JP6509773B2 - コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法 - Google Patents
コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法に関する。
通常、コールタール中には、石炭系ガス軽油に不溶な成分（以下、「石炭系ガス軽油不溶分」または単に「不溶分」ということがある）が含まれている。この不溶分は、黒鉛化を妨げるなどの不具合があるため、不溶分を重力沈降分離法、遠心分離法などによって分離している（例えば、特許文献１参照）。重力沈降分離法は、多量のコールタールを処理することができる点で有利である。
粒子を含む混合液を重力沈降させた場合、横軸に時間、縦軸に沈降した粒子の界面高さをとった沈降曲線を描くと、その粒子の沈降曲線には、粒子が一定の速度で沈降する「定速沈降区間」と、粒子の沈降速度が徐々に減速していく「減速沈降区間」とが存在する。コールタール中の不溶分は、典型的には粒子状であるため、その沈降曲線には定速沈降区間と減速沈降区間とが存在する。このように、重力沈降分離法では、沈降初期は、不溶分が一定速度で沈降するため、ある経過時間におけるタンク底面からの不溶分の界面高さを求めることは可能だが、減速沈降区間も含む重力沈降分離全体において、経過時間と、その経過時間における不溶分の界面高さを求めることは困難である。
そして、重力沈降分離操作の時間が不足すると、不溶分が十分に沈降分離せず、清澄液（上澄み液）に不溶分が混入する。一方、重力沈降分離操作を必要以上に長期間にわたって実施すると、生産性の低下などの問題があった。そのため、重力沈降分離法では、沈降分離に要する時間を適切に把握する必要がある。
また、通常、重力沈降分離工程の後に、石炭系ガス軽油（溶剤）を蒸留により分離して、タールのみを取り出す工程が必要となる。コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（溶剤比）が大きいほど不溶分の沈降は速く進むが、その後の溶剤を分離する工程でタールの歩留りが低下する。そのため、溶剤を分離する工程での処理能力と、重力沈降分離の所要時間との兼ね合いから、生産性が最大となるような溶剤比で操業を行う必要がある。さらに、重力沈降分離のために使用可能なタンクなどの設備の数が変化することや、溶剤を分離する工程の処理能力が変化することがあるため、最適な溶剤比が変動し得る。このような理由から、生産性を最大とするために、溶剤比を変更または調整する必要がある。
重力沈降分離法は、上述したように多量のコールタールを分離するのに有利であるが、溶剤比をある値から別の値に変更すると、それに応じて沈降分離に要する時間や分離した不溶分の界面高さなどの重力沈降分離の結果が変わることがある。従来は、試行錯誤的に溶剤比を繰り返し調整することで重力沈降分離に要する時間を把握していた。しかし、重力沈降分離法では多量のコールタールを扱うために、多量のコールタールに対して、溶剤比を繰返し調整することは、効率が悪かった。
そこで、本発明は、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、２つの小規模試験と１つのより大規模な試験との３つの試験により、溶剤比を変更した場合の影響に関わるパラメータと、大規模化した場合の影響に関わるパラメータとをそれぞれ求めることにより、高い精度で容易に重力沈降分離の結果を推算できることを見出した。
すなわち、本発明は、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離試験の結果に基づく、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法であって、
前記重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験であり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験は、前記第１の重力沈降分離試験よりもコールタールの量が多く、
前記コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（石炭系ガス軽油量／コールタール量）を溶剤比としたとき、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第２の重力沈降分離試験は、溶剤比が異なり、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第３の重力沈降分離試験は、溶剤比が同じであり、
前記第２の重力沈降分離試験と、前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じであり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験における以下の式（１）および式（２）と、
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
前記第３の重力沈降分離試験における以下の式（３）および式（４）と、
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
を用いる、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法である。
前記重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験であり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験は、前記第１の重力沈降分離試験よりもコールタールの量が多く、
前記コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（石炭系ガス軽油量／コールタール量）を溶剤比としたとき、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第２の重力沈降分離試験は、溶剤比が異なり、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第３の重力沈降分離試験は、溶剤比が同じであり、
前記第２の重力沈降分離試験と、前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じであり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験における以下の式（１）および式（２）と、
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
前記第３の重力沈降分離試験における以下の式（３）および式（４）と、
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
を用いる、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法である。
本発明に係るコールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法では、前記第１、第２、第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象の溶剤比が、１．０〜３．０であることが好ましい。これにより、重力沈降分離の結果をより高精度に推算することができる。
本発明によれば、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果を容易に推算することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。これらの記載は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
本発明において、「石炭系ガス軽油」は、ＪＩＳ Ｍ ０１０４−１９８４に記載のガス軽油（石炭ガス中から回収した軽油分）を意味する。
本明細書では、第１の重力沈降分離試験、第２の重力沈降分離試験、第３の重力沈降分離試験を、それぞれ、単に「第１の試験」、「第２の試験」、「第３の試験」ということがある。
本明細書では、「不溶分の界面高さの比」は、「混合液の初期界面高さに対する不溶分の界面高さの比」を意味する。
本明細書では、「境界の界面高さ」は、「定速沈降区間と減速沈降区間の境界における不溶分の界面高さ」を意味する。
（コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法）
本発明は、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離試験の結果に基づく、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法であって、
前記重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験であり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験は、前記第１の重力沈降分離試験よりもコールタールの量が多く、
前記コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（石炭系ガス軽油量／コールタール量）を溶剤比としたとき、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第２の重力沈降分離試験は、溶剤比が異なり、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第３の重力沈降分離試験は、溶剤比が同じであり、
前記第２の重力沈降分離試験と、前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じであり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験における以下の式（１）および式（２）と、
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
前記第３の重力沈降分離試験における以下の式（３）および式（４）と、
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
を用いる、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法である。これにより、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果を容易に推算することができる。
本発明は、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離試験の結果に基づく、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法であって、
前記重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験であり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験は、前記第１の重力沈降分離試験よりもコールタールの量が多く、
前記コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（石炭系ガス軽油量／コールタール量）を溶剤比としたとき、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第２の重力沈降分離試験は、溶剤比が異なり、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第３の重力沈降分離試験は、溶剤比が同じであり、
前記第２の重力沈降分離試験と、前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じであり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験における以下の式（１）および式（２）と、
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
前記第３の重力沈降分離試験における以下の式（３）および式（４）と、
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
を用いる、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法である。これにより、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果を容易に推算することができる。
図１は、本発明に係る重力沈降分離結果に基づく、重力沈降分離結果の推算方法の概念を模式的に示した図である。上述したようにコールタール中の石炭系ガス軽油不溶分を重力沈降分離する場合、溶剤比をある溶剤比ａから別の溶剤比ｂに変更する必要が生ずる。本発明の推算方法では、第１の試験として、溶剤比ａ、小規模コールタール量Ｖs1での試験を行う。また、第２の試験として、溶剤比ｂ、小規模コールタール量Ｖs1での試験を行う（すなわち、第１の試験と第２の試験は、コールタール量が同じである）。また、第３の試験として、溶剤比ａ、大規模コールタール量ＶL1での試験を行う（すなわち、第１の試験と第３の試験は、溶剤比が同じである）。このように、第１の試験と第２の試験から、溶剤比を変更した場合の影響に関わるパラメータを求める。また、第１の試験と第３の試験から、コールタール量を変更（大規模化）した場合の影響に関わるパラメータを求める。そして、これらのパラメータを用いて、推算対象の溶剤比ｂ、大規模コールタール量ＶL1の場合の沈降曲線の式を求め、その重力沈降分離結果を推算する。
図１を参照して説明したように、重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験である。コールタールの量について、第１および第２の試験は、コールタールの量が同じである。第３の試験および重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じである。第３の試験は、第１の試験よりもコールタールの量が多い。したがって、重力沈降分離の結果を推算する対象の重力沈降分離のコールタール量は、第２の試験のコールタール量よりも多い。
溶剤比について、第１の試験と第２の試験は、溶剤比が異なる。第１の試験と第３の試験は、溶剤比が同じである。第２の試験と、重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じである。
本発明に係るコールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法では、第１、第２、第３の重力沈降分離試験および重力沈降分離の結果を推算する対象の溶剤比が、１．０〜３．０であることが好ましい。これにより、重力沈降分離の結果をより高精度に推算することができる。
以下の式（１）および（２）は、第１の試験と第２の試験に関する式であり、これらの２つの式から小規模試験における沈降速度を求めることができる。
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
小規模試験の定速沈降区間における沈降速度Ｖ1の求め方を例示説明する。以下の例では、視覚的に理解し易いようにグラフを用いて説明するが、グラフを描かずに、データの数値から沈降速度Ｖ1などを求めてもよい。
図２は、溶剤比１．６の場合の小規模試験の一例における沈降曲線（ひし形のプロット）を示したグラフである。図２のグラフでは、横軸に時間（沈降開始からの経過時間）、縦軸に不溶分の界面高さをとっている。第１の試験において、沈降開始からの経過時間とその時間における不溶分の界面高さを測定することによって、図２のグラフを描くことができる。沈降開始からの経過時間とその時間における不溶分の界面高さの測定結果から、または図２のグラフから、単位時間当たりの不溶分の沈降速度と、その沈降速度における不溶分の界面高さを求めることができる。
また、一例では、図２のグラフから、グラフの傾きが一定の区間、すなわち、定速沈降区間を求めることができる。例えば、図２の沈降曲線（ひし形のプロット）では、時間０分〜７０分までが沈降速度が一定である。そして、定速沈降区間における沈降速度Ｖ1は、この定速沈降区間のグラフの傾きの平均値として求めることができる。
また、第１の試験の初期界面高さｈ1はその第１試験ごとに固有であり、時間に関わらない値であるから、不溶分の界面高さｈ2が求まれば、不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1を求めることができる。加えて、境界の界面高さも求めることができる。
図３は、溶剤比１．６の場合の小規模試験の一例における沈降曲線（ひし形のプロット）を示したグラフである。図３のグラフでは、横軸に沈降速度、縦軸に不溶分の界面高さの比をとっている。この例の図３のプロットでは、沈降速度が大きく、一定であるプロット群と、沈降速度が小さく、幅広いプロット群とが存在する。そして、図２から求めた定速沈降区間の沈降速度は、図３の不溶分の界面高さの比０．６〜１．０の沈降速度（沈降速度が大きく、一定であるプロット群）の平均値と等しい。あるいは、図２のグラフから定速沈降区間の沈降速度Ｖ1＝ｋを求める代わりに、この図３のグラフの沈降速度が大きく、一定であるプロット群における沈降速度の平均値を求め、定速沈降区間の沈降速度Ｖ1＝ｋとしてもよい。
次に、小規模試験の減速沈降区間における沈降速度Ｖ2の求め方を例示説明する。
図３の減速沈降区間のグラフは横軸：沈降速度Ｖ2、縦軸：不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1であるから、不溶分の界面高さの比が、沈降速度の１次関数であるということができる。したがって、式（２）をこの１次関数を表す以下の式（２’）に変形することができる。
ｈ2／ｈ1＝Ｂ×Ｖ2＋Ａ・・・式（２’）
この式（２’）から、図３の減速沈降区間のグラフは、切片Ａ、傾きＢの１次関数と表すことができる。この式（２’）と図３の減速沈降区間のグラフから、切片Ａは、Ｖ2＝０、すなわち沈降が終了して沈降速度が０となった時点の不溶分の界面高さとして求めることができる。また、傾きＢは、グラフの減速沈降区間の傾きから求めることができる。グラフの減速沈降区間の傾きは、減速沈降区間のプロットから最小二乗法を用いて傾きを求めてもよいし、減速沈降区間の２以上のプロットの傾きの平均値として求めてもよい。このようにして求めたＡおよびＢから、減速沈降区間における沈降速度Ｖ2を式（２）のＶ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂとして求めることができる。
ｈ2／ｈ1＝Ｂ×Ｖ2＋Ａ・・・式（２’）
この式（２’）から、図３の減速沈降区間のグラフは、切片Ａ、傾きＢの１次関数と表すことができる。この式（２’）と図３の減速沈降区間のグラフから、切片Ａは、Ｖ2＝０、すなわち沈降が終了して沈降速度が０となった時点の不溶分の界面高さとして求めることができる。また、傾きＢは、グラフの減速沈降区間の傾きから求めることができる。グラフの減速沈降区間の傾きは、減速沈降区間のプロットから最小二乗法を用いて傾きを求めてもよいし、減速沈降区間の２以上のプロットの傾きの平均値として求めてもよい。このようにして求めたＡおよびＢから、減速沈降区間における沈降速度Ｖ2を式（２）のＶ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂとして求めることができる。
したがって、第１の試験から、第１の試験についての式（１）中のｋと、式（２）中のＡおよびＢと、境界の界面高さとを求めることができる。
次に、第１の試験と同様に、第１の試験の溶剤比と異なる溶剤比の第２の試験を行う。そして、第２の試験に係る式（１）中のｋと、式（２）中のＡおよびＢと、境界の界面高さとを求める。
次に、第３の試験を行う。上述したように、第３の試験は、その溶剤比が第１の試験の溶剤比と同じであり、そのコールタール量が第１の試験のコールタール量よりも多い。第３の試験では第１の試験とコールタール量が異なるため、以下の式（３）と（４）を用いる。
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
大規模試験の定速沈降区間における沈降速度Ｖ1の求め方を例示説明する。以下の例では、視覚的に理解し易いようにグラフを用いて説明するが、グラフを描かずに、データの数値から沈降速度Ｖ1などを求めてもよい。
図４は、溶剤比１．６の場合の大規模試験の一例における沈降曲線を示したグラフである。図４のグラフでは、時間（沈降開始からの経過時間）、縦軸に不溶分の界面高さをとっている。第３の試験から、図４のグラフを描くことができ、図４のグラフから、単位時間当たりの不溶分の沈降速度と、その沈降速度における不溶分の界面高さを求めることができる。一例では、図４のグラフから、グラフの傾きが一定の区間、すなわち、定速沈降区間を求めることができる。例えば、図４では、０時間〜４４時間までが沈降速度が一定である。そして、大規模試験における定速沈降区間における沈降速度Ｖ1は、この定速沈降区間のグラフの傾きの平均値として求めることができる。
このようにして求めた式（３）中のＶ1と、第１の試験で求めたｋとを、大規模化に伴う式（３）Ｖ1＝ｋ×ｌに代入することで調整パラメータｌを求めることができる。
また、第３の試験でも第１の試験と同様に、不溶分の界面高さが求まれば、不溶分の界面高さの比を求めることができる。加えて、境界の界面高さも求めることができる。
図５は、溶剤比１．６の場合の大規模試験の一例における沈降曲線を示したグラフである。図５のグラフでは、横軸に沈降速度、縦軸に不溶分の界面高さの比をとっている。そして、図４から求めた定速沈降区間の沈降速度は、図５の不溶分の界面高さの比０．７〜１．０の沈降速度（沈降速度が大きく、一定であるプロット群）の平均値と等しい。あるいは、図４のグラフから定速沈降区間の沈降速度Ｖ1を求める代わりに、この図５のグラフの沈降速度が大きく、一定であるプロット群における沈降速度の平均値を求め、定速沈降区間の沈降速度Ｖ1としてもよい。
次に、大規模試験の減速沈降区間における沈降速度Ｖ2の求め方を例示説明する。
図５の減速沈降区間のグラフは横軸：沈降速度Ｖ2、縦軸：不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1であるから、不溶分の界面高さの比が、沈降速度の１次関数であるということができる。したがって、式（４）をこの１次関数を表す以下の式（４’）に変形することができる。
ｈ2／ｈ1＝（Ｄ／ｙ）×Ｂ×Ｖ2＋（Ｃ／ｙ）×Ａ・・・式（４’）
この式（４’）から、図５の減速沈降区間のグラフは、切片（Ｃ／ｙ）×Ａ、傾き（Ｄ／ｙ）×Ｂの１次関数と表すことができる。この式（４’）と図５の減速沈降区間のグラフから、切片（Ｃ／ｙ）×Ａは、Ｖ2＝０、すなわち沈降が終了した時点の不溶分の界面高さとして求めることができる。また、傾き（Ｄ／ｙ）×Ｂは、グラフの減速沈降区間の傾きから求めることができる。グラフの減速沈降区間の傾きの求め方は、小規模試験の減速沈降区間の傾きの求め方と同様である。ここで、第１の試験から、ＡおよびＢを既に求めており、第３の試験の溶剤比ｙも既知である。したがって、（Ｃ／ｙ）×Ａに、これらｙおよびＡを代入することで大規模化に伴う式（４）中の調整パラメータＣを求めることができる。同様に、（Ｄ／ｙ）×Ｂに、ｙおよびＢを代入することで大規模化に伴う式（４）中の調整パラメータＤを求めることができる。
ｈ2／ｈ1＝（Ｄ／ｙ）×Ｂ×Ｖ2＋（Ｃ／ｙ）×Ａ・・・式（４’）
この式（４’）から、図５の減速沈降区間のグラフは、切片（Ｃ／ｙ）×Ａ、傾き（Ｄ／ｙ）×Ｂの１次関数と表すことができる。この式（４’）と図５の減速沈降区間のグラフから、切片（Ｃ／ｙ）×Ａは、Ｖ2＝０、すなわち沈降が終了した時点の不溶分の界面高さとして求めることができる。また、傾き（Ｄ／ｙ）×Ｂは、グラフの減速沈降区間の傾きから求めることができる。グラフの減速沈降区間の傾きの求め方は、小規模試験の減速沈降区間の傾きの求め方と同様である。ここで、第１の試験から、ＡおよびＢを既に求めており、第３の試験の溶剤比ｙも既知である。したがって、（Ｃ／ｙ）×Ａに、これらｙおよびＡを代入することで大規模化に伴う式（４）中の調整パラメータＣを求めることができる。同様に、（Ｄ／ｙ）×Ｂに、ｙおよびＢを代入することで大規模化に伴う式（４）中の調整パラメータＤを求めることができる。
このようにして求めたＣおよびＤから、減速沈降区間における沈降速度Ｖ2を式（４）のＶ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]として求めることができる。
したがって、第３の試験から、第３の試験についての式（３）中のｌと、式（４）中のＣおよびＤと、境界の界面高さとを求めることができる。
次に、推算対象の結果を推算する方法を例示説明する。
推算対象の沈降曲線は、第３の試験と同様に以下の式（３）および（４）によって表すことができる。
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
ここで、第１の試験および第３の試験から、溶剤比に関わらない大規模化に伴う調整パラメータｌ、ＣおよびＤを既に求めている。また、推算対象と第３の試験ではコールタール量が同じであるから、初期界面高さｈ1も既知である。また、推算対象と同じ溶剤比の第２の試験からｙ、ｋ、ＡおよびＢならびに境界の界面高さを既に求めている。この境界の界面高さは、式（３）と式（４）のグラフの交点であるから、ｋ×ｌ＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]より、ｈ2が求められる。
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
ここで、第１の試験および第３の試験から、溶剤比に関わらない大規模化に伴う調整パラメータｌ、ＣおよびＤを既に求めている。また、推算対象と第３の試験ではコールタール量が同じであるから、初期界面高さｈ1も既知である。また、推算対象と同じ溶剤比の第２の試験からｙ、ｋ、ＡおよびＢならびに境界の界面高さを既に求めている。この境界の界面高さは、式（３）と式（４）のグラフの交点であるから、ｋ×ｌ＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]より、ｈ2が求められる。
したがって、推算対象の沈降曲線のグラフは、図３のように、横軸：沈降速度、縦軸：不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1とすると、初期界面高さｈ1から境界の界面高さまでの定速沈降区間において、式（３）の沈降速度Ｖ1で沈降し、その後、境界の界面高さから切片までの減速沈降区間において、式（４）の沈降速度Ｖ2で沈降するグラフとなる。
図２のグラフから図３のグラフを得たのとは逆に、横軸：沈降速度、縦軸：不溶分の界面高さの比のグラフから、横軸：時間、縦軸：不溶分の界面高さのグラフを得ることもできる。このグラフからは、例えば、ある時間ｔと、その時間ｔにおける不溶分の界面高さｈ2を容易に求めることができ、あるいは、ある不溶分の界面高さｈ2と、その不溶分の界面高さとなるまでの時間ｔを容易に求めることができる。
以上説明したように、第１および第２の試験における式（１）および式（２）と、第３の試験における式（３）および式（４）とを用いることにより、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果を容易に推算することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
実施例で使用した材料および設備は以下のとおりである。
・コールタール：不溶分５．４重量％含有。
・石炭系ガス軽油：ベンゼンおよびトルエンを計９２．７５重量％含有、その他キシレンなど７．２５重量％含有。
・第１および第２の試験の容器：容量５００ｍＬ、半径約２．５ｃｍのガラス製メスシリンダー
・第３の試験の容器：容量２６８０ｋＬ（タンク内の液量は２２１３ｋＬ）、半径１０．６５ｍの鉄製タンク
・コールタール：不溶分５．４重量％含有。
・石炭系ガス軽油：ベンゼンおよびトルエンを計９２．７５重量％含有、その他キシレンなど７．２５重量％含有。
・第１および第２の試験の容器：容量５００ｍＬ、半径約２．５ｃｍのガラス製メスシリンダー
・第３の試験の容器：容量２６８０ｋＬ（タンク内の液量は２２１３ｋＬ）、半径１０．６５ｍの鉄製タンク
（第１の試験）
ガラス製メスシリンダー中のコールタール１９２ｍＬに対し、石炭系ガス軽油３０８ｍＬを添加して混合し、溶剤比１．６の混合液５００ｍＬを調製し、静置して重力沈降分離試験を行った。初期界面高さは、２５．０ｃｍだった。静置開始直後から不溶分が重力沈降分離し始めた。第１の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（ひし形のプロット）し、グラフ化したものが図２である。第１の試験は、不溶分の界面高さを測定しながら、不溶分の重力沈降分離が完了したと考えられる４８０分まで行った。
ガラス製メスシリンダー中のコールタール１９２ｍＬに対し、石炭系ガス軽油３０８ｍＬを添加して混合し、溶剤比１．６の混合液５００ｍＬを調製し、静置して重力沈降分離試験を行った。初期界面高さは、２５．０ｃｍだった。静置開始直後から不溶分が重力沈降分離し始めた。第１の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（ひし形のプロット）し、グラフ化したものが図２である。第１の試験は、不溶分の界面高さを測定しながら、不溶分の重力沈降分離が完了したと考えられる４８０分まで行った。
図２の第１の試験のグラフから、沈降速度が一定である定速沈降区間の沈降速度Ｖ1＝０．０７４を求めた。この結果と式（１）からｋ＝０．０７４を求めた。また、境界の界面高さは１３．５ｃｍ、境界における不溶分の界面高さの比は０．５４と求めた。第１の試験終了（Ｖ2＝０）時の不溶分の界面高さｈ2と、不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1は、それぞれ、８．３５ｃｍ、０．３３４であった。
図３は、図２から求めた沈降速度を横軸にとり、不溶分の界面高さの比を縦軸にとったときの沈降曲線（ひし形のプロット）を示したグラフである。このグラフの減速沈降区間における式（２’）の傾きＢを２．７８と求めた。また、式（２’）の切片ＡはＶ2＝０の不溶分の界面高さの比０．３３４となる。したがって、式（２）の沈降速度Ｖ2は、Ｖ2＝[（ｈ2／０．２５０）−０．３３４]／２．７８となる。
（第２の試験）
溶剤比２．０の混合液５００ｍＬを調製したこと以外は、第１の試験と同様に重力沈降分離試験を行った。第２の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（正方形のプロット）し、グラフ化したものが図２である。
溶剤比２．０の混合液５００ｍＬを調製したこと以外は、第１の試験と同様に重力沈降分離試験を行った。第２の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（正方形のプロット）し、グラフ化したものが図２である。
図２の第２の試験のグラフから、沈降速度が一定である定速沈降区間の沈降速度Ｖ1＝０．１０１と求めた。この結果と式（１）からｋ＝０．１０１を求めた。また、境界の界面高さは１５．５ｃｍ、境界における不溶分の界面高さの比は０．６２と求めた。第２の試験終了（Ｖ2＝０）時の不溶分の界面高さｈ2と、不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1は、それぞれ、８．３８ｃｍ、０．３３５であった。
第１および第２の試験の溶剤比と、その溶剤比におけるｋ、ＡおよびＢをまとめた結果を以下の表１に示す。
図３は、図２から求めた沈降速度を横軸にとり、不溶分の界面高さの比を縦軸にとったときの沈降曲線（正方形のプロット）を示したグラフである。このグラフの減速沈降区間における式（２’）の傾きＢを２．７８と求めた。また、式（２’）の切片ＡはＶ2＝０の不溶分の界面高さの比０．３３５となる。したがって、式（２）の沈降速度Ｖ2は、Ｖ2＝[（ｈ2／０．２５０）−０．３３５]／２．７８となる。
（第３の試験）
鉄製タンク中のコールタール８５１ｋＬに対し、石炭系ガス軽油１３６２ｋＬを添加して混合し、溶剤比１．６の混合液２２１３ｋＬを調製し、静置して重力沈降分離試験を行った。初期界面高さｈ1は、６．２１ｍだった。静置開始直後から不溶分が重力沈降分離し始めた。第３の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（ひし形のプロット）し、グラフ化したものが図４である。第３の試験は、不溶分の界面高さを測定しながら、不溶分の重力沈降分離が完了したと考えられる２４０時間まで行った。
鉄製タンク中のコールタール８５１ｋＬに対し、石炭系ガス軽油１３６２ｋＬを添加して混合し、溶剤比１．６の混合液２２１３ｋＬを調製し、静置して重力沈降分離試験を行った。初期界面高さｈ1は、６．２１ｍだった。静置開始直後から不溶分が重力沈降分離し始めた。第３の試験における経過時間ｔと不溶分の界面高さｈ2とを測定した。その結果をプロット（ひし形のプロット）し、グラフ化したものが図４である。第３の試験は、不溶分の界面高さを測定しながら、不溶分の重力沈降分離が完了したと考えられる２４０時間まで行った。
図４の第３の試験のグラフから、沈降速度が一定である定速沈降区間の沈降速度Ｖ1＝０．０５２と求めた。この結果と、第１の試験のｋ＝０．０７４と、式（３）からｌ＝０．７０を求めた。また、境界の界面高さは３．３５ｍ、境界における不溶分の界面高さの比は０．５４と求めた。第３の試験終了（Ｖ2＝０）時の不溶分の界面高さｈ2と、不溶分の界面高さの比ｈ2／ｈ1は、それぞれ、１．１３ｍ、０．１８１７であった。
図５は、図４から求めた沈降速度を横軸にとり、不溶分の界面高さの比を縦軸にとったときの沈降曲線（ひし形のプロット）を示したグラフである。このグラフの減速沈降区間における式（４’）の傾きを１７．３と求めた。また、式（４’）の切片はＶ2＝０の不溶分の界面高さの比であるから、０．１８１７となる。したがって、第１の試験と式（４’）から、ｈ2／ｈ1＝（Ｄ／１．６）×２．７８×Ｖ2＋（Ｃ／１．６）×０．３３４であるので、（Ｃ／１．６）×０．３３４＝０．１８１７、（Ｄ／１．６）×２．７８＝１７．３であり、これらから、Ｃ＝０．８７、Ｄ＝１０．０と求めた。
第３の試験の溶剤比と、その溶剤比におけるｌ、ＣおよびＤをまとめた結果を以下の表２に示す。
これら第１〜第３の試験の結果から、溶剤比２．０、混合液量２２１３ｋＬの推算対象は、境界の界面高さ３．３５ｍまで式（３）に従い、Ｖ1＝０．１０１×０．７０＝０．０７（ｍ／時）で沈降し、そこから式（４）に従い、Ｖ2＝[（ｈ2／６．２１）−（０．８７／２．０）×０．３３５]／[（１０．０／２．０）×２．７８]＝（ｈ2／８６．３）−０．０１（ｍ／時）で沈降すると推算した。この推算結果から横軸：時間、縦軸：不溶分の界面高さとして沈降曲線のグラフ（実線）を描いた。そのグラフを図６に示す。
（推算結果の検証）
推算対象について、鉄製タンク中のコールタール７３８ｋＬに対し、石炭系ガス軽油１４７５ｋＬを添加して混合し、溶剤比２．０の混合液２２１３ｋＬを調製し、静置して２４０時間まで重力沈降分離操作を行った。その経過時間と不溶分の界面高さとを測定した。その結果をプロット（正方形のプロット）したものを、推算した沈降曲線と合わせて図６に示す。図６に示すように、推算した沈降曲線と、実際の鉄製タンクでの重力沈降分離の結果が高精度で一致している。
推算対象について、鉄製タンク中のコールタール７３８ｋＬに対し、石炭系ガス軽油１４７５ｋＬを添加して混合し、溶剤比２．０の混合液２２１３ｋＬを調製し、静置して２４０時間まで重力沈降分離操作を行った。その経過時間と不溶分の界面高さとを測定した。その結果をプロット（正方形のプロット）したものを、推算した沈降曲線と合わせて図６に示す。図６に示すように、推算した沈降曲線と、実際の鉄製タンクでの重力沈降分離の結果が高精度で一致している。
本発明によれば、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果を容易に推算することができる。
Claims (2)
- コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離試験の結果に基づく、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法であって、
前記重力沈降分離試験は、第１、第２および第３の重力沈降分離試験であり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、コールタールの量が同じであり、
前記第３の重力沈降分離試験は、前記第１の重力沈降分離試験よりもコールタールの量が多く、
前記コールタールの量に対する石炭系ガス軽油の量の比（石炭系ガス軽油量／コールタール量）を溶剤比としたとき、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第２の重力沈降分離試験は、溶剤比が異なり、
前記第１の重力沈降分離試験と前記第３の重力沈降分離試験は、溶剤比が同じであり、
前記第２の重力沈降分離試験と、前記重力沈降分離の結果を推算する対象は、溶剤比が同じであり、
前記第１および第２の重力沈降分離試験における以下の式（１）および式（２）と、
Ｖ1＝ｋ・・・式（１）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−Ａ]／Ｂ・・・式（２）
（式（１）中、Ｖ1は、定速沈降区間での沈降速度であり、ｋは、定速沈降区間での沈降速度の平均値であり；
式（２）中、Ｖ2は、減速沈降区間での沈降速度であり、ｈ1は、前記コールタールと前記石炭系ガス軽油との混合液の初期界面高さであり、ｈ2は、時間ｔにおける前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ａは、減速沈降区間における沈降速度０での前記石炭系ガス軽油不溶分の界面高さであり、Ｂは、減速沈降区間における単位界面高さの減少に要する時間でありかつ０ではない）
前記第３の重力沈降分離試験における以下の式（３）および式（４）と、
Ｖ1＝ｋ×ｌ・・・式（３）
Ｖ2＝[（ｈ2／ｈ1）−（Ｃ／ｙ）×Ａ]／[（Ｄ／ｙ）×Ｂ]・・・式（４）
（式（３）中、Ｖ1およびｋは、式（１）と同じであり、ｌは、調整パラメータであり；式（４）中、ｈ1、ｈ2、ＡおよびＢは、式（２）と同じであり、ｙは、溶剤比であり、ＣおよびＤは、調整パラメータでありかつＤは０ではない）
を用いる、コールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法。 - 前記第１、第２、第３の重力沈降分離試験および前記重力沈降分離の結果を推算する対象の溶剤比が、１．０〜３．０である、請求項１に記載のコールタール中の石炭系ガス軽油不溶分の重力沈降分離の結果の推算方法。
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