KR20220105211A - The manufacturing method for petroleum-based high softening point pitch - Google Patents
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
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Abstract
Description
본 발명은 석유계 고연화점 피치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 산화 열처리 단계에서 퀴놀린 불용분(QI) 생성을 억제시킬 수 있는 고순도의 석유계 고연화점 피치를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a petroleum-based high softening point pitch, and more particularly, to a method for producing a high-purity petroleum-based high softening point pitch capable of suppressing the generation of quinoline insolubles (QI) in the oxidation heat treatment step. .
고연화점 피치는 탄소섬유, 활성탄, 이차전지 음극재 등의 다양한 탄소재, 흑연재의 원료, 또는 전구체 물질로 사용되고 있다. 고연화점 피치를 제조하기 위해서 석탄계 또는 석유계 물질을 원료로 사용하여 산화공정 및 열처리 공정을 통해 제조하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. The high softening point pitch is used as a raw material or precursor material for various carbon materials, such as carbon fiber, activated carbon, anode materials for secondary batteries, and graphite materials. In order to produce a high softening point pitch, a method of manufacturing through an oxidation process and a heat treatment process using a coal-based or petroleum-based material as a raw material is generally known.
고연화점 피치를 이차전지 음극재의 원료로 사용할 경우, 고연화점 피치 안에 포함되어 있는 퀴놀린 불용분, 금속 등의 무기질 불순물, 또는 질소, 황 등의 이종원자들의 함량이 적을수록 전지의 용량 개선, 수명 특성 향상, 출력 특성 향상 등에 효과가 좋은 것으로 알려져 있다. 석유계 원료는 퀴놀린 불용분이 사실상 거의 포함하지 않기 때문에, 석유계 물질을 원료로 제조된 고연화점 피치는, 석탄계 물질을 원료로 제조된 고연화점 피치에 비해서는 상대적으로 퀴놀린 불용분의 양이 적지만, 그 제조 공정에서 일부 퀴놀린 불용분이 생성된다. 제조 공정에서 생성된 퀴놀린 불용분은 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 원료로 사용할 경우, 이차전지의 성능을 저하시키는 문제가 있다.When a high softening point pitch is used as a raw material for a secondary battery anode material, the lower the content of quinoline insoluble content, inorganic impurities such as metals, or heteroatoms such as nitrogen and sulfur contained in the high softening point pitch, the better the battery capacity and lifespan characteristics It is known to be effective in improving and improving output characteristics. Since petroleum-based raw materials contain virtually no quinoline-insoluble matter, the high softening point pitch prepared from petroleum-based materials has a relatively small amount of quinoline insoluble content compared to high softening point pitches prepared from coal-based materials. , some quinoline insolubles are produced in its manufacturing process. When the high softening point pitch is used as a raw material for a secondary battery negative electrode material, the quinoline insoluble content generated in the manufacturing process has a problem of lowering the performance of the secondary battery.
종래의 석유계 원료 혹은 석탄계 원료를 사용하여 고연화점 피치를 제조하는 기술은 제조된 고연화점 피치의 퀴놀린 불용분 함량이 높거나 또는 고연화점 피치의 제조에 붕소화합물, 불산, 퍼옥사이드계 화합물 등 위험물질을 사용하는 방법으로, 경제적인 고연화점 피치의 제조가 어려운 문제가 있다. 특히, 석유계 원료를 사용하여 고연화점 피치를 제조할 경우, 제조 공정상에 퀴놀린 불용분의 형성을 억제하기 위한 방안은 제시되어 있지 않은 실정이다.Conventional technology for producing high softening point pitch using petroleum-based raw materials or coal-based raw materials has high quinoline insoluble content in the manufactured high softening point pitch, or risks such as boron compounds, hydrofluoric acid, peroxide-based compounds, etc. in the production of high softening point pitch As a method of using a material, there is a problem in that it is difficult to economically manufacture a high softening point pitch. In particular, when manufacturing a high softening point pitch using a petroleum-based raw material, a method for suppressing the formation of quinoline insoluble content on the manufacturing process is not suggested.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 경제적인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법을 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide an economical method for producing a petroleum-based high softening point pitch.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 퀴놀린 불용분(QI)의 함량이 현저히 감소된 고품질의 석유계 고연화점 피치의 제조 방법을 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a high-quality petroleum-based high softening point pitch in which the content of quinoline insoluble (QI) is significantly reduced.
본 발명의 개념에 따른, 석유계 고연화점 피치의 제조 방법은, 산화 반응기를 포함하는 산화 열처리 장치를 이용하여 석유계 잔사유에 산화 열처리 공정을 수행하는 단계, 및 상기 산화 열처리된 석유계 잔사유에 감압 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 산화 반응기의 높이와 직경의 비는 0.5 내지 2 이고, 상기 석유계 고연화점 피치의 퀴놀린 불용분(QI) 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.001 중량% 내지 0.5 중량%일 수 있다.According to the concept of the present invention, a method for producing a petroleum-based high softening point pitch includes the steps of performing an oxidation heat treatment process on petroleum residue using an oxidation heat treatment apparatus including an oxidation reactor, and the oxidation heat treatment of the petroleum residue oil Including the step of performing a reduced pressure heat treatment process, wherein the ratio of the height to the diameter of the oxidation reactor is 0.5 to 2, and the quinoline insoluble (QI) content of the petroleum-based high softening point pitch is the total of the petroleum-based high softening point pitch. It may be 0.001 wt% to 0.5 wt% based on the weight.
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법은, 제조공정에서 형성되는 퀴놀린 불용분을 현저히 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 불순물 함량이 적은 고품질의 석유계 고연화점 피치를 제조할 수 있다.The method for producing a petroleum-based high softening point pitch according to the present invention can significantly reduce the quinoline insoluble content formed in the manufacturing process, and thus it is possible to manufacture a high-quality petroleum-based high softening point pitch with a low impurity content.
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법은, 촉매 및 고압조건이 필요하지 않아, 촉매를 제거하는 별도의 공정이 요구되지 않고 고가의 고압용기를 사용하지 않을 수 있다. 또한, 퍼옥사이드계 화합물을 사용하지 않으므로, 제조공정 중 폭발위험이 없고 환경오염을 발생시키지 않는다. 이에 따라, 경제적으로 고품질의 석유계 고연화점 피치를 제조할 수 있다. The method for producing a petroleum-based high softening point pitch according to the present invention does not require a catalyst and high pressure conditions, so a separate process for removing the catalyst is not required and an expensive high pressure vessel may not be used. In addition, since peroxide-based compounds are not used, there is no risk of explosion during the manufacturing process and no environmental pollution occurs. Accordingly, it is possible to economically manufacture high-quality petroleum-based high softening point pitch.
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법으로 제조된 석유계 고연화점 피치는, 퀴놀린 불용분 함량이 현저히 감소되므로, 석유계 고연화점 피치가 적용된 이차전지의 용량, 수명 및 충방전 효율이 향상될 수 있다.Since the petroleum-based high softening point pitch produced by the method for producing a petroleum-based high softening point pitch according to the present invention is significantly reduced in quinoline insoluble content, the capacity, lifespan and charging/discharging efficiency of the secondary battery to which the petroleum-based high softening point pitch is applied is improved can be
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 고연화점 피치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용하여 제조된 음극 활물질의 형상 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 고연화점 피치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a petroleum-based high softening point pitch according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining an oxidation heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph of the shape of a negative active material prepared using a petroleum-based high softening point pitch prepared according to embodiments of the present invention.
Figure 4 is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a petroleum-based high softening point pitch according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of technical content. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 고연화점 피치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a petroleum-based high softening point pitch according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 2 is a schematic diagram for explaining an oxidation heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 고연화점 피치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.Figure 4 is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a petroleum-based high softening point pitch according to an embodiment of the present invention.
도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법은, 산화 반응기(100)를 포함하는 산화 열처리 장치(1)를 이용하여 석유계 잔사유에 산화 열처리 공정을 수행하는 단계(S1), 및 상기 산화 열처리된 석유계 잔사유에 감압 열처리 공정을 수행하는 단계(S2)를 포함할 수 있다. 1, 2, and 4, the method for producing a petroleum-based high softening point pitch according to an embodiment of the present invention is petroleum-based using an oxidation
상기 석유계 잔사유는 경질유에 비해 탄화수율 및 방향족(aromatic)비율이 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 석유계 잔사유는 탄소 소재의 원료로서 적합하게 사용될 수 있다. 상기 석유계 잔사유는 공정 조건에 따라 화학적, 물리적 성질이 상이할 수 있다. 상기 석유계 잔사유는 반응성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 석유계 잔사유 내의 반응성 물질은 인덴, 인덴 유도체, 스타이렌, 및 스타이렌 유도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The petroleum residue may have a higher carbonization yield and aromatic ratio than light oil. Accordingly, the petroleum residue may be suitably used as a raw material for a carbon material. The petroleum residue may have different chemical and physical properties depending on process conditions. The petroleum residue may include a reactive material. For example, the reactive material in the petroleum residue may include at least one of indene, an indene derivative, styrene, and a styrene derivative.
일 예로, 상기 석유계 잔사유는 열분해 연료유 (PFO, Pyrolysis Fuel Oil), 나프타분해 잔사유 (NCB, Naphtha Cracking Bottom Oil), 에틸렌 잔사유 (EBO, Ethylene Bottom Oil), FCC-DO (Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), RFCC-DO (Residue Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), Aromatic Extract (AE), 및 수소화 처리를 한 석유계 잔사유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the petroleum residue is pyrolysis fuel oil (PFO), naphtha cracking bottom oil (NCB), ethylene residue oil (EBO, Ethylene Bottom Oil), FCC-DO (Fluid Catalytic). Cracking-Decant Oil), RFCC-DO (Residue Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), Aromatic Extract (AE), and may include at least one of hydrotreated petroleum residual oil.
상기 산화 열처리 공정을 수행하기 전에, 상기 석유계 잔사유에 전처리 공정을 수행하는 단계, 및 상기 전처리 공정이 수행된 석유계 잔사유를 상기 산화 반응기에 주입하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 전처리에 공정에 의해, 상기 석유계 잔사유는 상기 고연화점 피치를 제조하기 위한 원료로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전처리 공정에 의해, 상기 석유계 잔사유 내의 경질의 유분이 제거될 수 있다. 일반적으로, 고연화점 피치의 제조에 사용되는 원료의 다양한 물성에 따라 고연화점 피치의 물성은 쉽게 변동될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 전처리 공정에 의해 상기 석유계 잔사유 내의 경질의 유분이 제거됨에 따라, 상기 고연화점 피치의 물성은 비교적 균일하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 후속의 산화 열처리 공정 또는 진공 열처리 공정은 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 상기 전처리 공정에 의해, 상기 경질의 유분 안에 포함되어 있는 인덴, 인덴 유도체, 스타이렌, 또는 스타이렌 유도체 등의 반응성 물질이 제거됨에 따라, 상기 산화 열처리 반응에서 생성되는 퀴놀린 불용분(Quinoline Insoluble, QI)의 양이 감소될 수 있다. 본 명세서에서, 상기 퀴놀린 불용분(Quinoline Insoluble, QI)은 퀴놀린 용매에 대해 용해성이 없는 고상 입자를 의미할 수 있다. 일반적으로, 상기 석유계 잔사유로부터 상기 고연화점 피치를 제조할 경우, 제조 공정에서 퀴놀린 불용분(QI)이 형성될 수 있다. 본 발명과는 다르게, 퀴놀린 불용분(QI)의 함량이 높은 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 원료로 사용할 경우, 이차전지의 성능이 저하될 수 있다. Before performing the oxidation heat treatment process, performing a pre-treatment process on the petroleum residue, and may further include injecting the petroleum residue on which the pre-treatment process has been performed into the oxidation reactor. By the pretreatment process, the petroleum residue may be used as a raw material for producing the high softening point pitch. More specifically, by the pretreatment process, the light oil in the petroleum residue may be removed. In general, the physical properties of the high softening point pitch can be easily changed according to the various physical properties of the raw material used for the production of the high softening point pitch. According to the present invention, as the light oil in the petroleum residue is removed by the pretreatment process, the physical properties of the high softening point pitch may be relatively uniformly maintained. Accordingly, the subsequent oxidation heat treatment process or the vacuum heat treatment process can be easily performed. In addition, as reactive substances such as indene, indene derivative, styrene, or styrene derivative contained in the light oil are removed by the pretreatment process, quinoline insoluble content generated in the oxidation heat treatment reaction (Quinoline Insoluble) , QI) can be reduced. In the present specification, the quinoline insoluble (QI) may mean solid particles that are not soluble in the quinoline solvent. In general, when the high softening point pitch is prepared from the petroleum residue, quinoline insolubles (QI) may be formed in the manufacturing process. Unlike the present invention, when a high softening point pitch having a high content of quinoline insoluble (QI) is used as a raw material for a secondary battery anode material, the performance of the secondary battery may be deteriorated.
상기 열처리 장치(1)는 산화 반응기(100), 산화성 기체 공급부(110), 불활성 기체 공급부(120), 기체 공급부(130), 교반부(140), 전기 히터(150), 제1 내지 제3 유량 측정부들(161, 162, 163), 제1 내지 제3 유량 조절 밸브들(171, 172, 173), 순환 펌프(180), 히팅 자켓(190), 상부 온도 센서(200), 중앙 온도 센서(210), 및 하부 온도 센서(220)를 포함할 수 있다.The
상기 산화성 기체 공급부(110)는 상기 기체 공급부(130)로 산화성 기체를 공급할 수 있다. 일 예로, 상기 산화성 기체는 공기, 산소, 및 오존 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 산화성 기체는 대기 중의 공기를 바로 사용할 수 있다.The oxidizing
상기 불활성 기체 공급부(120)는 상기 기체 공급부(130)로 불활성 기체를 공급할 수 있다. 일 예로, 상기 불활성 기체는 질소 및 아르곤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inert
상기 기체 공급부(130)는 상기 산화성 기체 공급부(110)와 상기 산화 반응기(100)의 사이 및 상기 불활성 기체 공급부(120)와 상기 산화 반응기(100)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 산화성 기체 또는 상기 불활성 기체는 상기 기체 공급부(130)를 통해 상기 산화 반응기(100)로 장입될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 산화성 기체가 단독으로 상기 산화 반응기(100)로 장입될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 산화성 기체 및 상기 불활성 기체가 상기 산화 반응기(100)로 장입될 수 있다. 이 경우, 상기 산화성 기체는 상기 불활성 기체로 희석될 수 있다. 일 예로, 산소를 질소로 희석시켜 산소의 농도를 조절할 수 있다.The
상기 산화성 기체의 유량은 상기 석유계 잔사유 1 kg 대비 0.01 L/min 내지 1 L/min일 수 있다. 반면, 상기 석유계 잔사유 1 kg 대비 상기 산화성 기체의 유량이 1 L/min를 초과할 경우, 기화된 방향족 탄화수소와 반응하는 산소의 농도가 증가하여 상기 산화 반응기 내벽에 형성되는 퀴놀린 불용분(QI)의 양이 증가할 수 있다.The flow rate of the oxidizing gas may be 0.01 L/min to 1 L/min compared to 1 kg of the petroleum residue. On the other hand, when the flow rate of the oxidizing gas exceeds 1 L/min compared to 1 kg of the petroleum residue, the concentration of oxygen reacting with the vaporized aromatic hydrocarbon increases and the quinoline insoluble content (QI) formed on the inner wall of the oxidation reactor ) may increase.
상기 산화성 기체 공급부(110)와 상기 기체 공급부(130)의 사이에 상기 제1 유량 측정부(161)가 배치될 수 있고, 상기 불활성 기체 공급부(120)와 상기 기체 공급부(130)의 사이에 상기 제2 유량 측정부(162)가 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 유량 측정부들(161, 162)과 상기 기체 공급부(130) 사이에 상기 제1 유량 조절 밸브(171)가 배치될 수 있다. 상기 제1 유량 측정부(161)에 의해 상기 산화성 기체 공급부(110)의 유량이 측정될 수 있고, 상기 제2 유량 측정부(162)에 의해 상기 불활성 기체 공급부(120)의 유량이 측정될 수 있다. 상기 제1 유량 조절 밸브(171)에 의해 상기 기체 공급부(130)로 장입되는 산화성 기체 또는 불활성 기체의 유량이 조절될 수 있다.The first flow
상기 산화 반응기(100)는 상기 석유계 잔사유에 산화 열처리 공정이 수행되는 반응기일 수 있다. 산화 반응기(100)를 포함하는 산화 열처리 장치(1)를 이용하여 석유계 잔사유에 산화 열처리 공정이 수행될 수 있다. 상기 산화 열처리 공정은 산화 열처리 공정의 반응물인 상기 석유계 잔사유 및 상기 산화성 기체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. The
일 예로, 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 250 ℃ 내지 400 ℃일 수 있다. 본 명세서에서, 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 상기 산화 열처리 공정의 반응물로 채워진 부분의 온도를 의미할 수 있고, 일 예로, 하부 온도 센서(220)에 의해 측정되는 온도를 의미할 수 있다. 반면에, 산화 열처리 공정의 반응물의 온도가 250 ℃ 미만인 경우, 상기 석유계 잔사유의 분자량이 충분히 증가하지 않아, 최종 산물인 고연화점 피치의 수율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 산화 열처리 공정의 반응물의 온도가 400 ℃ 초과인 경우, 상기 산화 열처리 공정의 반응물 내의 퀴놀린 불용분의 함량이 급격하게 증가되어, 코킹(coking)현상이 발생될 수 있다.For example, the temperature of the reactant in the oxidation heat treatment process may be 250 °C to 400 °C. In the present specification, the temperature of the reactant of the oxidation heat treatment process may mean a temperature of a portion filled with the reactant of the oxidation heat treatment process, for example, it may mean a temperature measured by the
일 예로, 상기 산화 열처리 공정의 수행 시간은 1시간 내지 20시간일 수 있다. 산화 열처리 공정의 수행 시간이 1시간 미만인 경우, 산화 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 또한, 산화 열처리 공정의 수행 시간이 20시간을 초과하는 경우, 과도한 중합반응을 유발하여, 최종 산물인 고연화점 피치의 물성이 변질될 수 있다. 특히, 과도하게 산화 반응이 진행될 경우, 제조된 고연화점 피치의 산소 함량이 높을 수 있다. 이에 따라, 이후 이차전지 음극재의 원료로 사용될 때 이차전지의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 석유계 잔사유를 고온 조건 또는 산화 반응 조건에서 열처리하여, 방향족 화합물들의 과도한 중합 반응이 진행되는 경우, 상기 석유계 잔사유가 불용성 물질로 전환될 수도 있다.For example, the execution time of the oxidation heat treatment process may be 1 hour to 20 hours. If the duration of the oxidation heat treatment process is less than 1 hour, the oxidation reaction may not sufficiently occur. In addition, when the duration of the oxidation heat treatment process exceeds 20 hours, an excessive polymerization reaction may be induced, and the physical properties of the final product, a high softening point pitch, may be altered. In particular, when the oxidation reaction proceeds excessively, the oxygen content of the prepared high softening point pitch may be high. Accordingly, the performance of the secondary battery may be deteriorated when it is subsequently used as a raw material for a secondary battery negative electrode material. In addition, when the petroleum residue is heat-treated under high temperature conditions or oxidation reaction conditions, and excessive polymerization of aromatic compounds proceeds, the petroleum residue may be converted into an insoluble material.
일 예로, 상기 산화 반응기(100)의 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)는 0.5 내지 2일 수 있다. 상기 석유계 잔사유에 산화 열처리 반응을 수행할 때, 석유계 유분들이 유출되면서 산화성 기체에 노출될 수 있다. 상기 석유계 잔사유와 상기 산화성 기체를 혼입하여 산화 열처리 공정을 수행하는 경우, 고온에서 휘발된 방향족 탄화수소가 산화성 기체와 반응하여 퀴놀린 불용분(QI)이 상기 산화 반응기(100)의 내벽 상에 흡착될 수 있다. 예를 들어, 상기 퀴놀린 불용분(QI)은 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 내부에서 생성되는 양보다 상기 산화 반응기(100)의 내벽에서 흡착되는 양이 더 많을 수 있다.For example, the ratio (L/D) of the height (L) to the diameter (D) of the
본 발명에 따르면, 상기 산화 반응기(100)의 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 0.5 내지 2임에 따라, 석유계 고연화점 피치 내의 불순물의 양이 감소됨과 동시에 산화 열처리 반응이 효율적으로 수행될 수 있다. 반면에, 상기 산화 반응기(100)의 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 2를 초과하는 경우, 퀴놀린 불용분이 형성되는 반응기 내부의 면적이 증가되어 결과적으로 석유계 고연화점 피치 내의 불순물의 양이 증가될 수 있다. 또한, 상기 산화 반응기(100)의 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 0.5 미만인 경우, 상기 산화 반응기의 직경(D)이 증가함에 따라 온도 구배에 따른 반응기 내부 열전달이 어려울 수 있고, 이에 따라 산화 반응의 효율이 저하될 수 있다.According to the present invention, as the ratio (L/D) of the height (L) to the diameter (D) of the
상기 상부 온도 센서(200), 상기 중앙 온도 센서(210), 및 상기 하부 온도 센서(220)는 상기 산화 반응기(100) 내에 배치될 수 있다. 상기 상부 온도 센서(200)는 상기 산화 반응기(100) 내의 상부에 배치될 수 있다. 상기 하부 온도 센서(220)는 상기 산화 반응기(100) 내의 하부에 배치될 수 있다. 상기 중앙 온도 센서(210)는 상기 상부 온도 센서(200)와 상기 하부 온도 센서(220)의 사이에 배치될 수 있다. The
상기 중앙부 온도 센서(210)는 상기 산화 반응기(100) 내의 중앙부의 온도를 조절할 수 있다. 상기 하부 온도 센서(220)는 상기 산화 반응기(100) 내의 하부의 온도를 조절할 수 있다. 상기 상부 온도 센서(200)는 상기 산화 반응기(100) 내의 상부의 온도를 조절할 수 있다. 일 예로, 상기 산화 반응기 내의 상부의 온도는 250 ℃ 내지 370 ℃, 또는 280 ℃ 내지 360 ℃로 유지될 수 있다. 본 명세서에서, 상기 산화 반응기 내의 상부는 산화 열처리 공정의 반응물이 채워져 있지 않은 부분을 의미할 수 있다. 이를 위해, 상기 산화 반응기(100)의 상부 및 하부를 독립적으로 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다. 반면에, 상기 산화 반응기(100) 내의 상부 온도가 370 ℃를 초과할 경우, 휘발된 방향족 탄화수소와 산화성 기체에 의해 일어나는 중합 반응의 속도가 급격히 빨라질 수 있다. 이에 따라, 상기 산화 반응기(100) 내에 흡착되는 퀴놀린 불용분(QI)의 양의 급격하게 증가할 수 있다. The central
일반적으로, 최종 산물인 고연화점 피치의 연화점을 증가시키기 위해, 고압 조건 하에서 촉매를 사용할 수 있고, 고연화점 피치 내의 퀴놀린 불용분(QI) 함량을 감소시키기 위해, 산화성 기체와 퍼옥사이드계 화합물이 혼입될 수 있다. 그러나, 고압 조건 하에서 촉매를 사용할 경우, 고가의 고압 용기가 필요할 뿐만 아니라 촉매를 제거하는 별도의 공정이 필요하므로, 고연화점 피치를 생산하는 비용이 증가할 수 있다. 또한, 산화성 기체에 퍼옥사이드계 화합물을 추가적으로 혼입할 경우, 퍼옥사이드계 화합물의 높은 반응성에 의해 제조 공정 중 폭발 위험이 있을 수 있고, 퍼옥사이드계 화합물의 비용, 위험물 관리 비용, 및 폐수 처리 비용이 증가할 수 있다. 이에 따라, 대규모의 고연화점 피치를 제조하기 위한 경제성이 저하될 수 있다.In general, in order to increase the softening point of the high softening point pitch, which is the final product, a catalyst may be used under high pressure conditions, and in order to reduce the quinoline insoluble (QI) content in the high softening point pitch, an oxidizing gas and a peroxide-based compound are mixed can be However, when the catalyst is used under high pressure conditions, an expensive high-pressure vessel is required as well as a separate process for removing the catalyst, so the cost of producing a high softening point pitch may increase. In addition, when the peroxide-based compound is additionally added to the oxidizing gas, there may be a risk of explosion during the manufacturing process due to the high reactivity of the peroxide-based compound, and the cost of the peroxide-based compound, the cost of managing dangerous substances, and the cost of wastewater treatment can increase Accordingly, the economical efficiency for manufacturing a large-scale high softening point pitch may be reduced.
본 발명에 따르면, 상기 산화 열처리 공정에 의해 석유계 잔사유의 분자량이 증가될 수 있고, 최종 산물인 고연화점 피치의 수율이 향상될 수 있다. 특히, 상기 산화 열처리 공정에서 고압 조건이 요구되지 않을 수 있고, 촉매를 사용하지 않을 수 있어, 경제적이고 고품질의 석유계 고연화점 피치를 제조할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따르면, 산화 열처리 공정이 수행되기 전 또는 산화 열처리 공정이 수행되는 동안, 상기 산화 반응기(100)로 퍼옥사이드계 화합물이 장입되지 않을 수 있다. 퍼옥사이드계 화합물을 사용하지 않음에 따라, 제조 공정은 경제적일 수 있고, 제조 공정 중 폭발 위험이 방지될 수 있다.According to the present invention, the molecular weight of the petroleum residue may be increased by the oxidation heat treatment process, and the yield of the final product, the high softening point pitch, may be improved. In particular, high-pressure conditions may not be required in the oxidative heat treatment process, and a catalyst may not be used, so it is possible to manufacture an economical and high-quality petroleum-based high softening point pitch. Furthermore, according to the present invention, before the oxidation heat treatment process is performed or while the oxidation heat treatment process is performed, the peroxide-based compound may not be charged into the
상기 산화 반응기(100) 내에 상기 교반부(140)가 배치될 수 있다. 상기 교반부(140)에 의해 상기 산화 열처리 공정의 반응물들이 원활하게 혼합될 수 있다. The stirring
상기 산화 반응기(100)의 외측벽 상에 히팅 자켓들(190)이 배치되어, 상기 산화 반응기(100)의 외측벽의 일부를 덮을 수 있다. 상기 히팅 자켓들(190)은 상기 산화 반응기(100)의 단열, 절연 또는 보온 기능을 수행할 수 있다.
상기 순환 펌프(180)가 상기 산화 반응기(100)와 연결될 수 있다. 일 예로, 상기 순환 펌프(180)는 상기 산화 반응기(100)의 하부와 연결될 수 있다. 상기 순환 펌프(180)에 의해 상기 산화 열처리 공정의 반응물이 상기 전기 히터(150)로 주입될 수 있다. 상기 전기 히터(150)는 상기 순환 펌프(180)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 순환 펌프(180)는 상기 산화 반응기(100)와 상기 전기 히터(150) 사이에 배치될 수 있다. 상기 순환 펌프(180)와 상기 전기 히터(150) 사이에 상기 제3 유량 측정부(163) 및 상기 제2 유량 조절 밸브(172)가 배치될 수 있다. 상기 제3 유량 측정부(163)는 상기 순환 펌프(180)에 인접하여 배치될 수 있고, 상기 제2 유량 조절 밸브(172)는 상기 전기 히터(150)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 제3 유량 측정부(163)는 상기 전기 히터(150)로 주입되는 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 유량을 측정할 수 있다. 상기 제2 유량 조절 밸브(172)는 상기 전기 히터(150)로 주입되는 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 유량을 조절할 수 있다. 상기 전기 히터(150)는 상기 산화 열처리 공정의 반응물을 가열시킬 수 있다. 상기 전기 히터(150)에 의해 가열된 상기 산화 열처리 공정의 반응물은 다시 상기 산화 반응기(100)로 주입될 수 있다. 일 예로, 상기 전기 히터(150)에 의해 가열된 상기 산화 열처리 공정의 반응물은 상기 산화 반응기(100)의 상부로 연결될 수 있다. 상기 전기 히터(150)와 상기 산화 반응기(100)의 상부 사이에 제3 유량 조절 밸브(173)가 배치될 수 있다. 상기 제3 유량 조절 밸브(173)에 의해 상기 산화 반응기(100)의 상부로 주입되는 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 유량이 조절될 수 있다.The
상기 산화 열처리된 석유계 잔사유는 산화 열처리 공정에 의해, 석유계 피치가 제조될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 석유계 피치는 상기 산화 열처리 공정에 의해 산화 열처리된 석유계 잔사유를 의미할 수 있다. 상기 석유계 피치에 감압 열처리 공정이 수행될 수 있다. 상기 감압 열처리 공정은 상기 석유계 피치를 감압 조건에서 가열하는 것을 포함할 수 있다. 상기 감압 열처리 공정은 감압 열처리 장치 내에서 수행될 수 있다.The oxidative heat treatment of the petroleum-based residue oil may be produced by an oxidative heat treatment process, petroleum-based pitch. Hereinafter, petroleum-based pitch in the present specification may refer to petroleum-based residual oil subjected to oxidation heat treatment by the oxidation heat treatment process. A reduced pressure heat treatment process may be performed on the petroleum-based pitch. The reduced pressure heat treatment process may include heating the petroleum pitch under reduced pressure conditions. The reduced pressure heat treatment process may be performed in a reduced pressure heat treatment apparatus.
본 발명은 상기 감압 열처리 공정에 의해, 상기 석유계 피치의 중질 유분(heavy oil)이 제거될 수 있고, 연화점이 증가될 수 있으며, 톨루엔 불용분의 함량이 증가되어 피치의 탄화 수율이 증가될 수 있다. 반면에, 본 발명과는 다르게, 상기 석유계 피치에 상기 감압 열처리 공정 대신에 상압 열처리 공정 또는 가압 열처리 공정이 수행될 경우, 중질 유분(heavy oil)의 제거가 어려울 수 있고, 피치의 연화점의 증가되지 않을 수 있다. In the present invention, by the reduced pressure heat treatment process, the heavy oil of the petroleum pitch can be removed, the softening point can be increased, and the content of toluene insolubles can be increased to increase the carbonization yield of the pitch. have. On the other hand, unlike the present invention, when the atmospheric heat treatment process or the pressure heat treatment process is performed on the petroleum pitch instead of the reduced pressure heat treatment process, it may be difficult to remove the heavy oil, and the softening point of the pitch increases it may not be
일 예로, 상기 감압 열처리 공정의 압력은 1 torr 내지 300 torr, 1 torr 내지 200 torr, 또는 1 torr 내지 100 torr일 수 있다. 일 예로, 상기 감압 열처리 공정의 열처리 온도는 300 ℃ 내지 430 ℃일 수 있다. 반면에, 상기 감압 열처리 공정의 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 중질 유분(heavy oil)의 제거가 어려울 수 있고, 톨루엔 불용분의 생성이 저하되어 고품질의 고연화점 피치의 제조가 어려울 수 있다. 또한, 피치 안의 중질 유분이 충분히 제거되지 않아 석유계 피치의 연화점을 증가시키는데 한계가 있을 수 있다. 상기 감압 열처리 공정의 열처리 온도가 430 ℃ 초과인 경우, 상기 석유계 피치의 코킹 현상이 발생하여 코크스가 형성될 수 있고, 퀴놀린 불용분(QI)의 함량이 급격하게 증가될 수 있다. For example, the pressure of the reduced pressure heat treatment process may be 1 torr to 300 torr, 1 torr to 200 torr, or 1 torr to 100 torr. For example, the heat treatment temperature of the reduced pressure heat treatment process may be 300 °C to 430 °C. On the other hand, when the heat treatment temperature of the reduced pressure heat treatment process is less than 300 ° C, it may be difficult to remove heavy oil, and the production of toluene insoluble content is lowered, so that it may be difficult to manufacture a high-quality pitch with a high softening point. In addition, there may be a limit in increasing the softening point of the petroleum pitch because the heavy oil in the pitch is not sufficiently removed. When the heat treatment temperature of the reduced pressure heat treatment process is higher than 430° C., coking phenomenon of the petroleum-based pitch may occur to form coke, and the content of quinoline insolubles (QI) may be rapidly increased.
일 예로, 상기 감압 열처리 공정의 수행 시간은 1시간 내지 20시간, 또는 2시간 내지 10시간일 수 있다. 상기 감압 열처리 공정의 수행 시간이 1시간 미만인 경우, 중질 유분이 충분하게 제거되지 않을 수 있어, 고연화점의 피치를 제조하기 어려울 수 있다. 또한, 열중합 반응 시간의 부족으로 톨루엔 불용분이 충분하게 생성되지 않을 수 있고, 탄화 수율이 낮은 저품질의 고연화점 피치가 제조될 수 있다. 상기 감압 열처리 공정의 수행 시간이 20시간을 초과하는 경우, 과도한 중합반응이 진행되어 톨루엔 불용분이 과도하게 생성될 수 있고, 공정 시간의 증가로 인해 공정의 운전 비용 및 제품의 제조 비용이 증가할 수 있다.For example, the execution time of the reduced pressure heat treatment process may be 1 hour to 20 hours, or 2 hours to 10 hours. If the execution time of the reduced pressure heat treatment process is less than 1 hour, the heavy oil may not be sufficiently removed, and it may be difficult to prepare a pitch having a high softening point. In addition, a toluene-insoluble component may not be sufficiently generated due to a lack of thermal polymerization reaction time, and a low-quality, high softening point pitch with a low carbonization yield may be manufactured. If the execution time of the reduced pressure heat treatment process exceeds 20 hours, excessive polymerization may proceed and toluene insoluble content may be excessively generated, and the operation cost of the process and the manufacturing cost of the product may increase due to the increase in the process time. have.
상기 감압 열처리 공정은 비활성 기체 또는 스팀을 혼입하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 감압 열처리 공정에 의해, 상기 감압 열처리 장치로부터 상기 석유계 피치의 중질 유분이 효과적으로 제거될 수 있다. 일 예로, 상기 불활성 기체는 질소 및 아르곤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The reduced pressure heat treatment process may further include mixing inert gas or steam. By the reduced pressure heat treatment process, the heavy oil of the petroleum pitch can be effectively removed from the reduced pressure heat treatment apparatus. For example, the inert gas may include at least one of nitrogen and argon.
일 예로, 상기 불활성 기체 또는 스팀의 유량은 상기 석유계 피치 1 kg 대비 0.01 L/min 내지 2.0 L/min일 수 있다. 본 발명과는 다르게, 감압 열처리 공정의 수행시 산화성 기체를 장입할 경우, 고온에서의 산화 반응에 의해 퀴놀린 불용분이 급격하게 형성될 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 상기 감압 열처리 공정시 불활성 기체 또는 스팀을 장입할 수 있다. 특히, 불활성 기체 또는 스팀을 가열하여 장입할 경우, 중질 유분이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.For example, the flow rate of the inert gas or steam may be 0.01 L/min to 2.0 L/min compared to 1 kg of the petroleum pitch. Unlike the present invention, when an oxidizing gas is charged during the reduced pressure heat treatment process, the quinoline insoluble component may be rapidly formed by the oxidation reaction at a high temperature. Therefore, according to the present invention, an inert gas or steam may be charged during the reduced pressure heat treatment process. In particular, when an inert gas or steam is heated and charged, the heavy oil can be more effectively removed.
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법은 상기 감압 열처리 공정 이후, 상기 석유계 피치에 상압 열처리 공정이 더 수행될 수 있다. 상기 상압 열처리 공정에 의해, 석유계 고연화점 피치의 톨루엔 불용분의 함량이 증가될 수 있다. 일 예로, 상기 상압 열처리 공정의 열처리 온도는 300 ℃ 내지 430 ℃ 일 수 있다. 반면에, 상기 상압 열처리 공정의 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 중질 톨루엔 불용분이 생성되기 어려울 수 있다. 또한, 상기 상압 열처리 공정의 열처리 온도가 430 ℃ 초과인 경우, 석유계 피치의 코킹 현상이 발생되어 코크스가 형성될 수 있고, 퀴놀린 불용분의 함량이 급격하게 증가될 수 있다. In the method for producing a petroleum-based high softening point pitch according to the present invention, after the reduced-pressure heat treatment process, an atmospheric heat treatment process may be further performed on the petroleum-based pitch. By the atmospheric heat treatment process, the content of toluene insolubles in the petroleum-based high softening point pitch may be increased. For example, the heat treatment temperature of the atmospheric pressure heat treatment process may be 300 °C to 430 °C. On the other hand, when the heat treatment temperature of the atmospheric pressure heat treatment process is less than 300 °C, it may be difficult to generate a heavy toluene insoluble component. In addition, when the heat treatment temperature of the atmospheric pressure heat treatment process is higher than 430° C., the coking phenomenon of petroleum-based pitch may occur to form coke, and the content of quinoline insolubles may be rapidly increased.
일 예로, 상기 상압 열처리 공정의 수행 시간은 30분 내지 20시간일 수 있다. 반면에, 상기 상압 열처리 공정의 수행 시간이 30분 미만인 경우, 열처리 반응 시간이 너무 짧아 톨루엔 불용분이 충분하게 생성되지 않을 수 있다. 상기 상압 열처리 공정의 수행 시간이 20시간을 초과하는 경우, 운전 시간의 증가로 인해 공정의 운전 비용 및 제품의 제조 비용이 증가할 수 있다.For example, the execution time of the atmospheric pressure heat treatment process may be 30 minutes to 20 hours. On the other hand, when the execution time of the atmospheric pressure heat treatment process is less than 30 minutes, the heat treatment reaction time is too short, so that the toluene insoluble content may not be sufficiently generated. When the execution time of the atmospheric pressure heat treatment process exceeds 20 hours, the operating cost of the process and the manufacturing cost of the product may increase due to the increase in the operating time.
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법으로 제조된 석유계 고연화점 피치는, 일 예로, 연화점이 150 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다. 일 예로, 석유계 고연화점 피치의 퀴놀린 불용분(QI) 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.5 중량% 이하일 수 있고, 0.001 중량% 내지 0.5 중량%일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 석유계 고연화점 피치는 높은 연화점을 가짐과 동시에, 퀴놀린 불용분의 함량이 현저히 감소될 수 있다.The petroleum-based high softening point pitch manufactured by the manufacturing method of the petroleum-based high softening point pitch according to the present invention, for example, may have a softening point of 150 °C to 300 °C. For example, the quinoline insoluble (QI) content of the petroleum-based high softening point pitch may be 0.5 wt% or less, and may be 0.001 wt% to 0.5 wt%, based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch. That is, according to the present invention, the petroleum-based high softening point pitch can have a high softening point and, at the same time, the content of quinoline insolubles can be significantly reduced.
본 발명에 따르면, 석유계 잔사유를 원료로 하여 산화 열처리 공정 및 감압 열처리 공정을 통해 석유계 고연화점 피치를 제조할 수 있고, 석유계 고연화점 피치는 탄소재 또는 흑연재의 원료, 탄소재 또는 흑연재의 전구체 물질로 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 탄소재 또는 흑연재는 탄소섬유, 활성탄, 이차전지 음극재 등을 포함할 수 있다. According to the present invention, petroleum-based high softening point pitch can be manufactured through an oxidative heat treatment process and a reduced pressure heat treatment process using petroleum residue as a raw material, and the petroleum-based high softening point pitch is a raw material of carbon material or graphite material, carbon material or It may be used as a precursor material for graphite material. For example, the carbon material or graphite material may include carbon fiber, activated carbon, a secondary battery negative electrode material, and the like.
일반적으로, 석유계 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 원료로 사용할 경우, 퀴놀린 불용분에 의해 이차전지의 성능이 저하될 수 있다. 즉, 석유계 고연화점 피치 내의 퀴놀린 불용분, 금속 등의 무기질 불순물, 또는 질소, 황 등의 이종원자들의 함량이 낮을수록 전지의 용량이 개선될 수 있고, 수명 특성 및 출력 특성이 향상될 수 있다.In general, when petroleum-based high softening point pitch is used as a raw material for a secondary battery anode material, the performance of the secondary battery may be deteriorated due to quinoline insoluble content. That is, the lower the content of quinoline insoluble content, inorganic impurities such as metals, or heteroatoms such as nitrogen and sulfur in the petroleum-based high softening point pitch, the battery capacity can be improved, and the lifespan characteristics and output characteristics can be improved. .
본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치의 제조 방법으로 제조된 석유계 고연화점 피치는, 높은 연화점을 가짐과 동시에 퀴놀린 불용분의 함량이 현저하게 낮으므로, 석유계 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 원료로 사용하여 제조된 이차전지의 성능이 향상될 수 있다. The petroleum-based high softening point pitch produced by the method for manufacturing a petroleum-based high softening point pitch according to the present invention has a high softening point and at the same time has a remarkably low content of quinoline insoluble content, The performance of the secondary battery manufactured by using it can be improved.
일부 실시예에서, 석유계 고연화점 피치는 음극재(일 예로, 천연 흑연 음극재 또는 인조 흑연 음극재)의 바인더 물질 또는 코팅 물질로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 석유계 고연화점 피치에 탄화 공정을 수행하여 탄소계 음극재 물질로 사용될 수 있다.In some embodiments, the petroleum-based high softening point pitch may be used as a binder material or a coating material of an anode material (eg, a natural graphite anode material or an artificial graphite anode material). In another embodiment, it may be used as a carbon-based negative electrode material by performing a carbonization process on a petroleum-based high softening point pitch.
또한, 본 발명으로 제조된 석유계 고연화점 피치는 탄화 공정 및 흑연화 공정을 통해 탄소 섬유의 전구체 물질로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치를 탄소 섬유의 전구체 물질로 사용할 경우, 석유계 고연화점 피치의 높은 연화점과 탄화 수율, 및 낮은 퀴놀린 불용분 함량으로 인해, 제조된 탄소 섬유의 인장 강도, 및 인장 탄성률 등의 물성이 향상될 수 있다.In addition, the petroleum-based high softening point pitch prepared by the present invention may be used as a precursor material for carbon fibers through a carbonization process and a graphitization process. When the petroleum-based high softening point pitch according to the present invention is used as a precursor material of the carbon fiber, the high softening point and carbonization yield of the petroleum-based high softening point pitch, and the low quinoline insoluble content, the tensile strength of the produced carbon fiber, and the tensile strength Physical properties such as elastic modulus may be improved.
아울러, 본 발명으로 제조된 석유계 고연화점 피치는 탄화 공정 및 활성화 공정을 통해 활성탄소의 전구체 물질로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 석유계 고연화점 피치는 높은 연화점, 탄화 수율, 기계적 물성, 및 낮은 불순물 함량으로 인해, 제조된 활성탄소는 비표면적 및 기계적 강도가 향상될 수 있다. In addition, the petroleum-based high softening point pitch prepared by the present invention may be used as a precursor material for activated carbon through a carbonization process and an activation process. The petroleum-based high softening point pitch according to the present invention has a high softening point, carbonization yield, mechanical properties, and low impurity content, so that the prepared activated carbon may have improved specific surface area and mechanical strength.
실시예Example
실시예 1Example 1
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 1.6인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 0.5 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 370 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 350 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and a diameter (D) ratio (L/D) of 1.6. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 0.5 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 370 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 350 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 251 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.08 중량%이었고, Coking Value는 65 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 251 ° C., the content of quinoline insolubles was 0.08 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 65 wt%.
실시예 2Example 2
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 1.6인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 0.2 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 370 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 350 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and a diameter (D) ratio (L/D) of 1.6. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 0.2 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 370 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 350 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 254 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.02 중량%이었고, Coking Value는 64 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 254 ° C., the content of quinoline insolubles was 0.02 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 64 wt%.
실시예 3Example 3
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 1.6인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 0.5 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 370 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 360 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and a diameter (D) ratio (L/D) of 1.6. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 0.5 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 370 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 360 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 254 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.24 중량%이었고, Coking Value는 68 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 254 ° C., the content of quinoline insolubles was 0.24 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 68 wt%.
비교예 1Comparative Example 1
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 2.5인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 0.5 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 370 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 360 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and diameter (D) ratio (L/D) of 2.5. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 0.5 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 370 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 360 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 245 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.76 중량%이었고, Coking Value는 66 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 245 ° C., the content of quinoline insolubles was 0.76 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 66 wt%.
비교예 2Comparative Example 2
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 1.6인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 0.5 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 380 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 380 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and a diameter (D) ratio (L/D) of 1.6. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 0.5 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 380 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 380 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 244 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 1.06 중량%이었고, Coking Value는 64 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 244 ° C., the content of quinoline insolubles was 1.06 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 64 wt%.
비교예 3Comparative Example 3
석유계 잔사유로 열분해연료유(PFO)를, 산화성 기체로 공기를 사용하였다. 열분해연료유(PFO)를 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D)가 1.6인 산화 반응기에 주입하였다. 열분해연료유(PFO) 1 kg 대비 1.5 L/min의 유량으로 공기를 장입하여 산화 열처리 공정을 수행하였다. 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 370 ℃이고, 산화 반응기 내의 상부의 온도는 360 ℃이다. 산화 열처리 공정은 4시간 동안 수행되었다.Pyrolysis fuel oil (PFO) was used as the petroleum residue, and air was used as the oxidizing gas. Pyrolysis fuel oil (PFO) was injected into an oxidation reactor having a height (L) and a diameter (D) ratio (L/D) of 1.6. The oxidation heat treatment process was performed by charging air at a flow rate of 1.5 L/min compared to 1 kg of pyrolysis fuel oil (PFO). The temperature of the reactants in the oxidation heat treatment process is 370 °C, and the temperature at the top in the oxidation reactor is 360 °C. The oxidation heat treatment process was performed for 4 hours.
이후, 80 torr의 압력으로 감압하고, 400 ℃에서 10시간 동안 감압 열처리 공정을 수행하여 석유계 고연화점 피치를 제조하였다. 제조된 석유계 고연화점 피치의 연화점은 248 ℃이었고, 퀴놀린 불용분의 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.93 중량%이었고, Coking Value는 58 중량%이었다.Thereafter, the pressure was reduced to 80 torr, and a reduced pressure heat treatment process was performed at 400° C. for 10 hours to prepare a petroleum-based high softening point pitch. The softening point of the prepared petroleum-based high softening point pitch was 248 ° C., the content of quinoline insolubles was 0.93 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch, and the coking value was 58 wt%.
상기 실시예 1 내지 상기 실시예 3 및 상기 비교예 1 내지 상기 비교예 3에서의 산화 열처리 공정에서의 산화 반응기의 높이(L)와 직경(D)의 비(L/D), 산화 반응기 내의 상부 온도, 산화성 기체의 유량 및 제조된 석유계 고연화점 피치의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.The ratio (L/D) of the height (L) to the diameter (D) of the oxidation reactor in the oxidation heat treatment process in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the upper part of the oxidation reactor The temperature, the flow rate of the oxidizing gas, and the physical properties of the prepared petroleum-based high softening point pitch are shown in Table 1 below.
상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예 1 내지 상기 실시예 3의 석유계 고연화점 피치는 200 ℃ 이상의 높은 연화점, 0.5 중량% 이하의 퀴놀린 불용분의 함량, 및 60% 이상의 높은 Coking Value를 가짐을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the petroleum-based high softening point pitch of Examples 1 to 3 has a high softening point of 200 ° C. or higher, a quinoline insoluble content of 0.5 wt% or less, and a high coking value of 60% or more. can be checked
반면에, 상기 비교예 1은 상기 실시예 1과 동일한 석유계 잔사유를 원료로 사용하였으나, 산화 반응기의 L/D가 증가함에 따라 산화 반응기 내부의 퀴놀린 불용분의 흡착량이 증가할 수 있고, 그 결과, 석유계 고연화점 피치의 불순물 함량이 높은 것을 확인할 수 있다. On the other hand, Comparative Example 1 used the same petroleum residue as Example 1 as a raw material, but as the L/D of the oxidation reactor increases, the adsorption amount of quinoline insoluble content inside the oxidation reactor may increase, and the As a result, it can be confirmed that the impurity content of the petroleum-based high softening point pitch is high.
또한, 상기 비교예 2는 실시예 1과 동일한 석유계 잔사유를 원료로 사용하고, 동일한 크기의 산화 반응기를 사용하였으나, 산화 반응기 내의 상부의 온도가 높아 방향족 탄화수소 물질과 산화성 기체와의 반응 속도가 증가함에 따라, 퀴놀린 불용분의 생성량이 증가할 수 있고, 그 결과, 석유계 고연화점 피치의 불순물 함량이 높은 것을 확인할 수 있다. In Comparative Example 2, the same petroleum residue as Example 1 was used as a raw material and an oxidation reactor of the same size was used. As it increases, the amount of quinoline insoluble content may be increased, and as a result, it can be confirmed that the impurity content of the petroleum-based high softening point pitch is high.
또한, 비교예 3은 상기 실시예 1과 동일한 석유계 잔사유를 원료로 사용하고, 동일한 크기의 산화 반응기를 사용하였으나, 산화 반응기 내에 장입되는 산화성 기체의 유량이 증가함에 따라, 방향족 탄화수소 물질이 휘발되어 반응하는 산소의 양이 증가하여 중합반응으로 생성된 퀴놀린 불용분의 함량이 증가할 수 있고, 그 결과, 석유계 고연화점 피치의 불순물 함량이 높은 것을 확인할 수 있다.In Comparative Example 3, the same petroleum residue as Example 1 was used as a raw material and an oxidation reactor of the same size was used, but as the flow rate of the oxidizing gas charged into the oxidation reactor increased, the aromatic hydrocarbon material was volatilized. As the amount of oxygen reacts increases, the content of quinoline insolubles produced by polymerization may increase, and as a result, it can be confirmed that the impurity content of the petroleum-based high softening point pitch is high.
실험예Experimental example
실험예 1Experimental Example 1 : 상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용한 이차전지의 제조: Preparation of secondary battery using petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1
상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 코팅 물질로 사용하여 이차전지를 제조하였다. A secondary battery was manufactured by using the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1 as a coating material for a secondary battery negative electrode material.
구체적으로, 상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치 5 g을 평균 직경이 15 μm인 구형 천연 흑연 95 g에 혼합하였다. 이후, 기계적 교반기를 사용하여 천연 흑연의 표면에 상기 석유계 고연화점 피치를 코팅하였다. 코팅이 완료된 후, 1,100 ℃ 에서 1시간 동안 열처리를 수행하여 음극 활물질을 제조하였다.Specifically, 5 g of the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1 was mixed with 95 g of spherical natural graphite having an average diameter of 15 μm. Then, the petroleum-based high softening point pitch was coated on the surface of natural graphite using a mechanical stirrer. After the coating was completed, heat treatment was performed at 1,100° C. for 1 hour to prepare an anode active material.
상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용하여 제조된 음극 활물질의 형상 사진을 도 3에 나타내었다. 천연 흑연에 석유계 고연화점 피치가 균일하게 코팅이 되어있는 것을 확인할 수 있다.The shape photograph of the negative active material prepared using the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1 is shown in FIG. 3 . It can be seen that the petroleum-based high softening point pitch is uniformly coated on natural graphite.
상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용하여 제조된 음극 활물질로, 음극 슬러리용 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 음극 활물질: 카본블랙: 카르복실메틸셀룰로스: 스티렌부타디엔 = 91:5:2:2의 중량비로 음극 활물질, 카본블랙, 카르복실메틸셀룰로스, 및 스티렌부타디엔을 물에 혼합하여 음극 슬러리용 조성물을 제조하였다. 상기 음극 슬러리용 조성물을 구리 집전체에 코팅하고, 110 ℃의 오븐에서 약 1시간 동안 건조 및 압연하여 이차전지용 음극을 제조하였다.With the anode active material prepared using the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1, a composition for an anode slurry was prepared. Specifically, negative electrode active material: carbon black: carboxymethyl cellulose: styrene butadiene = 91: 5: 2: 2 by weight ratio of the negative electrode active material, carbon black, carboxymethyl cellulose, and styrene butadiene are mixed with water to a composition for a negative electrode slurry was prepared. The negative electrode slurry composition was coated on a copper current collector, dried and rolled in an oven at 110° C. for about 1 hour to prepare a negative electrode for a secondary battery.
이후, 상기 이차전지용 음극, 분리막, 전해액, 리튬 전극 순으로 적층하여 코인 셀(coin cell) 형태의 이차전지를 제조하였다. 이 때, 전해액은 에틸렌카보네이트: 디메틸카보네이트의 중량비가 1:1로 혼합된 용매로서, 1.0 M LiPF6가 첨가되었다.Thereafter, the anode for the secondary battery, the separator, the electrolyte, and the lithium electrode were stacked in this order to prepare a coin cell type secondary battery. At this time, the electrolyte was a solvent in which the weight ratio of ethylene carbonate: dimethyl carbonate was 1:1, and 1.0 M LiPF 6 was added.
실험예 2Experimental Example 2 : 상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용한 이차전지의 제조: Preparation of secondary battery using petroleum-based high softening point pitch prepared according to Comparative Example 2
상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 이차전지 음극재의 코팅 물질로 사용하여 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared by using the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Comparative Example 2 as a coating material for a secondary battery negative electrode material.
상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용하는 것 대신에, 상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 사용하였고, 이를 제외하고는, 상기 실험예 1과 실질적으로 동일한 방법에 의해 이차전지를 제조하였다. Instead of using the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1, a petroleum-based high softening point pitch prepared according to Comparative Example 2 was used, except for this, substantially the same as in Experimental Example 1 A secondary battery was manufactured by the method.
실험예 3Experimental Example 3 : 이차전지의 충방전 용량 및 초기 효율 측정: Measurement of charge/discharge capacity and initial efficiency of secondary batteries
상기 실시예 1 및 상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치의 각각을 이차전지 음극재의 코팅 물질로 사용하여 제조한 이차전지의 성능을 측정하였다.The performance of the secondary battery prepared by using each of the petroleum-based high softening point pitches prepared according to Example 1 and Comparative Example 2 as a coating material for a secondary battery negative electrode material was measured.
구체적으로, 상기 제조된 각각의 이차전지를 이용하여 대해 하기 조건에 따라 충방전 용량 및 초기 효율을 측정하였다. 구체적으로, 0.2 C의 정전류로 0.01 V까지 충전하고, 0.01 V의 정전압으로 0.01 C까지 충전하였다. 이후, 0.2 C의 정전류로 1.5 V까지 방전하였다. 이를 1st cycle, 50th cycle, 100th cycle 반복 실시하여, 초기 효율, 각 사이클에 따른 방전 용량을 측정하였고, 이를 하기 표 2에 나타내었다. Specifically, charge/discharge capacity and initial efficiency were measured for each of the prepared secondary batteries according to the following conditions. Specifically, it was charged to 0.01 V with a constant current of 0.2 C, and charged to 0.01 C with a constant voltage of 0.01 V. Then, it was discharged to 1.5 V with a constant current of 0.2 C. The 1st cycle, 50th cycle, and 100th cycle were repeated to measure initial efficiency and discharge capacity according to each cycle, which are shown in Table 2 below.
상기 표 2를 참조하면, 상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 천연 흑연의 코팅 물질로 사용한 경우, 상기 실시예 1에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치를 천연 흑연의 코팅 물질로 사용한 경우에 비해, 방전 용량이 작으며, 초기 효율도 저하되는 결과를 확인할 수 있다. 이는, 상기 비교예 2에 따라 제조된 석유계 고연화점 피치는, 상기 실시예 1에 따라 제조된 피치에 비해 퀴놀린 불용분의 함량이 높기 때문인 것으로 이해될 수 있다. Referring to Table 2, when the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Comparative Example 2 was used as a coating material of natural graphite, the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Example 1 was used as a coating material of natural graphite. It can be seen that the discharge capacity is small compared to the case of use, and the initial efficiency is also lowered. This may be understood because the petroleum-based high softening point pitch prepared according to Comparative Example 2 has a higher content of quinoline insolubles than the pitch prepared according to Example 1.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (15)
상기 산화 열처리된 석유계 잔사유에 감압 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법에 있어서,
상기 산화 반응기의 높이와 직경의 비는 0.5 내지 2 이고,
상기 석유계 고연화점 피치의 퀴놀린 불용분(QI) 함량은 상기 석유계 고연화점 피치의 총 중량 대비 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.performing an oxidation heat treatment process on petroleum residues using an oxidation heat treatment apparatus including an oxidation reactor; and
In the method for producing a petroleum-based high softening point pitch comprising the step of performing a reduced pressure heat treatment process on the oxidative heat treatment of the petroleum residue,
The ratio of the height to the diameter of the oxidation reactor is 0.5 to 2,
The quinoline insoluble (QI) content of the petroleum-based high softening point pitch is 0.001 wt% to 0.5 wt% based on the total weight of the petroleum-based high softening point pitch.
상기 산화 열처리 공정을 수행하기 전에, 상기 산화 반응기에 산화성 기체를 장입하는 단계를 더 포함하되,
상기 산화성 기체의 유량은 상기 석유계 잔사유 1 kg 대비 0.01 L/min 내지 1 L/min 이고,
상기 산화 반응기 내의 상부의 온도는 250 ℃ 내지 370 ℃로 유지되는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
Before performing the oxidation heat treatment process, further comprising the step of charging an oxidizing gas to the oxidation reactor,
The flow rate of the oxidizing gas is 0.01 L/min to 1 L/min compared to 1 kg of the petroleum residue,
The temperature of the upper part in the oxidation reactor is a method of producing a petroleum-based high softening point pitch maintained at 250 ℃ to 370 ℃.
상기 산화 열처리 장치는 상기 산화 반응기 내의 상부에 배치되는 상부 온도 센서; 및
상기 산화 반응기의 상부 및 하부를 독립적으로 가열하는 가열부를 더 포함하되,
상기 상부 온도 센서는 상기 산화 반응기 내의 상부의 온도를 조절하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The oxidation heat treatment apparatus includes an upper temperature sensor disposed above the oxidation reactor; and
Further comprising a heating unit for independently heating the upper and lower portions of the oxidation reactor,
The upper temperature sensor is a method of manufacturing a petroleum-based high softening point pitch for controlling the temperature of the upper portion in the oxidation reactor.
상기 산화 열처리 장치는 상기 산화 반응기로 산화성 기체 또는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부를 더 포함하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The oxidation heat treatment apparatus is a method for producing a petroleum-based high softening point pitch further comprising a gas supply for supplying an oxidizing gas or an inert gas to the oxidation reactor.
상기 산화성 기체는 공기, 산소, 및 오존 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 불활성 기체는 질소 및 아르곤 중 적어도 하나를 포함하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.5. The method of claim 4,
The oxidizing gas comprises at least one of air, oxygen, and ozone;
The inert gas is a method for producing a petroleum-based high softening point pitch comprising at least one of nitrogen and argon.
상기 석유계 잔사유는 열분해 연료유 (PFO, Pyrolysis Fuel Oil), 나프타분해 잔사유 (NCB, Naphtha Cracking Bottom Oil), 에틸렌 잔사유 (EBO, Ethylene Bottom Oil), FCC-DO (Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), RFCC-DO (Residue Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), Aromatic Extract (AE), 및 수소화 처리를 한 석유계 잔사유 중 적어도 하나를 포함하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The petroleum residues include Pyrolysis Fuel Oil (PFO), Naphtha Cracking Bottom Oil (NCB), Ethylene Bottom Oil (EBO), and Fluid Catalytic Cracking-Decant (FCC-DO). Oil), RFCC-DO (Residue Fluid Catalytic Cracking-Decant Oil), Aromatic Extract (AE), and a method for producing a petroleum-based high softening point pitch comprising at least one of hydrotreated petroleum residue.
상기 산화 열처리 공정을 수행하기 전에,
상기 석유계 잔사유에 전처리 공정을 수행하는 단계; 및
상기 전처리 공정이 수행된 석유계 잔사유를 상기 산화 반응기에 주입하는 것을 더 포함하되,
상기 전처리에 공정에 의해 상기 석유계 잔사유 내의 경질의 유분이 제거되는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
Before performing the oxidation heat treatment process,
performing a pretreatment process on the petroleum residue; and
Further comprising injecting the petroleum residue on which the pretreatment process has been performed into the oxidation reactor,
Method for producing a petroleum-based high softening point pitch in which the light oil in the petroleum residue is removed by the pretreatment process.
상기 산화 열처리 공정의 반응물의 온도는 250 ℃ 내지 400 ℃이고,
상기 산화 열처리 공정의 수행 시간은 1시간 내지 20시간인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The temperature of the reactants of the oxidation heat treatment process is 250 ℃ to 400 ℃,
A method for producing a petroleum-based high softening point pitch, wherein the oxidative heat treatment process is performed for 1 hour to 20 hours.
상기 감압 열처리 공정의 압력은 1 torr 내지 300 torr이고,
상기 감압 열처리 공정의 열처리 온도는 300 ℃ 내지 430 ℃이고,
상기 감압 열처리 공정의 수행 시간은 1시간 내지 20시간인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The pressure of the reduced pressure heat treatment process is 1 torr to 300 torr,
The heat treatment temperature of the reduced pressure heat treatment process is 300 ℃ to 430 ℃,
A method of producing a petroleum-based high softening point pitch of 1 hour to 20 hours for the execution time of the reduced pressure heat treatment process.
상기 감압 열처리 공정은 불활성 기체 또는 스팀을 혼입하는 것을 더 포함하되,
상기 불활성 기체는 질소 및 아르곤 중 적어도 하나를 포함하는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The reduced pressure heat treatment process further comprises incorporating an inert gas or steam,
The inert gas is a method for producing a petroleum-based high softening point pitch comprising at least one of nitrogen and argon.
상기 감압 열처리 공정을 수행한 후, 상기 석유계 잔사유에 상압 열처리 공정을 수행하는 것을 더 포함하되,
상기 상압 열처리 공정에 의해, 상기 고연화점 피치의 톨루엔 불용분의 함량이 증가되는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
After performing the reduced pressure heat treatment process, further comprising performing an atmospheric heat treatment process on the petroleum residue,
A method for producing a petroleum-based high softening point pitch in which the content of toluene insolubles of the high softening point pitch is increased by the atmospheric pressure heat treatment process.
상기 상압 열처리 공정의 열처리 온도는 300 ℃ 내지 430 ℃이고,
상기 상압 열처리 공정의 수행 시간은 30분 내지 20시간인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.12. The method of claim 11,
The heat treatment temperature of the atmospheric pressure heat treatment process is 300 ℃ to 430 ℃,
A method for producing a petroleum-based high softening point pitch, wherein the execution time of the atmospheric heat treatment process is 30 minutes to 20 hours.
상기 고연화점 피치의 연화점은 150 ℃ 내지 300 ℃인 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
The softening point of the high softening point pitch is a method of producing a petroleum-based high softening point pitch of 150 ℃ to 300 ℃.
상기 산화 반응기로 퍼옥사이드계 화합물이 장입되지 않는 석유계 고연화점 피치의 제조 방법.The method of claim 1,
A method for producing a petroleum-based high softening point pitch in which a peroxide-based compound is not charged into the oxidation reactor.
상기 산화 반응기 내의 상부의 온도는 상기 산화 열처리 공정의 반응물의 온도보다 낮은 석유계 고연화점 피치의 제조 방법. The method of claim 1,
The temperature of the upper portion in the oxidation reactor is lower than the temperature of the reactants of the oxidation heat treatment process of the petroleum-based high softening point pitch.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X601 | Decision of rejection after re-examination |