JPS6160115B2

JPS6160115B2 -

Info

Publication number: JPS6160115B2
Application number: JP58028548A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Tamura; Hajime Ebisawa
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1986-12-19
Also published as: JPS59155495A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は石炭の液化方法に関するものである。
さらに詳しくいえば、本発明は、触媒として、安
価な鉄含有塩を硫化処理して成るものを用い、石
炭を効率よく液化して、好適な液化物を得るため
の工業的に有利な方法に関するものである。石炭を粉砕して加熱し、必要ならば水素を用い
て、ガス及び固形物を含む液化物を得る研究は、
かなり以前から行われてきたが、特に近年、石油
資源の枯渇や化学品の多様化などに伴つていつそ
う活発になり、多くの新しい技術が開発されるよ
うになつた。しかしながら、これまで開発された石炭の液化
技術において、良質の燃料油やガソリン、あるい
は化学原料油などを効率よく得るには、まだ多く
の解決すべき問題点が残されている。例えば、高
価な触媒や公害上望ましくない触媒の添加が必要
であつたり、石炭を液化する際に多量の水素を要
したり、あるいは液化反応中に炭化物が生成する
などの問題がある。ところで、石炭の液化においては、反応条件、
特に触媒の選択は、液化油の品質を左右する重要
な因子の一つであり、そのため化学種や物理的形
状を変えた多種の触媒が、添加方法も含めて開発
されている。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は、塩化亜鉛、塩化スズ、塩
化アルミニウム、塩化ニツケル、塩化鉄などの塩
化物、硫化スズ、硫化モリブデン、硫化鉛、硫化
銅、硫化亜鉛、硫化ニツケル、硫化鉄などの硫化
物、酸化ニツケル、シリカ、アルミナ、酸化鉄、
酸化コバルト、酸化チタンなどの酸化物が挙げら
れ、またそれらの混合物若しくは赤泥や鉱石など
の使用が知られている。このような触媒群は３群に大別することがで
き、その第１群は塩化物系で、石炭液化の反応性
に優れた触媒効果を示す。なかでも高濃度で用い
る溶融塩法などにおいては、軽質油の生成に富
み、発生ガス量が少なく、良好な液化成積を示す
ことが報告されている。しかしながらこの方法を
実用化するには、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などの欠点が
ある。第２群は、重質油水添などによく使われる
Co、Mo、Ni、Ｗなどの高価な金属群である。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。また触
媒が高価であるために、エイチコール（Ｈ−
Coal）法の沸騰床のように、触媒を反応器内に
とどめる工夫あるいはダウ（Dow）法のように、
触媒を非常に低濃度で使い、かつ大半を再使用循
環するプロセスなどが提案されている。しかしな
がら、工業的に実施するにはいずれも未だ完成の
域に達していない。第３群は鉄化合物であり、このものは安価で使
い捨て触媒として使用される場合が多い。これま
で多種の鉄化合物が使用されているが、なかでも
水酸化鉄、赤泥、鉄鉱石、硫酸鉄などが代表的で
ある。これらの鉄化合物は、硫黄が共存すると活
性が飛躍的に増大することが知られており、した
がつて硫黄含有量の少い石炭においては、硫黄を
添加して使用することも提案されている。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、触媒として鉄
化合物と硫黄を組み合わせたものよりも、いつた
ん石炭液化反応を終了した残留分から、触媒であ
る鉄化合物を回収し、再使用する場合の方が常に
安定して高い触媒活性、すなわち軽質油に富み、
アスフアルテン分が少なく、かつガス発生量もほ
とんど増加しないなどの液化反応特性を示すこと
を見出し、すでに触媒を回収して再使用するプロ
セスについて、種々提案してきた。本発明者らは、さらに、より安定した高活性を
示し、かつ好適な液化物を与える触媒を開発すべ
く研究を進めた結果、鉄含有塩を硫化水素で処理
して微粉化したものが、その目的を達成しうるこ
とを見出し、この知見に基づいて本発明を完成す
るに至つた。すなわち、本発明は、水素の存在又は非存在下
に、石炭を触媒とともに加熱処理して液化するに
当り、該触媒として、鉄含有塩を300〜700℃の範
囲の温度において硫化水素含有ガスと接触させる
ことにより形成させた粒径10μｍ以下の微粒状体
を用いることを特徴とする石炭の液化方法を提供
するものである。本発明方法で用いる鉄含有塩としては、例えば
硫酸鉄、塩化鉄などの無機酸と鉄から形成される
塩類、シユウ酸鉄、クエン酸鉄などの有機酸と鉄
から形成される塩類、フエロシアン鉄のような錯
塩などがある。これらの鉄含有塩は純粋なもので
ある必要はなく２種以上の混合物、あるいは他の
物質との混合物であつてもよい。これらの鉄含有
塩の中で特に好適なものは、硫酸第一鉄、硫酸第
二鉄、シユウ酸第一鉄、シユウ酸第二鉄アンモニ
ウム、硫酸鉄アンモニウムなどである。鉄含有塩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よい。その粒径は、好まし
くは150μ以下、理想的には50μ以下にすること
が望ましいが、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、１％
以上の硫化水素を含有するガスをいい、共存する
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、一酸化炭素、二酸化
炭素、水蒸気などは10％以下の含有量であれば問
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１％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。鉄含有塩を硫化水素含有ガスで反応処理する場
合、両者を容器中に密閉して反応してもよいし、
両者あるいは片方を連続的に供給しながら反応し
てもよい。例えば、鉄含有塩をスクリユーフイー
ダーやロータリーキルンなどでかくはん搬送しつ
つ、あるいはベルトコンベアー式で静置したまま
反応させてもよいが、より効率的にはかくはんし
つつ反応させるのが望ましい。反応温度は300℃未満では、鉄含有塩の硫化が
進まず、又700℃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、300℃以上700℃以下
が適している。反応時間は反応温度及び使用する鉄含有塩の種
類によつても異なるが、数分程度あるいはそれ以
上が好ましい。そして、この硫化が進行すると鉄含有塩が所望
の粒度まで微粉化する。好適な条件を選択すると
平均粒径１μｍ以下の粒度まで微粉化することが
できる。この微粉化の難易性は、鉄化合物の種類
によつて異り、ほぼ次の順序になる。鉄鉱石≒酸化鉄類＜無機酸塩≦有機酸塩したがつて、酸化鉄類よりも鉄塩類の方が微粉
化しやすい。また、このようにして硫化水素で処理した化合
物は、Ｘ線回折的にはほぼ等軸晶系のFeS₂の構
造をとり、0.1〜10μｍに粒度分布を多くもつた
微粒の黒灰色の硫化鉄である。本発明で用いる石炭としては、例えば無煙炭、
歴青炭、亜歴青炭、かつ炭、泥炭などが挙げられ
るが、これらの中で歴青炭、亜歴青炭、かつ炭が
好適である。石炭の加熱は通常350℃以上800℃以下で行われ
る。温度が低すぎると液化速度が遅く、高すぎる
と炭化物やガスが増大するので、特に400℃以上
500℃以下の範囲の温度が好ましい。本発明では水素を用いずとも、例えばあらかじ
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、条件によつては液化率が向上しないの
で、通常水素の存在下で液化反応が行われる。そ
の際できるだけ純度の高い水素を使用するのが望
ましい。水素を用いて液化反応を行う場合、反応圧力は
石炭の構造、混合するスラリー化溶媒などによつ
て適宜選ばれるが、通常10Kg／cm²以上、好ましく
は100〜300Kg／cm²の範囲で選ばれる。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900℃以下の液にする
ことをいうが、一部高沸点の化合物、ろう状物、
ペースト状物が含まれていてもよい。したがつて
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、溶媒は用いても用いなく
てもよいが、一般的には石炭に対して100〜400重
量％の範囲で溶媒を使用して液化反応が行われ
る。この溶媒としては、石炭の液化油又は液化油
の水添化物が好ましいが、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、あ
るいはこれらを含むクレオソート油、アントラセ
ンのような混合油や石油留分なども使用しうる。
これらの溶媒は、その沸点は常圧下150℃以上、
600℃までの範囲のものが好ましい。さらに、石炭液化反応に使用する触媒の添加量
は、石炭に対して0.01〜30重量％、好ましくは１
〜20重量％の範囲で選ばれる。また本発明においては、触媒は懸濁状態で反応
に用いられ、反応は回分式でも連続式でも実施で
きる。工業的には、例えば触媒と石炭と溶剤とを
混合し、水素加圧下予熱して槽型又は気泡塔のよ
うな塔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とに分離し、必要
なら油分の一部を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
る方法が通常用いられる。このようにして、本発明における触媒を用いて
石炭の液化反応を行うと、常圧で沸点300℃以下
の軽質油分の取得量が増大し、逆にアスフアルテ
ン及びプレアスフアルテンの量が減少する。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線回析などによつては同
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、本発明に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、おそらく微粒状で
あることと、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200メツシユ以下の粉砕物の表面積は0.1〜５
m²／ｇ、多くても10m²／ｇ以下であるのに対し、
本発明方法で調製した触媒は30〜200m²／ｇであ
る。また、通常の機械的手段で鉄鉱石等を粉砕す
る場合は、20μｍ程度までは容易であるがそれ以
下の粒度にするのは非常に困難であるにもかかわ
らず、この方法で調製した触媒の多くは、0.1〜
10μｍの範囲の粒径を有している。さらに、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場合と異り、硫黄を
別途添加する必要はない。本発明方法の特徴は、触媒として安価な鉄含有
塩を硫化処理したものを用い、石炭を液化する点
にあり、本発明方法を用いることにより、装置の
腐食などの問題も少なく、石炭が効率よく液化さ
れ、しかも軽質油分の含量の多い液化物が得られ
る。このように、本発明の石炭の液化方法は極め
て工業的に有利な方法であるといえる。次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例によつてなんら限定
されるものではない。実施例１ 325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、
電気炉にセツトし、窒素ガスを流通し、徐々に水
分を蒸発させながら400℃まで昇温し、次いで窒
素ガスを硫化水素ガスにきりかえて温度を500℃
にセツトし、30分間反応せしめたのち、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、これらの触媒と、その他の代表的な鉄
系触媒とを用いて石炭液化反応を行い、その結果
を比較して第１図に示す。液化反応は、0.5のオートクレーブ中で、石
炭としてイリノイNo.6炭を用い、水素仕込圧80
Kg／cm²（反応温度での圧力は約150Kg／cm²）、反応
時間30分、反応温度460℃の条件で行つた。なお
触媒量は、無水無灰炭当り鉄換算で10重量％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２倍量を加えた。第１図の横軸はヘキサン可溶分油の全油に対す
る重量分率であつて、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、ヘキサン可溶
分油とアスフアルテン及びプレアスフアルテンの
総重量をいう。また、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
とはヘキサンなどのC5以上の物質であつて、か
つ常圧の沸点300℃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右上りと
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、、、、及びは、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＋硫黄；本発明方法による調製触媒（原料；硫酸第一
鉄）；本発明方法による調製触媒（原料；硫酸第二
鉄）；本発明方法による調製触媒（原料；ブラジル
鉄鉱石）上記の鉱物パイライトは、岡山県の棚原鉱山
産出のパイライトを200メツシユ以下に粉砕した
ものである。の電解鉄粉は、市販の電解鉄粉で
あり、325メツシユ以下のものである。この際添
加した硫黄の量は、鉄と等モルである。第１図から明らかなように、、及びの調
製触媒は、の鉱物パイライトや、の電解鉄粉
と硫黄との触媒に比較して、水添度合及び水素化
分解度合のいずれも高く、優れた活性を示してい
ることが分る。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。この図から、調製触媒は非常に微粒
であることが一目瞭然である。実施例２実施例１と同様の方法で硫酸第一鉄を原料とし
て調製した触媒と豪州かつ炭を用い、0.5のオ
ートクレーブで液化実験を行つた。水素の仕込圧は160Kg／cm²、反応温度は460℃、
反応時間は60分である。触媒の添加量は無水無灰
炭重量に対し、鉄換算で10％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つた結果を次表及び第３
図に示す。

【表】第３図の符号の意味は下記のとおりである。 O.G.；有機ガスＮ−oil；C₅〜b.p200℃のオイルＦ−１；b.p200℃〜300℃のオイルＦ−２；b.p300℃〜340℃のオイルＨ−oil；b.p340℃以上でかつヘキサン可溶分Ａ；アスフアルテン及びプレアスフアルテンでヘ
キサン不溶分でかつTHF可溶分Ｃ；有機物でかつTHF可溶分 B.G.；By−gas この結果から、有機ガスの発生量はそれほど増
大せずに、Ｎオイル及びＦ−１オイルなどの軽質
油の生成量が増大し、アスフアルテン及びプレア
スフア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ことが分る。実施例３〜６及び比較例１、２鉄含有塩として325メツシユパスの粉末状硫酸
第一鉄を用いて、硫化水素処理温度と時間を第２
表に示すように設定した以外は実施例１と同様に
して触媒を得た。この触媒と幌内炭を用い、0.5のオートクレ
ーブで液化実験を行つた。水素の仕込圧は180Kg／cm²、反応温度は460℃、
反応時間は60分である。触媒の添加量は無水無灰
炭重量に対し、鉄換算で10％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。結果を第２表に併記した。

【表】 (2) 超音波振とう後の平均粒径
(3) 生成油の粘度の比

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１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
結果を示すグラフ、第２図は前記触媒の粒径分布
を示すグラフ、第３図は、実施例２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示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１水素の存在又は非存在下に、石炭を触媒とと
もに加熱処理して液化するに当り、該触媒とし
て、鉄含有塩を300〜700℃の範囲の温度において
硫化水素含有ガスと接触させることにより形成さ
せた粒径10μｍ以下の微粒状体を用いることを特
徴とする石炭の液化方法。