JPS6038327B2 - ピツチ成形体の不融化方法 - Google Patents

ピツチ成形体の不融化方法

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JPS6038327B2
JPS6038327B2 JP55049925A JP4992580A JPS6038327B2 JP S6038327 B2 JPS6038327 B2 JP S6038327B2 JP 55049925 A JP55049925 A JP 55049925A JP 4992580 A JP4992580 A JP 4992580A JP S6038327 B2 JPS6038327 B2 JP S6038327B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石油系又は石炭系ピッチと炭化物粒子及び粘度
調節剤を混合、溶融成形後談粘度調節剤を抽出して得ら
れるピッチ成形体を酸化剤水溶液の存在下、湿式処理し
て不融化する方法に関する。
炭素成形体又は活性炭素成形体を製造するに際し、特定
性状の石油系、石炭系ピッチに粘度調節剤を混合し溶融
成形後、粘度調節剤を溶剤で抽出し、得られるピッチ成
形体を次いで不融化・焼成又は不融化・賦活化する方法
が行なわれている。
焼成又は賦活化は通常900℃前後の高温で行なわれる
ため、ピッチ成形体が充分に不融化していない場合は昇
温途中で成形体同志の融着が起り、形状を維持すること
ができなくなる。従って不融化は極めて重要な工程のひ
とつである。従来炭素成形体のうち特に球状炭素成形体
を製造する場合、この不融化工程は酸化性気体例えば0
2,03,S03,N03又はこれらを空気又は窒素で
稀釈した混合ガス又は空気等を用い、流動層内でピッチ
成形体を流動させつ)常温から約40000迄15〜3
0℃/hrの割合で昇温ごせながら酸化し軟化点を上昇
させつ)徐々に加熱する方法が一般に行なわれてきた。
不融化工程は発熱反応であるため、生成する反応熱の除
去が重要であり、この方法は流動層形式なので固定床方
式よりは温度コントロールに適している。
しかしながら実際には間欠的に水をスプレーする等の調
節が必要で必らずしも充分な満足し得るコントロールに
成功しているわけではない。更にm球状ピッチ成形体を
流動させるための多量の酸化性気体が必要でエネルギー
コストが大きく、しかも酸化性気体の大部分は反応に寄
与していないこと、{2}回分操作であること、糊30
0〜400oCに徐々に温度を上昇させることが必要な
ため反応時間が長いこと、及び{4}装置が大きくなる
こと等の欠点を有していた。本発明者等はこれらの困難
を克服し、容易且経済的なピッチ成形体の不融化方法に
ついて検討してきた。
本発明者等によって先に開発されたピッチと粘度調節剤
を混合して溶融成形する際に炭化物粒子を添加する方法
(待機昭54−142155)の改良研究過程において
、流動層形式によることなく単に酸化力のある酸水溶液
に浸潰するだけで90oo以下の比較的低温でも短時間
処理することにより容易に不融化し得ることを本発明者
等は見出し本発明に到達したものである。炭化物粒子を
含まない従来のピッチと粘度調節剤との混合物から該調
節剤を抽出して得られるものを不融化する場合には酸化
剤水溶液の存在で熱処理しても時間が長く掛り、又熱処
理温度を高くすることが必要であり、本発明の方法のよ
うに低温短時間で目的を充分に達成することができない
以下詳細に本発明を説明する。
本願に使用するピッチとしては石油系又は石炭系ピッチ
が用いられる。
石油系ピッチとしては例えば石油類(原油、重油、ナフ
サ、アスファルト、軽油、灯油等)の熱分解ピッチ或い
はこれらを加熱車質化したものが用いられ、石炭系ピッ
チとしては高ピッチ、中ピッチ等の重質化物であって、
使用ピッチの軟化点は14び○以上のものが好ましい。
本発明に使用される炭化物としては、木材、やしがら、
おがくず等の木質物を乾留して得られる木炭例えばやし
がらくん炭、もみがら〈ん炭等、石炭又は石炭の乾留品
であるグリーンコークス、カーボンブラック等のいわゆ
る無定形炭素を主体とするものであり、粒子径が200
仏以下の徴粉粒子が用いられる。ピッチと炭化物粒子の
割合はピッチが30〜95重量%、炭化物が5〜7の重
量%であって等に炭化物が5〜50重量%のものが好ま
しく使用される。炭化物が5重量%以下では酸化剤水溶
液の存在で熱処理しても充分な不敵化が行なわれず、炭
化物が7の重量%以上を占めるとピッチ混合物の粘度が
大となり成形又は球状化が困難となる。炭化物粒子は2
00山以下好ましくは150仏以下の粒径を有するもの
が使用される。粘度調節剤としてはピッチと良好な相溶
性があり、沸点が20000以上の2乃至3環の芳香族
化合物、例えばナフタレン、メチルナフタレン、フヱニ
ルナフタレン、ベンジルナフタレソ、メチルアントラセ
ン、フェナンスレン、ビフェニル等の1種又は2種以上
の混合物から選択されるものが使用され得る。
なかでもナフタリンはその著大な粘度調節作用と溶剤抽
出工程における易抽出性との点から好ましい。粘度調節
剤の使用量はピッチと炭化物の混合物10の重量部に対
し5〜50重量部が用いられる。粘度調節剤の量はピッ
チと炭化物の混合比率により適宜調整する。炭化物の比
率が大になると混合物の粘度が大となるので粘度調節剤
の量を大にすることが好ましく、炭化物の比率が小な時
は粘度調節剤を減らし得る。溶融形成は通常一般公知の
方法が用いられるが、例えば球状炭を得るためには前記
混合物を溶融後界面活性剤を含む水中にて加圧下雛拝し
て球形に成形する方法や混合物を溶融後紐状に押出、冷
却後破砕する等によりべレット或いは棒状とし、これを
ピッチ混合物の軟化点以上の水中に投入することにより
球形化する方法等が用いられ得る。
又熔融成形に際して必要であればポリエチレン等の空隙
生成防止剤を使用することもでき得る。このようにして
得られたピッチ球状体は例えば鰭公昭50一1887叫
号、特公昭51−76号に示された公知の方法により有
機溶剤により粘度調節剤を抽出除去する。
有機溶剤としてはへキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水
素並びにメタノール、エタノール等の脂梢アルコール等
が使用され粘度調節剤を1段又は多段階で抽出除去する
。かくして得られた炭化物粒子を含むピッチ成形体をピ
ッチ成形体1重量部に対し濃度5〜90%の酸化剤水溶
液0.2〜10の重量部の存在下に熱処理することによ
り容易に短時間で不融化が完了する。
本発明に使用する酸化剤水溶液としてはピッチ成形体を
酸化し得るものであればよいが、例えば酸化力のある酸
である硝酸、硫酸、過硫酸、過酢酸等或いはそれらの混
合物、酸化力のある塩の酸性溶液例えば過マンガン酸塩
、重クロム酸塩、ハロゲン酸素酸塩の酸性溶液等が用い
られる。特に硝酸又は硫酸の水溶液が取扱いが容易であ
り、効力が大であり、さらに焼成又は賦活化の後には成
形体に残留しないので好ましい。処理条件としては任意
の温度で行い得るが好ましくは20〜90午0の温度が
使用される。温度が低いと時間が長く掛るし、温度が余
り高すぎると発熱のコントロールが困難となる。酸化剤
水溶液はピッチ成形体と均一に混合することが好ましく
、ピッチ成形体を酸化剤水溶液中に濠潰してもよく、又
酸化剤水溶液をピッチ成形体に均一にスプレーした後加
熱することにより連続的に容易に不融化することも可能
である。酸化剤水溶液の濃度は酸化剤水溶液の使用重量
とも関係するが通常5〜7の重量%のものを使用し、使
用量はピッチ成形体1重量部に対し0.2〜10の重量
部好ましくは0.2〜3の重量部である。
濃度が余り薄いと多量の酸水溶液が必要となるし濃度が
余り濃いとピッチの酸化が激しく発熱のコントロールが
困難となる。酸化剤水溶液の使用量が0.2重量部より
少ないと均一にピッチ成形体と反応させることが困難で
あり、一方10の重量部以上使用しても効果が余り異な
らず不経済である。本発明の1つの長所はこのような酸
化剤水溶液を使用することにより生成する不融化熱を水
の顕熱、潜熱により除去し発熱を防止しコントロールす
ることのできる点にある。炭化物粒子を含まないピッチ
成形体では酸化剤水溶液を用いても高温で長時間処理す
ることが必要であるのに対し、炭化物粒子を含有するピ
ッチ成形体を使用する本発明の場合、低温・短時間で不
融化反応が完了し得る理由としては未だ明確ではないが
、これら炭化物粒子を多孔質であることから反応の表面
積が大となることなどによるものではないかと考えられ
る。
本発明は上述のような条件で熱処理することにより大体
3の砂から5時間の範囲で発熱をコントロールしつつ不
融化を完了し得る。
一般に、不融化の完了までの時間は酸化剤の濃度、炭化
物の含有割合、処理温度により変わる。
酸化剤の濃度が低い場合より高い方が、炭化物の含有割
合が小さい場合より大きい方が、又は処理温度が低い場
合より高い方が短時間で完了する。不融化が終了した後
不融化ピッチ成形体は水で洗浄し、残存酸化剤を除去す
る。この不融化工程によりピッチ成形体は軟化点、炭化
率が上昇し、以後の焼成、賦活化工程において凝集、発
泡、破砕することなく充分使用することができる。例え
ば実施例1で得られた不融化ピッチの場合、N2雰囲気
或いは還元的雰囲気中900℃以上の温度へ瞬間的に昇
温ごせても発泡、破砕することなく、また相互に融着す
ることもなかった。このようにして得られた不融化ピッ
チ成形体は常法により焼成又は賦活化し炭素成形体又は
活性炭素成形体を得ることができ、その品質は従来行な
われてきた流動層方式のものと殆んど同一のものであっ
た。本発明の不融化方法の利点としては反応熱の除去が
容易であること、反応効率が大であること、不融化が低
温短時間で行うことができること、プロセスの連続化が
容易で装置も回分流動層に比して遥かにコンパクト化さ
れ省エネルギー化を図ることができること等があげられ
る。
実施例 1軟化点18200、炭化率53%、nーヘプ
タン可溶分92%、キノリン不溶分1.4%のナフサ熱
分解ピッチ50k9と、粒径150仏以下のやしがらく
ん炭50kg及びナフタレン33.3k9との混合物を
櫨洋翼のついた内容積500その耐圧容器内に仕込み、
24000に加熱溶融混合後冷却し粉砕した。
次にポリビニルアルコール(ケン化度88%)の0.2
%水溶液を200k9を加えて71℃で300回転で4
0分間渡梓し分散させた後、冷却して球状ピッチ組成物
のスラリーを得た。
水を炉別後球状ピッチ組成物の約6倍量のノルマルヘキ
サンを加えてナフタレンを抽出除去し、軟化点2400
0の球状ピッチを得た。次に上記の球状ピッチ20k9
を縄梓翼の付いた内容積500その容器内に張り込んだ
20重量%硝酸水溶液200k9に対して投入し、50
午○でlhrゆっくり櫨梓浸潰させた。
反応熱は液相温度を4℃上昇させるほど発生したが、水
の潜熱及び装置自体からの放散熱により容易に除熱でき
た。この後不融化ピッチは先ず沈降固液分離され、更に
多量の水で洗浄し、残存硝酸を除いた後、50〜60q
oの空気で抽て乾燥させた。この様にして得られた不融
化ピッチの特徴は以下の通りである。【11 軟化点が
反応の前後で240q○から320℃以上(実際上軟化
点が無くなっている)まで上昇している。
(2’ 炭化率が反応の前後で71%から74%へ上昇
している。
糊 不融化ピッチ中の酸化含有率が反応の前後で5%か
ら14%まで上昇している。
{41N2雰囲気、或いは還元的雰囲気中で900oo
以上の温度へ瞬間的に不融化ピッチを昇温させても発泡
、破砕することなく、また相互に融着することもなかっ
た。
かくして硝酸により酸化されて湿式不融化されたピッチ
は従来の空気流動層により酸化して得た不融化ピッチと
同じように不融化されているものと考えられる。
この不融化球状ピッチを用い、N2と水蒸気の混合ガス
による流動層で賦活して得た球状活性炭の性能を以下に
示す。
賦活収率 48.3% カサ密度 0.518夕/cc ヨウ素吸着量 1030のタノタ活性炭カラメル脱色
率 63% 圧嬢強度 780夕/1粒 累積紬孔容積 〜10A O.235(cc/夕)〜
100A 0.403(cc/のなお賦活反応は最初N
2気流のみで常温より900℃まで200つ0/hrで
昇温し、次に900q0一定でN2/スチーム=5′5
の混合ガスで1時間水性ガス反応による賦活を行った。
実施例 2〜5 実施例1から得られた球状ピッチを、硝酸の各種濃度と
量を変えて実施例1と同様に不融化した。
不融化条件を第1表に示す。第1表 *1 球状ピッチ1重量部に対する硝 酸の重量部 比較例 1 実施例1で得られた球状ピッチを空気を用いた流動層で
酸化不融化する。
空気量は球状ピッチlkgに対して200そ/minの
空気を送る。反応は室温より開始し、30qC/hrの
速度で30000まで昇温不融化させた。これにより得
られた不融化ビーズは事実上熱に対して不融の多孔性ビ
ーズで炭化率80%、酸素含有率15%であった。この
(乾式)不敵化ビーズを実施例1と同様な方法で賦活し
た球状賦活化ビーズの性状は実施例1とほぼ同様であっ
た。不融化時間は1皿rであり、実施例1に比較した大
容量の装置を必要とし、高温を要し且つ時間も長く掛っ
た。比較例 2 実施例1に於て使用したナフサ熱分解ピッチ70k9と
ナフタレン30【9の混合物を実施例1と同様の条件で
球状化し、次にn−へキサンによりビーズ中のナフタレ
ンを抽出し、軟化点235o0の球状ピッチを得た。
この球状ピッチ50k9を損梓器を有する1.8M3容
器内に於て2の重量%の硝酸水溶液1200k9に50
q○で1餌時間蝿拝及び浸潰させた。
その後不融化球状ピッチは沈降分離し、多量の水で洗浄
してから60〜60こ0の空気で5時間乾燥させた。以
上の操作によって得られた不融化ピッチは軟化点と炭化
率が反応の前後でそれぞれ235qoより294qoへ
、また66%より69%へ上昇しており、若干の酸化反
応は認められるが、火炎中では溶融し球状を保つことが
できず、熱に対しての満足し得る不融化性は達成できな
かった。
従って次工程の賦活反応を直ちに行なうことができなか
った。実施例 6〜8実施例1と同様の球状ピッチを使
用し酸化剤の種類を変えて実施例1と同様の条件で不融
化を行つた。
第2表 何れの不意虫化ピッチも賭猪化が可能であり、且つ得ら
れた活性炭の性状はほぼ実施例1のものと同様であった
実施例 9 実施例1の球状ピッチ1重量部に対して0.2重量部の
61%硝酸を7000雰囲気でスプレーした。
この混合物を70qoで5分間震渇したところ、スプレ
ーした硝酸液は反応及び蒸発によって除去され、ビーズ
はほぼ乾燥された状態であった。しかも軟化点は320
午0以上、炭化率77%で熱に対して不融化されていた
。更にこの不雛化ビーズを焼成賦活したところ、その活
性炭としての性能は従来品と同等であった。実施例 1
0 実施例1に於てやしがらくん炭を100仏以下のグリー
ンコークスまたはもみがらくん炭に変更し、後は実施例
1と同様に球状化した後硝酸で浸債処理した。
実施例1とほぼ同様に充分な不融化が行なわれた。測定
法 1 炭化率〔%〕:炭化率=100−(A+B)〔%〕
ここではAはJISHK−2425(1978)による
灰分〔重量%〕BはJIS山M一8812(1972)
による揮発分〔重量%〕B迎講談)X・oo 2 賦活収率〔%〕: 賦活収率=不言淳畠ヒ蕪員チ量茎軍手のX・oo〔%〕
3 軟化点ぐ0〕:島津製作所製 高化式フローテスタ
ー(サンプル1夕、荷重10k9/塊、昇温速度6℃/
分)による。
4 沃素吸着量(爪9/夕):等温吸着線から得られる
平衡濃度13夕/その時の活性炭1夕当りの吸着量。
JIS−K−1474(1975)による。5 圧嬢強
度(夕/粒):JIS標準節の目開き590山節上と目
開き710仏駒下の間の試料の中から1粒を選び、硬度
計により圧嬢強度を測定する。
この試験は試料20点以上について行ない極大および極
4・のものを除いて平均する。6 紐孔容積(cc/の
:田中科学機器製作所製自動吸着量測定装置(機種名A
S−70皿)を用いた。
サンプル0.1〜05夕を採取し、恒温槽中でメタノー
ル蒸気を送り込み温度30〜600○の範囲で吸着等温
線を求める。
この値をケルビン式を基礎とした計算表より細孔分布及
び細孔容積を算出する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 石油系または石炭系ピツチ30〜95重量%と炭化
    物粒子5〜70重量%とからなる混合物に粘度調節剤を
    混合溶融成形後、粘度調節剤を溶剤により抽出して得ら
    れるピツチ成形体を不融化する方法に於て、該ピツチ成
    形体を成形体1重量部に対し濃度5〜90%の酸化剤水
    溶液0.2〜100重量部の存在で処理して不融化する
    ことを特徴とするピツチ成形体の不融化方法。 2 酸化剤水溶液が酸化力を有する酸の水溶液であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のピツチ成
    形体の不融化方法。 3 酸化剤水溶液が酸化力を有する塩の酸性溶液である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のピツチ
    成形体の不融化方法。
JP55049925A 1979-11-02 1980-04-15 ピツチ成形体の不融化方法 Expired JPS6038327B2 (ja)

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