JPS5930887A - バルクメソフエ−ズの製造装置 - 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、有用な炭素質材料であるノ（ルクメソフェー
ズ（メソフェーズ凝集体）を重質油から連続的に製造す
るための装置に関する。

石油系重質油、石炭タール、オイルサンド油等の炭化水
素系重質油をａｏｏ　−ｓｏｏ℃で熱処理して炭化させ
る場合、その初期の段階において得られる熱処理ピッチ
中にはメソフェーズ球体と称する微小球晶体が生成する
。このメソフェーズ球体は特有の分子配列を有する液晶
体であシ、更に熱処理することによυ結晶性に富む炭化
物を与える炭素前駆体であるとともに、これ自身、化学
的、物理的活性に富むものであるから、上記熱処理ピッ
チから単離することにより（単離したメソフェーズ球体
は一般にメソカーボンマイクロビーズと呼称される）、
高品位の炭素材原料、炭素繊維原料、バインダー、吸着
剤など高付加価値を有する多方面への利用が期待されて
いる。

このようなメソフェーズ球体を単離するためには、従来
、分散媒体であるピッチ母相のみをキノリン、ピリジン
、アントラセン油等の芳香族油を用いて選択的に溶解し
、不溶分であるメソフェーズ球体を固−液分離によシ回
収する方法が提案されている。しかしながら、コークス
生成を避けつつ熱処理を進めるためには、熱処理ピッチ
中のメソフェーズ球体の含有量（ＪＩＳＫ；弘λｊによ
りキノリンネ溶分として定量される）は、高々／３重量
％程度までしか高められない。またメソフェーズ球体を
分離するために用いる溶剤は、熱処理ピッチの３０重量
倍あるいはそれ以上の量が必要となる。したがって、上
述の母相ピッチの選択溶解によフメソフェーズ球体を単
離する方法（以下、「溶剤分離法」ということがある）
においては、得られるメソフェーズ球体の２００重量倍
以上の溶剤が必要となり、生産性が極めて低くなるのは
やむを得ないとされていた。

これに対し、本発明者らは、成形材料としてのメソフェ
ーズは必ずしも小球体ではないことに着目し、メソフェ
ーズ球体含有ピッチに乱流状態を与えることによシメソ
７エーズ球体を合体させ凝集メンフェースとして沈降分
離させる方法を開発し、提案している（特願昭３６−１
３７ＩＪ号）。

本発明は、上記メソフェーズ球体の合体凝集による母相
ピッチからの分離促進の原理を応用して、長期間安定な
連続運転を行うだめの装置を提供することを目的とする
。

すなわち、本発明のバルクメソフェーズの製造装置は、
重質油を加熱処理してメンフェーズ球体を含有するピッ
チを形成するための熱処理槽と、熱処理槽から導入され
たピッチ中のメソフェーズ球体を凝集させて母相ピッチ
から分離するために熱処理槽の下方に配置された逆円錐
筒の分離槽と、熱処理槽内のメソフェーズ球体含有ピッ
チを分＝１槽に導入するための下降管と、分離槽内のメ
ソフェーズ球体を分離した母相ピッチを熱処理槽に導入
するための上昇管と、先端を上昇管内に挿入し他端を原
料供給ポンプと結合された原料供給配管と、からなシ、
下降管下端部を分離槽上部側壁にその接線方向に向けて
取付け、上昇管下端部を分離相中央部に挿入し且つ上昇
管の中間部には内径の狭小なのど部を設は該のど部近傍
に原料供給配管先端を位置させてなることを４守減とす
るものである。

以下、本発明を実施について図面を参照しつつ更に詳細
に説明する。

第１図は、本発明の実施例にがかるノ（ルクメソフェー
ズの製造装置の各部の概念的配置図である。

第１図を参照して、この装置は、基本的に、はぼ縦長円
筒状の熱処理槽／のほぼ直下に逆円錐筒状（サイクロン
形状）の分離槽λを配置し、これらを下降管３および上
昇管≠で連結してなる。下降管３および上昇管グの分離
器λへの取付は状況は、分離器−の平面図である第１図
に示す通りであり、下降管３の下端部３ａはほぼ水平と
しこれを分離器コの上部側壁接線方向に向けて取付ける
。また上昇管≠の下端部は分離器コの中央部に挿入され
る。上昇管≠は、第１図のＡ部拡大図である第３図に示
されるように、その中間部に内径の狭小なのど部≠８を
設け、且つそののど部≠ａの近傍には原料重質油供給配
管ｊの先端部！ａを位置させる。一方、供給配管ｊの他
端は、加熱器ｔ、ポンプ７を経由して原料タンクｒに至
る。

熱処理槽／内において、上昇管≠の上端は、上端を封止
した下向管体り内に収容され、この管体りはロッド１０
に固定され、パルプ／／によるロッド１０の上下により
上昇管弘上端部の開口面積を調節することにより上昇管
グを通しての流′ｋｋ制御が行われる。一方熱処理槽／
の底部にはまたピッチ抜出配管７．２が設けられ、これ
はｆｉ＋ｌｊ御弁／３全弁／３、ピッチタンク／弘へと
延長する。一方、熱処理槽／内の液面／Ｓは、ディスプ
レイスメント型の液面計／乙によυ検出され、その出力
により制御弁／３の開閉が行われる。一方、熱処理槽／
の上部空間には分解軽質油抜出配管１７が取り付けられ
、これは凝縮器／ざを経て軽質油タンク／９へ延長する
。

一方、分離器−の底部には、モータのによって駆動され
るギヤポンプ等の粘性流体移送用のポンプ２／が備えら
れ且つこれは配管コニによシメソフエーズ抜出タンクコ
３と連結される。

次に、上記の装置を用いて行うバルクメソフェーズの連
続的製造の概要について説明する。

石油の常圧残油、減圧残油、接触分解のデカントオイル
、熱分解タール等の石油系ｊＩｒ貞油あるいはコールタ
ール等の石炭系重質油からなる原料重質油は原料タンク
ｒ、原料供給ポンプ７を経て、加熱器乙に入り、ここで
反応温度あるいはこれを若干上回る温度まで加熱したの
ち、供給配管！おび上昇管グを経て分離器１からの母相
ピッチとともに熱処理槽／へ導入される。前述したよう
に、この際パルプ／／によるロッド１０の上下動により
下向管体りと上昇管グ上端部間での流動抵抗が変化し、
上昇管≠を通っての供給流盆が制御される。

一方、熱処理槽／内の内容物温度（反応温度）はｔｉｔ
　ｏ　ｏ、ｓ　ｏ　ｏ″Ｃ１好ましくは４ｔＯＯ〜４ｔ
ｚＯ′Ｃに維持され、この温度で〔熱処理槽／内容積／
供給配管ｊを通る原料容積流址〕の式によυ定壕る滞留
時間として３０分〜！時間保持することにより、原料重
質油の重縮合反応を行い、過剰な反応によシコークス状
バルクメンフェーズやコークス状炭化物が生成しない範
囲で、メソフェーズ球体を含’Ｆｆするピッチを生成せ
しめる。このような熱処理により一般にλ〜／、５チ（
重音チ、以下、特に断らない限り、同様とする）程度の
キノリンネ溶分とじて測定したメソフェーズ球体を含有
する熱処理ピッチが得られる。この際熱処理槽／の液面
／３は、液面計／乙の出力により制御パルプ／３を開閉
して、タンク／Ｉ／、へのピッチの抜出量を調節するこ
とによシ制御される。熱処理槽／における滞留時間は、
この液面制御と、原料供給量の制御によシ調節される。

一方、熱処理槽／へ導入された原料重質油の相当の部分
は熱分解によシ軽質油へと変化し、気相から配管／７を
通りで抜き出され、凝縮器／ざを経てタンク／ｑに貯蔵
される。もちろん、この軽質油は、必要に応じて更に分
留されることになる。

他方、熱処理槽／で生成したメソフェーズ球体を含有す
る熱処理ピッチ／の大部分は、下降管３を通って重力に
より流下し、分離器コの上部の内部にその側壁接線方向
に泊って噴き込まれ、旋回流となって徐々に下降する。

このとき、メソフェーズ球体は、撹乱効果により互に合
体し、凝集しつつ遠心力によって母相ピッチから分離さ
れて底部へ沈降する。なお、下降管３を通る熱処理ピッ
チの粘度は１．２００℃で／　００　ｃｓｔ余シであり
、粘度一温度曲線を延長して推定すると反応温度での粘
度は約／　ｃａｔと常温の水とほぼ同程度となり、重力
による流下ならびに分離器λ内での旋回流の形成に必要
な流動性は充分確保される。一方、撹乱による合体・凝
集の効果の点では分離器λ内の温度は低い方が好ましく
、反応温度よ９１３以上、特に１０℃以上低いことが好
ましい。ただ、上述したように分離器コの温度を余り低
下すると、熱処理ピッチの流動性を低下するので、この
温度は、２！Ｏ℃以上とすることが好捷しい。分離器λ
の底部に沈降したメソフェーズ凝集体（バルクメソフェ
ーズ）は、ポンプ、２／を経て分離器コより抜き出され
、配管ｎを経てタンクＪに貯蔵される。

また分離器λ内に残存する母相ピッチ（未だかなシのメ
ソフェーズ球体を含む）は、分離器コの中央を上昇する
流れを形成するので、ここに上昇管≠の下端部を挿入し
て吸い上げて熱処理槽／へと送給する。ここで母相ピッ
チの吸引力は、上昇管ｌののど部グａに供給管先端ｔａ
から噴射される原料重質油の粘性同伴力によシ与えられ
る。これはアスピレータ−あるいはジェットポンプと類
似した作用機構である。大きな噴射吸引力を与えるため
に、原料供給管ｊの先端は、−例として第グ図に拡大図
を示すような先を絞りだノズル形状とすることが好まし
い。

タンクｎに貯蔵されたバルクメソフェーズは、そのまま
、あるいは更にキノリン可溶分を減少させる髄ために、
３ｊＯ℃程度に再加熱してキノリン可溶分を浸出させる
方法、遠心分離、ソルベントナフサ等による洗浄等の後
処理を行ったのち、炭素材原料などとして用いられる。

一方、タンク／弘に抜出されたメソフェーズ球体含有ピ
ッチは、たとえばバインダー・ピッチとして用いられる
ほか、熱処理槽／にリサイクルして、更に熱分解および
重縮合を進めてもよい。

上述したところからもわかるように、本発明のバルクメ
ソフェーズの製造装置は、高温の粘性流体に直接作用し
てこれを駆動させるポンプ等の機械的駆動機構が少ない
ことを特徴とする。ただし、必要なら、下降管３に流量
計を挿入してピッチの循環量を測定することもできる。

このような目的に用いる流量計としては、流量測定部と
表示部が機械的に分離したたとえば、本出願人の出願に
がかる実願昭３’６−　／　１１２２７３号明細書に記
載したものが好適に用いられる。すなわち、この流量測
定装置は、流体を流す管の流路内に、磁石を取付けた揺
＃抵抗板を揺＠自在に支持し、上記磁石に対応する管外
に磁石の磁力作用を受ける磁針を揺動自在に設け、この
磁針を前記磁石の値カにょシ流体の流量に応じた揺動抵
抗板の振れに追従させたことを特徴とするものである。

以下、本発明の装置の具体的構成例ならびにこれによる
バルクメソフェーズの製造例について説明する。

！ 本質的に第１図図示の装置を用いて、接解分解のデカン
トオイルからバルクメソフェーズの製造を行った。

一＋Ｉ− すなわち、原料油をポンプ７、加熱器ｔ、配管！および
上昇管≠を経由して３ｏｏｙ／＾度で内径約３００ｔｕ
ｎＯ熱処理槽／へ供給した。熱処理槽ｌ内の温度は１１
３０℃に維持し、ここで平均滞留時間約３時間をとるこ
とによシ、キノリンネ溶分約３．７チのメソフェーズ球
体含有ピッチが熱処理槽／中に生成した。このメソフェ
ーズ球体含有ピッチ（，２ｏｏ℃で、粘！　／Ｊ（７ａ
ｓｔ　）を、ロット１／θを上下させることにより、下
降管３を通して１３１７分の速度にコントロールして分
離器コへと供給した。

熱処理槽／と分離器コの液面高低差は、約１．３ｍであ
り、内径グ乙、２朋、長さ／、、２ｍの下降管３内のピ
ッチ流速は／７．　Ｊ’　ｃｒｙｔ／ｆＦＪ）となシ、
分離器コ内ににおいて、はぼこれだけの接線流速が与え
られることになる。なお、この例の装置においては、下
降管３を通しての流量を３ｏｔ１分（ピッチ流速をして
３７ｃｂ 分離効果を良好とする１３１７分の流量に制御されたも
のである。

分離器λは、底部径７００間、上部径２．ｒＯｍｍ、高
さＳＯＯ朋の逆円錐筒に更ＶＣ高さ一００朋の上部垂直
円筒が付加されたものであり、その内温度は約≠コＯ℃
とした。分離器コの底部からは１．）、０１７分の流量
でバルクメソフェーズが回収された。

一方、上昇管≠の下端力・らは、原料供給管ｊの先端ｔ
ａから１貝射される原料油の噴射吸引力により、母相ピ
ッチ（未だ３．７チのキノリンネ溶分を含む）が約１ｓ
ｔ１分の流量で吸い上げられ熱処理槽／へと循環された
。上昇管ｔの内径は≠／、　、２　朋でその中間に７０
１ののど部を設けた。また、原料供給管！の内径はμ藺
であり、且つその先端ノズル径を／１ＩＩ１１として、
ここから７０　、！；　ｏ　ｃｒｎ　７秒の速度で原料
油を噴出させた。

また配管／／からはガス分を含めて／７ｊＪ７／分の分
解軽質油が抜き出され、一方、配管／コからは１０３９
／分の割合でメソフェーズ球体含有ピッチが抜き出され
た。

分離器Ｊ底部から抜き出されたバルクメソフェーズは、
キノリンネ溶分７ｏ、Ａｒ４、揮発分３≠、２％Ｃ／）
Ｊ原子比／、７０の値を有し、且つ、その偏光細微鏡写
真（×７７０倍）を第５図に示す通υ、全面が光学異方
性物質からなっていた。

上記実施例の結果は、それ自体は小規模装置におけるも
のであるが、本発明のバルクメソ７エーズの製造装置に
よυ連続的な工業生産も可能であることを充分に示すも
のと考えられる。

上記した本発明のバルクメソフェーズの製造装置の特徴
は、たとえば以下の通シであシ、これにより、バルクメ
ソフェーズ製造のための安定で確実な連続製造が可能に
なる。

イ）熱処理槽の直下に分離器を設けることによって熱処
理槽底部および配管部におじで問題となυ得るコーキン
グトラブルを防止することができる。

口）ピッチの循環にジェットポンプ方式を採用すること
によシこの種の高温・高粘性流体の移送に起りがちなト
ラブルを防止できる。

ノ・）ピッチ循環流蓋の副部に、」１１常の配管弁の代
υに上昇管上端の開口面積を調節する機構を採用するこ
とにより、弁の閉塞等のトラブルが防止できる。

二）サイクロン方式によυメソフェーズ球体の合体凝集
を行うため、ここでも攪拌装置等の機械的機構の使用が
避けられる。

ホ）全体として機械的な粘性流体の移送機構の使用を極
力使用しないことにより高温・粘性流体の移送に起りが
ちなトラブルを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかがるバルクメソフェーズの
製造装置の各部の概念的配置図、第２図は分離器の平面
図、第３図は第１図のＡ部の拡大図・第μ図は原料油供
給配管先端の拡大断面図、第５図は本発明の装置を用い
て製造されたバルクメソフェーズの偏光顕微鏡写真（Ｘ
　７７０倍）である。 ハ・・熱処理槽、　λ・・・分離器　　３・・・下降管
、グ・・・上昇管（４ｔａ川のど部）、　！用原料油供
給管（ｊａ・・・その先端部）、　タ・・・循環流量制
御用下向筒体、−１か・・バルクメソフェーズ抜出ポン
プ。 箔　５１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　重質油を加熱処理してメソフェーズ球体を含有する
   ピッチを形成するための熱処理槽と、熱処理槽から導入
   されたピッチ中のメソフェーズ球体を凝集させて母相ピ
   ッチから分離するために熱処理槽の下方に配置された逆
   円錐筒状の分離槽と、熱処理槽内のメソフェーズ球体含
   有ピッチを分離槽に導入するための下降管と、分離槽内
   のメソフェーズ球体を分離した母相ピッチを熱処理槽に
   導入するための上昇管と、先端を上昇管内に挿入し他端
   を原料供給ポンプと結合された原料供給配管と、からな
   シ、下降管下端部を分離槽上部側壁にその接線方向に向
   けて取付け、上昇管下端部を分離槽中央部に挿入し且つ
   上昇管の中間部には内径の狭小なのど部な設は該のど部
   近傍に原料供給配管先端を位置させてなることを特徴と
   するバルクメソフェーズの製造装置。 ユ熱処理槽に挿入された上昇管の上端の開口面積を調節
   することによυ、原料重質油および母相ピッチの熱処理
   槽への供給量を制御するようにした上記第１項の装置。 ３、上昇管の上端を収容する上端封止下向管体を設け、
   これを上下させることによυ上昇管上端の開口面積を調
   節するようにし１こ上記第２項の装置。 仏分離槽底部にメソフェーズ凝集体の抜出ポンプを設け
   た上記第１項ないし第３項のいずれ力・の装置。 よ原料供給配管を外部加熱する予熱器を備えた上記第１
   項ないし第μ項のいずれかの装置。