KR20170105151A - Method Of Needle cokes through a 2-stage pressure heat treatment - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of an excellent needle coke with a yield increased about 10 to 20% through two stages of heat treatment using coal tar, and to the coke manufactured by the method. The needle coke manufactured according to the present invention has a fine structure and is excellent in airtightness, and therefore is suitable for the use in solar cells, secondary batteries, supercapacitor electrode materials, and electrodes.

Description

2단 열처리를 이용한 침상형 코크스 제조방법{Method Of Needle cokes through a 2-stage pressure heat treatment}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing an acicular coke using two-

본 발명은 침상형 코크스의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 콜타르(Coal tar)를 출발 물질로 하여 단순상압열처리(1-stage heat treatment)와 가압-상압 2단 열처리(2-stage heat treatment) 공정을 통하여 침상형 코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an acicular coke, and more particularly, to a method for producing acicular cokes by using a coal tar as a starting material in a 1-stage heat treatment and a 2-stage heat treatment Lt; RTI ID = 0.0 > coke. ≪ / RTI >

석탄계 코크스(Cokes)는 인조흑연의 중간원료로서 콜타르(Coal tar)를 이용해 제조되며, 국내에서 석탄계 코크스의 원료인 콜타르가 연간 80만톤 이상 생산되고 있다. 석탄계 코크스는 양질의 탄소재료로서 반도체, 발광다이오드, 태양전지, 자동차 배터리로 사용되는 슈퍼커패시터 및 2차 전지의 음극재, 전극봉 등에 공업적으로 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 우리나라는 탄소관련산업의 낙후로 인하여 원천기술 및 생산기설 기반 부족으로 고부가가치인 인조흑연의 원료를 전량 수입에 의존하고 있다.Coal cokes are manufactured using coal tar as an intermediate raw material of artificial graphite. Coal tar, the raw material of coal-based coke, is produced in Korea at over 800,000 tons per year. Coal coke is a carbon material of good quality and widely used industrially in semiconductors, light emitting diodes, solar cells, supercapacitors used in automobile batteries, anode materials of secondary batteries, and electrodes. However, due to the lack of carbon-related industries, Korea has been reluctant to import high value-added artificial graphite raw materials due to lack of original technology and production base.

탄소재료의 출발원료인 코크스는 400℃ 내지 600℃에서 열처리과정을 거치며 중축합에 의한 고분자화와 휘발분의 제거로 제조된다. 코크스는 표면 조직에 따라서 이방성과 등방성으로 구분되며, 이방성의 대표적인 침상형 코크스(Needle cokes)는 전기용량이 300~450kw/ton을 가진 Ultra-High Power furnace(UHP)의 전극 주재료로 사용된다. 이렇게 제작된 전극은 열전도도가 높고 열팽창계수는 낮아 온도 구배에 의한 열팽창이 적어 낮은 탄성계수를 갖게 된다. 등방성 코크스는 기계적 물성 및 마찰안정성이 높고 조직이 치밀하여 기밀성이 우수하므로 기계용 베어링재나 기계용 탄소제품으로 이용되고 있다.Coke, which is a starting material of carbon materials, is heat treated at 400 to 600 ° C and polymerized by polycondensation and removed by volatilization. The coke is divided into anisotropic and isotropic depending on the surface texture. Typical anisotropic needle cokes are used as the electrode main material of ultra-high power furnace (UHP) with electric capacity of 300 ~ 450kw / ton. The electrode thus manufactured has a low thermal expansion coefficient due to a low thermal expansion due to a temperature gradient because of its high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient. Isotropic coke is used as a mechanical bearing material and a carbon material for machine because it has high mechanical and friction stability and has a tight structure due to its compact structure.

일반적인 인조흑연의 제조방법은 코크스와 점결제로서 피치 등을 혼합하여 성형한 후, 함침과 소성을 반복함으로 성형된 제품의 치밀화를 높여 흑연화시키는 복잡한 제조공정을 가지고 있다. 소성과정에서 미세기공과 휘발분의 탈가스화로 인하여 기계적 물성이 현저하게 감소된다. 이는 소성의 승온 속도를 느리게 하고 함침을 반복시키는 요인으로 장기간의 제조기간을 필요하게 만드는 치명적인 단점이다. Generally, artificial graphite has a complicated manufacturing process in which graphite is formed by mixing compacted coke as a binder and pitch, and then densifying and densifying the molded product by repeating impregnation and firing. The mechanical properties are significantly reduced due to the degassing of the micropores and volatile components during the firing process. This is a fatal disadvantage which slows the rate of temperature rise of the firing and repeats the impregnation, which makes a long-term manufacturing period necessary.

이러한 제조시간을 단축시키는 개선된 코크스 제조방법은 점결제를 사용하지 않고 자기소결성을 유도하거나, 개질피치를 사용하는 방법, Meso-carbon microbead(MCMB)를 이용하는 방법 등이 있으며, 이러한 제조방법을 통함으로써 단시간 내 조직 및 물성의 개선을 연구하고 있다. An improved coke production method that shortens such a production time includes a method of inducing self-sintering without using a binder, a method using a modified pitch, a method using a meso-carbon microbead (MCMB), and the like. Thereby improving the internal structure and physical properties in a short time.

Edwards L, Vogt F, Robinette M, Love Ric, Ross A, M cClung M, Roush RJ, Morgan W. USE OF SHOT COKE AS AN ANODE RAW MATERIAL. TMS Light Metals, 985-990 (2009).Edwards L, Vogt F, Robinette M, Love Ric, Ross A, McClung M, Roush RJ, Morgan W. USE OF SHOT COKE AS AN ANODE RAW MATERIAL. TMS Light Metals, 985-990 (2009). Youm HN, Chang JS, Lee JM, Chung YJ. Structural Changes During the Calcination of Raw Coke. Journal of the Korean Ceramic Society, 29, 10, 773 (1992).Youm HN, Chang JS, Lee JM, Chung YJ. Structural Changes During the Calcination of Raw Coke. Journal of the Korean Ceramic Society, 29, 10, 773 (1992). Moskalev IV, Kiselkow DM, Strelnikov VN, Valtsifer VA, Petrovykh AP, Petrov AV, Beilina NY. Production of Isotropic Coke in Industrial Trials. Coke and Chemistry, 57, 202-207 (2014).Moskalev IV, Kiselkow DM, Strelnikov VN, Valtsifer VA, Petrovykh AP, Petrov AV, Beilina NY. Production of Isotropic Coke in Industrial Trials. Coke and Chemistry, 57, 202-207 (2014).

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 1단 열처리 공정에 비하여 2단 열처리를 통하여 코크스의 약 10 내지 20%의 수율을 증대시키며, 우수한 침상형 코크스(Needle cokes) 조직 특성을 제공하는 2단 열처리를 통한 침상형 코크스의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 표면 조직특성 및 물성이 개선된 침상형 코크스를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above problems of the prior art, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art by providing a coke oven which is capable of increasing the yield of coke by about 10 to 20% It is an object of the present invention to provide a method for producing an acicular coke through a short heat treatment, and an acicular coke having improved surface texture characteristics and physical properties produced using the acicular coke.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 콜타르(Coal tar)를 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 1단계; 및 불활성 기체를 흘려주며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 2단계;를 포함하는, 침상형 코크스의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a coal tar, A first step of performing a heat treatment at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours; And a second step of flowing an inert gas at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 침상형 코크스를 제조한다.The present invention also provides an acicular coke produced by the process according to the present invention.

아울러, 본 발명은 콜타르(Coal tar)의 공급부; 상기 공급부와 연결하여 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 1차 열처리하는 제 1연소부; 및 상기 제 1연소부와 연결되어 불활성 기체를 공급하며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 2차 열처리하는 제 2연소부; 를 포함하는 침상형 코크스의 제조 장치를 제공한다.In addition, the present invention relates to a coal tar supply unit; A first combustion unit connected to the supply unit and performing a first heat treatment in a vacuum state at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours; And a second combustion unit connected to the first combustion unit to supply an inert gas and performing a secondary heat treatment at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours; The present invention also provides an apparatus for producing an acicular coke.

본 발명의 2단 열처리를 이용한 침상형 코크스의 제조방법으로 제조할 경우, 1차 열처리를 통하여 콜타르의 분자량을 최적화하도록 제어하고 QI를 0.1 내지 1%, TI를 2 내지 5% 상향시켜 베타 레진(Beta resin)이 증가된 콜타르(Coal tar)를 제조하고, 2차 열처리를 통하여 콜타르(Coal tar)를 코크스(Cokes)로 변화시키며 휘발분을 20% 내외로 조절하는 것이 가능하다.In the case of producing the acicular coke using the two-stage heat treatment of the present invention, the molecular weight of the coal tar is controlled to be optimized through the primary heat treatment, and the QI is increased by 0.1 to 1% and the TI is increased by 2 to 5% It is possible to manufacture coal tar with an increased amount of Beta resin and convert the coal tar into cokes through secondary heat treatment to control the volatile content to about 20%.

따라서, 코크스의 수율이 약 10 내지 20% 증가되며, 표면 조직특성 및 물성이 개선된 침상형 코크스를 얻을 수 있다.Accordingly, the yield of the coke is increased by about 10 to 20%, and an acicular coke having improved surface texture characteristics and physical properties can be obtained.

도 1은 원자재(Raw material)의 불용해성(Insolubility)을 퀴놀린(Quinoline), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 톨루엔(Toluene), 벤젠(Benzene), 헥세인(Hexane)으로 세분화한 사진이다.
도 2는 딜레이드 코크스(Delayed Cokes) 제조장치를 나타내는 사진이다.
1은 반응기; 2는 전열기; 3은 압력계; 4는 혼합기(stirring); 5는 온도(temperature) 및 혼합(stirring) 시스템; 6은 열전대(thermocouple); 7은 질소(N2) 가스 시스템; 8은 반응가스 배출부(reaction-gas outlet); 9는 무거운 증류액 저장관(store for heavy distillates); 10은 흡수기;이다.
도 3은 제조장치를 나타내는 사진이다.
11은 반응기; 12는 전열기; 13은 압력계; 14는 혼합기(stirring); 15는 온도(temperature) 및 혼합(stirring) 시스템; 16은 열전대(thermocouple); 17은 반응가스 배출부(reaction-gas outlet); 18은 가스 밸브; 19는 워터트랩(water trap);이다.
도 4의 (a)는 반응시간을 3hr으로 고정하고 1-stage 반응 온도의 변화에 따른 QI, TI에 미치는 영향을 나타낸 사진이며, (b)는 반응온도를 330℃로 고정하고 1-stage의 반응 시간에 따른 QI 및 TI를 나타낸 사진이다.
도 5는 ARCT의 1시간 및 3시간 동안의 1-stage 온도에서 베타 레진(Beta resin)을 나타낸 사진이다.
도 6는 RCT 및 ARCT의 알파-시아노-4-하이드록시신남산(α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid)를 매트릭스(matrix)로 이용한 말디톱 매스 스펙트라(MALDI-TOF mass spectra) 사진이다.
도 7은 DCS 및 ADCS의 TGA-곡선(TGA-curves) 분석 사진으로 (a)는 DCS의 딜레이드 코킹(Delyed Coking) 시간 및 온도에 따른 TGA-곡선(TGA-curves) 사진이며 (b), (c) 및 (d)는 ADCS의 시간 및 온도에 따른 TGA-곡선(TGA-curves) 사진이다.
도 8은 DCS의 온도 및 시간에 따른 9가지 샘플의 편광현미경 분석 사진으로 각각 (a)400℃ 1hr; (b)400℃ 2hr; (c)400℃ 3hr; (d)450℃ 1hr; (e)450℃ 2hr; (f)450℃ 3hr; (g)500℃ 1hr; (h)500℃ 2hr; (i)500℃ 3hr의 조건에서의 분석 사진이다.
도 9는 ADCS의 오토클레이브(Autoclave)와 딜레이드 코킹(Delayded coking) 온도 및 시간에 따른 9가지 샘플의 편광현미경 분석 사진으로 각각 (a)A300℃ 1hr-D450℃ 1hr; (b)A300℃ 1hr-D450℃ 2hr; (c)A300℃ 1hr-D500℃ 1hr; (d)A330℃ 1hr-D450℃ 1hr; (e)A330℃ 1hr-D450℃ 2hr; (f)A330℃ 1hr-D500℃ 1hr; (g)A360℃ 1hr-D450℃ 1hr; (h)A360℃ 1hr-D450℃ 2hr; (i)A360℃ 1hr-D500℃ 1hr의 조건에서의 분석 사진이다.
도 10은 2단 공정에 따른 코킹 수율의 효과를 나타낸 사진이다.
FIG. 1 is a photograph showing the insolubility of raw materials into quinoline, tetrahydrofuran, toluene, benzene and hexane. FIG. 1 is a photograph showing the insolubility of raw materials into quinoline, tetrahydrofuran, toluene, benzene and hexane.
2 is a photograph showing a device for manufacturing delayed cokes.
1 is a reactor; 2 is an electric heater; 3 is a pressure gauge; 4 is stirring; 5 is a temperature and stirring system; 6 is a thermocouple; 7 is a nitrogen (N2 ) gas system; 8 is a reaction-gas outlet; 9 is a store for heavy distillates; 10 is an absorber;
3 is a photograph showing the manufacturing apparatus.
11 is a reactor; 12 is an electric heater; 13 is a pressure gauge; 14 is a stirring; 15 is a temperature and stirring system; 16 is a thermocouple; 17 is a reaction-gas outlet; 18 is a gas valve; 19 is a water trap;
FIG. 4 (a) is a photograph showing the effect of the reaction time on the QI and TI according to the change of the 1-stage reaction temperature while fixing the reaction time to 3 hours. FIG. 4 (b) And QI and TI according to the reaction time.
Figure 5 is a photograph of Beta resin at 1-stage temperature for 1 hour and 3 hours of ARCT.
FIG. 6 is a photograph of a MALDI-TOF mass spectra using RCT and α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid of ARCT as a matrix.
FIG. 7 is a TGA-curves analysis photograph of DCS and ADCS. FIG. 7A is a TGA-curves photograph of the DCS according to the delayed coking time and temperature, (c) and (d) are TGA-curves photographs with time and temperature of ADCS.
FIG. 8 is a polarized microscope photograph of nine samples according to the temperature and time of DCS. (b) 400 DEG C for 2 hours; (c) 400 DEG C for 3 hours; (d) 450 DEG C for 1 hour; (e) 450 DEG C for 2 hours; (f) 450 DEG C for 3 hours; (g) 500 DEG C 1 hr; (h) 500 DEG C for 2 hours; (i) analysis at 500 DEG C for 3 hours.
FIG. 9 is a polarizing microscope photograph of nine samples according to the ADCS autoclave and delayed coking temperature and time. FIG. 9 shows (a) A300 ° C 1hr-D450 ° C 1hr; (b) A300 DEG C 1hr-D450 DEG C 2hr; (c) A300 ° C 1hr-D500 ° C 1hr; (d) A330 ° C 1hr-D450 ° C 1hr; (e) A330 ° C 1hr-D450 ° C 2hr; (f) A330 ° C 1hr-D500 ° C 1hr; (g) A360 DEG C 1hr-D450 DEG C 1hr; (h) A360 ° C 1hr-D450 ° C 2hr; (i) An analysis at a temperature of A360 DEG C for 1 hour and D500 DEG C for 1 hour.
10 is a photograph showing the effect of the caulking yield according to the two-step process.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, a detailed description of known configurations and functions will be omitted.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and thus various equivalents and modifications Can be.

본 발명은 콜타르(Coal tar)를 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 1단계; 및 불활성 기체를 흘려주며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 2단계;를 포함하는 침상형 코크스의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing Coal tar, which comprises a first step of heat treating a coal tar in a vacuum state at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours; And a second step of flowing an inert gas at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours.

상기 제 1단계에서의 온도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 압력이 10kgf/cm2 이하로 내려가며 최적의 분자량보다 작은 분자량으로 제어 되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 압력이 20kgf/cm2 이상으로 올라가며 최적의 분자량보다 큰 분자량으로 제어되다가 이상범위에서 작은 분자량이 됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.When the temperature in the first step is below the lower limit of the above range, there is a problem that the pressure is controlled to 10 kgf / cm 2 or less and the molecular weight is smaller than the optimal molecular weight. In the case of exceeding the upper limit of the above range, Is increased to not less than 20 kgf / cm 2 and is controlled to a molecular weight greater than the optimal molecular weight, resulting in a small molecular weight in an abnormal range, which is undesirable.

상기 제 1단계에서의 열처리 시간이 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 최적의 분자량보다 작은 분자량으로 조절되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 최적의 분자량보다 큰 분자량으로 조절됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다. When the heat treatment time in the first step is below the lower limit of the above range, there is a problem that the molecular weight is adjusted to be less than the optimal molecular weight. When the upper limit of the above range is exceeded, It is undesirable because a problem occurs.

상기 제 2단계에서의 온도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 코크스가 아닌 피치가 제조될 수 있는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 휘발분이 극한으로 감소되어 이 코크스를 이용하게 되는 추후 공정에서 부풀어 오르는 현상이 생김과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.When the temperature in the second step is below the lower limit of the above range, there is a problem that a pitch other than the coke can be produced. In the case where the temperature exceeds the upper limit of the above range, the volatile content is extremely reduced, Which causes a phenomenon of swelling in a later process, which is not preferable.

상기 제 2단계에서의 열처리 시간이 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 코크스가 아닌 피치가 제조될 수 있는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 휘발분이 극한으로 감소되어 이 코크스를 이용하게 되는 추후 공정에서 부풀어 오르는 현상이 생김과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다. If the heat treatment time in the second step is below the lower limit of the above range, there is a problem that a pitch other than the coke can be produced. If the heat treatment time exceeds the upper limit of the above range, the volatile content is extremely reduced, A problem such as a phenomenon of swelling in a later process is caused, which is not preferable.

상기 제 1단계의 진공상태는 압력이 10kgf/cm2 내지 20kgf/cm2가 바람직하다.The vacuum state of the first step preferably has a pressure of 10 kgf / cm 2 to 20 kgf / cm 2 .

상기 압력이 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 최적의 분자량보다 작은 분자량 분포로 조절되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 최적의 분자량보다 큰 분자량을 분포로 조절됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.There is a problem that when the pressure is below the lower limit of the above range, the molecular weight distribution is adjusted to a molecular weight distribution smaller than the optimum molecular weight. When the upper limit of the above range is exceeded, Which is undesirable.

상기 제 2단계의 불활성 기체는 질소 및 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 제논, 라돈으로 구성되는 18족 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있다.The inert gas in the second step may be composed of at least one element selected from the group consisting of nitrogen and elements of Group 18 consisting of argon, helium, neon, krypton, xenon, and radon.

상기 제 2단계의 불활성 기체의 유량은 콜타르(Coal tar) 60g 기준, 0.3L/min 내지 0.6L/min가 바람직하다.The flow rate of the inert gas in the second step is preferably 0.3 L / min to 0.6 L / min based on 60 g of coal tar.

상기 제 1단계는 콜타르의 분자량을 수율이 상승하고 우수한 침상형 코크스에 적정한 분자량을 제어할 수 있다.In the first step, the yield of the molecular weight of the coal tar is increased, and the proper molecular weight of the acicular cokes can be controlled.

상기 제 1단계는 콜타르의 퀴놀린 불용성(Quinoline insoluble, QI)을 0.1 내지 1% 상향시키고, 톨루엔 불용성(Toluene insoluble, TI)을 2 내지 5% 상향시킬 수 있다.In the first step, the quinoline insoluble QI of the coal tar can be increased by 0.1 to 1%, and the toluene insoluble (TI) may be increased by 2 to 5%.

상기 제 2단계는 코크스의 휘발분 함량을 0 내지 20% 이내로 조절할 수 있다.The second step may adjust the volatile content of the coke to 0 to 20%.

또한, 제 1항의 방법으로 제조된 침상형 코크스를 제공한다.Also provided is an acicular coke produced by the process of claim 1.

또한, 콜타르(Coal tar)의 공급부; 상기 공급부와 연결하여 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 1차 열처리하는 제 1연소부; 및 상기 제 1연소부와 연결되어 불활성 기체를 공급하며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 2차 열처리하는 제 2연소부; 를 포함하는 침상형 코크스의 제조 장치를 제공한다.Also, a supply part of coal tar (coal tar); A first combustion unit connected to the supply unit and performing a first heat treatment in a vacuum state at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours; And a second combustion unit connected to the first combustion unit to supply an inert gas and performing a secondary heat treatment at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours; The present invention also provides an apparatus for producing an acicular coke.

상기 제 1연소부에 연결되어 압력을 조절하는 장치를 더 포함할 수 있다.And a device connected to the first combustion unit to adjust the pressure.

상기 제 1연소부 및 상기 제 2연소부와 각각 연결되어 온도 및 시간을 조절하는 장치를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a temperature and time controller connected to the first combustion unit and the second combustion unit, respectively.

상기 제 1연소부 및 상기 제 2연소부와 각각 연결되어 가스를 배출하는 배출관을 더 포함할 수 있다.And a discharge pipe connected to the first combustion unit and the second combustion unit to discharge gas.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example 1  One

본 실험에 사용된 기본원료는 P 회사에서 생산되고 있는 콜타르(Coal tar) 이며, 이 원료를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)으로 1:1의 비율로 약 5분간 충분하게 섞어 감압플라스크와 거름종이를 사용해 정제하여 실험하였다.The basic raw material used in this experiment is coal tar produced by Company P. The raw material is mixed with tetrahydrofuran (THF) at a ratio of 1: 1 for about 5 minutes, Were used for the experiment.

표 1은 정제된 콜타르(Coal tar)의 원소분석(Elemental analysis, EA), 퀴놀린 불용성(Quinoline insoluble, QI), 톨루엔 불용성(Toluene insoluble, TI)을 나타낸 것이다.Table 1 shows the elemental analysis (EA), quinoline insoluble (QI), and toluene insoluble (TI) of purified coal tar (Coal tar). Elemental analysis(wt%)Elemental analysis (wt%) Insolubility(%)Insolubility (%) CC HH NN SS TITI QIQI β -resinbeta -resin 91.7791.77 5.745.74 1.751.75 0.640.64 8.508.50 -- 5.655.65

테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)으로 정제된 콜타르(RCT)를 도 2의 장치로 오토클레이브(Autoclave) 공정을 추가하여 물성이 변화된 6가지의 콜타르(ARCT)를 제작하였으며, 이때 오토클레이브(Autoclave) 공정의 반응 온도는 300℃, 330℃, 360℃이고, 시간 조건은 1hr, 3hr이며, 승온시간은 10℃/min 이며 교반속도는 60rpm으로 고정시켰다.(RCT) purified by Tetrahydrofuran (THF) was added to an autoclave process using the apparatus of FIG. 2 to prepare six kinds of coal tar (ARCT) having different physical properties. At this time, autoclave (RCT) The reaction temperature of the process was 300 ° C, 330 ° C and 360 ° C, and the time was 1hr and 3hr. The temperature rise time was 10 ° C / min and the stirring speed was 60rpm.

제조된 6가지의 ARCT를 도 1의 딜레이드 코크스(Delayed Cokes) 장치를 사용하여 450℃ 1hr, 450℃ 2hr 및 500℃ 1hr의 반응조건으로 총 18가지의 딜레이드 코크스 샘플(Dlayed Cokes Sample(ADCS))로 제작하였다.The six ARCTs thus prepared were subjected to a total of 18 diluted coke samples (ADCS) at 450 DEG C for 1 hour, 450 DEG C for 2 hours, and 500 DEG C for 1 hour using a Delayed Cokes device of FIG. )).

비교예Comparative Example 1  One

테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 1:1의 비율로 약 5분간 충분하게 섞은 후 감압플라스크와 거름종이를 사용하여 정제된 콜타르(RCT)로 도 1의 장치를 이용하여 딜레이드 코크스(Delayed Cokes)를 제작하였다. The mixture was thoroughly mixed with tetrahydrofuran (THF) at a ratio of 1: 1 for about 5 minutes and then diluted cokes (Delayed Cokes) were obtained by using the apparatus shown in FIG. 1 using refined coke (RCT) ) .

본 실험에서 고정된 조건은 교반속도 70rpm, 질소(N2) 가스 퍼징(gas purging) 속도 0.4L/min, 승온속도 10℃/min이다. 이 고정조건에서 온도는 400℃ 내지 500℃, 반응시간은 1hr 내지 3hr로 변경하여 총 9개의 딜레이드 코크스 샘플(Delayed Cokes Sample(DCS))를 제작하였다.The fixed conditions in this experiment are a stirring speed of 70 rpm, a nitrogen (N 2) gas purging rate of 0.4 L / min, and a heating rate of 10 ° C./min. Under this fixed condition, the temperature was changed from 400 ° C to 500 ° C, and the reaction time was changed from 1 hr to 3 hr to make a total of 9 Delayed Cokes Samples (DCS).

평가예Evaluation example 1 - Autoclave1 - Autoclave 온도에 따른  Temperature dependent QIQI // TITI 물성 실험 Physical property experiment

도 3 내지 도 5는 오토클레이브(Autoclave) 공정의 변화가 RCT 및 ARCT의 QI, TI에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 도 3은 오토클레이브(Autoclave) 온도의 변화가 QI, TI에 미치는 영향을 나타낸 것으로 오토클레이브(Autoclave) 공정 추가의 영향으로 QI는 약 0.5% 증가하였으며, 오토클레이브(Autoclave) 반응온도가 300℃일 때 약 0.03%의 소량 값을 나타내었다. 이에 반하여, TI는 오토클레이브(Autoclave) 온도에 따라 점차적으로 증가되어 베타 레진(Beta resin)을 최대 14%까지 증가시켰다. 오토클레이브(Autoclave) 공정으로 인하여 매우 큰 분자량을 가진 분자가 저분자량으로 분해되며, 저분자량이 대부분인 RCT가 축중합반응을 일으켜 TI가 확연하게 증가하지만 QI는 소량으로 증가됨을 확인하였다.Figs. 3 to 5 show the influence of changes in the autoclave process on QI and TI of RCT and ARCT. FIG. 3 shows the effect of changes in the autoclave temperature on QI and TI. As a result of the addition of the autoclave process, the QI was increased by about 0.5%, and the autoclave reaction temperature was 300 ° C. 0.0 > 0.03%. ≪ / RTI > In contrast, TI increased gradually with autoclave temperature, increasing the Beta resin by up to 14%. Due to the autoclave process, molecules with very large molecular weights were decomposed into low molecular weight, and RCT, which is a low - molecular weight polymer, undergoes a condensation polymerization reaction, so that TI is significantly increased but QI is increased to a small amount.

도 4는 오토클레이브(Autoclave) 반응시간 및 온도의 변화가 QI, TI에 미치는 영향을 나타낸 것으로, (a)는 온도 증가에 따라 QI 및 TI의 증가를 확인할 수 있으며, (b)는 반응시간 증가에 따라 QI 및 TI의 증가를 확인할 수 있다. FIG. 4 shows the effect of changes in the autoclave reaction time and temperature on QI and TI. FIG. 4 (a) shows the increase in QI and TI with increasing temperature, FIG. 4 The increase in QI and TI can be confirmed.

도 5는 오토클레이브(Autoclave) 반응시간 및 온도의 변화가 베타 레진(Beta resin)에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 반응시간 및 온도의 증가에 따라 베타 레진(Beta resin)이 증가한 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows the effect of changes in autoclave reaction time and temperature on the beta resin. As the reaction time and temperature increase, it is confirmed that the beta resin increased.

도 6는 ARCT가 RCT보다 분자량이 상향 평준화 되었음을 입증하고 있다.Figure 6 demonstrates that ARCT is up-normalized in molecular weight over RCT.

평가예Evaluation example 2 - DSC2 - DSC  And ADCS의ADCS TGATGA -곡선(-curve( TGATGA -curve) 실험-curve) experiment

도 7은 딜레이드 코킹(Delayed coking) 조건에 따른 DCS 및 ADCS의 TGA-곡선(TGA-curve)를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the TGA-curve of DCS and ADCS according to delayed coking conditions.

(a)는 DCS의 TGA-곡선(TGA-curve)으로 딜레이드 코킹(Delayed coking) 온도와 반응시간이 증가할수록 무게감소가 적은 것을 나타낸 것이다. 무게감소가 약 15% 이하인 450℃ 1hr부터 500℃ 3hr의 조건까지 탄화공정에서 부풀어오름이 없다는 것을 확인할 수 있다. (a) shows the TGA curve of the DCS, which shows that the weight loss decreases with increasing delayed coking temperature and reaction time. It can be confirmed that there is no swelling in the carbonization process from 450 DEG C for 1 hour to 500 DEG C for 3 hours in which the weight reduction is about 15% or less.

(b), (c), (d)에서 오토클레이브(Autoclave) 온도증가에 따라 TGA 900℃ 잔여분이 증가했으나 360℃ 에서 감소를 보인 것을 확인할 수 있다. 이 현상은 도 4에서와 같이, 매우 큰 분자량을 가진 RCT 분자가 오토클레이브(Autoclave)로 인해 분해되는 과정 때문에 생긴 것으로, 특히 360℃에서는 급격하게 발생한 것을 확인할 수 있다. (b), (c), and (d), the TGA 900 ° C residual was increased with the increase of the autoclave temperature, but the decrease was observed at 360 ° C. As shown in FIG. 4, this phenomenon is caused by a process in which an RCT molecule having a very large molecular weight is decomposed by an autoclave.

평가예Evaluation example 3 - DSC3 - DSC  And ADCS의ADCS 편광현미경 분석 Polarization Microscopy Analysis

도 8은 DCS의 9가지 샘플의 편광현미경 분석을 나타낸 것이다. 도 8의 (a), (b)는 메조페이스가 형성되는 단계로서 등방성을 갖는 코크스로 보이지만, 도 7의 (a)에서 400℃ 1hr, 400℃ 2hr 샘플의 TGA 900℃ 휘발분이 약 30% 이상이기 때문에 단순 딜레이드 코킹(delayed coking) 장치로는 등방성 코크스 제작이 어려운 것을 확인할 수 있다. 450℃ 조건에서의 코크스는 완벽한 메조페이스의 형태로 이방성을 나타내며, 500℃ 조건에서의 코크스는 딜레이드 코킹(delayed coking) 반응시간이 증가함에 따라 침상형을 뚜렷하게 보였다.Figure 8 shows a polarization microscopy analysis of nine samples of DCS. 8 (a) and 8 (b) show the isotropic coke as a step of forming a mesophase. However, in FIG. 7 (a), the TGA 900 ° C volatile content at 400 ° C. for 1 hour and 400 ° C. for 2 hours is about 30% It is difficult to fabricate an isotropic coke as a simple delayed coking device. The coke at 450 ℃ showed anisotropy in the form of perfect mesophase, and the coke at 500 ℃ showed clearness as the delayed coking reaction time increased.

도 9는 오토클레이브(Autoclave)가 추가된 ADCS의 편광현미경 분석을 나타낸 것으로 오토클레이브(Autoclave) 300℃, 330℃ 처리된 ADCS는 DCS와 차이가 없었다. 도 6 및 도 7의 결과에 나타난 바와 같이 오토클레이브(Autoclave) 360℃ 부근에서 분자량 분포가 상향평준화 되고, 휘발분이 다소 증가된 도 9의 (g), (h), (i) 샘플이 침상형 코크스의 조직을 나타내었다. 한편, 도 8의 (i)와 도 9의 (g)는 동등 수준의 침상형 코크스 형태를 보이므로 오토클레이브(Autoclave) 공정을 추가함에 따라 침상형 코크스를 얻을 수 있는 온도 범위가 넓어진 것을 확인할 수 있다.FIG. 9 shows a polarization microscope analysis of an ADCS with an autoclave added. The ADCS treated with an autoclave at 300 ° C and 330 ° C showed no difference from DCS. (G), (h) and (i) of FIG. 9 in which the molecular weight distribution is leveled upward and the volatile content is slightly increased in the vicinity of the autoclave 360 ° C as shown in the results of FIG. 6 and FIG. 7, The structure of the coke was shown. On the other hand, FIG. 8 (i) and FIG. 9 (g) show the same level of acicular coke, so that the temperature range in which the acicular coke can be obtained is increased by adding an autoclave process have.

평가예Evaluation example 4 - 수율4 - Yield 확인 Confirm

도 10은 오토클레이브(Autoclave) 온도에 따른 수율의 추이를 나타낸 것이다. 논오토클레이브(Non Autoclave)와 비교를 하면, 약 14%의 수율이 증가한 것을 확인할 수 있다. 매우 큰 분자량이 분해되어 휘발분으로 기화되었기 때문에 오토클레이브(Autoclave) 360℃의 수율이 다시 감소한 것으로 확인된다.Fig. 10 shows the change of the yield according to the autoclave temperature. Compared with non-autoclave, it can be seen that the yield was increased by about 14%. It was confirmed that the yield of the autoclave 360 ° C was reduced again because a very large molecular weight was decomposed and vaporized as volatile components.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. As described above, preferred embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention , And are not intended to limit the scope of the present invention.

여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (12)

콜타르(Coal tar)를 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 1단계; 및
불활성 기체를 흘려주며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리하는 제 2단계;를 포함하는,
침상형 코크스의 제조방법.
A first step of heat treating the coal tar in a vacuum state at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours; And
And a second step of flowing an inert gas and performing heat treatment at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours.
A method for producing an acicular coke.
제 1항에 있어서,
상기 제 1단계의 진공상태는 압력이 10kgf/cm2 내지 20kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the vacuum state of the first step is a pressure of 10 kgf / cm 2 to 20 kgf / cm 2 .
제 1항에 있어서,
상기 제 2단계의 불활성 기체는 질소 및 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 제논, 라돈으로 구성되는 18족 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inert gas in the second step is at least one member selected from the group consisting of nitrogen and elements of Group 18 consisting of argon, helium, neon, krypton, xenon, and radon.
제 1항에 있어서,
상기 제 2단계의 불활성 기체의 유량은 콜타르 60g 기준으로 0.3L/min 내지 0.6L/min인 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the flow rate of the inert gas in the second step is 0.3 L / min to 0.6 L / min based on 60 g of coal tar.
제 1항에 있어서,
상기 제 1단계는 콜타르의 분자량을 수율이 상승하고 우수한 침상형 코크스에 적정한 분자량으로 제어하는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first step is to increase the molecular weight of the coal tar and to control the molecular weight of the acicular cokes to an appropriate molecular weight.
제 1항에 있어서,
상기 제 1단계는 콜타르의 퀴놀린 불용성(Quinoline insoluble, QI)을 0.1 내지 1% 상향시키고, 톨루엔 불용성(Toluene insoluble, TI)을 2 내지 5% 상향시켜 베타 레진(Beta resin)을 상향시키는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
The first step is characterized in that quinoline insoluble (QI) of the coal tar is increased by 0.1 to 1% and the toluene insoluble (TI) is increased by 2 to 5% to increase the betaine resin By weight based on the weight of the coke.
제 1항에 있어서,
상기 제 2단계는 코크스의 휘발분 함량을 0 내지 20% 이내로 조절하는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second step is to adjust the volatile content of the coke to 0 to 20% or less.
제 1항의 방법으로 제조된 침상형 코크스.
An acicular coke produced by the method of claim 1.
콜타르(Coal tar)의 공급부;
상기 공급부와 연결하여 진공상태로 300℃ 내지 400℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 1차 열처리하는 제 1연소부; 및
상기 제 1연소부와 연결되어 불활성 기체를 공급하며 400℃ 내지 500℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 2차 열처리하는 제 2연소부;
를 포함하는 침상형 코크스의 제조 장치.
A supplier of coal tar;
And is connected to the supply part and is maintained at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 1 hour to 5 hours A first combustion section for performing a first heat treatment for a predetermined time; And
A second combustion unit connected to the first combustion unit to supply an inert gas and performing a secondary heat treatment at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 hour to 5 hours;
Wherein the coke-like coke is produced by the method.
제 9항에 있어서,
상기 제 1연소부에 연결되어 압력을 조절하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조 장치.
10. The method of claim 9,
Further comprising a device connected to the first combustion unit to adjust the pressure.
제 9항에 있어서,
상기 제 1연소부 및 상기 제 2연소부와 각각 연결되어 온도 및 시간을 조절하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조 장치.
10. The method of claim 9,
Further comprising a device connected to the first combustion part and the second combustion part to adjust temperature and time.
제 9항에 있어서,
상기 제 1연소부 및 상기 제 2연소부와 각각 연결되어 가스를 배출하는 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침상형 코크스의 제조 장치.
10. The method of claim 9,
Further comprising a discharge pipe connected to the first combustion unit and the second combustion unit to discharge gas.
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