(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭から粘結性補填材及び石炭ピッチを製造する方法であって、
石炭に第１の溶剤を混合する第１混合工程と、
上記第１混合工程後の石炭の第１の可溶成分を加熱により溶剤に抽出する第１抽出工程と、
上記第１抽出工程後の石炭及び第１の溶剤の混合物を第１の可溶成分を含む第１の溶液と第１の不溶成分を含む第１の固形分濃縮液とに固液分離する第１固液分離工程と、
上記第１固液分離工程後の第１の溶液の第１の可溶成分から上記第１抽出工程における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分を溶剤に抽出する第２抽出工程と、
上記第２抽出工程後の第２の可溶成分及び溶剤を含むものを第２の可溶成分を含む第２の溶液と第２の不溶成分を含む第２の固形分濃縮液とに固液分離する第２固液分離工程と、
上記第２固液分離工程後の第２の溶液からの溶剤除去により石炭ピッチを得る石炭ピッチ取得工程と、
上記第２固液分離工程後の第２の固形分濃縮液からの溶剤除去により粘結性補填材を得る粘結性補填材取得工程と
を備え、
上記第２抽出工程が、
上記第１固液分離工程後の第１の溶液からの溶剤除去により第１の可溶成分を含む無灰炭を得る無灰炭取得工程と、
上記無灰炭に第２の溶剤を混合する第２混合工程と、
上記第２混合工程後の無灰炭の可溶成分を上記第１抽出工程における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分として第２の溶剤に抽出する低温抽出工程と
を有する粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法。
【請求項２】
上記第１抽出工程おける加熱温度が３００℃以上４５０℃以下である請求項１に記載の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法。
【請求項３】
上記第２抽出工程における抽出温度が５０℃以上２００℃以下である請求項１又は請求項２に記載の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法。
【請求項４】
上記石炭が瀝青炭又は亜瀝青炭である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄用コークスの製造において使用される粘結性補填材は、原料石炭と溶剤とを混合したスラリーを加熱して溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程、抽出後のスラリーを固液分離する工程、及び分離された溶液の蒸留をする工程により製造される（特開２０１４−１８５２６４号公報参照）。
【０００３】
これらの工程のうち、溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程は、石炭成分の十分な溶解と抽出率向上の観点から、高圧下において３００℃以上４２０℃以下の範囲で１０分以上６０分間以下の時間で行われる。高温高圧とするための設備費用や加熱用の燃料費等を考慮すると、この抽出工程が粘結性補填材の製造において最もコストを要する工程である。
【０００４】
一方、上記石炭成分からは、粘結性補填材だけではなく、他の用途に用いられる材料を得ることもできる。このような材料として、製鉄コークス原料用成型物や炭素材料の成型物及びアルミ精錬用アノードの製造用のバインダや、炭素繊維の製造用の紡糸ピッチ等に用いられる石炭ピッチが挙げられる（特開２０１２−１８４１２５号公報参照）。
【０００５】
この石炭ピッチは、上述の粘結性補填材の製造における抽出工程と同様の条件で抽出された石炭成分に対してさらに加熱抽出処理を行い、石炭ピッチとならない副生物を除去することで得られる。このため、石炭ピッチは、副成物が除去される分、同量の原料石炭から得られる収量が粘結性補填材よりも少なくなるので、上記抽出工程のコストが製造単価に与える影響が大きい。さらに、石炭ピッチは粘結性補填材に比べて需要が大きいことから、一般に生産規模も大きくなり、その製造重量に対する操業費用や設備投資費用が大きくなり易い。
【０００６】
このため、粘結性補填材及び石炭ピッチの操業費用及び設備規模を低減できる製造方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８５２６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、操業費用及び設備規模を低減できる粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造において最もコストを要する工程である溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程のコスト低減について鋭意検討したところ、本発明者は、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造においてそれぞれ個別に行われている上記抽出工程が共有できることを見出した。つまり、本発明者は、石炭ピッチの製造の抽出工程で抽出される溶液から粘結性補填材及び石炭ピッチを製造することで抽出工程の設備を共通化でき、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造に必要な操業費用及び設備規模を低減できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、石炭から粘結性補填材及び石炭ピッチを製造する方法であって、石炭に溶剤を混合する混合工程と、上記混合工程後の石炭の第１の可溶成分を加熱により溶剤に抽出する第１抽出工程と、上記第１抽出工程後の石炭及び溶剤の混合物を第１の可溶成分を含む第１の溶液と第１の不溶成分を含む第１の固形分濃縮液とに固液分離する第１固液分離工程と、上記第１固液分離工程後の第１の溶液の第１の可溶成分から上記第１抽出工程における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分を溶剤に抽出する第２抽出工程と、上記第２抽出工程後の第２の可溶成分及び溶剤を含むものを第２の可溶成分を含む第２の溶液と第２の不溶成分を含む第２の固形分濃縮液とに固液分離する第２固液分離工程と、上記第２固液分離工程後の第２の溶液からの溶剤除去により石炭ピッチを得る石炭ピッチ取得工程と、上記第２固液分離工程後の第２の固形分濃縮液からの溶剤除去により粘結性補填材を得る粘結性補填材取得工程とを備える。
【００１１】
当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、溶剤に可溶な石炭成分を抽出した第１の溶液をさらに抽出処理することで、第２の溶液及び第２の固形分濃縮液を得る。当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、この第２の溶液から石炭ピッチを得ると共に、第２の固形分濃縮液から粘結性補填材を得るので、溶剤に可溶な石炭成分を抽出する第１抽出工程を粘結性補填材及び石炭ピッチの製造において共有でき、共通の設備で行える。このため、粘結性補填材及び石炭ピッチをそれぞれ個別に製造する場合に比べて必要な操業費用及び設備規模を著しく低減できる。従って、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、その製造単価及び設備投資費用を抑止できる。
【００１２】
上記第２抽出工程が、上記第１固液分離工程後の第１の溶液からの溶剤除去により第１の可溶成分を含む無灰炭を得る無灰炭取得工程と、上記無灰炭に第２の溶剤を混合する第２混合工程と、上記第２混合工程後の無灰炭の可溶成分を上記第１抽出工程における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分として第２の溶剤に抽出する低温抽出工程とを有するとよい。無灰炭は粘結性補填材として利用できる。従って、無灰炭取得工程で取得した無灰炭の一部を粘結性補填材として利用することで、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造割合の調整が容易に行える。
【００１３】
上記第１抽出工程おける加熱温度としては、３００℃以上４５０℃以下が好ましい。このように上記第１抽出工程おける加熱温度を上記範囲内とすることで、熱分解ラジカルの再結合を抑止しつつ、石炭を構成する分子間の結合力を弱められるため、粘結性補填材及び石炭ピッチの収率を高めることができる。
【００１４】
上記第２抽出工程における抽出温度としては、５０℃以上２００℃以下が好ましい。このように上記第２抽出工程おける加熱温度を上記範囲内とすることで、石炭ピッチの軟化開始温度が高くなり過ぎることを抑止すると共に、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造における第１抽出工程の共有による操業費用削減効果を維持しつつ、石炭ピッチの収率を高められ、需要の多い石炭ピッチを大量に製造することができる。
【００１５】
上記石炭が瀝青炭又は亜瀝青炭であるとよい。このように上記石炭を瀝青炭又は亜瀝青炭とすることで、粘結性補填材及び石炭ピッチの収率を比較的高くすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、粘結性補填材及び石炭ピッチの操業費用及び設備規模を低減できる。従って、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、その製造単価及び設備投資費用を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法の手順を示す流れ図である。
【図２】図１の流れ図の第２抽出工程の手順を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
［粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法］
図１に示す当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、石炭から粘結性補填材及び石炭ピッチを製造する方法である。当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、石炭に第１の溶剤を混合する第１混合工程Ｓ１と、上記第１混合工程Ｓ１後の石炭の第１の可溶成分を加熱により溶剤に抽出する第１抽出工程Ｓ２と、上記第１抽出工程Ｓ２後の石炭及び第１の溶剤の混合物を第１の可溶成分を含む第１の溶液と第１の不溶成分を含む第１の固形分濃縮液とに固液分離する第１固液分離工程Ｓ３と、上記第１固液分離工程Ｓ３後の第１の溶液の第１の可溶成分から上記第１抽出工程Ｓ２における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分を溶剤に抽出する第２抽出工程Ｓ４と、上記第２抽出工程Ｓ４後の第２の可溶成分及び溶剤を含むものを第２の可溶成分を含む第２の溶液と第２の不溶成分を含む第２の固形分濃縮液とに固液分離する第２固液分離工程Ｓ５と、上記第２固液分離工程Ｓ５後の第２の溶液からの溶剤除去により石炭ピッチを得る石炭ピッチ取得工程Ｓ６と、上記第２固液分離工程Ｓ５後の第２の固形分濃縮液からの溶剤除去により粘結性補填材を得る粘結性補填材取得工程Ｓ７とを備える。
【００２０】
（石炭）
当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法の原料とされる石炭は特に限定されず、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．、ｄｒｙ  ａｓｈ  ｆｒｅｅ）が７８％未満である石炭化度の低い褐炭から炭素含有率が９１％超の石炭化度の高い無煙炭まで、各種公知の石炭を使用できる。中でも炭素含有率が７８％以上９１％以下の石炭化度を有する石炭が好ましい。なお、「炭素含有率」とは、石炭の水分と灰分とを除いた有機質（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｓ、Ｏ）に対する炭素の含有率（質量％）をいい、ＪＩＳ−Ｍ８８１９：１９９７に準じて測定することができる。
【００２１】
炭素含有率が７８％以上９１％以下の石炭化度を有する石炭としては、瀝青炭及び亜瀝青炭を挙げることができる。瀝青炭及び亜瀝青炭は、トルエン可溶分の含有率が比較的高く、適度な酸素含有率を有するため、瀝青炭及び亜瀝青炭を原料石炭とすることによって、粘結性補填材及び石炭ピッチの収率を大きくすることができる。なお、石炭化度が亜瀝青炭よりも低い褐炭は、酸素含有率が大きすぎて石炭ピッチからの炭素繊維の収率が低くなるおそれがある。また、石炭化度が瀝青炭よりも高い無煙炭は、酸素含有率及びトルエン可溶分含有率が小さいため石炭ピッチを炭素繊維として用いる際の溶融紡糸が容易でなくなるおそれがある。
【００２２】
以下に当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法の各工程について説明する。
【００２３】
＜第１混合工程＞
第１混合工程Ｓ１は、上記石炭に第１の溶剤を混合し、スラリーを調製する工程である。第１混合工程Ｓ１は公知の設備、例えば公知の撹拌機構付タンクを用いて行うことができる。
【００２４】
上記第１の溶剤としては、原料石炭を溶解する性質を有するものであれば特に限定されず、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等の２環芳香族化合物、アントラセン等の３環芳香族化合物などを用いることができる。なお、上記２環芳香族化合物には、脂肪族鎖を有するナフタレン類や長鎖脂肪族鎖を有するビフェニル類が含まれる。
【００２５】
上記溶剤の中でも、石炭乾留生成物から精製した石炭誘導体である２環乃至３環芳香族化合物が好ましい。石炭誘導体の２環芳香族化合物は、加熱状態でも安定しており、石炭との親和性に優れている。そのため、溶剤としてこのような２環芳香族化合物を用いることで、溶剤に抽出される石炭成分の割合を高めることができると共に、蒸留等の方法で容易に溶剤を回収し循環使用することができる。
【００２６】
上記石炭に対する上記第１の溶剤の質量比としては、石炭が溶解する限り特に限定されないが、例えば３倍以上１０倍以下とできる。
【００２７】
また、上記石炭は、製造効率の観点から、微細に粉砕することが好ましい。上記石炭の質量累計９０％の粒子径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。なお、「質量累計９０％の粒子径」とは、全粒子をＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定される金属製網篩で篩分けした際に、粒子全体の９０質量％の粒子が篩を通過できる篩の目開きの値を意味する。
【００２８】
＜第１抽出工程＞
第１抽出工程Ｓ２は、上記第１混合工程Ｓ１後の石炭の可溶成分を加熱により第１の溶剤に抽出する工程である。
【００２９】
スラリーの加熱温度（混合物の加熱温度）の下限としては、３００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。一方、スラリーの加熱温度の上限としては、４５０℃が好ましく、４２０℃がより好ましい。スラリーの加熱温度が上記下限未満である場合、石炭を構成する分子間の結合力を十分に弱めることができないため、粘結性補填材及び石炭ピッチの収率が低く不経済となるおそれがある。逆に、スラリーの加熱温度が上記上限を超える場合、石炭の熱分解反応が非常に活発になるため、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こることで粘結性補填材及び石炭ピッチの収率が低下するおそれがある。
【００３０】
上記スラリーの加熱は、不活性ガス雰囲気中で加圧して行うとよい。このようにスラリーの加熱を不活性ガス雰囲気中で行うことで、石炭が酸化することを防止できる。また、スラリーの加熱を加圧して行うことで、第１の溶剤の揮発を抑止し、効率よく可溶成分を抽出できる。上記不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば窒素を用いることができる。また、加圧する圧力としては、加熱抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、例えば３気圧以上２０気圧以下とすることができる。
【００３１】
スラリーの加熱時間としては、特に限定されないが、抽出効率の観点から例えば１０分以上２時間以下の範囲とできる。このスラリーの加熱による石炭からの可溶成分の抽出率は、石炭の種類にも依存するが、瀝青炭又は亜瀝青炭の場合には例えば２０質量％以上６０質量％以下である。
【００３２】
＜第１固液分離工程＞
第１固液分離工程Ｓ３は、上記第１抽出工程Ｓ２後の石炭及び第１の溶剤の混合物を石炭の可溶成分を含む第１の溶液と不溶成分を含む第１の固形分濃縮液とに固液分離する工程である。
【００３３】
上記第１の溶液と上記第１の固形分濃縮液との分離方法としては、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、重力沈降法等の公知の分離方法、あるいはこれらのうちの２以上の組合せを採用できる。
【００３４】
＜第２抽出工程＞
第２抽出工程Ｓ４は、上記第１固液分離工程Ｓ３後の第１の溶液の第１の可溶成分から上記第１抽出工程Ｓ２における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分を溶剤に抽出する。具体的には、図２に示すように第２抽出工程Ｓ４は、上記第１固液分離工程Ｓ３後の第１の溶液からの溶剤除去により第１の可溶成分を含む無灰炭を得る無灰炭取得工程Ｓ４１と、上記無灰炭に第２の溶剤を混合する第２混合工程Ｓ４２と、上記第２混合工程Ｓ４２後の無灰炭の可溶成分を上記第１抽出工程Ｓ２における加熱温度よりも低い温度で第２の可溶成分として第２の溶剤に抽出する低温抽出工程Ｓ４３とを有する。
【００３５】
（無灰炭取得工程）
無灰炭取得工程Ｓ４１は、上記第１固液分離工程Ｓ３後の第１の溶液からの溶剤除去により無灰炭を得る工程である。なお、「無灰炭」とは、石炭を改質した改質炭であり、灰分含有量が５質量％以下、好ましくは３質量％以下、より好ましくは２質量％以下であるものをいう。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２（２００４）に準拠して測定される値を意味する。
【００３６】
上記第１の溶液から溶剤を除去する方法としては、特に限定されず、公知のスプレードライ法等の蒸発法、蒸留法などを用いることができる。なお、溶剤除去により得られる無灰炭の溶剤含有率は小さいほどよいが、溶剤を除去するコスト等の観点から上記無灰炭の溶剤含有率の上限としては、５質量％が好ましく、３質量％がより好ましく、１質量％がさらに好ましい。
【００３７】
また、上記無灰炭は、製造効率の観点から微細に粉砕することが好ましい。上記無灰炭の質量累計９０％の粒子径の下限としては、５０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。一方、上記無灰炭の質量累計９０％の粒子径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。上記無灰炭の粒子径が上記下限未満である場合、第２抽出工程Ｓ４で抽出する無灰炭の可溶成分を含む第２の溶液と、不溶成分である第２の固形分濃縮液とを第２固液分離工程Ｓ５で分離することが困難となるおそれがある。逆に、上記無灰炭の粒子径が上記上限を超える場合、第２抽出工程Ｓ４での無灰炭の可溶成分の抽出効率が低下するおそれがある。
【００３８】
（第２混合工程）
第２混合工程Ｓ４２は、上記無灰炭に第２の溶剤を混合し、スラリーを調製する工程である。第２混合工程Ｓ４２は公知の設備、例えば公知の撹拌機構付タンクを用いて行うことができる。
【００３９】
上記第２の溶剤としては、第１の溶剤として挙げた溶剤を用いることができる。第２の溶剤は、第１の溶剤と異なる種類の溶剤であってもよいが、第１の溶剤と同じ種類の溶剤を用いることが好ましい。このように第２の溶剤を第１の溶剤と同じ種類の溶剤とすることで、溶剤の回収及び再利用が容易となる。
【００４０】
上記無灰炭に対する上記第２の溶剤の質量比としては、無灰炭が溶解する限り特に限定されないが、例えば３倍以上１０倍以下とできる。
【００４１】
（低温抽出工程）
低温抽出工程Ｓ４３は、上記第２混合工程Ｓ４２後の無灰炭の可溶成分を上記第１抽出工程Ｓ２における加熱温度よりも低い温度で第２の溶剤に抽出する工程である。
【００４２】
上記抽出温度の下限としては、５０℃が好ましく、７０℃がより好ましい。一方、上記抽出温度の上限としては、２００℃が好ましく、１５０℃がより好ましく、１２０℃がさらに好ましい。上記抽出温度が上記下限未満である場合、無灰炭の可溶成分が減少するため、石炭ピッチを低操業費用で大量に生産することが困難となるおそれがある。逆に、上記抽出温度が上記上限を超える場合、抽出される可溶成分の分子量が大きくなることにより石炭ピッチの軟化開始温度が高くなり過ぎ、例えば炭素繊維として用いた際の溶融紡糸時に紡糸効率が低下するおそれがある。また、無灰炭の不溶成分が減少し、粘結性補填材が十分に得られないため粘結性補填材及び石炭ピッチの製造における第１抽出工程Ｓ２の共有による操業費用削減効果が不十分となるおそれがある。
【００４３】
上記抽出温度と第１抽出工程Ｓ２における加熱温度との温度差の下限としては、２００℃が好ましく、２５０℃がより好ましい。一方、上記温度差の上限としては、４００℃が好ましく、３５０℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満である場合、無灰炭の不溶成分が減少し、粘結性補填材が十分に得られないため粘結性補填材及び石炭ピッチの製造における第１抽出工程Ｓ２の共有による操業費用削減効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記温度差が上記上限を超える場合、無灰炭の可溶成分が減少するため、石炭ピッチを低操業費用で大量に生産することが困難となるおそれがある。
【００４４】
なお、溶剤抽出処理時間は、第１抽出工程Ｓ２の加熱時間と同様とできる。上記無灰炭に対する溶剤抽出処理後の可溶成分の抽出率は、処理温度や処理時間にもよるが、例えば１０質量％以上９０質量％以下である。
【００４５】
＜第２固液分離工程＞
第２固液分離工程Ｓ５は、上記低温抽出工程Ｓ４３後の無灰炭及び第２の溶剤の混合物を無灰炭の可溶成分を含む第２の溶液と不溶成分を含む第２の固形分濃縮液とに固液分離する工程である。
【００４６】
上記第２の溶液と上記第２の固形分濃縮液との分離方法としては、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、重力沈降法等の公知の分離方法、あるいはこれらのうちの２以上の組合せを採用できる。
【００４７】
＜石炭ピッチ取得工程＞
石炭ピッチ取得工程Ｓ６は、上記第２固液分離工程Ｓ５後の第２の溶液からの溶剤除去により石炭ピッチを得る工程である。具体的には、上記第２固液分離工程Ｓ５で得られる第２の溶液を加熱して溶剤を揮発させると共に、低温で熱分解する成分を分解して除去することにより、石炭ピッチを得る。
【００４８】
上記熱処理は、不活性ガス雰囲気中で加熱することが好ましい。このように、不活性ガス雰囲気中で加熱して石炭ピッチの酸化架橋を防止することで、石炭ピッチの軟化開始温度の上昇等の不都合を防止できる。上記不活性ガスとしては、石炭ピッチの酸化を抑制できるものであれば特に限定されないが、経済的観点から窒素がより好ましい。
【００４９】
また、上記熱処理は、減圧状態で行うことが好ましい。このように減圧状態で熱処理することによって、溶剤の蒸気及び熱分解物のガスを石炭ピッチから効率よく除去することができる。
【００５０】
上記熱処理温度の下限としては、１５０℃が好ましく、１７０℃がより好ましく、２００℃がさらに好ましい。一方、上記熱処理温度の上限としては、３５０℃が好ましく、３２０℃がより好ましく、２８０℃がさらに好ましい。上記熱処理温度が上記下限未満である場合、第２の溶液中の溶剤を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記熱処理温度が上記上限を超える場合、不必要にエネルギーコストが増大するおそれや、有用な成分が熱分解されて石炭ピッチの収率が低下するおそれがある。
【００５１】
熱処理時間としては、特に限定されないが、熱処理効率の観点から例えば１０分以上２時間以下の範囲とできる。また、上記第２の溶液からの石炭ピッチの収率は、処理温度や処理時間等にもよるが、例えば８０質量％以上９８質量％以下である。なお、溶剤除去により得られる石炭ピッチの溶剤含有率は、小さいほどよいが、溶剤を除去するコスト等の観点から上記石炭ピッチの溶剤含有率の上限としては、５質量％が好ましく、３質量％がより好ましく、１質量％がさらに好ましい。
【００５２】
＜粘結性補填材取得工程＞
粘結性補填材取得工程Ｓ７は、上記第２固液分離工程Ｓ５後の第２の固形分濃縮液からの溶剤除去により粘結性補填材を得る工程である。
【００５３】
固形分濃縮液からの溶剤除去は、例えば公知のフラッシュ蒸留法により行うことができる。フラッシュ蒸留法は、溶液を減圧状態下に噴霧することで溶液中の溶剤を沸騰及び揮発させて連続蒸留を行う蒸留法である。なお、フラッシュ蒸留法により得られる粘結性補填材の溶剤含有率は、通常５質量％以上２０質量％以下である。
【００５４】
なお、固形分濃縮液からの溶剤除去の方法は、フラッシュ蒸留法に限定されず、一般的な蒸留法、蒸発法等を用いることもできる。
【００５５】
［粘結性補填材］
当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法により得られる粘結性補填材は、例えば製鉄用コークスの製造において使用される。
【００５６】
粘結性補填材の灰分の含有量の上限としては、５質量％が好ましく、４質量％がより好ましい。粘結性補填材の灰分の含有量が上記上限を超える場合、粘結性補填材の軟化溶融性が不足し、粘結材として十分に機能しないおそれがある。一方、粘結性補填材の灰分の含有量の下限は特に限定されず、０質量％であってもよい。なお、粘結性補填材の灰分の含有量は、主に使用する原料石炭の種類及び第１抽出工程Ｓ２の加熱温度により制御できる。
【００５７】
粘結性補填材の軟化開始温度の下限としては、１５０℃が好ましく、１７０℃がより好ましく、２００℃がさらに好ましい。一方、粘結性補填材の軟化開始温度の上限としては、３００℃が好ましく、２７０℃がより好ましく、２５０℃がさらに好ましい。上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記下限未満である場合、コークス製造用の組成物を成型する段階の熱処理で粘結性補填材が軟化してしまい、乾留する際に粘結性補填材が十分に機能しないおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記上限を超える場合、乾留する際に粘結性補填材の軟化が不十分となり、粘結性補填材として十分に機能しないおそれがある。なお、粘結性補填材の軟化開始温度は、主に第１抽出工程Ｓ２の加熱温度により制御できる。また、「粘結性補填材の軟化開始温度」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００８に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定される温度である。
【００５８】
原料石炭全体に対する粘結性補填材の収率の下限としては、１５質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。一方、原料石炭全体に対する粘結性補填材の収率の上限としては、５５質量％が好ましく、４０質量％がより好ましい。上記粘結性補填材の収率が上記下限未満である場合、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造コスト低減効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の収率が上記上限を超える場合、粘結性補填材の軟化開始温度が高くなり過ぎ、粘結性補填材として十分に機能しないおそれがある。なお、粘結性補填材の収率は、主に第１抽出工程Ｓ２の加熱温度及び第２抽出工程Ｓ４の抽出温度により制御できる。
【００５９】
粘結性補填材の最高流動度の対数（ｌｏｇＭＦ）の下限としては、４．０ｌｏｇｄｄｐｍが好ましく、４．１ｌｏｇｄｄｐｍがより好ましい。粘結性補填材の最高流動度の対数が上記下限未満である場合、粘結性補填材の流動度が不足し、粘結性補填材として十分に機能しないおそれがある。ここで、「最高流動度ＭＦ［ｄｄｐｍ］」は、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定される値を指す。
【００６０】
［石炭ピッチ］
当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法により得られる石炭ピッチは、例えば製鉄コークス原料用成型物や炭素材料の成型物及びアルミ精錬用アノードの製造用のバインダや、炭素繊維の製造用の紡糸ピッチ等に用いられる。
【００６１】
石炭ピッチの灰分の含有量の上限としては、０．１質量％が好ましく、０．０８質量％がより好ましく、０．０５質量％がさらに好ましい。石炭ピッチの灰分の含有量が上記上限を超える場合、炭素材料としての耐熱性や化学的安定性が不足するおそれがある。一方、石炭ピッチの灰分の含有量の下限は特に限定されず、０質量％であってもよい。なお、石炭ピッチの灰分の含有量は、主に使用する原料石炭の種類、第１抽出工程Ｓ２の加熱温度及び第２抽出工程Ｓ４の抽出温度により制御できる。
【００６２】
石炭ピッチの軟化開始温度の下限としては、５０℃が好ましく、７０℃がより好ましく、１００℃がさらに好ましい。一方、石炭ピッチの軟化開始温度の上限としては、２５０℃が好ましく、２３０℃がより好ましく、２００℃がさらに好ましい。上記石炭ピッチの軟化開始温度が上記下限未満である場合、石炭ピッチを用いて製造した炭素材料等の冷却による形状固定が困難となるおそれがある。逆に、上記石炭ピッチの軟化開始温度が上記上限を超える場合、石炭ピッチを軟化させて処理する際に熱分解反応が発生おそれがある。なお、石炭ピッチの軟化開始温度は、主に第１抽出工程Ｓ２の加熱温度及び第２抽出工程Ｓ４の抽出温度により制御できる。また、「石炭ピッチの軟化開始温度」とは、ホットステージ付軟化点測定装置により測定される温度である。
【００６３】
原料石炭全体に対する石炭ピッチの収率の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。一方、原料石炭全体に対する石炭ピッチの収率の上限としては、２０質量％が好ましく、１８質量％がより好ましい。上記石炭ピッチの収率が上記下限未満である場合、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造コスト低減効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記石炭ピッチの収率が上記上限を超える場合、石炭ピッチの軟化開始温度が高くなり過ぎ、石炭ピッチを軟化させて処理する際に熱分解反応が発生おそれがある。なお、石炭ピッチの収率は、主に第１抽出工程Ｓ２の加熱温度及び第２抽出工程Ｓ４の抽出温度により制御できる。
【００６４】
〔利点〕
当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、溶剤に可溶な石炭成分を抽出した第１の溶液をさらに抽出処理することで、第２の溶液及び第２の固形分濃縮液を得る。当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、この第２の溶液から石炭ピッチを得ると共に、第２の固形分濃縮液から粘結性補填材を得るので、第１の溶剤に可溶な石炭成分を抽出する第１抽出工程Ｓ２を粘結性補填材及び石炭ピッチの製造において共有でき、共通の設備で行える。このため、粘結性補填材及び石炭ピッチをそれぞれ個別に製造する場合に比べて必要な操業費用及び設備規模を著しく低減できる。従って、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、その製造単価及び設備投資費用を抑止できる。
【００６５】
また、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、第２抽出工程Ｓ４が無灰炭取得工程Ｓ４１を有する。無灰炭は粘結性補填材として利用できる。従って、無灰炭取得工程Ｓ４１で取得した無灰炭の一部を粘結性補填材として利用することで、粘結性補填材及び石炭ピッチの製造割合の調整が容易に行える。
【００６６】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００６７】
上記実施形態では、第２抽出工程が無灰炭取得工程と第２混合工程と低温抽出工程とを有する場合を説明したが、第２抽出工程において、第１の溶液を上記第１抽出工程における加熱温度よりも低い温度で低温抽出処理することによって、第１の可溶成分から第２の可溶成分を第１の溶液の溶剤に抽出してもよい。このように第１の溶液から第２の可溶成分を直接低温抽出することで、さらに製造単価を低減することができる。
【００６８】
なお、第１の溶液から第２の可溶成分を直接低温抽出する場合の抽出温度及び抽出時間は、低温抽出工程と同様とできる。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００７０】
以下の方法により無灰炭を製造した。まず、オーストラリア産瀝青炭を無灰炭の原料石炭とし、この原料石炭１ｋｇ（乾燥炭換算質量）と、溶剤としての５倍量（５ｋｇ）の１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製）とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーを内容積１０Ｌのバッチ式オートクレーブ中に入れ窒素を導入して１０気圧に加圧し、４００℃で１時間加熱した。このスラリーを上述の温度及び圧力を維持した重力沈降槽内で第１の溶液と第１の固形分濃縮液とに分離し、第１の溶液から蒸留法で溶剤を分離及び回収して、０．４５ｋｇの無灰炭を得た。得られた無灰炭の特性を表１に示す。
【００７１】
次に、上記無灰炭０．１ｋｇと溶剤としての５倍量（０．５ｋｇ）の１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製）とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーを常圧（１気圧）で温度１００℃で１時間抽出処理をした後、濾過により第２の溶液と第２の固形分濃縮液とに分離した。上記濾過後の第２の溶液から溶剤を熱処理により除去して、０．０３６ｋｇの石炭ピッチを得た。一方、上記濾過後の第２の固形分濃縮液から溶剤をフラッシュ蒸留法により除去して、０．０６４ｋｇの粘結性補填材を得た。得られた石炭ピッチ及び粘結性補填材の特性を表１に示す。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
表１の結果から、得られた粘結性補填材の収率、軟化開始温度、最高流動度及び灰分は、それぞれ１５質量％以上４０質量％以下、１５０℃以上３００℃以下、対数値で４．０以上及び５質量％以下であり、いずれも粘結性補填材として好適な範囲内にある。また、得られた石炭ピッチの収率、軟化開始温度及び灰分は、それぞれ５質量％以上２０質量％以下、５０℃以上２５０℃以下及び０．１質量％以下であり、いずれも石炭ピッチとして好適な範囲内にある。従って、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、第１の溶剤に可溶な石炭成分を抽出する工程を粘結性補填材及び石炭ピッチの製造において共有することで、低製造コストで粘結性補填材及び石炭ピッチを得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明の粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、粘結性補填材及び石炭ピッチの操業費用及び設備規模を低減できる。従って、当該粘結性補填材及び石炭ピッチの製造方法は、その製造単価及び設備投資費用を抑止できる。
【符号の説明】
【００７５】
Ｓ１  第１混合工程
Ｓ２  第１抽出工程
Ｓ３  第１固液分離工程
Ｓ４  第２抽出工程
Ｓ４１  無灰炭取得工程
Ｓ４２  第２混合工程
Ｓ４３  低温抽出工程
Ｓ５  第２固液分離工程
Ｓ６  石炭ピッチ取得工程
Ｓ７  粘結性補填材取得工程
【図１】
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【図２】
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