.
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail based on an Example, this invention is not interpreted limitedly based on description of this Example.
以下に説明する無灰炭形成工程、分離工程、熱処理工程、配合工程、成形工程及び炭化工程により、炭素材料の実施例1〜4を試作した。また、分離工程、熱処理工程及び配合工程を省略し、無灰炭形成工程、成形工程及び炭化工程により、炭素材料の比較例1を試作した。 Examples 1 to 4 of the carbon material were prototyped by an ashless coal forming process, a separation process, a heat treatment process, a blending process, a forming process, and a carbonizing process described below. Moreover, the separation process, the heat treatment process, and the blending process were omitted, and a comparative example 1 of a carbon material was prototyped by an ashless coal forming process, a molding process, and a carbonizing process.
実施例1〜4及び比較例1の製造条件の違い並びに製造過程における種々の測定値を表1に示す。 Table 1 shows differences in production conditions between Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 and various measured values in the production process.
(無灰炭形成工程)
実施例1〜4及び比較例の原料として使用する無灰炭は、ボイラーの燃料として一般に使用される瀝青炭を用いて製造した。無灰炭の原料石炭に対する収率は、48質量%であった。
(Ashless coal formation process)
The ashless coal used as a raw material in Examples 1 to 4 and Comparative Example was produced using bituminous coal that is generally used as a fuel for boilers. The yield of ashless coal based on raw coal was 48% by mass.
(分離工程)
上記無灰炭を平均粒径0.25μm以下に粉砕したもの100gから1Lの溶剤を用いて可溶成分を抽出した。実施例1では、溶剤としてアセトンを使用し、抽出温度を25℃、抽出時間を60分とした。実施例2では、溶剤としてピリジンを使用し、抽出温度を25℃、抽出時間を60分とした。実施例3では、溶剤としてメチルナフタレンを使用し、抽出温度を250℃、抽出時間を60分とした。実施例4では、溶剤としてメチルナフタレンを使用し、抽出温度を25℃、抽出時間を60分とした。具体的な分離方法としては、減圧濾過によって不溶成分を分離し、溶剤を減圧蒸留することにより可溶成分を取り出した。
(Separation process)
A soluble component was extracted from 100 g of the ashless coal pulverized to an average particle size of 0.25 μm or less using 1 L of a solvent. In Example 1, acetone was used as the solvent, the extraction temperature was 25 ° C., and the extraction time was 60 minutes. In Example 2, pyridine was used as the solvent, the extraction temperature was 25 ° C., and the extraction time was 60 minutes. In Example 3, methylnaphthalene was used as the solvent, the extraction temperature was 250 ° C., and the extraction time was 60 minutes. In Example 4, methylnaphthalene was used as the solvent, the extraction temperature was 25 ° C., and the extraction time was 60 minutes. As a specific separation method, insoluble components were separated by filtration under reduced pressure, and soluble components were taken out by distilling the solvent under reduced pressure.
この分離工程で得られた可溶成分及び不溶成分の比を、それぞれ無灰炭からの収率(質量%)として測定した。 The ratio of the soluble component and the insoluble component obtained in this separation step was each measured as the yield (mass%) from ashless coal.
測定の結果、可溶成分の抽出率(収率)は、実施例1で12質量%、実施例2で18質量%、実施例3で65質量%、実施例4で11質量%であった。 As a result of the measurement, the extraction rate (yield) of the soluble component was 12% by mass in Example 1, 18% by mass in Example 2, 65% by mass in Example 3, and 11% by mass in Example 4. .
また、この分離工程で得られた各可溶成分の軟化温度を測定した。また、比較のため、無灰炭についても軟化温度を測定した。軟化温度の測定は、ASTM−D36に準拠したリングアンドボール法によって行った。 Further, the softening temperature of each soluble component obtained in this separation step was measured. For comparison, the softening temperature was also measured for ashless coal. The softening temperature was measured by the ring and ball method according to ASTM-D36.
測定の結果、可溶成分の軟化温度は、実施例1で75℃、実施例2で125℃、実施例3で186℃、実施例4で72℃であった。また、無灰炭の軟化温度は、245℃であった。また、参考までに、同様に測定した実施例1の不溶成分の軟化温度は395℃であった。 As a result of the measurement, the softening temperature of the soluble component was 75 ° C. in Example 1, 125 ° C. in Example 2, 186 ° C. in Example 3, and 72 ° C. in Example 4. Moreover, the softening temperature of ashless coal was 245 degreeC. For reference, the softening temperature of the insoluble component of Example 1 measured in the same manner was 395 ° C.
これらの測定結果から、可溶成分の抽出率(収率)が高いほど、軟化温度が高くなることが分かる。一般に、炭素材料製造用の有機質原料に配合するバインダーとしては、常温で軟化せず、できるだけ少ない加熱によって軟化するものが好ましい。実施例1〜4の可溶成分は、いずれも常温では軟化せず、従来の有機質原料として使用される無灰炭よりも低い温度で軟化するため、有機質原料のバインダーとして好適な特性を有することが分かる。 From these measurement results, it can be seen that the higher the extraction rate (yield) of the soluble component, the higher the softening temperature. In general, as a binder to be blended with an organic raw material for producing a carbon material, a binder that does not soften at room temperature and softens by heating as little as possible is preferable. The soluble components of Examples 1 to 4 do not soften at room temperature, and soften at a lower temperature than ashless coal used as a conventional organic raw material, and therefore have suitable characteristics as a binder for organic raw materials. I understand.
(熱処理工程)
上記分離工程で得られた不溶成分をそれぞれ窒素雰囲気中で熱処理した。熱処理の条件としては、熱処理温度を500℃、常温から熱処理温度の昇温速度を1℃/分、熱処理時間を30分とした。
(Heat treatment process)
Each insoluble component obtained in the separation step was heat-treated in a nitrogen atmosphere. The heat treatment conditions were a heat treatment temperature of 500 ° C., a temperature increase rate from normal temperature to the heat treatment temperature of 1 ° C./min, and a heat treatment time of 30 minutes.
この熱処理工程における各不溶成分及び無灰炭の膨張率を測定した。また、比較のため、無灰炭についても同様に熱処理して膨張率を測定した。膨張率は、内径15mmの石英試験管に、粒径2mm以下に粉砕した試料2.0gを詰め、3℃/minで500℃まで加熱処理し、加熱前の試料の高さに対する加熱後の試料の高さの比として測定した。 The expansion rate of each insoluble component and ashless coal in this heat treatment step was measured. For comparison, ashless coal was also heat-treated in the same manner and the expansion coefficient was measured. The expansion rate is as follows. A quartz test tube having an inner diameter of 15 mm is filled with 2.0 g of a sample pulverized to a particle size of 2 mm or less, heated to 500 ° C. at 3 ° C./min, and the sample after heating relative to the height of the sample before heating Measured as the ratio of the heights.
測定の結果、不溶成分の膨張率は、実施例1で1.4倍、実施例2で1.2倍、実施例3で1倍、実施例4で2.2倍であった。また、無灰炭の膨張率は、12倍であった。 As a result of the measurement, the expansion coefficient of the insoluble component was 1.4 times in Example 1, 1.2 times in Example 2, 1 time in Example 3, and 2.2 times in Example 4. Moreover, the expansion rate of the ashless coal was 12 times.
この測定結果から、実施例1〜4の不溶成分は、従来の有機質原料として使用される無灰炭と比べて大幅に膨張率が低下しており、有機質原料の骨材として好適な特性を有することが分かる。 From this measurement result, the insoluble components of Examples 1 to 4 have a significantly lower expansion rate than ashless coal used as a conventional organic raw material, and have suitable characteristics as an aggregate of the organic raw material. I understand that.
(配合工程)
それぞれのサンプルについて、可溶成分を平均粒径5mm以下に粉砕したもの20質量部と不溶成分80質量部とを混合し、温度150℃で混練した。つまり、実施例1〜4は、骨材全量が上記不溶成分であり、バインダー全量が上記可溶成分である。
(Mixing process)
For each sample, 20 parts by mass of a soluble component pulverized to an average particle size of 5 mm or less and 80 parts by mass of an insoluble component were mixed and kneaded at a temperature of 150 ° C. That is, in Examples 1 to 4, the aggregate total amount is the insoluble component, and the binder total amount is the soluble component.
(成形工程)
上記配合工程で形成した配合物を、押し出し成形し、直径25mm、高さ50mmの円筒状に成形した。
(Molding process)
The blend formed in the blending step was extruded and formed into a cylindrical shape having a diameter of 25 mm and a height of 50 mm.
(炭化工程)
上記成形工程で形成した成形体及び無灰炭を窒素雰囲気中で炭化した。炭化処理の条件としては、炭化処理温度を1000℃、常温から炭化温度までの昇温速度を1℃/分とした。
(Carbonization process)
The molded body and ashless coal formed in the molding step were carbonized in a nitrogen atmosphere. As the conditions for the carbonization treatment, the carbonization temperature was 1000 ° C., and the rate of temperature increase from room temperature to the carbonization temperature was 1 ° C./min.
実施例1〜4の炭素材料は、比較例の炭素材料と比較して、上記成形工程において成形した形状からの変形及び寸法変化が小さく、高い寸法精度が得られることが確認された。 It was confirmed that the carbon materials of Examples 1 to 4 were small in deformation and dimensional change from the shape molded in the molding step and higher in dimensional accuracy than the carbon material of the comparative example.
本発明の炭素材料の製造方法は、特に寸法精度が要求される炭素材料の製造に好適に適用される。また、本発明の炭素材料は、寸法精度が要求される例えば電気部品、構造部品等として好適に使用される。 The method for producing a carbon material of the present invention is suitably applied to the production of a carbon material that requires particularly dimensional accuracy. In addition, the carbon material of the present invention is suitably used as, for example, an electrical component or a structural component that requires dimensional accuracy.
S1 無灰炭形成工程
S2 分離工程
S3 熱処理工程
S4 配合工程
S5 成形工程
S6 炭化工程
S1 Ashless coal formation process S2 Separation process S3 Heat treatment process S4 Compounding process S5 Molding process S6 Carbonization process
Claims (3)
上記分離工程後に、上記不溶成分を400℃以上1000℃以下の温度で熱処理する工程と、
上記分離工程で得られた可溶成分及び上記熱処理工程で得られた不溶成分を配合する工程と、
この配合物を成形する工程と、
成形した配合物を炭化する工程と
を備える炭素材料の製造方法。 Separating ashless coal obtained from coal into soluble and insoluble components by solvent extraction treatment;
A step of heat-treating the insoluble component at a temperature of 400 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower after the separation step;
A step of blending the soluble component obtained in the separation step and the insoluble component obtained in the heat treatment step ;
Molding the compound,
And carbonizing the molded compound. A method for producing a carbon material.
上記骨材として無灰炭の溶剤抽出処理により分離した後に400℃以上1000℃以下の温度の熱処理した不溶成分を用い、上記バインダーとして無灰炭の溶剤抽出処理により得られる可溶成分を用いる炭素材料の製造方法。
A method for producing a carbon material formed by carbonizing an aggregate and a binder,
With heat-treated insoluble component temperatures 400 ° C. or higher 1000 ° C. or less after separation by solvent extraction treatment of ashless coal as the aggregate, used soluble component obtained by the solvent extraction process of ashless coal as the binder carbon Material manufacturing method.
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