石炭化学工業で重要な「乾留」とは

1. 乾留(かんりゅう)とは

乾留(かんりゅう)とは、有機物を空気（酸素）を遮断した状態で加熱し、熱分解によって揮発成分や固体炭素を得る操作です。

特に石炭化学工業で重要な技術です。

酸素がないため燃焼は起こらず、分子構造が熱によって切断され、ガス・液体・固体に分かれます。

• 温度範囲：通常500〜1,200℃

• 目的：燃料（コークス、ガス）、化学原料（タール、ベンゼン等）、副産物の回収

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2. 石炭乾留の歴史的背景

2.1 初期利用（18〜19世紀）

• 最初は木材の乾留（木炭製造）が先行して行われており、これを石炭に応用。

• 18世紀末、英国で都市ガスとして石炭ガスを供給するために乾留が本格化。

2.2 都市ガスとコールタール化学の発展

• 19世紀、石炭乾留の副産物として石炭ガス（照明用）とコールタールが注目される。

• コールタールから染料・薬品が製造され、石炭化学工業が拡大。

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3. 乾留の原理

3.1 熱分解反応

石炭を加熱すると、複雑な高分子構造が分解して揮発性成分と固体炭素に分かれます。

1. 低温乾留（500〜700℃）

   • 多くのタールや揮発成分を得られる

   • 木炭や活性炭の製造に近い性質

2. 高温乾留（900〜1,200℃）

   • コークス製造に適する

   • 揮発成分が少なく、固体炭素率が高い

3.2 酸素遮断の理由

酸素があると燃焼して二酸化炭素や水になり、化学原料が失われるため。
酸素遮断により、燃やさずに成分を分離可能。

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4. 乾留炉の種類

4.1 バッチ式（旧式）

• レトルト炉

  • 鉄や耐火レンガの容器に石炭を入れ、外部から加熱。

  • 操作が単純だが、連続生産に向かない。

4.2 連続式（近代）

• 水平室式コークス炉

  • 横長の炉室で石炭を加熱し、コークスを定期的に押し出す。

  • 副産物回収装置と連結され、大規模製造が可能。

• 立て型連続炉

  • 石炭が上から投入され、下に向かって徐々に加熱される。

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5. 乾留で得られる主要製品

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6. 現代における乾留の位置づけ

6.1 役割の変化

• 都市ガスは天然ガスに置き換わったため、石炭ガス生産は縮小。

• 現在は主に製鉄用コークス製造が中心。

• コールタールからの化学品生産は依然として重要。

6.2 環境対応

• 副産物回収と排ガス処理を強化

• 高効率・低公害型の乾留炉（環境負荷削減）

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7. 乾留の意義

• 資源の最大活用：燃料だけでなく、化学原料としても利用可能。

• 化学工業の起点：染料・医薬・合成樹脂など近代化学を切り開いた。

• 持続可能性への再注目：バイオマス乾留やカーボンニュートラル燃料製造にも応用可能。