JPS59155495A - 石炭の液化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭の液化方法に関する。さらに詳しくは石炭
を加熱して液化するに際し、特定の触媒を共存させるこ
とによって好適な液化物を得る方法に関する。

石炭を粉砕して加熱し、必要に応じて水素を加えて、ガ
ス及び固形物を含む液化物を得る方法は長年研究され、
多くの技術が知られている。近年、燃料油資源等の問題
や化学品の多様化から、石炭の液化開発は非常に盛んで
あり、多くの新しい技術が開発されつつある。

しかし良質の燃料油やガソリン、或いは化学原料油を効
率良く得るためには、まだ多くの問題点もかかえている
。例えば、高価な触媒又は公害上望ましくない触媒の添
加が必要であったり、石炭を液化する時に要する水素が
多量であったり１反応中に炭化物が生成したりすること
である。

なかでも石炭反応器中の反応条件、特にそのうち触媒の
選択は、液化油の品質を決めるための重要な因子の７つ
である。このためその化学種や物理的形状をかえた多種
の触媒が、添加方法も含めて開発さに託きた。

従来公知である石炭液化の触媒は非常に多いが代表的な
ものとして、塩化物では塩化亜鉛、塩化スズ、塩化アル
ミ、塩化ニッケル、塩化鉄等が、硫化物では、硫化スズ
、硫化モリブデン、硫化鉛、硫化銅、硫化亜鉛、硫化ニ
ッケル、硫化鉄等が、酸化物では、酸化ニッケル、シリ
カ、アルミナ、酸化鉄、酸化コバルト、酸化チタン等が
あり、またそれらの混合物もしくは赤泥や鉱石などの使
用が知られている。

以上の触媒群を大別すると、３群にわけられる。

第１群は塩化物系で、石炭液化の反応性（二すぐれた触
媒効果を示す。中でも扁濃度で用ｌ／）る溶融塩法など
において、軽質油の生成に富み、発生ガス量が少く、良
好な液化成績を示すことが報告されている。しかしなが
ら末法を実用化していくうえでは、塩化水素ガスが共存
することから、装置材質上大きな制約を受ける。

第二群は、重質油水添などによく使われるＣ０ｌＭｏ　
、Ｎｉ　、　Ｗなどの高価な金属群であ乞。これらの触
媒は、水素化活性は高いが被毒を受けやすく、触媒寿命
が短いという欠点をもつ。又触媒が高価であるために、
Ｈ７Ｃｏａｌ法の沸騰床の如く、触媒を反応器内にとど
める工夫あるいはＤｏｗ法の如く、触媒を非常に低濃度
で使い、かつ大半を再使用循環するプロセス等が提案さ
れている。しかじなカーらいずれも未だ完成の域（＝達
していない。

第三群は鉄化合物である。これは安価で使し）捨て触媒
として使用される場合が多い。使用されている鉄化合物
の種類も多いが、中でも水酸化鉄、赤泥、鉄鉱石、硫酸
鉄等が代表的である。これら　　　゛の鉄化合物は、硫
黄が共存すると活性カー飛躍的（二増大する。従′つて
硫黄含有量の少り１石炭電二おり１ては、硫黄を添加し
て使用する事も提案されてＵ・る。

本発明者らは、この鉄系触媒と硫黄の触媒作用について
鋭意研究を進めたところ、当初（二触媒として鉄化合物
と硫黄を組み合わせたものよ＆〕も、一度石炭液化反応
を終了した残渣から、触媒である鉄化合物を回収し、再
使用す、る場合の方力１常（−安定して高い触媒活性、
すなわち軽質油（二とみ、アスファルテン分が少く、か
つガス発生量も＆よとんど増加しない液化反応特性を示
す事を見出した。

これらの知見から、すでに触媒を回収し再使用する′プ
ロセスについて種々提案してきたカー、さら（二当初よ
り安定して高活性を示す触媒の開発を進めた結果、後述
するようＣ二あらかじめ硫化処理した触媒が所期の目的
を達成することを発見し、本発明をなすに至った。

即ち本発明は、石炭を加熱し、水素を用いもしくは用い
ずして液化するに際し、鉄化合物を硫化水素含有ガスで
３００℃以上７θＯ′Ｃ以下の温度において反応処理し
たものを触媒として使用することを特徴とする石炭の液
化方法を提供するものであり、特に好ましい実施態様と
しては、使用する触媒が５θμ以下の粒径のものである
ことを特徴とする石炭液化法を提供する。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明で用いる鉄化合物とは、酸化鉄、硫酸鉄、塩化鉄
等の無機酸と鉄からなる°塩類、シュウ酸鉄、クエン酸
鉄などの有機酸と鉄からなる塩類、フェロシアン鉄など
の錯化合物類等をいう。又これら鉄化合物は純粋なもの
である必要はなく、赤鉄鉱、褐鉄鉱、黄鉄鉱などの鉄鉱
石のような混合物でもヨく、何種類かの鉄化合物あるい
はその他の物質との混合物でも良い。中でも本発明を実
施する上での原料としては硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、シ
ュウ酸第−鉄、シュウ酸第二鉄アンモニウム、硫酸鉄ア
ンモニウム、硫化鉄等が望ましい。

鉄化合物を硫化処理する場合は、あらかじめこれを粉砕
しておく方が良い。望ましくは７．５′θμ以下、理想
的にはｊＯμ以下にすることが良いが、これに限定され
るものではない。

次に本発明でいう硫化水素含有ガスとは、／チ以上の硫
化水素を含有す゛るガスをいい、共存すてるガスとして
は水素、窒素、不活性ガスがよいが、酸素や塩素などの
ガスはできるだけ制限すべきである。この他有機系のガ
ス、−酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気などは／θ係以下
の含有であれば問題ないが、できうる限り低濃度の方が
望ましい。

硫化水素含有ガス中の硫化水素濃度は先にも示したよう
に／憾以上であればよいが、これは反応速度上の理由に
よるものである。

鉄化合物と硫化水素含有ガスを反応処理する場合、両者
を容器中に密閉して反応しても良いし、両者あるい°は
片方を連続的に供給しながら反応しても良い。鉄化合物
はたとえばスクリューフィーダーやロータリーキルン等
で攪拌搬送しつつ、あるいはベルトコンベア一式で静置
したまま反応させても良い。より効率的には攪拌しつつ
反応させるのが良い。

反応温度は３θθ℃未満では、鉄化合物の硫化が進まず
、又７θ０℃より高くなると鉄が十分に硫化した形態を
とりえないため一３０θ℃以上７θθ℃以下が適してい
る。

反応時間は反応温度及び原料である鉄化合物の種類によ
っても異るが、数分程度あるいはそれ以上が好ましい。

このようにして硫化処理した化合物は、Ｘ線回折的には
ほぼ等軸晶系のＦｅＳ２の構造をとり、０．／〜夕θμ
とくにθ、／〜／θμに粒径分布を多くもった微粒の黒
灰色の硫化鉄である。

本発明は以上の方法で調製した触媒を用いて石炭の液化
を行うものであるが、以下さらに詳細に説明する。

本発明で言う石炭とは、無煙炭、歴青炭、亜歴青炭、か
つ炭、泥炭等を言う。本発明に使用する石炭としては、
歴青炭、亜歴青炭、かつ炭がより好ましい。

石炭の加熱は通常３５０℃以上♂θＯ℃以下で行なわれ
る。温度が低いと液化速度が遅く、温度が高いと炭化物
やガスが増大する。グθθ℃以上ｊ０θ℃以下が最も好
ましい。

本発明では水素を用いずとも、たとえばあらかじめ水添
した溶媒などを用いて液化する方法も可能であるが１条
件によっては液化率が向上しない。

従って水素の存在下で液化反応を行うのが通常で、その
際できるだけ純度の高いものを使用するのが望ましい。

また水素の反応時の圧力は、１０Ｋ−以上が好ましく１
０θ〜３θＯＫｇＡが最適である。水素の反応は複雑で
、石炭の横進、混合するスラリー化溶媒等によって適当
な圧力が選ばれる。

本発明で液化とは石炭の大部分を、沸点が常圧換算で常
温（約、２０℃）以上り００℃以下の液にすることをい
うが、一部高沸点の化合物、ロー状物、ペースト状物が
含まれていてもよい。従って本発明で液化物とは、これ
らのものを含んだ混合物を指す。

石炭を液化する場合に、溶媒は添加してもしなくても良
いが、一般的には石炭に対して重量比率で７００〜９０
０％溶媒を添加して運転する。

ここで使用する好ましい溶媒は、石炭の液化油又は液化
油を水添した油であり、又芳香族炭化水素、脂肪族炭化
水素、酸性油、塩基性油、硫黄化合物等が使用される。

又これらを含むクレオソート油、アントラセン油等の混
合油、石油留分等も使用し得る。溶媒の沸点は、常圧下
７５０℃以上、乙ＯＯ℃迄の範囲のものが良い。

さらに石炭液化反応の際の触媒の添加量は、石炭に対す
る重量比率で０．０／係から３θ係までいずれでも良い
が、／〜２θ係が最も望ましい。

また本発明の触媒は懸濁状態で反応に用いられる。反応
は回分式でも連続式でも実施でき、工業的には触媒と石
炭と浴剤とを混合し、水素加圧上予熱して槽型或いは気
泡塔のような略式の反応器に連続的に送入し、連続的に
抜き出し、ガスと油分と不溶成分に分離し、必要なら油
分の一部な循環溶剤としてリサイクルし、かつ不溶成分
中から触媒を分離回収して再使用することもできる。

なお１本発明の触媒を用いて石炭の液化反応を行うと、
常圧で沸点３θθ℃以下の軽質油分の取得量が増大し、
逆にアスファルテン及びプレアスファルテンの檄が減少
する。一方、ガスの発生量はほとんど増大しない。

本発明は鉄の硫化物の調製方法に特色があり、天然の鉄
の硫化物である黄鉄鉱、白鉄鉱、磁硫鉄鉱などと比較す
ると、Ｘ線回折等によっては同じようなパターンを示す
ものもあるが、実施例でも示すように石炭の液化反応に
かかわる触媒の活性は、本発明≦二よる調製触媒の方が
数段高い。この理由の詳細は不明であるが、おそらく表
面積や表面の状態に由来するものではないかと推定され
る。

ちなみに天然の黄鉄鉱の＝００メツシュ以下の粉砕物の
表面積はθ、／〜ｊ硝々、多くても７０４１以下である
のに対し、本発明方法で調製した触媒は３θ〜２θＯ→
４である。又本発明で調製した触媒の多くは粒径θ、／
〜１０μと小さく、大きくても夕θμ以下である。

又２本発明の触媒による石炭液化反応は、一般の鉄化合
物を触媒とする時と異り、硫黄を別途添加する必要はな
い。

以下、実施例をあげて本発明を更に具体的に説明するが
１本発明はこれら実施例に制限されるものではない。

実施例／ ３２タメツシユパスの粉末状硫酸第一鉄を、石英ガラス
反応管中に静置した磁性の容器中に入れ、電気炉にセッ
トし、窒素ガスを流通し、徐々に水分を蒸発させなから
グθ０℃まで温度を上げた。

だの後窒素ガスを硫化水素ガスにきりかえて温度を５０
０℃にセットし、３０分間反応せしめ７”こ後、再度ガ
スを窒素ガスにきりかえて冷却し、反応物を取出した。

以上と同様な方法で、原料として、硫酸第二鉄、ブラジ
ルのイタビラ鉄鉱石（赤鉄鉱）を用いて調製した触媒と
、その他の代表的な鉄系触媒との石炭液化反応結果を比
較したのが第７図である。

第１図は、θ、夕ｔのオートクレーブで活性の評価ケ行
ったものである。石炭としてはイリノイ煮乙炭を用い、
水素仕込圧ざθ駆佃（反応温度での圧力は約／　、ｔ　
ＯＫｅ／ｄ＝　）、反応時間３０分、反応温度グ乙θ℃
で液化反応を行った。なお触媒量は、無水無灰炭あたり
鉄重量で／θ重ｔｓ使用した。

溶媒には、脱晶アントラセン油を用い、無水無灰炭に対
し重量にしてコ倍量を加えた。

第１図の横軸はへキチン可溶分抽の全油に対する重量分
率であって、水添度合を示す尺度と考えることができる
。ここで全油とは、〜キサン可溶分抽とアスファルテン
及びプレアスファルテンの総重量をいう。又、縦軸は生
成軽質油の仕込無水無灰炭に対する′重量分率を示し、
水素化分解の度合を示す尺度と見なされる。ここでいう
軽質油とはへキチン等のＣ夕以上の物質であって、かつ
常圧の沸点３・００℃以下のものをいう。

この図は液化が軽質化の方向に進むと石上りとなり、結
果的に触媒の活性化の尺゛度となりうる。

図において■、■、■、■および■は、それぞれ下記の
触媒を用いた反応の結果を示すものである。

■：鉱物パイライト ■：電解鉄粉十硫黄 ■；本発明方法による調製触媒 （原料；硫酸第一鉄） ■；同　上 （原料：硫酸第二鉄） ■；同　上 （原料；ブラジル鉄鉱石）゛ 上記■の鉱物パイライトとは、岡山県の棚原鉱市″産出
のパイライトを２０θメツシユ以下に粉砕したものであ
る。■の電解鉄粉とは、市販の電解鉄粉であり、３２タ
メツシ・ユ以下のものである。

この時添加した硫黄の量は、鉄と等モルである。

第７図で明白なことは、■、■および■の調製触媒が、
■の鉱物パイライトや、■の電解鉄粉と硫黄の触媒に比
較して、水添度合及び水素化分解度合の何れも高く、す
ぐれた活性を示している事である。

これらの各種の触媒の粒径分布を示したのが第２図であ
る。調製触媒が非常に微粒であるのは一目瞭然である。

実施例λ 実施例／と同様の方法で硫酸第１鉄を原料として調製し
た触媒と豪州褐炭を用い、Ｏ，，５′ｔのオートクレー
ブで液化実験を行ろた。

水素の仕込圧は／乙θ秘侵、反応温度はｇｇθ℃、反応
時間は１０分である。触媒の添加量は無水無灰炭重量に
対し、鉄重量として／θ係である。

溶剤は脱晶アントラセン油を用い、無水無灰炭に対し、
２倍重量部を用いた。

以上の条件で実験を行った結果を第１表お゛よび第３図
に示す。

第７表 第３図の符号の意味は下記の通りである。

０．Ｇ、：有機ガス Ｎ−ｏｉｌ　；　（！υ〜ｂ、ｐコθＯ℃のオイルＦ−
／　　：ｂ、ｐＪθθ℃〜３０θ℃のオイルＦ−２：ｂ
、ｐ３０θ℃〜３グ０℃のオイルＨ−ｏｉ１　　；　ｂ
、ｐ　３　’ｌ　０℃以上でかツヘキサン可溶分 Ａ；アスファルテン及びプレアスファルテンでヘキサン
不溶分でかつＴＨＦ 可溶分 Ｃ；有機物でかつＴＨＦ可醪分 Ｂ、　Ｇ、　；　Ｂｙ　−ｇａｓ この結果から、有機ガスの発生量はそれ程増大せずに、
Ｎオイル及びＦ−／オイル等の軽Ｉｔ　油の生成量が増
大し、アスファルテン及びプレアスファルテンが激減す
るという理想的な触媒活性を、本発明調製触媒が示して
いる事がわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例／における本発明による触媒とその他
の代表的触媒について、石炭液化反応の結果を図示した
ものである。 第２図は上記触媒の粒径分布を図示したものである。 第３図は、実施例コにおける石炭液化生成物組成につい
て、本発明による触媒を用いた場合と、他の触媒を用い
た場合との比較を図示したものである。 特許出願人　旭化成工業株式会社 第１図 １０　２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　９
０　１００ヘキゾシ■：容分泪し４発；Ｅｌｌ？　　（
％）第２図 粒径（Ｐｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　石炭を加熱し、水素を用いもしくは用いずし
   て液化するに際し、鉄化合物を硫化水素含有ガスで３０
   ０℃以上７θθ℃以下の温度において反応処理したもの
   を触媒として使用することを特徴とする石炭の液化方法
2. （２）使用する触媒の粒径がＳＯμ以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の石炭の液化方法