特開 2024-105166 混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024105166

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法

(51)【国際特許分類】

   C10G 1/04 20060101AFI20240730BHJP

   B01D 11/02 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

C10G1/04 A

B01D11/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114054

(22)【出願日】2023-07-11

(31)【優先権主張番号】P 2023009186

(32)【優先日】2023-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100217249

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100221279

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100207686

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 恭宏

(74)【代理人】

【識別番号】100224812

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 翔太

(72)【発明者】

【氏名】畑 友輝

(72)【発明者】

【氏名】山本 秀樹

【テーマコード（参考）】

4D056

4H129

【Ｆターム（参考）】

4D056AB14

4D056AC13

4D056AC18

4D056AC29

4D056CA18

4D056CA27

4D056CA39

4D056DA05

4H129AA01

4H129BA02

4H129BA09

4H129BB01

4H129BC08

4H129HB03

4H129NA01

4H129NA09

4H129NA21

(57)【要約】

【課題】マジックソルベントで抽出されない石炭の構成成分（残渣ＭＩ）を抽出（溶解）することが可能な、混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法を提供する。
【解決手段】本発明の要旨は以下である。
（１）
石炭の溶媒抽出に用いられる、チオフェノールとベンゾチアゾールとの混合溶媒。
（２）
石炭をマジックソルベント（二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒）で抽出して得られた残渣の溶媒抽出に用いられることを特徴とする、（１）に記載の混合溶媒。
（３）
チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３：７～５：５であることを特徴とする、（１）または（２）のいずれか１項に記載の混合溶媒。
（４）
チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３．５：６．５～４．５：５．５であることを特徴とする、（３）に記載の混合溶媒。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

石炭の溶媒抽出に用いられる、チオフェノールとベンゾチアゾールとの混合溶媒。

【請求項2】

石炭をマジックソルベント（二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒）で抽出して得られた残渣の溶媒抽出に用いられることを特徴とする、請求項１に記載の混合溶媒。

【請求項3】

チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３：７～５：５であることを特徴とする、請求項１または２に記載の混合溶媒。

【請求項4】

チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３．５：６．５～４．５：５．５であることを特徴とする、請求項３に記載の混合溶媒。

【請求項5】

石炭をマジックソルベント（二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒）で抽出して得られた残渣を請求項３に記載の混合溶媒で抽出することを特徴とする、石炭の溶媒抽出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭の構成成分を分析する（例えば分子構造や分子量を特定する等）ためには、石炭の構成成分を溶媒で抽出することが重要である。溶媒抽出により得られた抽出物（石炭の構成成分の溶液）には、石炭の構成成分が溶解しているため、当該抽出物を用いたＧｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ （ＧＰＣ）等により石炭の構成成分の分子量を測定することができる。また、抽出物を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）法では、得られるスペクトルの分解能が向上する。また、抽出物に溶解した石炭の構成成分は無灰であるため、当該構成成分を石炭に配合してコークスの製造に用いることもできる。

【0003】

石炭の抽出に用いられる溶媒としては、例えば特許文献１に記載の混合溶媒（第１の混合溶媒、またはマジックソルベントとも称される）が知られている。このマジックソルベントは、二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒であり、常温常圧における石炭の抽出率において最大値を示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１－２０７４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載のマジックソルベントを用いても石炭を完全に抽出（溶解）することができなかった。石炭をマジックソルベントで抽出して得られた残渣ＭＩ（Ｍａｇｉｃ－ｓｏｌｖｅｎｔ Ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ）を抽出することができる溶媒はこれまで見つかっていない。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、マジックソルベントで抽出されない石炭の構成成分（残渣ＭＩ）を抽出（溶解）することが可能な、混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の要旨は以下である。
（１）
石炭の溶媒抽出に用いられる、チオフェノールとベンゾチアゾールとの混合溶媒。
（２）
石炭をマジックソルベント（二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒）で抽出して得られた残渣の溶媒抽出に用いられることを特徴とする、（１）に記載の混合溶媒。
（３）
チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３：７～５：５であることを特徴とする、（１）または（２）のいずれか１項に記載の混合溶媒。
（４）
チオフェノールとベンゾチアゾールとの体積比が３．５：６．５～４．５：５．５であることを特徴とする、（３）に記載の混合溶媒。
（５）
石炭をマジックソルベント（二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒）で抽出して得られた残渣を（３）に記載の混合溶媒を用いて溶媒抽出することを特徴とする、石炭の溶媒抽出方法。

【発明の効果】

【0008】

本発明の上記観点によれば、マジックソルベントで抽出されない石炭の構成成分（残渣ＭＩ）を抽出（溶解）することが可能な、混合溶媒及び石炭の溶媒抽出方法を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜１．混合溶媒の構成＞
まず、本実施形態に係る混合溶媒の構成について説明する。本発明者は、マジックソルベント（第１の混合溶媒）で抽出されない石炭の構成成分（残渣ＭＩ）について鋭意検討したところ、チオフェノールとベンゾチアゾールとの混合溶媒（第２の混合溶媒とも称される）が残渣ＭＩの抽出溶媒に適していることを見出した。

【0010】

すなわち、まず、石炭をマジックソルベント（第１の混合溶媒）で抽出する。マジックソルベントは、二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合溶媒である。二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンの混合比（体積比）は特に制限されず、例えば１：１であってもよいし、それ以外の範囲、例えば４：６～６：４の範囲内であってもよい。ついで、得られた残渣ＭＩを第２の混合溶媒で抽出する。当該第２の混合溶媒は、残渣ＭＩを抽出することができる。例えば、後述する実施例で示される通り、第２の混合溶媒は、残渣ＭＩの１．１～１４．１質量％を抽出することができる。抽出量はチオフェノール及びベンゾチアゾールの体積比や石炭の種類等によって異なる。なお、第２の混合溶媒による抽出は、比較的低い温度圧力条件（例えば常温常圧）かつ短時間で行うことができる。

【0011】

なお、第２の混合溶媒は、石炭の抽出溶媒のみならず、他の物質の抽出溶媒として用いることもできる。このような他の物質としては、例えば、バイオマス、化石燃料等が挙げられる。

【0012】

第２の混合溶媒を構成するチオフェノール及びベンゾチアゾールの体積比は、好ましくは３：７～５：５であり、さらに好ましくは３．５：６．５～４．５：５．５であり、さらに好ましくは４：６である。このような体積比で両溶媒を混合した場合に、より多くの残渣を抽出することができる。

【0013】

以上により、本実施形態に係る第２の混合溶媒によれば、これまでどのような溶媒（有機溶媒）にも抽出されなかった残渣ＭＩの少なくとも一部を抽出することができる。第２の混合溶媒による抽出は、比較的低い温度圧力条件（例えば常温常圧）かつ短時間で行うことができる。第２の混合溶媒で抽出された構成成分は無灰であるため、バインダーおよび石炭に対する膨張性向上効果を持つ粘結剤としてコークス製造用配合炭に添加できる。従来では、このような無灰成分は、高温高圧の条件下で製造されていた。本実施形態によれば、このような無灰成分を常温常圧で製造することができる。

【0014】

＜２．石炭の溶媒抽出方法＞
次に、本実施形態に係る石炭の溶媒抽出方法について説明する。本実施形態に係る石炭の溶媒抽出方法では、まず、石炭を上述したマジックソルベントで抽出し、当該抽出によって得られた残渣ＭＩを上述した第２の混合溶媒で抽出する。これにより、残渣ＭＩの少なくとも一部を第２の混合溶媒で抽出することができる。第２の混合溶媒は、上述した通り、チオフェノール及びベンゾチアゾールの混合溶媒である。この第２の溶媒を用いることで、残渣ＭＩの一部を比較的低い温度圧力（例えば常温常圧）条件において、かつ短時間で抽出することができる。

【実施例0015】

次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例では、強粘結炭である石炭をマジックソルベントで抽出し、これにより得られた残渣ＭＩを第２の混合溶媒で抽出した。具体的な手順は以下の通りである。

【0016】

抽出対象の石炭（強粘結炭）として石炭Ａ～Ｄをそれぞれ２ｇ準備した。一方、マジックソルベントとして二硫化炭素とＮ－メチル－２－ピロリドンとを５：５の体積比で混合した混合溶媒を準備した。ついで、石炭Ａ～Ｄの各々について、以下の操作を行った。マジックソルベント５０ｍｌに石炭２ｇを混合し、超音波抽出を行った。ついで、遠心分離により固液分離し、上澄みを取り出した。以上の工程により残渣ＭＩを回収した。ついで、得られた残渣ＭＩにマジックソルベント５０ｍｌを混合し、上述した超音波抽出、及び固液分離による残渣ＭＩの回収を繰り返して行った。超音波抽出及び固液分離は合計（石炭からの抽出を合わせて）５回行った。ついで、抽出物（石炭の一部が溶解したマジックソルベント溶液）及び残渣ＭＩから溶媒（マジックソルベント）を除去し（残渣ＭＩについては減圧乾燥を行い）、残渣ＭＩの質量％（ＭＩ比率）を求めた。この結果、残渣ＭＩは当初の石炭２ｇに対して６２～７４質量％であった（表１参照）。

【0017】

ついで、チオフェノールとベンゾチアゾールとを種々の体積比で混合した混合溶媒を第２の混合溶媒として調整した。ついで、第２の混合溶媒５０ｍｌに抽出対象の石炭Ａ～Ｄから得られた残渣ＭＩ２ｇを各々混合し、超音波抽出を行った。ついで、遠心分離により固液分離し、上澄みを取り出した。以上の工程により残渣を回収した。ついで、得られた残渣に第２の混合溶媒５０ｍｌを混合し、上述した超音波抽出、及び固液分離による残渣の回収を繰り返して行った。超音波抽出及び固液分離は合計５回行った。ついで、残渣から第２の混合溶媒を除去した（減圧乾燥を行った）。第２の混合溶媒による抽出操作前の残渣ＭＩの重量（２ｇ）から抽出操作後の残渣重量を差し引いた値の抽出操作前の残渣ＭＩの重量（２ｇ）に対する比率を残渣ＭＩからの（第２の混合溶媒による）抽出率として求めた。結果を表１に示す。石炭Ａにおいては、チオフェノールとベンゾチアゾールの体積比を３：７～５：５の範囲内で変動させた。この結果、残渣ＭＩからの抽出率は１．１質量％～５．２質量％となった。特に、上記体積比を４：６とした場合、残渣ＭＩからの抽出率が最大値である５．２質量％となった。石炭Ｂ、Ｃ及びＤにおいては、各石炭の残渣ＭＩをチオフェノールとベンゾチアゾールの体積比を４：６とした第２の混合溶媒で抽出操作を行った。この結果、残渣ＭＩからの抽出率はそれぞれ１４．１、５．５及び４．６質量％であった。

【0018】

【表1】

【0019】

なお、第２の混合溶媒による残渣ＭＩの抽出は、常温付近の低温且つ常圧において非常に短時間内に完了した。また、第２の混合溶媒の蒸気圧が著しく高圧とならない範囲内で抽出温度を上昇させることにより抽出時間を更に短縮することも出来る。

【0020】

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。