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JP7304575B2 - Pitch manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、ピッチの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing pitch.

21世紀は炭素材の時代と言われ、その軽量、高強度、高弾性、高導電性、耐熱性、及び耐摩耗性等の性質を活かした汎用炭素材及び高機能炭素材(例えば、炭素繊維及びその複合材料、各種電極材料、発熱体、並びに成型断熱材等)が開発され商品化されてきた。
株式会社富士経済によれば、炭素繊維材料関連では、今後、航空機及び自動車産業での需要拡大が見込まれ、日本でのこの分野の市場は2030年度には約3500億円に達すると見込まれている。
炭素繊維原料は、PAN系とピッチ系がある。炭素繊維以外では、ピッチ系が汎用炭素材及び高機能炭素材の各種原料に用いられている。その中で、最近需要が急増している電気製鋼用黒鉛電極は、高温時の軸方向への伸びが小さく、導電性に優れたピッチ系のニードルコークからのみ製造されている。
また、近年の中国の需要増により、黒鉛電極市場は2018年末には100万円/t~150万円/tにも高騰し、現在も高値が続いている。
The 21st century is said to be the era of carbon materials, and general-purpose carbon materials and high-performance carbon materials (e.g., carbon fiber and composite materials thereof, various electrode materials, heating elements, molded heat insulating materials, etc.) have been developed and commercialized.
According to Fuji Keizai Co., Ltd., demand for carbon fiber materials is expected to grow in the aircraft and automobile industries in the future, and the market for this field in Japan is expected to reach approximately 350 billion yen in 2030. there is
There are PAN-based and pitch-based carbon fiber raw materials. Other than carbon fiber, pitch-based materials are used as various raw materials for general-purpose carbon materials and high-performance carbon materials. Among them, graphite electrodes for electrical steelmaking, for which demand has been rapidly increasing recently, are manufactured only from pitch-based needle coke, which has excellent electrical conductivity and little elongation in the axial direction at high temperatures.
In addition, due to the recent increase in demand in China, the graphite electrode market soared to 1 million yen/t to 1.5 million yen/t at the end of 2018, and the high price continues today.

ピッチの原料は、石油系残渣及びコールタールに大別される。主要供給元は石油精製業、製鉄業、及びコークス製造業であるが、それぞれ燃料油需要の減少や、良質な原料炭の不足及び高騰によるコークスレス化の進展に伴い、副産物のピッチの原料の供給が先細りになり、将来の需要を賄いきれなくなるとの予測がある。 Pitch raw materials are roughly classified into petroleum residues and coal tar. The main suppliers are the petroleum refining industry, the steel industry, and the coke manufacturing industry. There are predictions that supply will dwindle and not be able to meet future demand.

我が国では、通常、コークス炉から回収されたコールタールを起点として各種ピッチを製造している。熱分解反応であるコークス炉からはコールタールが約7%~8%の収率で回収される。
例えば、非特許文献1には、既存のコールタールからピッチを製造する方法が開示されている。特許文献1には、コールタールから炭素繊維用ピッチを製造する方法が開示されている。非特許文献2には、石炭系メソフェーズピッチの物性を改善することを目的として、ピッチとポリ塩化ビニルとを溶剤共存下で共熱処理する方法が開示されている。
In Japan, various pitches are usually produced starting from coal tar recovered from coke ovens. Coal tar is recovered in a yield of about 7% to 8% from the coke oven, which is a pyrolysis reaction.
For example, Non-Patent Document 1 discloses a method for producing pitch from existing coal tar. Patent Document 1 discloses a method for producing carbon fiber pitch from coal tar. Non-Patent Document 2 discloses a method of co-heating pitch and polyvinyl chloride in the presence of a solvent for the purpose of improving physical properties of coal-based mesophase pitch.

特開2016-011422号公報JP 2016-011422 A

芳香族及びタール工業ハンドブック第3版56頁(日本芳香族工業会 編)Aromatics and tar industry handbook, 3rd edition, page 56 (edited by Japan Aromatics Industry Association) ”メソフェーズピッチとポリ塩化ビニルの共熱処理-溶剤共存下での改質-”TANSO1991年 1991巻 146号 27頁~32頁"Co-Heat Treatment of Mesophase Pitch and Polyvinyl Chloride-Modification in the Coexistence of Solvent-" TANSO 1991, Vol. 1991, No. 146, pp. 27-32

しかしながら、非特許文献1に記載の方法で使用される石炭は、強粘結炭を主体とした瀝青炭に限られ、冷間及び熱間のコークス強度低下をもたらし易い褐炭は使用が困難とされている。また、特許文献1に記載のコールタール及び非特許文献2に記載の石炭系メソフェーズピッチは、どちらも褐炭由来ではない。
我が国には、褐炭を原料とする褐炭由来のコールタールや、この褐炭由来のコールタールを起点としたピッチは存在しないとされている。加えて、褐炭由来のコールタールは、瀝青炭由来のコールタールに比べ、脂肪族に富み、芳香族炭素割合が低く、芳香環の縮合度が小さい上に、酸素含有量が多いため、ピッチへの転換や、とりわけ異方性炭素材料への展開は極めて難しいとされている。
However, the coal used in the method described in Non-Patent Document 1 is limited to bituminous coal, which is mainly composed of strongly coking coal, and it is difficult to use lignite, which tends to cause a decrease in cold and hot coke strength. there is Neither the coal tar described in Patent Document 1 nor the coal-based mesophase pitch described in Non-Patent Document 2 is derived from lignite.
In Japan, it is said that there is no coal tar derived from lignite, which is the raw material, and pitch originating from coal tar derived from lignite. In addition, compared to coal tar derived from bituminous coal, lignite-derived coal tar is rich in aliphatics, has a low aromatic carbon ratio, has a small degree of condensation of aromatic rings, and has a high oxygen content. Transformation and, in particular, development to anisotropic carbon materials are considered extremely difficult.

褐炭は、その性状に鑑み、世界に多量に存在し、安価であるにも関わらず十分に利用されていないのが現状である。このような褐炭を、ピッチの製造に用い、汎用炭素材及び高機能炭素材に利用できれば有用である。
本発明の目的は、褐炭に由来する褐炭合成油または褐炭合成油の溶剤不溶分を用いて、実用性のあるピッチを製造できるピッチの製造方法を提供することである。
In view of its properties, lignite exists in large quantities in the world, and although it is inexpensive, it is not fully utilized at present. It would be useful if such lignite could be used to produce pitch and be used as a general-purpose carbon material and a high-performance carbon material.
An object of the present invention is to provide a method for producing a pitch that can produce a practical pitch by using lignite synthetic oil derived from lignite or the solvent-insoluble matter of lignite synthetic oil.

本発明の一態様によれば、褐炭及び水を含む混合物を加圧下で水熱処理することで得られる褐炭合成油、または前記褐炭合成油の溶剤不溶分を原料とし、前記原料を、触媒の存在下で、加圧下で加熱し、前記原料をピッチ化する工程と、前記ピッチ化する工程で得られた反応生成物からピッチを分離する工程と、を有するピッチの製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a brown coal synthetic oil obtained by hydrothermally treating a mixture containing brown coal and water under pressure, or a solvent-insoluble portion of the brown coal synthetic oil, is used as a raw material, and the raw material is and heating under pressure to pitch the raw material; and separating the pitch from the reaction product obtained in the pitching step.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記触媒は、ハロゲン含有化合物であることが好ましい。 In the method for producing pitch according to one aspect of the present invention, the catalyst is preferably a halogen-containing compound.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記ハロゲン含有化合物は、ハロゲン含有有機化合物であり、前記ハロゲン含有有機化合物は、ポリ塩化ビニルであることが好ましい。 In the pitch manufacturing method according to one aspect of the present invention, it is preferable that the halogen-containing compound is a halogen-containing organic compound, and the halogen-containing organic compound is polyvinyl chloride.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記ハロゲン含有化合物は、ハロゲン含有無機化合物であり、前記ハロゲン含有無機化合物は、塩化アルミニウムであることが好ましい。 In the pitch manufacturing method according to one aspect of the present invention, it is preferable that the halogen-containing compound is a halogen-containing inorganic compound, and the halogen-containing inorganic compound is aluminum chloride.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記原料が前記褐炭合成油である場合、前記触媒と前記褐炭合成油との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油)は、質量比で、5/100以上20/100以下であることが好ましい。 In the method for producing pitch according to an aspect of the present invention, when the raw material is the brown coal synthetic oil, the mixing ratio of the catalyst and the brown coal synthetic oil (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is a mass ratio of It is preferably 5/100 or more and 20/100 or less.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記原料が前記溶剤不溶分である場合、前記触媒と前記溶剤不溶分との混合比(前記触媒/前記溶剤不溶分)は、質量比で、5/100以上20/100以下であることが好ましい。 In the method for producing a pitch according to one aspect of the present invention, when the raw material is the solvent-insoluble matter, the mixing ratio of the catalyst and the solvent-insoluble matter (the catalyst/the solvent-insoluble matter) is a mass ratio of It is preferably 5/100 or more and 20/100 or less.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記ピッチ化する工程は、第1の条件で行い、前記第1の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、260℃以上450℃以下、及び20分以上4時間以下であることが好ましい。 In the method for producing a pitch according to an aspect of the present invention, the step of pitching is performed under first conditions, and the first conditions are 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 260° C. or more and 450° C. or less, and preferably 20 minutes or more and 4 hours or less.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記ピッチ化する工程は、前記第1の条件でピッチ化を行う1段目ピッチ化工程と、前記第1の条件よりも温度が低くかつ時間が長い第2の条件でピッチ化を行う2段目ピッチ化工程とを有することが好ましい。 In the method for producing a pitch according to an aspect of the present invention, the step of pitching comprises: a first stage pitching step of pitching under the first condition; It is preferable to have a second stage pitching step in which pitching is performed under a second condition in which the length is long.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記第2の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、250℃以上350℃以下、及び1時間以上10時間以下であることが好ましい。 In the pitch manufacturing method according to an aspect of the present invention, the second conditions are preferably 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 250° C. or more and 350° C. or less, and 1 hour or more and 10 hours or less.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記反応生成物から前記ピッチを分離する工程は、前記反応生成物を洗浄した後、洗浄された前記反応生成物を減圧蒸留することにより分離することが好ましい。 In the method for producing pitch according to an aspect of the present invention, the step of separating the pitch from the reaction product includes washing the reaction product, and then separating the washed reaction product by distillation under reduced pressure. is preferred.

本発明の一態様に係るピッチの製造方法において、前記ピッチを分離する工程で前記反応生成物から分離された前記ピッチを、さらに炭化する工程を有することが好ましい。 The method for producing pitch according to an aspect of the present invention preferably further includes a step of carbonizing the pitch separated from the reaction product in the step of separating the pitch.

本発明の一態様によれば、褐炭に由来する褐炭合成油または褐炭合成油の溶剤不溶分を用いて、実用性のあるピッチを製造できるピッチの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a pitch manufacturing method capable of manufacturing a practical pitch by using lignite synthetic oil derived from lignite or the solvent-insoluble matter of lignite synthetic oil.

第1実施形態の製造方法を示すフローチャート。4 is a flowchart showing the manufacturing method of the first embodiment; 亜臨界水熱触媒反応プロセスの一例を示す図。The figure which shows an example of a subcritical hydrothermal catalytic reaction process. A炭由来、B炭由来及びC炭由来の褐炭合成油の蒸留曲線を示すグラフ。The graph which shows the distillation curve of the lignite synthetic oil derived from A charcoal, B charcoal, and C charcoal. A炭由来、B炭由来及びC炭由来の褐炭合成油の留分割合を示すグラフ。The graph which shows the fraction ratio of the lignite synthetic oil derived from A charcoal, B charcoal, and C charcoal. 第2実施形態の製造方法を示すフローチャート。6 is a flow chart showing a manufacturing method of the second embodiment; 第3実施形態の製造方法を示すフローチャート。6 is a flow chart showing a manufacturing method according to the third embodiment; 実施例1のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率100倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 1 (100x magnification). 実施例1のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率400倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 1 (400x magnification). 実施例2のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率100倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 2 (100x magnification). 実施例2のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率400倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 2 (400x magnification). 実施例3のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率200倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 3 (200x magnification). 実施例3のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率500倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 3 (500x magnification). 実施例3のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率1000倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 3 (1000x magnification). 実施例4のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率400倍)。Polarizing micrograph of the pitch of Example 4 (400x magnification). 比較例1のピッチの偏光顕微鏡写真(倍率400倍)。A polarizing microscope photograph of the pitch of Comparative Example 1 (400x magnification). ナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)と芳香族指数faとの関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the ratio of the number of naphthenic rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra) and the aromatic index fa.

本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前に記載される数値を下限値とし、「~」の後に記載される数値を上限値として含む範囲を意味する。 In the present specification, the numerical range represented using "to" means a range including the numerical value described before "to" as the lower limit and the numerical value described after "to" as the upper limit. do.

〔第1実施形態〕
本実施形態に係るピッチの製造方法(以下、「本実施形態の製造方法」とも称する)は、褐炭合成油または「褐炭合成油の溶剤不溶分」を原料に用いてピッチを製造する方法である。
本明細書において、褐炭とは、無水無灰基準において、総発熱量が5,800kcal/kg以上7,300kcal/kg未満の石炭を意味する。なお、瀝青炭とは、無水無灰基準において、総発熱量が8,100kcal/kg以上8,400kcal/kg未満の石炭を意味する。亜瀝青炭とは、無水無灰基準において、総発熱量が7,300kcal/kg以上8,100kcal/kg未満の石炭を意味する。
本明細書において、「褐炭合成油」とは、褐炭に由来する合成油であって、具体的には、褐炭及び水を含む混合物を加圧下で水熱処理することで得られる合成油を意味する。この「褐炭及び水を含む混合物を加圧下で水熱処理する」というプロセスは、亜臨界水熱触媒反応プロセスとも呼ばれている。詳細は後述する。
本明細書において、「褐炭合成油の溶剤不溶分」とは、前記褐炭合成油を、溶剤に溶解させたときの不溶分を意味する。例えば、褐炭合成油を溶剤としてのヘキサンに溶解させたときのヘキサン不溶分は、ヘキサン全量に対し30質量%程度である、本実施形態の製造方法では、この30質量%程度のヘキサン不溶分が、原料としての「褐炭合成油の溶剤不溶分」に相当する。
[First embodiment]
The method for producing pitch according to the present embodiment (hereinafter also referred to as "the production method of the present embodiment") is a method for producing pitch using synthetic brown coal oil or "solvent-insoluble matter of synthetic brown coal oil" as a raw material. .
In the present specification, lignite means coal having a total calorific value of 5,800 kcal/kg or more and less than 7,300 kcal/kg on an anhydrous and ashless basis. Bituminous coal means coal having a total calorific value of 8,100 kcal/kg or more and less than 8,400 kcal/kg on an anhydrous and ashless standard. Subbituminous coal means coal having a total calorific value of 7,300 kcal/kg or more and less than 8,100 kcal/kg on an anhydrous and ashless standard.
As used herein, the term “brown coal synthetic oil” refers to a synthetic oil derived from brown coal, specifically a synthetic oil obtained by subjecting a mixture containing brown coal and water to hydrothermal treatment under pressure. . This process of "hydrothermally treating a mixture containing lignite and water under pressure" is also called a subcritical hydrothermal catalytic reaction process. Details will be described later.
In the present specification, "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" means insoluble matter when the brown coal synthetic oil is dissolved in a solvent. For example, when brown coal synthetic oil is dissolved in hexane as a solvent, the hexane-insoluble matter is about 30% by mass with respect to the total amount of hexane. , corresponds to the “solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil” as a raw material.

図1は、第1実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態の製造方法は、原料である「褐炭合成油」または「褐炭合成油の溶剤不溶分」を、触媒の存在下で、加圧下で加熱し、前記原料をピッチ化する工程ST1(以下、「ピッチ化工程ST1」とも称する)と、前記ピッチ化工程ST1で得られた反応生成物からピッチを分離する工程ST2(以下、「ピッチ分離工程ST2」とも称する)と、を有する。
FIG. 1 is a flow chart showing the manufacturing method of the first embodiment.
In the production method of the present embodiment, the raw material "brown coal synthetic oil" or "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" is heated under pressure in the presence of a catalyst, and step ST1 (hereinafter referred to as , also referred to as a “pitching step ST1”), and a step ST2 of separating pitch from the reaction product obtained in the pitching step ST1 (hereinafter also referred to as a “pitch separation step ST2”).

従来、ピッチの原料としては、石炭及びコールタールが用いられてきた。コールタールの原料である石炭は、前述の通り、主に、瀝青炭が利用されており、褐炭は、芳香族炭素割合が低い等の性状から、利用が困難とされていた。
本発明者らは、ピッチの原料として、特定のプロセス(亜臨界水熱触媒反応プロセス)で製造された褐炭由来の合成油(褐炭合成油)または「褐炭合成油の溶剤不溶分」を用い、この原料を触媒の存在下で、加圧下で加熱してピッチ化し、その後、反応生成物からピッチを分離する(好ましくは減圧蒸留で分離する)ことにより、実用性のあるピッチを製造できることを見い出した。さらに、原料をピッチ化する際に用いる触媒を選択することで、等方性ピッチと、メソフェーズピッチの両者を製造できることを見い出した。
本明細書において、「等方性ピッチ」とは、ピッチを炭化させることで得られる炭化物(以下、「ピッチ炭化物」とも称する)を偏光顕微鏡で観察した場合に、通常、光学的等方性組織のみしか出現させ得ないピッチを意味する。
本明細書において、「メソフェーズピッチ」とは、ピッチ炭化物を偏光顕微鏡で観察した場合に、光学的異方性組織を形成し得るピッチを意味する。偏光顕微鏡によるピッチ炭化物の観察方法は、実施例の項に記載する。
本実施形態の製造方法によれば、世界に多量に存在する未利用の褐炭を有効に利用して褐炭由来のピッチを製造することができる。
さらに本実施形態の製造方法によれば、等方性ピッチと、メソフェーズピッチの両者を製造できるので、製造されたピッチを、その構造に応じて汎用炭素材にも高機能炭素材にも適用することができると考えられる。
このような褐炭の利用は、未利用資源のノーブルユースの観点、及び将来のピッチ原料不足を解消する観点からも極めて有用である。
Conventionally, coal and coal tar have been used as raw materials for pitch. As described above, bituminous coal is mainly used as the raw material for coal tar, and lignite has been considered difficult to use because of its low aromatic carbon content and other properties.
As a raw material for pitch, the present inventors use synthetic oil derived from brown coal (brown coal synthetic oil) produced by a specific process (subcritical hydrothermal catalytic reaction process) or "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil", It was found that a practical pitch can be produced by heating this raw material under pressure in the presence of a catalyst to form a pitch, and then separating the pitch from the reaction product (preferably by distillation under reduced pressure). rice field. Furthermore, the inventors have found that both isotropic pitch and mesophase pitch can be produced by selecting the catalyst used in pitching the raw material.
As used herein, the term “isotropic pitch” means that when a carbide obtained by carbonizing pitch (hereinafter also referred to as “pitch carbide”) is observed with a polarizing microscope, it usually has an optically isotropic structure. means a pitch that can only appear with
As used herein, "mesophase pitch" means pitch capable of forming an optically anisotropic structure when the pitch carbide is observed with a polarizing microscope. A method for observing pitch carbides with a polarizing microscope is described in the section of Examples.
According to the production method of the present embodiment, lignite-derived pitch can be produced by effectively utilizing unused lignite that exists in large quantities in the world.
Furthermore, according to the production method of the present embodiment, both isotropic pitch and mesophase pitch can be produced, so the produced pitch can be applied to general-purpose carbon materials and high-performance carbon materials depending on its structure. It is considered possible.
Such utilization of lignite is extremely useful from the viewpoint of noble use of unused resources and from the viewpoint of resolving future pitch raw material shortages.

始めに、原料である褐炭合成油及び「褐炭合成油の溶剤不溶分」について説明する。 First, the brown coal synthetic oil and the "solvent-insoluble matter of the brown coal synthetic oil", which are raw materials, will be described.

<褐炭合成油>
図2は、亜臨界水熱触媒反応プロセス(以下、「Cat-HTRプロセス」とも称する)の概要である。図2は、Cat-HTRプロセスの一例である。
図2に示すCat-HTRプロセスにおいては、まず、褐炭及び水を混合した褐炭水スラリーを、触媒の存在下で、240気圧、350℃で亜臨界水熱処理を行い、圧力を瞬時に大気圧まで降下させ、ガスを分離する(約15質量%、主体はCO)。得られた、反応物スラリーから水を分離し、更に450℃で蒸留すると、約60質量%の改質炭、及び約20質量%~30質量%の褐炭合成油が得られる。
通常、コークス炉から得られるコールタールの収率は、約7質量%~8質量%とされているが、このCat-HTRプロセスで得られる褐炭合成油の収率は、約20質量%~30質量%と高い。したがって、本実施形態の製造方法によれば、コールタールからピッチを製造する場合に比べ、褐炭を効率よく利用することができる。
なお、図2に示すCat-HTRプロセスにおいて、亜臨界水熱処理における圧力(240気圧)、温度(350℃)及び圧力を瞬時に降下させたときの圧力(大気圧)、並びに蒸留温度(450℃)はこれに限定されない。
<Brown coal synthetic oil>
FIG. 2 is an overview of the subcritical hydrothermal catalytic reaction process (hereinafter also referred to as “Cat-HTR process”). FIG. 2 is an example of the Cat-HTR process.
In the Cat-HTR process shown in FIG. 2, first, a lignite water slurry, which is a mixture of lignite and water, is subjected to subcritical hydrothermal treatment at 240 atm and 350° C. in the presence of a catalyst, and the pressure is instantly increased to atmospheric pressure. Let it fall and separate the gas (approximately 15% by weight, mainly CO 2 ). Water is separated from the resulting reactant slurry and further distilled at 450° C. to obtain about 60% by mass of modified coal and about 20% to 30% by mass of brown coal synthetic oil.
Normally, the yield of coal tar obtained from a coke oven is about 7% to 8% by mass, but the yield of brown coal synthetic oil obtained in this Cat-HTR process is about 20% to 30% by mass. % by mass and high. Therefore, according to the production method of the present embodiment, lignite can be used more efficiently than when pitch is produced from coal tar.
In the Cat-HTR process shown in FIG. 2, the pressure (240 atm), the temperature (350 ° C.) in the subcritical hydrothermal treatment, the pressure (atmospheric pressure) when the pressure is instantaneously lowered, and the distillation temperature (450 ° C. ) is not limited to this.

(褐炭合成油の性状)
褐炭合成油に含まれる芳香族炭化水素の割合は、通常、40質量%~60質量%である。褐炭合成油に含まれる脂肪族炭化水素の割合は、通常、40質量%~60質量%である。芳香族炭化水素及び脂肪族炭化水素の割合(質量%)は、公知の13C-NMR法により測定することができる。
褐炭合成油の元素分析値は、通常、炭素原子が82質量%~84質量%、水素原子が8質量%~10質量%、及び酸素原子が6質量%~8質量%である。元素分析値は、JIS M8813(2004)に基づき測定することができる。
褐炭合成油の沸点留分は、通常、170℃~620℃である。
(Properties of brown coal synthetic oil)
The proportion of aromatic hydrocarbons contained in brown coal synthetic oil is usually 40% by mass to 60% by mass. The proportion of aliphatic hydrocarbons contained in brown coal synthetic oil is usually 40% to 60% by mass. The ratio (% by mass) of aromatic hydrocarbons and aliphatic hydrocarbons can be measured by a known 13 C-NMR method.
The elemental analysis values of brown coal synthetic oil are usually 82% to 84% by weight of carbon atoms, 8% to 10% by weight of hydrogen atoms, and 6% to 8% by weight of oxygen atoms. The elemental analysis value can be measured based on JIS M8813 (2004).
The boiling fraction of brown coal synthetic oil is usually 170°C to 620°C.

表1は、A炭(インドネシア産の褐炭)、B炭(インドネシア産の褐炭)及びC炭(インドネシア産の褐炭)を用いてCat-HTRプロセスで製造された褐炭合成油の各元素濃度である。
以下、A炭、B炭及びC炭を用いてCat-HTRプロセスで製造された褐炭合成油を「A炭由来の褐炭合成油」、「B炭由来の褐炭合成油」及び「C炭由来の褐炭合成油」と称することがある。
表2は、IFO(Intermediate Fuel Oil) RMG380(Residual Marine fuel oil の動粘度380mm/sグレード)の主な規格値、並びにA炭由来、B炭由来及びC炭由来の褐炭合成油の物性値である。
図3に、A炭由来、B炭由来及びC炭由来の褐炭合成油の蒸留曲線を示す。
図4に、A炭由来、B炭由来及びC炭由来の褐炭合成油の留分割合を示す。
Table 1 shows the concentration of each element in brown coal synthetic oil produced by the Cat-HTR process using A coal (Indonesian brown coal), B coal (Indonesian brown coal) and C coal (Indonesian brown coal). .
Hereinafter, the synthetic lignite oil produced by the Cat-HTR process using coal A, coal B, and coal C will be referred to as "coal A-derived brown coal synthetic oil", "coal B-derived lignite synthetic oil", and "coal C-derived lignite synthetic oil". It is sometimes called lignite synthetic oil.
Table 2 shows the main specification values of IFO (Intermediate Fuel Oil) RMG380 (Residual Marine fuel oil kinematic viscosity 380 mm 2 /s grade) and the physical property values of lignite synthetic oils derived from A coal, B coal and C coal. is.
FIG. 3 shows distillation curves of brown coal synthetic oils derived from coal A, coal B, and coal C.
FIG. 4 shows fraction ratios of brown coal synthetic oil derived from coal A, coal B, and coal C.

Figure 0007304575000001
Figure 0007304575000001

・表1の説明
<1は、1ppm未満であることを示す。
n/aは、分析していないことを示す。
Description of Table 1 <1 indicates less than 1 ppm.
n/a indicates not analyzed.

Figure 0007304575000002
Figure 0007304575000002

・表2の説明
<1は、1ppm未満であることを示す。
n/aは、分析していないことを示す。
- Description of Table 2 <1 indicates less than 1 ppm.
n/a indicates not analyzed.

褐炭合成油は、亜臨界水熱触媒反応プロセスで得られたものであれば表1~2及び図3~4に示す性状に限定されない。 The brown coal synthetic oil is not limited to the properties shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 3 and 4 as long as it is obtained by a subcritical hydrothermal catalytic reaction process.

<褐炭合成油の溶剤不溶分>
「褐炭合成油の溶剤不溶分」における溶剤としては、かかる溶剤への褐炭合成油の溶解により、溶剤不溶分が30質量%以上得られるものが好ましい。前記溶剤としては、例えば、ヘキサン、アセトン、及びベンゼン等が挙げられる。
<Solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil>
As the solvent in the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil", it is preferable to obtain a solvent-insoluble matter of 30% by mass or more by dissolving the brown coal synthetic oil in such a solvent. Examples of the solvent include hexane, acetone, and benzene.

本実施形態の製造方法の各工程について説明する。 Each step of the manufacturing method of this embodiment will be described.

<ピッチ化工程ST1>
ピッチ化工程ST1は、原料(褐炭合成油または褐炭合成油の溶剤不溶分)を、触媒の存在下で、加圧下で加熱し、原料をピッチ化する工程である。
ピッチ化工程ST1における圧力、温度、昇温速度、反応時間、及び原料の撹拌速度の好適な範囲は、原料のピッチ化を良好に進行させる観点から、以下の通りである。
<Pitching process ST1>
The pitching step ST1 is a step of heating the raw material (brown coal synthetic oil or the solvent-insoluble portion of the brown coal synthetic oil) under pressure in the presence of a catalyst to form a pitch from the raw material.
Preferred ranges of the pressure, temperature, heating rate, reaction time, and stirring speed of the raw material in the pitching step ST1 are as follows from the viewpoint of favorably advancing the pitching of the raw material.

・圧力
ピッチ化工程ST1における圧力は、好ましくは0.2MPa以上1.5MPa以下、より好ましくは0.2MPa以上1.0MPa以下、さらに好ましくは0.4MPa以上0.8MPa以下である。
- Pressure The pressure in the pitching step ST1 is preferably 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, more preferably 0.2 MPa or more and 1.0 MPa or less, and still more preferably 0.4 MPa or more and 0.8 MPa or less.

・温度
ピッチ化工程ST1における温度は、好ましくは260℃以上450℃以下、より好ましくは260℃以上430℃以下、さらに好ましくは260℃以上420℃以下である。
- Temperature The temperature in the pitching step ST1 is preferably 260°C or higher and 450°C or lower, more preferably 260°C or higher and 430°C or lower, and still more preferably 260°C or higher and 420°C or lower.

・昇温速度
昇温速度は、好ましくは5℃/分以上20℃/分以下、より好ましくは5℃/分以上10℃/分以下である。
- Rate of temperature rise The rate of temperature rise is preferably 5°C/min or more and 20°C/min or less, more preferably 5°C/min or more and 10°C/min or less.

・反応時間
ピッチ化工程ST1における反応時間は、好ましくは20分以上4時間以下、より好ましくは20分以上2時間以下である。
- Reaction time The reaction time in the pitching step ST1 is preferably 20 minutes or more and 4 hours or less, more preferably 20 minutes or more and 2 hours or less.

・原料の撹拌速度
ピッチ化工程ST1は、原料を撹拌しながら行うことが好ましい。
撹拌速度は、好ましくは300rpm以上1200rpm以下である。
- Stirring speed of raw material It is preferable to perform the pitching step ST1 while stirring the raw material.
The stirring speed is preferably 300 rpm or more and 1200 rpm or less.

ピッチ化工程ST1は、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム、及びアルゴン等が挙げられる。不活性ガスは、1種のガスでも、2種以上を混合した混合ガスでもよい。不活性ガスとしては、窒素が好ましい。 The pitching step ST1 is preferably performed under an inert gas atmosphere. Examples of inert gases include nitrogen, helium, and argon. The inert gas may be one type of gas or a mixed gas in which two or more types are mixed. Nitrogen is preferred as the inert gas.

ピッチ化工程ST1は、原料のピッチ化をより良好に進行させる観点から、第1の条件で行うことが好ましい。前記第1の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、260℃以上450℃以下、及び20分以上4時間以下である。 The pitching step ST1 is preferably performed under the first condition from the viewpoint of making the pitching of the raw material more favorable. The first conditions are 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 260° C. or more and 450° C. or less, and 20 minutes or more and 4 hours or less.

(触媒)
触媒は、ハロゲン含有化合物であることが好ましい。ハロゲン含有化合物は、ハロゲン含有有機化合物及びハロゲン含有無機化合物に分類される。ハロゲン含有化合物におけるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素が挙げられる。
ハロゲン含有有機化合物及びハロゲン含有無機化合物について、順に説明する。
(catalyst)
Preferably, the catalyst is a halogen-containing compound. Halogen-containing compounds are classified into halogen-containing organic compounds and halogen-containing inorganic compounds. Halogens in halogen-containing compounds include fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
The halogen-containing organic compound and the halogen-containing inorganic compound will be described in order.

・ハロゲン含有有機化合物
ハロゲン含有有機化合物としては、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、塩素化ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、塩素化ポリスチレン、塩化ビニル-塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル-塩化エチレン共重合体、塩化ビニル-塩化プロピレン共重合体、塩化ビニル-スチレン共重合体、及び塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
ハロゲン含有有機化合物としては、原料のピッチ化を促進する観点から、塩素含有有機化合物であることが好ましく、中でも、ポリ塩化ビニル(PVC)であることが好ましい。
ポリ塩化ビニルとしては特に限定されず、市販品であっても、公知の方法で製造したものであってもよい。ポリ塩化ビニルの純度は高い程好ましいが、触媒として機能する限り特に限定されない。
ポリ塩化ビニルの平均重合度は、1000以上1500以下程度であることが好ましい。すなわち、ポリ塩化ビニルの平均重量分子量は、7000以上1万程度が好ましい。
Halogen-containing organic compounds Halogen-containing organic compounds include, for example, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), chlorinated polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, chlorinated polystyrene, vinyl chloride-chlorinated vinylidene copolymers, vinyl chloride-ethylene chloride copolymers, vinyl chloride-propylene chloride copolymers, vinyl chloride-styrene copolymers, vinyl chloride-vinyl acetate copolymers, and the like.
The halogen-containing organic compound is preferably a chlorine-containing organic compound, and particularly preferably polyvinyl chloride (PVC), from the viewpoint of promoting the pitching of raw materials.
The polyvinyl chloride is not particularly limited, and may be a commercial product or one produced by a known method. The higher the purity of polyvinyl chloride, the more preferable it is, but it is not particularly limited as long as it functions as a catalyst.
The average degree of polymerization of polyvinyl chloride is preferably about 1000 or more and 1500 or less. That is, the average weight molecular weight of polyvinyl chloride is preferably about 7000 or more and about 10,000.

原料が褐炭合成油であり、触媒がハロゲン含有有機化合物(好ましくはポリ塩化ビニル)の場合、触媒と褐炭合成油との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油)は、褐炭合成油の重縮合改質効果を発現させる観点から大きい程よいが、質量比で、好ましくは5/100以上20/100以下、より好ましくは5/100以上10/100以下、さらに好ましくは8/100以上10/100以下である。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油)が、質量比で、5/100以上であると、褐炭合成油の重縮合改質効果が発現され易くなる。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油)が、質量比で、20/100以下であると、褐炭合成油の重縮合改質効果を良好に発現させ、かつコストを削減できる。
When the raw material is brown coal synthetic oil and the catalyst is a halogen-containing organic compound (preferably polyvinyl chloride), the mixing ratio of the catalyst and the brown coal synthetic oil (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is the polycondensation of the brown coal synthetic oil. From the viewpoint of expressing the modification effect, the larger the better, but the mass ratio is preferably 5/100 or more and 20/100 or less, more preferably 5/100 or more and 10/100 or less, further preferably 8/100 or more and 10/100 or less. is.
When the ratio (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is 5/100 or more by mass, the polycondensation reforming effect of the brown coal synthetic oil is likely to be exhibited.
When the ratio (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is 20/100 or less by mass, the polycondensation reforming effect of the brown coal synthetic oil can be favorably exhibited and the cost can be reduced.

原料が「褐炭合成油の溶剤不溶分」であり、触媒がハロゲン含有有機化合物(好ましくはポリ塩化ビニル)の場合、触媒と「褐炭合成油の溶剤不溶分」との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)は、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果を発現させる観点から大きい程よいが、質量比で、好ましくは5/100以上20/100以下、より好ましくは5/100以上10/100以下、さらに好ましくは8/100以上10/100以下である。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)が、質量比で、5/100以上であると、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果が発現され易くなる。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)が、質量比で、20/100以下であると、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果を良好に発現させ、かつコストを削減できる。
When the raw material is the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" and the catalyst is a halogen-containing organic compound (preferably polyvinyl chloride), the mixing ratio of the catalyst and the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" (said catalyst/said The solvent-insoluble content of brown coal synthetic oil) is preferably as large as possible from the viewpoint of expressing the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble content, but the mass ratio is preferably 5/100 or more and 20/100 or less, more preferably 5/100. 10/100 or less, more preferably 8/100 or more and 10/100 or less.
When the ratio (the catalyst/the solvent-insoluble matter of the brown coal synthetic oil) is 5/100 or more by mass, the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble matter is likely to be exhibited.
When the ratio (the catalyst/the solvent-insoluble matter of the brown coal synthetic oil) is 20/100 or less by mass, the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble matter can be satisfactorily expressed and the cost can be reduced. .

触媒としてハロゲン含有有機化合物(好ましくポリ塩化ビニル)を用いると、製造されるピッチ炭化物の光学組織が、局所的にまたは全面的にモザイク状になり易い。なお、光学組織は、ピッチ炭化物を偏光顕微鏡で観察することにより確認できる。
ピッチ炭化物の光学組織は、モザイク構造、流れ構造及びドメイン構造を有する順に異方性が高い組織とされている。表3に、光学的異方性構造の分類例を示す。なお、表3に示す分類は、持田勲、松岡秀一、前田恵子他 第16回石炭科学会議・第46回燃料協会合同大会発表論文集(1979)200頁~206頁に基づく。
表3に示すように、モザイク構造及び流れ構造は、サイズに応じて、さらに分類される。モザイク構造は、超々微細モザイク、超微細モザイク、微細モザイク、中粒モザイク、粗粒モザイク及び超粗粒モザイクの順に異方性が高くなる。流れ構造は、粗粒流れ構造及び流れ構造の順に異方性が高くなる。
したがって、本実施形態の製造方法において、触媒としてハロゲン含有有機化合物(好ましくポリ塩化ビニル)を用いると、メソフェーズピッチが得られ易くなる。その結果、高機能炭素材に適用し得るピッチを製造することができる。
When a halogen-containing organic compound (preferably polyvinyl chloride) is used as a catalyst, the optical texture of the produced pitch carbide tends to become mosaic locally or entirely. The optical structure can be confirmed by observing the pitch carbide with a polarizing microscope.
The optical structure of the pitch carbide has a higher anisotropy in the order of mosaic structure, flow structure and domain structure. Table 3 shows an example of classification of optically anisotropic structures. The classification shown in Table 3 is based on Isao Mochida, Hidekazu Matsuoka, Keiko Maeda, et al., 16th Coal Science Conference/46th Joint Conference of Japan Fuel Association (1979), pp. 200-206.
Mosaic structures and flow structures are further classified according to size, as shown in Table 3. The anisotropy of the mosaic structure increases in the order of ultra-ultrafine mosaic, ultrafine mosaic, fine mosaic, medium-grain mosaic, coarse-grain mosaic, and ultra-coarse-grain mosaic. The flow structure becomes more anisotropic in the order of the coarse-grained flow structure and the flow structure.
Therefore, in the production method of the present embodiment, using a halogen-containing organic compound (preferably polyvinyl chloride) as a catalyst facilitates obtaining mesophase pitch. As a result, a pitch that can be applied to high-performance carbon materials can be produced.

Figure 0007304575000003
Figure 0007304575000003

・ハロゲン含有無機化合物
ハロゲン含有無機化合物としては、例えば、塩化アルミニウム(AlCl)、臭化アルミニウム(AlBr)、塩化チタン(TiCl)、塩化ジルコニウム(ZrCl)、フッ化アンチモン(SbF)、塩化鉄(FeCl)、塩化亜鉛(ZnCl)、フッ化ホウ素(BF)、塩化ホウ素(BCl)、ヨウ化アルミニウム(AlI)、塩化ガリウム(GaCl)、臭化ガリウム(GaBr)、塩化アンチモン(SbCl)、塩化スズ(SnCl)、臭化チタン(TiBr)、臭化亜鉛(ZnBr)、臭化スズ(SnBr)、臭化鉄(FeBr)、フッ化アルミニウム(AlF)、フッ化チタン(TiF)、フッ化亜鉛(ZnF)、及びフッ化スズ(SnF)等が挙げられる。
ハロゲン含有無機化合物としては、原料のピッチ化を促進する観点から、塩素含有無機化合物であることが好ましく、中でも、塩化アルミニウム(AlCl)であることが好ましい。
塩化アルミニウムとしては特に限定されず、入手したものであっても、公知の方法で製造したものであってもよい。塩化アルミニウムの純度は高い程好ましいが、触媒として機能する限り特に限定されない。
Halogen-Containing Inorganic Compound Examples of halogen-containing inorganic compounds include aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum bromide (AlBr 3 ), titanium chloride (TiCl 4 ), zirconium chloride (ZrCl 4 ), and antimony fluoride (SbF 5 ). , iron chloride (FeCl 3 ), zinc chloride (ZnCl 2 ), boron fluoride (BF 3 ), boron chloride (BCl 3 ), aluminum iodide (AlI 3 ), gallium chloride (GaCl 3 ), gallium bromide (GaBr 3 ), antimony chloride (SbCl 5 ), tin chloride (SnCl 2 ), titanium bromide (TiBr 4 ), zinc bromide (ZnBr 2 ), tin bromide (SnBr 2 ), iron bromide (FeBr 3 ), fluorine aluminum oxide (AlF 3 ), titanium fluoride (TiF 4 ), zinc fluoride (ZnF 2 ), tin fluoride (SnF 2 ), and the like.
As the halogen-containing inorganic compound, a chlorine-containing inorganic compound is preferable from the viewpoint of promoting the pitching of the raw material, and aluminum chloride (AlCl 3 ) is particularly preferable.
Aluminum chloride is not particularly limited, and may be obtained or produced by a known method. The purity of aluminum chloride is preferably as high as possible, but is not particularly limited as long as it functions as a catalyst.

原料が褐炭合成油であり、触媒がハロゲン含有無機化合物(好ましくは塩化アルミニウム)の場合、触媒と褐炭合成油との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油)は、褐炭合成油の重縮合改質効果を発現させる観点から大きい程よいが、質量比で、好ましくは5/100以上20/100以下、より好ましくは10/100以上20/100以下、さらに好ましくは10/100以上15/100以下である。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油)が、質量比で、5/100以上であると、褐炭合成油の重縮合改質効果が発現され易くなる。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油)が、質量比で、20/100以下であると、褐炭合成油の重縮合改質効果を良好に発現させ、かつコストを削減できる。
When the raw material is brown coal synthetic oil and the catalyst is a halogen-containing inorganic compound (preferably aluminum chloride), the mixing ratio of the catalyst and brown coal synthetic oil (said catalyst/said brown coal synthetic oil) is the polycondensation reforming of brown coal synthetic oil. From the viewpoint of expressing the quality effect, the larger the better, but the mass ratio is preferably 5/100 or more and 20/100 or less, more preferably 10/100 or more and 20/100 or less, further preferably 10/100 or more and 15/100 or less. be.
When the ratio (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is 5/100 or more by mass, the polycondensation reforming effect of the brown coal synthetic oil is likely to be exhibited.
When the ratio (the catalyst/the brown coal synthetic oil) is 20/100 or less by mass, the polycondensation reforming effect of the brown coal synthetic oil can be favorably exhibited and the cost can be reduced.

原料が「褐炭合成油の溶剤不溶分」であり、触媒がハロゲン含有無機化合物(好ましくは塩化アルミニウム)の場合、触媒と「褐炭合成油の溶剤不溶分」との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)は、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果を発現させる観点から大きい程よいが、質量比で、好ましくは5/100以上20/100以下、より好ましくは10/100以上20/100以下、さらに好ましくは10/100以上15/100以下である。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)が、質量比で、5/100以上であると、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果が発現され易くなる。
前記比(前記触媒/前記褐炭合成油の溶剤不溶分)が、質量比で、20/100以下であると、前記溶剤不溶分の重縮合改質効果を良好に発現させ、かつコストを削減できる。
When the raw material is the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" and the catalyst is a halogen-containing inorganic compound (preferably aluminum chloride), the mixing ratio of the catalyst and the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" (said catalyst/said brown coal The solvent-insoluble content of the synthetic oil) is preferably as large as possible from the viewpoint of expressing the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble content, but the mass ratio is preferably 5/100 or more and 20/100 or less, more preferably 10/100 or more. It is 20/100 or less, more preferably 10/100 or more and 15/100 or less.
When the ratio (the catalyst/the solvent-insoluble matter of the brown coal synthetic oil) is 5/100 or more by mass, the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble matter is likely to be exhibited.
When the ratio (the catalyst/the solvent-insoluble matter of the brown coal synthetic oil) is 20/100 or less by mass, the polycondensation reforming effect of the solvent-insoluble matter can be satisfactorily expressed and the cost can be reduced. .

触媒としてハロゲン含有無機化合物(好ましくは塩化アルミニウム)を用いると、製造されるピッチ炭化物の光学組織が、等方性構造になり易くなる。
したがって、触媒としてハロゲン含有無機化合物(好ましくは塩化アルミニウム)を用いて製造されたピッチは、汎用炭素材への適用が期待される。
When a halogen-containing inorganic compound (preferably aluminum chloride) is used as a catalyst, the optical structure of pitch carbide produced tends to be isotropic.
Therefore, pitch produced using a halogen-containing inorganic compound (preferably aluminum chloride) as a catalyst is expected to be applied to general-purpose carbon materials.

<ピッチ分離工程ST2>
ピッチ分離工程ST2は、ピッチ化工程ST1で得られた反応生成物からピッチを分離する工程である。
ピッチを分離する方法としては特に限定されないが、例えば、減圧蒸留法、常圧蒸留法、溶媒抽出法、濾別、及び遠心分離法等が挙げられる。中でも、ピッチを分離する方法としては、減圧蒸留法が好ましい。
<Pitch separation step ST2>
The pitch separation step ST2 is a step of separating pitch from the reaction product obtained in the pitch formation step ST1.
The method for separating the pitch is not particularly limited, but examples thereof include vacuum distillation, atmospheric distillation, solvent extraction, filtration, and centrifugation. Among them, the vacuum distillation method is preferable as the method for separating the pitch.

ピッチを分離する方法が減圧蒸留法である場合、ピッチを分離し易くする観点から、減圧蒸留時の圧力は4Torr以上200Torr以下であることが好ましく、温度は150℃以上300℃以下であることが好ましく、昇温時間は60分以上180分以下であることが好ましい。 When the method for separating pitch is vacuum distillation, the pressure during vacuum distillation is preferably 4 Torr or more and 200 Torr or less, and the temperature is preferably 150° C. or more and 300° C. or less, from the viewpoint of facilitating pitch separation. Preferably, the heating time is 60 minutes or more and 180 minutes or less.

ピッチ分離工程ST2は、ピッチ化工程ST1で得られた反応生成物を洗浄した後に、前記反応生成物からピッチを分離することが好ましい。
反応生成物の洗浄は、少なくとも水洗浄及び酸洗浄の一方を行うことが好ましく、水洗浄及び酸洗浄の両方を行うことがより好ましい。
The pitch separation step ST2 preferably separates pitch from the reaction product obtained in the pitch formation step ST1 after washing the reaction product.
The reaction product is preferably washed with at least one of water washing and acid washing, and more preferably both water washing and acid washing.

酸洗浄に用いる洗浄液としては特に限定されないが、酸、有機溶剤及び水の混合溶液であることが好ましい。酸としては、例えば、塩酸、硫酸、及び硝酸等が挙げられる。これらは単独で用いても組み合わせて用いてもよい。
有機溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、脂肪族炭化水素(例えば、ペンタン及びヘキサン等)、芳香族炭化水素(例えば、トルエン及びキシレン等)、アルコール(例えば、エタノール等)及びアセトン等が挙げられる。これらは単独で用いても組み合わせて用いてもよい。酸、有機溶剤及び水の混合比率は適宜調整することが好ましい。酸洗浄の回数は1回でもよいし、複数回でもよい。
Although the cleaning liquid used for acid cleaning is not particularly limited, it is preferably a mixed solution of an acid, an organic solvent and water. Acids include, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid. These may be used alone or in combination.
Examples of organic solvents include tetrahydrofuran (THF), aliphatic hydrocarbons (eg, pentane, hexane, etc.), aromatic hydrocarbons (eg, toluene, xylene, etc.), alcohols (eg, ethanol, etc.) and acetone. be done. These may be used alone or in combination. It is preferable to appropriately adjust the mixing ratio of the acid, the organic solvent and the water. The number of times of acid washing may be one or more.

水洗浄に用いる洗浄液としては特に限定されないが、アルコール、有機溶剤(ただしアルコール以外)及び水の混合溶液であることが好ましい。
有機溶剤としては、前記酸洗浄の項で列挙した有機溶剤と同様のものが挙げられる。アルコール、有機溶剤及び水の混合比率は適宜調整することが好ましい。水洗浄の回数は1回でもよいし、複数回でもよい。
Although the cleaning liquid used for water cleaning is not particularly limited, it is preferably a mixed solution of alcohol, an organic solvent (other than alcohol), and water.
Examples of the organic solvent include those listed in the section on acid cleaning. It is preferable to adjust the mixing ratio of alcohol, organic solvent and water as appropriate. The number of times of washing with water may be one or more.

すなわち、ピッチ分離工程ST2は、ピッチ化工程ST1で得られた反応生成物を洗浄した後(より好ましくは水洗浄及び酸洗浄の両方を行った後)、洗浄された前記反応生成物を減圧蒸留することにより分離することが好ましい。 That is, in the pitch separation step ST2, after washing the reaction product obtained in the pitching step ST1 (more preferably after performing both water washing and acid washing), the washed reaction product is distilled under reduced pressure. It is preferable to separate by

〔ピッチの用途〕
本実施形態の製造方法で製造されたピッチは、例えば、汎用炭素材及び高性能炭素材に適用することができる。
本実施形態の製造方法では、等方性ピッチと、メソフェーズピッチの両者を製造することができる。
等方性ピッチは、その炭化物の柔軟性及び摺動性等の性質を活かし、汎用炭素材に好適に用いることができる。
汎用炭素材としては、例えば、電極等の粘結材(例えば、鉄鋼用バインダー等)、高密度等方性炭素、等方性炭素材、黒鉛及び耐熱材等が挙げられる。
メソフェーズピッチは、その炭化物の高弾性及び高伝導性等の性質を活かし、高性能炭素材に好適に用いることができる。
高性能炭素材としては、例えば、炭素電極(例えば、ニードルコークス等)及び炭素繊維原料(例えば、電極等の含浸材等)等が挙げられる。
後述する第2実施形態、第3実施形態及び他の実施形態で製造されたピッチも同様に、上記汎用炭素材及び上記高性能炭素材に適用することができる。
[Use of pitch]
The pitch produced by the production method of the present embodiment can be applied to, for example, general-purpose carbon materials and high-performance carbon materials.
In the production method of the present embodiment, both isotropic pitch and mesophase pitch can be produced.
Isotropic pitch can be suitably used as a general-purpose carbon material, taking advantage of the properties such as flexibility and slidability of the carbide.
Examples of general-purpose carbon materials include caking materials such as electrodes (for example, binders for steel), high-density isotropic carbon, isotropic carbon materials, graphite, and heat-resistant materials.
Mesophase pitch can be suitably used as a high-performance carbon material, taking advantage of the properties of its carbides, such as high elasticity and high conductivity.
Examples of high-performance carbon materials include carbon electrodes (eg, needle coke, etc.) and carbon fiber raw materials (eg, impregnating materials for electrodes, etc.).
The pitches produced in the second embodiment, the third embodiment, and other embodiments, which will be described later, can also be applied to the general-purpose carbon material and the high-performance carbon material.

〔第2実施形態〕
図5は、第2実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
第2実施形態の製造方法は、第1実施形態に対し、ピッチ化工程を2段で実施する点が第1実施形態と異なる。すなわち、第2実施形態のピッチ化工程は、第1実施形態のピッチ化工程ST1の実施後、さらに2段目ピッチ化工程を実施する。その他の点については第1実施形態と同様であるので、その説明を省略または簡略化する。
第2実施形態の製造方法は、図5に示すように、所定の条件で、原料である褐炭合成油または「褐炭合成油の溶剤不溶分」をピッチ化する1段目ピッチ化工程ST11と、所定の条件でさらに原料をピッチ化する2段目ピッチ化工程ST12と、2段目ピッチ化工程で得られた反応生成物からピッチを分離する工程(ピッチ分離工程ST2)と、を有する。
[Second embodiment]
FIG. 5 is a flow chart showing the manufacturing method of the second embodiment.
The manufacturing method of the second embodiment differs from the first embodiment in that the pitching process is performed in two stages. That is, in the pitching process of the second embodiment, the pitching process ST1 of the first embodiment is followed by the second pitching process. Since other points are the same as those of the first embodiment, description thereof will be omitted or simplified.
As shown in FIG. 5, the manufacturing method of the second embodiment includes a first stage pitching step ST11 for pitching the raw material brown coal synthetic oil or "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" under predetermined conditions; It has a second pitching step ST12 of further pitching the raw material under predetermined conditions, and a step of separating pitch from the reaction product obtained in the second pitching step (pitch separation step ST2).

<1段目ピッチ化工程ST11>
1段目ピッチ化工程ST11は、第1実施形態のピッチ化工程ST1と同義であり、好ましい範囲も同様である。すなわち、1段目ピッチ化工程ST11の条件は、第1実施形態におけるピッチ化工程ST1における圧力、温度、昇温速度、反応時間、及び原料の撹拌速度と同様の範囲であることが好ましく、第1実施形態における第1の条件で行うことがより好ましい。
<First stage pitching step ST11>
The first stage pitching step ST11 is synonymous with the pitching step ST1 of the first embodiment, and the preferred range is also the same. That is, the conditions of the first-stage pitching step ST11 are preferably in the same range as the pressure, temperature, heating rate, reaction time, and raw material stirring speed in the pitching step ST1 in the first embodiment. It is more preferable to carry out under the first condition in one embodiment.

<2段目ピッチ化工程ST12>
2段目ピッチ化工程ST12における圧力、温度、昇温速度、反応時間、及び原料の撹拌速度の好適な範囲は、原料のピッチ化をより良好に進行させる観点から、以下の通りである。
<Second-stage pitching step ST12>
Preferred ranges of the pressure, temperature, temperature increase rate, reaction time, and raw material stirring speed in the second-stage pitching step ST12 are as follows from the viewpoint of making the raw material pitch more favorable.

・圧力
2段目ピッチ化工程ST12における圧力は、好ましくは0.2MPa以上1.5MPa以下、より好ましくは0.2MPa以上1.0MPa以下、さらに好ましくは0.4MPa以上0.8MPa以下である。
- Pressure The pressure in the second-stage pitching step ST12 is preferably 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, more preferably 0.2 MPa or more and 1.0 MPa or less, and still more preferably 0.4 MPa or more and 0.8 MPa or less.

・温度
2段目ピッチ化工程ST12における温度は、第1実施形態における第1の条件(260℃以上450℃以下)よりも低いことが好ましい。
具体的には、2段目ピッチ化工程ST12における温度は、好ましくは250℃以上350℃以下、より好ましくは250℃以上320℃以下、さらに好ましくは250℃以上300℃以下である。
- Temperature The temperature in the second-stage pitching step ST12 is preferably lower than the first condition (260°C or higher and 450°C or lower) in the first embodiment.
Specifically, the temperature in the second pitching step ST12 is preferably 250° C. or higher and 350° C. or lower, more preferably 250° C. or higher and 320° C. or lower, and still more preferably 250° C. or higher and 300° C. or lower.

・昇温速度
前記温度に到達するまでの昇温速度は、好ましくは5℃/分以上20℃/分以下、より好ましくは5℃/分以上15℃/分以下である。
- Rate of temperature rise The rate of temperature rise to reach the above temperature is preferably 5°C/min or more and 20°C/min or less, more preferably 5°C/min or more and 15°C/min or less.

・反応時間
2段目ピッチ化工程ST12における反応時間は、第1実施形態における第1の条件(20分以上4時間以下)よりも長いことが好ましい。
具体的には、2段目ピッチ化工程ST12における反応時間は、好ましくは30分以上10時間以下、より好ましくは30分以上5時間以下である。
- Reaction time The reaction time in the second-stage pitching step ST12 is preferably longer than the first condition (20 minutes or more and 4 hours or less) in the first embodiment.
Specifically, the reaction time in the second-stage pitching step ST12 is preferably 30 minutes or more and 10 hours or less, more preferably 30 minutes or more and 5 hours or less.

・原料の撹拌速度
2段目ピッチ化工程ST12は、原料を撹拌しながら行うことが好ましい。
撹拌速度は、好ましくは300rpm以上1200rpm以下である。
- Stirring speed of raw material It is preferable to perform the second-stage pitching step ST12 while stirring the raw material.
The stirring speed is preferably 300 rpm or more and 1200 rpm or less.

2段目ピッチ化工程ST12は、第1実施形態のピッチ化工程ST1と同様に不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。 The second-stage pitching step ST12 is preferably performed in an inert gas atmosphere as in the pitching step ST1 of the first embodiment.

2段目ピッチ化工程ST12は、原料のピッチ化をより良好に進行させる観点から、第2の条件で行うことが好ましい。第2の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、250℃以上350℃以下、及び1時間以上10時間以下である。 The second stage pitching step ST12 is preferably performed under the second condition from the viewpoint of making the pitching of the raw material more favorable. The second conditions are 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 250° C. or more and 350° C. or less, and 1 hour or more and 10 hours or less.

すなわち、第2実施形態におけるピッチ化工程は、第1の条件(0.2MPa以上1.5MPa以下、260℃以上450℃以下、及び20分以上4時間以下)でピッチ化を行う1段目ピッチ化工程ST11と、第1の条件よりも温度が低くかつ時間が長い第2の条件(0.2MPa以上1.5MPa以下、250℃以上350℃以下、及び30分以上10時間以下)でピッチ化を行う2段目ピッチ化工程ST12とを有することが好ましい。 That is, in the pitching step in the second embodiment, the first stage pitch is pitched under the first conditions (0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 260° C. or more and 450° C. or less, and 20 minutes or more and 4 hours or less). Pitching step ST11 and second conditions (0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 250 ° C. or more and 350 ° C. or less, and 30 minutes or more and 10 hours or less) with a lower temperature and a longer time than the first conditions. It is preferable to have a second-stage pitching step ST12 in which

〔第2実施形態の効果〕
第2実施形態の製造方法(ピッチ化工程を2段で行う方法)でピッチを製造すると、ピッチの収率、ピッチの炭化物収率(ピッチ基準)及びピッチの炭化物収率(原料基準)のいずれも増加させることができる。
また、第2実施形態の製造方法でピッチを製造すると、ピッチの芳香環数Raを増加させることができる。特に、触媒として、ハロゲン含有有機化合物であるポリ塩化ビニルを添加して製造したピッチは、芳香族指数fa(BL法)、芳香族指数fa(13C-NMR法)、芳香環数Ra、及びナフテン環数Rnをいずれも増加させるが、一方ナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)は減少させることができるので、凡そfa>0.6(BL法)かつRn/Ra<0.8となるようなメソフェーズピッチが出現する調和のとれた比率になり易い。
したがって、第2実施形態の製造方法によれば、より実用性の高いピッチ及びピッチの炭化物を製造することができる。
[Effect of Second Embodiment]
When pitch is produced by the production method of the second embodiment (the method of performing the pitching process in two steps), any of the pitch yield, the pitch carbide yield (pitch basis), and the pitch carbide yield (raw material basis) can also be increased.
Moreover, when the pitch is produced by the production method of the second embodiment, the aromatic ring number Ra of the pitch can be increased. In particular, the pitch produced by adding polyvinyl chloride, which is a halogen-containing organic compound, as a catalyst has an aromatic index fa (BL method), an aromatic index fa ( 13 C-NMR method), an aromatic ring number Ra, and Both the number of naphthene rings Rn are increased, while the ratio of the number of naphthene rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra) can be decreased, so that approximately fa>0.6 (BL method) and Rn/Ra<0 There tends to be a harmonious ratio where the mesophase pitch appears to be 0.8.
Therefore, according to the production method of the second embodiment, more practical pitch and pitch carbide can be produced.

〔第3実施形態〕
図6は、第3実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
第3実施形態の製造方法は、第2実施形態に対し、ピッチ分離工程ST2で分離されたピッチを、さらに炭化する工程(以下、「炭化工程ST3」とも称する)を有する点が第2実施形態と異なる。その他の点については第2実施形態と同様であるので、その説明を省略または簡略化する。
具体的には、第3実施形態の製造方法は、1段目ピッチ化工程ST11と、2段目ピッチ化工程ST12と、ピッチ分離工程ST2と、さらに炭化工程ST3とを有する。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a flow chart showing the manufacturing method of the third embodiment.
The manufacturing method of the third embodiment differs from the second embodiment in that it includes a step of further carbonizing the pitch separated in the pitch separation step ST2 (hereinafter also referred to as "carbonization step ST3"). different from Since other points are the same as those of the second embodiment, description thereof will be omitted or simplified.
Specifically, the manufacturing method of the third embodiment includes a first pitching step ST11, a second pitching step ST12, a pitch separation step ST2, and a carbonization step ST3.

<炭化工程>
炭化工程ST3は、ピッチ分離工程ST2で分離されたピッチをさらに炭化する工程である。
炭化方法は特に限定されない。炭化方法としては、例えば、不活性ガス雰囲気下でピッチを加熱する方法が挙げられる。不活性ガスとしては、第1実施形態のピッチ化工程ST1の項で列挙した不活性ガスと同様のものが挙げられる。
<Carbonization process>
The carbonization step ST3 is a step of further carbonizing the pitch separated in the pitch separation step ST2.
A carbonization method is not particularly limited. As a carbonization method, for example, there is a method of heating pitch in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include the same inert gases as listed in the section of the pitching step ST1 in the first embodiment.

炭化を良好に進行させる観点から、炭化工程ST3における炭化温度は450℃以上650℃以下であることが好ましく、昇温速度は1℃/分以上5℃/分以下であることが好ましく、保持時間の好適な範囲は30分以上4時間以下であることが好ましい。
炭化装置としては、ピッチを低酸素雰囲気下(好ましくは不活性ガス雰囲気下)で炭化できる装置であれば特に限定されず、公知の炭化装置を用いることができる。
From the viewpoint of good progress of carbonization, the carbonization temperature in the carbonization step ST3 is preferably 450° C. or higher and 650° C. or lower, the heating rate is preferably 1° C./min or higher and 5° C./min or lower, and the holding time is is preferably 30 minutes or more and 4 hours or less.
The carbonization device is not particularly limited as long as it can carbonize the pitch in a low-oxygen atmosphere (preferably in an inert gas atmosphere), and a known carbonization device can be used.

〔第3実施形態の効果〕
第3実施形態によれば、原料をピッチ化する際に用いる触媒を選択することで、光学的等方性組織を有するピッチ炭化物、光学的異方性組織を有するピッチ炭化物、または光学的等方性組織及び光学的異方性組織の両者を有するピッチ炭化物を製造することができる。したがって、製造されたピッチ炭化物を、前述の等方性ピッチまたはメソフェーズピッチのそれぞれの利点を活かした用途に適用することができる。用途としては、例えば、第1実施形態の「ピッチの用途」で記載した用途が挙げられる。
[Effect of the third embodiment]
According to the third embodiment, by selecting the catalyst used when pitching the raw material, pitch carbide having an optically isotropic structure, pitch carbide having an optically anisotropic structure, or optically isotropic Pitch carbides can be produced that have both anisotropic and optically anisotropic textures. Therefore, the manufactured pitch carbide can be applied to applications that make use of the respective advantages of isotropic pitch or mesophase pitch. Applications include, for example, the applications described in the "Pitch Applications" section of the first embodiment.

〔他の実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は、本発明に含まれる。
例えば、第1実施形態において、ピッチ分離工程の後に、さらに炭化工程を実施してもよい。
例えば、第2実施形態及び第3実施形態において、ピッチ化工程を3段以上で行ってもよい。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the first embodiment, a carbonization step may be performed after the pitch separation step.
For example, in the second and third embodiments, the pitching process may be performed in three stages or more.

以下、本発明に係る実施例を説明する。本発明はこれらの実施例によって何ら限定されない。 Examples of the present invention will be described below. The present invention is by no means limited by these examples.

〔実施例1〕
原料として、図2に示す亜臨界水熱触媒反応プロセスで製造した褐炭合成油を用いた。この褐炭合成油は、表1~2及び図3~4に示す性状のA炭由来の褐炭合成油である。
触媒として、ポリ塩化ビニル(ナカライテスク社製、品番:36305-65、平均重合度:1020)を用いた。
[Example 1]
As a raw material, lignite synthetic oil produced by the subcritical hydrothermal catalytic reaction process shown in FIG. 2 was used. This brown coal synthetic oil is a coal A-derived brown coal synthetic oil having properties shown in Tables 1 and 2 and FIGS.
As a catalyst, polyvinyl chloride (manufactured by Nacalai Tesque, product number: 36305-65, average degree of polymerization: 1020) was used.

<ピッチ化工程(1段目ピッチ化工程)>
褐炭合成油100質量部に対し、PVC8質量部を添加した。褐炭合成油とPVCとの全量は50gである。
褐炭合成油とPVCとの混合物をオートクレーブに投入し、オートクレーブ内を反応雰囲気ガス(Nガス)で5回置換した後、系内を室温(25℃)で、初期圧0.4MPaで維持した。
次に、初期圧を維持しつつ、バンドヒーターを用いて混合物を10℃/分の昇温速度で390℃まで昇温し、1000rpmで撹拌しながら、390℃で1時間加熱し(第1の条件)、褐炭合成油をピッチ化した。
次に、バンドヒーターを外し、風冷にて反応生成物を急冷して系内を室温(25℃)まで戻し、ガス抜きを行った。
<Pitching process (first stage pitching process)>
8 parts by mass of PVC was added to 100 parts by mass of brown coal synthetic oil. The total amount of brown coal synthetic oil and PVC is 50 g.
A mixture of brown coal synthetic oil and PVC was put into the autoclave, and after the inside of the autoclave was replaced with the reaction atmosphere gas ( N gas) five times, the inside of the system was maintained at room temperature (25°C) at an initial pressure of 0.4 MPa. .
Next, while maintaining the initial pressure, the mixture was heated to 390°C at a heating rate of 10°C/min using a band heater, and heated at 390°C for 1 hour while stirring at 1000 rpm (first condition), the brown coal synthetic oil was pitched.
Next, the band heater was removed, the reaction product was quenched by air cooling, the inside of the system was returned to room temperature (25° C.), and the gas was removed.

次に、反応生成物を直接回収して定量した。また、テトラヒドロフラン(THF)を用いて、攪拌機等への付着物も回収して定量した。 The reaction products were then directly collected and quantified. In addition, using tetrahydrofuran (THF), deposits on the stirrer or the like were also collected and quantified.

<ピッチ分離工程>
(酸洗浄)
水とTHFとの混合溶液(水:THF=1:1(質量比))を用いて、反応生成物の全量(攪拌機等への付着物を含む)をナスフラスコに回収した後、酸洗浄を行った。
具体的には、35質量%濃度の塩酸/水/THFの混合溶液A(質量比は、塩酸:水:THF=1:1:2~1:1:3)を準備し、反応生成物1質量部に対し混合溶液Aを10質量部混合し、超音波振とう後、エバポレーターで蒸留してTHFを除去した。その後、水溶液を除去し、水煮沸洗浄を3回行った。この水煮沸洗浄3回を1セットとし、これを2セット繰り返した。
<Pitch separation process>
(Acid cleaning)
Using a mixed solution of water and THF (water: THF = 1:1 (mass ratio)), the entire amount of the reaction product (including deposits on the stirrer etc.) is collected in an eggplant flask, and then acid washing is performed. gone.
Specifically, a mixed solution A of hydrochloric acid/water/THF having a concentration of 35% by mass (mass ratio is hydrochloric acid:water:THF=1:1:2 to 1:1:3) is prepared, and reaction product 1 10 parts by mass of the mixed solution A was mixed with respect to parts by mass, ultrasonically shaken, and distilled by an evaporator to remove THF. Thereafter, the aqueous solution was removed, and washing with boiling water was performed three times. This washing with boiling water three times was defined as one set, and this was repeated two sets.

(水洗浄)
次に、酸洗浄後の反応生成物に対し、水洗浄を行った。具体的には、エタノール/水/THFの混合溶液B(質量比は、エタノール:水:THF=1:1:1)を準備し、酸洗浄後の反応生成物1質量部に対し混合溶液Bを10質量部混合し、超音波振とう後、エバポレーターで蒸留してTHFを除去した。その後、エタノール水溶液の煮沸洗浄を5回行った。
(water wash)
Next, the reaction product after acid washing was washed with water. Specifically, a mixed solution B of ethanol/water/THF (mass ratio: ethanol:water:THF=1:1:1) was prepared, and mixed solution B was added to 1 part by mass of the reaction product after acid washing. 10 parts by mass of were mixed, and after ultrasonic shaking, distillation was performed using an evaporator to remove THF. After that, washing with boiling ethanol aqueous solution was performed five times.

(均一化処理)
水洗浄後の反応生成物を乾燥させた後、反応生成物をTHFに溶解させた。
(Equalizing treatment)
After drying the reaction product after washing with water, the reaction product was dissolved in THF.

(減圧蒸留)
次に、圧力8Torr、温度220℃(昇温時間120分)で減圧蒸留を2時間行い、ピッチを留出した。以上のようにして、実施例1の褐炭由来のピッチを得た。
(Reduced pressure distillation)
Next, vacuum distillation was performed for 2 hours at a pressure of 8 Torr and a temperature of 220° C. (heating time: 120 minutes) to distill the pitch. As described above, the lignite-derived pitch of Example 1 was obtained.

<炭化工程>
留出したピッチから試料3gを採取し、以下の条件で炭化処理を行った。
以上のようにして、実施例1のピッチから、さらにピッチ炭化物を得た。
-条件-
・装置 :炭化装置(KRI社作製、電気加熱式横型炭化炉を備える炭化装置)
・昇温速度:1.5℃/分
・炭化温度:600℃
・保持時間:1時間
・雰囲気ガス:窒素(300mL/分)
<Carbonization process>
A 3 g sample was taken from the distilled pitch and carbonized under the following conditions.
As described above, pitch carbide was further obtained from the pitch of Example 1.
-conditions-
・Equipment: Carbonization equipment (manufactured by KRI, carbonization equipment equipped with an electric heating horizontal carbonization furnace)
・Temperature increase rate: 1.5°C/min ・Carbonization temperature: 600°C
・Retention time: 1 hour ・Atmospheric gas: Nitrogen (300 mL/min)

〔実施例2〕
実施例1に対し、1段目ピッチ化工程の後に、下記方法で2段目ピッチ化工程を行ったこと以外、実施例1と同様の方法で実施例2のピッチ及びピッチ炭化物を得た。
[Example 2]
Pitch and pitch carbide of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that after the first pitching step, the second pitching step was performed by the following method.

<2段目ピッチ化工程>
1段目ピッチ化工程において、系内を室温(25℃)まで戻し、ガス抜きを行った後、系内を0.4MPaとした。1段目ピッチ化工程で得られた反応生成物を10℃/分の昇温速度で280℃まで再昇温し、1000rpmで撹拌しながら、280℃で4時間加熱し(第2条件)、反応生成物をさらにピッチ化した。
<Second-stage pitching process>
In the first-stage pitching step, the inside of the system was returned to room temperature (25° C.), degassed, and then the inside of the system was brought to 0.4 MPa. The reaction product obtained in the first stage pitching step was reheated to 280°C at a heating rate of 10°C/min and heated at 280°C for 4 hours while being stirred at 1000 rpm (second condition), The reaction product was further pitted.

〔実施例3〕
実施例2に対し、褐炭合成油に代えて、この「褐炭合成油の溶剤不溶分」を原料に用いたこと以外、実施例2と同様の方法で実施例3のピッチ及びピッチ炭化物を得た。なお、「褐炭合成油の溶剤不溶分」は、以下のようにして準備した。
[Example 3]
Pitch and pitch carbide of Example 3 were obtained in the same manner as in Example 2, except that this "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" was used as a raw material instead of brown coal synthetic oil in Example 2. . The "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" was prepared as follows.

<褐炭合成油の溶剤不溶分>
褐炭合成油2.5gとヘキサン50mLとを混合し、得られた混合物をソックスレー抽出器に挿入し50℃で加温しながら約50回ヘキサンを還流させてヘキサン可溶分を抽出した。その後、円筒濾紙を用いてヘキサン不溶分を分別した。具体的には、円筒濾紙内に残った残渣物を100℃で乾燥しヘキサンを蒸留させた。このヘキサン蒸留後の残渣物をヘキサン不溶分(褐炭合成油の溶剤不溶分)とした。
<Solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil>
2.5 g of brown coal synthetic oil and 50 mL of hexane were mixed, and the resulting mixture was placed in a Soxhlet extractor and heated at 50° C. while refluxing hexane about 50 times to extract hexane-soluble matter. After that, the hexane-insoluble matter was fractionated using a thimble. Specifically, the residue remaining in the thimble was dried at 100° C. and hexane was distilled. The residue after this hexane distillation was used as a hexane-insoluble matter (solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil).

〔実施例4~6〕
実施例1に対し、PVC8.0質量部に代えて塩化アルミニウム(ナカライテスク社製、品番:01711-15、純度:98%)13.33質量部を用いたこと、並びに1段目ピッチ化工程の温度及び時間を表4に示す温度及び時間に変更したこと以外、実施例1と同様の方法で実施例4~6のピッチ及びピッチ炭化物を得た。
[Examples 4 to 6]
For Example 1, instead of 8.0 parts by mass of PVC, 13.33 parts by mass of aluminum chloride (manufactured by Nacalai Tesque, product number: 01711-15, purity: 98%) was used, and the first stage pitching process Pitch and pitch carbides of Examples 4 to 6 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature and time of 1 were changed to those shown in Table 4.

〔実施例7〕
実施例2に対し、PVC8.0質量部に代えて塩化アルミニウム(AlCl)13.33質量部を用いたこと、1段目ピッチ化工程の温度及び時間を表4に示す温度及び時間に変更したこと、並びに2段目ピッチ化工程の温度を表4に示す温度に変更したこと以外、実施例2と同様の方法で実施例7のピッチ及びピッチ炭化物を得た。
[Example 7]
Compared to Example 2, 13.33 parts by mass of aluminum chloride (AlCl 3 ) was used instead of 8.0 parts by mass of PVC, and the temperature and time of the first stage pitching process were changed to the temperatures and times shown in Table 4. Pitch and pitch carbide of Example 7 were obtained in the same manner as in Example 2, except that the temperature in the second stage pitching step was changed to the temperature shown in Table 4.

〔比較例1〕
実施例2に対し、触媒を添加しなかったこと以外、実施例2と同様の方法で比較例1のピッチ及びピッチ炭化物を得た。
[Comparative Example 1]
Pitch and pitch carbide of Comparative Example 1 were obtained in the same manner as in Example 2, except that no catalyst was added.

〔評価〕
<ピッチ収率及びピッチ炭化物収率>
ピッチ収率(Y)、ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)及びピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)を以下の方法で算出した。
いずれの収率も灰分を除外して算出した。すなわち、ピッチ収率(Y)、ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)及びピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)は、無灰ベースでの収率である。結果を表4に示す。
〔evaluation〕
<Pitch yield and pitch carbide yield>
Pitch yield (Y p ), pitch carbide yield (pitch basis) (Y 1 ) and pitch carbide yield (raw material basis) (Y 2 ) were calculated by the following methods.
All yields were calculated excluding ash. That is, pitch yield (Y p ), pitch char yield (based on pitch) (Y 1 ) and pitch char yield (based on feedstock) (Y 2 ) are yields on an ashless basis. Table 4 shows the results.

〔灰分量の測定〕
原料、ピッチ及びピッチ炭化物に含まれる灰分量は以下の条件で測定した。乾燥質量基準の灰分量は、下記式(10)により算出した。
乾燥質量基準の灰分量[wt%]=Wash/Wdry×100…(10)
dry:120℃乾燥質量[g]
ash:燃焼灰質量[g]
-条件-
・装置:示差熱天秤TG-DTA(マックサイエンス社製)
・雰囲気:大気雰囲気、200mL/min
・120℃乾燥質量Wdryの温度条件
昇温速度:10℃/minで、室温(25℃)から120℃まで昇温
保持時間:120℃、20min
・燃焼灰質量Washの温度条件
昇温速度:10℃/minで、120℃から950℃まで昇温
[Measurement of ash content]
The ash content contained in the raw material, pitch and pitch carbide was measured under the following conditions. The dry mass-based ash content was calculated by the following formula (10).
Dry mass-based ash content [wt%] = W ash / W dry × 100 (10)
W dry : 120°C dry mass [g]
W ash : Combustion ash mass [g]
-conditions-
・ Apparatus: Differential thermal balance TG-DTA (manufactured by Mac Science)
・Atmosphere: Air atmosphere, 200 mL/min
・Temperature condition of 120°C dry mass W dry Heating rate: 10°C/min, temperature rise from room temperature (25°C) to 120°C Holding time: 120°C, 20 min
・Temperature conditions for combustion ash mass W ash Heating rate: 10°C/min from 120°C to 950°C

〔ピッチ収率(Y)〕
ピッチ収率(Y)は、式(1)により算出した。
(wt%)={W*(100-A)/100}/{W*(100-A)/100}…(1)
:原料の投入量(g)
:ピッチの収量(g)
:原料の灰分(wt%)
:ピッチの灰分(wt%)
[Pitch yield (Y p )]
The pitch yield (Y p ) was calculated by Equation (1).
Y P (wt%) = {W 2 * (100-A P )/100}/{W 1 * (100-A 0 )/100} (1)
W 1 : Input amount of raw material (g)
W 2 : Yield of pitch (g)
A 0 : ash content of raw material (wt%)
A P : Ash content of pitch (wt%)

〔ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)〕
ピッチ炭化物収率(Y)は、式(2)により算出した。
(wt%)={Wc*(100-A)/100}/{W*(100-A)/100}…(2)
:炭化前のピッチの質量(g)
:ピッチ炭化物の質量(g)
:ピッチの灰分(wt%)
:ピッチ炭化物の灰分(wt%)
[Pitch carbide yield (pitch basis) (Y 1 )]
The pitch carbide yield (Y 1 ) was calculated by Equation (2).
Y 1 (wt%)={Wc*(100−A C )/100}/{W P *(100−A P )/100} (2)
W P : Mass of pitch before carbonization (g)
W C : Mass of pitch carbide (g)
A P : Ash content of pitch (wt%)
AC : Ash content of pitch carbide (wt%)

〔ピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)〕
ピッチ炭化物収率(Y)は、前記式(1)及び式(2)の結果から、式(3)により算出した。
(wt%)= Y×Y/100…(3)
:前記式(1)で算出したピッチ収率(wt%)
:前記式(2)で算出したピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(wt%)
[Pitch carbide yield (raw material basis) (Y 2 )]
The pitch carbide yield (Y 2 ) was calculated by the formula (3) from the results of the formulas (1) and (2).
Y2 (wt%) = YP x Y1 /100 (3)
Y P : Pitch yield (wt%) calculated by the above formula (1)
Y 1 : Pitch carbide yield (pitch basis) calculated by the above formula (2) (wt%)

Figure 0007304575000004
Figure 0007304575000004

・表4の説明
実施例3のカッコ内の数字は、「褐炭合成油の溶剤不溶分」の質量を基準としたときの収率を示す。
-Explanation of Table 4 The numbers in parentheses in Example 3 indicate the yield based on the mass of the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil".

表4に示すように、褐炭合成油もしくは「褐炭合成油の溶剤不溶分」に、触媒(PVCもしくはAlCl)を添加して製造した実施例1~7のピッチ及びピッチ炭化物は、触媒を添加せずに製造した比較例1のピッチ及びピッチ炭化物に比べ、ピッチ収率(Y)、ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)及びピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)が共に増加する傾向が見られた。
なお、比較例1は、ピッチ収率(Y)は高いが、ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)及びピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)が共に低かった。比較例1は、触媒を添加しなかったことにより、褐炭合成油の重縮合改質が不十分だったためと考えられる。比較例1のピッチ及びピッチ炭化物は実用性を有さないと考えられる。
実施例1~7のピッチ及びピッチ炭化物によれば、触媒を添加したことによる重縮合改質効果が確認された。
また、実施例2と実施例1との比較、及び実施例7と実施例6との比較により、ピッチ化工程を2段で行うことにより、ピッチ収率(Y)、ピッチ炭化物収率(ピッチ基準)(Y)及びピッチ炭化物収率(原料基準)(Y)のいずれも増加できることがわかった。
As shown in Table 4, the pitches and pitch carbides of Examples 1 to 7 produced by adding a catalyst (PVC or AlCl 3 ) to brown coal synthetic oil or "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil" Pitch yield (Y p ), pitch carbide yield (based on pitch) (Y 1 ), and pitch carbide yield (based on raw material) (Y 2 ) are higher than the pitch and pitch carbide of Comparative Example 1 produced without Both tended to increase.
In Comparative Example 1, although the pitch yield (Y p ) was high, both the pitch carbide yield (based on pitch) (Y 1 ) and the pitch carbide yield (based on raw material) (Y 2 ) were low. In Comparative Example 1, it is considered that the polycondensation reforming of the brown coal synthetic oil was insufficient because no catalyst was added. It is believed that the pitch and pitch carbides of Comparative Example 1 have no practical utility.
According to the pitches and pitch carbides of Examples 1 to 7, the polycondensation reforming effect due to the addition of the catalyst was confirmed.
Further, by comparing Example 2 and Example 1, and comparing Example 7 and Example 6, it was found that the pitch yield (Y p ) and the pitch carbide yield ( It has been found that both the pitch basis) (Y 1 ) and the pitch carbide yield (raw basis) (Y 2 ) can be increased.

<ピッチの構造解析>
ピッチの芳香族指数fa、芳香環数(Ra)、ナフテン環数(Rn)、並びにナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)を以下の方法で算出した。
ピッチの芳香族指数faは、13C-NMRにより直接求める方法と、H-NMRデータからブラウン・ラドナー法(以下、「BL法」とも称する)で解析する方法の2通りの方法で算出した。結果を表5に示す。
<Structural analysis of pitch>
The aromatic index fa, the number of aromatic rings (Ra), the number of naphthenic rings (Rn), and the ratio of the number of naphthenic rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra) of the pitch were calculated by the following methods.
The aromaticity index fa of the pitch was calculated by two methods, a method of directly determining by 13 C-NMR and a method of analyzing from 1 H-NMR data by the Brown-Radner method (hereinafter also referred to as “BL method”). . Table 5 shows the results.

(芳香族指数fa(13C-NMR法))
芳香族指数fa(13C-NMR法)は、熱キノリンにピッチ0.1gを全溶させ、13C-NMR(日本電子社製、ECX-400)にて、芳香族炭素の化学シフトに帰属するピークの積分値と、脂肪族の化学シフトに帰属するピークの積分値とを求め、これらの積分値に基づき算出した。
(Aromatic index fa ( 13 C-NMR method))
The aromatic index fa ( 13 C-NMR method) is attributed to the chemical shift of aromatic carbon by 13 C-NMR (manufactured by JEOL Ltd., ECX-400) after completely dissolving 0.1 g of pitch in hot quinoline. The integral value of the peak attributed to the aliphatic chemical shift was obtained, and the calculation was performed based on these integral values.

(芳香族指数fa(BL法)、芳香環数Ra、ナフテン環数Rn、及び比Rn/Ra)
芳香族指数fa(BL法)は、THFとピリジンとの混合溶媒(1:1)に対するピッチ0.1gの可溶分を用いてH-NMR(ブルカー・ジャパン社製(品番:DRX500)にて得られた化学シフトピークより芳香族水素(Ha)並びにα位、β位及びγ位の脂肪族水素(Hα、Hβ及びHγ)を算定し、BL法の手法により算出した。
表5中の平均構造中の環数は、前記芳香族指数fa(BL法)と同様の方法で、前記芳香族水素(Ha)及び前記脂肪族水素(Hα、Hβ及びHγ)を算定し、さらに、元素分析値(JIS M8813(2004))およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)(東ソー社製、HLC-8220型))に基づく分子量分布のデータを加えて、BL法により算出した。表5には、芳香環数(Ra)、ナフテン環数(Rn)、並びにナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)を示した。
(Aromatic index fa (BL method), number of aromatic rings Ra, number of naphthenic rings Rn, and ratio Rn/Ra)
The aromatic index fa (BL method) was measured by 1 H-NMR (manufactured by Bruker Japan Co., Ltd. (product number: DRX500) using a soluble matter of 0.1 g of pitch in a mixed solvent (1:1) of THF and pyridine. Aromatic hydrogen (Ha) and aliphatic hydrogens (Hα, Hβ and Hγ) at α-, β- and γ-positions were calculated from the chemical shift peaks obtained by the BL method.
The number of rings in the average structure in Table 5 calculates the aromatic hydrogen (Ha) and the aliphatic hydrogen (Hα, Hβ and Hγ) in the same manner as the aromatic index fa (BL method), Furthermore, molecular weight distribution data based on elemental analysis values (JIS M8813 (2004)) and gel permeation chromatography (GPC) (manufactured by Tosoh Corporation, HLC-8220 type)) were added and calculated by the BL method. Table 5 shows the number of aromatic rings (Ra), the number of naphthenic rings (Rn), and the ratio of the number of naphthenic rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra).

(ナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)と芳香族指数faとの関係)
図12は、ナフテン環数及び芳香環数の比(Rn/Ra)と芳香族指数faとの関係を示すグラフである。図12には、以下の3種の石油系ピッチ1~3のプロット、及びペリ型のfaの最大値曲線(理論値対Rn/Ra)も示した。図12中、石油系ピッチ1~3の芳香族指数faはBL法で解析した値である。
・石油系ピッチ1(図12中、A240)…米国アシュランド社製、240℃蒸留残渣
・石油系ピッチ2(図12中、Yピッチ)…国内コーキングプロセスで得られたピッチ
・石油系ピッチ3(図12中、水素化Yピッチ)…石油系ピッチ2を水素化したピッチ
(Relationship between the ratio of the number of naphthenic rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra) and the aromatic index fa)
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio of the number of naphthenic rings to the number of aromatic rings (Rn/Ra) and the aromatic index fa. Also shown in FIG. 12 are plots of the following three petroleum-based pitches 1-3, and the peri-type fa maximum value curve (theoretical value vs. Rn/Ra). In FIG. 12, the aromatic index fa of petroleum pitches 1 to 3 is the value analyzed by the BL method.
・Petroleum pitch 1 (A240 in FIG. 12): 240° C. distillation residue manufactured by Ashland Co., USA ・Petroleum pitch 2 (Y pitch in FIG. 12): Pitch obtained by domestic coking process ・Petroleum pitch 3 (Hydrogenated pitch Y in FIG. 12) ... Pitch obtained by hydrogenating petroleum-based pitch 2

Figure 0007304575000005
Figure 0007304575000005

-表5の説明-
「>7.0(推定)」は、芳香環数Raが、推定で7.0超えであることを示す。
「-」は算出していないことを示す。
-Description of Table 5-
">7.0 (estimated)" indicates that the number of aromatic rings Ra is estimated to exceed 7.0.
"-" indicates not calculated.

表5及び図12より、実施例1~7のピッチは、比較例1のピッチに比べ、13C-NMRから算出した芳香族指数faが高い値を示した。
中でも、実施例1~3及び実施例6~7のピッチは、13C-NMR法にて算出した芳香族指数faが0.73以上であった。
図12に示すように、実施例1~3及び実施例6~7のピッチと、石油系ピッチ1~3とを、BL法で得られた芳香族指数faを用いて比較すると、実施例2のピッチ(図12中、P2-P)は、石油系ピッチ2~3(図12中、Yピッチ及び水素化Yピッチ)と近い値であった。
From Table 5 and FIG. 12, the pitches of Examples 1 to 7 showed higher aromatic index fa calculated from 13 C-NMR than the pitch of Comparative Example 1.
Among them, the pitches of Examples 1 to 3 and Examples 6 to 7 had an aromatic index fa of 0.73 or more calculated by the 13 C-NMR method.
As shown in FIG. 12, when the pitches of Examples 1 to 3 and Examples 6 to 7 and petroleum-based pitches 1 to 3 are compared using the aromatic index fa obtained by the BL method, Example 2 The pitch (P2-P in FIG. 12) was close to petroleum-based pitches 2 to 3 (Y pitch and hydrogenated Y pitch in FIG. 12).

<ピッチ炭化物の光学組織>
ピッチ炭化物を偏光顕微鏡(ライカマイクロシステムズ社製、DM2700P)を用いて以下の方法で観察した。
各例で得られたピッチ炭化物から試料0.5gを採取した。この試料を樹脂で包含して樹脂を研磨し、顕微鏡観察用試料を作製した。
偏光顕微鏡をクロスニコルの状態とし、石英検板を入れて顕微鏡観察用試料を観察した。
<Optical structure of pitch carbide>
The pitch carbide was observed by the following method using a polarizing microscope (manufactured by Leica Microsystems, DM2700P).
A 0.5 g sample was taken from the pitch carbide obtained in each example. This sample was covered with resin and the resin was polished to prepare a sample for microscopic observation.
A polarizing microscope was set to a crossed Nicols state, and a quartz test plate was inserted to observe the sample for microscopic observation.

図7A~7Bは、実施例1のピッチ炭化物の偏光顕微鏡写真である(倍率100倍及び400倍)。褐炭合成油に触媒としてPVCを添加して製造した実施例1のピッチ炭化物は、等方性組織とモザイク状の構造を有する異方性組織とが混在していた。なお、実施例1のピッチ炭化物は、等方性組織の方が異方性組織よりもやや多かった。
図8A~8Bは、実施例2のピッチ炭化物の偏光顕微鏡写真である(倍率100倍及び400倍)。褐炭合成油に触媒としてPVCを添加して製造した実施例2のピッチ炭化物は、全面が中粒モザイク状の構造を有しており、異方性組織であった。
図9A~9Cは、実施例3のピッチ炭化物の偏光顕微鏡写真である(倍率200倍、500倍及び1000倍)。「褐炭合成油の溶剤不溶分」に触媒としてPVCを添加して製造した実施例3のピッチ炭化物は、ほぼ全面が微細および中粒モザイク状の異方性組織を有していた。
7A-7B are polarizing micrographs of the pitch carbides of Example 1 (100× and 400× magnification). The pitch carbide of Example 1, which was produced by adding PVC as a catalyst to lignite synthetic oil, had a mixture of an isotropic structure and an anisotropic structure having a mosaic structure. In the pitch carbides of Example 1, the isotropic structure was slightly larger than the anisotropic structure.
8A-8B are polarizing micrographs of the pitch carbides of Example 2 (100× and 400× magnification). The pitch carbide of Example 2, which was produced by adding PVC as a catalyst to lignite synthetic oil, had a medium-grain mosaic structure on the entire surface and an anisotropic structure.
Figures 9A-9C are polarizing micrographs of the pitch carbides of Example 3 (at 200x, 500x and 1000x magnification). The pitch carbide of Example 3, which was produced by adding PVC as a catalyst to the "solvent-insoluble matter of brown coal synthetic oil", had an anisotropic texture of fine and medium-grain mosaics on almost the entire surface.

図10は、実施例4のピッチ炭化物の偏光顕微鏡写真である(倍率400倍)。褐炭合成油に触媒としてAlClを添加して製造した実施例4のピッチ炭化物は、全面が等方性組織であった。
また、褐炭合成油に触媒としてAlClを添加して製造した実施例5~7のピッチ炭化物についても偏光顕微鏡にて観察した。その結果、実施例5~7のピッチ炭化物は、いずれも等方性組織であった。
FIG. 10 is a polarizing micrograph of the pitch carbide of Example 4 (400× magnification). The pitch carbide of Example 4, which was produced by adding AlCl3 as a catalyst to lignite synthetic oil, had an isotropic structure over the entire surface.
The pitch carbides of Examples 5 to 7, which were produced by adding AlCl 3 as a catalyst to brown coal synthetic oil, were also observed with a polarizing microscope. As a result, the pitch carbides of Examples 5 to 7 all had an isotropic structure.

図11は、比較例1のピッチ炭化物の偏光顕微鏡写真である(倍率400倍)。
褐炭合成油に触媒を添加せずに製造した比較例1のピッチ炭化物は、等方性組織であった。
FIG. 11 is a polarizing microscope photograph of pitch carbide of Comparative Example 1 (magnification: 400).
The pitch carbide of Comparative Example 1, which was produced without adding a catalyst to the brown coal synthetic oil, had an isotropic structure.

本発明の製造方法は、褐炭に由来する褐炭合成油または「褐炭合成油の溶剤不溶分」を用いてピッチを製造できるので、世界に多量に存在し、かつ未利用とされることが多い褐炭を有効に利用することができる。製造されたピッチは、汎用炭素材及び高機能炭素材の両方に適用し得るので、本発明の製造方法は、産業上の利用可能性を有している。 In the production method of the present invention, pitch can be produced using lignite synthetic oil derived from lignite or "solvent-insoluble matter of lignite synthetic oil", so lignite that exists in large quantities in the world and is often unused can be effectively used. Since the produced pitch can be applied to both general-purpose carbon materials and high-performance carbon materials, the production method of the present invention has industrial applicability.

ST1…ピッチ化工程、ST11…1段目ピッチ化工程、ST12…2段目ピッチ化工程、ST2…ピッチ分離工程、ST3…炭化工程。 ST1... Pitching process, ST11... First stage pitching process, ST12... Second stage pitching process, ST2... Pitch separation process, ST3... Carbonization process.

Claims (10)

褐炭及び水を含む混合物を加圧下で水熱処理することで得られる褐炭合成油、または前記褐炭合成油の溶剤不溶分を原料とし、
前記原料を、触媒の存在下で、加圧下で加熱し、前記原料をピッチ化する工程と、
前記ピッチ化する工程で得られた反応生成物からピッチを分離する工程と、
を有し、
前記触媒は、ハロゲン含有有機化合物またはハロゲン含有無機化合物であり、
前記ハロゲン含有有機化合物は、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、塩素化ポリスチレン、塩化ビニル-塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル-塩化エチレン共重合体、塩化ビニル-塩化プロピレン共重合体、塩化ビニル-スチレン共重合体、または塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体であり、
前記ハロゲン含有無機化合物は、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、塩化チタン、塩化ジルコニウム、フッ化アンチモン、塩化鉄、塩化亜鉛、フッ化ホウ素、塩化ホウ素、ヨウ化アルミニウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、塩化アンチモン、塩化スズ、臭化チタン、臭化亜鉛、臭化スズ、臭化鉄、フッ化アルミニウム、フッ化チタン、フッ化亜鉛、またはフッ化スズである、ピッチの製造方法。
Synthetic lignite oil obtained by hydrothermally treating a mixture containing lignite and water under pressure, or a solvent-insoluble portion of the synthetic lignite oil as a raw material,
Heating the raw material under pressure in the presence of a catalyst to pitch the raw material;
a step of separating pitch from the reaction product obtained in the pitching step;
has
The catalyst is a halogen-containing organic compound or a halogen-containing inorganic compound,
The halogen-containing organic compound is polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, chlorinated polystyrene, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride-ethylene chloride copolymer. , a vinyl chloride-propylene chloride copolymer, a vinyl chloride-styrene copolymer, or a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer,
The halogen-containing inorganic compound includes aluminum chloride, aluminum bromide, titanium chloride, zirconium chloride, antimony fluoride, iron chloride, zinc chloride, boron fluoride, boron chloride, aluminum iodide, gallium chloride, gallium bromide, and antimony chloride. , tin chloride, titanium bromide, zinc bromide, tin bromide, iron bromide, aluminum fluoride, titanium fluoride, zinc fluoride, or tin fluoride.
請求項に記載のピッチの製造方法において、
前記ハロゲン含有有機化合物は、ポリ塩化ビニルである、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to claim 1 ,
The method for producing pitch, wherein the halogen-containing organic compound is polyvinyl chloride.
請求項に記載のピッチの製造方法において、
前記ハロゲン含有無機化合物は、塩化アルミニウムである、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to claim 1 ,
The method for producing pitch, wherein the halogen-containing inorganic compound is aluminum chloride.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のピッチの製造方法において、
前記原料が前記褐炭合成油である場合、前記触媒と前記褐炭合成油との混合比(前記触媒/前記褐炭合成油)は、質量比で、5/100以上20/100以下である、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 ,
When the raw material is the lignite synthetic oil, the mixing ratio of the catalyst and the lignite synthetic oil (the catalyst/the lignite synthetic oil) is 5/100 or more and 20/100 or less in terms of mass ratio. Production method.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のピッチの製造方法において、
前記原料が前記溶剤不溶分である場合、前記触媒と前記溶剤不溶分との混合比(前記触媒/前記溶剤不溶分)は、質量比で、5/100以上20/100以下である、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 ,
When the raw material is the solvent-insoluble matter, the mixing ratio of the catalyst and the solvent-insoluble matter (the catalyst/the solvent-insoluble matter) is 5/100 or more and 20/100 or less by mass. Production method.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のピッチの製造方法において、
前記ピッチ化する工程は、第1の条件で行い、
前記第1の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、260℃以上450℃以下、及び20分以上4時間以下である、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to any one of claims 1 to 5 ,
The step of pitching is performed under a first condition,
The pitch manufacturing method, wherein the first conditions are 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 260° C. or more and 450° C. or less, and 20 minutes or more and 4 hours or less.
請求項に記載のピッチの製造方法において、
前記ピッチ化する工程は、前記第1の条件でピッチ化を行う1段目ピッチ化工程と、前記第1の条件よりも温度が低くかつ時間が長い第2の条件でピッチ化を行う2段目ピッチ化工程とを有する、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to claim 6 ,
The step of pitching includes a first pitching step of pitching under the first condition, and a two-stage pitching step of pitching under a second condition of lower temperature and longer time than the first condition. A method for producing pitch, comprising a step of forming a pitch.
請求項に記載のピッチの製造方法において、
前記第2の条件は、0.2MPa以上1.5MPa以下、250℃以上350℃以下、及び1時間以上10時間以下である、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to claim 7 ,
The second condition is 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, 250° C. or more and 350° C. or less, and 1 hour or more and 10 hours or less.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のピッチの製造方法において、
前記反応生成物から前記ピッチを分離する工程は、前記反応生成物を洗浄した後、洗浄された前記反応生成物を減圧蒸留することにより分離する、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to any one of claims 1 to 8 ,
The step of separating the pitch from the reaction product comprises washing the reaction product and then separating the washed reaction product by distillation under reduced pressure.
請求項1から請求項のいずれか一項に記載のピッチの製造方法において、
前記ピッチを分離する工程で前記反応生成物から分離された前記ピッチを、さらに炭化する工程を有する、ピッチの製造方法。
In the pitch manufacturing method according to any one of claims 1 to 9 ,
A method for producing pitch, comprising a step of further carbonizing the pitch separated from the reaction product in the step of separating the pitch.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7780147B2 (en) * 2022-04-25 2025-12-04 出光興産株式会社 Method for producing mesophase pitch
CN116410767B (en) * 2023-04-07 2026-04-07 山东瑞城宇航碳材料有限公司 A method for synthesizing and preparing spinning-grade mesophase pitch

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002275478A (en) 2001-03-16 2002-09-25 Chubu Electric Power Co Inc Method for coal liquefaction
CN104293366A (en) 2014-10-21 2015-01-21 华侨大学 Method for preparing isotropic coke through catalytic carbonization
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH068163B2 (en) * 1989-02-02 1994-02-02 呉羽化学工業株式会社 Method for manufacturing raw material pitch for carbon material
JPH09279154A (en) * 1996-04-12 1997-10-28 Nippon Oil Co Ltd Pitch for carbon fiber

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002275478A (en) 2001-03-16 2002-09-25 Chubu Electric Power Co Inc Method for coal liquefaction
CN104293366A (en) 2014-10-21 2015-01-21 华侨大学 Method for preparing isotropic coke through catalytic carbonization
JP2018516831A (en) 2015-04-13 2018-06-28 カーティン ユニバーシティ Method and system for producing solid carbon material

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