KR101611046B1 - 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법 - Google Patents

고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

콜타르계 원료 물질, 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물에서 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법으로 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분과 불용분이 포함된 슬러지 부분을 분리하는 단계; 및 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분을 280℃ 이하의 온도에서 감압 증류를 통해 제1 용매 및 제2 용매를 제거하고 고순도 피치를 얻는 단계;를 포함하는 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법을 제공하고, 상기 제1 용매는 베타-레진과 퀴놀린 불용분에 대해 응집성을 갖고, 상기 제2 용매는 베타-레진과 피치에 대해 용해성을 갖는다.

Description

고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법{HIGHLY EFFICIENT METHOD FOR MANUFACTURING PITCH AS CARBONACEOUS RAW MATERIAL}
고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 관한 것이다.
콜타르, 카본블랙 원료유, 콜타르피치 등으로부터 불용성 물질을 제거하는 방법으로 여과법의 방법이 소개되었지만, 여과법은 과량의 용매를 사용하며, 여과 속도가 느리고, 로딩 등의 문제로 실용적으로 사용되지 않고 일반적으로 정치침강법에 의해 불용분을 제거한다.
정치침강법으로 불용분을 제거할 시에는 150℃ 이상의 고온이 요구되며, 불용분의 응집을 유도하거나 원료피치의 점도를 낮추기 위해 사용되는 용매는 주로 지방족계 성분의 용매를 사용하며, 예를 들어 n-핵산, 석유계 납사, 등유 및 경유 등을 주로 사용하거나 또는 이런 지방족계 용매에 방향족계 오일 등을 혼합해 사용한다 (일본특허 JP소52-028501, JP소52-078201, 미국특허 US4127472). 하지만 퀴놀린 불용분 (QI)을 제거하기 위해 지방족계 용매를 사용하면 콜타르피치내의 이방성 조직 성장에 유용한 물질인 베타-레진이 불용분과 같이 제거되며 실질적으로는 원료대비 피치 회수량도 적어지는 문제점을 가지며, 실제 운행시 정치기 하부부분이 막히는 현상이 자주 발생되어 연속운전의 문제점을 가지며 또한 상기 지방족계 용매 등이 포함된 용매시스템을 원심분리법에 적용하면 (한국특허 10-1321077(2013.10.16.)), 용매와 피치가 분리되거나 피치가 적게 회수되는 문제점을 갖게되어 실효성이 떨어진다.
이상과 같이 종래의 기술은 불용분이 제거된 양질의 피치를 생산하기 위해서 지방족계 용매 단독 사용 또는 지방족계 용매와 방향족계 용매와의 혼합 사용을 통해 불용분의 응집을 유도하였으나 용매 자체의 물성으로 인하여 불용분 제거 후 얻은 피치의 품질이 좋지 않거나 회수율이 적고, 공정을 복잡하게 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 일 구현예는 퀴놀린 불용분을 제거함과 피치 회수율을 80 중량% 이상으로 수득함과 동시에 베타-레진 함량이 풍부한 피치를 얻어 고품위 탄소제품 원료용으로 우수한 피치를 안정적으로 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서,
콜타르계 원료 물질, 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물에서 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법으로 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분과 불용분이 포함된 슬러지 부분을 분리하는 단계; 및
불용분이 포함되지 않은 상등액 부분을 280℃ 이하의 온도에서 감압 증류를 통해 제1 용매 및 제2 용매를 제거하고 고순도 피치를 얻는 단계;
를 포함하는 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법을 제공하고,
상기 제1 용매는 베타-레진과 퀴놀린 불용분에 대해 응집성을 갖고, 상기 제2 용매는 베타-레진과 피치에 대해 용해성을 갖는다.
상기 피치를 얻는 단계가 슬러지 부분을 상압 및 감압증류를 통해 제1 용매 및 제2 용매를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제거된 용매를 회수하여 재순환시켜 상기 제1 용매 또는 제2 용매로 재사용할 수 있다.
상기 제1 용매는 치환 또는 비치환된 단일환 아릴의 단일 용매이다.
구체적으로, 상기 제1 용매는 톨루엔, 자일렌, 페놀, 아닐린, 티오페놀(thiophenol), 클로로벤젠, 플루오로벤젠 또는 크레졸의 제1 방향족계 단일 용매일 수 있다.
상기 제2 용매는 치환 또는 비치환되고, 1개 또는 2개 이상의 방향족 환을 포함하고, 상기 방향족 환을 형성하는 1개 또는 2개의 탄소가 헤테로원자로 치환된 헤테로아릴이 약 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매, 치환 또는 비치환되고, 적어도 2개의 방향족 환을 포함하는 아릴이 약 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매; 콜타르 증류 과정에서 나오는 i)나프탈렌유, ii)흡수유 (NSR, Wash Oil), iii)크레오소트 오일, 및 iv)안트라센 오일 중에서 선택된 적어도 하나 이상; 중질유 열분해 부산물 오일 (delayed coker byproduct oil); NMP (N-methyl pyrrolidone); 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴이 치환되는 경우는 상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴의 적어도 하나의 수소원자가 C1-C4 알킬기, 할로겐원자, -SH, -NH2, -OH 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기에 의해 치환된 것이고, 상기 둘 이상의 치환기가 융합하여 융합 고리를 형성하는 경우를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 용매는, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 메틸나프탈렌, 피리딘, 흡수유, 나프탈렌유, 크레오소트 오일, 안트라센 오일, 중질유 열분해 부산물 오일, NMP 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 방향족계 용매, N메틸 피롤리돈 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 제1 용매 대 상기 제2 용매의 중량비는 약 1:1 내지 약 15:1일 수 있다.
상기 콜타르계 원료 물질 100 중량부를 기준으로 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매를 약 50 내지 약 300 중량부로 혼합할 수 있다.
콜타르계 원료 물질과 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하는 단계 및 원심분리법 또는 디칸팅법으로 혼합물을 분리하는 단계가 20 내지 150℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 콜타르계 원료 물질, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매의 혼합물은 70℃에서 약 60cP 이하의 점도를 나타낼 수 있다.
상기 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻어진 고순도 피치의 회수율이 원료 물질 대비 80 중량% 이상일 수 있다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻어진 원료용 피치는 퀴놀린 불용분 (QI) 함량이 낮고 베타-레진 회수율이 높다. 또한 상기 공정에 의해 원료 피치 대비 고순도 피치를 80% 이상으로 회수할 수 있어 경제적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법의 각 단계를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 고순도 피치를 사용하여 실시예 1에 기술된 방식으로 제조된 침상코크스에 대한 편광현미경 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 고순도 피치를 사용하여 제조된 단섬유 탄소섬유에 대한 SEM 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, C1-C4 알킬기, 할로겐 원자, -SH, -NH2, -OH 및 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "이들의 조합"이란 별도의 정의가 없는 한, 둘 이상의 치환기가 연결기로 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 결합되어 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 화합물 또는 치환기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3 포함하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 어떠한 알켄기나 알킨기를 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"; 또는 적어도 하나의 알켄(alkene)기 또는 알킨(alkyne)기를 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"를 모두 포함하는 것을 의미한다. 상기 "알켄기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 치환기를 의미하며, "알킨기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합으로 이루어진 치환기를 의미한다. 상기 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기 등이 있다.
본 명세서에서 "방향족 화합물"은 환형 고리를 포함하는 화합물로서 고리의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 화합물을 의미한다. 구체적인 예로 아릴과 헤테로아릴이 있다.
"아릴(aryl)"은 단일고리 또는 융합고리 (즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 복수의 고리)를 포함한다.
"헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 상기 헤테로아릴이 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 콜타르계 원료 물질, 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물에서 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법으로 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분과 불용분이 포함된 슬러지 부분을 분리하는 단계; 및 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분을 280℃ 이하의 온도에서 감압 증류를 통해 제1 용매 및 제2 용매를 제거하고 고순도 피치를 얻는 단계;를 포함하는 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법을 제공하고, 상기 제1 용매는 베타-레진(β-레진, β-resin)과 퀴놀린 불용분에 대해 응집성을 갖고, 상기 제2 용매는 베타-레진과 피치에 대해 용해성을 갖는다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해서 상기 콜타르계 원료 물질로부터 퀴놀린 불용분 (quinoline insoluble, QI)이라는 고체상 입자를 효과적으로 제거할 수 있어, 탄소 소재를 제조할 수 있는 원료용 피치를 제조할 수 있다.
탄소 섬유나 침상 코크스의 전구체로 사용되는 중간상 피치(mesophase picth)는 원료용 피치의 가열 처리 등을 통해 얻을 수 있지만, 이러한 원료용 피치는 퀴놀린에 녹지 않는, 이른바 퀴놀린 불용분이라는 고체입자와 회분(ash) 성분을 포함하고 있다.
크기가 약 0.2 내지 약 2.0㎛ 정도인 퀴놀린 불용분 (QI)은 약 2500G 내지 약 3000G에서 운전하는 슈퍼디칸팅법에 의해서도 제거되지 않고 타르에 잔류할 수 있고, 그로부터 제조되는 코크스 및 탄소 제품의 물성에 영향을 줄 수 있다.
이들은 탄화 전구체인 메조페이스(mesophase) 구체의 표면에 붙어서 메조페이스의 성장 및 합체를 방해하여 이방성 조직의 성장을 억제한다. 그 결과 제조된 침상 코크스의 열팽창계수(CTE) 값이 올라가게 하거나, 탄소 섬유의 방사성, 강도, 탄성률에 악영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 침상 코크스나 탄소 섬유 등과 같은 탄소 소재의 제품을 제조하기 위해서는 콜타르나 콜타르피치와 같은 콜타르계 원료 물질로부터 회분 성분 이외에도 퀴놀린 불용분 함량을 최소화할 필요가 있다.
베타-레진 성분은 탄화 전구체인 메조페이스 생성 및 성장에 도움이 되는 물질로 그 함량이 많을수록 메조페이스 생성 및 성장이 잘 된다.
일반적으로 전처리되지 않은 콜타르 피치 또는 카본블랙 원료유 (CBO) 등의 콜타르계 원료 물질 내의 베타-레진/QI 중량비는 최대 5 이하이다.
베타-레진을 많이 회수하거나 QI를 제거함에 의해 콜타르계 원료 물질의 베타-레진/QI 중량비를 높일 수 있는데, 이때 메조페이스 생성 및 성장에 유리한 피치를 얻을 수 있다.
상기 고효율의 탄소 소재를 제조할 수 있는 원료용 피치의 제조 방법에 의해서 상기 콜타르계 원료 물질로부터 퀴놀린 불용분 함량을 가능한 많이 제거하면서, 동시에 베타-레진 성분은 가능한 많이 회수할 수 있다. 또한 상기 방법으로 회수된 피치의 양은 원료 피치 대비 80 중량% 이상으로 회수할 수 있다.
그 결과, 상기 고효율의 탄소 소재를 제조할 수 있는 원료용 피치의 제조 방법에 의해서 퀴놀린 불용분 함량을 최소화하면서 베타-레진 성분의 함량을 높일 수 있어서, 높은 수치의 베타-레진/QI 중량비를 갖는 원료용 피치를 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소 소재를 제조할 수 있는 원료용 피치의 베타-레진/QI 중량비는 약 60 내지 약 10,000일 수 있다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법은 콜타르 피치 또는 카본블랙 원료유 (CBO) 등의 콜타르계 원료 물질에 대하여 높은 베타-레진/QI 중량비를 갖는 고순도 피치를 제조하기에 적합한 방법이다.
상기 콜타르계 원료 물질로는 석탄의 건류 과정에서 부산물로 나오는 통상의 콜타르, 또는 이의 증류 등의 방법에 의해 필요 오일들을 제거한 카본블랙 원료유 (CBO), 콜타르피치 등을 포함할 수 있다.
상기 콜타르계 원료 물질에 상기 제1 용매와 상기 제2 용매를 함께 혼합한다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 용매는 베타-레진 및 퀴놀린 불용분 응집성을 갖고, 상기 제2 용매는 베타-레진 및 피치 용해성을 가지기 때문에, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매와 혼합된 상기 콜타르계 원료 물질에서 퀴놀린 불용분을 응집시켜 제거가 용이하게 되고, 동시에 베타-레진의 회수율 및 피치 회수율을 높이게 된다.
이하, 베타-레진 및 퀴놀린 불용분 응집성 (또는 QI 응집성 용매)을 갖는 제1 용매 및 베타-레진 및 피치 용해성 제2 용매에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 제1 용매 및 상기 제2 용매는 각각 구체적으로 후술되는 용매를 사용할 수 있고, 단일 물질로 된 단일 용매, 또는 이러한 단일 물질을 조합한 혼합물로서의 혼합 용매를 사용할 수 있으며, 상업적으로 입수 가능한 제품을 사용할 수도 있다.
본 명세서에서, 단일 용매란 순도 약 95wt% 이상 단일 물질을 포함하는 것을 의미한다.
상기 혼합 용매는, 예를 들어, 콜타르 증류시 발생하는 혼합 오일로서, 예를 들면, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌이 포함된 코크스 오븐 조경유(coke oven light oil)를 사용할 수 있다.
공정조건 및 원료 상태에 따라 다르지만 일반적인 콜타르 증류시 발생하는 오일들에 대해 간략히 설명하면, 나프탈렌유는 콜타르를 증류시 약 190 내지 약 250℃의 온도범위에서 나오는 오일로 주성분은 나프탈렌이고, 타르산, 인덴 등을 포함한다. 흡수유는 일반적으로 석탄가스에서 가스경유를 포집할 때에 사용하는 매체유로서 콜타르를 약 230 내지 약 305℃ 증류할 때 취득되는 오일을 말한다. 안트라센유는 콜타르를 통상 약 270℃ 이상에서 증류할 때 나오는 오일로 주성분은 안트라센, 페난트렌, 카바졸 등의 다환 방향족을 주성분으로 한다.
일 구현예에서, 상기 제1 용매는 치환 또는 비치환된 단일환 아릴의 단일 용매이다. 상기 제1 용매가 단일 용매인 경우, 서로 상이한 비점을 갖는 여러 용매를 포함하는 혼합 용매에 비해 리싸이클 공정에 의해 용매를 재활용할 경우 단일한 비점을 갖는 단일 용매의 회수가 용이하기 때문에 리싸이클 공정을 용이하게 조절하여 리싸이클 공정을 수행하고, 그에 따라 최종 얻을 수 있는 피치는 퀴놀린 불용분 함량을 더욱 낮출 수 있고, 피치의 회수 효율은 더욱 높일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제1 용매로서, 적어도 한 개 이상의 치환기를 갖는 단일환 아릴의 단일 용매를 사용할 수 있다. 상기 단일환 아릴은 적어도 하나의 수소원자가 C1-C4 알킬기, 할로겐 원자, -SH, -NH2, -OH 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기에 의해 치환된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 용매로서 단일 용매를 사용하는 경우, 수소원자가 알킬기로 치환된 알킬 방향족 화합물, 예를 들면 톨루엔, 자일렌이 바람직하며, 그 밖에 페놀, 아닐린, 티오페놀(thiophenol), 클로로벤젠, 플루오로벤젠 또는 크레졸 등일 수 있다. 단, 오쏘(ortho)-, 메타(meta)-, 파라(para)- 이성질체는 단일 물질로 본다. 예를 들어 o-자일렌 및 p-자일렌은 혼합하여 사용하는 경우 단일 물질로 된 단일 용매로 본다. 상기 치환된 알킬 방향족 화합물은 끓는점의 온도가 적절한 수준이어서 연속식 피치의 고순도화 상업화 공정에 유리하다.
구체적으로, 상기 제2 용매는:
치환 또는 비치환되고, 1개 또는 2개 이상의 방향족 환을 포함하고, 상기 방향족 환을 형성하는 1개 또는 2개의 탄소가 헤테로원자로 치환된 헤테로아릴이 약 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매, 치환 또는 비치환되고, 적어도 2개의 방향족 환을 포함하는 아릴이 약 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매;
콜타르 증류 과정에서 나오는 i)나프탈렌유, ii)흡수유 (NSR, Wash Oil), iii)크레오소트 오일, 및 iv)안트라센 오일 중에서 선택된 적어도 하나 이상; 중질유 열분해 부산물 오일 (delayed coker byproduct oil); NMP (N-methyl pyrrolidone); 등일 수 있고,
이들의 조합을 포함하는 혼합 용매를 사용할 수도 있다. 상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴이 치환되는 경우는 상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴의 적어도 하나의 수소원자가 C1-C4 알킬기, 할로겐 원자, -SH, -NH2, -OH 등의 치환기에 의해 치환된 것일 수 있고, 상기 둘 이상의 치환기가 융합하여 융합 고리를 형성할 수도 있다.
예를 들어, 상기 제2 용매가 헤테로아릴이 약 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매인 경우, 상기 헤테로아릴은 헤테로원자로서 질소를 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 용매는 퀴놀린, 이소퀴놀린, 메틸나프탈렌, 피리딘, 흡수유, 나프탈렌유, 크레오소트 오일, 안트라센 오일, 중질유 열분해 부산물 오일, NMP 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 방향족계 용매, N메틸 피롤리돈 (N-methyl pyrrolidone, NMP) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 용매가 치환기를 갖는 단일환 아릴의 제1 방향족계 단일 용매이고, 상기 제2 용매가 제2 방향족계 용매일 수 있다.
상기 제2 용매가 N메틸 피롤리돈 (NMP)인 경우를 제외한다면, 상기 제1 용매와 상기 제2 용매는 모두 방향족계 용매일 수 있고, 상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법은 상기 제1 방향족계 단일 용매 및 상기 제2 방향족계 용매를 함께 용매로서 사용하게 됨으로써 보다 퀴놀린 불용성 제거율을 높이면서 베타-레진 함량을 높일 수 있다.
상기 제2 용매로서 사용될 수 있는 N메틸 피롤리돈 (NMP)는 방향족 용매는 아니지만 그와 동등한 베타-레진 및 피치 용해력을 가질 수 있어서 제2 용매로서 사용이 가능하다.
구체적으로, 하기 표 1에 가능한 제1 용매 및 제2 용매의 조합의 예시를 나타냈다. 하기 표 1에 나타낸 용매조합은 본 발명의 일부 예에 지나지 않으며 실제적으로는 더욱 다양한 조합의 예가 가능하다.
구분 제1 용매 제2 용매
조합예 1 톨루엔 NMP
조합예 2 톨루엔 나프탈렌유
조합예 3 자일렌 퀴놀린
조합예 4 자일렌 크레오소트유
조합예 5 페놀 흡수유
조합예 6 페놀 메틸나프탈렌
조합예 7 티오페놀 안트라센오일
조합예 8 아닐린 피리딘
조합예 9 클로로벤젠 나프탈렌유
조합예 10 클로로벤젠 퀴놀린
콜타르 피치 또는 카본블랙 원료유 (CBO) 등의 콜타르계 원료 물질과 상기 제1 용매 및 제2 용매의 총합 간의 혼합비는 상기 콜타르계 원료 물질 100 중량부를 기준으로 상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 총합 약 50 내지 약 300 중량부로 혼합될 수 있다.
상기 제1 용매 대 상기 제2 용매의 중량비는 약 1:1 내지 약 15:1일 수 있다.
상기 제1 용매 대 상기 제2 용매의 중량비는 구체적으로 약 1:1 내지 약 10:1일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 제1 용매는 베타-레진 및 퀴놀린 불용분과 타르 성분의 응집역할을 하고 제2 용매는 타르 내의 베타-레진을 녹이는 역할을 하므로 상기 제2 용매를 상기 범위를 초과하도록 너무 많은 양을 사용하게 되면 불용분의 응집을 방해해서 불용분 제거가 덜 효과적일 수 있다.
상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 총합 사용량은 상기 콜타르계 원료 물질의 함량 및 상기 콜타르계 원료 물질의 연화점에 따라 적당량이 달라지며, 상기 혼합비 범위 내로 총합 용매의 사용량이 결정하여 적절히 퀴놀린 불용분 (QI)의 제거 효과를 얻고, 회수되는 피치의 양을 높여 베타-레진 회수율을 높일 수 있을 뿐 아니라, 과량의 용매를 사용하지 않으므로 증류 및 회수 공정 상의 어려움을 완화시킬 수 있다.
상기 콜타르계 원료 물질과 상기 제1 용매 및 제2 용매는 약 20 내지 약 150 ℃의 온도 범위에서 혼합할 수 있다.
상기 콜타르계 원료 물질과 상기 제1 용매 및 제2 용매의 혼합 시 온도가 높으면 높을수록 용액의 점도가 떨어지므로 얻고자 하는 효과가 좋아지며, 예를 들어, 상기 콜타르계 원료 물질, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매의 혼합물은 70℃에서 약 60cP 이하, 구체적으로 약 1cP 내지 약 60cP의 점도를 나타낼 수 있다.
전술한 중량비로 혼합하여 상기 혼합물이 상기 범위의 점도를 갖도록 할 수 있고, 상기 범위를 점도를 가지면 원심분리시 상등액과 슬러지가 용이하게 분리되는 이점이 있다.
상기 콜타르계 원료 물질, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매의 혼합 시간에 대한 제한은 균일하게 혼합되는 한 제한이 없으므로 혼합 효율에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상기 균일하게 혼합된 혼합물 용액을 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법에 의해 얻어지는 상등액을 취함으로써, 불용분을 제거할 수 있다.
상기 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법 수행시 온도는 용매가 증발되지 않는 한에서 높으면 높을수록 좋고, 예를 들어, 약 20 내지 약 150℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다.
상기 원심분리법 수행 시 원심력은 약 1,500G 내지 약 10,000G으로 수행할 수 있고, 구체적으로, 약 2,500 내지 약 7,000G일 수 있다. 이러한 원심력 (G-force)의 값이 클수록 불용분 제거율이나 피치의 회수율 및 베타-레진 회수율이 높아지는 장점이 있다.
분리 수득한 액상의 상등액에 대해, 약 280℃ 이하, 구체적으로 약 40 내지 약 280℃의 온도에서 감압 증류에 의해 용매를 제거하고, 퀴놀린 불용분 (QI)이 제거된 고순도 피치를 얻을 수 있다. 한편, 상등액 및 슬러지의 용매를 증류시켜 회수하여 재순환시킴으로써 연속식 공정에서 상기 제1 용매 또는 제2 용매로 재사용할 수 있다.
상기 상등액에 대하여 용매를 증류하여 제거 시, 상등액을 약 280℃ 이상으로 가열할 경우에는 제2 용매의 혼합 물질에 포함되어 있는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴 방향족 화합물에 의하여 피치가 화학 반응을 하여 코크스 오븐에서 생성되는 1차(primary) QI와는 다른 성질의 고형 탄화수소 물질이 생성될 수 있으므로, 반드시 약 280℃ 이하 온도에서의 감압 증류를 통해 이러한 고형 탄화수소의 생성을 억제하는 것이 바람직하다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법은 퀴놀린 불용분 (QI) 제거 효과가 우수하다. 예를 들어, 일 구현예에서, 상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻어진 결과적인 피치는 콜타르계 원료 물질에 함유된 퀴놀린 불용분 (QI)의 적어도 약 95중량% 이상을 제거할 수 있다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에서 콜타르계 원료 물질의 조합, 제1 용매, 제2 용매 및 공정 조건에 따라 불용분 (QI) 함량이 약 0.1 중량% 이하인 피치는 손쉽게 얻을 수 있고, 상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 약 0.05 중량% 이하인 피치, 또는 약 0.01 중량% 이하인 피치도 얻을 수 있다.
이와 같이 불용분 (QI) 함량이 약 0.1 중량% 이하인 피치는 물리적 결함이 되는 불용성 물질을 거의 함유하고 있지 않기 때문에 이방성 구조의 성장을 억제시키는 요인이 없어 제조하고자 하는 탄소 제품, 예를 들어, 침상 코크스나 탄소 섬유의 물성에 좋은 영향을 끼친다.
또한, 상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에서 회수되는 양이 원료 대비 최소 80 중량% 이상 98 중량% 이하로서 경제성에서 유리하며, 회수되는 베타-레진의 양은 원료의 베타-레진 함량 대비 80 중량% 이상 98 중량%로 많은 양의 베타-레진의 회수가 가능하다. 회수되는 베타-레진의 양이 많으면 중간상 피치 형성에 이득이 된다.
상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻은 원료용 피치를 사용하여 조직배열이 잘된 낮은 열팽창계수 (CTE)를 갖는 인조 흑연용 침상 코크스와 양호한 방사성과, 고탄성, 고강도를 가진 탄소 섬유의 제조가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 측면에 따른 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법의 각 단계를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 1을 기초로 석탄 퀴놀린 불용분 (QI)이 제거된 피치 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 콜타르계 원료에 제1 용매 및 제2 용매를 가하고 혼합한다. 혼합물을 원심 분리법을 사용하여 불용분이 포함되지 않은 상등액과 슬러지 부분으로 분리하고 분리 수득한 상등액에 대해 280℃ 이하의 온도에서 감압증류를 통해 용매를 제거하여 퀴놀린 불용분 (QI)을 실질적으로 포함하지 않는 고품위 탄소소재의 원료용 고순도 피치를 얻는다. 한편, 상등액 및 슬러지 부분의 용매를 증류시켜 회수하여 재순환시킴으로써 제1 용매 및 제2 용매로 재사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니 된다.
( 실시예 )
실시예 1
퀴놀린 불용분(QI) 4.4wt%, 베타-레진 8.2wt%, 베타-레진/QI 중량비가 1.9인 콜타르피치에 중량비 6:1로 혼합된 자일렌 (제1 용매) 과 안트라센 오일 (제2 용매)의 혼합 용매를 콜타르계 원료 물질인 콜타르피치 100 중량부 대비 180 중량부를 첨가한 후, 50℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 50℃ 온도에서 원심력 4000G로 설정된 원심분리기를 이용해 상등액과 슬러지로 분리한 후, 상등액을 260℃에서의 감압 증류를 통해 용매를 제거하였다.
획득된 피치의 회수율은 원료대비 88wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.012wt%, 베타-레진함량은 7.8wt%, 베타-레진/QI 중량비는 650을 나타내었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 침상 코크스를 제조하였다. 침상 코크스 제조에 사용된 장치는 실제 연속식 딜레이드 코킹 장치와 유사하게 펌프로 원료를 수직형 코킹 장치의 하부에 주입하며 7기압에서 500℃의 온도에서 10시간 동안 반응하였다. 코킹 후 얻은 그린 코크스를 질소 분위기에서 소성하여 침상 코크스를 제조하였고 제조된 침상 코크스를 분급하여 바인더 피치와 100대 30의 중량비로 교반 및 압출 후 2800℃에서의 흑연화 공정을 통해 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 13.1 x 10-7 /℃ 이었다.
실시예 2
퀴놀린 불용분(QI) 2.8wt%, 베타-레진 7.3wt%, 베타-레진/QI 중량비가 2.6인 콜타르피치에 중량비 5:2로 혼합된 자일렌 (제1 용매) 과 흡수유 (제2 용매) 의 혼합 용매를 콜타르피치 100 중량부 대비 70 중량부를 첨가한 후, 90℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 90℃에서 원심력 5000G로 설정된 원심분리기를 이용해 상등액과 슬러지로 분리한 후, 상등액을 220℃에서의 감압 증류를 통해 용매를 제거하였다.
획득된 피치의 회수율은 원료대비 90wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.009wt%, 베타-레진함량은 7.0wt%, 베타-레진/QI 중량비는 778을 나타내었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 13.6 x 10-7 /℃ 이었다.
실시예 3
퀴놀린 불용분(QI) 3.3wt%, 베타-레진 7.6wt%, 베타-레진/QI 중량비가 2.3인 콜타르피치에 중량비 10:1로 혼합된 톨루엔 (제1 용매) 과 N메틸 피롤리돈(NMP) (제2 용매) 의 혼합 용매를 콜타르피치 100 중량부 대비 130 중량부를 첨가한 후, 80℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 80℃에서 원심력 6000G로 설정된 원심분리기를 이용해 상등액과 슬러지로 분리한 후, 상등액을 200℃에서의 감압 증류를 통해 용매를 제거하였다.
획득된 피치의 회수율은 원료대비 91wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.001wt%, 베타-레진함량은 7.2wt%, 베타-레진/QI 중량비는 7200을 나타내었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 12.9 x 10-7 /℃ 이었다.
실시예 4
실시예 1에서 사용된 동일한 콜타르피치에 중량비 6:1로 혼합된 조경유 (제1 용매) 와 안트라센 오일 (제2 용매) 의 혼합 용매를 콜타르계 원료 물질인 콜타르피치 100 중량부 대비 180 중량부를 첨가한 후, 50℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 50℃ 온도에서 원심력 4000G로 설정된 원심분리기를 이용해 상등액과 슬러지로 분리한 후, 상등액을 260℃에서의 감압 증류를 통해 용매를 제거하였다.
획득된 피치의 회수율은 원료대비 85wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.031wt%, 베타-레진함량은 7.6wt%, 베타-레진/QI 중량비는 245을 나타내었다.
비교예 1
실시예 1에서 사용된 동일한 콜타르피치에 초류점이 190℃인 석유계 등유를 콜타르피치 100 중량부 대비 60 중량부를 첨가한 후, 120℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 200℃ 온도에서 정치침강을 실시한 후 부피 비로 상부 70%부분을 회수하여 240℃이하의 온도에서 감압 증류를 통해 용매를 제거하여 고순도 피치를 획득하였다. 이 때, 고순도 피치의 회수율은 65wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분은(QI) 0.080wt%, 베타-레진함량은 2.6wt%이고, 베타-레진/QI 중량비는 33을 나타내어 알리파틱 성분인 석유계 등유만 사용하였을 때는 상기 실시예 1 보다 피치의 회수율도 적고, 특히 베타-레진의 회수율이 적다는 것을 알 수 있었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 17.2 x 10-7 /℃ 이었다. 고순도 피치의 QI 함량도 많고, 베타-레진 함량이 적음에 따라 고순도 피치로 제조한 탄소소재 품질이 떨어지는 것을 알 수 있었다.
비교예 2
실시예 1에서 사용된 동일한 콜타르피치에 중량비 5:1로 혼합된 초류점이 190℃인 석유계 등유와 흡수유를 콜타르피치 100 중량부 대비 60 중량부를 첨가한 후, 120℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 200℃ 온도에서 정치침강을 실시한 후 부피 비로 상부 70%부분을 회수하여 240℃ 이하의 온도에서 감압 증류를 통해 용매를 제거하여 고순도 피치를 획득하였다. 이 때, 고순도 피치의 회수율은 67wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.11wt%, 베타-레진함량은 3.1wt%이고, 베타-레진/QI 중량비는 28을 나타내었다. 지방족 용매를 단독 사용한 비교예 1의 경우보다는 베타-레진 함량은 늘었지만, 상기 실시예 1 보다는 회수율, QI 제거율, 베타-레진 회수율의 결과에는 미치지 못함을 알 수 있었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 17.6 x 10-7 /℃ 이었다. 고순도 피치의 QI 함량도 많고, 베타-레진 함량이 적음에 따라 고순도 피치로 제조한 탄소소재 품질이 떨어지는 것을 알 수 있었다.
비교예 3
실시예 1에서 사용된 동일한 콜타르피치에 초류점이 190℃인 석유계 등유를 콜타르피치 100 중량부 대비 60 중량부를 첨가한 후, 120℃ 온도에서 기계적 교반기를 이용해 교반하였다. 이 용액을 60℃ 온도에서 원심력 3000G로 설정된 원심분리기를 이용하였을 때, 석유계 등유 용매가 상부로 피치성분이 하부로 분리가 되어 상기 지방족계 용매는 원심분리에 적용하기가 적합하지 않음을 알 수 있었다.
비교예 4
실시예 1에서 사용된 동일한 콜타르피치에 실시예 1에서 사용된 용매 및 배합비를 사용하고 동일한 조건에서 원심분리기를 이용해 상등액과 슬러지로 분리한 후, 상등액을 350℃에서의 상압 증류를 통해 용매를 제거하였다.
획득된 피치의 회수율은 원료대비 88wt%이며, 피치 내 퀴놀린 불용분(QI)은 0.062wt%, 베타-레진함량은 8.5wt%, 베타-레진/QI 중량비는 137을 나타내었다.
상기의 방법으로 제조된 고순도 피치를 원료로 하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 인조 흑연 테스트 시편을 제작하였다. 제작된 테스트 시편의 25-500℃ 에서의 열팽창계수(CTE)는 17.3 x 10-7 /℃ 이었다.
원심분리 상등액을 280℃ 이상의 고온에서 증류할 경우인 비교예 4는, 퀴놀린 불용분 함량 및 베타-레진/QI 중량비가 다른 비교예 1-3의 수준 보다 우수하지만, 280℃ 이하의 낮은 온도에서 증류한 실시예 1보다는 좋지 못하며, 고온에서의 화학 반응에 의해 생성되는 1차 QI와는 다른 성질의 불용분에 의해 고순도 피치의 품질에 좋지 않은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
하기 표 2에 실시예 1-4 및 비교예 1-5의 결과를 정리하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
원료 피치

 QI(wt%) 4.4 2.8 3.3 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4
베타-레진(wt%) 8.2 7.3 7.6 8.2 8.2 8.2 8.2 8.2
베타-레진/QI 1.9 2.6 2.3 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9
사용용매 방향족계 방향족계 방향족계 방향족계 지방족계 지방족계 지방족계 방향족계
분리방법 원심분리 원심분리 원심분리 원심분리 정치침강 정치침강 원심분리 원심분리
용매증류온도 (℃) 260 220 200 260 240 240 - 350
고순도 피치 회수율 (wt%) 88 90 91 85 65 67 분리 안됨 88
고순도 피치 QI(wt%) 0.012 0.009 0.001 0.031 0.080 0.11 - 0.062
베타-레진(wt%) 7.8 7.0 7.2 7.6 2.6 3.1 - 8.5
베타-레진/QI 650 778 7200 245 33 28 - 137
흑연 시편 CTE (x10-7/℃) 13.1 13.6 12.9 - 17.2 17.6 - 17.3
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1-3에서, 원료 물질 중 베타-레진/QI 중량비, 즉 (1.9 내지 2.6)에 비하여 퀴놀린 불용분을 제거한 후 획득된 고순도 피치의 베타-레진/QI 중량비(650 내지 7200)가 약 300배 내지 3000배까지 매우 큰 폭으로 증가했음을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용된 원료인 콜타르 피치는 3 종류로 제한되어 사용되었지만, 콜타르 피치 제조업체 및 생산지에 따라서 콜타르 피치의 QI값, 베타-레진의 함량은 다양하게 변화하므로, 본 발명의 정제 공정을 적용하여 생성되는 고순도 피치의 베타레진/QI 값의 범위는 약 60 내지 10,000의 범위에서 변화할 것으로 예측된다.
반면에, 비교예 1-2에서 지방족계 용매를 사용하여 정치침강으로 제조한 고순도 피치는 베타-레진/QI 중량비 (28 내지 33)는 원료 물질의 베타-레진/QI 중량비에 비해 15배 내지 17배 정도 밖에 증가하지 않았다. 이에 따라 이와 같은 방법으로 제조한 고순도 피치를 탄소소재의 원료로 사용시 탄소소재의 품질이 좋지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 3에서 원심분리 방식으로 고순도 피치를 제조할 때에 지방족계 용매의 사용은 적합하지 않는 것을 알 수 있었다.
또한, 원심분리로 분리된 상등액에 용매를 제거할 때에 280℃ 이상의 고온에서 증류한 비교예 4의 경우, 실시예 1에 비하여 QI함량 및 베타-레진/QI중량비가 좋지 못하며, 용매의 증류 과정에서 생성된 불용분에 의해 흑연 시편의 CTE값에도 좋지 않은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과로부터, 상기 고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 원료 물질 대비한 베타-레진/QI 중량비를 현저히 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 또한 수득되는 고순도 피치의 양이 원료 대비 80% 이상으로 높은 회수율을 갖는 것을 알 수 있다.
실시예들에서 보는 바와 같이 최종 생성된 고순도 피치의 경우 베타-레진/QI의 값은 원료물질의 베타-레진/QI 중량비에 따라 일정 범위 내에서 변화하는 값을 가지지만, 생성된 고순도 피치를 탄소 소재 등의 재료로 쓰기 위해서는 그 값을 60 내지 10,000의 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
실험예 1
도 2는 실시예 1에서 제조된 고순도 피치를 사용하여 실시예 1에 기술된 방식으로 제조된 침상코크스에 대한 편광현미경 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 고순도 피치를 사용하여 제조된 단섬유 탄소섬유에 대한 SEM 이미지이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 콜타르계 원료 물질, 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 혼합물에서 원심분리법 또는 디칸팅(decanting)법으로 불용분이 포함되지 않은 상등액 부분과 불용분이 포함된 슬러지 부분을 분리하는 단계; 및
    불용분이 포함되지 않은 상등액 부분을 280℃ 이하의 온도에서 감압 증류를 통해 제1 용매 및 제2 용매를 제거하고 고순도 피치를 얻는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 용매는 베타-레진과 퀴놀린 불용분에 대해 응집성을 갖고, 상기 제2 용매는 베타-레진과 피치에 대해 용해성을 갖고,
    상기 콜타르계 원료 물질 100 중량부를 기준으로 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매를 50 내지 300 중량부로 혼합하고,
    상기 제1 용매 대 상기 제2 용매의 중량비는 1:1 내지 15:1인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제거된 용매를 회수하여 재순환시켜 상기 제1 용매 또는 제2 용매로 재사용하는
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용매는 치환 또는 비치환된 단일환 아릴의 단일 용매인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용매는 톨루엔, 자일렌, 페놀, 아닐린, 티오페놀(thiophenol), 클로로벤젠, 플루오로벤젠 또는 크레졸의 제1 방향족계 단일 용매인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용매는
    치환 또는 비치환되고, 1개 또는 2개 이상의 방향족 환을 포함하고, 상기 방향족 환을 형성하는 1개 또는 2개의 탄소가 헤테로원자로 치환된 헤테로아릴이 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매, b) 치환 또는 비치환되고, 적어도 2개의 방향족 환을 포함하는 아릴이 70 중량% 이상 포함된 혼합 용매;
    콜타르 증류 과정에서 나오는 i)나프탈렌유, ii)흡수유 (NSR, Wash Oil), iii)크레오소트 오일 및 iv)안트라센 오일 중에서 선택된 적어도 하나 이상; 중질유 열분해 부산물 오일 (delayed coker byproduct oil); NMP (N-methyl pyrrolidone); 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴이 치환되는 경우는 상기 헤테로아릴 또는 상기 아릴의 적어도 하나의 수소원자가 C1-C4 알킬기, 할로겐원자, -SH, -NH2, -OH 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기에 의해 치환된 것이고, 상기 둘 이상의 치환기가 융합하여 융합 고리를 형성하는 경우를 포함하는
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용매는 퀴놀린, 이소퀴놀린, 메틸나프탈렌, 피리딘, 흡수유, 나프탈렌유, 크레오소트 오일, 안트라센 오일, 중질유 열분해 부산물 오일 (delayed coker byproduct oil), NMP (N-methyl pyrrolidone) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 방향족계 용매, N메틸 피롤리돈 또는 이들의 조합인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    콜타르계 원료 물질과 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하는 단계 및 원심분리법 또는 디칸팅법으로 혼합물을 분리하는 단계가 20 내지 150℃의 온도에서 이루어지는
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 콜타르계 원료 물질, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매의 혼합물은 70℃에서 60cP 이하의 점도를 나타내는
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    불용분 및 용매를 제거하여 얻은 고순도 피치의 퀴놀린 불용분 함유량이 0.1 중량% 이하인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 콜타르계 원료물질로부터 분리되어 고순도 피치에 잔류하는 베타-레진의 회수율이 80 내지 98 중량%인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.

  13. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻어진 피치의 베타-레진/퀴놀린 불용분의 중량비는 60 내지 10,000인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법에 의해 얻어진 고순도 피치의 회수율이 원료 물질 대비 80 중량% 이상인
    고효율의 탄소 소재 원료용 고순도 피치의 제조 방법.
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