JP6646563B2

JP6646563B2 - 軟ピッチの製造方法

Info

Publication number: JP6646563B2
Application number: JP2016232013A
Authority: JP
Inventors: 恭兵福岡; 弥生不破
Original assignee: JFE Chemical Corp
Current assignee: JFE Chemical Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: JP2018087303A

Description

本発明は、軟ピッチの製造方法に関する。本発明は、特に、電極、特殊炭素材料等の炭素材用として好適な軟ピッチの製造方法に関する。

人造黒鉛電極、アルミ精錬電極等の電極や、金属溶融用黒鉛ルツボ、造粒活性炭等の特殊炭素材料等の炭素材は、コークスなどの骨材と、コールタール等を原料として製造されるバインダーピッチおよび軟ピッチ（含浸ピッチ）を混練、成形した後、焼成を行い製造されている。

従来、前記軟ピッチは、原料であるコールタールを蒸留し、ナフタリンを含む低沸点油（ナフタリン油）を分留する蒸留工程を経て製造されている。

また、特許文献１に開示されるように、タール蒸留によって得られた軟ピッチと、蒸留油とを混合して合成タールを製造する技術が知られている。

特開２００６−２８４２３号公報

上記従来の蒸留工程を経て製造される軟ピッチは、２５０℃以下の沸点を持つ成分の割合が小さいため、沸点分布が２５０℃以上に偏り、炭素材の焼成時に特定の温度で軟ピッチ中の成分が急激に揮散するという問題があった。その結果、製品（炭素材）の内部亀裂の発生と、それに伴う歩留低下が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特定の温度での軟ピッチ中の成分の急激な揮散を抑制できる軟ピッチの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
［１］コールタールを脱水して得た脱水タールを蒸留して、沸点が１２０℃以上、軟化点が７０℃以下の中間ピッチと、沸点が３００℃以下のナフタリン油とに分離するタール蒸留工程と、前記タール蒸留工程で得られた前記ナフタリン油を蒸留して、沸点が１２０〜２００℃の軽質油を得るナフタリン油蒸留工程と、前記タール蒸留工程で得られた前記中間ピッチと、前記ナフタリン油蒸留工程で得られた前記軽質油とを混合して軟化点が７０℃以下の軟ピッチを得る混合工程と、を有する軟ピッチの製造方法。
［２］前記軟ピッチが、５０℃における粘度が１．５〜５．０Ｐａ・ｓであり、固定炭素量が３０質量％以上である、［１］に記載の軟ピッチの製造方法。

本発明の軟ピッチの製造方法によれば、特定の温度での軟ピッチ中の成分の急激な揮散を抑制できる軟ピッチを提供することができる。
本発明の軟ピッチの製造方法によれば、製品（炭素材）の焼成時に特定の温度での軟ピッチ中の成分の急激な揮散を抑制でき、製品（炭素材）内部の亀裂、変形を防止でき歩留向上が可能となる。
本発明の軟ピッチは、特に、炭素材（電極、特殊炭素材料）用の含浸ピッチとして好適である。

図１は、本発明の軟ピッチの製造方法の一実施形態を説明する説明図である。図２は、中間ピッチおよび軟ピッチの各温度における質量減少割合を測定したグラフである。

以下、本発明の軟ピッチの製造方法の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

図１は、本発明の軟ピッチの製造方法の一実施形態を説明する説明図である。本発明の軟ピッチの製造方法は、コールタールを脱水して得た脱水タールを蒸留して、中間ピッチとナフタリン油とに分離するタール蒸留工程と、前記タール蒸留工程で得られた前記ナフタリン油を蒸留して、軽質油を得るナフタリン油蒸留工程と、前記タール蒸留工程で得られた前記中間ピッチと前記ナフタリン油蒸留工程で得られた前記軽質油とを混合して軟ピッチを得る混合工程と、を有する。

＜タール蒸留工程＞
タール蒸留工程では、コールタール１（原料タール１）を脱水蒸留塔６に装入し、コールタール１を脱水処理して１００℃以下の沸点を持つ成分を分留し脱水タール２を得る。前記脱水タール２は、１００〜６００℃の沸点を有する。なお、本明細書における沸点は、特に断らない限り常圧での沸点を意味する。
次いで、前記脱水タール２を、前記脱水蒸留塔６の底部から抜き出し、真空蒸留塔７に装入し常圧蒸留または減圧蒸留により蒸留して、ナフタリン油３と、中間ピッチ４とに分離する。

前記ナフタリン油３は、３００℃以下の沸点を有している。前記ナフタリン油３は、ナフタリンを主成分とする蒸留留分であり、その沸点範囲は１２０〜３００℃である。

前記中間ピッチ４は、前記ナフタリン油３を留去した後の釜残であり、１２０℃以上の沸点を有し、軟化点は７０℃以下である。中間ピッチ４の沸点範囲は、１２０〜６００℃である。また、中間ピッチ４の軟化点は、４５〜７０℃の範囲であることが好ましい。
なお、この中間ピッチ４には、熱処理や水素化処理などを施さない。前記中間ピッチ４にこれらの処理を施すと、中間ピッチ４の沸点が上昇し、該中間ピッチ４を混合して得られる軟ピッチ１０の沸点分布に偏りが生じ、特定の温度での急激な揮散を抑制できなくなるおそれがある。

＜ナフタリン油蒸留工程＞
ナフタリン油蒸留工程では、前記タール蒸留工程で得られたナフタリン油３を、ナフタリン蒸留塔８に装入し常圧蒸留により蒸留して、軽質油５を得る。この軽質油５の沸点範囲は、１２０〜２００℃である。

＜混合工程＞
混合工程では、前記タール蒸留工程で得られた前記中間ピッチ４と、前記ナフタリン油蒸留工程で得られた前記軽質油５を配合タンク９に装入して混合し、軟ピッチ１０を得る。
かかる軟ピッチ１０は、特定の温度での軟ピッチ１０中の成分の急激な揮散の抑制効果に優れる。これは、前記各工程を経て製造された中間ピッチ４と前記軽質油５を混合して軟ピッチ１０を製造することで、軟ピッチ１０の沸点分布がなだらかになるためと考えられる。

前記中間ピッチ４と、前記軽質油５との混合比率は、製造される軟ピッチ１０の粘度等を勘案して適宜に調整できる。よりなだらかな沸点分布が得られる点等から、１００質量部の中間ピッチ４に対して、軽質油５を１〜１０質量部混合することが好ましく、１〜５質量部混合することがより好ましい。

（軟ピッチ１０）
上記各工程を経て軟ピッチ１０が製造される。軟ピッチ１０の沸点範囲は、１２０〜６００℃である。軟ピッチ１０の軟化点は、７０℃以下である。軟ピッチ１０の軟化点は、４５〜７０℃であることが好ましい。
また、上記各工程を経ることで、５０℃における粘度が１．５〜５．０Ｐａ・ｓであり、固定炭素量が３０質量％以上である軟ピッチ１０を製造することができる。軟ピッチ１０の５０℃における粘度は、１．５〜３．０Ｐａ・ｓであることがより好ましい。軟ピッチ１０の固定炭素量は、３５質量％以上であることがより好ましい。また、軟ピッチ１０を窒素雰囲気下において１５０℃で４８時間加熱した時の質量減少率は、２質量％以上が好ましい。
本発明による軟ピッチ１０は、特定の温度での軟ピッチ１０中の成分の急激な揮散の抑制効果に優れる。特に炭素材の成形、焼成時における特定の温度での急激な揮散の抑制効果に優れ、炭素材の含浸ピッチとして好適に用いることができる。軟ピッチ１０を炭素材の原料に用いることで、炭素材の成形、焼成時の割れや変形が抑制され歩留向上に寄与する。

なお、本発明における各測定値の測定条件は以下のとおりである。
［粘度の測定条件］
ＪＩＳＺ８８０３（２０１１）液体の粘度−測定方法に準拠してブルックフィールドＢ型回転粘度計を使用して測定した。
［軟化点の測定条件］
ＪＩＳＫ２４２５（２００６）８．タールピッチの軟化点測定方法（環球法）に準拠して測定した。
［固定炭素量の測定条件］
ＪＩＳＫ２４２５（２００６）１１．固定炭素分定量方法に準拠して電気炉を使用して測定した。

上述の実施形態に従い、軟ピッチ１０を製造した。
まず、１００質量部のコールタール１を脱水蒸留塔６に装入し、前記原料タール１を脱水処理して１００℃以下の沸点を持つ成分を分留し、９６質量部の脱水タール２を得た。

次いで、９６質量部の脱水タール２を、脱水蒸留塔６の底部から抜き出し、真空蒸留塔７に装入し、０．０２ＭＰａの減圧下で蒸留処理して、１５質量部のナフタリン油３と、８１質量部の中間ピッチ４を得た。前記ナフタリン油３の沸点範囲は１２０〜３００℃であった。また、前記中間ピッチ４は、軟化点が６５℃、沸点範囲が１２０〜６００℃、６０℃における粘度が２０Ｐａ・ｓ、固定炭素量が３７質量％であった。

その後、前記１５質量部のナフタリン油３を、ナフタリン蒸留塔８に装入し常圧蒸留処理して、３質量部の軽質油５を得た。この軽質油５の沸点範囲は１２０〜２００℃であった。

最後に、１００質量部の前記中間ピッチ４に対して、３質量部の前記軽質油５を混合して、軟ピッチ１０を得た。
前記軟ピッチ１０は、軟化点が６０℃、沸点範囲が１２０〜６００℃、５０℃における粘度が２．８Ｐａ・ｓ、固定炭素量が３５質量％であった。

上記のようにして製造した中間ピッチ４および軟ピッチ１０について、室温（２５℃）から６００℃まで昇温させた際の質量減少割合（中間ピッチ４または軟ピッチ１０の全質量に対する各温度における質量の減少割合（質量％））を熱重量分析装置（ＴＧＡ）で測定した。結果を図２に示す。

図２に示されるように、軽質油５を配合して製造した軟ピッチ１０は、軽質油５を配合していない中間ピッチ４と比較して、特定の温度での急激な揮散が抑制された。これは、中間ピッチ４と軽質油５を混合して軟ピッチ１０を製造したことで、軟ピッチ１０の沸点分布がなだらかになったためと考えられる。また、このように特定の温度での急激な揮散が抑制されることで、軟ピッチ１０を用いて製造される炭素材（電極、特殊炭素材料）等の成形、焼成時の変形や割れを防止することが可能となる。

１コールタール（原料タール）
２脱水タール
３ナフタリン油
４中間ピッチ
５軽質油
６脱水蒸留塔
７真空蒸留塔
８ナフタリン蒸留塔
９配合タンク
１０軟ピッチ

Claims

コールタールを脱水して得た脱水タールを蒸留して、沸点が１２０℃以上、軟化点が７０℃以下の中間ピッチと沸点が３００℃以下のナフタリン油とに分離するタール蒸留工程と、
前記タール蒸留工程で得られた前記ナフタリン油を蒸留して、沸点が１２０〜２００℃の軽質油を得るナフタリン油蒸留工程と、
前記タール蒸留工程で得られた前記中間ピッチと、前記ナフタリン油蒸留工程で得られた前記軽質油とを混合して軟化点が７０℃以下の軟ピッチを得る混合工程と、を有する軟ピッチの製造方法。
前記軟ピッチが、５０℃における粘度が１．５〜５．０Ｐａ・ｓであり、固定炭素量が３０質量％以上である、請求項１に記載の軟ピッチの製造方法。