JPH0320434B2 - - Google Patents

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JPH0320434B2
JPH0320434B2 JP57230116A JP23011682A JPH0320434B2 JP H0320434 B2 JPH0320434 B2 JP H0320434B2 JP 57230116 A JP57230116 A JP 57230116A JP 23011682 A JP23011682 A JP 23011682A JP H0320434 B2 JPH0320434 B2 JP H0320434B2
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hydrogenation
oil
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Toyohiro Maeda
Koji Murase
Shigeji Mizutori
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ピツチの製造方法に関し、更に詳し
くは石炭系の重質分(ピツチ、重質油等)を原料
とする、炭素繊維、炭素系セラミツクス等の炭素
材料の製造原料として特に好適なピツチの製造方
法に関する。
炭素繊維等の製造原料となるピツチの製造方法
としては、種々のものが提案されているが、これ
等は未だ改善の余地を残している。例えば、特開
昭50−89635号に開示されたピツチの熱改質によ
る重縮合物は、溶剤に不溶で融点が高い為、溶融
紡糸性に劣る。原料ピツチを触媒の存在下水添処
理した後、熱処理して重縮合物を得る方法も知ら
れているが、この方法では水添触媒の除去が困難
であり、得られた重縮合物は、やはり溶融紡糸性
に劣る。
本発明者は、上記の如き従来法の問題点に留意
しつつ研究を重ねた結果、原料となる重質分を水
添処理した後、留出油の存在下に該水添反応生成
物を熱処理するか或いは予め水添処理した留出油
と重質分との混合物を熱処理する場合には、流動
性に優れたキノリン可溶分が多く、主としてトル
エン不溶分からなる重縮合物が得られること、得
られた重縮合物を主成分とするピツチ(熱処理ピ
ツチ)は紡糸性に優れていて、引張強度、弾性率
等の各種物性に優れた炭素繊維を形成し得ること
等を見出した。
ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
程、 (ハ) 水素添加反応物に重質油を混合する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
る工程、および (ホ) 水素化処理及び熱処理工程により得られた反
応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピツ
チを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。
ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
程、 (ハ) 水素添加反応物にピツチを混合する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
る工程、および (ホ) 水素化処理及び熱処理工程により得られた反
応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピツ
チを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。
ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
程、 (ハ) 水素添加反応物にピツチおよび留出油を混合
する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
る工程、および (ホ) 水素化処理及び熱処理工程により得られた反
応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピツ
チを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。
尚、本願においては、重質油、ピツチ及び留出
油とは、以下に示す物性を備えたものをいう。
(a) 重質油 沸点350℃以上の留分を40重量%以上含み、沸
点400℃以下の留分が20重量%以上であり、且つ
固定炭素が15重量%以上であつて、軟化点が常温
以下である石炭系重質油を意味する。コールター
ル、石炭液化油、これらの改質物等が例示され
る。
(b) ピツチ 沸点350℃以上の残渣分を60重量%以上含み、
固定炭素が30重量%以上であつて、軟化点が常温
以上である石炭系ピツチを意味する。上記(a)の重
質油の常圧又は減圧蒸留残渣が例示される。
(c) 留出油 沸点200〜550℃の油を言い、250〜400℃の油が
より好ましい。より具体的には、コールタール留
出油が挙げられる。
尚、本発明において、熱処理に供される原料中
のQI含量は出来るだけ少ないことが望ましい。
QIが1%以上の多量の場合には、過、遠心分
離等の方法により、これを1%未満とするのが良
い。
本発明は、複数の態様を包含するので、夫々の
態様毎に詳細に説明するものとする。
(1) 留出油を水添処理した後、これを重質油と混
合し、該混合物を熱処理する: 留出油の水添条件は、通常の水添処理とそれ
と特に異なるところはない。一般に、Ni/
Mo/Al2O3、Co/Mo/Al2O3、Ni/W/
Al2O3およびその予備硫化物、第族遷移金属
およびその化合物ならびにその混合物、赤泥、
鉄鋼石などの鉄系触媒およびそれらと硫黄また
はその他の金属との組み合わせなどの水添触媒
の存在下水素圧10〜200Kg/cm2程度、温度350〜
440℃程度、時間0.3〜5時間程度の条件で処理
するのが良い。水添の程度は、NMRにより求
めた水添前の留出油の芳香族炭素分率と水添後
の芳香族炭素分率との差Δfaが0.01〜0.35、よ
り好ましくは0.02〜0.20程度となるようにする
ことが望ましい。その他の水添方法としてはバ
ーチ還元も利用できる。水添反応終了後、
過、沈降、延伸分離などの公知の方法により触
媒の分離除去を行なう。次いで、かくして得ら
れた水添された留出油(これは、重質油に対す
る水素添加機能を有するので、以下水素添加剤
ということがある)を重質油と混合し、該混合
物を熱処理する。重質油と水素添加剤との混合
割合は、前者100重量部に対して後者10〜200重
量部程度、より好ましくは20〜150重量部程度
とする。熱処理条件は、重質油の性状、水素添
加剤製造時の反応条件などにより変わり得る
が、温度380〜450℃程度、時間0.5〜20時間程
度とするのが良い。圧力条件は、減圧、常圧お
よび加圧のいずれであつても良い。この加熱に
より、水素添加剤による重質油の水添処理と熱
処理とが同時に行われるので、工程が簡略化さ
れ、省エネルギーが達成される。
次いで、得られた水素化および熱処理反応生
成物から静置分離などにより析出してくる主と
してTI成分からなる重縮合物を主成分とする
ピツチを得る。
また、水素化および熱処理反応条件(温度、
時間など)を上記の範囲内でコーキングを生じ
ない程度に苛酷なものとすることにより、分離
操作を必要とすることなく目的のピツチを得る
こともできる。
このようにして得られる本発明による熱処理
ピツチは、トルエン不溶分TI80%以上、キノ
リン不溶分QI70%未満、β−レジンTI−QI10
%以上という性状を示し、炭素繊維製造時の紡
糸性に優れ、繊維強度に優れた炭素繊維の製造
を可能とする。この様な性状および優れた特性
は、以下の態様により得られる本発明ピツチに
おいても、同様に発揮される。
なお、水添触媒の分離、熱処理及び水素化処
理後の分離工程などは、全て同じなので、以下
の態様(2)および(3)の説明においては、省略す
る。
(2) 上記(1)と同様にして留出油から調製した水素
添加剤をピツチに混合し、該混合物を加熱して
水素化および熱処理反応に供する: ピツチと水素添加剤との混合割合は、前者
100重量部に対して後者10〜300重量部程度、よ
り好ましくは20〜200重量部程度とする。水素
化および熱処理条件は、上記(1)の場合と同様で
ある。
(3) 上記(1)と同様にして留出油ら調製した水素添
加剤をピツチおよび重質油に混合し、該混合物
を水素化および熱処理反応に供する: ピツチと重質油の混合物と水素添加剤との混
合割合は、前者100重量部に対して後者10〜200
重量部程度、より好ましくは20〜150重量部程
度とする。水素化および熱処理条件は、上記(1)
の場合と同様である。
本発明によれば、以下の如き顕著な効果が達成
される。
(イ) 溶融流動性に優れ、QS含量が多い熱処理ピ
ツチが得られる。
(ロ) 得られた熱処理ピツチは、紡糸性に優れてお
り、繊維強度に優れた炭素繊維の有用な製造原
料となる。
(ハ) 水添触媒の分離回収が容易であり、又、水添
処理時にカーボンの吸着量が少ないので、触媒
寿命が延長される。これは、特に前記態様(iii)、
(iv)及び(v)の場合に顕著である。
(ニ) TIを主成分とする重縮合物とその他の成分
からなる液相の分離が実質的に完全に行なわれ
るので、得られる熱処理ピツチの紡糸が容易と
なる。
(ホ) 該熱処理ピツチは、成型性にも優れているの
で、炭素系セラミクスの製造原料としても有用
である。
(ヘ) 水素添加剤と原料(重質および/またはピツ
チ)との混合物の加熱により、原料の水素化処
理と熱処理とが同時に行われるので、工程が簡
略化されるとともに、エネルギーが大巾に節減
が達成される。
なお、以下の実施例及び比較例においては、下
記第1表に示す性状を有する高炉コークス炉から
の一次QI除去タールを使用した。
また、以下の実施例及び比較例において、得ら
れたピツチの紡糸性は、紡糸ピツチ径と連続紡糸
可能時間とに関連して以下の基準で評価した。
(A) 紡糸ピツチ径12μm以下で1分間以上の連続
紡糸可能。
(B) 紡糸ピツチ径12μm以上で1分間以上の連続
紡糸可能。
(C) 紡糸ピツチ径12μm以上で1分間未満の連続
紡糸可能。
第1表 芳香族炭素分率(fa) 0.95 QI 0% TI 7.4% C/H(原子比) 1.42 沸点450℃以上留分 59.7% 沸点350℃以上留分 73.0% 実施例 1〜3 5%留出温度300℃、50%留出温度360℃、fa=
0.97の重アントラセン油を該油重量の7%のNi/
Mo/Al2O3触媒の存在下水素圧20Kg/cm2、温度
380℃で3時間水添処理することにより、5%留
出温度280℃、50%留出温度350℃、fa=0.93の水
素化重アントラセン油を得た。
次いで、得られた水添重アントラセン油と第1
表に示す性状を有する一次QI除去タールを所定
の割合で混合し、熱処理を行なつた後、静置分離
により熱処理ピツチを得た。
次いで、熱処理ピツチを330℃で溶融し、繊維
状に成形した後、室温から250℃まで4℃/分の
昇温速度で昇温し、酸素中250℃で3時間不融化
処理した。次いで、不融化処理した成形体を窒素
雰囲気中1200℃で3時間焼成することにより炭素
繊維を得た。
水添重アントラセン油(以下水添油Aという)
と上記一次QI除去タール(以下タールBという)
との混合割合、熱処理条件、熱処理ピツチの性状
及び紡糸性、炭素繊維の強度等を以下に示す。
(i)実施例1:水添油A20重量部とタールB80重量
部との混合物を混合物1Kg当り5/分の窒素
を吹込みつつ温度420℃で3時間熱処理した後、
330℃で静置することにより熱処理ピツチを得
た。得られた熱処理ピツチの性状は、TI=88
%、QI=47%、C/H(原子比)=2.02であり、
収率はタール当り24%であつた。
得られた熱処理ピツチを溶融し、成型し、不
融化処理し、焼成することにより、径9μmの
炭素繊維を得た。該繊維の引張り強さは230
Kg/mm2であつた。又、本実施例で得られた熱処
理ピツチの紡糸性は、(A)であつた。
(ii)実施例2:水添油A40重量部とタールB60重量
部との混合物を混合物1Kg当り5/分の窒素
を吹込みつつ温度420℃で3.5時間熱処理した
後、330℃で静置することにより熱処理ピツチ
を分離した。得られた熱処理ピツチの性状は、
TI=81%、QI=39%、C/H(原子比)=2.03
であり、収率はタール当り23%であつた。
得られた熱処理ピツチから径8μmの炭素繊
維を製造した。該炭素繊維の引張り強さは、
240Kg/mm2であつた。又、該熱処理ピツチの紡
糸性は(A)であつた。
(iii)実施例3:水添油A60重量部とタールB40重量
部との混合物を混合物1Kg当り5/分の窒素
を吹込みつつ温度420℃で3.5時間熱処理した
後、330℃で静置することにより、重縮合物を
液相から分離取得した。得られた熱処理ピツチ
の性状は、TI=85%、QI43%、C/H(原子
比)=2.03であり、収率はタール当り25%であ
つた。
得られた熱処理ピツチを使用し、径8μmの
炭素繊維を製造した。該炭素繊維の引張り強さ
は235Kg/mm2であり、該ピツチの紡糸性は、(A)
であつた。
実施例 4 前記の水添油A20重量部とタールB80重量部と
からなる混合物を混合物1Kg当り5/分の窒素
を吹込みつつ温度420℃で3.5時間熱処理した。熱
処理物は、相分離しなかつたので、全体を熱処理
ピツチとした。該ピツチの性状は、TI=86%、
QI=36%、C/H(原子比)=2.03であり、タール
当りの収率は27%であつた。
得られた熱処理ピツチを使用して実施例1と同
様にして径10μm、引張り強さ233Kg/mm2の炭素
繊維を得た。
又、熱処理ピツチの紡糸性は、(A)であつた。
実施例 5 実施例1〜3で使用したと同様の重アントラセ
ン油を該重アントラセン油重量の7%のNi/
Mo/Al2O3触媒の存在下水素圧100Kg/cm2、温度
390℃で3時間水添処理することにより、5%留
出温度280℃、50%留出温度340℃、fa=0.75の水
素化重アントラセン油(以下水添油Cという)を
得た。
次いで、水添油C20重量部とタールB80重量部
との混合物を混合物1Kg当り5/分の窒素を吹
込みつつ温度420℃で3時間熱処理し、熱処理ピ
ツチを得た。得られた熱処理ピツチの性状は、
TI=81%、QI=38%、C/H(原子比)=2.01で
あり、収率はタール当り25%であつた。
得られた熱処理ピツチを実施例1と同様にして
溶融し、成型し、不融化処理し、焼成することに
より径8μm、引張り強度248Kg/mm2の炭素繊維を
得た。又、該熱処理ピツチの紡糸性は、(A)であつ
た。
実施例 6 5%留出温度235℃、50%留出温度260℃、fa=
0.95の吸収油を該吸収油重量の7%のNi/Mo/
Al2O3触媒の存在下に水素圧100Kg/cm2、温度380
℃で1時間水添処理することにより得た油から、
蒸留により250℃以下の留分を除去した。得られ
た水素化吸収油(以下水添油Dという)は、5%
留出温度250℃、50%留出温度290℃、fa=0.83と
いう性状を有していた。
次いで、水添油D20重量部とタールB80重量部
との混合物を該混合物1Kg当り5/分の窒素を
吹込みつつ温度420℃で4.0時間熱処理することに
より熱処理ピツチを得た。熱処理ピツチの性状
は、TI=83%、QI=39%、C/H(原子比)=
2.01であり、収率はタール当り28%であつた。。
得られたピツチを使用して、実施例1と同様の
操作により径9μmの炭素繊維を得た。該熱処理
ピツチの紡糸性は、(A)であり、炭素繊維の引張り
強度は228Kg/mm2であつた。
実施例 7 実施例1〜3で得た水添油A20重量部と下記第
2表に示す蒸留ピツチ80重量部との混合物を実施
例1と同様の条件下に熱処理することにより、
TI=89%、QI=51%、C/H(原子比)=2.06な
る熱処理ピツチを収率(蒸留ピツチ当り)51%で
得た。
蒸留ピツチは、第1表に示す一次QI除去ター
ルを蒸留することにより沸点450℃以下の留分を
除去し、第2表に示す性状のものを得た。
第2表 fa 0.95 QI 0% TI 17.1% 軟化点 88.1℃ C/H(原子比) 1.52 得られた熱処理ピツチを使用し、実施例1と同
様の操作を行なうことにより径10μmの炭素繊維
を得た。該熱処理ピツチの紡糸性は、(A)であり、
炭素繊維の引張り強度は、220Kg/mm2であつた。
実施例 9 水添油A40重量部と第2表に示すで得た蒸留ピ
ツチ60重量部との混合物を出発原料とする以外は
実施例7と同様の操作を行なつて、熱処理ピツチ
を得た。熱処理ピツチの収率はピツチ当り50%
で、TI=88%、QI=48%、C/H(原子比)=
2.07なる性状を有し、紡糸性は(A)であつた。
得られた熱処理ピツチから実施例1と同様にし
て製造した炭素繊維(径9μm)の引張り強度は、
233Kg/mm2であつた。
比較例 1 5%留出温度300℃、50%留出温度360℃、fa=
0.97の重アントラセン油20重量部と第2表に示す
蒸留ピツチ80重量部との混合物を出発原料とする
以外は実施例1と同様の条件下に熱処理すること
により、TI=82%、QI=53%、C/H(原子比)
=2.07なる熱処理ピツチを収率(蒸留ピツチ当
り)52%で得た。
得られた熱処理ピツチは、紡糸性が(B)であり、
又実施例1と同様にして得た炭素繊維の引張り強
さは145Kg/mm2であつた。。
水添処理を行なわない原料から得たピツチが、
炭素繊維製造原料とはなり得ないことが明らかで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
    程、 (ハ) 水素添加反応物に重質油を混合する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
    る工程、および (ホ) 水素化処理および熱処理工程により得られた
    反応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピ
    ツチを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。 2 ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
    程、 (ハ) 水素添加反応物にピツチを混合する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
    る工程、および (ホ) 水素化処理および熱処理工程により得られた
    反応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピ
    ツチを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。 3 ピツチの製造方法において、 (イ) 留出油を触媒の存在下に水素添加する工程、 (ロ) 水素添加反応物から触媒を分離除去する工
    程、 (ハ) 水素添加反応物にピツチおよび留出油を混合
    する工程、 (ニ) 得られた混合物を水素化処理しつつ熱処理す
    る工程、および (ホ) 水素化処理および熱処理工程により得られた
    反応生成物からトルエン不溶成分80%以上のピ
    ツチを回収する工程 を備えたことを特徴とするピツチの製造方法。
JP23011682A 1982-12-29 1982-12-29 ピツチの製造方法 Granted JPS59124988A (ja)

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