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JP6954564B2 - Nanocarbon manufacturing method and nanocarbon manufacturing system - Google Patents
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JP6954564B2 - Nanocarbon manufacturing method and nanocarbon manufacturing system - Google Patents

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Description

この発明は、メタンを用いてナノカーボンを製造するナノカーボンの製造方法およびナノカーボン製造システムに関するものである。 The present invention relates to a method for producing nanocarbon and a nanocarbon production system for producing nanocarbon using methane.

カーボンナノチューブの製造方法として、炭化水素を用いて触媒の存在下でナノカーボンを製造する技術が知られている。
例えば、特許文献1では、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する技術が開示されており、炭化水素ガスの例として、天然ガス、炭層ガス、埋め立てガス、及びバイオガスが挙げられており、炭化水素ガスの組成は、一般的にメタン、エタン、エチレン、プロパン、及びブタンを含む群からの1つ以上の軽炭化水素を含む、とされている。
As a method for producing carbon nanotubes, a technique for producing nanocarbons using hydrocarbons in the presence of a catalyst is known.
For example, Patent Document 1 discloses a technique of bringing a metal-containing catalyst into contact with a hydrocarbon gas to catalytically convert at least a part of the hydrocarbon gas into hydrogen and carbon, as an example of the hydrocarbon gas. , Natural gas, coal seam gas, landfill gas, and biogas, and the composition of hydrocarbon gases is generally one or more light hydrocarbons from the group containing methane, ethane, ethylene, propane, and butane. It is said to contain hydrogen.

また、特許文献2では、原料ガスをメタンまたはメタンを含有する混合物とし、前記原料ガスを500〜1200℃で触媒と接触させるカーボンナノチューブの合成方法が開示されている。特許文献2では、メタンを含有する混合物とは、メタン以外の気体を混合させた混合ガスのことであり、特に限定されないが、不活性ガス、水素、水蒸気、二酸化炭素などと混合させることができ、不活性ガスと混合することが好ましい、と記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses a method for synthesizing carbon nanotubes in which a raw material gas is methane or a mixture containing methane and the raw material gas is brought into contact with a catalyst at 500 to 1200 ° C. In Patent Document 2, the mixture containing methane is a mixed gas in which a gas other than methane is mixed, and is not particularly limited, but can be mixed with an inert gas, hydrogen, water vapor, carbon dioxide, or the like. , It is stated that it is preferable to mix with an inert gas.

これら以外にも、ナノカーボンを製造する際に、メタン以外で反応に影響を与える可能性があるガス種を用いるものが知られており、例えば、他の炭化水素(C2以上の飽和・不飽和炭化水素)、原料とする場合のあるCO、CO、意図的に入れる場合があるHO(水分)、触媒を還元するH、(CO)、酸化するO等が用いられている。
例えば、特許文献3では、水分を添加し、特許文献4では、CO、COを添加し、特許文献5では、還元ガス(H、CO)、酸化性ガス(O)を添加している。さらに特許文献6では、メタン以外の炭化水素やCOを添加することが記載されており、特許文献7では、アルキン等他のガスと混合することが記載されている。
In addition to these, there are known gas species other than methane that may affect the reaction when producing nanocarbons. For example, other hydrocarbons (saturated / unsaturated with C2 or higher) are known. Hydrocarbons), CO and CO 2 that may be used as raw materials, H 2 O (moisture) that may be intentionally added, H 2 and (CO) that reduce the catalyst, O 2 that oxidizes, etc. are used. ..
For example, in Patent Document 3, water is added, in Patent Document 4, CO and CO 2 are added, and in Patent Document 5, reducing gas (H 2 , CO) and oxidizing gas (O 2 ) are added. There is. Further, Patent Document 6 describes that a hydrocarbon other than methane or CO is added, and Patent Document 7 describes that the mixture is mixed with another gas such as an alkyne.

さらに、特許文献8では、メタンを濃度10体積%以下で含む原料ガスを用いて、体積抵抗率を改善した技術が開示されている。特許文献9では、炭素重量フラックスが調整された原料ガスおよび触媒賦活物質を、基材上の触媒に接触させて高比表面積のナノカーボンを製造する方法が開示されている。 Further, Patent Document 8 discloses a technique for improving the volume resistivity by using a raw material gas containing methane at a concentration of 10% by volume or less. Patent Document 9 discloses a method for producing nanocarbon having a high specific surface area by contacting a raw material gas having an adjusted carbon weight flux and a catalyst activator with a catalyst on a substrate.

特開2018−528291号公報JP-A-2018-528291 特開2007−197304号公報JP-A-2007-197304 特開2013−180913号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-180913 特表2015−518461号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-518461 特開2009−227470号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-227470 特表2011−519809号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-511809 特表2012−530663号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-530663 特開2010−006663号公報JP-A-2010-006663 国際公開2010/147193号公報International Publication No. 2010/147193

上記のようにナノカーボンの原料ガスとしてメタンを用いることが記載されたものが知られている。しかし、一口にメタンガスと言っても、文献にあるのは、バイオメタン、天然ガス(産地や採掘方法、LNGへの液化方法により成分が異なる)、都市ガス、反応合成(メタネーション)メタン、ハイドレードメタン、炭化水素ガスの一種等の記載であり、その純度は80%ぐらいからと様々である。
特許文献1では、炭化水素の使用について具体的な記載はない。また、特許文献2の実施例では、メタンとその他の混合ガスを用いたもののみが示されている。しかし、これらの方法では、ナノカーボンの生産効率や、得られるナノカーボンの特性が十分なものとはいえない。
特許文献3〜7では、メタン以外のガスを使用するため、これを達成するために構成が複雑になり、また、十分な反応効率が得られていない。
また、特許文献8や特許文献9では、特性の一部において優れた特性を有するナノカーボンの製造を可能にしているものの、生産性に対する配慮がなく、また、複数の特性のバランスが考慮されていないという問題がある。
As described above, it is known that methane is used as a raw material gas for nanocarbon. However, even if you say methane gas in a bite, the literature includes biomethane, natural gas (components differ depending on the production area, mining method, and liquefaction method to LNG), city gas, reaction synthesis (methanation) methane, and hide. It describes raid methane, a type of hydrocarbon gas, etc., and its purity varies from about 80%.
Patent Document 1 does not specifically describe the use of hydrocarbons. Further, in the examples of Patent Document 2, only those using methane and other mixed gases are shown. However, with these methods, it cannot be said that the production efficiency of nanocarbon and the characteristics of the obtained nanocarbon are sufficient.
In Patent Documents 3 to 7, since a gas other than methane is used, the configuration becomes complicated in order to achieve this, and sufficient reaction efficiency is not obtained.
Further, in Patent Document 8 and Patent Document 9, although it is possible to produce nanocarbon having excellent characteristics in some of the characteristics, there is no consideration for productivity and the balance of a plurality of characteristics is considered. There is a problem that there is no.

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、メタンを含む都市ガスなどよりも純度が高い純メタンを用いることで、ナノカーボンの生産性を高め、さらに、製造されたナノカーボンの特性を十分に向上させることができるナノカーボンの製造方法およびナノカーボン製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and by using pure methane having a higher purity than city gas containing methane, the productivity of nanocarbon is increased, and the characteristics of the produced nanocarbon are further enhanced. It is an object of the present invention to provide a nanocarbon production method and a nanocarbon production system capable of sufficiently improving the above.

すなわち、本発明のナノカーボン製造方法のうち、第1の形態は、ボイルオフガス(BOGガス)を由来とし、前記BOGガスを精製して純メタンガスの純度を体積率で99.9%以上とし、露点を−72℃(水分2ppm)以下、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計濃度をl0ppm以下、一酸化炭素濃度をlppm以下、二酸化炭素濃度をlppm以下、酸素濃度が10ppm以下とした純メタンガスを用いて、600〜900℃の範囲内の加熱環境において触媒を使用した直接分解反応によりナノカーボンを製造する。 That is, in the first form of the nanocarbon production method of the present invention, the boil-off gas (BOG gas) is derived, and the BOG gas is purified to make the purity of pure methane gas 99.9% or more by volume. Pure methane gas with a dew point of -72 ° C (water content 2 ppm) or less, a total impurity concentration of hydrocarbon components other than methane of l0 ppm or less, a carbon monoxide concentration of l ppm or less, a carbon dioxide concentration of lppm or less, and an oxygen concentration of 10 ppm or less. To produce nanocarbon by direct decomposition reaction using a catalyst in a heating environment in the range of 600 to 900 ° C.

の形態のナノカーボン製造方法の発明は、前記形態の発明において、前記触媒が、無担持であって、鉄系、ニッケル系、アルミナ系、コバルト系のいずれか1種または複数の組合せである。 In the invention of the second aspect of the nanocarbon production method, in the invention of the above-described embodiment, the catalyst is non-supporting and may be any one or a combination of iron-based, nickel-based, alumina-based, and cobalt-based. be.

の形態のナノカーボン製造方法の発明は、前記形態の発明において、前記ナノカーボンは、純炭素結晶を含有し、前記純炭素結晶が、グラフェン、グラファイト、単層または多層のカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレンの1種または2種以上を含むことを特徴とする。 In the invention of the third embodiment of the nanocarbon production method, in the invention of the above-described embodiment, the nanocarbon contains a pure carbon crystal, and the pure carbon crystal is graphene, graphite, single-walled or multi-walled carbon nanotube, carbon. It is characterized by containing one or more of nanofibers and graphene.

本発明のナノカーボン製造システムのうち、第1の形態は、BOGガスを移送するBOGガス移送路と、
前記BOGガス移送路の中途に設けられ、前記BOGガス移送路で移送されるBOGガスを精製してメタン濃度を体積率で99.9%以上に高め、露点を−72℃(水分2ppm)以下、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計濃度をl0ppm以下、一酸化炭素濃度をlppm以下、二酸化炭素濃度をlppm以下、酸素濃度が10ppm以下とする精製部と、
触媒が収容され、前記BOGガス移送路が接続されて前記BOGガス移送路を通じて導入される純メタンガスが前記触媒によって直接分解反応する反応炉と、
前記反応炉内を加熱する加熱部と、
前記反応炉から取り出されたナノカーボンを受け入れるナノカーボン受け入れ部と、を備える。
第2の形態のナノカーボン製造システムの発明は、BOGガスを移送するBOGガス移送路と、
触媒が収容され、前記BOGガス移送路が接続されて前記BOGガス移送路を通じて導入されるBOGガスが前記触媒によって直接分解反応する反応炉と、
前記反応炉内を加熱する加熱部と、
前記反応炉から取り出されたナノカーボンを受け入れるナノカーボン受け入れ部と、を備え、
前記反応炉から排出される残メタンおよび水素を移送するガス排出路を有し、
比較的低温のBOGガスが移送される前記BOGガス移送路と、比較的高温の残メタンおよび水素が移送される前記ガス排出路との間で熱交換を行う熱交換器を有し、
前記ガス排出路は、前記熱交換器より下流側において、エネルギ供給側に接続されることを特徴とす
Among the nanocarbon production systems of the present invention, the first mode is a BOG gas transfer path for transferring BOG gas, and a BOG gas transfer path.
The BOG gas provided in the middle of the BOG gas transfer path is purified to increase the methane concentration to 99.9% or more by volume and the dew point to -72 ° C. (moisture 2 ppm) or less. , A purification unit that sets the total concentration of impurities of hydrocarbon components other than methane to l0 ppm or less, carbon monoxide concentration to lppm or less, carbon dioxide concentration to lppm or less, and oxygen concentration to 10 ppm or less.
A reactor in which a catalyst is housed, the BOG gas transfer path is connected, and pure methane gas introduced through the BOG gas transfer path is directly decomposed and reacted by the catalyst.
A heating unit that heats the inside of the reactor and
The nanocarbon receiving part for receiving the nanocarbon taken out from the reactor is provided.
The invention of the nanocarbon production system of the second embodiment includes a BOG gas transfer path for transferring BOG gas and a BOG gas transfer path.
A reactor in which a catalyst is housed, the BOG gas transfer path is connected, and the BOG gas introduced through the BOG gas transfer path is directly decomposed and reacted by the catalyst.
A heating unit that heats the inside of the reactor and
A nanocarbon receiving part for receiving the nanocarbon taken out from the reactor is provided.
It has a gas discharge path for transferring residual methane and hydrogen discharged from the reactor.
It has a heat exchanger that exchanges heat between the BOG gas transfer path to which a relatively low temperature BOG gas is transferred and the gas discharge path to which a relatively high temperature residual methane and hydrogen are transferred.
The gas discharge passage, the downstream side of the heat exchanger shall be the being connected to energy supply

第3の形態のナノカーボン製造システムの発明は、前記形態の発明において、前記反応炉に、スクリューフィーダー型の移動床を備え、前記移動床に触媒を投入する触媒投入口を有する。 In the invention of the third embodiment, the invention of the nanocarbon production system includes a screw feeder type moving bed in the reaction furnace and a catalyst inlet for charging a catalyst into the moving bed.

の形態のナノカーボン製造システムの発明は、前記形態の発明において、BOGが
発生する貯液槽または、少なくともBOGが収納された容器を備える。
The invention of the nanocarbon production system of the fourth embodiment includes a liquid storage tank in which BOG is generated, or a container in which at least BOG is stored, in the invention of the above-described embodiment.

第5の形態のナノカーボン製造システムの発明は、前記形態の発明において、BOGが発生する貯液槽がLNG貯液槽または液メタン貯液槽であり、前記貯液が地上設置タンク、地下タンク、サテライト設備のコールドエバポレータ(CE)、リキッドガスコンテナ;可搬式超低温容器(LGC)のいずれかである。
Invention of the nanocarbon manufacturing system of the fifth embodiment of the present invention, in the form, a liquid storage tank LNG storage tank or a liquid methane storage tank which BOG is generated, said liquid storage tank Ground tanks, underground It is one of a tank, a cold evaporator (CE) of satellite equipment, a liquid gas container; and a portable ultra-low temperature container (LGC).

の形態のナノカーボン製造システムの発明は、前記形態の発明において、BOGが発生する貯液槽または、少なくともBOGが収納された容器が移動可能に構成されていることを特徴とする。 The invention of the nanocarbon production system of the sixth embodiment is characterized in that, in the invention of the above-described embodiment, a liquid storage tank in which BOG is generated or at least a container in which BOG is stored is configured to be movable.

の形態のナノカーボン製造システムの発明は、前記形態の発明において、BOGが発生する貯液槽がLNG貯液槽または液メタン貯液槽であり、前記貯液槽が、貯留物を燃料エネルギーに使用されるものであり、前記反応炉から取り出される水素ガスと未反応メタンの一部または全部が前記燃料エネルギーに使用されるものである。 In the invention of the seventh aspect of the nanocarbon production system, in the invention of the above-described embodiment, the liquid storage tank in which BOG is generated is an LNG liquid storage tank or a liquid methane liquid storage tank, and the liquid storage tank fuels the stored matter. It is used for energy, and a part or all of hydrogen gas and unreacted methane taken out from the reactor are used for the fuel energy.

すなわち、本発明によれば、純メタンを用いた直接分解反応により、ナノカーボンを高い生産性で生産することができ、得られるナノカーボンの特性もバランス良いという製造の特徴を有している。例えば、LNG貯液槽または液化メタン貯液槽から入熱等により自然気化するBOGガスを原料にナノカーボンを製造することから、従来の原料供給方法に言及していないナノカーボン製造方法に比べて生産性と経済性が飛躍的に向上する。またBOG由来の純度の良いメタンガスを原料にすることでナノカーボンの特性は向上する。 That is, according to the present invention, nanocarbon can be produced with high productivity by a direct decomposition reaction using pure methane, and the characteristics of the obtained nanocarbon are well-balanced. For example, since nanocarbon is produced from BOG gas that is naturally vaporized by heat input from an LNG liquid storage tank or a liquefied methane liquid storage tank, it is compared with a nanocarbon production method that does not mention the conventional raw material supply method. Dramatically improve productivity and economy. Further, the characteristics of nanocarbon are improved by using high-purity methane gas derived from BOG as a raw material.

本発明の一実施形態のナノカーボン製造システムの概略図である。It is a schematic diagram of the nanocarbon production system of one Embodiment of this invention. 他の実施形態におけるナノカーボン製造システムの構成図である。It is a block diagram of the nanocarbon manufacturing system in another embodiment. 図2の実施形態の変更例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the embodiment of FIG. 本発明の実施形態における純メタンの複数の供給形態を説明する図である。It is a figure explaining a plurality of supply forms of pure methane in embodiment of this invention. 本発明の実施例で用いた反応炉の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reactor used in the Example of this invention. 実施例における都市ガス(13A)から得られた生成炭素のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the produced carbon obtained from the city gas (13A) in an Example. 実施例における3Nの高純度メタンから得られた生成炭素のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the produced carbon obtained from the high-purity methane of 3N in an Example. 実施例における6Nの超高純度メタンから得られた生成炭素のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the produced carbon obtained from the ultra-high purity methane of 6N in an Example. 実施例における都市ガス(13A)から得られた生成炭素の細孔径分布を示す図である。It is a figure which shows the pore diameter distribution of the produced carbon obtained from the city gas (13A) in an Example. 実施例における3Nの高純度メタンから得られた生成炭素の細孔径分布を示す図である。It is a figure which shows the pore diameter distribution of the produced carbon obtained from the high-purity methane of 3N in an Example. 実施例における6Nの超高純度メタンから得られた生成炭素の細孔径分布を示す図である。It is a figure which shows the pore diameter distribution of the produced carbon obtained from the ultra-high purity methane of 6N in an Example. 実施例における都市ガス(13A)から得られた生成炭素のSEM画像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM image of the produced carbon obtained from the city gas (13A) in an Example. 実施例における3Nの高純度メタンから得られた生成炭素のSEM画像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM image of the produced carbon obtained from the high-purity methane of 3N in an Example. 実施例における6Nの超高純度メタンから得られた生成炭素のSEM画像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the SEM image of the produced carbon obtained from the ultra-high purity methane of 6N in an Example.

以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のナノカーボン製造システムの概要例を示すものである。
ナノカーボン製造システム1は、純メタン移送路10Cを通じて純メタンが導入されて直接分解反応によってナノカーボンが製造される製造装置5を有しており、製造装置5から取り出されるナノカーボンNCは、ナノカーボン受け入れ部6に取り出される。製造装置5内には、図示しない触媒が配置されている。触媒には、鉄系、ニッケル系、アルミナ系、コバルト系のいずれか1種又は複数の組合せを用いることができる。製造装置5は、本発明の反応炉に相当する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic example of the nanocarbon production system of the present invention.
The nanocarbon production system 1 has a production apparatus 5 in which pure methane is introduced through the pure methane transfer path 10C and nanocarbon is produced by a direct decomposition reaction, and the nanocarbon NC taken out from the production apparatus 5 is nano. It is taken out by the carbon receiving unit 6. A catalyst (not shown) is arranged in the manufacturing apparatus 5. As the catalyst, any one or a combination of iron, nickel, alumina, and cobalt can be used. The manufacturing apparatus 5 corresponds to the reactor of the present invention.

純メタン搬送路10Cの上流側は、供給部4が設けられており、圧力および流量、入ガス温度の調整装置やポンプなどを設けて構成することができる。
供給部4の上流側には、純メタン搬送路10Bが接続されており、純メタン搬送路10Bの上流側には、精製部3が設けられている。精製部3は、上流側から搬送される純メタンの純度を上げるものであり、蒸留、吸着、透過膜などの既知のものにより構成することができる。
精製部3の上流側には、純メタン搬送路10Aが接続されている。純メタン搬送路10Aの上流側は、LNG貯液槽または液メタン貯液槽からなる貯液槽2の上部空間21に接続されている。
A supply unit 4 is provided on the upstream side of the pure methane transport path 10C, and can be configured by providing a pressure and flow rate, an inlet gas temperature adjusting device, a pump, and the like.
A pure methane transport path 10B is connected to the upstream side of the supply section 4, and a purification section 3 is provided on the upstream side of the pure methane transport path 10B. The purification unit 3 increases the purity of pure methane transported from the upstream side, and can be composed of known substances such as distillation, adsorption, and permeation membrane.
A pure methane transport path 10A is connected to the upstream side of the purification unit 3. The upstream side of the pure methane transport path 10A is connected to the upper space 21 of the liquid storage tank 2 including the LNG liquid storage tank or the liquid methane liquid storage tank.

上部空間21では、貯液槽2に貯液されたLNGや液メタンから蒸発したBOG(ボイルオフガス)が存在している。BOGガスは、純メタンとして高いメタン濃度を有している。なお、図では示していないが、貯液槽2の上部空間にリリーフ弁を設けたものとすることができる。リリーフ弁は貯槽内の圧力を一定に保つ目的で設ける機構であるが、これによって、貯液槽2内に含まれ、メタンと異なる沸点を有する窒素、酸素などの不純物ガスを上部空間21から排除することができる。
貯液槽2の種別は特に限定されるものではなく、LNG地下タンク、LNGサテライトコールドエバポレータ(CE)、液メタンサテライトエバポレータ(CE)、LGC(リキッドガスコンテナ;可搬式超低温容器)などを用いることができる。
In the upper space 21, there is LNG stored in the liquid storage tank 2 and BOG (boil-off gas) evaporated from liquid methane. BOG gas has a high methane concentration as pure methane. Although not shown in the figure, a relief valve may be provided in the upper space of the liquid storage tank 2. The relief valve is a mechanism provided for the purpose of keeping the pressure in the storage tank constant, and thereby removes impurity gases such as nitrogen and oxygen contained in the liquid storage tank 2 having a boiling point different from that of methane from the upper space 21. can do.
The type of the liquid storage tank 2 is not particularly limited, and an LNG underground tank, an LNG satellite cold evaporator (CE), a liquid methane satellite evaporator (CE), an LGC (liquid gas container; a portable ultra-low temperature container), or the like should be used. Can be done.

なお、この実施形態では、BOGガスは、貯液槽2から精製部3に供給するものとして説明したが、貯液槽2の上部空間21から、純メタン搬送路11Aを通じて供給部に直接移送するものとしてもよい。精製部3を介することで純メタンの濃度は、例えば、体積%で99.9%以上、さらには99.9999%以上(6N)とすることができる。純度は、所望の純度にすることができる。 In this embodiment, the BOG gas has been described as being supplied from the liquid storage tank 2 to the purification unit 3, but is directly transferred from the upper space 21 of the liquid storage tank 2 to the supply unit through the pure methane transport path 11A. It may be a thing. Through the purification unit 3, the concentration of pure methane can be, for example, 99.9% or more in volume%, and further 99.99999% or more (6N). The purity can be the desired purity.

また、BOGガスおよび精製部3を介した純メタンは、一旦ボンベ7あるいは再液化してLGCに収納し、ボンベ7に接続された純メタン移送路11Bを介して精製部3に移送したり、純メタン移送路11Cを介して供給部4に移送したりするものとしてもよい。BOGガスは、他所から移動したものでもよく、また、貯液槽から発生したBOGを貯めるものとしてもよい。 Further, the BOG gas and the pure methane via the purification unit 3 are temporarily stored in the cylinder 7 or reliquefied and stored in the LGC, and then transferred to the purification unit 3 via the pure methane transfer path 11B connected to the cylinder 7. It may be transferred to the supply unit 4 via the pure methane transfer path 11C. The BOG gas may be a gas that has been moved from another place, or may be a gas that stores the BOG generated from the liquid storage tank.

なお、貯液槽2の貯液部20にあるLNGや液メタンは、燃料エネルギーとして工場などで使用することができ、また、製造装置5でナノカーボンの生成に伴って発生する水素や、反応に関与しなかった未反応のメタンは、同じく、工場などの燃料エネルギーとして使用することができる。 The LNG and liquid methane in the liquid storage section 20 of the liquid storage tank 2 can be used as fuel energy in factories and the like, and hydrogen generated by the production of nanocarbon in the manufacturing apparatus 5 and reactions. Unreacted methane, which was not involved in the production, can also be used as fuel energy for factories and the like.

図2は、サテライトに設置したナノカーボン製造システム1Aを示すものであり、以下に説明する。
ナノカーボン製造システム1Aは、LNGまたは液メタンを貯留する貯液槽2Aを有しており、貯液槽2Aには、ローリーからの供給路22が設けられており、適宜時期にLNGまたは液メタンを補充することができる。貯液槽2Aでは、例えば、LNGまたは液メタンを、中の圧力によるが、−150℃〜−160℃で貯液する。
貯液槽2Aとしては、サテライト設備のタンク、コールドエバポレータ、リキッドガスコンテナなどを用いることができる。
貯液槽2Aでは、上部空間21Aに連通するリリーフ弁28が設けられており、上部空間内の圧力を逃がすことができ、さらに、純メタンよりも沸点が低い不純物ガスを上部空間21Aから排除することができる。
FIG. 2 shows the nanocarbon manufacturing system 1A installed in the satellite, which will be described below.
The nanocarbon production system 1A has a liquid storage tank 2A for storing LNG or liquid methane, and the liquid storage tank 2A is provided with a supply path 22 from a lorry, and LNG or liquid methane is provided at an appropriate time. Can be replenished. In the liquid storage tank 2A, for example, LNG or liquid methane is stored at −150 ° C. to −160 ° C., depending on the pressure inside.
As the liquid storage tank 2A, a tank of satellite equipment, a cold evaporator, a liquid gas container, or the like can be used.
In the liquid storage tank 2A, a relief valve 28 communicating with the upper space 21A is provided so that the pressure in the upper space can be released, and further, impurity gas having a boiling point lower than that of pure methane is excluded from the upper space 21A. be able to.

貯液槽2Aの貯液部20Aには送液路23が設けられている。送液路23には、蒸発器24、加温器25が順次介設されている。貯液槽2Aの貯液部20Aに収容されているLNGや液メタンは送液路23に送り出されて蒸発器24で蒸発され、加温器25で加温されて工場などの事業所や住宅などにおいてエネルギー供給に用いることができる。 A liquid feeding path 23 is provided in the liquid storage section 20A of the liquid storage tank 2A. An evaporator 24 and a warmer 25 are sequentially provided in the liquid feeding path 23. LNG and liquid methane contained in the liquid storage unit 20A of the liquid storage tank 2A are sent out to the liquid supply passage 23, evaporated by the evaporator 24, and heated by the warmer 25 to be heated by the warmer 25, such as a business establishment such as a factory or a house. It can be used for energy supply in such cases.

なお、LNGを収容した貯液槽2Aから取り出されるBOGガスは、メタン純度が99%以上で、露点が−72℃(水分2ppm)以下で、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計がl0ppm以下であるのが望ましい。
上記BOGガスは、これを精製することで、メタン純度が体積率で、99.9%以上、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計がl0ppm以下、一酸化炭素、二酸化炭素が各々体積率でlppm以下、酸素が体積率で10ppm以下、露点が−72℃(水分2ppm)以下であるものとすることができる。
さらに、BOGガスを液化した液メタンを貯留して発生したBOGガスでは、さらに高い純度を有することができ、例えば4N5以上の純度を得ることが可能になる。
また、上記BOGガス由来の純メタンを高度蒸留精製した超高純度メタンは(6N以上)の純度を有することができる。
本発明としては、BOGガスの純度が上記に限定されるものではない。
The BOG gas taken out from the liquid storage tank 2A containing LNG has a methane purity of 99% or more, a dew point of −72 ° C. (moisture of 2 ppm) or less, and a total impurity of hydrocarbon components other than methane of l0 ppm or less. It is desirable to have it.
By purifying the above BOG gas, the methane purity is 99.9% or more by volume, the total impurity of hydrocarbon components other than methane is l0 ppm or less, and carbon monoxide and carbon dioxide are each 1 ppm by volume. Hereinafter, it can be assumed that the volume fraction of oxygen is 10 ppm or less and the dew point is −72 ° C. (moisture 2 ppm) or less.
Further, the BOG gas generated by storing the liquid methane obtained by liquefying the BOG gas can have a higher purity, for example, a purity of 4N5 or more can be obtained.
Further, the ultra-high purity methane obtained by highly distilling and purifying the pure methane derived from the BOG gas can have a purity of (6N or more).
In the present invention, the purity of BOG gas is not limited to the above.

純メタンにおける上記数値について以下に説明する。
・露点が−72℃(水分2ppm)以下
水分は、採掘した天然ガスを低温液化してLNGにする段階で除去される。BOGガスは、このLNG(約−160℃)の気相であるから原理的に水分をほとんど含まない。このBOGガス由来の純メタンを用いることで、純メタン中の水分量を極力低減することができる。水分の低減した純メタンを用いて直接分解を行うことで、効率的な反応を行うことができ、特性においても優位な効果を得ることができる。
バイオメタンや国産天然ガス等、他由来のメタンガスでは(例えば、千葉県や新潟県で算出する国産メタンガス)は、メタン純度で言えば2N程度が見込まれるが、地下水から分離するメタンであることから露点(水分)は相当に悪いものとなる。
The above values for pure methane will be described below.
-The dew point is -72 ° C (moisture 2ppm) or less Moisture is removed at the stage of cryogenic liquefaction of mined natural gas to make it LNG. Since the BOG gas has this LNG (about −160 ° C.) gas phase, it contains almost no water in principle. By using this pure methane derived from BOG gas, the amount of water in the pure methane can be reduced as much as possible. By directly decomposing using pure methane with reduced water content, an efficient reaction can be carried out and a superior effect can be obtained in terms of characteristics.
For methane gas derived from other sources such as biomethane and domestic natural gas (for example, domestic methane gas calculated in Chiba and Niigata prefectures), the methane purity is expected to be about 2N, but since it is methane separated from groundwater. The dew point (moisture) is considerably bad.

・メタン以外の炭化水素成分の不純物合計がl0ppm以下
メタン以外の炭化水素量を抑えることで、良好な反応を行うことができる。メタン以外の炭化水素を多く含むと、反応温度に影響が生じ、反応効率を低下させる。またメタンガスの直接反応条件に合わせた触媒温度では、メタンとは異なる炭化水素成分が存在すると炭素結晶の出来具合に影響すると考えられる。
-The total amount of impurities of hydrocarbon components other than methane is l0 ppm or less. By suppressing the amount of hydrocarbons other than methane, a good reaction can be performed. If a large amount of hydrocarbons other than methane is contained, the reaction temperature is affected and the reaction efficiency is lowered. In addition, at the catalyst temperature that matches the direct reaction conditions of methane gas, the presence of a hydrocarbon component different from methane is thought to affect the quality of carbon crystals.

・一酸化炭素がlppm以下
一酸化炭素は、還元性の性質をもつガスであり触媒の活性に影響を及ぼすと考えられる。また炭素(C)が存在するガスであることから、やはり炭素結晶の出来具合に影響すると考えられる。
-Carbon monoxide is lppm or less Carbon monoxide is a gas with reducing properties and is considered to affect the activity of the catalyst. In addition, since it is a gas in which carbon (C) is present, it is considered that it also affects the quality of carbon crystals.

・二酸化炭素がlppm以下
二酸化炭素は、常温では不活性であるが、触媒がある高温下では、酸化剤として作用すると考えられる。そのため、メタンガス中の不純物として存在する場合、やはり炭素結晶の出来具合に影響すると考えられる。また、触媒を酸化させたり、温度によりメタンガスや炭素結晶を酸化する可能性がある。
-Carbon dioxide is lppm or less Carbon dioxide is inactive at room temperature, but is considered to act as an oxidizing agent at high temperatures with a catalyst. Therefore, when it exists as an impurity in methane gas, it is considered that it also affects the quality of carbon crystals. It may also oxidize the catalyst and oxidize methane gas and carbon crystals depending on the temperature.

・酸素が10ppm以下
酸素成分は、触媒を酸化し、高温下でメタンガスや炭素結晶を酸化する可能性がある。
-Oxygen is 10 ppm or less Oxygen components may oxidize the catalyst and oxidize methane gas and carbon crystals at high temperatures.

貯液槽2Aの上部空間21Aに蒸発したBOGガスは、貯液槽2Aの上部空間21Aに接続された純メタン移送路13に送り出される。純メタン移送路13の下流端は、ナノカーボン製造装置5に接続されている。純メタン移送路13の途中には加温器26が設けられており、低温BOG(配管口で約−100℃)の純メタンを常温(例えば10℃以上)まで加温して純メタン移送路13などの配管の結露等を防止する。なお、加温器26を介することなく純メタンを下流側に移送するものとしてもよい。 The BOG gas evaporated in the upper space 21A of the liquid storage tank 2A is sent out to the pure methane transfer path 13 connected to the upper space 21A of the liquid storage tank 2A. The downstream end of the pure methane transfer path 13 is connected to the nanocarbon production apparatus 5. A warmer 26 is provided in the middle of the pure methane transfer path 13 to heat pure methane of low temperature BOG (about -100 ° C. at the pipe port) to room temperature (for example, 10 ° C. or higher) to achieve the pure methane transfer path. Prevents dew condensation of piping such as 13. In addition, pure methane may be transferred to the downstream side without going through the warmer 26.

この実施形態では、BOGガスをそのままナノカーボン製造装置5に送るものとしているが、前記したように純メタン移送路の途中に精製部を設けてメタン純度を上げるものとしてもよい。例えば、2N程度の純メタンを3N以上の純度に高純度化したり、4N5程度の純メタンを高純度化するものとしてもよい。さらには、高度蒸留精製などによって、6N以上の純度に超高純度化するものとしてもよい。 In this embodiment, the BOG gas is sent to the nanocarbon production apparatus 5 as it is, but as described above, a purification unit may be provided in the middle of the pure methane transfer path to increase the methane purity. For example, pure methane of about 2N may be highly purified to a purity of 3N or more, or pure methane of about 4N5 may be highly purified. Further, it may be ultra-highly purified to a purity of 6N or more by advanced distillation purification or the like.

なお、貯液槽2A内に液メタンが収容されている場合、液メタンを取り出し、液メタンを蒸発させて純メタン移送路13に送り出すものとしてもよい。液メタンから蒸発した純メタンは、単独で用いてもよく、また、BOGガスと混合してナノカーボン製造装置5に供給するようにしてもよい。 When the liquid methane is contained in the liquid storage tank 2A, the liquid methane may be taken out, the liquid methane may be evaporated, and the liquid methane may be sent to the pure methane transfer path 13. The pure methane evaporated from the liquid methane may be used alone, or may be mixed with BOG gas and supplied to the nanocarbon production apparatus 5.

ナノカーボン製造装置5では、スクリューフィーダー50を有しており、モータ52で回転駆動するスクリュー51を備えている。スクリューフィーダー50の搬入側に純メタン搬送路13が接続されて純メタンが搬入側に供給可能になっており、さらに、搬入側に触媒投入部54が設けられている。
スクリューフィーダー50では、搬入側に導入される純メタンと、触媒投入部54から送られる触媒とがスクリュー51で送られながら接触し、スクリュー51で撹拌されつつ送られて純メタンの直接分解反応が生じ、ナノカーボンと水素とが生成される。触媒はスクリュー51で撹拌されつつ搬送されるため、無担持とすることができ、さらに撹拌されつつ搬送されるため反応の際に触媒活性の低下が抑えられるほか、炉内温度の均一化や触媒に接触しないガスの流れを防ぎガスと触媒の接触確率が高まる等の効果で反応効率を高く保つことができる。なお、触媒に助触媒を加えて反応を行うものとしてもよい。
The nanocarbon manufacturing apparatus 5 has a screw feeder 50, and includes a screw 51 that is rotationally driven by a motor 52. A pure methane transport path 13 is connected to the carry-in side of the screw feeder 50 so that pure methane can be supplied to the carry-in side, and a catalyst charging section 54 is provided on the carry-in side.
In the screw feeder 50, the pure methane introduced to the carry-in side and the catalyst sent from the catalyst charging section 54 come into contact with each other while being sent by the screw 51, and are sent while being agitated by the screw 51 to cause a direct decomposition reaction of pure methane. It is produced, and nanocarbon and hydrogen are produced. Since the catalyst is conveyed while being agitated by the screw 51, it can be unsupported, and since it is conveyed while being agitated, a decrease in catalytic activity is suppressed during the reaction, and the temperature inside the furnace is made uniform and the catalyst is conveyed. The reaction efficiency can be kept high due to the effect of preventing the flow of gas that does not come into contact with the catalyst and increasing the contact probability between the gas and the catalyst. The reaction may be carried out by adding a co-catalyst to the catalyst.

なお、触媒投入部54から投入される触媒としては、鉄系、ニッケル系、アルミナ系などを例示することができ、さらに、具体的にはコバルト系を示すことができる。本発明としては触媒の種別が特に限定されるものではないが、鉄系、ニッケル系、アルミナ系、コバルト系などを好適に使用することができる。 Examples of the catalyst charged from the catalyst charging unit 54 include iron-based, nickel-based, and alumina-based catalysts, and more specifically, cobalt-based catalysts can be shown. The type of catalyst is not particularly limited in the present invention, but iron-based, nickel-based, alumina-based, cobalt-based, and the like can be preferably used.

スクリューフィーダー50の外周側には、加熱部としてヒータ53が配置されており、スクリューフィーダー50の内部を加熱する。加熱温度としては、例えば600〜900℃を好適な温度とすることができる。触媒の種類により反応温度が異なり、ニッケル系では650℃前後、鉄系では750℃前後、コバルト系では850℃前後が好適である。 A heater 53 is arranged as a heating unit on the outer peripheral side of the screw feeder 50 to heat the inside of the screw feeder 50. As the heating temperature, for example, 600 to 900 ° C. can be a suitable temperature. The reaction temperature differs depending on the type of catalyst, and is preferably around 650 ° C. for nickel-based catalysts, around 750 ° C. for iron-based catalysts, and around 850 ° C. for cobalt-based catalysts.

ただし、本発明としては加熱温度が上記範囲に限定されるものではない。なお、加熱部の構成はヒータに限定されるものではなく、例えばガス焚きや放射加熱等の適宜の加熱構成を採用することができ、本発明としてはその構成が特に限定されるものではない。
なお、スクリューフィーダー50に供給する純メタン量は、適切な流量で導入するのが望ましく、例えば5〜50L/minの流量が好適例として挙げられる。
流量が少ない場合は反応効率が高くなり水素転化率が高くなり、ナノカーボン直径は太くなる。流量が多い場合は、水素転化率は低下するが直径は細くなる。
ただし、本発明としては当該流量に限定されるものではない。
スクリューフィーダー50では、ナノカーボンが効率よく生産されており、例えば、 12L/min以上でナノカーボンが生産され、高い生産性が得られている。
However, in the present invention, the heating temperature is not limited to the above range. The configuration of the heating unit is not limited to the heater, and an appropriate heating configuration such as gas burning or radiant heating can be adopted, and the configuration is not particularly limited in the present invention.
The amount of pure methane supplied to the screw feeder 50 is preferably introduced at an appropriate flow rate, and for example, a flow rate of 5 to 50 L / min is a preferable example.
When the flow rate is small, the reaction efficiency becomes high, the hydrogen conversion rate becomes high, and the nanocarbon diameter becomes large. When the flow rate is high, the hydrogen conversion rate decreases, but the diameter decreases.
However, the present invention is not limited to the flow rate.
In the screw feeder 50, nanocarbon is efficiently produced. For example, nanocarbon is produced at 12 L / min or more, and high productivity is obtained.

スクリューフィーダー50では、ナノカーボンを排出する排出部55を有し、排出部55の排出先にナノカーボン受け入れ部6を有しており、ナノカーボン受け入れ部6にナノカーボンが収納される。ナノカーボン受け入れ部6の構成は特に限定されるものではなく、そのままナノカーボンを滞留させるものでもよく、また、コンベヤなどで適宜個所に搬送するものでもよく、さらには、ナノカーボンを利用する装置に投入する構成としてもよい。
スクリューフィーダー50の出口では、さらに、生成物としての水素と、反応に寄与しなかった残メタンが排出される。これらの残メタン、反応水素は、工場などの燃料エネルギーなどとして使用することができる。
The screw feeder 50 has a discharge unit 55 for discharging nanocarbon, a nanocarbon receiving part 6 at the discharge destination of the discharge part 55, and the nanocarbon is stored in the nanocarbon receiving part 6. The configuration of the nanocarbon receiving unit 6 is not particularly limited, and the nanocarbon may be retained as it is, may be conveyed to an appropriate place by a conveyor or the like, and further, an apparatus using nanocarbon may be used. It may be configured to be input.
At the outlet of the screw feeder 50, hydrogen as a product and residual methane that did not contribute to the reaction are further discharged. These residual methane and reactive hydrogen can be used as fuel energy for factories and the like.

ナノカーボン受け入れ部5に収容されたナノカーボンは、優れた特性を有しており、平均直径、電気抵抗率、比表面積においてバランスのよい特性を有している。具体的には、平均直径で90nm以下、電気抵抗率で0.70Ω・cm以下、比表面積が115m/g以上の数値を期待することができる。なお、本発明としては、これら特性を有していることが条件とされるものではない。 The nanocarbon housed in the nanocarbon receiving portion 5 has excellent properties, and has well-balanced properties in terms of average diameter, electrical resistivity, and specific surface area. Specifically, it can be expected that the average diameter is 90 nm or less, the electrical resistivity is 0.70 Ω · cm or less, and the specific surface area is 115 m 2 / g or more. It should be noted that the present invention is not required to have these characteristics.

なお、上記実施形態では、反応炉としてスクリューフィーダーを用いるものとして説明したが、本発明としては反応炉がスクリューフィーダにより構成されたものに限定されるものではない。 In the above embodiment, the screw feeder is used as the reactor, but the present invention is not limited to the reactor configured by the screw feeder.

得られたナノカーボンは、添加助材として、そのままゴム、樹脂、建材、電池、塗料・インクなどの各種の材料特性を向上させる用途に利用することができ、また、分散材、バインダー(結着材)等、他の物質と混合したコンパウンドとして上記した用途などに広く適用することができる。本願発明としては有用に利用できる用途が特に限定されるものではない。 The obtained nanocarbon can be used as an additive auxiliary material as it is for improving various material properties such as rubber, resin, building materials, batteries, paints and inks, and can also be used as a dispersant and a binder (binding). It can be widely applied to the above-mentioned applications as a compound mixed with other substances such as wood). The uses of the present invention that can be usefully used are not particularly limited.

なお、スクリューフィーダー50から排出される水素と残メタンは、出口で500℃を超える高温ガスであることから、例えば貯液槽の出口配管で約−100℃の低温BOGと熱交換することによりガス温度を常温としてから燃料エネルギー配管に導入する。また、反応炉に入るBOGも予熱されるので炭素生成への反応効率が良くなる。
この変更例のナノカーボン製造システム1Bを図3に示す。なお、図2で示す実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
Since the hydrogen and residual methane discharged from the screw feeder 50 are high-temperature gases exceeding 500 ° C. at the outlet, for example, the gas is exchanged with a low-temperature BOG at about -100 ° C. at the outlet pipe of the liquid storage tank. After the temperature is set to normal temperature, it is introduced into the fuel energy piping. Further, since the BOG entering the reactor is also preheated, the reaction efficiency for carbon production is improved.
The nanocarbon manufacturing system 1B of this modified example is shown in FIG. The same components as those of the embodiment shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.

貯留槽2Aの上部空間21Aに接続された純メタン移送路13は、熱交換器26の熱交換用の第1の経路を介してナノカーボン製造装置5のスクリューフィーダー50に接続されている。一方、スクリューフィーダー50の排出側では、排出ガス移送路27が接続されており、排出ガス移送路27では、スクリューフィーダー50内で高温、例えば約500℃となった残メタンと水素とが排出される。排出ガス移送路27は、熱交換器26の熱交換用の第2の経路を介して、図の例では蒸発器24に接続されている。
熱交換器26では、純メタン移送路13で移送される約−100℃のBOGガスと、排出ガス移送路27で送られる約500℃の残メタン+水素が熱交換され、BOGガスは、加熱され、残メタン+水素は、計算上は100〜200℃程度に冷却されてそれぞれ移送される。それぞれのガスは、反応に伴って移送されるため、効率的に熱交換を行うことができる。
The pure methane transfer path 13 connected to the upper space 21A of the storage tank 2A is connected to the screw feeder 50 of the nanocarbon production apparatus 5 via the first path for heat exchange of the heat exchanger 26. On the other hand, an exhaust gas transfer path 27 is connected to the discharge side of the screw feeder 50, and the exhaust gas transfer path 27 discharges residual methane and hydrogen having a high temperature, for example, about 500 ° C., in the screw feeder 50. NS. The exhaust gas transfer path 27 is connected to the evaporator 24 in the example of the figure via a second path for heat exchange of the heat exchanger 26.
In the heat exchanger 26, the BOG gas at about -100 ° C. transferred through the pure methane transfer path 13 and the residual methane + hydrogen at about 500 ° C. sent through the exhaust gas transfer path 27 are heat-exchanged, and the BOG gas is heated. Then, the residual methane + hydrogen is calculatedly cooled to about 100 to 200 ° C. and transferred. Since each gas is transferred along with the reaction, heat exchange can be performed efficiently.

上記図2、図3の説明では、LNGまたは液メタンのサテライト設備で用いる例について説明したが、本発明で適用し得る各種の供給体系について図4に基づいて説明する。
LNG基地、地上タンク、地下タンクなどの貯液槽200では、各種の利用形態で純メタンが用いられる。
その一つでは、貯液槽200内のLNGを、LNGローリー300で輸送し、工場などでサテライトのコールドエバポレータ600などに収容する。コールドエバポレータ600に収容されたLNGは、工場の燃料などとして用いられる。コールドエバポレータ600で発生したBOGガスは、ナノカーボン製造装置5に供給され、前記で説明したようにナノカーボンが製造される。
In the description of FIGS. 2 and 3 above, an example used in a satellite facility for LNG or liquid methane has been described, but various supply systems applicable to the present invention will be described with reference to FIG.
In the liquid storage tank 200 such as an LNG terminal, an above-ground tank, and an underground tank, pure methane is used in various usage forms.
In one of them, the LNG in the liquid storage tank 200 is transported by the LNG lorry 300, and is housed in a satellite cold evaporator 600 or the like at a factory or the like. The LNG contained in the cold evaporator 600 is used as fuel for factories and the like. The BOG gas generated by the cold evaporator 600 is supplied to the nanocarbon production apparatus 5, and nanocarbon is produced as described above.

貯液槽2で発生したBOGガスは、蒸留・再液化塔400において、蒸留塔401で蒸留を行い、再液化塔402で蒸留したガスを再液化する。再液化した純メタンは、貯液槽403に液メタンとして収容される。貯液槽400内の液メタンは、液メタンローリー310で移送して、工場500内の液メタンを貯留するコールドエバポレータ610などに貯留される。コールドエバポレータ610内の液メタンは、蒸発させて純メタンとしてナノカーボン製造装置5に供給してナノカーボンの製造に用いることができる。コールドエバポレータ610で発生したBOGガスは、同じくナノカーボン製造装置5に供給してナノカーボンの製造に用いることができる。 The BOG gas generated in the liquid storage tank 2 is distilled in the distillation column 401 in the distillation / reliquefaction column 400, and the gas distilled in the reliquefaction column 402 is reliquefied. The reliquefied pure methane is stored as liquid methane in the liquid storage tank 403. The liquid methane in the liquid storage tank 400 is transferred by the liquid methane lorry 310 and stored in a cold evaporator 610 or the like that stores the liquid methane in the factory 500. The liquid methane in the cold evaporator 610 can be evaporated and supplied as pure methane to the nanocarbon production apparatus 5 for use in the production of nanocarbon. The BOG gas generated by the cold evaporator 610 can also be supplied to the nanocarbon production apparatus 5 and used for producing nanocarbon.

貯液槽403では、液メタンは移動可能なタンク320に移し替えて移動し、工場において、液メタンを蒸発させた純メタンを用いてナノカーボン製造装置5でナノカーボンを製造することができる。
貯液槽403で発生したBOGガスは、3N純度の高純度メタンとしてボンベ330に収納し、工場500においてナノカーボン製造装置5でナノカーボンの製造に用いられる。
In the liquid storage tank 403, the liquid methane is transferred to the movable tank 320 and moved, and in the factory, nanocarbon can be produced by the nanocarbon production apparatus 5 using pure methane obtained by evaporating the liquid methane.
The BOG gas generated in the liquid storage tank 403 is stored in a cylinder 330 as high-purity methane having a purity of 3N, and is used in the nanocarbon production apparatus 5 at the factory 500 for producing nanocarbon.

また、貯液槽200で発生したBOGガスは、精製部410に移送されて、例えば超高蒸留塔で精製され、6N純度の純メタンとされて移動可能なボンベ330に収容され、工場500に運ばれてナノカーボン製造装置5でナノカーボンNCの製造に用いられる。
上記で説明したように、ナノカーボンの製造に際しては、純メタンに関し種々の供給形態があり、固定された個所のみでなく、移動を伴ってサテライトでナノカーボンの製造を行う形態も本願発明に含まれる。
Further, the BOG gas generated in the liquid storage tank 200 is transferred to the purification unit 410, refined in, for example, an ultra-high distillation column, stored in a movable cylinder 330 as pure methane having a purity of 6N, and stored in the factory 500. It is carried and used in the nanocarbon NC production apparatus 5.
As described above, in the production of nanocarbon, there are various supply forms for pure methane, and the present invention includes not only a fixed portion but also a form in which nanocarbon is produced by satellite with movement. Is done.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の技術的範囲は上記実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは上記実施形態に対する適宜の変更が可能である。 Although the present invention has been described above based on the above-described embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the above-described embodiment, and the above-mentioned embodiment is not limited to the scope of the present invention. Appropriate changes to the form are possible.

次に、本発明の実施例を説明する。
反応ガスとして、都市ガス(13A)と、3N純度の高純度メタン(CH)と、6N純度の超高純度メタン(CH)を用意した。3N高純度メタン、6N超高純度メタンは、本発明例で使用されるBOG由来の精製した純メタンである。天然ガスを原料にした一般的な都市ガス(13A)のメタン純度は、体積率で約90%前後であり、本発明例に対する比較例として用いられる。
高純度メタンと、超高純度メタンは、BOG由来のメタンを用いており、高純度メタンおよび超高純度メタンは、BOGガスを精製してメタンの高純度化を図ったものである。
なお、使用した、BOGガスから精製した高純度メタンガスおよび超高純度メタンは、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計がl0ppm以下であり、一酸化炭素、二酸化炭素が各々lppm以下、酸素が10ppm以下、露点が−72℃(水分2ppm)以下である。
Next, examples of the present invention will be described.
As reaction gases, city gas (13A), 3N-purity high-purity methane (CH 4 ), and 6N-purity ultra-high-purity methane (CH 4 ) were prepared. 3N high-purity methane and 6N ultra-high-purity methane are purified pure methane derived from BOG used in the examples of the present invention. The methane purity of general city gas (13A) made from natural gas is about 90% by volume, and is used as a comparative example with respect to the example of the present invention.
High-purity methane and ultra-high-purity methane use methane derived from BOG, and high-purity methane and ultra-high-purity methane are obtained by purifying BOG gas to purify methane.
The high-purity methane gas and ultra-high-purity methane used, which were purified from BOG gas, had a total impurity of hydrocarbon components other than methane of l0 ppm or less, carbon monoxide and carbon dioxide of l ppm or less, and oxygen of 10 ppm or less, respectively. The dew point is −72 ° C. (moisture 2 ppm) or less.

上記各ガスを用いる反応炉としては、図5に示すように、内径26mm径の石英反応管55Aを用いた。石英反応官55Aは横置きにし、内部に触媒56を収納し、管内をメタンで置換した後、750℃に加熱した。触媒には鉄系触媒1gを用いた。石英反応官55A内に、反応ガスを送り、直接分解反応を行った。この分解反応によってナノカーボンの生成炭素と生成ガスとが得られた。反応ガスの流量は、100ml/minとし、反応時間は180分とした。
水素活性は時間の経過とともに低下した。各反応ガスにおける水素活性に大きな相違はなかった。
As a reaction furnace using each of the above gases, as shown in FIG. 5, a quartz reaction tube 55A having an inner diameter of 26 mm was used. The quartz reactor 55A was placed horizontally, the catalyst 56 was housed inside, the inside of the tube was replaced with methane, and then the mixture was heated to 750 ° C. As a catalyst, 1 g of an iron-based catalyst was used. The reaction gas was sent into the quartz reactor 55A to directly carry out the decomposition reaction. By this decomposition reaction, the produced carbon of nanocarbon and the produced gas were obtained. The flow rate of the reaction gas was 100 ml / min, and the reaction time was 180 minutes.
Hydrogen activity declined over time. There was no significant difference in hydrogen activity in each reaction gas.

生成炭素についてX線回折によりXRDパターンを得た。得られたパターンを図6〜8に示した。各パターンでは、約26度にピークを有しており、約45度に有するピークはα−Feを示している。α−Feは、触媒である酸化鉄が還元雰囲気の高温中で活性種である金属鉄に変化したものである。
各反応ガスでは、炭素に相当する回折角度において高い強度が得られていた。特に、3Nの高純度メタン、6Nの超高純度メタンでは、FeのX線強度に比べて、Cの回折角度において、より高いX線強度が得られており、炭素が結晶化している。
また、3Nの高純度メタンよりも、6Nの超高純度メタンの方が、炭素の強度がより高くなっており、純メタンの純度を上げることで、高い結晶性の炭素が得られる。
X線回折装置には試料水平型多目的X線回折装置 Ultima IV(リガク電機社製)を使用し40Kv,20mA(CuKα)の条件で測定した。
An XRD pattern was obtained by X-ray diffraction of the produced carbon. The obtained patterns are shown in FIGS. 6 to 8. Each pattern has a peak at about 26 degrees, and the peak at about 45 degrees indicates α-Fe. α-Fe is obtained by changing iron oxide, which is a catalyst, into metallic iron, which is an active species, in a high temperature of a reducing atmosphere.
In each reaction gas, high intensity was obtained at a diffraction angle corresponding to carbon. In particular, in 3N high-purity methane and 6N ultra-high-purity methane, higher X-ray intensity is obtained at the diffraction angle of C as compared with the X-ray intensity of Fe, and carbon is crystallized.
Further, the carbon strength of 6N ultra-high-purity methane is higher than that of 3N high-purity methane, and by increasing the purity of pure methane, highly crystalline carbon can be obtained.
As the X-ray diffractometer, a sample horizontal multipurpose X-ray diffractometer Ultima IV (manufactured by Rigaku Electric Co., Ltd.) was used, and the measurement was performed under the conditions of 40 Kv and 20 mA (CuKα).

次に、生成炭素の細孔径分布をSorptomatic 1990 (ThermoQuest社製)を用いて窒素吸着法により測定し、BETプロットおよびBJH法によって比表面積、細孔容積を算出した。その結果を図9〜11に示した。
都市ガス(13A)では、比表面積111m/g、細孔容積0.75mg/gであり、比表面積が比較的小さく、細孔容積はやや大きくなった。
3Nの高純度メタンでは、比表面積が116m/g、細孔容積0.73mg/gであり、都市ガス(13A)よりも比表面積が大きく、細孔容積が小さくなっていた。
さらに、6Nの超高純度メタンでは、比表面積が131m/g、細孔容積0.61mg/gであり、3Nの高純度メタンよりも比表面積が大きく、細孔容積が小さくなっていた。純メタンの純度を上げることで、生成炭素の比表面積がより大きくなり、細孔容積がより小さくなっていた。
Next, the pore size distribution of the produced carbon was measured by the nitrogen adsorption method using Sortomatic 1990 (manufactured by ThermoQuest), and the specific surface area and pore volume were calculated by the BET plot and the BJH method. The results are shown in FIGS. 9 to 11.
In city gas (13A), the specific surface area was 111 m 2 / g and the pore volume was 0.75 mg / g, the specific surface area was relatively small, and the pore volume was slightly large.
The 3N high-purity methane had a specific surface area of 116 m 2 / g and a pore volume of 0.73 mg / g, which was larger than that of city gas (13A) and had a smaller pore volume.
Further, the 6N ultra-high purity methane had a specific surface area of 131 m 2 / g and a pore volume of 0.61 mg / g, which was larger than that of the 3N high-purity methane and had a smaller pore volume. By increasing the purity of pure methane, the specific surface area of the produced carbon was increased and the pore volume was smaller.

次に、得られた生成炭素を走査型電子顕微鏡で観察し、SEM画像(2万倍)を得た。各SEM画像を図12〜14に示す。観察では、加速電圧20kV、ワーキングディスタンス11mmの条件で行った。出来たナノカーボンは線状のものである。
各SEM画像において、2枚の画像より各15カ所、計30カ所ランダムに線状ナノカーボンの直径を計測してその平均値より、ナノカーボンの直径を得た。各画面にナノカーボン直径値を記載している。
都市ガス(13A)では、直径は95.2nmであり、3Nの高純度メタンでは、直径は85.0nmであり、6Nの超高純度メタンでは、直径は80.6nmであった。都市ガス(13A)に比べて高純度メタン、超高純度メタンは直径が小さくなっており、高純度メタンに比べて超高純度メタンはより直径が小さくなっていた。すなわち、純メタンの純度を上げることで、線状ナノカーボンの直径がより小さくなっていることが分かる。
Next, the obtained produced carbon was observed with a scanning electron microscope to obtain an SEM image (20,000 times). Each SEM image is shown in FIGS. 12-14. In the observation, the acceleration voltage was 20 kV and the working distance was 11 mm. The resulting nanocarbon is linear.
In each SEM image, the diameters of linear nanocarbons were randomly measured at 15 locations each from the two images, for a total of 30 locations, and the diameter of the nanocarbons was obtained from the average value. The nanocarbon diameter value is shown on each screen.
The city gas (13A) had a diameter of 95.2 nm, the 3N high-purity methane had a diameter of 85.0 nm, and the 6N ultra-high-purity methane had a diameter of 80.6 nm. The diameters of high-purity methane and ultra-high-purity methane were smaller than those of city gas (13A), and the diameter of ultra-high-purity methane was smaller than that of high-purity methane. That is, it can be seen that the diameter of the linear nanocarbon becomes smaller by increasing the purity of pure methane.

各使用ガスに基づくナノカーボンの特性を表1にまとめた。なお、生成炭素量は、回収炭素量から触媒重量を減じて算出したものである。生成炭素量は、都市ガスよりも高純度メタン、超高純度メタンの方が多くの生成炭素量が得られている。都市ガスよりも純メタンの純度を高めることで生成炭素の結晶性が上がっている。 Table 1 summarizes the characteristics of nanocarbon based on each gas used. The amount of carbon produced is calculated by subtracting the weight of the catalyst from the amount of recovered carbon. As for the amount of carbon produced, higher-purity methane and ultra-high-purity methane produce more carbon than city gas. By increasing the purity of pure methane rather than city gas, the crystallinity of the produced carbon is increased.

また、各使用ガスによって得られたナノカーボンの生成炭素(粉)の電気抵抗率を電気抵抗測定装置(井元製作所IMC-0240型)により四端子法より算出した。電気抵抗率は、都市ガス(13A)よりも高純度メタン、超高純度メタンの方が小さく、高純度メタンよりも超高純度メタンの方がより小さくなっている。
すなわち、純メタンの純度を上げることで、生成炭素の電気抵抗率がより小さくなっていることが分かる。つまりメタン純度がより良いガスから製造したナノカーボン生成炭素は導電率が良くなる。
上記したように、本発明の方法により生成されたナノカーボンは、平均直径、電気抵抗率、比表面積においてバランスのよい特性を有している。すなわち、平均直径は90nm以下、電気抵抗率が0.70Ω・cm、比表面積が115m/g以上になっている。
Further, the electrical resistivity of the produced carbon (powder) of nanocarbon obtained by each gas used was calculated by the four-terminal method using an electrical resistance measuring device (Imoto Seisakusho IMC-0240 type). The electrical resistivity of high-purity methane and ultra-high-purity methane is smaller than that of city gas (13A), and that of ultra-high-purity methane is smaller than that of high-purity methane.
That is, it can be seen that the electrical resistivity of the produced carbon becomes smaller by increasing the purity of pure methane. That is, the nanocarbon-generated carbon produced from a gas having better methane purity has better conductivity.
As described above, the nanocarbon produced by the method of the present invention has well-balanced properties in terms of average diameter, electrical resistivity, and specific surface area. That is, the average diameter is 90 nm or less, the electrical resistivity is 0.70 Ω · cm, and the specific surface area is 115 m 2 / g or more.

また、電気抵抗率について市販のものと比較すると、表2に示すように、市販のナノカーボンは、いずれも本発明で生成されたナノカーボンよりも高い電気抵抗率を有しており、本発明のナノカーボンは、例えばリチウムイオン電池の導電助材、燃料電池の電極助材、配線材料などの電気部材として有効に利用することができる。 Further, as shown in Table 2, all of the commercially available nanocarbons have a higher electrical resistivity than the nanocarbons produced in the present invention, and the present invention has a higher electrical resistivity than the commercially available ones. Nanocarbon can be effectively used as an electric member such as a conductive auxiliary material for a lithium ion battery, an electrode auxiliary material for a fuel cell, and a wiring material.

Figure 0006954564
Figure 0006954564

Figure 0006954564
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1、1A、1B ナノカーボン製造システム
2、2A 貯液槽
3 精製部
4 供給部
5 製造装置
7 ボンベ、LGC等容器
10A、10B、10C、11A、11B、11C 純メタン搬送路
13 純メタン移送路
20、20A 貯液部
20 貯液部
20A 貯液部
21 上部空間
21A 上部空間
22 供給路
23 送液路
24 蒸発器
25 加温器
26 加温器
27 排出ガス移送路
28 リリーフ弁
50 スクリューフィーダー
51 スクリュー
54 触媒投入部
55 排出部
200 貯液槽
300 LNGローリー
310 液メタンローリー
320 タンク
330 ボンベ
400 蒸留・再液化塔
400 貯液槽
401 蒸留塔
402 再液化塔
403 貯液槽
410 精製部
500 工場
600 コールドエバポレータ
610 コールドエバポレータ
NC ナノカーボン
1, 1A, 1B Nanocarbon production system 2, 2A Liquid storage tank 3 Purification unit 4 Supply unit 5 Manufacturing equipment 7 Bomb, LGC, etc. Container 10A, 10B, 10C, 11A, 11B, 11C Pure methane transfer path 13 Pure methane transfer path 20, 20A Liquid storage unit 20 Liquid storage unit 20A Liquid storage unit 21 Upper space 21A Upper space 22 Supply path 23 Liquid supply path 24 Evaporator 25 Heater 26 Heater 27 Exhaust gas transfer path 28 Relief valve 50 Screw feeder 51 Screw 54 Catalyst input 55 Discharge section 200 Liquid storage tank 300 LNG lorry 310 Liquid methane lorry 320 Tank 330 Bomb 400 Distillation / reliquefaction tower 400 Liquid storage tank 401 Distillation tower 402 Reliquefaction tower 403 Liquid storage tank 410 Purification unit 500 Factory 600 Cold Evaporator 610 Cold Evaporator NC Nanocarbon

Claims (10)

ボイルオフガス(BOGガス)を由来とし、前記BOGガスを精製して純メタンガスの純度を体積率で99.9%以上とし、露点を−72℃(水分2ppm)以下、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計濃度をl0ppm以下、一酸化炭素濃度をlppm以下、二酸化炭素濃度をlppm以下、酸素濃度が10ppm以下とした純メタンガスを用いて、600〜900℃の範囲内の加熱環境において触媒を使用した直接分解反応によりナノカーボンを製造するナノカーボンの製造方法。 Derived from boil-off gas (BOG gas), the BOG gas is purified to make the purity of pure methane gas 99.9% or more by volume, the dew point is -72 ° C (moisture 2 ppm) or less, and hydrocarbon components other than methane. A catalyst was used in a heating environment in the range of 600 to 900 ° C. using pure methane gas having a total impurity concentration of l0 ppm or less, a carbon monoxide concentration of lppm or less, a carbon dioxide concentration of lppm or less, and an oxygen concentration of 10 ppm or less. A method for producing nanocarbon, which produces nanocarbon by a direct decomposition reaction. 前記触媒が、無担持であって、鉄系、ニッケル系、アルミナ系、コバルト系のいずれか1種又は複数の組合せである請求項1に記載のナノカーボンの製造方法。 The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the catalyst is non-supported and is any one or a combination of iron-based, nickel-based, alumina-based, and cobalt-based. 前記ナノカーボンは、純炭素結晶を含有し、前記純炭素結晶が、グラフェン、グラファイト、単層または多層のカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレンの1種または2種以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のナノカーボンの製造方法。 The nanocarbon contains a pure carbon crystal, wherein the pure carbon crystal contains one or more of graphene, graphite, single-walled or multi-walled carbon nanotubes, carbon nanofibers, and fullerenes. Item 2. The method for producing nanocarbon according to Item 1 or 2. BOGガスを移送するBOGガス移送路と、
前記BOGガス移送路の中途に設けられ、前記BOGガス移送路で移送されるBOGガスを精製してメタン濃度を体積率で99.9%以上に高め、露点を−72℃(水分2ppm)以下、メタン以外の炭化水素成分の不純物合計濃度をl0ppm以下、一酸化炭素濃度をlppm以下、二酸化炭素濃度をlppm以下、酸素濃度が10ppm以下とする精製部と、
触媒が収容され、前記BOGガス移送路が接続されて前記BOGガス移送路を通じて導入される純メタンガスが前記触媒によって直接分解反応する反応炉と、
前記反応炉内を加熱する加熱部と、
前記反応炉から取り出されたナノカーボンを受け入れるナノカーボン受け入れ部と、を備えるナノカーボン製造システム。
BOG gas transfer path for transferring BOG gas and
The BOG gas provided in the middle of the BOG gas transfer path is purified to increase the methane concentration to 99.9% or more by volume and the dew point to -72 ° C. (moisture 2 ppm) or less. , A purification unit that sets the total concentration of impurities of hydrocarbon components other than methane to l0 ppm or less, carbon monoxide concentration to lppm or less, carbon dioxide concentration to lppm or less, and oxygen concentration to 10 ppm or less.
A reactor in which a catalyst is housed, the BOG gas transfer path is connected, and pure methane gas introduced through the BOG gas transfer path is directly decomposed and reacted by the catalyst.
A heating unit that heats the inside of the reactor and
A nanocarbon manufacturing system including a nanocarbon receiving unit that receives nanocarbon taken out from the reactor.
BOGガスを移送するBOGガス移送路と、
触媒が収容され、前記BOGガス移送路が接続されて前記BOGガス移送路を通じて導入されるBOGガスが前記触媒によって直接分解反応する反応炉と、
前記反応炉内を加熱する加熱部と、
前記反応炉から取り出されたナノカーボンを受け入れるナノカーボン受け入れ部と、を備え、
前記反応炉から排出される残メタンおよび水素を移送するガス排出路を有し、
比較的低温のBOGガスが移送される前記BOGガス移送路と、比較的高温の残メタンおよび水素が移送される前記ガス排出路との間で熱交換を行う熱交換器を有し、
前記ガス排出路は、前記熱交換器より下流側において、エネルギー供給側に接続されることを特徴とするナノカーボン製造システム。
BOG gas transfer path for transferring BOG gas and
A reactor in which a catalyst is housed, the BOG gas transfer path is connected, and the BOG gas introduced through the BOG gas transfer path is directly decomposed and reacted by the catalyst.
A heating unit that heats the inside of the reactor and
A nanocarbon receiving part for receiving the nanocarbon taken out from the reactor is provided.
It has a gas discharge path for transferring residual methane and hydrogen discharged from the reactor.
It has a heat exchanger that exchanges heat between the BOG gas transfer path to which a relatively low temperature BOG gas is transferred and the gas discharge path to which a relatively high temperature residual methane and hydrogen are transferred.
A nanocarbon manufacturing system characterized in that the gas discharge path is connected to an energy supply side on the downstream side of the heat exchanger.
前記反応炉に、スクリューフィーダー型の移動床を備え、前記移動床に触媒を投入する触媒投入部を有する請求項4または5に記載のナノカーボン製造システム。 The nanocarbon production system according to claim 4 or 5, wherein the reaction furnace is provided with a screw feeder type moving bed and has a catalyst charging section for charging a catalyst into the moving bed. BOGが発生する貯液槽または、少なくともBOGが収納された容器を備える請求項4〜6のいずれか1項に記載のナノカーボン製造システム。 The nanocarbon production system according to any one of claims 4 to 6, further comprising a liquid storage tank in which BOG is generated, or at least a container in which BOG is stored. BOGが発生する貯液槽がLNG貯液槽または液メタン貯液槽であり、前記貯液が、地上設置タンク、地下タンク、サテライト設備のコールドエバポレータ、リキッドガスコンテナのいずれかである請求項7に記載のナノカーボン製造システム。 BOG is liquid storage tank LNG storage tank or a liquid methane storage tank which occurs, the reservoir is ground-based tank, underground tanks, satellite equipment cold evaporator claim is either Liquid Gas Container 7. The nanocarbon production system according to 7. BOGが発生する貯液槽または、少なくともBOGが収納された容器が移動可能に構成されていることを特徴とする請求項7または8に記載のナノカーボン製造システム。 The nanocarbon production system according to claim 7 or 8, wherein the liquid storage tank in which the BOG is generated, or at least the container in which the BOG is stored, is configured to be movable. BOGが発生する貯液槽がLNG貯液槽または液メタン貯液槽であり、前記貯液槽が、貯留物を燃料エネルギーに使用されるものであり、前記反応炉から取り出される水素ガスと未反応メタンの一部または全部が前記燃料エネルギーに使用されるものである請求項4〜9のいずれか1項に記載の記載のナノカーボン製造システム。 The liquid storage tank in which BOG is generated is an LNG liquid storage tank or a liquid methane liquid storage tank, and the liquid storage tank uses the stored matter as fuel energy. The nanocarbon production system according to any one of claims 4 to 9, wherein a part or all of the reaction methane is used for the fuel energy.
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