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JP5114719B2 - Production method and system of porous carbon material - Google Patents
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JP5114719B2 - Production method and system of porous carbon material - Google Patents

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JP5114719B2 JP2001223831A JP2001223831A JP5114719B2 JP 5114719 B2 JP5114719 B2 JP 5114719B2 JP 2001223831 A JP2001223831 A JP 2001223831A JP 2001223831 A JP2001223831 A JP 2001223831A JP 5114719 B2 JP5114719 B2 JP 5114719B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物系の多孔性炭素材の製造方法とそのシステムに関する。更に詳しくは、水蒸気と不活性ガスにより賦活させて多孔質の炭素材の製造方法とそのシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
炭素材は、濾過材、吸着剤、電磁シールド材料、摺動部材、摩擦材等に活用されている。近年は、二次電池、湿度センサー、電気二重層コンデンサー、燃料電池などの電極素材としても使用されている。植物系である木材、木質は、内部に無数の気孔を備えているのでこれを炭化させて、多孔質の炭素材を製造する方法も提案もされている。
【0003】
例えば、木材にフェノール樹脂を含浸、硬化させたのち炭化させたウッドセラミックスが知られている。本発明の発明者は、木材をフェノール樹脂溶液に入れ、真空ポンプで所定時間減圧してフェノール樹脂を木材内部に注入させた後、ホルマリン雰囲気で硬化させる。これを空気を遮断した電気炉中で最高温度で約1100℃で焼結させて炭化させる製造方法を提案した(特開平4−164806号公報)。
【0004】
このように植物系の素材を炭化させたものは、内部が多孔質であり、単位重量当たりの表面積(m2/g)を示す比表面積が大きいという特徴がある。この多孔質を得るために賦活という製法が用いられている。この賦活には、ガス賦活、薬品賦活、水蒸気賦活などが知られている。水蒸気賦活法は、種々の方法が提案され公知であるが、例えば、粉末活性炭を連続的に製造する方法がある。
【0005】
熱分解炉の中に水蒸気を注入して、別途投入される空気中の酸素を燃焼させて不活性ガスとして炉内へ拡散し、炭素材との接触確率を高めたものである。反応により生じた生成ガスは、反応面から迅速に分離させるが一部を循環させ、この循環ガスの量を制御して賦活反応容器内の温度を制御するものである(特開平9−20511号公報)。
【0006】
は、本発明者等が実験に用いた従来の炭素材の水蒸気賦活のための炭素材賦活システムの実例を示すものである。電気加熱炉1は、閉鎖された空間を備えた炉心管2を有し、この炉心管2の外周にはこれを加熱するためのヒーター3が備えている。ヒーター3の外周には、保温材4が巻かれている。保温材4は、ヒーター3から発熱した熱が炉心管2から逃げないようにするための断熱材である。電気加熱炉1の炉内5には、水(常温)が注入装置10により加圧され注入パイプ6により一定量注入される。
【0007】
注入された水は、所定温度に加熱された炉内5の熱エネルギーにより、注入パイプ6の出口7で水蒸気化される。炉内5には、ガスボンベ11から不活性ガス(窒素ガス)が供給されている。この不活性ガスにより、水蒸気は、均一に拡散され、炭素原料Mを賦活する。しかしながら、この従来の賦活方法では、注入装置10により炉内に導入管により注入される。
【0008】
この導入管は、加熱された炉と同じ温度に加熱されている。注入された水は、この導入管内で急激な加熱を受けて、突然沸騰して炉内で無秩序に飛散される。飛散した水は無秩序宇に蒸気化されるため賦活に寄与する蒸気は少なくなる。即ち、炭素原料Mへの水蒸気を均一に拡散が難しく、本発明者等の実験結果でも単位重量当たりの表面積は900(m2/g)程度であった。
【0009】
また、加熱した炉内5内に常温の水を注入するために熱衝撃が大きく、陶器製の炉心管2破損することもあった。また、不活性ガスを充填したガスボンベ11は、長時間の連続運転には容量に限界があるために使用できない。同様に、注入装置10のシリンジ12も水の補充のために取り外す必要もある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、気孔を増加させて比表面積を大きくできる多孔性炭素材の製造方法とそのシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、水蒸気の拡散を効率化することにより、気孔を増加させて比表面積を大きくできる多孔性炭素材の製造方法とそのシステムを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の多孔性炭素材の製造方法は、多孔質の炭素材の製造方法であって、加熱炉内に炭素材を入れ、飽和水蒸気と不活性ガスとを混合して水和ガスを作り、前記水和ガスを予備加熱した後、前記水和ガスを前記加熱炉内に供給することにより前記炭素材を賦活して、かつ前記加熱炉を800℃以上に加熱して前記炭素材を炭化させて製造するもので、前記不活性ガスと飽和水蒸気を作る水との混合温度は、大気圧でかつ98℃以下であり、前記水和ガスの予備加熱温度は、200℃以上であることを特徴とする。
【0012】
前記多孔性炭素材とは、ミクロ孔、トランジョナル孔、マクロ孔等を備えたものであればいかなるものであっても良いが、具体的には活性炭、カーボンブラック、木炭、ウッドセラミックス等を指す。また、前記不活性ガスは、不活性ガスであればどの種類でも良いが空気を分離して作られた窒素ガスが安価で取り扱い上も良い。更には、前記不活性ガスと前記水との混合温度は、大気圧でかつ98℃以下であり、水和ガスの予備加熱温度は、200℃以上であると良い。前記飽和水蒸気の量は、前記窒素ガスの供給量に比例したものであると良い。
【0013】
本発明の多孔性炭素材の製造システムは、炭素材を内部に入れる加熱炉と、空気から酸素を除去して不活性ガスを分離するための不活性ガス発生手段と、前記不活性ガス発生装置からの不活性ガスと水を混合するための水和手段と、混合された不活性ガスと水を予備加熱し、前記加熱炉に供給するための予備加熱手段とからなる。水和手段による混合温度は、98℃以下であり、予備加熱手段の予備加熱温度は、200℃以上であると良い。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態を示す 図であり、多孔性炭素材の製造システムの概要を示すシステム系統図である。電気加熱炉20は、閉鎖された空間を備えたセラミックス製の炉心管21である。炉心管21の外周には、炉心管21の炉内22を加熱するためのヒーター23が配置されている。
【0015】
ヒーター23の外周には、保温材24が巻かれている。保温材24は、ヒーター23から発熱した熱が炉心管21から逃げないようにするための断熱材である。炉心管21の上部位置には、炉内22内部の不活性ガス、及び炉内22で生成した生成ガスを排出するための管路及びバルブ25が配置されており、バルブ25の弁を開放することによりこれらのガスを放出する。
【0016】
一方、本実施の形態は、多孔性炭素材の製造システムは、炉内22に水蒸気と不活性ガスと混合した水和ガスを供給するための水和ガス発生システム30を備えている。この水和ガス発生システム30は、不活性ガス、即ち窒素ガスを発生するための不活性ガス発生装置31と、この不活性ガスと水とを混合する水和槽32と、混合した不活性ガスと水とを加熱する予備加熱器33等からなる。
【0017】
水和槽32は、水和槽32内でこの内部の圧力、温度で決まる飽和蒸気圧レベルの水が付加され飽和蒸気となる。なお、水和槽32と予備加熱器33との間にバルブ付の枝管(図示せず)があり、バルブ37を閉鎖することにより枝管側へ流出してくる水和ガスを冷却して得られた水を計測して水分量を測定する。電気加熱炉20に送り込む水分量は、不活性ガスの流量に比例し定まる(図3参照)。
【0018】
不活性ガス発生装置31は、空中の空気を加圧する空気ポンプユニット34と加圧された空気を分離して窒素ガス(希ガスを含む)のみを取り出す窒素分離装置35とから構成されている。本実施の形態で用いた窒素分離装置(鐘紡((株)製PSA式窒素ガス発生装置))35の原理は、酸素及び窒素の吸着速度差が大きく、加圧下において短時間のうちに酸素を優先的に吸着し、窒素ガスを分離できる合成高分子吸着剤を用いたものである。窒素ガスの純度は、99.0〜99.99%の範囲で得られ、取り出すガス量の装置能力の1/3以下にすると99.99%以上にすると99.0%の純度のガスが得られるものである。
【0019】
分離された窒素ガスは、流量計36を通り、水和槽32に供給される。水和槽32は、水と窒素ガスを混合するものである。水と窒素ガスの混合は、98℃以下に加熱された温水に不活性ガスを通して、不活性ガスを湿らすものである。
【0020】
水と混合された不活性ガスは、電熱線により加熱するタイプの予備加熱器33により加熱されて、不活性ガスと混合され水和ガスとなる。水和ガスは、バルブ37を通り、炉内22に供給される。
【0021】
(実施の形態1の動作)
次に、前記実施の形態の動作を説明する。炉内5に炭素原料Mを投入する。ここでいう炭素原料Mとは、植物系ガラス状複合材料、木材、木質系等をいう。炭素原料Mの投入後、バルブ37とバルブ25等の全てのバルブを閉鎖し、脱酸素状態(実用上の真空状態である。)にしてからバルブ37を開放し、不活性ガスを流入させ0.1MPa位まで昇圧後、バルブ25を開放する。以降、バルブ37とバルブ25は賦活が終了するまて開放した状態で電気加熱炉20を運転する。
【0022】
水和ガス発生システム30により発生した不活性ガスを、98℃以下の任意の温度の温水中に拡散させる。温水の温度を98℃以下にした理由は、賦活に余分な液状水分を水和ガス中に一切含まないようするためである。沸騰状態の水にガスを吹き込むと飽和蒸気にプラス100℃の液状水分が飛沫同伴される危険性があるためである。言い換えると、湿り蒸気の状態となる。仮に、液状水分を除去するためのフィルターを配置したとしてもこれに飽和蒸気が凝縮する危険性があるためである。
【0023】
従って、電気加熱炉20に供給される水和ガスは、加熱されてガス状態、即ち加熱蒸気の状態となり供給される。飽和蒸気(水和性ガス)を、予備加熱器33により200℃以上に予備加熱する。この予備加熱により飽和蒸気は加熱蒸気となる。200℃以上に加熱する理由は、管路中での冷却による結露の防止と、圧力0.49Kpa(静水圧で50mmAq)を一定以上確保して流速を高めるためのものである。この結果、水和ガスを安定して電気加熱炉20に供給できる。この加熱温度と圧力の最適な値は、実験と理論的に定まるものである。予備加熱された水和ガスは、炉内22内に投入することにより不活性ガスと共に、均一な水蒸気拡散となり、比表面積約1300(m2/g)を得た。また、不活性ガス発生装置31は、空中の空気を加圧する空気ポンプユニット34で加圧して、窒素分離装置35に送る。
【0024】
窒素分離装置35は、加圧空気から窒素ガスのみを連続的に取り出すものである。分離された窒素ガスは、水和槽32に供給される。水和槽32は、水と窒素ガスを混合して予備加熱器33に送る。以上のように水和ガスは、連続的に発生させて供給することができるので、作業が中断することもなくできる。また、水和ガスは、予備加熱器33により予備加熱され加熱蒸気となるので、炉心管21の炉内22も安定した雰囲気を作る。
【0025】
バルブ(内径6mm)37とバルブ(内径2.5mm)25は、全開状態で操作するので、炉内22の圧力は静水圧で数百mmAq前後の圧力であると推定される。炉内22は、不活性ガス又は水和ガスで常に飽和されていることになる。図2は、図4に示す従来の炭素材賦活システムと、本発明の多孔性炭素材の製造プラントとを比較したときの賦活温度と比表面積との関係を示すデータである。比表面積が飛躍的に増大していることが伺い知れる。図3は、投入すべき水を求めるための線図であり、不活性ガスと水分量との関係を示すものである。窒素ガスの流量に比例して、水分量も増加している。
【0026】
炉内5内の炭素原料Mが加熱蒸気を吸着する量は、吸着成分iの吸着剤への吸着量Viは次式により圧力と温度の関数で表されることが知られている。
【0027】
i=F(p……pi,……pn,T)
1成分ガスの吸着では、この平衡関係は吸着量、圧力及び温度を座標とする3次元曲面で表される。実際には、1つの変量を固定した2次曲線群で表すことが多い。それぞれ吸着等温線(横軸が平衡圧力、縦軸が吸着量)、吸着等圧線(横軸が温度、縦軸が吸着量)、及び吸着等量線(横軸が温度、縦軸が平衡圧力)と呼ばれいている。例えば、活性炭やゼオライトへのガス吸着の吸着等温線は、平衡圧力と共に急速に立ち上がりその後は一定量となり、カーボンブラックへの水蒸気の吸着の吸着等温線は、傾きが平衡圧力の増加にしたがって二次関数的に増加するものである(川井利長著「気体の吸着分離に関する研究」1976年10月発行、第26頁〜第28頁)。
【0028】
この理論に従えば、水蒸気ガスの吸着量は、炉内5の圧力と温度で決定されるので、この吸着量、即ち水蒸気ガスの増減は、水和槽32の温度を調節して水蒸気の量を調節する方法、予備加熱器33の後で加熱熱水を導入する方法等で調節しても良い。ただし、炭素原料Mの賦活のために、前述した理論的、実験的なガス吸着量を炉内5内に供給しなければならないということとは別の問題である。賦活のための処理とガス吸着量とは分けて考えられるべきである。
【0029】
【発明の効果】
本発明の多孔性炭素材の製造方法により、比表面積が大きな多孔性炭化素材を得ることができる、本発明の多孔性炭素材の製造システムは、長時間の連続運転にも耐えられる、という効果ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、多孔性炭素材の製造プラントの概要を示すシステム系統図である。
【図2】図2は、従来の炭素材賦活システムと本発明の多孔性炭素材の製造プラントとを比較したときの賦活温度と比表面積との関係を示すデータである。
【図3】図3は、投入すべき水を求めるための線図であり、不活性ガスと水分量との関係を示すものである。図1の正面図である。
【図4】図4は、多孔性炭素材の製造プラントの概要を示すシステム系統図である。
【符号の説明】
10…注入装置
20…電気加熱炉
21…炉心管
22…炉内
23…ヒーター
30…水和ガス発生システム
31…不活性ガス発生装置
33…予備加熱器
32…水和槽
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and system for producing a plant-based porous carbon material. More specifically, the present invention relates to a method for producing a porous carbon material activated by water vapor and an inert gas, and a system thereof.
[0002]
[Prior art]
Carbon materials are used for filter media, adsorbents, electromagnetic shielding materials, sliding members, friction materials, and the like. In recent years, it is also used as an electrode material for secondary batteries, humidity sensors, electric double layer capacitors, fuel cells and the like. Plant-based wood and wood have countless pores inside, and a method of carbonizing this to produce a porous carbon material has also been proposed.
[0003]
For example, wood ceramics are known in which wood is impregnated with phenol resin, cured, and then carbonized. The inventor of the present invention puts wood into a phenolic resin solution, depressurizes with a vacuum pump for a predetermined time, injects the phenolic resin into the wood, and then hardens it in a formalin atmosphere. A manufacturing method was proposed in which this was sintered at a maximum temperature of about 1100 ° C. and carbonized in an electric furnace where air was shut off (Japanese Patent Laid-Open No. 4-164806).
[0004]
Such carbonized plant materials are characterized in that the inside is porous and the specific surface area showing the surface area per unit weight (m 2 / g) is large. In order to obtain this porous material, a manufacturing method called activation is used. As this activation, gas activation, chemical activation, water vapor activation and the like are known. Various methods have been proposed and known for the steam activation method. For example, there is a method of continuously producing powdered activated carbon.
[0005]
Steam is injected into a pyrolysis furnace, oxygen in the air that is separately charged is combusted, and diffused into the furnace as an inert gas to increase the probability of contact with the carbon material. The product gas generated by the reaction is rapidly separated from the reaction surface, but a part thereof is circulated, and the amount of this circulating gas is controlled to control the temperature in the activation reaction vessel (Japanese Patent Laid-Open No. 9-20511). Publication).
[0006]
FIG. 4 shows an example of a conventional carbon material activation system for water vapor activation of a carbon material used by the inventors in the experiment. The electric heating furnace 1 has a core tube 2 having a closed space, and a heater 3 for heating the core tube 2 is provided on the outer periphery of the core tube 2. A heat insulating material 4 is wound around the outer periphery of the heater 3. The heat insulating material 4 is a heat insulating material for preventing the heat generated from the heater 3 from escaping from the core tube 2. In the furnace 5 of the electric heating furnace 1, water (normal temperature) is pressurized by the injection device 10 and injected into the fixed amount by the injection pipe 6.
[0007]
The injected water is steamed at the outlet 7 of the injection pipe 6 by the heat energy in the furnace 5 heated to a predetermined temperature. In the furnace 5, an inert gas (nitrogen gas) is supplied from a gas cylinder 11. By this inert gas, water vapor is diffused uniformly and activates the carbon raw material M. However, in this conventional activation method, the injection device 10 injects into the furnace through the introduction pipe.
[0008]
The introduction tube is heated to the same temperature as the heated furnace. The injected water is suddenly heated in the introduction pipe, suddenly boils and is scattered randomly in the furnace. Since the scattered water is vaporized into chaotic water, less steam contributes to activation. That is, it is difficult to uniformly diffuse the water vapor into the carbon raw material M, and the surface area per unit weight was about 900 (m 2 / g) according to the experiment results of the present inventors.
[0009]
Further, since water at room temperature was poured into the heated furnace 5, the thermal shock was so great that the ceramic core tube 2 could be damaged. Further, the gas cylinder 11 filled with an inert gas cannot be used due to its limited capacity for long-term continuous operation. Similarly, the syringe 12 of the injection device 10 also needs to be removed for water replenishment.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on the technical background as described above, and achieves the following object.
An object of the present invention is to provide a method and a system for producing a porous carbon material capable of increasing the specific surface area by increasing pores.
Another object of the present invention is to provide a method and system for producing a porous carbon material that can increase the pores and increase the specific surface area by increasing the efficiency of water vapor diffusion.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The method for producing a porous carbon material according to the present invention is a method for producing a porous carbon material. The carbon material is placed in a heating furnace, and a saturated water vapor and an inert gas are mixed to produce a hydration gas. After preheating the hydration gas, the carbon material is activated by supplying the hydration gas into the heating furnace, and the heating furnace is heated to 800 ° C. or more to carbonize the carbon material. intended to produce Te, the mixing temperature with water to make an inert gas and saturated steam are and at 98 ° C. lower than the atmospheric pressure, the preheating temperature of the hydration gas, characterized in that a 200 ° C. or higher And
[0012]
The porous carbon material may be any material provided with micropores, transitional pores, macropores, etc., and specifically refers to activated carbon, carbon black, charcoal, wood ceramics, and the like. The inert gas may be any kind as long as it is an inert gas, but nitrogen gas produced by separating air is inexpensive and easy to handle. Further, the mixing temperature of the inert gas and the water is atmospheric pressure and 98 ° C. or lower, and the preheating temperature of the hydrating gas is preferably 200 ° C. or higher. The amount of the saturated water vapor is preferably proportional to the supply amount of the nitrogen gas.
[0013]
The porous carbon material manufacturing system according to the present invention includes a heating furnace for putting a carbon material inside, an inert gas generating means for removing oxygen from air and separating the inert gas, and the inert gas generating device. Hydrating means for mixing the inert gas and water, and preheating means for preheating and supplying the mixed inert gas and water to the heating furnace. The mixing temperature by the hydration means is 98 ° C. or less, and the preheating temperature of the preheating means is preferably 200 ° C. or more.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a system diagram showing an outline of a porous carbon material production system. The electric heating furnace 20 is a ceramic core tube 21 having a closed space. A heater 23 for heating the inside 22 of the furnace core tube 21 is disposed on the outer periphery of the core tube 21.
[0015]
A heat insulating material 24 is wound around the outer periphery of the heater 23. The heat insulating material 24 is a heat insulating material for preventing heat generated from the heater 23 from escaping from the core tube 21. A pipe line and a valve 25 for discharging the inert gas inside the furnace 22 and the generated gas generated in the furnace 22 are arranged at an upper position of the core tube 21, and the valve 25 is opened. To release these gases.
[0016]
On the other hand, in the present embodiment, the porous carbon material production system includes a hydration gas generation system 30 for supplying a hydration gas mixed with water vapor and an inert gas into the furnace 22. The hydration gas generation system 30 includes an inert gas generator 31 for generating an inert gas, that is, a nitrogen gas, a hydration tank 32 for mixing the inert gas and water, and a mixed inert gas. And a preheater 33 for heating water and water.
[0017]
In the hydration tank 32, water having a saturated vapor pressure level determined by the internal pressure and temperature in the hydration tank 32 is added to become saturated steam. In addition, there is a branch pipe (not shown) with a valve between the hydration tank 32 and the preheater 33, and the hydration gas flowing out to the branch pipe side is cooled by closing the valve 37. The obtained water is measured to measure the amount of water. The amount of moisture fed into the electric heating furnace 20 is determined in proportion to the flow rate of the inert gas (see FIG. 3).
[0018]
The inert gas generator 31 includes an air pump unit 34 that pressurizes air in the air and a nitrogen separator 35 that separates the pressurized air and extracts only nitrogen gas (including rare gas). The principle of the nitrogen separator (Kanebo (PSA type nitrogen gas generator) manufactured by Kanebo Co., Ltd.) 35 used in the present embodiment is that the difference in adsorption rate between oxygen and nitrogen is large, and oxygen is applied within a short time under pressure. A synthetic polymer adsorbent that can preferentially adsorb and separate nitrogen gas is used. The purity of the nitrogen gas is obtained in the range of 99.0 to 99.99%, and when it is less than 1/3 of the apparatus capacity of the amount of gas to be taken out, a gas with a purity of 99.0% is obtained when it is 99.99% or more. It is what
[0019]
The separated nitrogen gas passes through the flow meter 36 and is supplied to the hydration tank 32. The hydration tank 32 is a mixture of water and nitrogen gas. The mixing of water and nitrogen gas wets the inert gas by passing the inert gas through warm water heated to 98 ° C. or lower.
[0020]
The inert gas mixed with water is heated by a preheater 33 of the type heated by a heating wire and mixed with the inert gas to become a hydrated gas. The hydration gas passes through the valve 37 and is supplied to the furnace 22.
[0021]
(Operation of Embodiment 1)
Next, the operation of the embodiment will be described. Carbon material M is charged into the furnace 5. Here, the carbon raw material M refers to a plant-based glassy composite material, wood, a wooden system, or the like. After the carbon raw material M is charged, all the valves such as the valve 37 and the valve 25 are closed, and after deoxygenation (practical vacuum state), the valve 37 is opened and an inert gas is allowed to flow in. After the pressure is increased to about 1 MPa, the valve 25 is opened. Thereafter, the electric heating furnace 20 is operated with the valve 37 and the valve 25 opened until the activation is completed.
[0022]
The inert gas generated by the hydration gas generation system 30 is diffused into warm water having an arbitrary temperature of 98 ° C. or lower. The reason why the temperature of the hot water is set to 98 ° C. or less is to prevent any excess liquid water from being included in the hydration gas. This is because, when gas is blown into boiling water, there is a risk that liquid moisture at plus 100 ° C. is entrained in saturated steam. In other words, it becomes wet steam. This is because even if a filter for removing liquid water is disposed, there is a risk that saturated vapor may condense on the filter.
[0023]
Therefore, the hydration gas supplied to the electric heating furnace 20 is heated and supplied in a gas state, that is, in a heated steam state. Saturated steam (hydratable gas) is preheated to 200 ° C. or higher by the preheater 33. By this preheating, the saturated steam becomes heated steam. The reason for heating to 200 ° C. or higher is to prevent condensation due to cooling in the pipeline and to ensure a pressure of 0.49 Kpa (hydrostatic pressure of 50 mmAq) above a certain level to increase the flow rate. As a result, the hydrating gas can be stably supplied to the electric heating furnace 20. The optimum values for the heating temperature and pressure are determined experimentally and theoretically. The preheated hydration gas was put into the furnace 22 to form a uniform water vapor diffusion together with the inert gas, and a specific surface area of about 1300 (m 2 / g) was obtained. Further, the inert gas generator 31 is pressurized by an air pump unit 34 that pressurizes air in the air and sent to the nitrogen separator 35.
[0024]
The nitrogen separator 35 continuously extracts only nitrogen gas from the pressurized air. The separated nitrogen gas is supplied to the hydration tank 32. The hydration tank 32 mixes water and nitrogen gas and sends them to the preheater 33. As described above, since the hydrating gas can be continuously generated and supplied, the operation can be performed without interruption. Further, since the hydrating gas is preheated by the preheater 33 and becomes heated steam, the interior 22 of the furnace core tube 21 also creates a stable atmosphere.
[0025]
Since the valve (inner diameter 6 mm) 37 and the valve (inner diameter 2.5 mm) 25 are operated in a fully opened state, the pressure in the furnace 22 is estimated to be a hydrostatic pressure of around several hundred mmAq. The inside of the furnace 22 is always saturated with an inert gas or a hydration gas. FIG. 2 is data showing the relationship between the activation temperature and the specific surface area when comparing the conventional carbon material activation system shown in FIG. 4 with the porous carbon material production plant of the present invention. It can be seen that the specific surface area has increased dramatically. FIG. 3 is a diagram for determining the water to be added, and shows the relationship between the inert gas and the amount of water. The amount of water increases in proportion to the flow rate of nitrogen gas.
[0026]
The amount of the carbon material M in the furnace 5 adsorbs heating steam adsorption amount V i to the adsorbent of the adsorption component i is known to be expressed by a function of pressure and temperature by the following equation.
[0027]
V i = F (p 1 ...... p i , ...... p n , T)
In the adsorption of one-component gas, this equilibrium relationship is represented by a three-dimensional curved surface with the adsorption amount, pressure and temperature as coordinates. Actually, it is often expressed by a quadratic curve group in which one variable is fixed. Adsorption isotherm (horizontal axis is equilibrium pressure, vertical axis is adsorption amount), adsorption isobaric line (horizontal axis is temperature, vertical axis is adsorption amount), and adsorption isotherm (horizontal axis is temperature, vertical axis is equilibrium pressure) It is called. For example, the adsorption isotherm for gas adsorption on activated carbon or zeolite rises rapidly with the equilibrium pressure and then becomes a constant amount, and the adsorption isotherm for adsorption of water vapor on carbon black has a slope that increases as the equilibrium pressure increases. It increases functionally (Toshinaga Kawai, “Research on Adsorption and Separation of Gases” published in October 1976, pages 26-28).
[0028]
According to this theory, the adsorption amount of the water vapor gas is determined by the pressure and temperature in the furnace 5, so this adsorption amount, that is, the increase or decrease of the water vapor gas, is controlled by adjusting the temperature of the hydration tank 32. You may adjust by the method of adjusting heating, the method of introduce | transducing heating hot water after the preheater 33, etc. However, in order to activate the carbon raw material M, it is a problem different from the fact that the theoretical and experimental gas adsorption amounts described above must be supplied into the furnace 5. The treatment for activation and the amount of gas adsorption should be considered separately.
[0029]
【Effect of the invention】
According to the method for producing a porous carbon material of the present invention, a porous carbonized material having a large specific surface area can be obtained, and the porous carbon material production system of the present invention can withstand a continuous operation for a long time. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an outline of a porous carbon material production plant.
FIG. 2 is data showing a relationship between an activation temperature and a specific surface area when a conventional carbon material activation system and a porous carbon material production plant of the present invention are compared.
FIG. 3 is a diagram for obtaining water to be added, and shows a relationship between an inert gas and a water content. It is a front view of FIG.
FIG. 4 is a system diagram showing an outline of a porous carbon material production plant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Injection apparatus 20 ... Electric heating furnace 21 ... Core tube 22 ... Furnace 23 ... Heater 30 ... Hydration gas generation system 31 ... Inert gas generation device 33 ... Pre-heater 32 ... Hydration tank

Claims (5)

多孔質の炭素材の製造方法であって、
加熱炉内に炭素材を入れ、飽和水蒸気と不活性ガスとを混合して水和ガスを作り、前記水和ガスを予備加熱した後、
前記水和ガスを前記加熱炉内に供給することにより前記炭素材を賦活して、かつ前記加熱炉を800℃以上に加熱して前記炭素材を炭化させて製造するもので、
前記不活性ガスと前記飽和水蒸気を作る水との混合温度は、大気圧でかつ98℃以下であり、前記水和ガスの予備加熱温度は、200℃以上であることを特徴とする多孔性炭素材の製造方法。
A method for producing a porous carbon material,
Put carbon material in the heating furnace, mix saturated steam and inert gas to make hydration gas, after preheating the hydration gas,
The carbon material is activated by supplying the hydrating gas into the heating furnace, and the heating furnace is heated to 800 ° C. or more to carbonize the carbon material .
Mixed temperature of the water to make the saturated steam and the inert gas is and at 98 ° C. lower than the atmospheric pressure, the preheating temperature of the hydration gas, porous carbon, characterized in that at 200 ° C. or higher Material manufacturing method.
請求項1に記載の多孔性炭素材の製造方法において、
前記不活性ガスは、空気を分離して作られた窒素ガスであることを特徴とする多孔性炭素材の製造方法。
In the manufacturing method of the porous carbon material according to claim 1,
The method for producing a porous carbon material, wherein the inert gas is nitrogen gas produced by separating air.
請求項2に記載の多孔性炭素材の製造方法において、
前記飽和水蒸気の供給量は、前記窒素ガスの供給量に比例したものであることを特徴とする多孔性炭素材の製造方法。
In the manufacturing method of the porous carbon material according to claim 2,
The method for producing a porous carbon material, wherein the supply amount of the saturated water vapor is proportional to the supply amount of the nitrogen gas.
炭素材を内部に入れる加熱炉と、
空気から酸素を除去して不活性ガスを分離するための不活性ガス発生手段と、
前記不活性ガス発生装置からの不活性ガスと水を混合するための水和手段と、
混合された不活性ガスと水を予備加熱し、前記加熱炉に供給するための予備加熱手段と からなる多孔性炭素材の製造システム。
A heating furnace in which carbon material is placed,
An inert gas generating means for removing oxygen from the air and separating the inert gas;
Hydration means for mixing the inert gas and water from the inert gas generator;
A porous carbon material manufacturing system comprising preheated mixed inert gas and water and preheating means for supplying the heated gas to the heating furnace.
請求項に記載の多孔性炭素材の製造システムにおいて、
水和手段による混合温度は、98℃以下であり、
予備加熱手段の予備加熱温度は、200℃以上である
ことを特徴とする多孔性炭素材の製造システム。
In the manufacturing system of the porous carbon material according to claim 4 ,
The mixing temperature by the hydration means is 98 ° C. or less,
The preheating temperature of a preheating means is 200 degreeC or more. The manufacturing system of the porous carbon material characterized by the above-mentioned.
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