KR20110121694A

KR20110121694A - 코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110121694A
Application number: KR1020117020144A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 나까무라; 타꾸시 나가시마; 켄지로 마쯔오까; 코우이찌 이노우에; 다이스께 안라꾸
Original assignee: 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사; 미쯔비시 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-11-08
Also published as: KR101610989B1; JP2010180287A; CN102300957B; US9493708B2; WO2010090013A1; CN102300957A; BRPI1008161B1; US20110284424A1; BRPI1008161A2; US20150001131A1; JP4576463B2

Abstract

본 발명은, 원유를 상압 증류하여 얻어지는 상압 증류 잔유, 및 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어지는 감압 증류 잔유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 잔유로부터 원유를 상압 증류함으로써, 상기 원유로부터 분류되는 나프타 증류분을 접촉 개질하여 얻어지는 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출하는 공정을 포함하는 코크스 제조용 점결재의 제조 방법을 이용한다.

Description

코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING BINDER FOR COKE PRODUCTION AND PROCESS FOR PRODUCING COKE}

본 발명은, 코크스 제조용 점결재(粘結材, binder)의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 원유를 원료로서 얻어지는 코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2009년 2월 3일에 출원된 일본 특허 출원2009-23053에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

용광로 코크스는 광석류를 용융하는 열원으로서, 철광석을 철로 환원하는 환원제로서, 나아가서는 용광로 내에서의 가스의 통기성과 용융물의 통액성을 유지하기 위한 고온에 견디는 지지재로서 용광로 조업에 있어서 불가결하다. 따라서, 코크스에는 용광로 내의 충전층의 압력에 견뎌 큰 공극률을 달성할 수 있는 충분히 높은 강도가 필요함과 동시에, 미분의 발생을 충분히 작게 할 수 있는 높은 내마모성이 필요로 되고 있다. 이러한 높은 강도와 높은 내마모성을 갖고, 공극률을 유지할 수 있는 코크스를 제조하기 위해서는, 코크스 제조용 원료탄 중에 일정한 비율 이상의 강점결탄(强粘結炭)을 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 강점결탄의 산출은 지역적, 수량적, 가격적인 제한이 있고, 자원적으로도 가까운 장래 고갈이 예상되고 있다. 그 때문에, 코크스 제조용 원료탄 중에서의 강점결탄의 함유량을 감소시키는 것이 요구되고 있다.

또한, 원유는, 일반적으로 정제 공정에서 상압 증류를 행함으로써, 가스, LPG, 나프타, 등유, 경질 경유, 중질 경유, 상압 증류 잔유로 분리된다.

원유를 상압 증류함으로써 상압 증류 잔유 등의 다른 성분으로부터 분리된 나프타는, 통상 수소화 정제 장치로 황분을 제거한 후, 경질 나프타와 중질 나프타로 분리된다. 중질 나프타는, 접촉 개질 장치에 의해 개질되어 방향족계 탄화수소를 주체로 하는 리포메이트(reformate)가 된다. 그 후, 리포메이트가 정류 장치에 의해 분리되어, 탄소수 5의 탄화수소를 주성분으로 하는 라이트(light) 리포메이트와, 탄소수 6 이상의 방향족계 탄화수소를 주성분으로 하는 증류분으로 분리된다.

또한, 원유를 상압 증류함으로써 다른 성분으로부터 분리된 상압 증류 잔유는, 통상 감압 증류 장치를 사용하여 더 감압 증류된다. 상압 증류 잔유를 감압 증류함으로써 다른 성분으로부터 분리된 감압 증류 잔유는, 용제 탈력[SDA(Solvent Deasphalting Process)] 공정이라고 불리는 용제 추출법, 유리카(Yurica) 프로세스나 코커(Coker) 프로세스 등의 열 분해법, 또는 그 이외의 방법에 의해 더 정제된다.

감압 증류 잔유의 SDA 공정에서는, 용제에 의해 감압 증류 잔유를 구성하고 있는 비교적 저분자량의 오일과 레진으로 이루어지는 말텐(malthene)분이 선택적으로 분리되어 제거됨과 동시에, 감압 증류 잔유에 포함되어 있었던 알킬 측쇄나 수소를 갖는 아스팔텐이 농축되어, 점조(粘稠)한 SDA 피치가 생성된다.

또한, 감압 증류 잔유에 대하여 열 분해법을 행한 경우, 감압 증류 잔유의 열 분해 반응에 의해 수소 함유량이 많은 경질유와, 유리카 피치 등의 고탄소질, 고연화점의 석유 피치로 분해된다. 감압 증류 잔유에 대하여 열 분해법을 행하면, 열 분해 반응에 의해 감압 증류 잔유에 포함되는 아스팔텐의 측쇄가 탈알킬화되어, 탈수소화 반응이 일어난다. 따라서, 석유 피치에 포함되는 아스팔텐은 감압 증류 잔유에 포함되는 아스팔텐이 변성된 것이며, 중축합화가 진행된 방향족성이 높은 것이다.

종래부터, 유리카 피치 등의 석유 피치로 이루어지는 코크스 제조용 점결재는, 제철용의 코크스 제조시에 원료탄에 첨가하여 사용되고 있으며, 코크스 제조용의 원료탄 중의 비미점결탄의 배합 비율을 증가시킬 수 있다는 것이 알려져 있다. 또한, 코크스 제조용 점결재로서는 아스팔텐의 변성이 적고, 석탄과의 공탄소화 반응시에 광학적 이방성 조직 구조가 발달하기 쉬운 것이 바람직하며, 그러한 점결재를 사용하면 코크스의 강도를 향상시킬 수 있으며, 비미점결탄의 배합 비율을 증가시킬 수 있다(비특허문헌 1 참조).

원유를 원료로 하는 코크스 제조용 점결재로서는, 예를 들면 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에 기재되어 있는 것을 들 수 있다.

특허문헌 1에는, 부탄, 펜탄 또는 헥산을 단독 또는 혼합하여 용제로 하여 사용하고, 석유계 중질유로부터 얻어진 연화점 100 ℃ 이상의 탈력(deasphalted) 아스팔트를 점결재로서 첨가ㆍ배합하는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 부탄, 펜탄 또는 헥산을 용제로 하여 추출한 탈력 아스팔트를 열 처리에 의해 개질하여 이루어지는 인조 점결탄의 제조 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 헥산에 가용인 성분: 20 ％ 초과 90 ％이하, 톨루엔에 불용인 성분: 1 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 헥산에 불용이며 톨루엔에 가용인 성분 및 불가피적 잔류 성분으로 이루어지는 점결 보전재가 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 석유계 중질유로부터 용제 추출 또는 증류 처리에 의해 경질유를 분리하여 석유 피치를 얻는 제1 공정과, 석유 피치를 수소화 개질 처리하여 개질물을 얻는 제2 공정과, 개질물을 용제 추출 또는 증류 추출에 의해 경질유와 중질 잔사로 분리하는 제3 공정을 갖는 코크스 제조용 점결재의 제조법이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 (소)59-179586호 공보 일본 특허 공개 (소)56-139589호 공보 일본 특허 공개 제2006-291190호 공보 일본 특허 공개 제2007-321067호 공보

"탄소화 공학의 기초" 오타니 스기오, 사나다 유조 저 오옴사 출판 P.222 내지 P.226

그러나, 특허문헌 1에 기재된 점결재는 연화점이 낮고, 경질인 파라핀을 많이 포함하는 것이기 때문에 휘발분이 많아, 코크스 제조용 점결재로서 사용하는 경우에 바람직하지 않다는 문제점이 있었다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 인조 점결탄은 탈력 아스팔트를 열 처리에 의해 개질하고 있기 때문에 아스팔텐이 변성되어 있으며, 코크스 제조용 점결재로서 사용한 경우, 석탄과의 공탄소화 반응시에 광학적 이방성 조직 구조의 발달을 충분히 촉진시킬 수 없고, 코크스의 강도를 향상시키는 효과가 부족하고, 비미점결탄의 배합 비율을 충분히 증가시킬 수 없는 경우가 있었다.

또한, 이하에 나타낸 바와 같이, 종래의 기술은 모두 휘발분이 적고, 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 양호한 코크스 제조용 점결재를 수율 양호하게 제조하는 것은 곤란하였다.

즉, 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 코크스 제조용 점결재를 얻기 위해서는, 열 분해 반응에 의한 아스팔텐의 변성을 방지하기 위해, 감압 증류 잔유를 정제하는 방법으로서 열 분해법이 아닌 용제 추출법을 이용하는 것이 생각된다. 또한, 용제 추출법에서는, 사용하는 용제가 중질일수록 얻어지는 코크스 제조용 점결재의 휘발분이 줄어들고, 얻어지는 코크스 제조용 점결재의 분자 구조가 석탄의 단위 구조에 유사한 방향족성이 높은 것이 되고, 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 휘발분이 적은 양호한 코크스 제조용 점결재를 얻기 위해서는, SDA 공정에서 통상 사용되는 프로판보다 중질인(분자량이 큰) 탄화수소인 부탄이나 펜탄을 용제 추출법의 용제로서 사용하는 방법이 생각된다.

그러나, 프로판보다 중질의 탄화수소인 부탄을 용제로서 사용한 경우에도, 얻어지는 코크스 제조용 점결재가 연화점이 낮은 경질인 파라핀을 많이 포함하기 때문에 휘발분이 충분히 줄어들지는 않는다. 그 때문에, 휘발분이 적은 양호한 코크스 제조용 점결재를 얻기 위해서는, 부탄보다 중질인 탄화수소를 용제로서 사용할 필요가 있다. 그러나, 사용하는 용제가 중질일수록 얻어진 코크스 제조용 점결재의 점도나 연화점이 높아지기 때문에, 용제 추출 장치 내로부터 코크스 제조용 점결재를 취출하는 것이 곤란해지고, 코크스 제조용 점결재의 생산성 및 수율이 저하된다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 휘발분이 적은 양호한 코크스 제조용 점결재를 수율 양호하게 제조할 수 있는 코크스 제조용 점결재의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은, 본 발명의 코크스 제조용 점결재를 포함하는 코크스 제조용 원료탄을 사용함으로써, 코크스 제조용 원료탄 중에 높은 함유량으로 비미점결탄을 첨가할 수 있을 뿐만 아니라, 고강도의 코크스가 얻어지는 코크스의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법은, 원유를 상압 증류하여 얻어지는 상압 증류 잔유, 및 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어지는 감압 증류 잔유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 잔유로부터 원유를 상압 증류함으로써, 상기원유로부터 분류되는 나프타 증류분을 접촉 개질하여 얻어지는 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출하는 공정을 포함한다.

본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에서, 상기 용제 탈력 피치의 추출을 추출 온도 150 ℃ 내지 200 ℃, 상기 잔유에 대한 상기 용제의 유량비(용제/잔유) 5/1 내지 8/1로 하여 행할 수도 있다.

본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에서는, 상기 용제 탈력 피치의 연화점이 140 내지 200 ℃이고, 상기 용제 탈력 피치 중에 잔류하는 탄소의 함유량이 30 질량％ 내지 70 질량％일 수도 있다.

본 발명의 코크스 제조용 점결재는 상기 제조 방법에 의해 얻어지며, 그 연화점이 140 내지 200 ℃, 잔류하는 탄소의 함유량(잔류 탄소분)이 30 질량％ 내지 70 질량％, 탄소에 대한 수소의 원자수비(H/C)가 1.2 이하이다.

본 발명의 코크스의 제조 방법은, 원유를 상압 증류하여 얻어지는 상압 증류 잔유, 및 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어지는 감압 증류 잔유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 잔유로부터 원유를 상압 증류함으로써, 상기 원유로부터 분류되는 나프타 증류분을 접촉 개질하여 얻어지는 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출하는 공정과, 상기 용제 탈력 피치를 포함하는 코크스 제조용 원료탄을 건류함으로써 코크스를 얻는 공정을 구비한다.

본 발명의 코크스의 제조 방법에서는, 상기 코크스 제조용 원료탄 중에 상기 용제 탈력 피치가 0.5 내지 10 질량％ 포함되어 있을 수도 있다.

본 발명의 코크스의 제조 방법에서는, 상기 코크스 제조용 원료탄 중에 비미점결탄이 10 내지 50 질량％ 포함되어 있을 수도 있다.

본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에 따르면, 열 분해법을 행하는 경우와는 달리 열 분해 반응에 의한 아스팔텐의 변성이 발생하지 않는다. 또한, 유리카 피치 등에 비해 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 우수한 코크스 제조용 점결재가 얻어진다.

또한, 본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에 따르면, 잔유로부터 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 용제 탈력 피치를 추출하기 때문에, 용제로서 부탄을 사용한 경우에 비해 휘발분이 적고, 용제로서 헥산을 사용한 경우에 비해 용제추출 장치로부터 취출하기 쉽다. 따라서, 양호한 코크스 제조용 점결재를 수율 양호하게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 코크스의 제조 방법에 따르면, 코크스 제조용 원료탄 중에 높은 함유량으로 비미점결탄을 첨가할 수 있을 뿐만 아니라 고강도의 코크스가 얻어지기 때문에, 강점결탄의 코크스 제조용 원료탄 중에서의 함유량을 감소시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트도이다.

이하, 본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법 및 코크스의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트도이다. 도 1에 나타낸 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 용제 추출 장치에서 잔유로부터 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는 원유의 정제 공정에서 사용되는 상압 증류 장치에 의해 원유를 상압 증류함으로써 상압 증류 잔유를 얻는다. 또한, 이 상압 증류 잔유를 감압 증류 장치에 의해 감압 증류함으로써 감압 증류 잔유를 얻는다. 이렇게 하여 얻어진 감압 증류 잔유를 용제 탈력 피치의 원료로서 사용한다.

또한, 용제 탈력 피치의 원료로서 사용하는 잔유로서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 원유를 상압 증류 및 감압 증류함으로써 얻어지는 감압 증류 잔유를 사용할 수도 있지만, 원유를 상압 증류함으로써 얻어지는 상압 증류 잔유를 사용할 수도 있고, 상압 증류 잔유와 감압 증류 잔유의 혼합물을 사용할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서 용제로서 사용하는 라이트 리포메이트는, 도 1에 나타낸 바와 같이 원유를 상압 증류하여 나프타 증류분을 얻고, 이 나프타 증류분을 접촉 개질 장치로 개질한 후 다른 성분으로부터 분리한 것이다. 보다 상세하게는, 라이트 리포메이트는 이하에 나타낸 바와 같이 하여 얻어진다.

우선, 원료인 원유를 도 1에 나타낸 상압 증류 장치에 의해 분류하여, 나프타 증류분(주로 30 내지 230 ℃의 증류분)을 얻는다. 나프타 증류분은, 상압 증류 장치에 의해 경질 나프타 증류분(예를 들면 비점 30 내지 90 ℃ 상당)과 중질 나프타 증류분(예를 들면 비점 80 내지 180 ℃ 상당)으로 미리 분류하여, 그 후 수소화 정제(수소화 탈황 처리)할 수도 있고, 수소화 정제(수소화 탈황 처리) 장치로 나프타 증류분을 처리한 후, 경질 나프타와 중질 나프타로 분류할 수도 있다.

이어서, 접촉 개질 장치에 의해 중질 나프타(주로 비점 80 내지 180 ℃)를 개질하여 방향족계 탄화수소를 주체로 하는 리포메이트로 한다. 이와 같이 하여 얻어진 리포메이트는, 밀도가 0.78 내지 0.81 g/cm³, 리서치법 옥탄가가 96 내지 104, 모터 옥탄가가 86 내지 89이고, 방향족분을 50 내지 70 용량％, 포화분을 30 내지 50 용량％ 포함하는 것이다.

그 후, 정류 장치에 의해 리포메이트를 탄소수 5의 탄화수소를 주성분으로 하는 라이트 리포메이트와 C6+ 증류분으로 분리한다. C6+ 증류분은, 탄소수 6 이상의 방향족계 탄화수소를 주성분으로 하는 것이며, 그 이외에 탄소수 6 이상의 포화탄화수소, 올레핀계 탄화수소 및 나프텐계 탄화수소 등의 성분을 포함하는 것이다. 라이트 리포메이트 및 C6+ 증류분에 포함되는 각 성분은, 예를 들면 GC(가스 크로마토그래프) 분석(JIS K2536 "석유 제품-성분 시험 방법") 등에 의해 구할 수 있다.

라이트 리포메이트와 C6+ 증류분의 분리 조건은, 라이트 리포메이트 중에 벤젠이 포함되지 않도록 분리할 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 라이트 리포메이트 중의 C6+ 증류분이 30 용량％ 이하가 되도록 적절하게 조정된다.

이와 같이 하여 얻어진 라이트 리포메이트는 부탄을 5 내지 15 용량％, 펜탄을 60 내지 80 용량％, 헥산을 5 내지 30 용량％ 포함하는 것이다. 또한, 여기서 말하는 부탄, 펜탄, 헥산이란, 각각 탄소수 4, 5, 6의 노르말 파라핀과 이소파라핀의 혼합물일 수도 있다.

라이트 리포메이트를 용제로 하여 잔유로부터 용제 탈력 피치를 추출할 때에는, 용제 추출 장치의 믹서 등의 혼합 장치에 의해 잔유와 용제를 혼합한 후, 용제의 임계 압력 이상 임계 온도 이하의 일정한 조건으로 유지되어 있는 용제 추출 장치의 아스팔텐 분리조에 공급한다. 아스팔텐 분리조 내에서는, 잔유에 포함되는 아스팔트가 침전된다. 이 침전물을, 아스팔텐 분리조의 바닥부로부터 연속적으로 추출하고, 추출된 침전물로부터 근소하게 포함되는 용제를 스트리퍼에 의해 제거한다. 이에 따라, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 얻는다. 또한, 아스팔텐 분리조의 상부로부터 추출된 오일은 탈력 오일(DAO: Deasphalted Oil)로서 이용한다.

라이트 리포메이트를 용제로 하여 잔유로부터 용제 탈력 피치를 추출할 때에는, 추출 온도를 150 ℃ 내지 200 ℃로 하고, 용제와 잔유의 유량비(용제/잔유)를 5/1 내지 8/1로 하여 행하는 것이 바람직하다.

잔유의 추출 온도는 잔유의 성상에 따라 적절하게 결정되는 것이며, 용제 탈력 피치의 연화점이 일정해지도록 조정된다. 추출 온도가 150 ℃ 미만이면, 용제 탈력 피치의 연화점이 200 ℃ 이상이 되고, 용제 추출 장치 내로부터 코크스 제조용 점결재를 취출하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 코크스 제조용 점결재의 생산성 및 수율이 저하된다. 추출 온도가 200 ℃를 초과하면, 용제 탈력 피치의 연화점이 140 ℃ 이하가 되어 원료 석탄으로의 배합이 곤란해지거나, 여름철 저탄장(貯炭場)에서 용융 고착될 우려가 있어 취급면에서 바람직하지 않다.

또한, 용제와 잔유의 유량비(용제/잔유)가 5/1 미만이면, 용제가 적기 때문에 아스팔텐 분리조에서의 추출 효율이 저하되고, 용제 탈력 피치의 연화점이 140 ℃ 이하가 되어 원료 석탄으로의 배합이 곤란해지거나, 여름철 저탄장에서 용융 고착될 우려가 있어 핸들링면에서 바람직하지 않다. 용제와 잔유의 비(용제/잔유)가 8/1을 초과하면, 필요 이상의 용제를 순환시킴으로써 용제 추출 장치의 에너지 소비량이 증대되고, 비경제적인 운전이 되어 바람직하지 않다.

이와 같이 하여 얻어진 용제 탈력 피치는 그 연화점이 140 내지 200 ℃이고, 용제 탈력 피치 중에 잔류하는 탄소의 함유량(잔류 탄소분)이 30 질량％ 내지 70 질량％이고, 탄소에 대한 수소의 원자수비(H/C)가 1.2 이하이다.

또한, 여기서 말하는 연화점이란, JIS K2207 "석유 아스팔트-연화점 시험 방법(환구법)"에 의해 측정한 값이다. 잔류하는 탄소의 함유량(잔류 탄소분)이란, JIS K2270 "원유 및 석유 제품-잔류 탄소분 시험 방법"에 의해 측정한 값이다. 탄소에 대한 수소의 원자량비(H/C)란, ASTM D5291 "석유 제품 및 윤활제의 탄소, 수소, 및 질소의 기구적 측정에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen, and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants)"에 준거하여 측정되는 값이다.

이러한 용제 탈력 피치에서는, 연화점이 낮은 경질 파라핀의 함유량이 충분히 적고, 휘발분도 충분히 적기 때문에 코크스 제조용 점결재로서 사용한 경우 우수한 결합성이 얻어진다.

또한, 도 1에 나타낸 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 코크스로를 사용하여 상기한 바와 같이 하여 얻어진 코크스 제조용 점결재와 비미점결탄과 점결탄을 포함하는 코크스 제조용 원료탄을 건류함으로써 코크스를 제조하고 있다.

코크스 제조용 원료탄 중에는 코크스 제조용 점결재가 0.5 질량％ 이상 포함되어 있는 것이 바람직하고, 1 질량％ 이상으로 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 코크스 제조용 원료탄 중에 포함되는 코크스 제조용 점결재의 양은 10 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 5 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

코크스 제조용 원료탄 중에 코크스 제조용 점결재가 0.5 내지 10 질량％ 포함되어 있는 경우, 코크스 제조용 원료탄 중에 포함되는 비미점결탄의 비율을 10 내지 50 질량％로 하여도 점결재의 첨가에 의해 코크스 강도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 점결재의 첨가 효과를 충분히 얻기 위해서는, 코크스 제조용 원료탄 중에 비미점결탄이 10 질량％ 이상 포함되어 있는 것이 바람직하고, 15 질량％ 이상 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 코크스 제조용 원료탄 중에 포함되어 있는 비미점결탄의 양은 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40 질량％ 이하인 것이 바람직하다.

코크스 제조용 원료탄 중에 포함되는 비미점결탄이 상술한 범위이면 점결재의 첨가에 의해 코크스 강도의 향상을 도모할 수 있으며, 코크스 강도를 유지하면서 코크스 제조용 원료탄 중에서의 강점결탄의 함유량을 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 실시 형태의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에 따르면, 열 분해법을 행하는 경우와는 달리 열 분해 반응에 의한 아스팔텐의 변성이 발생하지 않는다. 따라서, 코크스의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 우수한 코크스 제조용 점결재가 얻어진다. 또한, 본 실시 형태의 코크스 제조용 점결재의 제조 방법에 따르면, 라이트 리포메이트를 용제로 하여 잔유로부터 용제 탈력 피치를 추출하기 때문에, 휘발분이 적은 양호한 코크스 제조용 점결재를 수율 양호하게 제조할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 코크스의 제조 방법에 따르면, 코크스 제조용 원료탄 중에 높은 함유량으로 비미점결탄을 첨가할 수 있을 뿐만 아니라 고강도의 코크스가 얻어지기 때문에, 강점결탄의 코크스 제조용 원료탄 중에서의 함유량을 감소시킬 수 있다.

즉, 본 실시 형태의 코크스의 제조 방법에서는, 코크스 제조용 원료탄에 본 실시 형태의 코크스 제조용 점결재가 포함되어 있기 때문에, 코크스 제조용 원료탄을 건류함으로써 코크스 제조용 점결재가 석탄 입자의 접착성을 향상시킴과 동시에, 석탄과의 공탄소화 반응시에 광학적 이방성 조직 구조의 발달이 촉진된다. 이 에 따라, 코크스의 강도가 향상된다.

[실시예]

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 효과를 확인하기 위한 예이며, 본 발명은 이 예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 이용할 수 있는 것이다.

도 1에 나타낸 원유의 정제 공정에서 사용되는 상압 증류 장치에 의해 원유를 상압 증류함으로써 상압 증류 잔유를 얻고, 이 상압 증류 잔유를 감압 증류 장치에 의해 감압 증류함으로써 감압 증류 잔유를 얻었다. 또한, 이 상압 증류 잔유로부터, 표 1에 나타낸 용제를 사용하여 용제 탈력 피치를 추출하였다. 본 실시예에서는, 이 용제 탈력 피치를 코크스 제조용 점결재(표 1 중의 A 내지 B)로서 사용하였다.

또한, 원유의 정제 공정에서 사용되는 상압 증류 장치에 의해 원유를 상압 증류함으로써 상압 증류 잔유를 얻고, 이 상압 증류 잔유를 감압 증류 장치에 의해 감압 증류함으로써 감압 증류 잔유를 얻었다. 또한, 이 상압 증류 잔유를 유리카 프로세스에 의해 더 열 분해함으로써 유리카 피치를 얻었다. 본 실시예에서는, 이 유리카 피치(시판 석유계 피치)를 코크스 제조용 점결재(표 1 중의 C)로서 사용하였다.

이와 같이 하여 얻어진 코크스 제조용 점결재 A 내지 C의 밀도, 연화점, 잔류 탄소, 공업 분석 결과, 원소 분석 결과, 조성 분석 결과를 시험법과 함께 표 1에 나타낸다.

또한, 표 1에 나타낸 용제에서 라이트 리포메이트는 부탄(노르말부탄과 이소부탄의 혼합물)을 7 용량％, 펜탄(노르말펜탄과 이소펜탄의 혼합물)을 66 용량％, 헥산(노르말헥산과 이소헥산의 혼합물)을 27 용량％ 포함하는 것이었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 용제로서 라이트 리포메이트를 사용한 코크스 제조용 점결재 A의 연화점은 용제로서 부탄을 사용한 코크스 제조용 점결재 B에 비해 높고, 유리카 피치로 이루어지는 코크스 제조용 점결재 C에 비해 낮고, 코크스 제조용 점결재로서 바람직한 범위였다.

또한, 코크스 제조용 점결재 A는, 잔류 탄소분이나 수소와 탄소의 비(H/C 비)도 코크스 제조용 점결재로서 바람직한 범위였다.

이어서, 코크스로를 사용하여 비미점결탄 20 질량％와 점결탄 80 질량％를 포함하는 코크스 제조용 원료탄을 건류함으로써 비교예 1의 코크스를 제조하였다.

또한, 비교예 1의 코크스를 제조시에 사용한 코크스 제조용 원료탄에 표 1에 나타낸 코크스 제조용 점결재 A 또는 코크스 제조용 점결재 C를 5 질량％ 첨가하고, 건류함으로써 실시예 1 및 참고예 1의 코크스를 제조하였다.

이와 같이 하여 얻어진 실시예 1, 비교예 1, 참고예 1의 코크스에 대하여, 열간 반응 후 강도(CSR: Coke Strenghafter-CO₂ Reaction)와 마모 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, CSR은 이하에 나타내는 방법에 의해 측정하였다. 즉, 입도 20 mm의 코크스 200 g을 1100 ℃의 고온에서 CO₂ 가스와 2 시간 동안 반응시킨 후, 실온에서 I형 드럼에 의해 회전 강도를 측정하는 방법에 의해 행하였다.

마모 강도는, 강철제의 직경 130 mm, 길이 700 mm의 원형의 통 내에 입경 20 mm의 코크스를 200 g 투입하여 밀폐하고, 회전 속도 20 rpm으로 600 회전시킨 후의 9.5 mm 체상(篩上) 중량 잔율에 의해 평가하였다.

표 2로부터, 용제로서 라이트 리포메이트를 사용하여 얻어진 코크스 제조용 점결재 A를 사용한 실시예 1의 코크스에서는, 코크스 제조용 점결재를 사용하지 않는 비교예 1의 코크스나, 유리카 피치인 코크스 제조용 점결재 C를 사용한 참고예 1의 코크스에 비해 CSR이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 실시예 1의 코크스에서는, 용제로서 라이트 리포메이트를 사용하여 얻어진 코크스 제조용 점결재에 의해 석탄 연화 용융시에 탄소 기질이 개질되어, 코크스 탄소 기질의 강도가 향상되었기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 코크스 제조용 점결재 A를 사용한 실시예 1의 코크스에서는, 코크스 제조용 점결재를 사용하지 않는 비교예 1의 코크스에 비해 마모 강도가 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

이어서, 표 1에 나타낸 A 내지 C의 코크스 제조용 점결재에 대하여, 코크스 냉간 강도를 향상시킨다는 점에서 중요한 요소인 유동성을 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

유동성의 평가는, 이하에 나타내는 방법에 의해 행하였다. 즉, 비미점결탄을 베이스탄으로 하고, A 내지 C의 코크스 제조용 점결재를 베이스탄에 대하여 5 질량％ 첨가하고, 기셀러 플라스토미터법(JIS M 8801)에 의한 유동성 평가 시험을 실시하여, 최고 유동도(MF: Maximum Fluidity)를 얻었다. 점결재 외관 MF(log-ddpm (Dial Division Per Minute))와 유동 온도 범위폭의 확대율(％)을 구하였다.

또한, 점결재 외관 MF(log-ddpm)는 코크스 제조용 점결재의 외관의 최고 유동도이며, 다음의 수학식에 의해 구하였다.

점결재 외관 MF=((점결재를 배합한 베이스탄 최고 유동도-베이스탄 최고 유동도)×베이스탄 함유율)/점결재 함유율

또한, 유동 온도 범위폭의 확대율(％)은, 베이스탄의 유동 온도 범위폭(고화 온도-연화 개시 온도)으로부터 코크스 제조용 점결재의 첨가에 의해 확대된 유동 온도 범위폭의 확대율(％)이다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 용제로서 라이트 리포메이트를 사용하여 얻어진 코크스 제조용 점결재 A에서는, 용제로서 부탄을 사용하여 얻어진 코크스 제조용 점결재 B나 유리카 피치인 코크스 제조용 점결재 C에 비해 점결재 외관 MF(log-ddpm)도 유동 온도 범위폭의 확대율(％)도 크기 때문에, 유동성 및 유동 온도 범위폭을 향상시키는 효과가 크다는 것을 알 수 있었다.

또한, 유동 온도 범위폭을 확대시키고 있는 요인은 연화 개시 온도의 저하이며, 코크스 제조용 점결재 A 내지 C에서의 유동 온도 범위폭의 차는 아스팔텐 함유율의 차이에 의한 것으로 추찰된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 비미점결탄의 배합 비율을 증가시켜도 고강도 코크스를 제조하는 것이 가능한 것이며, 산업상의 이용성이 높은 것이다.

Claims

원유를 상압 증류하여 얻어지는 상압 증류 잔유, 및 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어지는 감압 증류 잔유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 잔유로부터 원유를 상압 증류함으로써, 상기 원유로부터 분류되는 나프타 증류분을 접촉 개질하여 얻어지는 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출하는 공정을 포함하는 코크스 제조용 점결재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 용제 탈력 피치의 추출을 추출 온도 150 ℃ 내지 200 ℃, 상기 잔유에 대한 상기 용제의 유량비 5/1 내지 8/1로 하여 행하는 코크스 제조용 점결재의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용제 탈력 피치의 연화점이 140 내지 200 ℃이고, 상기 용제 탈력 피치 중에 잔류하는 탄소의 함유량이 30 질량％ 내지 70 질량％인 코크스 제조용 점결재의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스 제조용 점결재이며,
연화점이 140 내지 200 ℃, 잔류하는 탄소의 함유량이 30 질량％ 내지 70 질량％, 탄소에 대한 수소의 원자수비가 1.2 이하인 코크스 제조용 점결재.
원유를 상압 증류하여 얻어지는 상압 증류 잔유, 및 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어지는 감압 증류 잔유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 잔유로부터 원유를 상압 증류함으로써, 상기 원유로부터 분류되는 나프타 증류분을 접촉 개질하여 얻어지는 라이트 리포메이트를 용제로 하여, 코크스 제조용 점결재로서 사용 가능한 용제 탈력 피치를 추출하는 공정과,
상기 용제 탈력 피치를 포함하는 코크스 제조용 원료탄을 건류함으로써 코크스를 얻는 공정을 구비하는 코크스의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 코크스 제조용 원료탄 중에 상기 용제 탈력 피치가 0.5 내지 10 질량％ 포함되어 있는 코크스의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 코크스 제조용 원료탄 중에 비미점결탄이 10 내지 50 질량％ 포함되어 있는 코크스의 제조 방법.