RU2800053C1 - Needle coke with low coefficient of thermal expansion and low cracking - Google Patents

Needle coke with low coefficient of thermal expansion and low cracking Download PDF

Info

Publication number
RU2800053C1
RU2800053C1 RU2022104252A RU2022104252A RU2800053C1 RU 2800053 C1 RU2800053 C1 RU 2800053C1 RU 2022104252 A RU2022104252 A RU 2022104252A RU 2022104252 A RU2022104252 A RU 2022104252A RU 2800053 C1 RU2800053 C1 RU 2800053C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
needle coke
coke
low
cracking
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2022104252A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Киохеи ХАДА
Original Assignee
НИППОН СТИЛ Кемикал энд Матириал Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by НИППОН СТИЛ Кемикал энд Матириал Ко., Лтд. filed Critical НИППОН СТИЛ Кемикал энд Матириал Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2800053C1 publication Critical patent/RU2800053C1/en

Links

Abstract

FIELD: coking.
SUBSTANCE: group of inventions is related to variants of needle coke with a low coefficient of thermal expansion (CTE) and low cracking. One variant is needle coke, obtained by mixing and coking 100 weight fractions of a basic raw material for needle coke, consisting of a heavy oil based on coal tar or based on petroleum, having a weak hydrogen releasing property with a PDQI value calculated using equation (1), less than 5.0, with 10-80 weight fractions of secondary raw materials having a strong hydrogen release property with a PDQI value calculated using equation (1), 5.0 or more, and calcining the obtained raw coke: where [Equation (1)] has PDQI=H%× 10× (HNβ /H), where H% is the amount of hydrogen (wt.%) obtained using elemental analysis, and HNβ/H is the ratio of β-naphthenic hydrogen to total hydrogen, measured with 1H-NMR. Moreover, the specified coke has a crystallite size Lc 4.0-10.0 nm, interplanar interval d002 0.340-0.350 nm, proportion of open pores 0.15-0.40 and the standard deviationσ (θ) of the average orientation angle 0.01-0.85.
EFFECT: production of needle coke with low CTE and low cracking by limiting the characteristics of the main raw materials and secondary raw materials, and by controlling the structure of needle coke obtained by coking and calcining to ensure a specific structure.
5 cl, 3 dwg, 2 tbl, 3 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

[0001] Настоящее изобретение относится к игольчатому коксу с низким коэффициентом теплового расширения (CTE) и низким растрескиванием, а также к электроду из искусственного графита для электросталеплавильного производства.[0001] The present invention relates to needle coke with a low coefficient of thermal expansion (CTE) and low cracking, as well as an artificial graphite electrode for electric steelmaking.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Игольчатый кокс обычно изготавливается с использованием в качестве сырья тяжелого масла на основе нефти или на основе каменноугольной смолы, и используется в качестве агрегата электрода из искусственного графита для электросталеплавильного производства. Этот графитовый электрод изготавливается путем доведения игольчатого кокса до заданных частиц, замешивания его со связующим пеком, экструзионного формования, а затем проведения первичного обжига, пропитки, вторичного обжига и графитизации.[0002] Needle coke is generally produced using petroleum-based or coal-tar-based heavy oil as a raw material, and is used as an artificial graphite electrode assembly for electric steelmaking. This graphite electrode is made by grinding needle coke to specified particles, kneading it with a binder pitch, extrusion molding, and then subjecting it to primary firing, impregnation, secondary firing, and graphitization.

[0003] Желательно, чтобы графитовый электрод имел низкий коэффициент теплового расширения (CTE), чтобы выдерживать суровые условия эксплуатации в высокотемпературной атмосфере. Более низкий CTE снижает расход электрода во время электросталеплавильного производства, способствуя таким образом снижению затрат.[0003] It is desirable that the graphite electrode has a low coefficient of thermal expansion (CTE) to withstand harsh operating conditions in a high temperature atmosphere. Lower CTE reduces electrode consumption during electric steelmaking, thus contributing to cost savings.

[0004] Обработка графитизации в процессе производства графитированных электродов заключается в проведении термической обработки при высокой температуре, приблизительно 3000°C, и широко используется способ с использованием печи LWG (проточного типа). Графитизация, проводимая в этой печи LWG, обеспечивает более высокую скорость повышения температуры, увеличивая тем самым скорость образования газа из материала графитового электрода, и, следовательно, вероятно возникновение явления аномального расширения, называемого вздутием или растрескиванием. Это растрескивание приводит к тому, что электрод имеет низкую плотность, и иногда электрод повреждается. Таким образом, были изучены способы производства игольчатого кокса для уменьшения растрескивания или ингибиторы растрескивания, добавляемые во время изготовления электродов.[0004] The graphitization processing in the production process of graphite electrodes is to carry out heat treatment at a high temperature, about 3000°C, and a method using an LWG (flow-through type) furnace is widely used. The graphitization carried out in this LWG furnace achieves a faster rate of temperature rise, thereby increasing the rate of gas generation from the graphite electrode material, and therefore an abnormal expansion phenomenon called swelling or cracking is likely to occur. This cracking causes the electrode to have a low density and sometimes the electrode is damaged. Thus, processes for the production of needle coke to reduce cracking or crack inhibitors added during the manufacture of electrodes have been studied.

[0005] Предполагается, что значение CTE в целом снижается при увеличении однородности ориентации текстуры игольчатого кокса или при увеличении количества волосных трещин. Направление углеродной гексагональной сетки в плоскости графитовой структуры, которая представляет собой кристаллическую структуру, образующую игольчатый кокс, имеет меньшее тепловое расширение, чем направление расслоения, и поэтому считается, что выравнивание направления плоскости в продольном направлении электрода обеспечивает низкий CTE электрода. Также считается, что наличие волосных трещин снижает тепловое расширение, что приводит к низкому CTE.[0005] It is assumed that the CTE value generally decreases as the uniformity of the needle coke texture orientation increases or as the number of hairline cracks increases. The direction of the carbon hexagonal network in the plane of the graphite structure, which is a crystalline structure forming needle coke, has less thermal expansion than the delamination direction, and therefore it is considered that the alignment of the plane direction in the longitudinal direction of the electrode provides a low CTE of the electrode. It is also believed that the presence of hairline cracks reduces thermal expansion, resulting in low CTE.

Обычно считается, что растрескивание создается давлением газа, вызванным испарением соединений азота или серы в игольчатом коксе в условиях высокой температуры.It is generally believed that cracking is created by gas pressure caused by the evaporation of nitrogen or sulfur compounds in needle coke under high temperature conditions.

[0006] Что требуется от игольчатого кокса для электрода из искусственного графита, так это низкий CTE во время использования электродов и низкое растрескивание во время производства электродов; и традиционно в качестве способа производства игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием используются следующие методики.[0006] What is required of needle coke for artificial graphite electrode is low CTE during electrode use and low cracking during electrode production; and traditionally, the following techniques have been used as a production method for needle coke with low CTE and low cracking.

[0007] Патентный документ 1 раскрывает способ для: уменьшения растрескивания путем удаления вещества, являющегося причиной растрескивания, посредством гидрирования исходного сырья и удаления азота или серы, содержащихся в исходном сырье; и уменьшения CTE за счет проявления предпочтительного поведения при карбонизации посредством снижения содержания кислорода и натрия и снижения вязкости при высокой температуре за счет увеличения нафтенового кольца. Патентный документ 2 раскрывает способ совместной карбонизации для снижения CTE путем смешивания тяжелого масла на нефтяной основе, имеющего отрегулированное конкретное свойство, с каменноугольным пеком, не растворимым в хинолине, и коксования смеси, разбавляя тем самым содержание азота или серы в веществе, являющемся причиной растрескивания, и уменьшая растрескивание, а также путем достижения баланса между образованием газа и скоростью карбонизации, что создает анизотропную текстуру, демонстрирующую низкий CTE. В дополнение к этому, Патентный документ 3 раскрывает способ получения игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием путем образования хорошей объемной мезофазы посредством смешивания двух или более исходных материалов и путем образования газа для ориентации кристаллов во время отверждения. Патентный документ 4 и Непатентный документ 1 раскрывают, что изменение структуры кокса, вызываемое во время двухстадийного кальцинирования, приводит к низкому CTE и низкому растрескиванию. Патентный документ 5 раскрывает, что прокаленный один раз кокс прокаливается снова в окислительной атмосфере, увеличивая тем самым мелкие поры, и таким образом можно производить кокс с низким CTE и низким растрескиванием. Патентный документ 6 раскрывает способ производства игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием путем смешивания тяжелого масла на основе каменноугольной смолы, не растворимого в хинолине, и тяжелого масла на основе нефти, и коксования этой смеси, а также проведения двух стадий прокаливания.[0007] Patent Document 1 discloses a method for: reducing cracking by removing a substance causing cracking by hydrogenating a feedstock and removing nitrogen or sulfur contained in the feedstock; and reducing CTE by exhibiting preferential carbonization behavior by reducing oxygen and sodium and reducing high temperature viscosity by increasing the naphthenic ring. Patent Document 2 discloses a co-carbonization method for reducing CTE by mixing a heavy petroleum-based oil having a specific property adjusted with coal tar pitch insoluble in quinoline and coking the mixture, thereby diluting the nitrogen or sulfur content of a cracking agent and reducing cracking, and by achieving a balance between gas production and carbonization rate, which creates an anisotropic texture, showing low CTE. In addition, Patent Document 3 discloses a method for producing needle coke with low CTE and low cracking by forming a good bulk mesophase by mixing two or more raw materials and by generating a gas to orient crystals during solidification. Patent Document 4 and Non-Patent Document 1 disclose that coke structure change caused during two-stage calcination results in low CTE and low cracking. Patent Document 5 discloses that once-calcined coke is calcined again in an oxidizing atmosphere, thereby increasing fine pores, and thus low CTE and low cracking coke can be produced. Patent Document 6 discloses a method for producing needle coke with low CTE and low cracking by mixing a quinoline-insoluble coal tar-based heavy oil and a petroleum-based heavy oil, and coking the mixture, and performing two calcination steps.

[0008] Как было описано выше, известно, что игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием может быть получен при преобразовании исходного сырья путем гидрирования, сокарбонизации путем смешивания и коксования двух или более видов сырья, двух стадий прокаливания, повторного прокаливания под окислительной атмосферой, а также их комбинации.[0008] As described above, it is known that needle coke with low CTE and low cracking can be obtained by converting raw materials by hydrogenation, co-carbonization by mixing and coking two or more types of raw materials, two stages of calcination, re-calcination under an oxidizing atmosphere, as well as combinations thereof.

Хотя это и не является способом уменьшения CTE или растрескивания, Патентный документ 7 раскрывает, что когда растворитель-донор водорода добавляется к низкотемпературному пеку и проводится термическая обработка для его термического преобразования, его качество становится пригодным для использования в качестве исходного сырья для игольчатого кокса.Although it is not a way to reduce CTE or cracking, Patent Document 7 discloses that when a hydrogen donor solvent is added to low-temperature pitch and a heat treatment is carried out to thermally convert it, its quality becomes suitable for use as a raw material for needle coke.

В качестве оценки способности отдавать водород Непатентный документ 2 предлагает PDQI (индекс качества донора протонов), который предназначен для оценки рециркулирующего растворителя в реакции сжижения гидрирования угля, при этом не говорится, что он полезен в качестве показателя для повышения качества игольчатого кокса.As an evaluation of hydrogen donating ability, Non-Patent Document 2 proposes PDQI (Proton Donor Quality Index) which is for evaluation of recycle solvent in coal hydrogenation liquefaction reaction, without saying that it is useful as an indicator for improving the quality of needle coke.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРАPATENT LITERATURE

[0009] Патентный документ 1:[0009] Patent Document 1:

Японская отложенная патентная заявка № 60-149690Japanese Patent Pending Application No. 60-149690

Патентный документ 2:Patent Document 2:

Японская отложенная патентная заявка № 4-145193Japanese Patent Pending Application No. 4-145193

Патентный документ 3:Patent Document 3:

WO2009/1610WO2009/1610

Патентный документ 4:Patent Document 4:

Японская отложенная патентная заявка № 52-29801Japanese Patent Pending Application No. 52-29801

Патентный документ 5:Patent Document 5:

Японская отложенная патентная заявка № 61-218686Japanese Patent Pending Application No. 61-218686

Патентный документ 6:Patent Document 6:

Японская отложенная патентная заявка № 5-163491Japanese Patent Pending Application No. 5-163491

Патентный документ 7:Patent Document 7:

WO2011/48920WO2011/48920

НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРАNON-PATENT LITERATURE

[0010] Непатентный документ 1:[0010] Non-Patent Document 1:

Carbon, Vol. 19, No. 5, pages 347 to 352Carbon, Vol. 19, no. 5, pages 347 to 352

Непатентный документ 2:Non-Patent Document 2:

Journal of the Fuel Society of Japan, Vol. 65, No. 12, pages 1012 to 1019, 1986Journal of the Fuel Society of Japan, Vol. 65, no. 12, pages 1012 to 1019, 1986

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМАTECHNICAL PROBLEM

[0011] Известно, что игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием получается при использовании преобразованного исходного сырья, cо-карбонизации при использовании двух или более видов сырья, изменении условий прокаливания; однако существует потребность в более стабильном получении игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием при изменении свойств исходного сырья.[0011] Needle coke with low CTE and low cracking is known to be obtained by using a converted feedstock, co-carbonization using two or more feedstocks, changing calcination conditions; however, there is a need for a more stable production of needle coke with low CTE and low cracking as feedstock properties change.

Использование игольчатого кокса для электродов из искусственного графита дает низкий CTE и низкое растрескивание, и считается возможным обеспечить более стабильный низкий CTE и низкое растрескивание за счет сочетания выбора исходного сырья, условий коксования и условий прокаливания при уточнении, какая структура игольчатого кокса способствует низкому CTE и низкому растрескиванию.The use of needle coke for artificial graphite electrodes gives low CTE and low cracking, and it is considered possible to achieve more stable low CTE and low cracking by combining feedstock selection, coking conditions, and calcination conditions while clarifying which structure of the needle coke promotes low CTE and low cracking.

В способе производства игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием путем смешивания и коксования двух или более исходных материалов настоящее изобретение заключается в получении игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием путем ограничения характеристик основного сырья и вторичного сырья.In a method for producing low CTE and low cracking needle coke by mixing and coking two or more raw materials, the present invention is to obtain low CTE and low cracking needle coke by limiting the characteristics of the main raw material and the secondary raw material.

В дополнение к этому, настоящее изобретение направлено на получение игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием путем управления структурой игольчатого кокса, получаемой при коксовании и кальцинировании, чтобы обеспечить конкретную структуру.In addition, the present invention is directed to obtaining needle coke with low CTE and low cracking by controlling the structure of needle coke obtained by coking and calcining to provide a specific structure.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫSOLUTION

[0012] В результате проведения интенсивных исследований для решения вышеописанных проблем автор настоящего изобретения обнаружил, что: игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием получается путем коксования и прокаливания масляной смеси, получаемой путем смешивания основного сырья для игольчатого кокса, имеющего слабое свойство отдачи водорода, с вторичным сырьем, имеющим сильное свойство отдачи водорода, с целью снижения CTE и растрескивания; и игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием получается путем регулирования полученного игольчатого кокса таким образом, чтобы он имел конкретную структуру, путем выбора сырья, условий коксования и условий прокаливания, и тем самым завершил настоящее изобретение.[0012] As a result of intensive research to solve the above problems, the inventor of the present invention has found that: needle coke with low CTE and low cracking is obtained by coking and calcining an oil mixture obtained by mixing a primary feedstock for needle coke having a weak hydrogen releasing property with a secondary feedstock having a strong hydrogen releasing property to reduce CTE and cracking; and needle coke with low CTE and low cracking is obtained by adjusting the resulting needle coke to have a specific structure, by selecting raw materials, coking conditions and calcination conditions, and thereby complete the present invention.

[0013] Таким образом, настоящее изобретение представляет собой игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием, получаемый путем смешивания и коксования 100 м.ч. основного сырья для игольчатого кокса, состоящего из тяжелого масла на основе каменноугольной смолы или на основе нефти, имеющего слабое свойство отдачи водорода со значением PDQI, рассчитанным по уравнению (1), менее 5,0, с 10-80 м.ч. вторичного сырья, имеющего сильное свойство отдачи водорода со значением PDQI, рассчитанным по уравнению (1), 5,0 или больше, и прокаливания полученного сырого кокса.[0013] Thus, the present invention is a needle coke with low CTE and low cracking, obtained by mixing and coking 100 ppm. a basic raw material for needle coke, consisting of a heavy oil based on coal tar or based on petroleum, having a weak hydrogen releasing property with a PDQI value calculated by equation (1) of less than 5.0, with 10-80 ppm. a secondary raw material having a strong hydrogen release property with a PDQI value calculated from Equation (1) of 5.0 or more, and calcining the obtained raw coke.

[Уравнение (1)][Equation (1)]

PDQI=H% × 10 × (HNβ/H)PDQI=H% × 10 × (HNβ/H)

где Н% - количество водорода (мас.%), получаемое с помощью элементного анализа, а HNβ/H - отношение β-нафтенового водорода к полному количеству водорода, измеряемое с помощью 1H-NMR.where H% is the amount of hydrogen (wt.%) obtained using elemental analysis, and HNβ/H is the ratio of β-naphthenic hydrogen to the total amount of hydrogen, measured using 1 H-NMR.

[0014] Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием по настоящему изобретению предпочтительно имеет индекс структуры, связанный с CTE (NCSIC: индекс структуры игольчатого кокса для CTE), выражаемый уравнением (2), более 25,0, и индекс структуры, связанный с растрескиванием (NCSIP: индекс структуры игольчатого кокса для растрескивания), более 5,0.[0014] The low CTE and low cracking needle coke of the present invention preferably has a CTE related structure index (NCSIC: CTE needle coke structure index) expressed by equation (2) of more than 25.0 and a cracking related structure index (NCSIP: cracking needle coke structure index) of more than 5.0.

[Уравнение (2)][Equation (2)]

NCSIC=((Lc/d002) + (доля открытых пор))/(σ (θ))NCSIC=((Lc/d002) + (percentage of open pores))/(σ (θ))

где Lc представляет собой размер кристаллита, d002 представляет собой межплоскостной интервал, и σ(θ) представляет собой среднеквадратичное отклонение среднего ориентационного угла;where Lc is the crystallite size, d002 is the interplanar spacing, and σ(θ) is the standard deviation of the average orientation angle;

[Уравнение (3)][Equation (3)]

NCSIP=(количество открытых пор/количество закрытых пор) + (HIT/1000)/EITNCSIP=(number of open pores/number of closed pores) + (HIT/1000)/EIT

где HIT - твердость при вдавливании, а EIT - модуль упругости при вдавливании.where HIT is the indentation hardness and EIT is the indentation modulus.

[0015] Для игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием по настоящему изобретению основным сырьем предпочтительно является пек с удаленным QI, обладающий слабой способностью отдавать водород, получаемый путем перегонки каменноугольной смолы и удаления из нее QI. В частности, основным сырьем предпочтительно является пек с удаленным QI, обладающий слабой способностью отдавать водород, получаемый путем перегонки каменноугольной смолы и удаления из нее QI, имеющий значение PDQI, рассчитанное по уравнению (1), менее 2.[0015] For the low CTE and low cracking needle coke of the present invention, the main raw material is preferably QI-removed pitch having a weak hydrogen donating property obtained by distilling and removing QI from coal tar. In particular, the main raw material is preferably a QI-removed pitch having a weak hydrogen donating capability obtained by distilling and removing QI from coal tar having a PDQI value calculated from Equation (1) of less than 2.

[0016] Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием по настоящему изобретению предпочтительно имеет размер кристаллита Lc 4,0-10,0 нм, межплоскостной интервал d002 0,340-0,350 нм, долю открытых пор 0,15-0,40 и среднеквадратичное отклонение среднего ориентационного угла 0,01-0,85.[0016] The low CTE and low cracking needle coke of the present invention preferably has a crystallite size Lc of 4.0-10.0 nm, interplanar spacing d002 of 0.340-0.350 nm, an open pore fraction of 0.15-0.40, and a mean orientation angle standard deviation of 0.01-0.85.

Игольчатый кокс по настоящему изобретению предпочтительно имеет количество открытых пор 0,040-0,070 см3/г, количество закрытых пор 0,001-0,015 см3/г, твердость при вдавливании HIT 800-1500 МПа, и модуль упругости при вдавливании EIT 5,0-15,0 ГПа.The needle coke of the present invention preferably has an open cell number of 0.040-0.070 cm3 /g, a closed cell number of 0.001-0.015 cm3 /g, an indentation hardness HIT of 800-1500 MPa, and an indentation modulus EIT of 5.0-15.0 GPa.

[0017] В настоящем изобретении размер кристаллита Lc и межплоскостной интервал d002 в уравнении (2) получаются путем измерения с помощью XRD и анализа по методу Gakushin. Доля открытых пор вычисляется как отношение объема пор с диаметром 1-10 мкм, измеряемого с помощью ртутной порозиметрии, к объему пор с диаметром 120 мкм или меньше. Среднеквадратичное отклонение σ(θ) среднего ориентационного угла вычисляется как среднеквадратичное отклонение, которое является индексом вариации ориентационных углов, измеряемых с помощью измерителя двойного лучепреломления.[0017] In the present invention, the crystallite size Lc and the interplanar spacing d002 in equation (2) are obtained by XRD measurement and Gakushin analysis. The proportion of open pores is calculated as the ratio of the volume of pores with a diameter of 1-10 microns, measured using mercury porosimetry, to the volume of pores with a diameter of 120 microns or less. The standard deviation σ(θ) of the average orientation angle is calculated as the standard deviation, which is the variation index of the orientation angles measured with a birefringence meter.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯBENEFICIAL EFFECTS OF THE INVENTION

[0018] В соответствии с настоящим изобретением игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием может устойчиво получаться путем: коксования основного сырья игольчатого кокса, имеющего слабое свойство отдачи водорода, с вторичным сырьем, имеющим сильное свойство отдачи водорода, и прокаливания полученного сырого кокса; а также управления структурой пор и структурой текстуры для обеспечения конкретной структуры кокса.[0018] According to the present invention, needle coke with low CTE and low cracking can be stably produced by: coking a primary feedstock of needle coke having a weak hydrogen releasing property with a secondary feedstock having a strong hydrogen releasing property, and calcining the resulting raw coke; as well as controlling the pore structure and texture structure to provide a specific coke structure.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] [Фиг. 1] Фиг. 1 показывает кривую смещения-нагрузки, измеренную микротвердомером.[0019] [Fig. 1] FIG. 1 shows the displacement-load curve measured with a microhardness tester.

[Фиг. 2] Фиг. 2 показывает кривую смещения-нагрузки игольчатого кокса Примера 1.[Fig. 2] FIG. 2 shows the displacement-load curve of the needle coke of Example 1.

[Фиг. 3] Фиг. 3 показывает кривую смещения-нагрузки игольчатого кокса Сравнительного примера 1.[Fig. 3] FIG. 3 shows the displacement-load curve of the needle coke of Comparative Example 1.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0020] Считается, что важными факторами структуры игольчатого кокса для CTE игольчатого кокса являются кристалличность, количество пор, ориентация текстуры и др. Многие из них формируются в процессе коксования. Известно, что в процессе коксования сырья нагреванием: органические молекулы повторяют реакции дегидрирования-поликонденсации; в процессе их расслоения образуются мезофазные сферолиты, обладающие оптической анизотропией; и за счет их роста и слияния обеспечивается оптическая анизотропная текстура. Известно, что по мере роста и коалесценции мезофазы в процессе коксования увеличивается вязкость системы. Однако когда баланс между увеличением вязкости системы и ростом и коалесценцией мезофазы нарушается, вызывая сначала увеличение вязкости, мезофаза не может вырасти в достаточной степени, чтобы обеспечить низкую кристаллизуемость; в то время как сохранение низкой вязкости для достаточного возникновения роста и коалесценции мезофазы увеличивает кристаллизуемость. В дополнение к этому, непосредственно перед окончанием коксования текстура ориентируется одноосно под действием силы сдвига образующегося или введенного газа, улучшая тем самым ориентацию оптически анизотропной текстуры. Эффективным сырьем для этих факторов, влияющих на CTE, является гидрированное сырье.[0020] It is believed that important factors in the structure of needle coke for CTE needle coke are crystallinity, number of pores, texture orientation, etc. Many of these are formed during the coking process. It is known that in the process of coking raw materials by heating: organic molecules repeat the dehydrogenation-polycondensation reactions; in the process of their separation, mesophase spherulites with optical anisotropy are formed; and due to their growth and fusion, an optical anisotropic texture is provided. It is known that as the mesophase grows and coalesces during coking, the viscosity of the system increases. However, when the balance between the increase in the viscosity of the system and the growth and coalescence of the mesophase is disturbed, causing an increase in viscosity first, the mesophase cannot grow sufficiently to provide low crystallizability; while maintaining a low viscosity for sufficient mesophase growth and coalescence to occur increases crystallizability. In addition, just before the end of coking, the texture is oriented uniaxially by the shear force of the generated or introduced gas, thereby improving the orientation of the optically anisotropic texture. An efficient feedstock for these factors influencing CTE is hydrogenated feedstock.

В результате исследования различия между гидрированным сырьем и негидрированным сырьем было установлено, что гидрированное сырье имеет большее значение PDQI, выраженное уравнением (1), чем негидрированное сырье, и было обнаружено, что гидрированное исходное сырье обладает сильным свойством служить донором водорода. Было найдено, что среди гидрированного исходного сырья, в частности подготовка исходного сырья, обладающего сильным свойством служить донором водорода, позволяет получать игольчатый кокс с более низким CTE. Причина того, что использование сырья, обладающего сильным свойством служить донором водорода, позволяет получать игольчатый кокс с более низким CTE, неясна; однако использование сырья, обладающего сильным свойством служить донором водорода, вызывает перенос водорода нафтена во время коксования, сохраняя тем самым область низкой вязкости во время коксования, вызывая достаточный рост и коалесценцию мезофазы и генерируя повышенное количество газа, так что непосредственно перед концом коксования ориентация оптически анизотропной текстуры улучшается за счет сдвига от газа.As a result of examining the difference between the hydrogenated feedstock and the non-hydrogenated feedstock, it was found that the hydrogenated feedstock has a larger PDQI value expressed by equation (1) than the non-hydrogenated feedstock, and it was found that the hydrogenated feedstock has a strong hydrogen donor property. It has been found that among hydrogenated feedstocks, in particular the preparation of feedstocks having a strong hydrogen donor property makes it possible to obtain needle coke with a lower CTE. The reason why the use of a feedstock with a strong hydrogen donor property allows the production of needle coke with a lower CTE is not clear; however, the use of a feedstock having a strong hydrogen donor property causes hydrogen transfer of the naphthene during coking, thereby maintaining the low viscosity region during coking, causing sufficient growth and coalescence of the mesophase, and generating an increased amount of gas so that just before the end of coking, the orientation of the optically anisotropic texture is improved by shear away from the gas.

Однако, когда исходное сырье, обладающее сильным свойством служить донором водорода, используется отдельно в качестве исходного сырья, его температура кипения ниже, чем у основного сырья, имеющего слабое свойство служить донором водорода, и количество генерируемого газа слишком велико; и поэтому предполагается, что сырой кокс не может быть получен, или даже если он будет получен, его выход будет низким. В то же время в случае использования смешанного сырья, состоящего из обычно используемого сырья, обладающего слабым свойством служить донором водорода, в качестве основного сырья и сырья, обладающего сильным свойством служить донором водорода, в качестве вторичного сырья, считается, что: нафтеновый водород, который содержится во вторичном сырье, переносится в ароматическое кольцо основного сырья; это позволяет сохранить область низкой вязкости для достаточного развития роста и коалесценции мезофазы, что не получается сделать при использовании одного исходного сырья; и ориентация также улучшается за счет газа, генерируемого из вторичного сырья, имеющего сильное свойство отдавать водород. В дополнение к этому, вторичное сырье, имеющее сильное свойство отдавать водород, служит регулятором реакции, и увеличение или уменьшение его количества позволяет регулировать улучшение свойства. Таким образом, количество вторичного сырья, имеющего сильное свойство отдавать водород, которое нужно смешивать с 100 м.ч. основного сырья, имеющего слабое свойство отдавать водород, предпочтительно составляет 10 м.ч. или больше и 80 м.ч. или меньше; более предпочтительно 20 м.ч. или больше и 50 м.ч. или меньше; и еще более предпочтительно 25 м.ч. или больше и 45 м.ч. или меньше.However, when a raw material having a strong hydrogen donor property is used alone as a raw material, its boiling point is lower than that of a main raw material having a weak hydrogen donor property, and the amount of gas generated is too large; and therefore it is assumed that crude coke cannot be obtained, or even if it is obtained, its yield will be low. At the same time, in the case of using a mixed feedstock consisting of a commonly used feedstock having a weak hydrogen donor property as a main feedstock and a feedstock having a strong hydrogen donor property as a secondary feedstock, it is considered that: the naphthenic hydrogen contained in the recycled feedstock is transferred to the aromatic ring of the main feedstock; this makes it possible to preserve the region of low viscosity for sufficient development of growth and coalescence of the mesophase, which cannot be done using a single feedstock; and the orientation is also improved by the gas generated from the recycled material having a strong property of giving off hydrogen. In addition, the secondary raw material having a strong hydrogen donating property serves as a reaction regulator, and increasing or decreasing its amount can control the property improvement. Thus, the amount of recycled material having a strong hydrogen donating property to be mixed with 100 ppm the main raw material having a weak hydrogen donating property is preferably 10 m.h. or more and 80 m.h. or less; more preferably 20 m.h. or more and 50 m.h. or less; and even more preferably 25 m.h. or more and 45 m.h. or less.

Одновременно с выбором исходного сырья для игольчатого кокса условия коксования и условия прокаливания соответствующим образом изменяются для получения структуры игольчатого кокса, подходящей для низкого CTE и низкого растрескивания, так что ожидается дальнейшее улучшение свойств в дополнение к улучшению свойств за счет исходного сырья.Simultaneously with the selection of feedstock for needle coke, coking conditions and calcination conditions are appropriately changed to obtain a needle coke structure suitable for low CTE and low cracking, so that further improvement in properties is expected in addition to the improvement in properties due to the feedstock.

[0021] Считается, что структура игольчатого кокса, полученного путем выбора сырья, коксования и прокаливания, наиболее важна для характеристик CTE и растрескивания. Считается, что оценка структуры кокса выполняется по степени развития кристаллизуемости с помощью XRD, по ориентации оптически анизотропной текстуры с помощью двойного лучепреломления, и по количеству пор с помощью ртутной порозиметрии; и индекс структуры игольчатого кокса (уравнение (2)) для CTE, полученный из этих оценочных результатов, используется тем самым для обеспечения возможности преобразования структуры игольчатого кокса с низким CTE в числовую форму. Поскольку развитие кристаллизуемости увеличивает размер кристаллита Lc и уменьшает межплоскостной интервал d002, считается, что когда отношение Lc/d002 является большим, кристаллизуемость развивается. Размер кристаллита Lc предпочтительно составляет 5,5 нм или больше, и более предпочтительно 6,0 нм или больше.[0021] It is believed that the structure of needle coke obtained by raw material selection, coking and calcination is most important for CTE and cracking characteristics. It is believed that evaluation of coke structure is done by the degree of development of crystallizability by XRD, by the orientation of the optically anisotropic texture by birefringence, and by the number of pores by mercury porosimetry; and the needle coke structure index (equation (2)) for the CTE obtained from these evaluation results is thereby used to enable the structure of the low CTE needle coke to be converted into a numerical form. Since the development of crystallizability increases the crystallite size Lc and reduces the interplanar spacing d002, it is believed that when the ratio Lc/d002 is large, crystallizability develops. The Lc crystallite size is preferably 5.5 nm or more, and more preferably 6.0 nm or more.

Среднеквадратичное отклонение σ(θ) среднего ориентационного угла θav, измеренное с помощью двойного лучепреломления, становится меньше, поскольку ориентация является высокой, демонстрируя однородную ориентацию; и поэтому считается, что если кокс имеет меньшее значение σ(θ), он имеет однородную ориентацию. Среднеквадратичное отклонение σ(θ) предпочтительно составляет менее 0,80, и более предпочтительно менее 0,70.The standard deviation σ(θ) of the average orientation angle θav measured by birefringence becomes smaller as the orientation is high, showing a uniform orientation; and therefore it is considered that if the coke has a smaller value of σ(θ), it has a uniform orientation. The standard deviation σ(θ) is preferably less than 0.80, and more preferably less than 0.70.

Что касается количества пор, считается, что, когда отношение количества пор с размером от 1 до 10 мкм к количеству пор с размером 120 мкм или менее является большим, поры функционируют как места ослабления во время расширения, способствуя низкому CTE. Отношение количества пор размером от 1 до 10 мкм к количеству пор размером 120 мкм и менее называется долей открытых пор. Доля открытых пор предпочтительно находится в диапазоне от 0,15 до 0,40, более предпочтительно 0,30 или больше, и еще более предпочтительно 0,33 или больше.With regard to the number of pores, it is believed that when the ratio of the number of pores with a size of 1 to 10 µm to the number of pores with a size of 120 µm or less is large, the pores function as places of weakness during expansion, contributing to low CTE. The ratio of the number of pores with a size of 1 to 10 µm to the number of pores with a size of 120 µm or less is called the proportion of open pores. The open pore ratio is preferably in the range of 0.15 to 0.40, more preferably 0.30 or more, and even more preferably 0.33 or more.

[0022] Значение NCSIC получается путем преобразования структуры кокса, подходящей для низкого CTE, в числовую форму с использованием структуры кокса, включая кристаллизуемость, ориентацию и количество пор. Считается, что когда значение NCSIC является более высоким (развитая кристаллизуемость, более высокая ориентация и большее количество пор), игольчатый кокс имеет низкий CTE.[0022] The NCSIC value is obtained by converting the coke structure suitable for low CTE into a numerical form using the coke structure, including crystallizability, orientation, and number of pores. It is believed that when the NCSIC value is higher (developed crystallizability, higher orientation and more pores), needle coke has a low CTE.

[0023] Важными факторами в растрескивании игольчатого кокса являются азот и сера. Известно, что уменьшение содержания азота и серы в качестве причины газообразования позволяет уменьшить растрескивание. Что касается того, какая структура игольчатого кокса эффективна для уменьшения растрескивания, известно, что большее количество пор является полезным, но другие структуры не были исследованы. Автор настоящего изобретения обнаружил, что важными являются количество пор в качестве пути выхода образовавшегося газа и прочность кокса, чтобы противостоять давлению газа; а что касается структуры игольчатого кокса для низкого растрескивания, то как структура пор, позволяющая газу, образующемуся во время растрескивания, выходить наружу, так и структура текстуры, относящаяся к прочности, чтобы выдерживать давление газа, должны быть оптимальными.[0023] Important factors in the cracking of needle coke are nitrogen and sulfur. It is known that reducing the content of nitrogen and sulfur as a cause of gassing can reduce cracking. As to which needle coke structure is effective in reducing cracking, more pores are known to be beneficial, but other structures have not been investigated. The inventor of the present invention has found that the number of pores as the exit path of the generated gas and the strength of the coke to withstand the pressure of the gas are important; and as for the structure of the needle coke for low cracking, both the pore structure to allow the gas generated during cracking to escape, and the texture structure related to strength to withstand the pressure of the gas should be optimal.

[0024] Поскольку азот и сера получаются из исходного сырья, сырье имеет низкое содержание азота и серы. Однако в последние годы содержание азота и серы в сырье велико и поэтому возникают трудности с выбором сырья. Добавление вторичного сырья, обладающего высокой способностью отдавать водород, во время коксования приводит к ожидаемой умеренной гидродесульфуризации/денитрификации, поэтому способность вторичного сырья отдавать водород является важным фактором при выборе вторичного сырья.[0024] Since nitrogen and sulfur are obtained from the feedstock, the feedstock has a low content of nitrogen and sulfur. However, in recent years, the content of nitrogen and sulfur in raw materials is high and therefore there are difficulties with the choice of raw materials. The addition of a secondary feedstock with a high hydrogen donating capacity during coking results in expected moderate hydrodesulfurization/denitrification, so the hydrogen yielding capacity of the secondary feedstock is an important factor in the selection of secondary feedstock.

[0025] Количество пор и прочность могут быть соответственно изменены за счет условий коксования или прокаливания. Что касается индекса структуры кокса (уравнение (3)), подходящий для низкого растрескивания, считается, что использование прочности кокса, рассчитанной из: двух видов количества пор, количества открытых пор, полученного с помощью ртутной порозиметрии, и количества закрытых пор, рассчитанного из истинной плотности и кажущейся плотности; твердости при вдавливании (HIT), рассчитанной по приложенной нагрузке и глубине вдавливания индентора, получаемой с помощью микротвердомера; и модуля упругости при вдавливании (EIT), который представляет собой степень восстановления после снятия нагрузки, позволяет преобразовать структуру кокса, подходящую для растрескивания, в числовую форму.[0025] The number of pores and strength can be changed accordingly due to the conditions of coking or calcination. As for the structure index of coke (Equation (3)), suitable for low cracking, it is considered that the use of coke strength calculated from: two kinds of pore number, the number of open pores obtained by mercury porosimetry, and the number of closed pores calculated from true density and apparent density; indentation hardness (HIT), calculated from the applied load and the indentation depth of the indenter, obtained using a microhardness tester; and the indentation modulus (EIT), which is the degree of recovery after unloading, allows the coke structure suitable for cracking to be converted into a numerical form.

В настоящем изобретении твердость при вдавливании (HIT) предпочтительно составляет 800-1500 МПа, и более предпочтительно 900-1400 МПа. Модуль упругости при вдавливании (EIT) предпочтительно составляет 5,0-15,0 ГПа, и более предпочтительно 8,0-13,0 ГПа.In the present invention, the indentation hardness (HIT) is preferably 800-1500 MPa, and more preferably 900-1400 MPa. The indentation modulus (EIT) is preferably 5.0-15.0 GPa, and more preferably 8.0-13.0 GPa.

[0026] Оптимизация структуры текстуры, имеющей отношение к пористой структуре и прочности, обеспечивает получение игольчатого кокса с низким растрескиванием, который, как считается, имеет коксовую структуру, т.е.[0026] Optimization of the texture structure, related to pore structure and strength, produces needle coke with low cracking, which is considered to have a coke structure, i.e.

пористую структуру, в которой количество открытых пор для соединения с внешней стороной кокса является большим, а количество закрытых пор, не имеющих связи с внешней стороной, является малым; и структуру текстуры, имеющую отношение к прочности для того, чтобы выдерживать давление газа, при этом структура обладает высокой устойчивостью к деформации под действием внешней силы (жесткая текстура) и является гибкой, чтобы легко восстанавливаться после деформации внешней силой (низкий модуль упругости), в частности, структуру кокса, в которой ориентация оптически анизотропной текстуры неупорядочена на микронном уровне, в то время как она является однородной на субмикронном и наноразмерном уровне. Что касается пористой структуры, считается, что большее количество пор для путей выхода газа в то время, когда азот и сера улетучиваются в виде газа во время графитизации, может уменьшить растрескивание. Считается, что меньшее количество закрытых пор может уменьшить растрескивание, а также количество газа, остающегося в коксе. В то же время считается, что структура текстуры кокса с высокой прочностью может выдерживать давление газа в момент графитизации или легко восстанавливаться даже после деформации давлением газа для уменьшения растрескивания. При коксовании примерный способ включает в себя: на начальной стадии коксования для развития оптической анизотропии от субмикронного до наноразмера, развитие мезофазы при проведении коксования при низкой температуре или поддержании состояния низкой вязкости с использованием гидрированного сырья; а на последней стадии для нарушения ориентации микронной оптически анизотропной текстуры, повышения температуры, давления и количества пара, или для нарушения внутренней части системы с их комбинацией, изменения условий коксования в середине коксования. Оптическая анизотропия от субмикронного до наноразмера и оптически анизотропная текстура от микронного до миллиметрового размера изменяются путем изменения условий коксования, таких как температура, давление, количество пара и т.п. в середине процесса, что приводит к увеличению или уменьшению количества закрытых пор кокса, которые получаются за счет ориентации структуры текстуры. Что касается прокаливания, то примеры способов увеличения количества открытых пор включают в себя две или более стадий прокаливания, высокотемпературное прокаливание и окислительное прокаливание. При двух или более стадиях прокаливания сначала проводят прокаливание при низкой температуре, после чего выполняют однократное охлаждение, а затем проводят второе или последующее прокаливание; и охлаждение и нагрев создают волосные трещины, так что может быть достигнуто увеличение открытых пор и уменьшение закрытых пор. В дополнение к этому, что касается высокотемпературного прокаливания, прокаливание при более высокой температуре, чем обычно, вызывает большую усадку, чем обычное прокаливание, и напряжение приводит к образованию трещин, так что количество открытых пор увеличивается. Что касается окислительного прокаливания, то его проводят с введением окислительного газа, и таким образом поверхности игольчатого кокса окисляются с образованием пор, что приводит к увеличению количества открытых пор.a porous structure in which the number of open pores for connection with the outside of the coke is large, and the number of closed pores without connection with the outside is small; and a texture structure related to strength in order to withstand gas pressure, wherein the structure is highly resistant to deformation by an external force (rigid texture) and is flexible to easily recover from deformation by an external force (low elastic modulus), in particular, a coke structure in which the orientation of the optically anisotropic texture is disordered at the micron level, while it is uniform at the submicron and nanoscale levels. With regard to the pore structure, it is believed that more pores for the gas exit paths at the time when nitrogen and sulfur are volatilized as gas during graphitization can reduce cracking. It is believed that fewer closed pores can reduce cracking as well as the amount of gas remaining in the coke. At the same time, it is believed that the texture structure of coke with high strength can withstand gas pressure at the time of graphitization or easily recover even after being deformed by gas pressure to reduce cracking. In coking, an exemplary method includes: in the initial stage of coking to develop optical anisotropy from submicron to nanoscale, developing a mesophase when conducting coking at a low temperature or maintaining a low viscosity state using hydrogenated feedstock; and in the last stage, to disrupt the orientation of the micron optically anisotropic texture, increase the temperature, pressure and amount of steam, or to disrupt the interior of the system with a combination of these, change the coking conditions in the middle of coking. Optical anisotropy from submicron to nanoscale and optically anisotropic texture from micron to millimeter are changed by changing coking conditions such as temperature, pressure, amount of steam, and the like. in the middle of the process, which leads to an increase or decrease in the number of closed coke pores, which are obtained due to the orientation of the texture structure. With regard to calcination, examples of methods for increasing the number of open pores include two or more stages of calcination, high temperature calcination, and oxidative calcination. In two or more stages of calcination, first, calcination is carried out at a low temperature, followed by a single cooling, and then a second or subsequent calcination is carried out; and cooling and heating create hairline cracks, so that an increase in open pores and a decrease in closed pores can be achieved. In addition, with regard to high-temperature calcination, calcination at a higher temperature than usual causes more shrinkage than ordinary calcination, and stress causes cracking, so that the number of open pores increases. As for the oxidative calcination, it is carried out with the introduction of an oxidizing gas, and thus the surfaces of the needle coke are oxidized to form pores, resulting in an increase in the number of open pores.

Количество открытых пор находится в диапазоне 0,040-0,070 см3/г, и предпочтительно 0,05-0,065 см3/г. С другой стороны, количество закрытых пор составляет 0,001-0,015 см3/г, и предпочтительно 0,005-0,009 см3/г.The number of open pores is in the range of 0.040-0.070 cm 3 /g, and preferably 0.05-0.065 cm 3 /g. On the other hand, the amount of closed pores is 0.001-0.015 cm 3 /g, and preferably 0.005-0.009 cm 3 /g.

[0027] Игольчатый кокс по настоящему изобретению получают путем коксования смешанного сырья, состоящего из основного сырья, имеющего слабое свойство отдачи водорода, и вторичного сырья, имеющего сильное свойство отдачи водорода, и прокаливания полученного сырого кокса.[0027] The needle coke of the present invention is produced by coking a mixed feedstock consisting of a main feedstock having a weak hydrogen releasing property and a secondary feedstock having a strong hydrogen releasing property, and calcining the resulting raw coke.

[0028] Примеры основного сырья для игольчатого кокса включают в себя тяжелое масло на основе каменноугольной смолы, тяжелое масло на основе нефти и др.[0028] Examples of the main raw material for needle coke include coal tar heavy oil, petroleum heavy oil, etc.

[0029] Примеры тяжелого масла на основе каменноугольной смолы включают в себя каменноугольную смолу, получаемую в качестве побочного продукта при производстве кокса, каменноугольный пек, получаемый путем перегонки каменноугольной смолы, и масло, получаемое при сжижении угля. Предпочтительно использовать каменноугольный пек, получаемый путем удаления нерастворимого в хинолине вещества, содержание которого обычно составляет 0,1% или меньше. В качестве исходного сырья может быть использован пек, получаемый путем перегонки и термического риформинга каменноугольного пека, из которого удалены нерастворимые в хинолине вещества.[0029] Examples of the heavy oil based on coal tar include coal tar obtained as a by-product of coke production, coal tar pitch obtained by distillation of coal tar, and oil obtained by coal liquefaction. It is preferable to use coal tar pitch obtained by removing a quinoline insoluble substance, the content of which is usually 0.1% or less. Pitch obtained by distillation and thermal reforming of coal tar pitch, from which substances insoluble in quinoline have been removed, can be used as a feedstock.

Примеры тяжелого масла на нефтяной основе включают в себя масло каталитического крекинга, масло пиролиза, полугудрон, остаток вакуумной дистилляции нефти и масло этиленового остатка и, в частности, предпочтительным является декантированное масло (FCC-DO), которое является тяжелым компонентом масла каталитического крекинга.Examples of the petroleum-based heavy oil include catalytic cracking oil, pyrolysis oil, semi-tar, vacuum distillation oil residue and ethylene residue oil, and in particular, decanted oil (FCC-DO), which is a heavy component of catalytic cracking oil, is preferred.

В качестве исходного сырья можно использовать смесь тяжелого масла на основе каменноугольной смолы и тяжелого масла на основе нефти, или смесь побочного продукта, получаемого в процессе коксования, и смешанного масла, подвергшегося термическому риформингу.The feedstock can be a mixture of a heavy oil based on coal tar and a heavy oil based on petroleum, or a mixture of a coking by-product and a thermally reformed blended oil.

Это основное сырье имеет значение PDQI, отражающее свойство отдачи водорода, менее 5,0, предпочтительно менее 1,0, и обычно приблизительно 0,001, то есть имеет слабое свойство отдачи водорода.This base feed has a PDQI value reflecting the hydrogen releasing property of less than 5.0, preferably less than 1.0, and usually about 0.001, that is, it has a weak hydrogen releasing property.

[0030] Настоящее изобретение использует вторичное сырье с сильным свойством отдачи водорода вместе с основным сырьем, и основное сырье и вторичное сырье смешиваются для использования. В качестве этого вторичного сырья используется сырье, имеющее высокое значение PDQI, описанное выше. Значение PDQI предпочтительно составляет 5,0 или больше, более предпочтительно 8,0 или больше, и еще более предпочтительно 10,0 или больше.[0030] The present invention uses a secondary raw material with a strong hydrogen release property together with a main raw material, and the main raw material and the secondary raw material are mixed for use. As this secondary raw material, a raw material having a high PDQI value as described above is used. The PDQI value is preferably 5.0 or more, more preferably 8.0 or more, and even more preferably 10.0 or more.

В качестве вторичного сырья можно использовать материалы, получаемые путем гидрирования тяжелого масла на основе каменноугольной смолы или на основе нефти, используемого в качестве основного сырья. Предпочтительным тяжелым маслом является каменноугольная смола или ее дистиллированная фракция. Более предпочтительным является продукт, полученный путем частичного гидрирования фракции от 300 до 600°С, получаемой при перегонке основного сырья. В дополнение к этому, даже если основное сырье для игольчатого кокса не является начальным сырьем, в качестве вторичного сырья подходит масло, имеющее свойство отдачи водорода 5 или более, и предпочтительно 10 или более.As secondary raw materials, materials obtained by hydrogenation of heavy oil based on coal tar or petroleum based as the main raw material can be used. The preferred heavy oil is coal tar or a distilled fraction thereof. More preferred is the product obtained by partial hydrogenation of the fraction from 300 to 600°C obtained by distillation of the main raw material. In addition, even if the main feedstock for needle coke is not a starting feedstock, an oil having a hydrogen releasing property of 5 or more, and preferably 10 or more, is suitable as a secondary feedstock.

Условием гидрирования предпочтительно является использование реактора гидрирования с использованием катализатора гидрирования при температуре 100°С или выше, но ниже 300°, и при парциальном давлении водорода менее 5 МПа; однако это не является ограничением, если гидрирование позволяет получать удовлетворительное значение PDQI.The hydrogenation condition is preferably to use a hydrogenation reactor using a hydrogenation catalyst at a temperature of 100° C. or higher but lower than 300°, and a hydrogen partial pressure of less than 5 MPa; however, this is not a limitation if the hydrogenation allows a satisfactory PDQI to be obtained.

[0031] Соотношение смешивания основного сырья и вторичного сырья предпочтительно составляет на 100 м.ч. основного сырья 10-80 м.ч. вторичного сырья, более предпочтительно 20-50 м.ч., и еще более предпочтительно 25-45 м.ч. Если количество вторичного сырья невелико, способность отдавать водород является слабой, что делает невозможным получение интересующего игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием. С другой стороны, если количество вторичного сырья слишком велико, реакция разложения вторичного сырья преобладает над реакцией между основным сырьем и вторичным сырьем, так что рост и коалесценция мезофазы основного сырья не могут быть облегчены за счет использования водорода вторичного сырья, что делает невозможным получение интересующего игольчатого кокса с низким CTE и низким растрескиванием.[0031] The mixing ratio of the main raw material and the secondary raw material is preferably 100 ppm. main raw material 10-80 m.h. secondary raw materials, more preferably 20-50 m.h., and even more preferably 25-45 m.h. If the amount of recycled material is small, the hydrogen donation capability is weak, making it impossible to obtain the low CTE and low cracking needle coke of interest. On the other hand, if the amount of secondary feedstock is too large, the decomposition reaction of the secondary feedstock dominates the reaction between the main feedstock and the secondary feedstock, so that the growth and coalescence of the mesophase of the main feedstock cannot be facilitated by using the hydrogen of the recycled feedstock, which makes it impossible to obtain needle coke of interest with low CTE and low cracking.

[0032] Для коксования смешанного сырья можно использовать известный способ замедленного коксования. Коксование выполняется, например, при температуре 450-550°C и давлении 0,2-0,8 МПа в течение 18-48 час с получением сырого кокса. В качестве способа коксования могут применяться следующие схемы, в которых условия коксования не поддерживаются постоянными от начала загрузки сырья до конца, или их комбинация: температура загрузки во время коксования изменяется ступенчато; давление коксования изменяется ступенчато; количество шихтового пара во время коксования изменяется ступенчато; сырье разделяется на две части, причем одна часть исходного сырья подается в коксовальную печь из нижней части коксовой установки при низкой температуре, а другая часть исходного сырья подается в коксовальную печь со стороны коксовой установки при высокой температуре; и давление во время коксования увеличивается, а количество пара поддерживается большим, чем обычно.[0032] A known delayed coking process can be used to coke the mixed feed. Coking is carried out, for example, at a temperature of 450-550°C and a pressure of 0.2-0.8 MPa for 18-48 hours to obtain raw coke. As a coking method, the following schemes can be used, in which the coking conditions are not maintained constant from the beginning of the raw material loading to the end, or a combination of them: the loading temperature during coking changes in steps; coking pressure changes stepwise; the amount of charge steam during coking changes stepwise; the raw material is separated into two parts, one part of the raw material is fed into the coking oven from the bottom of the coke plant at low temperature, and the other part of the raw material is fed into the coke oven from the side of the coke plant at a high temperature; and the pressure during coking increases and the amount of steam is kept larger than usual.

[0033] В качестве способа прокаливания сырого кокса можно использовать известный способ. Примерные способы включают в себя способ прокаливания при температуре от 800 до 1600°С с использованием вращающейся печи, шахтной печи или силиконитовой печи. Прокаливание можно проводить в одну стадию или в две или более стадий. Прокаливание можно проводить при высокой температуре, и его можно проводить путем продувания окислительного газа.[0033] As a method for calcining raw coke, a known method can be used. Exemplary methods include a calcination method at a temperature of 800 to 1600° C. using a rotary kiln, a shaft kiln, or a siliconite kiln. The calcination can be carried out in one stage or in two or more stages. The calcination can be carried out at a high temperature, and it can be carried out by blowing an oxidizing gas.

[0034] Способ производства электрода из искусственного графита для электросталеплавильного производства из вышеупомянутого кокса с низким CTE и низким растрескиванием может быть известным способом, и, например, электрод может быть получен посредством процессов мешения со связующей смолой, формовки, первичного прокаливания, пропитки, вторичного прокаливания, графитизации и др.[0034] A method for producing an artificial graphite electrode for electric steelmaking from the above coke with low CTE and low cracking can be a known method, and for example, the electrode can be obtained through the processes of mixing with a binder resin, forming, primary calcination, impregnation, secondary calcination, graphitization, etc.

[0035] Далее будут объяснены условия измерения.[0035] Next, the measurement conditions will be explained.

Вторичное сырье для игольчатого кокса содержит конденсированные многоядерные ароматические углеводороды, имеющие структуру нафтенового кольца, причем атомы водорода нафтенового кольца включают в себя водород, связанный с углеродом в α-положении ароматического кольца (HNα), и водород, связанный с углеродом в β- или более высоком положении (HNβ). В дополнение к этому, существуют атомы водорода, получаемые из алкильной группы и т.п., связанные в качестве замещающей группы с конденсированными многоядерными ароматическими соединениями, и эти атомы водорода включают в себя водород, связанный с углеродом в α-положении (Нα), и водород, связанный с углеродом в β- или более высоком положении (Нβ и т.д.). В дополнение к вышеперечисленному существует водородная связь с углеродом ароматического кольца (Ha).The secondary feedstock for needle coke contains condensed polynuclear aromatic hydrocarbons having a naphthenic ring structure, wherein the hydrogen atoms of the naphthenic ring include hydrogen bonded to carbon at the α position of the aromatic ring (HNα) and hydrogen bonded to carbon at the β or higher position (HNβ). In addition, there are hydrogen atoms derived from an alkyl group and the like bonded as a substituent group to fused polynuclear aromatic compounds, and these hydrogen atoms include hydrogen bonded to carbon at the α position (Hα) and hydrogen bonded to carbon at the β or higher position (Hβ, etc.). In addition to the above, there is a hydrogen bond to the aromatic ring carbon (Ha).

[0036] Идентификация этих атомов водорода и т.п. выполняется с помощью 1H-NMR.[0036] Identification of these hydrogen atoms, etc. performed with 1 H-NMR.

Для измерения 1H-NMR в качестве растворителя используется хлороформ, в качестве стандартного вещества используется TMS (тетраметилсилан), и прибор JNM-LA400 производства компании JEOL, Ltd.; и доля водорода рассчитывается по значению интеграла в полученном спектре 1H-NMR.For 1 H-NMR measurement, chloroform is used as a solvent, TMS (tetramethylsilane) is used as a reference substance, and JEOL, Ltd. JNM-LA400; and the proportion of hydrogen is calculated from the value of the integral in the resulting 1 H-NMR spectrum.

Hα, HNα и HNβ вычисляются путем интегрирования химических сдвигов от 2,0 до 4,2, от 3,0 до 4,2 и от 1,5 до 2,0 соответственно полученного спектра 1H-NMR.Hα, HNα and HNβ are calculated by integrating chemical shifts from 2.0 to 4.2, from 3.0 to 4.2 and from 1.5 to 2.0, respectively, of the obtained 1 H-NMR spectrum.

[0037] Анализы (элементный анализ) углерода и водорода в основном сырье и вторичном сырье рассчитываются в соответствии со стандартом JIS M 8819; азота - в соответствии со стандартом JIS K 2609; кислорода - в соответствии со стандартом JIS M 8813; и серы - в соответствии со стандартом JIS K 2541.[0037] Analyzes (elemental analysis) of carbon and hydrogen in the main raw materials and secondary raw materials are calculated in accordance with JIS M 8819; nitrogen - in accordance with JIS K 2609; oxygen - in accordance with JIS M 8813; and sulfur - in accordance with JIS K 2541.

[0038] Значение PDQI вычисляется по уравнению (1). H% представляет собой количество водорода, определенное с помощью элементного анализа, а HNβ/H представляет собой отношение β-нафтенового водорода, измеренное с помощью 1H-NMR, к общему водороду.[0038] The PDQI value is calculated according to equation (1). H% is the amount of hydrogen, determined using elemental analysis, and HNβ/H is the ratio of β-naphthenic hydrogen, measured using 1 H-NMR, to total hydrogen.

PDQI представляет собой максимальное количество доступного водорода (мг) нафтенового кольца, содержащегося в 1 г растворителя, и единицей измерения является мг/г.PDQI is the maximum available hydrogen (mg) of the naphthenic ring contained in 1 g of solvent, and the unit is mg/g.

[0039] Размер кристаллитов Lc и межплоскостное расстояние d002, полученные с помощью XRD, вычисляются путем измерения угла 20-30° с использованием XRD-устройства производства компании Rigaku Corporation; и анализа размера кристаллитов по методу Gakushin.[0039] The crystallite size Lc and interplanar spacing d002 obtained by XRD are calculated by measuring an angle of 20-30° using an XRD device manufactured by Rigaku Corporation; and crystallite size analysis by the Gakushin method.

[0040] Для среднеквадратичного отклонения σ(θ) ориентационных углов, измеренных с помощью измерителя двойного лучепреломления, частица игольчатого кокса с размером 1-2 см заливается в смолу и полируется полировальным составом, и готовится тестовый образец, имеющий толщину 8 мм, с игольчатым коксом, выходящим на поверхность; для обнаженной поверхности игольчатого кокса используется измеритель двойного лучепреломления PI-micro производства компании Photonic Lattice, Inc. с разрешением 0,9 мкм или 2,7 мкм на один пиксель; и значение Re одного поля зрения, средний ориентационный угол θav, среднеквадратичное отклонение σ(θ) средних ориентационных углов получаются из значений Re замедления для каждого пикселя и ориентационного угла, и измеряется множество полей зрения. Для всех измеренных полей зрения средние числовые значения используются в качестве оценочных значений.[0040] For the standard deviation σ(θ) of the orientation angles measured with a birefringence meter, a particle of needle coke with a size of 1-2 cm is poured into the resin and polished with a polishing composition, and a test piece having a thickness of 8 mm is prepared with needle coke coming to the surface; for the exposed surface of needle coke, a PI-micro birefringence meter manufactured by Photonic Lattice, Inc. is used. with a resolution of 0.9 µm or 2.7 µm per pixel; and the Re value of one field of view, the average orientation angle θav, the standard deviation σ(θ) of the average orientation angles are obtained from the retardation values Re for each pixel and the orientation angle, and a plurality of fields of view are measured. For all measured visual fields, the average numerical values are used as estimates.

[0041] При измерении игольчатого кокса с помощью ртутной порозиметрии игольчатый кокс уменьшается до 2-5 мм, измерение выполняется при давлениях 1,9-14400 фунтов на кв.дюйм (преобразование диаметра пор: 0,017-120 мкм) с использованием прибора AutoPore IV производства компании Мicromeritics, объем пор относительно диаметра пор вычисляется из полученного давления и количества ртути, вычисляется объем пор размером 1-10 мкм и используется в качестве количества открытых пор игольчатого кокса. В дополнение к этому, доля открытых пор вычисляется путем деления объема пор с размером от 1 до 10 мкм на объем пор с размером 120 мкм или меньше. В Таблицах 1 и 2 значения объема пор означают полное количество пор, и они представляют собой объем пор с размером 120 мкм или меньше для вычисления доли открытых пор.[0041] When measuring needle coke using mercury porosimetry, needle coke is reduced to 2-5 mm, measurement is performed at pressures of 1.9-14400 psi (pore diameter conversion: 0.017-120 μm) using Micromeritics AutoPore IV instrument, pore volume relative to pore diameter is calculated from the obtained pressure and the amount of mercury, pore volume of 1-10 is calculated µm and is used as the number of open pores of needle coke. In addition, the open pore ratio is calculated by dividing the volume of pores with a size of 1 to 10 µm by the volume of pores with a size of 120 µm or less. In Tables 1 and 2, the pore volume values mean the total number of pores, and they represent the volume of pores with a size of 120 μm or less to calculate the proportion of open pores.

[0042] Истинная плотность игольчатого кокса измеряется в соответствии со стандартом JIS K 2151.[0042] The true density of needle coke is measured in accordance with JIS K 2151.

Для определения кажущейся плотности игольчатый кокс измельчают в щековой дробилке, затем пропускают через сито с размером ячеек от 8 до 16 меш, и кажущуюся плотность измеряют с помощью той же процедуры измерения, что и истинную плотность. Количество закрытых пор вычисляется по следующему уравнению (4).To determine the apparent density, the needle coke is crushed in a jaw crusher, then passed through a sieve with a mesh size of 8 to 16 mesh, and the apparent density is measured using the same measurement procedure as the true density. The number of closed pores is calculated by the following equation (4).

[Уравнение (4)][Equation (4)]

Количество закрытых пор (см3/г)=(1/кажущаяся плотность (г/см3) - 1/истинная плотность (г/см3))Number of closed pores (cm 3 /g) \u003d (1 / apparent density (g / cm 3 ) - 1 / true density (g / cm 3 ))

[0043] Для измерения микротвердомером частица игольчатого кокса с размером 1-2 см заделывается в смолу и полируется полировальным составом, и используется тестовый образец, имеющий толщину 8 мм, с обнаженным на поверхности игольчатым коксом; и измерение выполняется на обнаженной поверхности игольчатого кокса.[0043] For measurement with a microhardness tester, a particle of needle coke with a size of 1-2 cm is embedded in a resin and polished with a polishing composition, and a test sample having a thickness of 8 mm with needle coke exposed on the surface is used; and the measurement is performed on the exposed surface of the needle coke.

Конкретные условия теста являются следующими: FISHERS COPE, HM2000 производства компании Fischer Instruments K. К.; зондом служит индентор Виккерса; максимальная нагрузка 2000 мН, скорость нагружения 300 мН/с, время ползучести 2 с; и разгрузка выполняется с той же скоростью, что и нагружение. Для каждого тестового образца измерение выполняется в 10 точках, и их среднее значение используется в качестве значения для этого тестового образца. Фиг. 1 показывает типичную кривую смещения-нагрузки.The specific test conditions are as follows: FISHERS COPE, HM2000 manufactured by Fischer Instruments K.K.; the probe is a Vickers indenter; maximum load 2000 mN, loading rate 300 mN/s, creep time 2 s; and unloading is performed at the same speed as loading. For each test sample, 10 points are measured and their average is used as the value for that test sample. Fig. 1 shows a typical displacement-load curve.

Для измерения структуры текстуры игольчатого кокса необходимо измерить игольчатый кокс в области (упругой деформации) без пластической деформации (разрушения), и на кривой смещение-нагрузка, полученной в результате испытания, смещение должно вернуться к исходной точке после снятия нагрузки, как показано на Фиг. 1.To measure the texture structure of needle coke, it is necessary to measure the needle coke in the (elastic deformation) region without plastic deformation (failure), and in the displacement-load curve obtained from the test, the displacement must return to the original point after the load is removed, as shown in Fig. 1.

Глубина вдавливания - это величина смещения в момент максимальной нагрузки теста на вдавливание; она варьируется в зависимости от условий испытания и измеряемого вещества; предпочтительна глубина непосредственно перед разрушением игольчатого кокса. Однако когда игольчатый кокс по настоящему изобретению измеряется при вышеупомянутых условиях теста, глубина углубления предпочтительно составляет 8-15 мкм.The indentation depth is the amount of displacement at the moment of maximum load of the indentation test; it varies depending on the test conditions and the substance being measured; the preferred depth is immediately before the destruction of the needle coke. However, when the needle coke of the present invention is measured under the above test conditions, the recess depth is preferably 8-15 µm.

[0044] Твердость при вдавливании (HIT) вычисляется исходя из максимальной нагрузки при испытании на вдавливание и глубины вдавливания в соответствии со следующим уравнением (5) с помощью аналитического программного обеспечения, прилагаемого к устройству в соответствии со стандартом ISO 14577. Считается, что HIT указывает на структуру кокса с высоким сопротивлением к индентору, потому что кокс не вдавливается во время испытания, когда кокс является твердым. Считается, что примерная структура твердого кокса обусловлена нарушением ориентации оптически анизотропной текстуры кокса.[0044] The indentation hardness (HIT) is calculated from the maximum indentation test load and the indentation depth according to the following equation (5) using the analysis software supplied with the apparatus in accordance with ISO 14577. HIT is considered to indicate a coke structure with high indenter resistance because the coke is not indented during the test when the coke is hard. It is believed that the exemplary structure of hard coke is due to a misorientation of the optically anisotropic texture of the coke.

[Уравнение (5)][Equation (5)]

Твердость при вдавливании, HIT (МПа)=Fmax/ApIndentation hardness, HIT (MPa)=Fmax/Ap

где Fmax представляет собой максимальную нагрузку, а Ap представляет собой площадь проекции, где индентор находится в контакте с тестовым образцом.where Fmax is the maximum load and Ap is the projection area where the indenter is in contact with the test piece.

[0045] Модуль упругости при вдавливании (EIT) рассчитывается на основе наклона начальной разгрузки от максимальной нагрузки при испытании на вдавливание в соответствии со следующим уравнением (6) с помощью аналитического программного обеспечения, прилагаемого к устройству в соответствии со стандартом ISO 14577. Что касается EIT, когда кокс имеет низкий модуль упругости, он легко восстанавливается после снятия нагрузки, и считается, что примерная структура кокса с низким модулем упругости обусловлена хорошим развитием оптической анизотропной текстуры кокса.[0045] The indentation modulus (EIT) is calculated based on the initial unload slope from the maximum indentation test load according to the following equation (6) using the analysis software attached to the device in accordance with ISO 14577. With regard to EIT, when the coke has a low elastic modulus, it is easily recovered after the load is removed, and the exemplary low modulus coke structure is considered to be due to the good development of the optical anisotropy coke texture.

[Уравнение (6)][Equation (6)]

Модуль упругости при вдавливании, EIT (ГПа)=(1-(Vs)2)/(1/Er-1-(Vi)2/(Ei))Indentation modulus, EIT (GPa)=(1-(Vs) 2 )/(1/Er-1-(Vi)2/(Ei))

где Vs представляет собой коэффициент Пуассона образца, Vi представляет собой коэффициент Пуассона индентора, Er представляет собой приведенный модуль упругости в точке контакта с вдавливанием, а Ei представляет собой модуль упругости индентора.where Vs is the Poisson's ratio of the sample, Vi is the Poisson's ratio of the indenter, Er is the reduced modulus of elasticity at the point of contact with the indentation, and Ei is the modulus of elasticity of the indenter.

[0046] Индекс структуры, связанный с CTE (NCSIC), становится больше по мере увеличения способности к кристаллизации графита в игольчатом коксе, увеличения доли открытых пор или увеличения однородности ориентации; и он является показателем того, что игольчатый кокс является более подходящим для низкого CTE.[0046] The structure index associated with CTE (NCSIC) becomes larger as the crystallization ability of graphite in needle coke increases, the proportion of open pores increases, or orientation uniformity increases; and it is an indication that needle coke is more suitable for low CTE.

Как было описано выше, значение NCSIC предпочтительно больше чем 25,0, более предпочтительно 27,0 или больше, и еще более предпочтительно 29,0 или больше.As described above, the NCSIC value is preferably greater than 25.0, more preferably 27.0 or greater, and even more preferably 29.0 or greater.

[0047] Связанный с растрескиванием индекс структуры (NCSIP) становится больше по мере увеличения числа открытых пор игольчатого кокса, уменьшения числа закрытых пор, увеличения твердости текстуры и уменьшения модуля упругости; и он является показателем того, что игольчатый кокс является более подходящим для низкого растрескивания.[0047] The cracking-related structure index (NCSIP) becomes larger as the number of open pores of the needle coke increases, the number of closed pores decreases, the texture hardness increases, and the elastic modulus decreases; and it is an indication that needle coke is more suitable for low cracking.

Как было описано выше, значение NCSIP предпочтительно больше чем 5,0, более предпочтительно 6,0 или больше, и еще более предпочтительно 7,0 или больше.As described above, the NCSIP value is preferably greater than 5.0, more preferably 6.0 or greater, and even more preferably 7.0 or greater.

[0048] Содержание азота в сыром коксе и игольчатом коксе измеряется в соответствии со стандартом JIS М 8819.[0048] The nitrogen content of green coke and needle coke is measured in accordance with JIS M 8819.

Содержания серы в сыром коксе и игольчатом коксе измеряется в соответствии со стандартом JIS М 8813.The sulfur content of raw coke and needle coke is measured according to JIS M 8813.

[0049] Подготовка образцов для тестирования на CTE и растрескивание выполняется путем измельчения игольчатого кокса щековой дробилкой, пропускания через сито 8-16 меш с последующим смешиванием материалов на сите и под ситом, дробления молотковой дробилкой и просеивания до размеров 49-200 меш и 200 меш или меньше. После смешивания частиц соответствующих размеров в количестве 40 мас.%, 35 мас.% и 25 мас.% игольчатый кокс месится со связующим пеком (BP97 производства компании C-Chem Co., Ltd.). Для мешения используется пластикатор, 30 мас.% связующего пека смешивается со 100 мас.% игольчатого кокса, и мешение выполняется при 160°C в течение 20 мин, чтобы получить перемешанный продукт.[0049] Sample preparation for CTE and cracking testing is performed by crushing needle coke with a jaw crusher, passing through an 8-16 mesh screen, then mixing the materials on and under the screen, crushing with a hammer mill, and screening to sizes of 49-200 mesh and 200 mesh or less. After mixing particles of appropriate sizes in an amount of 40 wt.%, 35 wt.% and 25 wt.%, needle coke is kneaded with a binder pitch (BP97 manufactured by C-Chem Co., Ltd.). A kneader is used for kneading, 30 wt.% binder pitch is mixed with 100 wt.% needle coke, and kneading is carried out at 160° C. for 20 minutes to obtain a kneaded product.

[0050] Для растрескивания перемешанный продукт формуется так, чтобы получилось формованное изделие, имеющее диаметр 20 мм и длину 10 мм; и формованное изделие прокаливается при 900°C и пропитывается пропиточным пеком смолой (IP78 производства компании C-Chem Co., Ltd.), и снова прокаливается при 900°C; и полученное изделие используется в качестве тестового образца для измерения растрескивания.[0050] For cracking, the mixed product is molded so as to obtain a molded article having a diameter of 20 mm and a length of 10 mm; and the molded article is calcined at 900°C and impregnated with impregnating pitch resin (IP78 manufactured by C-Chem Co., Ltd.), and calcined again at 900°C; and the resulting product is used as a test piece for measuring cracking.

Измерение растрескивания выполняется путем нагревания тестового образца в печи Таммана под атмосферой аргона от комнатной температуры до 2550°C со скоростью 10°C/мин и измерением продольного расширения тестового образца при 1500°C и 2500°C; и растрескивание вычисляется по следующему уравнению (7).Crack measurement is performed by heating the test piece in a Tamman furnace under argon atmosphere from room temperature to 2550°C at a rate of 10°C/min and measuring the longitudinal expansion of the test piece at 1500°C and 2500°C; and cracking is calculated by the following equation (7).

[Уравнение (7)][Equation (7)]

Растрескивание (%)=(L2500 - L1500)/L × 100Cracking (%)=(L2500 - L1500)/L × 100

где L представляет собой начальную длину тестового образца, L1500 представляет собой длину при 1500°C, и L2500 представляет собой длину при 2500°C.where L is the initial length of the test piece, L1500 is the length at 1500°C, and L2500 is the length at 2500°C.

[0051] Для CTE перемешанный продукт формуется экструдированием так, чтобы получить формованное изделие, имеющее отрегулированный размер с диаметром 20 мм и длиной 100 мм; формованное изделие прокаливается при 900°C и графитизируется с использованием печи Таммана под атмосферой аргона при 2550°C, и полученное изделие используется в качестве тестового образца.[0051] For CTE, the kneaded product is extruded to obtain a molded article having an adjusted size with a diameter of 20 mm and a length of 100 mm; the molded article is calcined at 900°C and graphitized using a Tamman furnace under an argon atmosphere at 2550°C, and the resulting article is used as a test piece.

Для измерения CTE средний коэффициент теплового расширения отрегулированного тестового образца измеряется от комнатной температуры до 500°C.For CTE measurement, the average coefficient of thermal expansion of the adjusted test piece is measured from room temperature to 500°C.

ПримерыExamples

[0052] Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на Примеры и Сравнительные примеры; однако настоящее изобретение не ограничивается этими Примерами.[0052] Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples; however, the present invention is not limited to these Examples.

[0053] Пример 1[0053] Example 1

Каменноугольная смола перегонялась; из полученного каменноугольного пека в качестве тяжелого компонента нерастворимые в хинолине вещества удалялись способом разделения растворителем; и полученный пек использовался в качестве основного сырья. Каменноугольный пек, откорректированный тем же методом для удаления нерастворимого в хинолине вещества, подвергался перегонке при атмосферном давлении; полученная таким образом фракция с температурой от 300 до 600°С подвергалась периодической обработке гидрированием в присутствии катализатора гидрирования (стабилизированного Ni) при 200°C и 4,5 МПа; и полученный продукт использовался в качестве вторичного сырья. На 100 м.ч. основного сырья смешивалось 35 м.ч. вторичного сырья; коксование смешанного сырья выполнялось при 0,6 МПа при ступенчатом повышении температуры загрузки на коксование с 470°С до 530°С и при ступенчатом увеличении парового соотношения (количество пара (г)/количество сырья (г)) от 0,15 до 0,30; и таким образом был получен сырой кокс. Полученный сырой кокс прокаливался в атмосфере азота при 700°C, охлаждался и снова прокаливался при 1400°C; и таким образом был получен игольчатый кокс. Из этого игольчатого кокса были приготовлены тестовые образцы для CET и растрескивания.Coal tar was distilled; from the obtained coal tar pitch as a heavy component, substances insoluble in quinoline were removed by a solvent separation method; and the resulting pitch was used as the main raw material. Coal tar pitch, corrected by the same method to remove a substance insoluble in quinoline, was distilled at atmospheric pressure; the thus obtained fraction with a temperature of 300 to 600° C. was subjected to periodic hydrogenation treatment in the presence of a hydrogenation catalyst (stabilized by Ni) at 200° C. and 4.5 MPa; and the resulting product was used as a secondary raw material. At 100 m.h. the main raw material was mixed 35 m.h. secondary raw materials; coking of the mixed feedstock was performed at 0.6 MPa with a stepwise increase in the temperature of the coking charge from 470°C to 530°C and with a stepwise increase in the steam ratio (amount of steam (g)/amount of raw material (g)) from 0.15 to 0.30; and thus crude coke was obtained. The crude coke obtained was calcined under nitrogen at 700°C, cooled and calcined again at 1400°C; and thus needle coke was obtained. Test samples for CET and cracking were prepared from this needle coke.

В дополнение к этому, характеристические значения полученного игольчатого кокса и тестовых образцов показаны в Таблице 1.In addition, the characteristic values of the obtained needle coke and test samples are shown in Table 1.

[0054] Пример 2[0054] Example 2

Тот же самый каменноугольный пек, что и в Примере 1, использовался в качестве основного сырья; фракция 300-600°C, полученная при атмосферной перегонке каменноугольной смолы, подвергалась периодической обработке гидрированием в присутствии катализатора гидрирования (стабилизированного Ni) при 200°C и 4,5 МПа; и полученный продукт использовался в качестве вторичного сырья. На 100 м.ч. основного сырья смешивалось 43 м.ч. вторичного сырья; коксование смешанного сырья выполнялось при ступенчатом повышении температуры загрузки от 460°C до 550°C, при ступенчатом повышении давления от 0,5 МПа до 0,65 МПа, и при ступенчатом увеличении парового соотношения от 0,10 до 0,35; и таким образом был получен сырой кокс. Затем выполнялись те же самые операции, что и в Примере 1.The same coal tar pitch as in Example 1 was used as the main raw material; a fraction of 300-600° C. obtained by atmospheric distillation of coal tar was subjected to periodic hydrogenation treatment in the presence of a hydrogenation catalyst (stabilized by Ni) at 200° C. and 4.5 MPa; and the resulting product was used as a secondary raw material. At 100 m.h. the main raw material was mixed 43 m.h. secondary raw materials; coking of the mixed feedstock was carried out by stepping the feed temperature from 460°C to 550°C, stepping the pressure from 0.5 MPa to 0.65 MPa, and stepping the steam ratio from 0.10 to 0.35; and thus crude coke was obtained. Then the same operations were performed as in Example 1.

[0055] Пример 3[0055] Example 3

Тот же самый каменноугольный пек, что и в Примере 1, использовался в качестве основного сырья; фракция с температурой кипения 300-600°C, полученная при атмосферной перегонке крекингового масла с псевдоожиженным катализатором, подвергалась периодическому гидрированию в присутствии катализатора гидрирования (стабилизированного Ni) при температуре 250°C и давлении 4,5 МПа; и полученный продукт использовался в качестве вторичного сырья. 100 м.ч. основного сырья и 45 м.ч. вторичного сырья смешивались друг с другом; коксование смеси выполнялось при давлении 0,5 МПа при ступенчатом повышении температуры загрузки от 470°C до 500°C и при ступенчатом увеличении парового соотношения от 0,15 до 0,35; и таким образом был получен сырой кокс. Затем выполнялись те же самые операции, что и в Примере 1.The same coal tar pitch as in Example 1 was used as the main raw material; a fraction with a boiling point of 300-600°C, obtained by atmospheric distillation of cracking oil with a fluid catalyst, was subjected to periodic hydrogenation in the presence of a hydrogenation catalyst (stabilized by Ni) at a temperature of 250°C and a pressure of 4.5 MPa; and the resulting product was used as a secondary raw material. 100 m.h. main raw materials and 45 m.h. recycled materials mixed with each other; the coking of the mixture was carried out at a pressure of 0.5 MPa with a stepwise increase in the loading temperature from 470°C to 500°C and with a stepwise increase in the steam ratio from 0.15 to 0.35; and thus crude coke was obtained. Then the same operations were performed as in Example 1.

[0056] Сравнительный пример 1[0056] Comparative Example 1

Тот же самый каменноугольный пек, что и в Примере 1, использовался в качестве основного сырья; и фракция 300-600°C, полученная при атмосферной перегонке каменноугольной смолы, использовалась в качестве вторичного сырья. 100 м.ч. основного сырья и 45 м.ч. вторичного сырья смешивались друг с другом; коксование смеси выполнялось при постоянных условиях 500°C, 0,4 МПа и паровом соотношении 0,12; и таким образом был получен сырой кокс. Затем выполнялись те же самые операции, что и в Примере 1.The same coal tar pitch as in Example 1 was used as the main raw material; and the 300-600° C. fraction obtained from the atmospheric distillation of coal tar was used as a secondary raw material. 100 m.h. main raw materials and 45 m.h. recycled materials mixed with each other; the coking of the mixture was carried out under constant conditions of 500°C, 0.4 MPa and a steam ratio of 0.12; and thus crude coke was obtained. Then the same operations were performed as in Example 1.

[0057] Сравнительный пример 2[0057] Comparative Example 2

Использовалось то же самое основное сырье, что и в Примере 1; а в качестве вторичного сырья использовалась фракция 300-600°C, полученная при атмосферной перегонке смеси 70 мас.% каменноугольного пека и 30 мас.% масла крекинга с псевдоожиженным катализатором, которое использовалось в качестве основного сырья Примера 1. 100 м.ч. основного сырья и 45 м.ч. вторичного сырья смешивались друг с другом; коксование смеси выполнялось при постоянных условиях 490°C, 0,4 МПа и паровом соотношении 0,12; и таким образом был получен сырой кокс. Затем выполнялись те же самые операции, что и в Примере 1.Used the same basic raw materials as in Example 1; and as a secondary feedstock, a 300-600°C fraction obtained by atmospheric distillation of a mixture of 70 wt.% coal tar pitch and 30 wt.% cracking oil with a fluid catalyst, which was used as the main raw material of Example 1, was used. main raw materials and 45 m.h. recycled materials mixed with each other; coking of the mixture was carried out under constant conditions of 490°C, 0.4 MPa and a steam ratio of 0.12; and thus crude coke was obtained. Then the same operations were performed as in Example 1.

[0058] Сравнительный пример 3[0058] Comparative Example 3

100 м.ч. основного сырья, использовавшегося в Примере 1, смешивалось со 100 м.ч. вторичного сырья, использовавшегося в Примере 1, и коксование смешанного сырья выполнялось при постоянных условиях 530°C, 0,5 МПа и паровом соотношении 0,10; и таким образом был получен сырой кокс. Затем выполнялись те же самые операции, что и в Примере 1.100 m.h. the main raw material used in Example 1 was mixed with 100 m.h. secondary raw materials used in Example 1, and the coking of the mixed raw materials was carried out under constant conditions of 530°C, 0.5 MPa and a steam ratio of 0.10; and thus crude coke was obtained. Then the same operations were performed as in Example 1.

[0059] Таблицы 1 и 2 показывают типы и свойства исходного сырья, а также характеристики сырого кокса и игольчатого кокса.[0059] Tables 1 and 2 show the types and properties of the feedstock, as well as the characteristics of raw coke and needle coke.

[0060][0060]

[Таблица 1][Table 1] Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Основное сырьеMain raw material PDQI (-)PDQI (-) 0,0010.001 0,0010.001 0,0010.001 Содержание азота (%)Nitrogen content (%) 1,051.05 1,051.05 1,051.05 Содержание серы (%)Sulfur content (%) 0,590.59 0,590.59 0,590.59 Вторичное сырьеSecondary raw materials Смешиваемое количество (м.ч.)Amount to be mixed (m.h.) 3535 4343 4545 PDQI (-)PDQI (-) 13,513.5 12,312.3 8,38.3 Содержание азота (%)Nitrogen content (%) 0,890.89 0,850.85 0,550.55 Содержание серы (%)Sulfur content (%) 0,040.04 0,030.03 0,570.57 Игольчатый коксNeedle coke Количество азота (%)Amount of nitrogen (%) 0,410.41 0,420.42 0,420.42 Количество серы (%)Sulfur Amount (%) 0,310.31 0,300.30 0,300.30 Истинная плотность (г/см3)True density (g / cm 3 ) 2,1532.153 2,1522.152 2,1482.148 Кажущаяся плотность (г/см3)Apparent density (g/cm 3 ) 2,1252.125 2,1192.119 2,1132.113 Количество открытых пор (см3/г)Number of open pores (cm 3 /g) 0,0600.060 0,0580.058 0,0530.053 Количество закрытых пор (см3/г)Number of closed pores (cm 3 /g) 0,0060.006 0,0070.007 0,0080.008 HIT (МПа)HIT (MPa) 10181018 948948 13941394 EIT (ГПа)EIT (GPa) 9,49.4 10,910.9 12,912.9 Размер кристаллита Lc (нм)Crystallite size Lc (nm) 6,66.6 6,66.6 5,75.7 Межплоскостной интервал d002 (нм)Interplanar spacing d002 (nm) 0,3440.344 0,3440.344 0,3440.344 Объем пор (см3/г)Pore volume (cm 3 /g) 0,1580.158 0,1480.148 0,1580.158 Объем пор (-)Pore volume (-) 0,380.38 0,390.39 0,340.34 σ (θ) (рад)σ (θ) (rad) 0,680.68 0,650.65 0,540.54 NCSIC (-)NCSIC(-) 28,928.9 29,929.9 31,331.3 NCSIP (-)NCSIP(-) 9,99.9 8,18.1 7,07.0 Тестовый образецtest sample CTE (×10-6/°C)CTE (×10 -6 /°C) 1,121.12 0,990.99 0,890.89 Растрескивание (%)Cracking (%) 0,450.45 0,750.75 1,141.14

[0061][0061]

[Таблица 2][Table 2]

Сравнительный пример 1Comparative Example 1 Сравнительный пример 2Comparative Example 2 Сравнительный пример 3Comparative Example 3 Основное сырьеMain raw material PDQI (-)PDQI (-) 0,0010.001 0,0010.001 0,0010.001 Содержание азота (%)Nitrogen content (%) 1,051.05 1,051.05 1,051.05 Содержание серы (%)Sulfur content (%) 0,590.59 0,590.59 0,590.59 Вторичное сырьеSecondary raw materials Смешиваемое количество (м.ч.)Amount to be mixed (m.h.) 4545 4545 100100 PDQI (-)PDQI (-) 0,90.9 0,10.1 13,513.5 Содержание азота (%)Nitrogen content (%) 0,890.89 1,091.09 0,890.89 Содержание серы (%)Sulfur content (%) 0,920.92 0,600.60 0,040.04 Игольчатый коксNeedle coke Количество азота (%)Amount of nitrogen (%) 0,490.49 0,490.49 0,400.40 Количество серы (%)Sulfur Amount (%) 0,340.34 0,300.30 0,190.19 Истинная плотность (г/см3)True density (g / cm 3 ) 2,1322.132 2,1322.132 2,1472.147 Кажущаяся плотность (г/см3)Apparent density (g/cm 3 ) 2,0972.097 2,0692.069 2,1002,100 Количество открытых пор (см3/г)Number of open pores (cm 3 /g) 0,0370.037 0,0200.020 0,0350.035 Количество закрытых пор (см3/г)Number of closed pores (cm 3 /g) 0,0080.008 0,0140.014 0,0100.010 HIT (МПа)HIT (MPa) 11901190 10051005 13101310 EIT (ГПа)EIT (GPa) 15,615.6 10,810.8 13,813.8 Размер кристаллита Lc (нм)Crystallite size Lc (nm) 5,45.4 5,65.6 5,75.7 Межплоскостной интервал d002 (нм)Interplanar spacing d002 (nm) 0,3440.344 0,3440.344 0,3440.344 Объем пор (см3/г)Pore volume (cm 3 /g) 0,1330.133 0,1420.142 0,1650.165 Объем пор (-)Pore volume (-) 0,280.28 0,140.14 0,210.21 σ (θ) (рад)σ (θ) (rad) 0,810.81 0,750.75 0,700.70 NCSIC (-)NCSIC(-) 19,619.6 21,821.8 24,124.1 NCSIP (-)NCSIP(-) 4,84.8 1,51.5 3,63.6 Тестовый образецtest sample CTE (×10-6/°C)CTE (×10 -6 /°C) 1,461.46 1,211.21 1,151.15 Растрескивание (%)Cracking (%) 1,291.29 2,142.14 1,541.54

Claims (16)

1. Игольчатый кокс с низким CTE (коэффициент теплового расширения) и низким растрескиванием, получаемый путем смешивания и коксования 100 м.ч. основного сырья для игольчатого кокса, состоящего из тяжелого масла на основе каменноугольной смолы или на основе нефти, имеющего слабое свойство отдачи водорода со значением PDQI, рассчитанным по уравнению (1), менее 5,0, с 10-80 м.ч. вторичного сырья, имеющего сильное свойство отдачи водорода со значением PDQI, рассчитанным по уравнению (1), 5,0 или больше, и прокаливания полученного сырого кокса:1. Needle coke with low CTE (coefficient of thermal expansion) and low cracking, obtained by mixing and coking 100 m.h. a basic raw material for needle coke, consisting of a heavy oil based on coal tar or based on petroleum, having a weak hydrogen releasing property with a PDQI value calculated by equation (1) of less than 5.0, with 10-80 ppm. recycled material having a strong hydrogen release property with a PDQI value calculated from Equation (1) of 5.0 or more, and calcining the resulting raw coke: [Уравнение (1)][Equation (1)] PDQI=H% × 10 × (HNβ/H),PDQI=H% × 10 × (HNβ/H), где Н% - количество водорода (мас.%), получаемое с помощью элементного анализа, а HNβ/H - отношение β-нафтенового водорода к общему количеству водорода, измеряемое с помощью 1H-NMR,where H% is the amount of hydrogen (wt.%) obtained using elemental analysis, and HNβ/H is the ratio of β-naphthenic hydrogen to total hydrogen, measured using 1 H-NMR, указанный кокс имеет размер кристаллита Lc 4,0-10,0 нм, межплоскостной интервал d002 0,340-0,350 нм, долю открытых пор 0,15-0,40 и среднеквадратичное отклонение σ(θ) среднего ориентационного угла 0,01-0,85.said coke has a crystallite size Lc of 4.0-10.0 nm, an interplanar spacing d002 of 0.340-0.350 nm, a fraction of open pores of 0.15-0.40, and a standard deviation σ(θ) of the average orientation angle of 0.01-0.85. 2. Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием, имеющий относящийся к CTE индекс структуры (NCSIC), выражаемый уравнением (2), более 25,0, и относящийся к растрескиванию индекс структуры (NCSIP), выражаемый уравнением (3), более 5,0:2. Low CTE, low cracking needle coke having a CTE structure index (NCSIC) expressed by equation (2) greater than 25.0 and a cracking structure index (NCSIP) expressed by equation (3) greater than 5.0: [Уравнение (2)][Equation (2)] NCSIC=((Lc/d002) + (доля открытых пор))/(σ (θ)),NCSIC=((Lc/d002) + (share of open pores))/(σ (θ)), где Lc представляет собой размер кристаллита, d002 представляет собой межплоскостной интервал, и σ(θ) представляет собой среднеквадратичное отклонение среднего ориентационного угла;where Lc is the crystallite size, d002 is the interplanar spacing, and σ(θ) is the standard deviation of the average orientation angle; [Уравнение (3)][Equation (3)] NCSIP=(количество открытых пор/количество закрытых пор) + (HIT/1000)/EIT,NCSIP=(number of open pores/number of closed pores) + (HIT/1000)/EIT, где HIT - твердость при вдавливании, а EIT - модуль упругости при вдавливании,where HIT is the indentation hardness and EIT is the indentation modulus, указанный кокс имеет размер кристаллита Lc 4,0-10,0 нм, межплоскостной интервал d002 0,340-0,350 нм, долю открытых пор 0,15-0,40 и среднеквадратичное отклонение σ(θ) среднего ориентационного угла 0,01-0,85.said coke has a crystallite size Lc of 4.0-10.0 nm, an interplanar spacing d002 of 0.340-0.350 nm, a fraction of open pores of 0.15-0.40, and a standard deviation σ(θ) of the average orientation angle of 0.01-0.85. 3. Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием по п. 1, в котором основное сырье представляет собой пек с удаленным QI, обладающий слабой способностью отдавать водород, получаемый путем перегонки каменноугольной смолы и удаления из нее QI.3. The low CTE, low cracking needle coke according to claim 1, wherein the main raw material is QI-removed pitch having a weak hydrogen donation property obtained by distilling and removing QI from coal tar. 4. Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием по п. 1, в котором основное сырье представляет собой пек с удаленным QI, обладающий слабой способностью отдавать водород, получаемый путем перегонки каменноугольной смолы и удаления из нее QI и имеющий значение PDQI, вычисляемое по уравнению (1), менее 2.4. The low CTE and low cracking needle coke according to claim 1, wherein the main feedstock is a QI-removed pitch having a weak hydrogen donation property obtained by distilling and removing QI from coal tar, and having a PDQI value calculated by Equation (1) of less than 2. 5. Игольчатый кокс с низким CTE и низким растрескиванием по п. 1 или 2, который имеет количество открытых пор 0,040-0,070 см3/г, количество закрытых пор 0,001-0,015 см3/г, твердость при вдавливании HIT 800-1500 МПа, и модуль упругости при вдавливании EIT 5,0-15,0 ГПа.5. The low CTE and low cracking needle coke according to claim 1 or 2, which has an open cell number of 0.040-0.070 cm3 /g, a closed cell number of 0.001-0.015 cm3 /g, an indentation hardness HIT of 800-1500 MPa, and an indentation modulus EIT of 5.0-15.0 GPa.
RU2022104252A 2019-09-17 2020-09-02 Needle coke with low coefficient of thermal expansion and low cracking RU2800053C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-168292 2019-09-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800053C1 true RU2800053C1 (en) 2023-07-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1393840A1 (en) * 1986-01-03 1988-05-07 Уфимский Нефтяной Институт Method of producing needle coke
RU2054025C1 (en) * 1993-07-15 1996-02-10 Институт проблем нефтехимпереработки АН Руспублики Башкортостан Process for preparing electrode coke
WO2009001610A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Nippon Petroleum Refining Co., Ltd. Process for producing petroleum coke
JP2017019915A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 Jxエネルギー株式会社 Petroleum needle coke for graphite electrode and method for producing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1393840A1 (en) * 1986-01-03 1988-05-07 Уфимский Нефтяной Институт Method of producing needle coke
RU2054025C1 (en) * 1993-07-15 1996-02-10 Институт проблем нефтехимпереработки АН Руспублики Башкортостан Process for preparing electrode coke
WO2009001610A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Nippon Petroleum Refining Co., Ltd. Process for producing petroleum coke
JP2017019915A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 Jxエネルギー株式会社 Petroleum needle coke for graphite electrode and method for producing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6689336B2 (en) Carbon foam, graphite foam and production processes of these
EP0178774A2 (en) A hydrogenation catalyst for coal tar, a method of hydrogenation of coal tar with use of such catalyst, and a method of producing super needle coke from the hydrogenation product of coal tar
EP0175518B1 (en) Process for the preparation of super needle coke
US11149361B1 (en) Preparation methods of high modulus carbon fiber (HMCF) and precursor (mesophase pitch (MP)) thereof
KR20100039333A (en) Process for producing petroleum coke
KR20150058009A (en) A method for isotropic pitch for manufacturing carbon fiber
EP0340357B1 (en) Graphite structures and method for production thereof
US20220267151A1 (en) Low-cte, low-puffing needle coke
RU2800053C1 (en) Needle coke with low coefficient of thermal expansion and low cracking
WO2011048920A1 (en) Reformed tar, process for production of reformed tar, process for production of raw coke, and process for production of needle coke
CN106635142B (en) A kind of mink cell focus prepares the continuous processing of high-quality needle coke
US4883617A (en) Method of forming binderless carbon materials
Bhatia et al. Formation of mesophase spherules in low-Ql coal tar pitches and development of monolithic carbons therefrom
JP7252208B2 (en) Raw material oil for needle coke and needle coke
US20220220387A1 (en) Method for producing impregnated pitch
JPS5867786A (en) Mesophase pitch raw material from hydrogen- treated decant oil
KR20190008829A (en) High carbon grade graphite block and method of making same
Suárez-Ruiz et al. Coal-derived carbon materials
JPS6278104A (en) Production of needle coke
JPS59122586A (en) Production of potentially anisotropic pitch
CN116120956A (en) Method for preparing needle coke by composite process
Franck et al. Production and uses of carbon products from mixtures of condensed aromatics
CA1306097C (en) Graphite structures and method for production thereof
JP2533487B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
RAJPUT DEVELOPMENT OF CARBON FIBRE REINFORCED CARBON COMPOSITES