JPH02202989A - ブレミアムコークスの製造方法 - Google Patents

ブレミアムコークスの製造方法

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JPH02202989A
JPH02202989A JP753289A JP753289A JPH02202989A JP H02202989 A JPH02202989 A JP H02202989A JP 753289 A JP753289 A JP 753289A JP 753289 A JP753289 A JP 753289A JP H02202989 A JPH02202989 A JP H02202989A
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coke
drum
soaking
premium
heat
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Ta-Wei Fu
ター・ウエイ・フ
Bruce A Newman
ブルース・エー・ニューマン
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Conoco Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディレードプレミアムコーキングプロセスを
用いたプレミアムコークスの製造方法に関する。
鉄鋼工業で採用される電気アーク炉に使用される大型の
黒鉛電極の製造のための高品質のブ1/ミアムコークス
の需要が増している。黒鉛電極に用いられるプレミアム
コークスの品質は、しばしばその熱膨張係数により決定
され、その値は−5〜+ 8 am/ am/ ”CX
 10−7の範囲である。プレミアムコークスの使用者
は低CTEををする黒鉛物質を常に捜している。CTE
の小さい変化ですら大型電極の特性に実質的に影響を与
える。黒鉛電極の密度もまた、黒鉛電極の特性を特徴づ
ける上で重要である。通常、密度が高ければ高いほど、
電極の品質は良好である。
プレミアムコークスは、重質の炭化水素原料をコークス
とより軽質の炭化水素生成物とに転化するディレードロ
ーキングによって製造される。この方法では、重質の炭
化水素原料をクラブキング温度に急速に加熱し、連続的
にコークドラムに供給する。加熱された原料をコークス
とクラッキングされた蒸気とに転化するために充分な熱
すなわち原料中に含まれた熱でドラム内でソーキングす
る。クラブキングされた蒸気を塔頂で取出し、分留し、
必要に応じて塔底物質は、原料にリサイクルする。コー
クスは前記ドラムがコークスでいっばいになるまで前記
ドラム内に蓄積され、ドラムがいっばいになったとき加
熱された原料を他のコークドラムへ転換し、いっばいに
なったドラムから、コークスを除去する。除去した後、
コークスを窩部で焼成し、揮発性物質を除去し、コーク
スの水素に対する炭素比を増加させる。
大型黒鉛電極の製造には、ディレードローキング方法か
ら得られた焼成されたプレミアムコークス粒子をピッチ
と混合し、次いで高温で加熱してピッチを炭化する。
本発明によれば、コークスを、コーキング工程における
温度と実質的に同じ温度で行われる熱ソーキングに供す
ることにより、優れた特性を有するプレミアムコークス
を得る。コークスの特性はまた、通常のコーキング工程
における温度より低い温度でコーキングすることにより
向上する。
米国特許第4,547,284号は、コーキングを通常
の温度より低い温度で行ない、得られたコークスをコー
キング温度よりも高い温度、好ましくは少なくとも18
”F高い温度で熱ソーキングするプレミアムコーキング
プロセスを開示している。
欧州特許出願第155.163号は、コークスをソーキ
ングまたは乾燥する温度を開示しており、次の3つの過
程が述べられている。(1)コークスを作るとき特にコ
ークスを作る段階の後トにドラムの温度を上げ、(2)
コークドラムへの原料の新しい供給部分を止め、コーカ
ー生成物またはその一部分を加熱蒸気とし、この蒸気を
すでに形成されたコークスに通すことにより、コークス
を形成した後、(3)形成されたコークスを750@F
を越える温度に維持する。
本発明に用いられる新しい原料は、重質の芳香族鉱油留
分である。石油、けつ岩油、タール砂及び石炭等を含む
多くのコークス源からこれらの原料が得られる。特別の
原料として、スラリー油または透明な油としても知られ
ているデカント油があり、これは軽油及び/または残渣
油の接触クラッキングからの流出留分から得られる。本
発明に用いられるもう1つの原料は、エチレンまたは高
温分解タールである。この原料は、重質の芳香族鉱物油
であり、エチレンのようなオレフィンを製造するための
鉱物油の高温熱クラブキングから誘導される。またもう
1つの原料は真空残渣油であり、真空下で残油をフラッ
シュまたは蒸溜することにより得られる重質の残油であ
る。さらにもう1つの原料は真空軽油であり、真空下で
残油をフラッシュまたは蒸溜することにより得られる軽
質の材料である。熱タールもまた原料として用いられる
。この熱タールは重質油であり、軽油またはそのWA似
材料の熱クラッキングによって製造された材料の分留か
ら得られる。重質のプレミアムコーカー軽油はまた、も
う1つの原料であり、オイル等をプレミアムコークスに
するコーキングにおいて生成された液状生成物から得ら
れるffi質油である。プレミアムコーキング以外のコ
ーキング作用から得られた軽油もまた原料として用いる
ことができる。直留常圧軽油もまた原料として用いるこ
とができる。この軽油は、大気圧またはそれより高い圧
力下で原酒を蒸溜することによりつくられる。本発明に
用いることができるもう1つの原料は、溶剤抽出された
コールタールピッチである。
前述の原料は各々単独または組合わせて使用することが
できる。加えて、各々の原料をプレミアム級コークスの
製造に用いる前に水素化処理及び/または熱クラッキン
グに供することができる。
第1図に示すように、原料をライン1を介してコーキン
グプロセスに導入する。原料例えば熱タールを炉3内で
通常約800〜1050@F好ましくは850〜950
”Fの範囲の温度で加熱する。通常、バイブスチルのよ
うに熱タールを前記温度に迅速に加熱できる炉を使用す
る。加熱された熱タールを、指示された温度より実質的
に高い温度で炉から出し、ライン4を通して、約15〜
約200psigの圧力に維持されたコークドラム5の
塔底に導入する。コークドラムを、約780〜約100
0°Fの範囲の温度好ましくは約800〜約925”F
で操作する。コークドラム内で、熱タール中の重質炭化
水素を分解し、分解された蒸気とプレミアムコークスと
を生成する。
蒸気をドラムの塔頂からライン6を通して連続的に除去
する。ドラム5への原料供給は、予め決定された水準に
達した時点で中断して、第2のコークドラム5aへの供
給に切換える。コークスは、この時点までドラム5中に
蓄積する。また、第2のドラムらa中ではドラム5と同
様の操作を行なう。この切換えは、ドラム5を供給系統
から除き、これを開口し、蓄積されたコークスを通常の
技術を用いてそこから除去する。このコーキングのサイ
クルは、約16〜約60時間好ましくは約24〜約48
時間を要する。
コークドラム5からコークスを除去する前に、ドラム5
内のコークスを、コーキング操作が行われた温度と実質
的に同じ温度で熱ソーキングに供する。熱ソーキングは
、非コーキング流体を用いて行なう。この非コーキング
流体は、ライン16を通して装置に導入され、熱ソーキ
ング炉17内で加熱され、蒸気として熱ソーキング炉か
らライン18を通してコークドラムの塔底に通される。
熱ソーキング材料を、ライン19を通してコークドラム
の塔頂から出し、熱ソーキング分留塔20に導入する。
分留塔20に入る蒸気流は、熱ソーキング材料だけでな
く、熱コーキング操作の間にコークスから放出された軽
質または重質の材料もまた含んでいる。分留塔20の中
でこの蒸気をc、−C3生成物ストリーム21、ガソリ
ンストリーム22、重質軽油ストリーム23及びライン
24を通して分留塔から取出されるさらに重質の軽油に
分留する。所望であれば、前記物質の一部をコークス原
料と一緒にしてもよい。
コーキングされず、かつプレミアムコークス特性に影響
を与えない材料であれば何でも、熱ソーキング材料とし
て用いることができる。例えば、熱ソーキング材料は、
液状炭化水素留分、または軽質炭化水素、窒素、水蒸気
等のような気体状炭化水素である。通常、留出物または
軽質軽油が適用されるのは、これらの材料がたやすく利
用でき、かつ熱ソーキング温度の影響を受けないためで
ある。この場合、軽質軽油を熱ソーキング材料として使
用する。所望であれば、この熱ソーキング材料を熱ソー
キング分留塔から回収してライン26を通して熱ソーキ
ング炉26にリサイクルしても良い。
はぼコーキング操作と同じ温度で熱ソーキングを行なう
ときは、通常のコーキング温度より低い温度でコークド
ラムを操作し、同時に、優れた物理的特性すなわち非常
に低いCTEを有する生成物が得られる。驚(べきこと
に、本明細書で定義されたようなTSNによって示され
るように、コーキング(及び熱ソーキング温度)が引下
げられるに従って、コークスのCTEが改善される。優
れた更に好ましい特性とは、CTEができる限り低いこ
とであり、VBDができる限り高いことである。
再び第1図を参照すると、コーキング操作においてコー
クドラムの塔頂から得られる蒸気は、ライン6によって
コーカー分留塔7へ運ばれる。第1図に示すように、蒸
気を、典型的にC,−c3生成物ストリーム8、ガソリ
ン生成物ストリーム9、重質軽油生成物ストリーム10
及びライン11を通して分留塔7から取出されるプレミ
アムコーカー重質軽油へ分留する。
前述のように、分留塔7から取出されるプレミアムコー
カー重質軽油は、ライン12を通してコーカー炉3に所
望の割合でリサイクルすることができる。過剰の塔底物
質を、所望であれば、−数的な残渣の精製技術に供する
ことができる。
生コークスを出口13及び13aを通してコークスドラ
ム5及び5aから各々除去し、及び焼成器14へ導入し
、この中で高温にさらし、揮発性物質を除去し、コーク
スの水素価に対する炭素価を増加させる。焼成は、約2
000〜約3000” Fの範囲好ましくは約2400
〜約2600” Fの範囲の温度で行われる。コークス
を焼成条件下で約0.5〜約10時間好ましくは約1〜
約3時間維持する。焼成温度及び焼成時間は、最 終的なコークス生成物に要求される特性に応じて変える
。大きい黒鉛電極の製造に適する焼成されたプレミアム
コークスを、出口15を通して焼成器より回収する。
本発明をコーカー分留塔及び熱ソーキング分留塔の両方
を利用するとして説明してきたが、両操作を1つの分留
塔中で行なうことも本発明の範囲であり、その場合には
、コーキング及び熱ソーキングの両操作中におけるコー
クドラムからの留出物を、この1つの分留塔に供給する
。また、通常2つの分留塔から再生する前記ストリーム
は、全て1つの分留塔から得られる。所定の特性を有す
るコークスを得るためには、TSN条件だけが必要であ
る。
熱ソーキング操作は、通常約4〜約60好ましくは約8
〜約32時間にわたって行なう。適当な操作時間は、コ
ーキング操作に用いられる原料、コーキング時間及びコ
ーキング温度に依存するが、これらの条件を合わせてT
SNが得られる。
TSNは、プレミアムコークスの範囲のCTE及びVB
Dを有するコークスを作るために必要な熱ソーキングの
量を表す。本発明に従って製造されるコークスの熱ソー
キング中の温度及び時間の組合わせとコーキング段階の
間の温度及び時間の組合わせとの合計を、次式に示す。
TS、−やyr  + T S v−や、ダ ≧TSN
       ・・・(1)ただし、式(1)において
、 TS、−◆2ダニコーキング段階中の熱的激しさ、TS
y−4y、:ソーキング段階中の熱的激しさ、及び TSN :1サイクル中のコークドラムに入れる全ての
原料からプレミアムコークスを製造するために必要な熱
的激しさ を示す。
熱的激しさ(TS)は次式によって定められる。
TS−[exp(−58273/T [@R1)] X
l:RX時間1時間]  −(2)ただし、 RX時間フ原料のコーキング及び/または熱ソーキング
を行なう時間、及び T:コークスまたはコークスを形成する液体の温度 である。
市販のコークドラムでは、−膜内にTは、ドラムの蒸気
温度よりも約5″F〜約60@F高い温度である。更に
普通はTSの範囲は、ドラムの蒸気温度よりも約15〜
約30’F高い温度である。
TSNは次式によって決定される。
T S N −exp(0,050X f a −39
,8)   −<3)fa : C1C13N分析によ
って測定された芳香族型における炭素原子の百分率 多くの場合、最小の反応の激しさを受ける原料の一部す
なわちコークドラムに入れられる原料の最後の一滴でさ
え式(1)を満足するコーキング及び熱コーキング条件
を選択することが、経済的には適切である。極端に低い
クラッキング温度が相対的に芳香族の多い原料と組合わ
せて用いられる場合、普通のドラムに入れる最後の原料
が式(1)を満足することは、過剰に長い熱ソーキング
時間を必要とする。このような場合、実際に必要な熱ソ
ーキング時間は、次のとおりである。
T  S 、、−ゆうダ ≧ ’r  S M    
         =、(4)TS、ニドラム全体で製
造したコークスについて1つのドラムの平均値に基づく
許容CTE及び許容VBDを得るために必要なソーキン
グ段階中の最小の熱的激しさ。
TS、は次式から決定される。
T S M −exp(0,050X f a −42
,8)     −(5)本発明の好ましい態様におい
て、ソーキング時間は、式(1)が、ドラムの全ての部
分においてつくられたコークス、たとえば1サイクルの
柊わりの方にドラムに入れる原料でさえも満足するよう
に選ぶ。標準的な普通のコークスドラムに入れられた原
料の最後の一滴のTSは0であるため、式(1)の値は
、標準的な普通のコーキングの場合には次のように減少
する。
TS、−。ヶ≧TSN       ・・・(6)熱的
激しさが広範囲であるために、普通のコークスドラム全
体の平均コークス特性は、熱的激しさの少ない熱ソーキ
ングの場合でもプレミアムコークスの特性となる。この
範囲は式(4)及び式(5)によって定義される。
以下に示す実施例は、本発明を実施することによって得
られる結果を説明する。第1表は、本発明に用いられる
原料の物理的性質を示す。
実施例1 第1表に示す物理的特性を示す熱タールを実験室規模で
、バッチ式のコークドラム中で825.850 s 8
75及び900’ FM)im及び1100psiの圧
力で8時間コーキングした。
同様の熱タールはまた、8時間、24時間及び56時間
の熱ソーキング処理をコークス形成温度で行なう以外は
、同一条件下でコーキングした。
第1表に示すように、この熱タールのTSNは、式(3
)から計算すると、9.8X10−17時間である。
コーキング実験の結果を第2表に示す。この結果は、熱
ソーキングがコークスの特性を劇的に向上させることを
明らかに示している。熱ソーキング時間の増加は、コー
キングと熱ソーキングとを組合わせたTSが9.8X1
0””時間より少ないとき、−数的に非常に有益である
。最も良いコークス特性すなわち、低いCTE及び高い
VBDは、組合わせられたTSが約9.8X10−17
時間と等しいかまたはそれより多いとき、低いコーキン
グ温度及び熱ソーキング温度で得られる。
CTEは、3/4インチの黒鉛化電極棒を用いるかまた
は黒鉛の002ピークの強度からX線回折法によってa
ll定することができる。この2つの方法は、第2図に
示すように、ある一定の決定し得る関係を有する。どち
らの方法から得られたCTEも、他の方法を用いて得ら
れた結果と相関し得る。
実施例2 第1表に示す物理的性質を有する熱分解デカント油を、
実験室規模のバッチ式コークドラム中で温度825.8
50.875及び900”F、圧力60psigで8時
間コーキンクした。同様のデカント油をまた、8時間、
24時間、56時間、及び88時間の熱ソーキングをコ
ークス形成温度で行なうこと以外は同様の条件下でコー
キングした。
第1表に示すようにデカント油のTSNは20.3X1
0−17時間である。
コーキング実験結果を第3表に示す。実施例1と同様に
、熱ソーキングは、コークスのCTEを劇的に改良した
。この場合、熱ソーキング時間の長さは、コーキングと
熱ソーキングとを組合わせたTSが20.3X10−1
7時間以下のとき、−数的に有益であることが明らかで
ある。
最も良いCTEもまたコーキング温度及び熱ソーキング
温度が低いときに得られ、そのとき組合わされたTSは
TSNとほぼ等しいかまたはそれよりも大きい。
実施例3 第1表に示す熱分解デカント油を、普通のコーキング操
作と類似した連続的に供給されるパイロットプラント中
で、圧力55psigでコーキングした。実験条件及d
コーキング結果を第4表に示す。この原料のTSN及び
TSMは、式(3)及び式(4)から計算したところ、
各々20.4><IQ−17及び1.0X10−17で
あった。第4表に示すアルファベットグループのB〜E
は、上昇温度における熱ソーキングに対し、一定温度に
おける熱ソーキングである。
熱ソーキングを行なわない場合の実験結果を第4表のグ
ループAに示す。グループAの実験番号1及び2は、ド
ラムに入れられた供給原料(すなわち長期間ドラム中に
ある供給原料)が、まずTSNと等しいTSにならない
ような条件で行なった。実験番号3及び4では、コーク
スドラムに入れる最初の供給原料のTSは65.7X1
0−17であり、TSNより多かった。しかしながら、
これらの実験においても、コークドラム内に入れられた
最後の供給原料のほぼ31重量%([(20,4X10
′″l〕時間/65゜7×10−17時間)X100]
)は、TSNと等しい熱的激しさを受けなかった。
第4表に示すグループB、C及びDでは、実質的にグル
ープAに示すコーキング条件下で熱ソーキングを行なう
ことによる効果を示す。各々の場合、熱ソーキングが、
コークス特性に一般的に有益であることを示す。グルー
プBの実験5は、低いCTEが、1.0X10−17時
間少しばかり激しい条件である2、8X10’7時間の
熱的激しさを用いることによって得られることを示す。
実験番号8(グループB) 、9 (グループC)及び
7(グループD)から得られた結果を見ると、最も良い
特性(低いCTE及び高いVBD)を有するコークスは
、コーキング及び熱ソーキング温度を低減するに従って
得られることを示す。
第4表のグループEは、実質的にコークス形成温度にお
ける熱ソーキング(実験番号8)の効果を、従来例とし
て米国特許4,547,284に説明されるようにコー
クス形成温度より高い温度での熱ソーキング(実験番号
10及び11)の効果と比較して示す。実験番号8では
、明らかに優れた特性を有するコークスが得られる。ま
た、明らかに、優れた特性を有するコークスはコークス
形成温度に近い温度でソーキングすることにより得られ
る。
実施例4 第1表に示す特性及びTSNを有する熱タール及び熱分
解デカント油を、実験室規模のバッチ式コークドラム内
で、Loops igの圧力及び825及び850℃の
温度下でコーキングした。
次いでコークドラムを同じ圧力、コークス形成温度また
は775’Fのいずれかの温度の下で熱ソーキングに徴
した。
第5表は、これらの実験の結果を示す。
825”Fで24時間及び850″′Fで16時間のコ
ーキングは、バッチ式コークドラム中の原料を各々3.
 2 X 10−17時間及び4.7X10−17時間
の熱的激しさに置いた。
これらの熱的激しさは、研究された特定の熱タールから
最良の特性のコークスを製造するに必要な熱的激l−さ
である4、5X10”時間に比較的近い値及びそれより
大きい値である。この結果は、追加の熱ソーキングがこ
の原料からのコークスのCTEを実質的に下げるものと
予想されないことを示しているであろう。表に示す結果
は、TSNに基づく予想を確認している。大きく異なる
熱的激しさ(825” Fで24時間及び775°Fで
24時間)における熱タールの熱ソーキングは、約1.
6X10−” /’ CのCTEを有するコークスを与
える。しかし、第5表の熱分解デカント油については、
TSNは20.9XIQ−17時間であり、これは82
5@Fで24時間または850@Fで16時間コーキン
グすることにより達成された熱的激しさよりかなり大き
い。
この原料の場合は、コークス生成温度におけるより厳し
い条件下での熱ソーキングにより、775”Fでの熱ソ
ーキングよりも優れた特性のコークスが得られることが
予想される。この結果はデータにより確認されている。
表に示す標準偏差にもとつぎ、コークス生成温度および
775’Fにおける熱ソーキングにより得たCTHの差
は、99%の信頼度で統計上有意差がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を説明する概略的フローシートを示す
図、第2図は、コークスの熱膨張率をO1定する2つの
一般的方法の間の関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)芳香族鉱油原料を高温に加熱し、ディレードロー
    キング条件下でコークドラムに導入し該ドラム中で加熱
    された原料をその原料に含まれた熱でソーキングし、該
    原料を通常のコーキング温度よりも低い温度で分解蒸気
    とプレミアムコークスとに転化し、該ドラムへの原料の
    導入を、該ドラムが所定の分量に満たされると中断する
    方法において、該ドラムの内容物を実質的にコークスを
    形成する温度と同じ温度で熱ソーキングに供することに
    よりプレミアムコークスを得ることを含み、かつ該熱ソ
    ーキングの時間が、下記の式で表されることを特徴とす
    るディレードプレミアムコーキングプロセスを用いたプ
    レミアムコークスの製造方法。 TS_ソ_ー_キ_ン_グ≧TS_M TS_M=exp(0.050×fa−42.8)(但
    し、faはC^1^3NMR分析法によって測定された
    芳香族化合物中の炭素の百分率を示す。)(2)前記芳
    香族鉱油原料がデカント油、高温分解タール、真空残渣
    、真空軽油、熱タール、重質プレミアムコーカー軽油、
    直留常圧軽油及び蒸溜されたコールタールピッチからな
    る群から選ばれる請求項1に記載の方法。 (3)前記ソーキング時間が、TSソーキングで定義さ
    れ、TS_ソ_ー_キ_ン_グ≧TS_N及びTS_N
    =exp(0.050×fa−39.8)である請求項
    2記載の方法。 (4)熱ソーキングを約4〜約6時間行なう請求項2に
    記載の方法。 (5)熱ソーキングを約8〜約32時間行なう請求項2
    に記載の方法。 (6)芳香族鉱油を約850〜約950°Fに加熱し、
    連続的にコークドラムに導入し、加熱された原料を約8
    00〜約925°Fの温度、約15〜約200psig
    の圧力で、原料を分解蒸気とプレミアムコークスとに分
    解するために充分な時間すなわち約4〜約60時間の間
    、該加熱された原料に含まれた熱でソーキングし、及び
    該ドラム中で該ドラムへの原料の導入を、該ドラムが所
    定の分量に満たされると中断する方法であって、コーク
    ドラムの内容物を、コーキング操作におけるコークドラ
    ムの温度と実質的に同じ温度で、熱ソーキングに供する
    ことによりプレミアムコークスを得ることを含み、及び
    該熱ソーキングの時間が下記の式で表されることを特徴
    とするディレードプレミアムコーキングプロセスを用い
    たプレミアムコークスの製造方法。 TS_ソ_ー_キ_ン_グ≧TS_M TS_M=exp(0.050×fa−42.8)(但
    し、faはC^1^3NMR分析法によって測定された
    芳香族化合物中の炭素の百分率を示す。)(7)前記芳
    香族鉱油原料が、デカント油、高温分解タール、真空残
    渣、真空軽油熱タール、重質プレミアムコーカー軽油、
    直留の常圧軽油及び蒸溜されたコールタールピッチから
    なる群から選ばれる請求項6に記載の方法。 (8)熱ソーキングを約8〜約32時間行なう請求項7
    に記載の方法。 (9)前記ソーキング時間が、TS_ソ_ー_キ_ン_
    グで定義され、TS_ソ_ー_キ_ン_グ≧TS_N及
    びTS_N=exp(0.050×fa=−39.8)
    である請求項6記載の方法。
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