JPH086092B2 - 高配向性ニ−ドルコ−クスの製造方法 - Google Patents

高配向性ニ−ドルコ−クスの製造方法

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JPH086092B2
JPH086092B2 JP9672887A JP9672887A JPH086092B2 JP H086092 B2 JPH086092 B2 JP H086092B2 JP 9672887 A JP9672887 A JP 9672887A JP 9672887 A JP9672887 A JP 9672887A JP H086092 B2 JPH086092 B2 JP H086092B2
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武治 大橋
隆 大山
勲 持田
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興亜石油株式会社
勲 持田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人造黒鉛電極の主原料であるニードルコー
クス(針状コークス)に関し、さらに詳しくは、熱膨脹
係数が極めて低く配向性のすぐれたニードルコークスを
製造する方法に関する。
〔発明の背景〕
製鋼用電気炉の電極等に用いられる黒鉛電極は、一般
に、ニードルコークスを骨材として、ピッチ等のバイン
ダーで捏合し、成形した後、焼成(必要に応じて含浸を
行う)および黒鉛化して製造される。そして、このよう
にして得られる黒鉛電極の性状は、主として原料ニード
ルコークスの性状に大きく依存する。
近年、電極の使用条件の苛酷化に伴い、人造黒鉛電極
用コークスとしては、諸種の特性のうちでも特に熱膨脹
係数(CTE)が低くしかも高密度のものが要求されるよ
うになって来ている。特にCTEは電極の特性として重要
であって、このCTEが大きいと電極使用時に電極中に亀
裂が発生し、破損の原因ともなるので、CTEはなるべく
小さいことが肝要である。
このようなCTEの小さい高品位コークスを製造する方
法については、従来種々の研究や提案がなされている。
従来提案されているこのような改良方法は、主として二
つに分類することができ、(イ)原料の精製、改質、混
合あるいはコークス化条件を選択することによって高品
質のグリーンコークスを製造しようとするもの、あるい
は(ロ)焼成時における焼成条件を調整することによっ
て、焼成コークスの品質を向上させる方法が知られてい
る。
たとえば、上記(イ)に属する方法としては、石油系
原料を用いて、接触分解、熱分解で得られる分解残油あ
るいは熱分解タールを主体としてこれに直留残さ油を適
量混合したものを原料にしてディレードコークス化法に
よってグリーンコークスを製造する方法が知られている
(特公昭33−4334号、特公昭35−18176号、特公昭48−1
44687号等)。
また、石炭系原料としては、コールタールから分離さ
れるコールタールピッチから各種溶媒を用いてキノリン
不溶成分(QI)を分離除去し、ディレードコークス化法
によってグリーンコークスを得る方法(特公昭52−7820
1号、特公昭52−28501号)ならびにコールタールピッチ
を水素化により改質し、良好な品質のグリーンコークス
を得る方法などが知られている(たとえば特公昭61−69
888号、特公昭60−149690号)。
一方、上記(ロ)に属する方法としては、グリーンコ
ークスを先ず通常のか焼温度より低い温度範囲でか焼
し、一旦冷却した後、再び通常のか焼温度範囲でか焼を
行う2段か焼法(特公昭53−35801号),ならびにか焼
時に水素や水蒸気を導入する方法が知られている(特公
昭61−34093号、特公昭61−14111号)。
しかしながら、上記の方法はいずれも、製品コークス
の性状の一層の向上化の点では必ずしも十分満足のいく
ものではなく、また製造工程や操作条件の設定ならびに
制御も比較的繁雑であるという問題がある。
〔発明の概要〕
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、簡
易な手段によって熱膨脹係数(CTE)が低くしかも配向
性にすぐれたニードルコークスを製造するための方法を
提供することを目的としている。
本発明者らは、ニードルコークスの光学的異方性組織
とCTEとの関係を定量的に解析した結果、コークスの配
向性が高いほどCTEが低下することを見出した。さらに
本発明者らは、重質油を加熱して重縮合反応を行わせる
ことによってコークス化が進行する段階において、メソ
フェースが形成される反応系から揮発分およびガスが発
生し、しかもこの生成ガスの発生量および発生時期が、
得られるコークスの性状に強く影響を与えることを見出
した。
本発明者らは上記得られた知見に基づいて、さらに反
応条件と得られるニードルコークスの特性との相関関係
について研究を重ねた結果、熱処理時においてメソフェ
ースが形成され反応系の粘度変化が特定の状態になった
時点(粘度が規定される)において反応系の環境圧力を
特定の速度範囲で低下させていくことによって、配向性
の著しくすぐれたニードルコークスを得ることができる
ことを見出した。
本発明に係る高配向性ニードルコークスの製造方法は
上記知見に基づいてなされたものであり、より詳しく
は、重質油を加熱して重縮合反応を行わせることによっ
てニードルコークスを製造する方法であって、前記重縮
合反応が進行する反応系の粘度が著しく増加し始める時
点において反応系の環境圧力を一定速度で低下させるこ
とを特徴としている。
〔発明の具体的説明〕
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明で用いる原料としては、石油の常圧残油、減圧
残油、接触分解のデカントオイル、熱分解タールなどの
石油系重質油、石炭タール、オイルサンド油などの炭化
水素重質油が用いられ得る。
本発明の方法においては、上記重質油を加熱して重縮
合反応を行なわせる段階において、反応条件を制御す
る。通常、上記重質油の加熱は、380〜550℃の温度範囲
において、圧力1〜50kg/cm2Gの条件で行われる。この
重縮合反応の過程においては、まず、反応系中にメソフ
ェース小球体が生成し、さらに熱処理の進行とともにこ
れが合体・成長し、その後低粘度のバルクメソフェース
が形成されて、最終的にグリーンコークスへと変化して
ゆく。本発明においては、上記重縮合反応が進行する反
応系の粘度が上昇し始める時点において該反応系の環境
圧力を適当な速度で低下させることを特徴としている。
本発明者らの研究によれば、重質油原料をまず最適温
度においてしかも高コークス化収率を与える比較的高い
圧力条件下において熱処理し、この熱処理段階において
生成するメソフェース小球体が合体・成長し、低粘度の
バルクメソフェースが高収率で生成し始めた時点におい
て、反応系の環境圧力を適当な速度で徐々に低下させる
ことによって、最終的に得られるニードルコークスの配
向性を著しく向上させることができることを見出したも
のである。この場合において、上記の圧力低下を開始す
る時点は、反応系内のキノリン不溶分の増加率が急激に
増大し始める時点が目安となり得る。すなわち、熱処理
の進行により反応系中のメソフェースの生成量は増大
し、さらにこれに応じてキノリン不溶分も徐々に増加し
始めるが、このキノリン不溶分は熱処理段階のある特定
の時点において急激に増加する現象が認められる。本発
明においては、このように反応系内のキノリン不溶分の
増加率が急激に増大し始める時点を目安として圧力を特
定の速度で低下させる。
本発明者らの知見によれば、上記操作の技術的意義を
次のように考えることができる。すなわち、熱処理の段
階において反応系内の圧力を低下させて系内で発生した
揮発分およびガスを徐々に抜くことによってガスの速度
に応じて系内に生成したメソフェースないしメソフェー
ス系(系内全体)にある種のテンションが加えられ、こ
のためガスの流出方向へのメソフェースの配向を一層促
進し、その結果配向性にすぐれたニードルコークスが形
成されるものと考えられる。
したがって、本発明の方法においては、この圧力低下
の開始時期と圧力低下速度が特に重要である。すなわち
反応系中において、メソフェース小球体は発生している
もののバルクメソフェースがまだ十分形成されていない
時期においては、圧力低下によって系内の分子が配向す
るに充分には成長しておらず、また一時的に配向しても
粘度が低いと、配向は維持されない。一方、生成したバ
ルクメソフェース全体にすでに多くのポアが発生するよ
うな熱処理の終了段階(炭化)では、メソフェース系の
粘度が高すぎるためもはや良好な配向効果は得られな
い。また、通常の場合、圧力低下によるメソフェースの
配向効果は、反応系の底部にはバルクメソフェースが形
成されているがその上部には数多くの合体したメソフェ
ース小球体がいまだ形成されつつあるような段階から反
応系全体にバルクメソフェーズが形成された直後の段階
の間において特に良好な配向効果が得られる。このよう
な時期は反応系内のキノリン不溶分の増加率が急激に増
大する時点の状態であり、したがってメソフェース系の
粘度が急激に上昇し始める時期と考えられる。
上記時点における反応系の圧力の低下速度は、1〜7k
g/cm2G・分の範囲が好ましい。圧力低下速度が1kg/cm2G
・分未満では速度が小さすぎるためガス発生を加速でき
ず十分良好な配向効果は得られない。一方、低下速度が
7kg/cm2G・分近傍においては圧力低下に伴うガス流出方
向へのメソフェースの配向性は著しく向上することが認
められるが、逆に低下速度が7kg/cm2G・分を越える範囲
においてはガス流が乱れ配向が乱され、かつコークス中
のポアがいきおい増大してコークス密度を低下させる要
因となるので好ましくない。
ところで、熱処理における加熱温度、圧力条件は、用
いる原料の種類、性状に応じて最適条件が存在し、この
最適コークス化条件において上記の圧力低下操作を行う
ことが最も望ましいが、後述する実施例によっても明ら
かなように、採用する加熱温度、圧力によって上記圧力
低下条件が異なることにも留意されるべきである。すな
わち、一般に反応系の圧力を一定にした場合、加熱温度
が高くなる程、系内のキノリン不溶分が急増し始める時
期(粘度が上昇し始める時期)が早まるという傾向が認
められる(第1図参照)。さらに、加熱温度が一定の場
合においては、反応系の圧力は高い程、上記の粘度上昇
時期が遅くなる傾向が認められる。いずれにしても、反
応系内のキノリン不溶分が急増し始める時点(メソフェ
ース系の粘度が上昇し始める時点)において上記の速度
範囲で反応系の圧力を低下させることによって生成する
ニードルコークスの配向性を著しく向上させることがで
きるが、使用する原料に最も適した加熱温度ならびに初
期圧力を選択することによって本発明は最大の効果を得
ることができる。
上記本発明の工程を経て得られた高配向性ニードルコ
ークスは、必要に応じて、常法に従って焼成されて黒鉛
電極などの炭素材用原料として使用に供される。
以下、本発明を、実施例に基づいて更に具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例の記載に制限されるも
のではない。
製造例I 石油系重質油40gを内径20mmのステンレス製反応器(T
UBE BOMB)に入れ、温度460℃に保持した砂浴に挿入し
た。反応系の昇温速度は250℃/minとした。
反応系の圧力は封入窒素及びニードル弁による反応器
上部からの脱気により調整した。所定時間加熱処理した
後、グリーンコークスを塊状で回収し、偏光顕微鏡によ
り光学組織を観察し、モンタージュ写真を作成した。
また、生成したグリーンコークスを1,000℃、2時間
でか焼し、CTEを測定した。使用した原料の性状を下記
第1表に示す。
上記原料からのコークスの製造工程において、加熱温
度、圧力低下条件を変えた場合の得られるコークスの配
向性ならびにCTE値を調べた。この場合の反応系の初期
圧力は、いずれも15kg/cm2・Gであり、加熱時間は合計
6時間である。結果を下記第2表および第3表に示す。第2表 (圧力低下を行なわなかった場合) 加熱温度 CTE(×10-6/℃) 例1 480℃ 1.3 例2 500℃ 1.7 例3 460℃ 1.2 但し、CTEの測定は、室温→500℃において行なった。
また、上記原料における、加熱温度を各々変えた場合
における加熱温度に対する原料成分の組成の変化は第1
図(A)、(B)、(C)に示す通りである。本図にお
いて、(A)は加熱温度500℃、(B)は480℃、そして
(C)は460℃であり、また圧力は15kg/cm2Gの一定とし
た。
第2図(A)は、上記例3で得られたニードルコーク
スの組織の写真であり、第2図(B)は、上記例6の場
合の写真である。例6の場合の方が、コークスの配向性
がすぐれていることがわかる。
製造例II 製造例Iと同一の装置、原料を用いた。加熱温度460
℃での熱処理開始後2時間の時点で圧力を15kg/cm2Gか
ら7kg/cm2Gに3kg/cm2G・分の速度で低下させて得たコー
クス(例7)は、7kg/cm2Gの圧力のままで(圧力低下し
ない)6時間炭化して得たコークス(例8)と同様な性
状であった。
一方、加熱開始後3時間の時点で圧力を15kg/cm2Gか
ら7kg/cm2Gにまで3kg/cm2G・分の速度で低下させて得た
コークス(例9)は、15kg/cm2Gの圧力のままで6時間
炭化して得たコークス(製造例Iの例1〜3)と同様な
性状であり、双方(例7,9)とも製造例Iの例4〜6の
コークスの性状には及ばなかった。
第3図(A)は、上記例7のコークス、同(B)は上
記例8のコークス、同(C)は上記例9のコークスの各
々の組織の写真である。
製造例III 製造例Iと同一の装置、原料を用いて圧力を低下させ
る速度が与えるコークス性状への影響を調べた。この場
合、圧力低下速度を変えた以外は例6と同一条件で行っ
た。
降圧速度を7kg/cm2G・分として得たコークス(例10)
の配向性は、著しく向上したものの、コークス内には大
きなポアが多数存在した。一方、降圧速度が1kg/cm2G・
分では、得られたコークス(例11)の配向性への効果が
あまり認められず、製造例Iでの降圧速度3kg/cm2G・分
で得たコークス性状(例6)には及ばなかった。
第4図(A)は上記例10の場合、同(B)は上記例11
の場合の各々の組織の写真である。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)および(C)は各々重質油を熱処
理した場合の含有成分の組成変化を示すグラフ、第2図
〜第4図は各々本発明の実施例(比較例を含む)で得ら
れたコークスの組織の顕微鏡写真である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重質油を加熱して重縮合反応を行わせるこ
    とによってニードルコークスを製造する方法であって、
    前記重縮合反応が進行する反応系の粘度が増大し始める
    時点において反応系の環境圧力を低下させることを特徴
    とする、高配向性ニードルコークスの製造方法。
  2. 【請求項2】前記圧力の低下を、1〜7kg/cm2G・分の速
    度で行う、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 【請求項3】反応系内のキノリン不溶分の増加率が急激
    に増大し始める時点において圧力の低下を開始する、特
    許請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。
JP9672887A 1987-04-20 1987-04-20 高配向性ニ−ドルコ−クスの製造方法 Expired - Lifetime JPH086092B2 (ja)

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CN104560081B (zh) * 2013-10-22 2017-03-22 中国石油化工股份有限公司 一种釜式焦化生产针状焦的方法

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