特許 6583624 タールの改質剤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6583624

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】タールの改質剤

(51)【国際特許分類】

   C10C 1/00 20060101AFI20190919BHJP

【ＦＩ】

   C10C1/00

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-148810(P2015-148810)

(22)【出願日】2015年7月28日

(65)【公開番号】特開2017-25269(P2017-25269A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154727

【氏名又は名称】株式会社片山化学工業研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000040

【氏名又は名称】特許業務法人池内アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】深江 邦弘

(72)【発明者】

【氏名】川口 敬司

【審査官】 上坊寺 宏枝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１９５１５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２７３９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１８７１７２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５３−０８１５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１９６７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｃ １／００−１／２０、３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一級アミンである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族モノアミン（成分Ａ）、及び炭素数４〜２０の直鎖脂肪族モノカルボン酸（成分Ｂ）、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される成分を含む、タール改質剤。

【請求項2】

前記直鎖脂肪族モノアミン（成分Ａ）の炭素数が４〜２０である、請求項１記載のタール改質剤。

【請求項3】

前記直鎖脂肪族モノカルボン酸（成分Ｂ）の炭素数が１０〜２０である、請求項１記載のタール改質剤。

【請求項4】

タールが、コールタール、コールタールピッチ、又はこれらの混合物である、請求項１から３のいずれか一つに記載のタール改質剤。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載のタール改質剤を含む、タール。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか一つに記載のタール改質剤をタールに添加することを含む、タールの改質方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、タールの改質剤、改質されたタール、及び、タールの改質方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄工程において鉄鉱石とともに高炉に装入される石炭は、事前にコークス炉の炭化室で、約１０００℃で２４時間蒸し焼きにされる。この工程により、石炭から、製鉄原料のコークスだけでなく、燃料用ガス及びコールタールが産出される。コークス炉頂上部分で得られるコールタールは原料タンク（タールデカンタ及びタールタンク）に貯蔵され、使用に際し、該タンクから引き抜かれて配管で移送され、或いは、車両等で輸送される。

【0003】

貯蔵されたコールタールは、まず約３００℃に加熱後、タール蒸留塔に装入され、軽質分であるタール軽油及びナフタリン油等と、重質分である軟ピッチとに分離される。タール軽油及びナフタリン油等は、それぞれ、化学品の原料となる。軟ピッチは、特殊炭素材の原料となるピッチコークス、電極の粘結材、及び含浸材となるピッチ類として利用される（非特許文献１及び２）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】ものづくりの原点 科学の世界、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｍｏｎｔｈｌｙ、ＶＯＬ．５２ ２０１０

【非特許文献2】ものづくりの原点 科学の世界、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｍｏｎｔｈｌｙ、ＶＯＬ．５３ ２０１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、コールタールは粘度が高い流体であるため配管内の移送や輸送のために加熱及び保温により粘度を低減させる必要があり、手間、コスト及び安全性の点が有効利用する上で大きな問題となっている。そこで、本開示は、一又は複数の実施形態において、タールの取扱性を向上可能な改質剤を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、一又は複数の実施形態において、第一級アミンである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族モノアミン（成分Ａ）、炭素数４〜２０の直鎖脂肪族モノカルボン酸（成分Ｂ）、及び第一級アルコールである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族アルコール（成分Ｃ）、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される成分を含む、タール改質剤に関する。

【0007】

本開示は、その他の一又は複数の実施形態において、本開示に係るタール改質剤を含むタールに関する。本開示は、その他の一又は複数の実施形態において、本開示に係るタール改質剤をタールに添加することを含む、タールの改質方法に関する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、一又は複数の実施形態において、配管内の移送や輸送時の壁面への付着性が改善されるなどタールの流動性を向上でき、タールの取扱性を向上できる。また、本開示によれば、その他の一又は複数の実施形態において、取扱性が向上したタールを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施例で行った改質確認実験を説明する概略図である。

【図2】図２は、実施例で行った改質確認実験の評価の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、所定のアミン、カルボン酸、又はアルコール化合物がコールタールの流動性を向上しうる、という知見に基づく。
コールタールの流動性が向上するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推測される。すなわち、疎水性成分を主として構成されるコールタールに、疎水基と親水性の両方を持つ前記成分の疎水基が配位することで、コールタール成分の分子表面に親水基が修飾されたような状態となる。このわずかな親水化によって、本質的には疎水性であるコールタール成分の分子同士で反発力が生じ、流動性が向上すると推測される。前記成分の疎水基と親水基の形状や大きさのバランスによって、コールタール成分への配位しやすさが異なるため、アルキル基の形状や炭素数によって改質効果に差があると推測する。但し、本開示はこのメカニズムに限定されなくてもよい。

【0011】

［成分Ａ］
本開示に係るタール改質剤は、一又は複数の実施形態において、成分Ａ：第一級アミンである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族モノアミンを含む。成分Ａは、一又は複数の実施形態において、直鎖の炭化水素鎖の一方の末端（α位）にアミノ基（−ＮＨ₂基）が結合している形態である。

【0012】

本開示において、成分Ａの炭素数は、タールの流動性向上の点から、好ましくは２〜２０、より好ましくは４〜２０である。成分Ａの炭化水素鎖は、１つ若しくは２つ若しくは３つの不飽和結合を有してもよく、飽和炭化水素鎖であってもよい。成分Ａの炭化水素鎖は、１又は２の水素がヒドロキシル基に置換されていてもよい。

【0013】

成分Ａは、一又は複数の実施形態において、メチルアミン、エチルアミン、１−プロピルアミン、１−ブチルアミン、１−ペンチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン、ｎ−デシルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン及び、イコシルアミンが挙げられる。成分Ａは、一種類であってもよく、二種類以上の組み合わせであってもよい。

【0014】

［成分Ｂ］
本開示に係るタール改質剤は、一又は複数の実施形態において、成分Ｂ：炭素数４〜２０の直鎖脂肪族モノカルボン酸を含む。成分Ｂは、一又は複数の実施形態において、直鎖の炭化水素鎖の一方の末端（α位）にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ基）が結合している形態である。

【0015】

本開示において、成分Ｂの炭素数は、タールの流動性向上の点から、好ましくは８〜２０、より好ましくは１０〜２０である。成分Ｂの炭化水素鎖は、１つ若しくは２つ若しくは３つの不飽和結合を有してもよく、飽和炭化水素鎖であってもよい。成分Ｂの炭化水素鎖は、１又は２の水素がヒドロキシル基に置換されていてもよい。

【0016】

成分Ｂは、一又は複数の実施形態において、ブタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リシノール酸、ノナデカン酸及び、エイコサン酸が挙げられる。成分Ｂは、一種類であってもよく、二種類以上の組み合わせであってもよい。

【0017】

［成分Ｃ］
本開示に係るタール改質剤は、一又は複数の実施形態において、成分Ｃ：第一級アルコールである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族アルコールを含む。成分Ｃは、一又は複数の実施形態において、直鎖の炭化水素鎖の一方の末端（α位）にヒドロキシ基（−ＯＨ基）が結合している形態である。

【0018】

成分Ｃの炭化水素鎖は、１つ若しくは２つ若しくは３つの不飽和結合を有してもよく、飽和炭化水素鎖であってもよい。

【0019】

成分Ｃは、一又は複数の実施形態において、メタノール、エタノール、プロパノール、１−ブタノール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−オクタノール、１−ノナノール、１−デカノール、１−ドデカノール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、エイコサノールが挙げられる。成分Ｃは、一種類であってもよく、二種類以上の組み合わせであってもよい。

【0020】

［タール改質剤］
本開示に係るタール改質剤は、一又は複数の実施形態において、成分Ａ、成分Ｂ及び成分Ｃのうちのいずれか１つを含むのであってもよく、成分Ａ、成分Ｂ及び成分Ｃから選ばれる２又は３の組み合わせであってもよい。

【0021】

本開示に係るタール改質剤は、一又は複数の実施形態において、成分Ａ〜Ｃ以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。成分Ａ〜Ｃ以外の成分としては、成分Ａ〜Ｃの取り扱い性を向上させるために使用される溶媒が挙げられる。

【0022】

本開示に係るタール改質剤の改質対象は、タールであって、一又は複数の実施形態において、コールタールである。タールは、さらなる一又は複数の実施形態において、コークス製造工程で発生するコールタールである。タールは、さらなる一又は複数の実施形態において、コークス製造工程で発生するコールタールが蒸留工程を経たあとの重質分である軟ピッチやバインダーピッチなどのコールタールピッチである。タールは、さらなる一又は複数の実施形態において、コールタールとコールタールピッチとの混合物である。

【0023】

本開示に係るタール改質剤によれば、一又は複数の実施形態において、タールを改質でき、さらなる一又は複数の実施形態において、タールの流動性を向上できる。流動性の向上は、一又は複数の実施形態において、実施例で示した方法で確認できる。

【0024】

［改質されたタール］
本開示は、その他の態様において、本開示に係るタール改質剤によって改質されたタールに関する。本開示に係る改質タールは、一又は複数の実施形態において、本開示に係るタール改質剤を含むタール、コールタール、コールタールピッチ又はこれらの組み合わせが挙げられ、さらなる一又は複数の実施形態において、本開示に係るタール改質剤を含み、かつ、流動性が向上したタール、コールタール、コールタールピッチ又はこれらの組み合わせが挙げられる。

【0025】

［タールの改質方法］
本開示に係るタール改質剤によりタールの改質方法は、該タール改質剤をタールに添加することを含む。一又は複数の実施形態において、本開示に係るタールの改質方法は、コールタール及びコールタールピッチのデカンタ、タールタンク、並びに移送配管の少なくとも１カ所において、３０℃〜３５０℃の状態であるタールに該タール改質剤を添加し混合することを含む。

【0026】

タールを改質するために添加する本開示に係るタール改質剤の量は、成分Ａの場合、一又は複数の実施形態において、流動性向上の観点から、タールに対して０．１％（vol/wt）以上であることが好ましく、より好ましくは０．５％（vol/wt）以上である。成分Ａの添加量の上限は特に制限されないが、一又は複数の実施形態において、経済性の点から、１０％（vol/wt）以下が好ましい。

【0027】

タールを改質するために添加する本開示に係るタール改質剤の量は、成分Ｂの場合、一又は複数の実施形態において、流動性向上の観点から、タールに対して０．１％（vol/wt）以上であることが好ましく、より好ましくは０．５％（vol/wt）以上、さらに好ましくは１％（vol/wt）以上である。成分Ｂの添加量の上限は特に制限されないが、一又は複数の実施形態において、経済性の点から、１０％（vol/wt）以下が好ましく、より好ましくは５％（vol/wt）以下である。

【0028】

タールを改質するために添加する本開示に係るタール改質剤の量は、成分Ｃの場合、一又は複数の実施形態において、流動性向上の観点から、タールに対して１％（vol/wt）以上であることが好ましく、より好ましくは２．５％（vol/wt）以上である。成分Ｃの添加量の上限は特に制限されないが、一又は複数の実施形態において、経済性の点から、１０％（vol/wt）以下が好ましい。

【0029】

本開示は、以下の一又は複数の実施形態に関しうる；
［１］ 第一級アミンである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族モノアミン（成分Ａ）、炭素数４〜２０の直鎖脂肪族モノカルボン酸（成分Ｂ）、及び第一級アルコールである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族アルコール（成分Ｃ）、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される成分を含む、タール改質剤。
［２］ 前記直鎖脂肪族モノアミン（成分Ａ）の炭素数が４〜２０である、［１］記載のタール改質剤。
［３］ 前記直鎖脂肪族モノカルボン酸（成分Ｂ）の炭素数が１０〜２０である、［１］記載のタール改質剤。
［４］ タールが、コールタール、コールタールピッチ、又はこれらの混合物である、［１］から［３］のいずれかに記載のタール改質剤。
［５］ ［１］から［４］のいずれか一つに記載のタール改質剤を含む、タール。
［６］ ［１］から［４］のいずれか一つに記載のタール改質剤をタールに添加することを含む、タールの改質方法。

【0030】

以下の実施例及び比較例に基づいて本開示を説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。

【実施例】

【0031】

種々の試薬について下記タール改質試験を行い、下記基準で評価した。その結果を下記表１〜４に示す。なお、表１〜４の添加量（％）は、（体積／質量）％である。

【0032】

［タール改質試験］
（１）１０５℃、２時間以上余熱済みのコールタールピッチを、１００ｍｌ容量ガラス製スクリュー管に１０ｇ秤量する。
（２）試薬を所定量、投入する。
（３）スクリュー管の蓋を閉め、８０℃、ウォーターバスもしくは恒温槽にて３０分間加温する。
（４）Ｓｕｓ製スパチラーで、十分に混錬する。
（５）８０℃、８０分間、恒温槽内で加温する。
（６）試料を恒温槽から取り出し、傾斜器（角度６．１°）に設置し、コールタールピッチをスクリュー管の蓋へ到達させる（図１参照）。
（７）スクリュー管を直立に戻し、１時間静置後の壁面付着汚れの状態を目視確認する。

【0033】

（タール改質試験の評価）
１時間静置後の壁面汚れの状態を、下記のような評価基準（目視判断）で分類した（図２参照）。
◎：壁面の汚れ付着面積がブランク（試薬無添加）と比較して、２０％未満
○：壁面の汚れ付着面積がブランク（試薬無添加）と比較して、２０％以上５０％未満
△：壁面の汚れ付着面積がブランク（試薬無添加）と比較して、５０％以上８０％未満
×：壁面の汚れ付着面積がブランク（試薬無添加）と比較して、８０％以上

【0034】

【表1】

【0035】

表１に示すとおり、第一級アミンである炭素数２〜１８の直鎖脂肪族モノアミン（実施例１０１〜１１７）は、試薬無添加の場合（下記表４比較例４０１）と比べ、流動性が向上した。また、同表１に示すとおり、第一級アミンである炭素数２〜１８の直鎖脂肪族モノアミン（実施例１０１〜１１７）は、その他のアミン及びアミド（比較例１０１〜１１１）に比べ、流動性が向上した。さらに、実施例１０１〜１１７のなかでも、炭素数が４〜１８のアミンは、炭素数２〜３のアミンに比べ、流動性が向上した。

【0036】

【表2】

【0037】

表２に示すとおり、炭素数１０〜１９の直鎖脂肪族モノカルボン酸（実施例２０１〜２１２）は、試薬無添加の場合（下記表４比較例４０１）と比べ、流動性が向上した。また、同表２に示すとおり、炭素数１０〜１９の直鎖脂肪族モノカルボン酸（実施例２０１〜２１２）は、分枝脂肪族モノカルボン酸及び炭素数が２２の直鎖脂肪族モノカルボン酸（比較例２０１〜２０４）に比べ、流動性が向上した。さらに、実施例２０１〜２１２のなかでも、実施例２０２及び２０３は、他の実施例に比べ、流動性が向上した。

【0038】

【表3】

【0039】

表３に示すとおり、第一級アルコールである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族アルコール（実施例３０１〜３１０）は、試薬無添加の場合（下記表４比較例４０１）と比べ、流動性が向上した。また、同表３に示すとおり、第一級アルコールである炭素数１〜２０の直鎖脂肪族アルコール（実施例３０１〜３１０）は、分枝脂肪族アルコール及び炭素数が２２の直鎖脂肪族アルコール（比較例３０１〜３０２）に比べ、流動性が向上した。

【0040】

【表4】

【0041】

表４に示すとおり、水、ドデカン、２−トリデカノン（比較例４０２〜４０６）では、試薬無添加の場合（比較例４０１）と同程度であって、改質効果は認められなかった。

【図1】

【図2】