JP7359334B2 - Operating method of fullerene production equipment, fullerene production equipment and fullerene production method - Google Patents
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Description
本発明は、フラーレン製造装置の運転方法、フラーレン製造装置およびフラーレン製造方法に関する。
本願は、2021年9月2日に、日本に出願された特願2021-143240号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a method of operating a fullerene production device, a fullerene production device, and a fullerene production method.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-143240 filed in Japan on September 2, 2021, the contents of which are incorporated herein.
フラーレンの製造方法として、反応炉内で炭化水素を含む原料を不完全燃焼させることによって、フラーレンを生成する燃焼法が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、円筒形状の本体(円筒状部)とその下部に連結され徐々に縮径する円錐台部を有する反応炉内で、炭化水素原料と酸素含有ガスとを不完全燃焼させるフラーレン類の製造方法が記載されている。特許文献1に記載の方法では、反応炉から発生する高温ガスから、連続的にフラーレンC60、フラーレンC70及び高次フラーレンを有するミックスフラーレンを含む煤状物を回収する。特許文献1に記載されている反応炉は、本体の上部にバーナーを有し、円錐台部の下端が煤状物を含む排ガスの排出部となっている。As a method for producing fullerene, a combustion method is known in which fullerene is produced by incompletely burning a raw material containing hydrocarbons in a reactor (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes a fullerene in which a hydrocarbon raw material and an oxygen-containing gas are incompletely combusted in a reactor having a cylindrical main body (cylindrical part) and a truncated conical part connected to the lower part of the main body and gradually decreasing in diameter. It describes the manufacturing method of the following types. In the method described in Patent Document 1, a soot-like substance containing fullerene C 60 , fullerene C 70 , and mixed fullerene containing higher fullerenes is continuously recovered from high-temperature gas generated from a reactor. The reactor described in Patent Document 1 has a burner in the upper part of the main body, and the lower end of the truncated cone serves as a discharge part for exhaust gas containing soot.
燃焼法によるフラーレンの製造では、フラーレン製造装置に備えられた反応炉内に、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを一定の供給量で連続的に供給して、不完全燃焼させることが一般的である。反応炉内に供給された原料は、反応炉内で1000℃~2000℃の温度で不完全燃焼される。このことにより、フラーレンを含む煤状物が生成し、排ガスとともに排出口から排出される。反応炉内で生成した煤状物のうち多くは、排ガスとともに排出口から排出され、回収装置により回収される。 In the production of fullerene using the combustion method, it is common to continuously supply raw materials containing hydrocarbons and oxygen-containing gas at a constant rate into the reactor equipped in the fullerene production equipment, resulting in incomplete combustion. It is true. The raw materials supplied into the reactor are incompletely combusted within the reactor at a temperature of 1000°C to 2000°C. As a result, a soot-like substance containing fullerene is generated and is discharged from the exhaust port together with the exhaust gas. Most of the soot produced in the reactor is discharged from the exhaust port along with the exhaust gas, and is recovered by a recovery device.
しかしながら、燃焼法によりフラーレンを連続的に製造する場合、反応炉内で生成した煤状物のうちの一部は、反応炉の炉壁に付着して反応炉内に留まる。付着した煤状物の厚みは、フラーレン製造装置の運転時間が長くなるとともに厚くなる。厚くなった煤状物によって、反応炉内における原料供給手段と排出口との間の空間からなる流路が塞がれると、原料の不完全燃焼を継続できなくなる場合がある。 However, when producing fullerene continuously by the combustion method, some of the soot produced in the reactor adheres to the wall of the reactor and remains in the reactor. The thickness of the attached soot increases as the operating time of the fullerene manufacturing equipment increases. If the flow path consisting of the space between the raw material supply means and the discharge port in the reactor is blocked by the thickened soot, incomplete combustion of the raw material may not be able to continue.
したがって、燃焼法によりフラーレンを連続的に製造する場合には、定期的にフラーレン製造装置の運転を停止して、保守作業を行う必要がある。保守作業としては、例えば、運転を停止した製造装置の反応炉内の温度が室温まで低下するのを待って、反応炉を開け、反応炉の炉壁に付着した煤状物を物理的手段により除去する作業が行われている。このようの保守作業には、長い時間が必要であるし、手間もかかる。 Therefore, when producing fullerene continuously by the combustion method, it is necessary to periodically stop the operation of the fullerene production apparatus and perform maintenance work. Maintenance work, for example, involves waiting for the temperature inside the reactor of a production equipment that has stopped operation to drop to room temperature, opening the reactor, and removing soot that has adhered to the walls of the reactor by physical means. Work is underway to remove it. Such maintenance work requires a long time and is labor intensive.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、反応炉の炉壁に付着した煤状物を短時間で簡単に除去でき、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できるフラーレン製造装置の運転方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明のフラーレン製造装置の運転方法に用いられるフラーレン製造装置、フラーレン製造装置の運転方法を用いるフラーレン製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for operating a fullerene production apparatus that can easily remove soot attached to the walls of a reactor in a short time and that can efficiently produce fullerene by a combustion method. The purpose is to provide
Another object of the present invention is to provide a fullerene manufacturing apparatus used in the operating method of the fullerene manufacturing apparatus of the present invention, and a fullerene manufacturing method using the operating method of the fullerene manufacturing apparatus.
本発明は、フラーレンを含む煤状物を生成させる反応炉を備えるフラーレン製造装置の運転方法であり、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させる煤状物生成工程と、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する煤状物除去工程と、を備える、優れたフラーレン製造装置の運転方法を提供する。
すなわち、本発明の第一の態様は以下のフラーレン製造装置の運転方法である。
[1] フラーレンを含む煤状物を生成させる反応炉を備えるフラーレン製造装置の運転方法であり、
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成する、煤状物生成工程と、
前記煤状物生成工程の後に前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて圧力波を発生させ、前記発生した圧力波により、前記煤状物生成工程で発生した、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する、煤状物除去工程と、を備える、フラーレン製造装置の運転方法。
なお上記本発明の第一の態様の運転方法では、生成された前記煤状物が、前記煤状物生成工程において、前記反応炉外に送られることも好ましい。The present invention is a method for operating a fullerene manufacturing apparatus equipped with a reactor that produces soot-like substances containing fullerene, in which raw materials containing hydrocarbons and oxygen-containing gas are supplied into the reactor by a burner, and laminar flow combustion is performed. The soot-like substance forming step in which the raw material is incompletely combusted under the condition of To provide an excellent method for operating a fullerene manufacturing apparatus, which includes a soot-like material removal step for removing soot-like substances.
That is, the first aspect of the present invention is the following method of operating a fullerene production apparatus.
[1] A method for operating a fullerene production device comprising a reactor that produces soot-like material containing fullerene,
A soot-like substance production step of supplying a raw material containing a hydrocarbon and an oxygen-containing gas into the reactor using a burner, and causing incomplete combustion of the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene. and,
After the soot production step, the volume of gas in the reactor is rapidly expanded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave causes the reactor to absorb the gas generated in the soot production step. A method for operating a fullerene manufacturing apparatus, comprising a soot-like material removal step of removing the soot-like material adhering to a wall.
In addition, in the operating method of the first aspect of the present invention, it is also preferable that the generated soot is sent to the outside of the reactor in the soot-like generation step.
本発明の第一の態様の上記フラーレン製造装置の運転方法は、以下の特徴を好ましく含むことができる。以下の特徴は2つ以上を好ましく組み合わせてよい。
[2] 前記煤状物除去工程において、前記原料と前記酸素含有ガスの少なくとも一方を前記煤状物生成工程から継続して前記反応炉内に供給し、供給された前記原料と前記酸素含有ガスの少なくとも一方の供給量を、前記煤状物生成工程での供給量よりも多くして、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させる、[1]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。
[3] 前記煤状物除去工程において、前記原料の供給量(g/min)を前記煤状物生成工程の前記原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にする、[2]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。The operating method of the fullerene production apparatus according to the first aspect of the present invention can preferably include the following features. Two or more of the following features may be preferably combined.
[2] In the soot removal step, at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is continuously supplied into the reactor from the soot production step, and the supplied raw material and the oxygen-containing gas are The method for operating a fullerene production apparatus according to [1], wherein the supply amount of at least one of the above is made larger than the supply amount in the soot-like product generation step, and the volume of the gas in the reactor is rapidly expanded. .
[3] In the soot removal step, the feed rate (g/min) of the raw material is 1.5 to 5.0 times the feed rate (g/min) of the raw material in the soot generation step. , the method for operating the fullerene production apparatus according to [2].
[4] 前記煤状物除去工程において、前記酸素含有ガスの供給量(NL/min)を前記煤状物生成工程の前記酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にする、[2]または[3]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。
[5] 前記煤状物除去工程において、前記原料と前記酸素含有ガスのうち、少なくとも一方の供給量を多くする時間が、0.5秒間~5.0秒間である、[2]~[4]のいずれかに記載のフラーレン製造装置の運転方法。[4] In the soot-like substance removal step, the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas is set to 1.5 to 5. The method for operating a fullerene production apparatus according to [2] or [3], wherein the fullerene manufacturing apparatus is increased to 0 times.
[5] In the soot-like substance removal step, the time for increasing the supply amount of at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is 0.5 seconds to 5.0 seconds, [2] to [4] ] The method of operating the fullerene production apparatus according to any one of the above.
[6] 前記煤状物除去工程において、前記バーナー又は前記反応炉内に配置された前記バーナーの吐出部近傍に不活性ガスを供給して、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させる、[1]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。
[7] 前記煤状物除去工程において、前記不活性ガスの供給量(NL/min)は前記煤状物生成工程の前記酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍である、[6]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。
[8] 前記煤状物除去工程において、前記不活性ガスを供給する時間が、0.5秒間~5.0秒間である、[6]または[7]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。[6] In the soot removal step, an inert gas is supplied to the burner or near the discharge part of the burner disposed in the reactor to rapidly expand the volume of gas in the reactor. , a method for operating the fullerene production apparatus according to [1].
[7] In the soot removal step, the inert gas supply amount (NL/min) is 1.5 to 5. The operating method of the fullerene production apparatus according to [6], which is 0 times.
[8] The method for operating a fullerene production apparatus according to [6] or [7], wherein in the soot-like substance removal step, the inert gas is supplied for 0.5 seconds to 5.0 seconds.
[9] 前記煤状物除去工程が、前記煤状物生成工程で発生した前記層流燃焼状態の火炎を消炎する消炎工程と、
前記消炎工程後に、前記反応炉内で前記原料に着火する再着火工程と、を有する、[1]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。
[10] 前記消炎工程が、前記原料の供給を停止する工程であり、
前記再着火工程が、前記反応炉内に前記原料を供給する工程である、[9]に記載のフラーレン製造装置の運転方法。[9] The soot removal step includes an extinguishing step of extinguishing the flame in the laminar combustion state generated in the soot generation step;
The method for operating a fullerene manufacturing apparatus according to [1], further comprising a re-ignition step of igniting the raw material in the reactor after the flame-extinguishing step.
[10] The extinguishing step is a step of stopping the supply of the raw material,
The method for operating a fullerene manufacturing apparatus according to [9], wherein the re-ignition step is a step of supplying the raw material into the reactor.
本発明の第二の態様は以下のフラーレン製造装置である。
[11] [1]~[10]のいずれかに記載のフラーレン製造装置の運転方法に用いられるフラーレン製造装置であり、
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを供給するバーナーを有し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる反応炉と、
前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する圧力波を発生させる圧力波発生手段と、を備える、フラーレン製造装置。The second aspect of the present invention is the following fullerene production apparatus.
[11] A fullerene production device used in the method for operating the fullerene production device according to any one of [1] to [10],
A reactor that has a burner that supplies a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas, and incompletely burns the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene;
A fullerene production apparatus comprising: pressure wave generating means for rapidly expanding the volume of gas in the reactor to generate pressure waves that remove the soot-like substances adhering to the wall of the reactor. .
本発明の第二の態様の上記フラーレン製造装置は、以下の特徴を好ましく含むことができる。以下の特徴は2つ以上を好ましく組み合わせてよい。
[12] 前記圧力波発生手段は、前記原料の供給量(g/min)を、前記層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させるときの前記原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にする供給制御手段を有する、[11]に記載のフラーレン製造装置。
[13] 前記圧力波発生手段は、前記酸素含有ガスの供給量(NL/min)を、前記層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させるときの前記酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にする供給制御手段を有する、[11]または[12]に記載のフラーレン製造装置。The fullerene production apparatus according to the second aspect of the present invention can preferably include the following features. Two or more of the following features may be preferably combined.
[12] The pressure wave generating means may set the feed rate (g/min) of the raw material to 1.5 g/min of the feed rate (g/min) when the raw material is incompletely combusted in the laminar flow combustion state. The fullerene production apparatus according to [11], which has a supply control means that increases the amount by 5 to 5.0 times.
[13] The pressure wave generating means is configured to set the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas to the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas when the raw material is incompletely combusted in the laminar flow combustion state. ) The fullerene production apparatus according to [11] or [12], which has a supply control means that increases the amount by 1.5 to 5.0 times.
[14] 前記圧力波発生手段は、前記バーナー又は前記反応炉内に配置された前記バーナーの吐出部近傍に不活性ガスを供給することによって、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させる不活性ガス供給手段を有する、[11]に記載のフラーレン製造装置。[15] 前記圧力波発生手段は、前記層流燃焼状態の火炎を消炎する消炎手段と、
前記反応炉内で前記原料に着火する再着火手段と、を有する、[11]に記載のフラーレン製造装置。
[16] 前記消炎手段は、前記原料の供給を停止する手段であり、
前記再着火手段は、前記反応炉内に前記原料を供給する手段である、[15]に記載のフラーレン製造装置。[14] The pressure wave generating means rapidly expands the volume of gas in the reactor by supplying an inert gas to the burner or near the discharge part of the burner disposed in the reactor. The fullerene production apparatus according to [11], which has an inert gas supply means. [15] The pressure wave generating means includes extinguishing means for extinguishing the flame in the laminar combustion state;
The fullerene manufacturing apparatus according to [11], further comprising a re-ignition means for igniting the raw material in the reactor.
[16] The extinguishing means is a means for stopping the supply of the raw material,
The fullerene manufacturing apparatus according to [15], wherein the re-ignition means is a means for supplying the raw material into the reactor.
本発明の第三の態様は以下のフラーレン製造方法である。
[17] [1]~[10]のいずれかに記載のフラーレン製造装置の運転方法を用いるフラーレン製造方法であり、
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる煤状物生成工程と、
前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、前記反応炉の炉壁に付着している前記フラーレンを含む煤状物を除去する煤状物除去工程と、を備える、フラーレン製造方法。
本発明の第三の態様のフラーレン製造方法は、前記煤状物生成工程で生成された前記フラーレンを含む煤状物と、前記煤状物除去工程で除去された前記煤状物とから、フラーレンを回収する工程を含むことも好ましい。The third aspect of the present invention is the following method for producing fullerene.
[17] A fullerene production method using the operating method of the fullerene production apparatus according to any one of [1] to [10],
A soot-like product generation step in which a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas are supplied into the reactor using a burner, and the raw materials are incompletely combusted in a laminar flow combustion state to produce a soot-like product containing fullerene. ,
a soot-like matter removing step of removing soot-like matter containing the fullerene adhering to the wall of the reactor using pressure waves generated by rapidly expanding the volume of gas in the reactor. , fullerene production method.
The method for producing fullerene according to the third aspect of the present invention provides a method for producing fullerene from the soot containing the fullerene produced in the soot production step and the soot removed in the soot removal step. It is also preferable to include a step of recovering.
本発明のフラーレン製造装置の運転方法は、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを、バーナーにより反応炉内に供給し、層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させる煤状物生成工程と、反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する煤状物除去工程を備える。したがって、煤状物生成工程を行うことによって反応炉の炉壁に煤状物が付着しても、煤状物除去工程を行うことにより、反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を短時間で簡単に除去できる。よって、本発明のフラーレン製造装置の運転方法を用いることで、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できる。 The operating method of the fullerene production apparatus of the present invention includes a soot-forming step in which a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas are supplied into a reactor using a burner, and the raw materials are incompletely combusted in a laminar combustion state; The method includes a soot removal step of removing the soot adhering to the wall of the reactor using pressure waves generated by rapidly expanding the volume of gas in the reactor. Therefore, even if soot adheres to the wall of the reactor by performing the soot generation step, the soot adhered to the wall of the reactor can be removed by performing the soot removal step. can be easily removed in a short time. Therefore, by using the operating method of the fullerene production apparatus of the present invention, fullerene can be efficiently produced by the combustion method.
本発明のフラーレン製造装置は、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを供給するバーナーを有し、層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる反応炉と、反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて、反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する圧力波を発生させる圧力波発生手段とを備える。このため、本発明のフラーレンの製造装置は、本発明の運転方法を用いて煤状物除去工程を行うことにより、反応炉の炉壁に付着した煤状物を短時間で簡単に除去でき、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できる。 The fullerene production apparatus of the present invention has a burner that supplies a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas, and a reactor that incompletely burns the raw material in a laminar combustion state to produce soot containing fullerene. and pressure wave generating means for generating pressure waves that rapidly expand the volume of gas in the reactor and remove the soot-like substances adhering to the walls of the reactor. Therefore, the fullerene manufacturing apparatus of the present invention can easily remove soot attached to the reactor wall in a short time by performing the soot-like matter removal step using the operating method of the present invention. Fullerene can be produced efficiently using the combustion method.
本発明のフラーレン製造方法では、本発明のフラーレン製造装置の運転方法を用いるため、反応炉の炉壁に煤状物が付着しても、反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を短時間で簡単に除去できる。よって、本発明のフラーレン製造方法を用いることで、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できる。
なお本発明では、手段とは、装置や、工程や、方法や、部材や、部分や、機構等を意味しても良い。In the fullerene production method of the present invention, since the operating method of the fullerene production apparatus of the present invention is used, even if soot is attached to the wall of the reactor, the soot attached to the wall of the reactor may be removed. can be easily removed in a short time. Therefore, by using the fullerene production method of the present invention, fullerene can be efficiently produced by the combustion method.
In the present invention, the term "means" may mean an apparatus, a process, a method, a member, a part, a mechanism, or the like.
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した。
その結果、反応炉内でフラーレンを含む煤状物を生成させた後、反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、反応炉の炉壁に付着している煤状物を除去すればよいことを見出し、本発明を想到した。The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems.
As a result, after producing soot containing fullerene in the reactor, the pressure waves generated by rapidly expanding the volume of gas in the reactor caused soot to adhere to the walls of the reactor. They discovered that it is sufficient to remove the material, and came up with the present invention.
以下、本発明のフラーレン製造装置の運転方法、フラーレン製造装置およびフラーレン製造方法の好ましい例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態のみに限定されるものではない。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。本発明の範囲内において、必要に応じて、数、位置、順番、組み合わせ、種類、量、強さ、時間、比率、数値、及びサイズなどについて、省略、変更、及び/又は追加することも可能である。 Hereinafter, preferred examples of the operating method of the fullerene production apparatus, the fullerene production apparatus, and the fullerene production method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited only to the embodiments shown below. The drawings used in the following explanation may schematically show characteristic parts for convenience in order to make the features of the present invention easier to understand, and the dimensional ratio of each component may not be the same as the actual one. Not exclusively. Within the scope of the present invention, numbers, positions, orders, combinations, types, amounts, strengths, times, ratios, numerical values, sizes, etc. may be omitted, changed, and/or added as necessary. It is.
(第1実施形態)
[フラーレン製造装置]
図1は、本発明の第1実施形態に係るフラーレン製造装置の一例を示す構成図である。本実施形態のフラーレン製造装置10は、燃焼法によりフラーレンを連続的に製造する場合に好適に用いることができる。本実施形態のフラーレン製造装置10は、図1に示すように、反応炉11と、配管19と、フラーレン回収機構16と、冷却機構17と、減圧装置18とを備える。図2は、図1に示すフラーレン製造装置10を用いてフラーレンを製造することにより、反応炉11の炉壁に煤状物15が付着した状態を示す。(First embodiment)
[Fullerene production equipment]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a fullerene manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
反応炉11では、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとの混合ガスに含まれる原料を、層流燃焼状態で不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる。生成させるフラーレンとしては、例えば、C60フラーレン(C60)、C70フラーレン(C70)、C76、C78、C84、C90、C96等の高次フラーレンが挙げられる。原料の不完全燃焼では、フラーレンを含む煤状物とともに、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等を含む排ガスが生成する。なお、層流燃焼状態とは、燃焼が層流中で起こっており、火炎面に乱れのない状態を意味してよい。また不完全燃焼とは、酸素不足の状態で燃焼することを意味してよい。In the
反応炉11は、筒状であることが好ましく、円筒状であることがより好ましい。
図1に示すフラーレンの製造装置10においては、筒状の反応炉11の第1端部(図1においては上側の端部)に、原料および酸素含有ガスを反応炉11内に噴き出すバーナー13が配置されている。また、反応炉11の第2端部(図1においては下側の端部)には、反応炉11内で生成した煤状物を含む排ガスを排出する排出口12が設けられている。反応炉11内におけるバーナー13と排出口12との間の空間は、原料、および原料の不完全燃焼により生成するフラーレンを含む煤状物を含む排ガスの通過する流路とされている。The
In the
反応炉11が筒状である場合、図1に示すように、長さ方向が略鉛直方向となるように配置することが好ましい。この場合、生成した煤状物が反応炉11内に滞留しにくい。また、後述する煤状物除去工程を行うことによって反応炉11の炉壁から剥離した煤状物が、効率よく排出口12から排出される。
When the
図1に示す反応炉11は、設置される場所の状況などに応じて、例えば、長さ方向が水平方向となるように配置してもよいし、鉛直方向に対して斜め方向に傾けた状態で配置してもよい。
The
反応炉11が円筒状である場合、反応炉11の内径D1は50mm~500mmであることが好ましく、50mm~300mmであることがより好ましい。反応炉11の内径D1が50mm以上であると、後述する煤状物生成工程を行うことによって、反応炉11の炉壁にフラーレンを含む煤状物が付着しても、反応炉11内の流路が短時間で塞がれにくい。このため、後述する煤状物生成工程を長時間連続して行うことができ、煤状物除去工程を行うまでの時間を長くでき、より効率よくフラーレンを製造できる。また、反応炉11の内径D1が500mm以下であると、後述する煤状物除去工程において発生した圧力波により炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる。
When the
反応炉11の内径D1が50mm~500mmである場合、反応炉11の長さLは、500mm~3000mmであることが好ましく、1000mm~2000mmであることがより好ましい。反応炉11の長さLが500mm以上であると、反応炉11内の体積を十分に確保できる。このため、後述する煤状物除去工程において、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させることによる反応炉11内の圧力の変化が、大きくなりすぎることを抑制でき、安全性に優れる。また、反応炉11の長さLが3000mm以下であると、後述する煤状物除去工程を行うことにより、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を、効率よく除去できると共に、メンテナンスがしやすくなる。
When the inner diameter D1 of the
反応炉11の材料としては、例えば、ジルコニア(ZrO2)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、アルミナ(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)などの耐熱性に優れる材料を用いることができる。
反応炉11の外面には、図1に示すように、反応炉11の外面の一部又は全部を覆うように、断熱層14が設けられていることが好ましい。断熱層14の材料としては、例えば、アルミナ質の耐火煉瓦、アルミナ質の不定形耐火材等を用いることができる。Examples of materials for the
As shown in FIG. 1, a
反応炉11内に配置されたバーナー13には、逆火防止装置(不図示)を介して、原料供給配管20と、酸素含有ガス供給配管21とが接続されている。逆火防止装置としては、公知のものを用いることができる。原料供給配管20は、バーナー13を介して反応炉11に炭化水素を含む原料を供給する。酸素含有ガス供給配管21は、バーナー13を介して反応炉11に、原料の燃焼に使用される酸素含有ガスを供給する。
A raw
原料供給配管20には、原料の供給量を制御する原料供給制御手段20a(供給制御手段)と、原料ガスを気化する加熱装置(不図示)とが設けられている。なお原料供給制御手段20aは、原料供給制御を行う、装置や工程や部材や部分や機構等を意味しても良い。加熱装置は、原料供給制御手段20aとバーナー13との間に設けられている。酸素含有ガス供給配管21には、酸素含有ガスの供給量を制御する酸素含有ガス供給制御手段21a(供給制御手段)が設けられている。なお前記供給制御手段21aは、酸素含有ガスの供給制御を行う、装置や工程や部材や部分や機構等を意味しても良い。
The raw
原料供給制御手段20aは、原料の供給量(g/min)を、層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるとき(以下「煤状物生成工程」ともいう)に用いられる原料の供給量(g/min)に調整できるほか、煤状物生成工程の原料の供給量(g/min)より多くすることもできる。特に、原料供給制御手段20aは、原料の供給量(g/min)を煤状物生成工程の原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍に調整できるものが好ましい。具体的には、原料供給制御手段20aの例としては、前記条件を満たす市販のマスフローコントローラーが例として挙げられる。 The raw material supply control means 20a changes the raw material supply amount (g/min) to the raw material supply amount (g/min) used when the raw material is incompletely combusted in a laminar flow combustion state (hereinafter also referred to as "soot-like substance generation step"). In addition to being able to adjust the amount (g/min), it is also possible to increase the feed rate (g/min) of the raw material for the soot production step. In particular, it is preferable that the raw material supply control means 20a is capable of adjusting the raw material supply rate (g/min) to 1.5 to 5.0 times the raw material supply rate (g/min) for the soot production step. Specifically, an example of the raw material supply control means 20a is a commercially available mass flow controller that satisfies the above conditions.
酸素含有ガス供給制御手段21aは、酸素含有ガスの供給量(NL/min)を、煤状物生成工程に用いられる酸素含有ガスの供給量(NL/min)に調整できるほか、煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)より多くすることもできる。特に、酸素含有ガス供給制御手段21aは、酸素含有ガスの供給量(NL/min)を煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍に調整できるものが好ましい。具体的には、前記条件を満たす市販のマスフローコントローラーが例として挙げられる。ここで、NL/minは、ノルマルリットル/分であり、一分間あたりに供給されたガスの標準状態(圧力0.1013MPa、温度0℃、湿度0%)での体積を表す。
原料供給制御手段20aから混合室13aに向かう配管と、酸素含有ガス供給制御手段21aから混合室13aに向かう配管は、混合室13aに入る前に結合してもよく、あるいは結合しなくても良い。The oxygen-containing gas supply control means 21a can adjust the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas to the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas used in the soot-forming process, and can also control the soot-forming process. It can also be made larger than the supply amount (NL/min) of oxygen-containing gas in the process. In particular, the oxygen-containing gas supply control means 21a increases the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas to 1.5 to 5.0 times the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas in the soot production step. Preferably one that can be adjusted. Specifically, a commercially available mass flow controller that satisfies the above conditions can be cited as an example. Here, NL/min is normal liter/min, and represents the volume of gas supplied per minute under standard conditions (pressure 0.1013 MPa, temperature 0° C., humidity 0%).
The piping from the raw material supply control means 20a to the mixing
バーナー13は、原料と酸素含有ガスとを混合して混合ガスを作製する混合室13aと、混合ガスを所定の圧力で保持する蓄圧室13bと、蓄圧室13bで蓄圧された混合ガスを排出口12に向かう方向(図1においては下方向)に向けて吐出する吐出部13cと、を備える。バーナー13は、混合室13aを省略した構成であってもよい。
The
混合室13aで作製される混合ガスに含まれる原料と酸素含有ガスとの割合は、バーナー13に供給される原料の供給量と、酸素含有ガスの供給量とによって決定される。原料の供給量は、原料供給制御手段20aにより制御される。酸素含有ガスの供給量は、酸素含有ガス供給制御手段21aにより制御される。
The ratio of the raw material and oxygen-containing gas contained in the mixed gas produced in the mixing
バーナー13の吐出部13cから反応炉11内に噴き出される混合ガスの供給量は、バーナー13に供給される原料の供給量と、酸素含有ガスの供給量とによって制御できる。
The supply amount of the mixed gas jetted into the
吐出部13cとしては、種々の形態のものを用いることができる。吐出部13cとしては、例えば、多孔質のセラミック焼結体、金属粉末の焼結体などからなる複数の吐出口を有するものを用いることができる。
吐出部13cの平面形状は、平面視で円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。吐出部13cは、混合ガスを反応炉11内により均一に噴き出すことができるため、その外形形状が反応炉11の内壁面の形状と相似していることが好ましい。具体的には、反応炉11の内壁面の形状および吐出部13cの外形形状は、平面視円形状であることが好ましい。Various forms can be used as the
The planar shape of the
反応炉11の内壁面の形状および吐出部13cの外形形状が平面視円形状である場合、吐出部13cの直径D2は、30mm~400mmであることが好ましく、40mm~350mmであることがより好ましい。吐出部13cの直径D2が30mm~400mmであると、反応炉11の内径D1と吐出部13cの直径D2との比(反応炉11の内径D1/吐出部13cの直径D2)が好ましい範囲内となりやすい。
When the shape of the inner wall surface of the
反応炉11の内径D1と吐出部13cの直径D2との比は1.05~2.00であることが好ましく、1.10~1.50であることがより好ましい。反応炉11の内径D1と吐出部13cの直径D2との比が1.05以上であると、後述する煤状物生成工程において、吐出部13cの周囲に煤状物15が蓄積にくくなる。また、反応炉11の内径D1と吐出部13cの直径D2との比が2.00以下であると、後述する煤状物生成工程において、フラーレンを含む煤状物15が効率よく生成するため、生産性が良好となる。
The ratio between the inner diameter D1 of the
吐出部13cとしては、開口面積の小さい吐出口が多数集合して設けられたものであることが好ましい。このような吐出部13cとしては、例えば、直径0.1mm~5mmの平面視略円形の吐出口が多数設けられているものが挙げられる。吐出部13cが、開口面積の小さい吐出口が多数集合して設けられたものである場合、吐出部13cの面積に対する吐出口の開口面積の合計の割合は、10%~95%であることが好ましく、50%~95%であることがより好ましい。
The
反応炉11の排出口12の近傍には着火機構31が設けられている。着火機構31により、原料に着火させ、不完全燃焼させることによりフラーレンを生成する。着火機構31としては、燃焼炉等の燃焼設備で汎用される着火装置を用いることができる。特に、耐圧防爆型着火装置を用いることが好ましい。着火機構31による着火の条件は、任意に選択できる。
An
本実施形態のフラーレンの製造装置10においては、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aを制御することにより、後述する煤状物生成工程において、原料を層流燃焼状態で不完全燃焼させることができるとともに、煤状物除去工程において、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を除去する圧力波を発生させることもできる。
In the
したがって、本実施形態のフラーレン製造装置10においては、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとが、圧力波発生手段の供給制御手段として機能する。前記圧力波発生手段は、圧力波発生を行う、装置や工程や部材や部分や機構等を意味しても良い。
圧力波発生手段は、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとを制御して、原料の供給量(g/min)と酸素含有ガスの供給量(NL/min)のうち少なくとも一方を、層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるときよりも多くすることによって、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させることができる。Therefore, in the
The pressure wave generating means controls the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a, and controls at least the raw material supply amount (g/min) and the oxygen-containing gas supply amount (NL/min). By increasing one side more than when the raw material is incompletely combusted in a laminar flow combustion state, the volume of gas in the
圧力波発生手段は、原料供給制御手段20aによって、原料の供給量(g/min)を層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるときの原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にできることが好ましい。前記倍率は、必要に応じて、2.0~5.0倍や、1.8~4.0倍や、2.0~3.0倍などであってもよい。 The pressure wave generating means controls the raw material supply control means 20a to adjust the raw material supply amount (g/min) to 1.5 to 1.5 of the raw material supply amount (g/min) when the raw material is incompletely combusted in a laminar flow combustion state. It is preferable that it can be increased by 5.0 times. The magnification may be 2.0 to 5.0 times, 1.8 to 4.0 times, 2.0 to 3.0 times, etc., as necessary.
また、圧力波発生手段は、酸素含有ガス供給制御手段21aによって、酸素含有ガスの供給量(NL/min)を層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるときの酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍できることが好ましい。前記倍率は、必要に応じて、2.0~5.0倍や、1.8~4.0倍や、2.0~3.0倍などであってもよい。 The pressure wave generating means also controls the oxygen-containing gas supply control means 21a to adjust the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas to the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas when the raw material is incompletely combusted in a laminar flow combustion state. /min) is preferably 1.5 to 5.0 times. The magnification may be 2.0 to 5.0 times, 1.8 to 4.0 times, 2.0 to 3.0 times, etc., as necessary.
なお、圧力波発生手段は、原料供給制御手段20aによって、原料の供給量(g/min)を層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるときの原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にするとともに、酸素含有ガス供給制御手段21aによって、酸素含有ガスの供給量(NL/min)を層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させるときの酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にすることができることも好ましい。 Note that the pressure wave generating means is controlled by the raw material supply control means 20a to adjust the raw material supply rate (g/min) to 1. 5 to 5.0 times, and the oxygen-containing gas supply control means 21a changes the supply amount (NL/min) of oxygen-containing gas to the amount of oxygen-containing gas supplied when the raw material is incompletely combusted in a laminar flow combustion state. It is also preferable to be able to increase the speed by 1.5 to 5.0 times (NL/min).
本実施形態のフラーレン製造装置10は、圧力波発生手段として、層流燃焼状態の火炎を消炎する消炎手段と、消炎後に、反応炉11内で原料に着火する再着火手段とを有していてもよい。この場合、消炎後に、再着火手段によって反応炉11内で原料に着火することにより、反応炉11内の気体の体積が急速に膨張し、圧力波が発生する。前記消炎手段は、消炎を行う、装置や工程や部材や部分や機構等を意味しても良い。前記再着火手段は、再着火を行う、装置や工程や部材や部分や機構等を意味しても良い。
The
消炎手段は、特に限定されないが、層流燃焼状態の火炎が消炎されるように、原料の供給量および酸素含有ガスの供給量を制御する手段が挙げられる。例えば、原料の供給と酸素ガスの供給の少なくとも一方を停止する手段が挙げられる。消炎手段は、原料の供給を停止する手段であることが好ましい。
したがって、本実施形態のフラーレン製造装置10においては、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとが、圧力波発生手段の消炎手段として機能することができる。The extinguishing means is not particularly limited, but includes means for controlling the supply amount of the raw material and the oxygen-containing gas so that the flame in the laminar flow combustion state is extinguished. For example, means for stopping at least one of the supply of raw materials and the supply of oxygen gas can be mentioned. Preferably, the extinguishing means is a means for stopping the supply of raw materials.
Therefore, in the
再着火手段の例としては、消炎された後に反応炉11内に原料及び/又は酸素含有ガスを供給する手段であることが挙げられる。具体的には、再着火手段として、消炎手段によって消炎された後に、反応炉11内に、消炎前の層流燃焼状態と同じ供給量の原料および酸素含有ガスを供給する手段が挙げられる。再着火手段は、着火機構31を更に含んでいてもよい。
したがって、本実施形態のフラーレンの製造装置10においては、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aと、必要に応じて着火機構31とが、圧力波発生手段の再着火手段として機能することができる。An example of the re-ignition means is a means for supplying the raw material and/or oxygen-containing gas into the
Therefore, in the
配管19は、反応炉11内で生成した煤状物を含む排ガスを、フラーレン回収機構16の捕集器29に供給する。配管19は、図1に示すように、第1端部が反応炉11の排出口12に接続され、第2端部がフラーレン回収機構16の捕集器29における上部側の側面に接続されている。
配管19としては、公知のものを用いることができる。具体的には、配管19として、例えば、ステンレス鋼等からなるパイプを用いることができる。配管19の内径は、反応炉11の内径、および反応炉11から排出される煤状物15を含む排ガスの量などに応じて適宜決定できる。また、配管19の長さは、反応炉11とフラーレン回収機構16との距離等に応じて適宜決定できる。
As the
フラーレン回収機構16は、反応炉11内で生成した煤状物を含む排ガスから煤状物を回収する。フラーレン回収機構16は、フィルタ22が収容された捕集器29と、捕集器29の上端(一端)に接続された配管23を介して接続されたタンク24と、配管23に設けられた電磁弁25と、捕集器29の下端(他端)側に設けられた排出弁26とを有している。後述するように、電磁弁25は、好ましいタイミングで定期的に開放されることができる。捕集器29に向けてタンク24内の不活性ガスを噴射することで、フィルタ22に付着した煤状物を脱落させ、捕集器29内の底部に堆積させることができ、また捕集器29の排出弁26を開放して煤状物を回収することができる。
The
フィルタ22としては、例えば、焼結金属からなるものを用いることができる。タンク24には、例えば、窒素ガス(N2)、アルゴンガス(Ar)などの高圧の不活性ガスが貯留されている。電磁弁25は、タンク24に貯留された不活性ガスを、所定の供給量で捕集器29に供給する。電磁弁25としては、公知のものを用いることができる。As the
配管27には、バルブが設けられている。配管27の第1端部は、図1に示すように、捕集器29の上端に接続された配管23に接続されている。配管27の第2端部は、冷却機構17の一端(上端)側に接続されている。配管27としては、公知のものを用いることができる。
The
冷却機構17は、フラーレン回収機構16を通過し、配管23、27を介して供給される排ガスを冷却する。冷却機構17としては、例えば、熱交換器と同一又は近似した構造を有するものを用いることができる。冷却機構17の他端(下端)側の側面には、ドレーン28が設けられている。ドレーン28は、冷却機構17を通過することによって液化された成分を排出する。
The
配管30は、図1に示すように、第1端部が冷却機構17の他端(下端)側に接続され、第2端部が減圧装置18に接続されている。配管30としては、公知のものを用いることができる。
減圧装置18は、真空ポンプからなる。減圧装置18は、配管30を介して冷却機構17で冷却された排ガスを吸引し、減圧装置18と反応炉11との間で負圧を発生させ、反応炉11内を減圧状態とする。As shown in FIG. 1, the piping 30 has a first end connected to the other end (lower end) of the
The
[フラーレン製造装置の運転方法、フラーレン製造方法]
次に、本発明のフラーレン製造装置の運転方法、およびフラーレン製造方法の一例として、図1に示すフラーレン製造装置10の運転方法、この運転方法を用いるフラーレン製造方法について説明する。
本実施形態のフラーレンの製造方法は、燃焼法によりフラーレンを製造する方法である。本実施形態のフラーレン製造装置の運転方法およびフラーレン製造方法は、煤状物生成工程と煤状物除去工程とを備える。煤状物生成工程と煤状物除去工程は、交互に繰り返し行うことが好ましい。この場合、フラーレンをより一層効率よく製造できる。繰り返しの回数は任意に選択できる。[How to operate fullerene production equipment, fullerene production method]
Next, as an example of the operating method of the fullerene producing apparatus and the fullerene producing method of the present invention, the operating method of the
The fullerene manufacturing method of this embodiment is a method of manufacturing fullerene by a combustion method. The operating method of the fullerene manufacturing apparatus and the fullerene manufacturing method of the present embodiment include a soot-like material generation step and a soot-like material removal step. It is preferable that the soot-like material generation step and the soot-like material removal step are performed alternately and repeatedly. In this case, fullerene can be produced even more efficiently. The number of repetitions can be selected arbitrarily.
本実施形態における煤状物生成工程および煤状物除去工程は、配管19、フラーレン回収機構16、配管23、27、冷却機構17、配管30を介して、減圧装置18によって排ガスを吸引することにより、減圧装置18と反応炉11との間で負圧を発生させた状態で行うことが好ましい。
The soot-like material generation step and the soot-like material removal step in this embodiment are performed by suctioning exhaust gas by the
(煤状物生成工程)
煤状物生成工程では、反応炉11内で、原料と酸素含有ガスとを含む混合ガス中の原料を、層流燃焼状態で不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる。(Soot-like substance generation process)
In the soot-like substance generation step, a raw material in a mixed gas containing a raw material and an oxygen-containing gas is incompletely combusted in a laminar combustion state in the
煤状物生成工程及び後述する煤状物除去工程に使用される原料に含まれる炭化水素としては、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の炭素数6~15の芳香族炭化水素、クレオソート油、カルボン酸油等の石炭系炭化水素、アセチレン系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素等が挙げられる。これらの中でも、芳香族炭化水素を用いることが好ましく、特に、効率よくフラーレンを製造できるため、トルエンを用いることが好ましい。炭化水素として、これらのうち1種のみ用いてもよいし、2種以上併用してもよい。 Examples of hydrocarbons contained in the raw materials used in the soot production step and the soot removal step described below include those having 6 to 15 carbon atoms, such as toluene, benzene, xylene, naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, and phenanthrene. Examples include aromatic hydrocarbons, coal hydrocarbons such as creosote oil and carboxylic acid oil, acetylenically unsaturated hydrocarbons, ethylene hydrocarbons, and aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane and hexane. Among these, it is preferable to use aromatic hydrocarbons, and it is particularly preferable to use toluene because fullerene can be produced efficiently. As the hydrocarbon, only one type of these may be used, or two or more types may be used in combination.
原料は、液体状でバーナー13に供給されてもよく、加熱装置等により気化された状態でバーナー13に供給されてもよい。原料は、酸素含有ガスと十分に接触できるように、加熱装置により気化された状態でバーナー13に供給されることが好ましい。気化された原料は、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスで希釈されていてもよい。
The raw material may be supplied to the
煤状物生成工程及び後述する煤状物除去工程に使用される酸素含有ガスとしては、例えば、酸素ガス、空気等が挙げられる。酸素含有ガスとしては、特に、効率よくフラーレンを製造できるため、酸素ガスを用いることが好ましい。また、酸素含有ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスで希釈されていてもよい。 Examples of the oxygen-containing gas used in the soot production step and the soot removal step described below include oxygen gas, air, and the like. As the oxygen-containing gas, it is particularly preferable to use oxygen gas because fullerene can be produced efficiently. Further, the oxygen-containing gas may be diluted with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, if necessary.
本実施形態の煤状物生成工程では、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとをそれぞれ制御して、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを所定の割合で含む混合ガスを、所定の供給量でバーナー13から反応炉11内に噴射する。バーナー13から供給された混合ガスに含まれる原料は、着火機構31によって着火され、層流燃焼状態で不完全燃焼される。その結果、フラーレンを含む煤状物とともに、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等を含む排ガスが生成される。
In the soot-like substance generation step of the present embodiment, the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a are controlled respectively to produce a mixed gas containing a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas at a predetermined ratio. is injected into the
原料の供給量(g/min)は、10~40g/minであることが好ましく、10~30g/minであることがより好ましく、10~20g/minであることがさらに好ましい。前記量は、必要に応じて、12~18g/minや、14~16g/minなどであってもよい。酸素含有ガスの供給量(NL/min)は、原料の種類及び供給量によって調整される。1分間にバーナー13に供給される原料の炭素原子数と酸素含有ガスの酸素原子数との比は、0.60~1.60であることが好ましく、0.80~1.40であることがより好ましい。必要に応じて、0.90~1.30や、1.00~1.20などであってもよい。上記の比が上記範囲内であると、フラーレンの収率が高くなる。
The feed rate (g/min) of the raw material is preferably 10 to 40 g/min, more preferably 10 to 30 g/min, even more preferably 10 to 20 g/min. The amount may be 12 to 18 g/min, 14 to 16 g/min, etc., as necessary. The supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas is adjusted depending on the type and supply amount of the raw material. The ratio between the number of carbon atoms in the raw material and the number of oxygen atoms in the oxygen-containing gas supplied to the
バーナー13の蓄圧室13b内における混合ガスの圧力は、6kPa~27kPaであることが好ましく、8kPa~24kPaであることがより好ましく、10kPa~20kPaであることがさらに好ましい。前記圧力は、必要に応じて、6kPa~15kPaや、8kPa~13kPaなどであってもよい。
The pressure of the mixed gas in the
煤状物生成工程における反応炉11内の圧力は、1kPa~20kPaであることが好ましく、1kPa~15kPaであることがより好ましく、さらに好ましくは1~10kPaである。前記圧力は、必要に応じて、2~8kPaや、4~6kPaなどであってもよい。反応炉11内の圧力が1kPa以上であると、減圧装置18の真空ポンプへの負荷が過剰に大きくなることを防止でき、真空ポンプの寿命が長くなるため、好ましい。反応炉11内の圧力が20kPa以下であると、煤状物生成工程において逆火が発生することを防止でき、安全性に優れる。
The pressure inside the
煤状物生成工程において、原料の不完全燃焼を行う際の反応炉11内の温度は、1000℃~2000℃であることが好ましく、1200℃~1950℃であることが好ましく、1300℃~1900℃であることがより好ましい。前記温度は、必要に応じて、1400℃~1800℃や、1500℃~1700℃などであってもよい。反応炉11内の温度が1000℃以上であると、フラーレンを含む煤状物が効率よく生成し、フラーレンの収率が良好となる。反応炉11内の温度が2000℃以下であると、反応炉11内の温度を高めるためのエネルギーが大量に必要となることがなく、効率よくフラーレンを製造できる。反応炉11内の温度は、超高温熱電対又は放射温度計によって測定できる。
In the soot production step, the temperature inside the
煤状物生成工程において、反応炉11内で生成したフラーレンを含む煤状物を含む排ガスは、減圧装置18に吸引されることによって、反応炉11の排出口12から排出される。フラーレンを含む煤状物は、捕集器29で回収される。このとき、反応炉11内で生成した煤状物のうち一部は、反応炉11の炉壁に付着して反応炉11内に留まる。反応炉11の炉壁に付着した煤状物15(図2に参照)の厚みは、煤状物生成工程を開始した後、時間の経過とともに徐々に厚くなる。したがって、反応炉11の炉壁に付着した煤状物15の厚みは、煤状物生成工程を開始してから、煤状物生成工程を終了するまでの時間が長いほど、厚くなる。
In the soot production step, exhaust gas containing soot containing fullerene produced in the
(煤状物除去工程)
反応炉11の内壁についた煤状物を壁から剥がす、煤状物除去工程では、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15(図2に参照)を除去する。除去された煤状物は、捕集器29で回収される。煤状物除去工程において発生した圧力波は、反応炉11の炉壁に衝突し、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を炉壁から剥離させて除去する。前記反応炉11内の気体とは、原料、酸素含有ガス、原料の燃焼によって生成する一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等など、反応炉11内に存在しうる、如何なる気体から構成されてもよい、混合気体である。煤状物除去工程において、原料及び酸素含有ガスは、これらを前記煤状物生成工程から連続して反応炉内に供給しても良いし、あるいは、原料及び酸素含有ガスの少なくとも一方の供給を停止するサブ工程を有しても良い。(Soot removal process)
In the soot removal step, which removes soot from the inner wall of the
まずは、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとが、圧力波発生手段の供給制御手段として機能する場合の、煤状物除去工程の例について説明する。 First, a description will be given of an example of the soot-like material removal process in a case where the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a function as supply control means for the pressure wave generation means.
まず原料の供給量のみを変更する場合の例を説明する。煤状物除去工程において、原料の供給量(g/min)のみを、煤状物生成工程よりも多くすることにより、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させる。そして、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さの圧力波を発生させる。この場合、原料の供給量(g/min)を煤状物生成工程の原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にすることが好ましく、2.0~5.0倍にすることがより好ましい。原料の供給量が、煤状物生成工程の1.5倍以上であると、反応炉11内の気体の体積が十分に速い速度で膨張する。このため、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さを有する圧力波を発生させることができる。原料の供給量(g/min)が、煤状物生成工程の5.0倍以下であると、反応炉11内の気体の体積が急速に膨張しすぎて、発生する圧力波が強くなりすぎることを抑制できる。また、煤状物除去工程において、酸素含有ガスの供給量(NL/min)は、煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)と同様であってもよく、少なくてもよいが、同様であることが好ましい。
First, an example in which only the supply amount of raw materials is changed will be explained. In the soot removal process, only the feed rate (g/min) of the raw material is made larger than in the soot production process, so that the volume of gas in the
酸素含有ガスの供給量のみを変更する場合の例を説明する。煤状物除去工程において、酸素含有ガスの供給量(NL/min)のみを、煤状物生成工程よりも多くすることにより、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させる。そして、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さの圧力波を発生させる。この場合、酸素含有ガスの供給量(NL/min)を煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にすることが好ましく、2.0~5.0倍にすることがより好ましい。酸素含有ガスの供給量(NL/min)が、煤状物生成工程の1.5倍以上であると、反応炉11内の気体の体積が十分に速い速度で膨張する。このため、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さを有する圧力波を発生させることができる。酸素含有ガスの供給量(NL/min)が、煤状物生成工程の5.0倍以下であると、反応炉11内の気体の体積が急速に膨張しすぎて、発生する圧力波が強くなりすぎることを抑制できる。また、煤状物除去工程において、原料の供給量(g/min)は、煤状物生成工程の原料の供給量(g/min)と同様であってもよく、少なくてもよいが、同様であることが好ましい。
An example of changing only the supply amount of oxygen-containing gas will be explained. In the soot removal process, only the supply amount (NL/min) of the oxygen-containing gas is made larger than in the soot production process, thereby rapidly expanding the volume of gas in the
原料の供給量と酸素含有ガスの供給量の両方を変更する場合の例を説明する。煤状物除去工程において、原料の供給量(g/min)及び酸素含有ガスの供給量(NL/min)のそれぞれを煤状物生成工程よりも多くする。このことにより、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さの圧力波を発生させる。この場合、原料の供給量(g/min)及び酸素含有ガスの供給量(NL/min)のそれぞれを、煤状物生成工程の供給量の1.5~5.0倍にすることが好ましく、1.5~3.0倍にすることがより好ましい。原料及び酸素含有ガスの供給量が上記範囲内であると、反応炉11内の気体の体積が十分に速い速度で膨張するため、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効率よく除去できる十分な強さを有する圧力波は発生し、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を効果的に除去できる。
An example of changing both the supply amount of raw materials and the supply amount of oxygen-containing gas will be described. In the soot-like substance removal process, the feed rate (g/min) of the raw material and the supply rate (NL/min) of the oxygen-containing gas are each made larger than in the soot-like substance generation process. This rapidly expands the volume of gas within the
原料と酸素含有ガスの少なくとも一方の供給量を多くする時間(供給時間)は任意に選択できるが、0.5秒間~5.0秒間であることが好ましく、2.0秒間~5.0秒間であることがより好ましい。原料と酸素含有ガスの少なくとも一方の供給量を多くする時間が、0.5秒間以上であると、炉壁に付着した煤状物を除去できる十分な圧力波が発生しやすくなるため、好ましい。原料と酸素含有ガスの少なくとも一方の供給量を多くする時間が、5.0秒間以下であると、気体の体積膨張が必要以上に発生することがなく、安全性に優れる。 The time for increasing the supply amount of at least one of the raw material and the oxygen-containing gas (supply time) can be arbitrarily selected, but is preferably 0.5 seconds to 5.0 seconds, and preferably 2.0 seconds to 5.0 seconds. It is more preferable that It is preferable that the time for increasing the supply amount of at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is 0.5 seconds or more, since this facilitates generation of sufficient pressure waves to remove soot-like substances adhering to the furnace wall. When the time for increasing the supply amount of at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is 5.0 seconds or less, the volumetric expansion of the gas does not occur more than necessary, and safety is excellent.
次に、原料及び酸素含有ガスの少なくとも一方の供給を停止するサブ工程を含む場合の例を説明する。具体的には、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとが、圧力波発生手段の消炎手段および再着火手段として機能する場合の、煤状物除去工程について説明する。
この場合、煤状物除去工程において、原料供給制御手段20aと、酸素含有ガス供給制御手段21aとを制御して、層流燃焼状態の火炎を消炎する消炎工程と、消炎工程後に反応炉11内で原料に着火する再着火工程とを行うことにより、反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて、圧力波を発生させる。Next, an example will be described in which a sub-step of stopping the supply of at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is included. Specifically, the soot-like material removal process will be described in the case where the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a function as extinguishing means and re-ignition means of the pressure wave generation means.
In this case, in the soot removal process, the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a are controlled to extinguish the flame in the laminar combustion state, and after the flame extinguishing process, the inside of the
消炎工程としては、原料及び/又は酸素含有ガスの供給を停止する工程を、例として挙げることができる。再着火の際に、十分な強さを有する圧力波が発生しやすい観点から、消炎工程は、原料の供給のみを停止する工程であることが好ましい。具体的には、原料供給制御手段20a及び/又は酸素含有ガス供給制御手段21aを制御して、原料及び/又は酸素含有ガスの供給を停止することによって、煤状物生成工程において層流拡散燃焼状態の火炎を消炎する(消炎工程)。 An example of the flame-extinguishing process is a process of stopping the supply of raw materials and/or oxygen-containing gas. From the viewpoint that pressure waves with sufficient strength are likely to occur during re-ignition, the flame-extinguishing step is preferably a step in which only the supply of raw materials is stopped. Specifically, by controlling the raw material supply control means 20a and/or the oxygen-containing gas supply control means 21a to stop the supply of the raw material and/or the oxygen-containing gas, laminar diffusion combustion is performed in the soot production process. Extinguish the flame in the state (extinguishing process).
その後、原料供給制御手段20a及び/又は酸素含有ガス供給制御手段21aを制御して、反応炉11内への原料及び/又は酸素含有ガスの供給を再開し、原料を再着火させる(再着火工程)。原料の再着火は、火炎が消えたことによって反応炉11内の温度が低下する前に、実施することが好ましい。反応炉11内が高温である場合、原料及び/又は酸素含有ガスの供給を再開するだけで、原料の最小着火エネルギーを上回れば、再着火ができる。反応炉11内への原料及び/又は酸素含有ガスの供給を再開するだけでは、再着火できなかった場合、着火機構31により原料に再着火させることもできる。原料の再着火に伴って、反応炉11内の気体の体積が瞬間的に膨張し、強い圧力波が発生する。
Thereafter, the raw material supply control means 20a and/or the oxygen-containing gas supply control means 21a are controlled to restart the supply of the raw material and/or the oxygen-containing gas into the
原料及び/又は酸素含有ガスの供給を再開する際の原料および酸素含有ガスの供給量は、煤状物生成工程の層流燃焼状態と同じであってもよく、煤状物生成工程の層流燃焼状態より多くてもよい。例えば、原料の供給量(g/min)は、原料の供給を再開してから数秒間は、煤状物生成工程の層流燃焼状態の供給量(g/min)の1.5~5.0倍とし、その後は、煤状物生成工程の層流燃焼状態と同じ供給量(g/min)にすることができる。 The supply amount of the raw material and oxygen-containing gas when restarting the supply of the raw material and/or oxygen-containing gas may be the same as that in the laminar flow combustion state in the soot production process, and the laminar flow combustion state in the soot production process It may be more than the combustion state. For example, the feed rate (g/min) of the raw material is 1.5 to 5.5% of the feed rate (g/min) in the laminar flow combustion state of the soot production process for a few seconds after restarting the feed material supply. 0 times, and thereafter the same supply rate (g/min) as in the laminar flow combustion state in the soot production step.
消炎工程において、火炎が消炎したことを確認する方法としては、反応炉11内に設置されたカメラを用いる方法など、公知の方法を用いることができる。再着火工程において、再着火したことを確認する方法としては、反応炉11内に設置されたカメラを用いる方法など、公知の方法を用いることができる。
火炎が消炎してから、反応炉11内への原料及び/又は酸素含有ガスの供給を開始するまでの時間は、例えば、1.0~5.0秒とすることができ、火炎が消えたことによって反応炉11内の温度が低下することを抑制するため、短時間であるほど好ましい。In the flame extinguishing process, a known method such as a method using a camera installed in the
The time from when the flame is extinguished until the supply of the raw material and/or oxygen-containing gas to the
上記煤状物除去工程を行うタイミングは、反応炉11の大きさと、原料および酸素含有ガスの供給量とにより適宜決定できる。本実施形態では、煤状物生成工程を20min~60min行う毎に、煤状物除去工程を一回行うことが好ましく、煤状物生成工程を20min~40min行う毎に、煤状物除去工程を一回行うことがより好ましい。この場合、煤状物が反応炉11内に大量に付着することがなく、煤状物の付着によって流路が塞がることを防止できる。煤状物除去工程を行った後は、原料及び/又は酸素含有ガスの供給量をすぐに煤状物生成工程の供給量に戻し、煤状物生成工程を再開する。このようにして、煤状物生成工程と煤状物除去工程を交互に繰り返し行うことにより、フラーレンを効率よく製造できる。
The timing of performing the soot-like substance removal step can be appropriately determined depending on the size of the
本実施形態の煤状物除去工程において発生する圧力波は、気体の体積の迅速な膨張によって瞬間的に発生したものであることが好ましい。圧力波としては、例えば、爆発によって生成する爆風が挙げられる。 It is preferable that the pressure waves generated in the soot removal process of this embodiment are generated instantaneously due to rapid expansion of the gas volume. Examples of pressure waves include blast waves generated by explosions.
本実施形態のフラーレン製造方法における煤状物生成工程および煤状物除去工程において、反応炉11内で生成した煤状物を含む排ガスは、減圧装置18の吸引力によって反応炉11の排出口12から排出され、配管19を介してフラーレン回収機構16に供給される。
配管19から供給された排ガス中に含まれる煤状物は、フラーレン回収機構16の捕集器29に収容されたフィルタ22によって捕集される。In the soot-like material generation step and the soot-like material removal step in the fullerene manufacturing method of the present embodiment, the exhaust gas containing soot produced in the
The soot contained in the exhaust gas supplied from the
フラーレン回収機構16においては、電磁弁25を定期的に開放することにより、タンク24から捕集器29に向けて不活性ガスが噴射される。これにより、捕集器29内に設置されたフィルタ22に付着されて捕集されている煤状物が、フィルタ22から脱落し、捕集器29内の底部に堆積する。捕集器29内の底部に堆積した煤状物は、排出弁26を開放することにより、フラーレン回収機構16から排出され、回収される。
In the
フラーレン回収機構16を通過した、フラーレンが既に回収された排ガスは、配管27を介して冷却機構17に供給される。冷却機構17では、フラーレン回収機構16を通過した排ガスが冷却される。このことにより、排ガス中に含まれる未反応の炭化水素および水蒸気が液化され、冷却機構17の下部側に設けられたドレーン28から排出される。
The exhaust gas that has passed through the
本実施形態のフラーレン製造装置10の運転方法は、煤状物生成工程と煤状物除去工程と、を備える。したがって、煤状物生成工程を行うことによって、反応炉11の炉壁に煤状物が付着しても、煤状物除去工程を行うことにより、反応炉11内の温度を低下させることなく、反応炉11内の温度を、フラーレンを含む煤状物を生成可能な高温状態としたまま、反応炉11内に付着した煤状物15を短時間で簡単に除去できる。よって、本実施形態の運転方法を用いるフラーレン製造方法を用いることで、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できる。
The operating method of the
(第2実施形態)
[フラーレン製造装置]
図3は、本発明の第2実施形態に係るフラーレン製造装置の一例を示す構成図である。図4は、図3に示すフラーレン製造装置40を用いてフラーレンを製造することにより、反応炉11の炉壁に煤状物15が付着した状態を示す。本実施形態のフラーレン製造装置40が、図1に示す第1実施形態のフラーレン製造装置10と異なるところは、バーナー13に、原料供給配管20と、酸素含有ガス供給配管21だけでなく、不活性ガス供給配管32も接続されているところである。
図3に示す本実施形態のフラーレン製造装置40において、図1に示す第1実施形態のフラーレン製造装置10と同じ部材については、同じ符号を付し、説明を省略する。(Second embodiment)
[Fullerene production equipment]
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a fullerene manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a state in which
In the
図3に示すフラーレン製造装置40における不活性ガス供給配管32には、不活性ガスの供給量を制御する不活性ガス供給制御手段32aが設けられている。不活性ガス供給制御手段32aを制御して、不活性ガス供給配管32により、バーナー13を介して不活性ガスを反応炉11内に供給できる。不活性ガス供給制御手段32aの例としては、例えば、市販のマスフローメーターなどを用いることができる。
The inert gas supply piping 32 in the
圧力波発生手段は、バーナー13に不活性ガスを供給することにより、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させる不活性ガス供給手段を有する。図3に示すフラーレン製造装置40においては、不活性ガス供給配管32と、不活性ガス供給制御手段32aと、図3に示さない不活性ガスの供給源(例えば、不活性ガスボンベ)とが、不活性ガス供給手段として機能することができる。圧力波発生手段は、煤状物除去工程において、不活性ガスの供給量(NL/min)を、煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にできるものが好ましい。前記倍率は、必要に応じて、2.0~5.0倍や、1.8~4.0倍や、2.0~3.0倍などであえってもよい。
The pressure wave generating means includes an inert gas supply means that rapidly expands the volume of gas in the
第2実施形態では、不活性ガスを供給する不活性ガス供給配管32がバーナー13に接続された図3に示すフラーレン製造装置40を用いて、バーナー13経由で反応炉11内に不活性ガスを導入する場合を例に挙げて説明する。しかしながら、不活性ガスは、バーナー13を経由せずに、反応炉11内に配置されたバーナー13の吐出部13c近傍に供給してもよい。バーナー13を経由せずに不活性ガスをバーナー13の吐出部13c近傍に供給する方法としては、例えば、バーナー13の吐出部13c近傍に、バーナー13とは別に不活性ガスを供給するバーナーの吐出部を設置する方法が挙げられる。バーナー13の吐出部13c近傍とは、不活性ガスの供給により、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を除去できる圧力波を発生させることができる範囲である。
In the second embodiment, an inert gas is supplied into the
[フラーレン製造装置の運転方法、フラーレン製造方法]
次に、図3に示すフラーレン製造装置40の運転方法、フラーレン製造装置40を用いたフラーレン製造方法について、例を挙げて説明する。
フラーレン製造装置40の運転方法は、煤状物生成工程と、煤状物除去工程とを備える。煤状物生成工程は第1実施形態の煤状物生成工程と同様であるため、説明を省略する。[How to operate fullerene production equipment, fullerene production method]
Next, a method of operating the
The operating method of the
(煤状物除去工程)
煤状物除去工程では、反応炉11内に不活性ガスを供給して反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させる。このことにより、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を除去できる十分な強さを有する圧力波を発生させる。前記反応炉11内の気体とは、原料、酸素含有ガス、不活性ガス、原料の燃焼によって生成する一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等など、反応炉11内に存在しうる、如何なる気体から構成されてもよい、混合気体である。(Soot removal process)
In the soot removal step, an inert gas is supplied into the
煤状物除去工程において発生する圧力波の強さは、反応炉11内に供給する不活性ガスの供給量を制御することにより調整できる。
煤状物除去工程において、反応炉11内に不活性ガスを供給して気体の体積を急速に膨張させる場合、不活性ガスの供給量(NL/min)は、煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量(NL/min)の1.5~5.0倍にすることが好ましく、2.0~5.0倍にすることがより好ましい。前記倍率は、必要に応じて、1.8~4.0倍や、2.0~3.0倍などであってもよい。不活性ガスの供給量が、煤状物生成工程の酸素含有ガスの供給量の1.5倍以上であると、反応炉11内の気体の体積が十分に速い速度で膨張できる。このため、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15(図4参照)を効率よく除去できる十分な強さを有する圧力波が発生する。不活性ガスの供給量が、煤状物生成工程の酸素含有ガスの5.0倍以下であると、反応炉11内の気体の体積が急速に膨張しすぎて、発生する圧力波が強くなりすぎることを抑制できる。煤状物除去工程において、原料の供給量(g/min)と酸素含有ガスの供給量(NL/min)は、煤状物生成工程と同様であることが好ましい。The strength of the pressure waves generated in the soot removal process can be adjusted by controlling the amount of inert gas supplied into the
In the soot removal step, when an inert gas is supplied into the
不活性ガス供給手段によって不活性ガスを供給する時間(供給時間)は任意に選択できるが、0.5秒間~5.0秒間であることが好ましく、2.0秒間~4.0秒間であることがより好ましい。不活性ガスを供給量する時間が、0.5秒間以上であると、炉壁に付着している煤状物15(図4参照)を除去できる十分な強さの圧力波が発生しやすいため、好ましい。不活性ガスの供給時間が5.0秒間以下であると、炉壁に付着している煤状物15を十分除去できると共に、煤状物除去工程が短時間で済み、煤状物生成工程への影響が少ないため、好ましい。
The time for supplying the inert gas by the inert gas supply means (supply time) can be arbitrarily selected, but is preferably 0.5 seconds to 5.0 seconds, and preferably 2.0 seconds to 4.0 seconds. It is more preferable. If the time for supplying the inert gas is 0.5 seconds or more, a pressure wave strong enough to remove the soot 15 (see Figure 4) adhering to the furnace wall is likely to be generated. ,preferable. When the inert gas supply time is 5.0 seconds or less, the
不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち1種のみ用いてもよいし、2種以上併用してもよい。 As the inert gas, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used. As the inert gas, only one type of these may be used, or two or more types may be used in combination.
上記煤状物除去工程を行うタイミングは、反応炉11の大きさと、原料および酸素含有ガスの供給量とにより適宜決定できる。本実施形態では、煤状物生成工程を20min~60min行う毎に、煤状物除去工程を一回行うことが好ましく、煤状物生成工程を20min~40min行う毎に、煤状物除去工程を一回行うことがより好ましい。この場合、煤状物が反応炉11内に大量に付着することがなく、煤状物の付着によって流路を塞がることを防止できる。反応炉11内への不活性ガスの供給(煤状物除去工程)が終了した後の反応炉11内は、原料の不完全燃焼が安定した層流燃焼状態に戻り、煤状物生成工程が開始される。よって、煤状物生成工程と煤状物除去工程とを、容易に交互に繰り返し行うことができ、フラーレンを効率よく製造できる。
The timing of performing the soot-like substance removal step can be appropriately determined depending on the size of the
本実施形態の煤状物除去工程において発生する圧力波は、気体の体積の迅速な膨張によって瞬間的に発生したものであることが好ましい。圧力波としては、例えば、爆発によって生成する爆風が挙げられる。 It is preferable that the pressure waves generated in the soot removal process of this embodiment are generated instantaneously due to rapid expansion of the gas volume. Examples of pressure waves include blast waves generated by explosions.
本実施形態のフラーレン製造装置40の運転方法、この運転方法を用いるフラーレン製造方法においても、第1実施形態と同様に、炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを反応炉11内に供給し、層流燃焼状態で原料を不完全燃焼させる煤状物生成工程と、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15を除去する煤状物除去工程とを備える。したがって、煤状物生成工程を行うことによって、反応炉11内に煤状物15が付着しても、煤状物除去工程を行うことにより、反応炉11内の温度を低下させることなく、反応炉11内の温度を、フラーレンを含む煤状物を生成可能な高温状態としたまま、反応炉11内に付着した煤状物15を短時間で除去できる。
In the operating method of the
以下、本発明を実施例と比較例により具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の内容の理解をより容易にするためのものである。本発明は、これらの実施例のみに制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples and Comparative Examples. Note that the examples shown below are provided to facilitate understanding of the contents of the present invention. The present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
<実施例1>
図1に示すフラーレン製造装置10を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。
反応炉11としては、長さ1000mm、内径60mmの円筒状であり、長さ方向が鉛直方向となるように配置されたアルミナからなるものを用いた。
反応炉11の外側全面に断熱層14として、アルミナからなるものを設けた。
煤状物生成工程における反応炉11内の温度は、1100℃~2000℃の範囲内であった。<Example 1>
Fullerene was manufactured using the
The
A
The temperature inside the
バーナー13の吐出部13cとして、直径50mmの円板状の多孔質のセラミックス焼結体を使用した。このセラミックス焼結体には、直径0.5mm~1.5mmの平面視略円形の吐出口が1cm2当たりに60~80個形成されている。反応炉11の内径D1と吐出部13cの直径D2との比は1.20であった。
反応炉11内の排出口12近傍にカメラを設置し、反応炉11内をカメラで撮影しながら、フラーレンの製造を行った。
原料供給制御手段20aとしては、マスコントローラー(AeraSFC168、日立金属社製)を用い、酸素含有ガス供給制御手段21aとしては、マスフローメーター(マスコントローラーAeraFC-7810CD、日立金属社製)を用いた。As the
A camera was installed near the
As the raw material supply control means 20a, a mass controller (AeraSFC168, manufactured by Hitachi Metals, Ltd.) was used, and as the oxygen-containing gas supply control means 21a, a mass flow meter (mass controller AeraFC-7810CD, manufactured by Hitachi Metals, Ltd.) was used.
(煤状物生成工程)
原料供給配管20により、加熱装置(不図示)により気化された原料としてのトルエンをバーナー13に供給するとともに、酸素含有ガス供給配管21により、酸素含有ガスとしての酸素ガス(純度99.9体積%)をバーナー13へ供給し、着火機構31を用いて着火し、層流燃焼状態で不完全燃焼させ、フラーレンを含む煤状物の生成を開始させた。(Soot-like substance generation process)
The raw
煤状物生成工程においては、蓄圧室13b内における混合ガスの圧力は10kPa、反応炉11内の圧力を5.33kPaであった。反応炉11内に供給するトルエンの供給量を15g/minとし、酸素ガスの供給量を10NL/minとし、バーナー13から反応炉11内に連続してトルエンと酸素ガスとの混合ガスを噴射し、不完全燃焼を30分間継続させた。1分間にバーナー13に供給される原料の炭素原子数と酸素含有ガスの酸素原子数との比は、1.28であった。
In the soot production step, the pressure of the mixed gas in the
(煤状物除去工程)
酸素ガスの供給量を10NL/minのままとし、原料供給制御手段20aのみを制御して、トルエンの供給量を煤状物生成工程の2.0倍(30g/min)とし、バーナー13から反応炉11内に2.0秒間噴射した。その後、酸素ガスの供給量を10NL/minのまま、原料供給制御手段20aを制御して、トルエンの供給量を30g/minから煤状物生成工程のトルエンの供給量の15g/minに戻し、2回目の煤状物生成工程を開始した。(Soot removal process)
The amount of oxygen gas supplied remains at 10 NL/min, only the raw material supply control means 20a is controlled, the amount of toluene supplied is set to 2.0 times that of the soot production step (30 g/min), and the reaction is started from the
同様にして煤状物生成工程と煤状物除去工程とを5回繰り返し行った。その後、原料供給制御手段20aを制御してトルエンの供給を停止するとともに、酸素含有ガス供給制御手段21aを制御して酸素ガスの供給を停止し、製造装置10の運転を停止した。
Similarly, the soot-like material generation step and the soot-like material removal step were repeated five times. Thereafter, the raw material supply control means 20a was controlled to stop the supply of toluene, the oxygen-containing gas supply control means 21a was controlled to stop the supply of oxygen gas, and the operation of the
実施例1では、製造装置10の煤状物生成工程において火炎が消炎されることはなく、連続運転できた。
また、製造装置10の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内には、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりは観測されなかった。In Example 1, the flame was not extinguished in the soot-like production process of the
Further, after the operation of the
また、実施例1において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は459.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、以下に示す方法により求めた。その結果、フラーレンの含有率は3.8質量%であり、フラーレンの含有量は17.40gであった。Further, in Example 1, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined by the method shown below. As a result, the fullerene content was 3.8% by mass, and the fullerene content was 17.40 g.
<フラーレンの含有率の測定>
「JIS Z 8981」に準拠して、回収した煤状物に含まれるフラーレン(C60及びC70)含有率を、以下に示す方法により測定した。
煤状物0.05gに対して、15gの1,2,3,5-テトラメチルベンゼン(TMB)を添加し、15分間超音波処理して懸濁液を得た。得られた懸濁液を孔径0.5μmメンブランフイルターで濾過した。得られた濾液(試料液)を、以下に示す測定条件で高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて分析し、C60及びC70を定量し、その結果を用いて煤状物中に含まれるC60及びC70の含有率[質量%]を算出した。
煤状物に含まれるC60及びC70の含有率を算出する際には、事前に複数の既知濃度のC60及びC70のTMB溶液により作成した検量線を用いた。<Measurement of fullerene content>
In accordance with "JIS Z 8981", the fullerene (C 60 and C 70 ) content contained in the collected soot was measured by the method shown below.
15 g of 1,2,3,5-tetramethylbenzene (TMB) was added to 0.05 g of soot, and subjected to ultrasonication for 15 minutes to obtain a suspension. The resulting suspension was filtered through a membrane filter with a pore size of 0.5 μm. The obtained filtrate (sample liquid) was analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC) under the measurement conditions shown below to quantify C 60 and C 70, and the results were used to determine the amount of C 60 and C 70 contained in the soot. The content rate [mass%] of C 60 and C 70 was calculated.
When calculating the content of C 60 and C 70 contained in the soot, a calibration curve prepared in advance from a plurality of TMB solutions of C 60 and C 70 with known concentrations was used.
HPLCの測定条件は、以下の通りである。
装置:Infinity1260(Agilent製)
試料液の注入量:5μL
溶離液:トルエン(47体積%)/メタノール(53体積%)混合溶媒
溶離液の流速:1ml/分
カラム:YMC-Pack ODS-AM 100*4.6mmID S-3μm,12nm(YMC社製)
測定温度:40℃
検出器:UV 325nm(JIS)The HPLC measurement conditions are as follows.
Device: Infinity1260 (manufactured by Agilent)
Injection volume of sample solution: 5μL
Eluent: Toluene (47% by volume)/methanol (53% by volume) mixed solvent Eluent flow rate: 1ml/min Column: YMC-Pack ODS-AM 100*4.6mm ID S-3μm, 12nm (manufactured by YMC)
Measurement temperature: 40℃
Detector: UV 325nm (JIS)
<実施例2>
実施例1と同じフラーレンの製造装置10を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。
(煤状物生成工程)
実施例1と同様にして、煤状物生成工程を行った。<Example 2>
Using the same
(Soot-like substance generation process)
The soot production step was carried out in the same manner as in Example 1.
(煤状物除去工程)
トルエンの供給量を15g/minのままとし、酸素ガスの供給量を煤状物生成工程の2倍(20NL/min)としたこと以外は、実施例1と同様にして、煤状物除去工程を行った。その後、トルエンの供給量を15g/minのまま、酸素含有ガス供給制御手段21aを制御して、酸素ガスの供給量を20NL/minから煤状物生成工程の酸素ガスの供給量の10NL/minに戻し、2回目の煤状物生成工程を開始した。
同様にして上記の煤状物生成工程と煤状物除去工程とを5回繰り返し行った後、実施例1と同様にして、製造装置10の運転を停止した。(Soot removal process)
The soot removal step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the toluene supply amount was kept at 15 g/min and the oxygen gas supply amount was twice that of the soot production step (20 NL/min). I did it. Thereafter, the oxygen-containing gas supply control means 21a is controlled while the toluene supply rate remains at 15 g/min, and the oxygen gas supply rate is increased from 20 NL/min to 10 NL/min, which is the oxygen gas supply rate for the soot production step. , and the second soot production step was started.
After repeating the above-mentioned soot-like substance generation step and soot-like substance removal process five times in the same manner, the operation of the
実施例2では、製造装置10の煤状物生成工程において火炎が消炎されることはなく、連続運転できた。
また、製造装置10の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内には、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりは観測されなかった。In Example 2, the flame was not extinguished in the soot production process of the
Further, after the operation of the
また、実施例2において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は431.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、実施例1と同様にして求めた。その結果、フラーレンの含有率は3.5質量%であり、フラーレンの含有量は15.08gであった。Further, in Example 2, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the fullerene content was 3.5% by mass, and the fullerene content was 15.08 g.
<実施例3>
実施例1と同じフラーレンの製造装置10を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。
(煤状物生成工程)
実施例1と同様にして、煤状物生成工程を行った。<Example 3>
Using the same
(Soot-like substance generation process)
The soot production step was carried out in the same manner as in Example 1.
(煤状物除去工程)
トルエンの供給量を煤状物生成工程のトルエンの供給量の2倍(30g/min)とし、酸素ガスの供給量を煤状物生成工程の酸素ガスの供給量の2倍(20NL/min)としたこと以外は、実施例1と同様にして、煤状物除去工程を行った。その後、原料供給制御手段20aと酸素含有ガス供給制御手段21aとを制御して、トルエンの供給量を30g/minから煤状物生成工程のトルエンの供給量の15g/minに、酸素ガスの供給量を20NL/minから煤状物生成工程の酸素ガスの10NL/minに戻し、2回目の煤状物生成工程を開始した。
同様にして上記の煤状物生成工程と煤状物除去工程とを5回繰り返し行った後、実施例1と同様にして、製造装置10の運転を停止した。(Soot removal process)
The amount of toluene supplied is twice the amount of toluene supplied in the soot production step (30 g/min), and the amount of oxygen gas supplied is twice the amount of oxygen gas supplied in the soot production step (20 NL/min). The soot-like substance removal step was carried out in the same manner as in Example 1, except that. Thereafter, the raw material supply control means 20a and the oxygen-containing gas supply control means 21a are controlled to supply oxygen gas from 30 g/min to the toluene supply amount of 15 g/min in the soot production step. The amount of oxygen gas was returned from 20 NL/min to 10 NL/min for the soot production step, and the second soot production step was started.
After repeating the above-mentioned soot-like substance generation step and soot-like substance removal process five times in the same manner, the operation of the
実施例3では、製造装置10の煤状物生成工程において火炎が消炎されることはなく、連続運転できた。
また、製造装置10の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内には、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりは観測されなかった。In Example 3, the flame was not extinguished in the soot production process of the
Further, after the operation of the
また、実施例3において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は439.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、実施例1と同様にして求めた。その結果、フラーレンの含有率は3.8質量%であり、フラーレンの含有量は16.68gであった。Further, in Example 3, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the fullerene content was 3.8% by mass, and the fullerene content was 16.68 g.
<実施例4>
実施例1と同じフラーレンの製造装置10を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。
(煤状物生成工程)
実施例1と同様にして、煤状物生成工程を行った。<Example 4>
Using the same
(Soot-like substance generation process)
The soot production step was carried out in the same manner as in Example 1.
(煤状物除去工程)
酸素ガスの供給量を10NL/minのままとし、原料供給制御手段20aのみを制御して、トルエンの供給量を0g/min(トルエンの供給を停止)とし、層流火炎を消炎した。反応炉11内に設置されたカメラを用いて、火炎が消炎したことを確認し、火炎が消炎してから5秒以内に、原料供給制御手段20aを制御して、反応炉11内に供給量15g/minのトルエンの供給を再開した。反応炉11内の温度が高かったため、トルエンが導入された瞬間に、自然に再着火された。(Soot removal process)
The amount of oxygen gas supplied was kept at 10 NL/min, and only the raw material supply control means 20a was controlled to reduce the amount of toluene supplied to 0 g/min (the supply of toluene was stopped) to extinguish the laminar flame. Using a camera installed in the
その後、酸素ガスの供給量を煤状物生成工程の酸素ガスの供給量である10NL/minとし、トルエンの供給量を煤状物生成工程のトルエンの供給量である15g/minとして、トルエンの燃焼を層流燃焼状態に戻し、2回目の煤状物生成工程を開始した。
同様にして上記の煤状物生成工程と煤状物除去工程とを5回繰り返し行った後、実施例1と同様にして、製造装置10の運転を停止した。After that, the supply amount of oxygen gas is set to 10 NL/min, which is the supply amount of oxygen gas in the soot production step, and the supply amount of toluene is set to 15 g/min, which is the supply amount of toluene in the soot production step. Combustion was returned to laminar combustion and a second soot production step was started.
After repeating the above-mentioned soot-like substance generation step and soot-like substance removal process five times in the same manner, the operation of the
実施例4において、製造装置10の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内には、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりは観測されなかった。
In Example 4, after the operation of the
また、実施例4において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は397.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、実施例1と同様にして求めた。その結果、フラーレンの含有率は4.5質量%であり、フラーレンの含有量は17.86gであった。In addition, in Example 4, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the fullerene content was 4.5% by mass, and the fullerene content was 17.86 g.
<実施例5>
図3に示すフラーレンの製造装置40を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。不活性ガス供給制御手段32aとしては、マスフローメーター(マスコントローラーAeraFC-7810CD、日立金属社製)を用いた。
(煤状物生成工程)
実施例1と同様にして、煤状物生成工程を行った。<Example 5>
Fullerene was manufactured using the
(Soot-like substance generation process)
The soot production step was carried out in the same manner as in Example 1.
(煤状物除去工程)
トルエンの供給量を15g/min、酸素ガスの供給量を10NL/minのままにして、不活性ガス供給制御手段32aを制御して、窒素ガスをバーナー13から反応炉11内に2秒間噴射した。窒素ガスの供給量は、煤状物生成工程の酸素ガスの供給量(10NL/min)の5.0倍(50NL/min)であった。
その後、窒素ガスの供給を停止し、トルエンの供給量を15g/min、酸素ガスの供給量を10NL/minのままにして、2回目の煤状物生成工程を開始した。
同様にして上記の煤状物生成工程と煤状物除去工程とを5回繰り返し行った後、実施例1と同様にして、製造装置40の運転を停止した。(Soot removal process)
While keeping the toluene supply rate at 15 g/min and the oxygen gas supply rate at 10 NL/min, the inert gas supply control means 32a was controlled to inject nitrogen gas from the
Thereafter, the supply of nitrogen gas was stopped, and the second soot production step was started while keeping the toluene supply rate at 15 g/min and the oxygen gas supply rate at 10 NL/min.
After repeating the above-mentioned soot-like substance generation step and soot-like substance removal process five times in the same manner, the operation of the
実施例5では、製造装置40の煤状物生成工程において火炎が消炎されることはなく、連続運転できた。
また、製造装置40の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内には、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりは観測されなかった。In Example 5, the flame was not extinguished in the soot production process of the
Further, after the operation of the
また、実施例5において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は386.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、実施例1と同様にして求めた。その結果、フラーレンの含有率は4.7質量%であり、フラーレンの含有量は18.14gであった。In addition, in Example 5, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the fullerene content was 4.7% by mass, and the fullerene content was 18.14 g.
<比較例1>
実施例1と同じフラーレンの製造装置10を用いて、以下に示す運転方法によりフラーレンを製造した。
煤状物除去工程を行わずに、実施例1と同様の煤状物生成工程で、フラーレンの製造を継続的に行った。
その結果、煤状物生成工程を開始してから91分後に逆火防止装置が作動し、製造装置10の運転が停止した。<Comparative example 1>
Using the same
Fullerene was continuously produced in the same soot production step as in Example 1 without performing the soot removal step.
As a result, the flashback prevention device was activated 91 minutes after the start of the soot production process, and the operation of the
比較例1において、製造装置10の運転を停止し、反応炉内11の温度が常温に戻った後、バーナー13を取り外して、反応炉11内の状態を目視にて確認した。その結果、反応炉11内において、炉壁に付着している煤状物による流路の塞がりが観測された。
In Comparative Example 1, after the operation of the
また、比較例1において、捕集器29に捕集された煤状物を回収した。回収された煤状物の質量は127.0gであった。
そして、煤状物中のフラーレンの含有率および含有量を、実施例1と同様にして求めた。その結果、フラーレンの含有率は3.7質量%であり、フラーレンの含有量は4.70gであった。Further, in Comparative Example 1, the soot-like material collected in the
Then, the content rate and amount of fullerene in the soot were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the fullerene content was 3.7% by mass, and the fullerene content was 4.70 g.
実施例1~実施例4および比較例1では、フラーレン製造装置10を用いてフラーレンの製造を実施した。しかしながら、フラーレン製造装置40を用いて、実施例1~実施例4および比較例1のようなフラーレンの製造を実施することもできる。その際には、フラーレン製造装置40の不活性ガス供給制御手段32aであるマスフローメーターを制御し、不活性ガスの供給量をゼロとする。
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, fullerene was produced using the
実施例1~実施例5では、煤状物除去工程を行うことにより、短時間で簡単に反応炉11内に付着している煤状物を除去することができ、煤状物除去工程を行わない比較例1と比べて、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できることが確認できた。
すなわち、実施例1~実施例5では、煤状物除去工程において、反応炉11内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、反応炉11の炉壁に付着している煤状物15が除去されたものと推定される。In Examples 1 to 5, by performing the soot-like material removal step, the soot-like material adhering to the inside of the
That is, in Examples 1 to 5, in the soot removal process, the pressure waves generated by rapidly expanding the volume of gas in the
本発明は、反応炉の炉壁に付着した煤状物を短時間で簡単に除去でき、燃焼法によりフラーレンを効率よく製造できるフラーレン製造装置の運転方法を提供する。 The present invention provides a method for operating a fullerene production apparatus that can easily remove soot-like substances adhering to the walls of a reactor in a short time and that can efficiently produce fullerene by a combustion method.
10、40…フラーレンの製造装置
11…反応炉
12…排出口
13…バーナー
13a…混合室
13b…蓄圧室
13c…吐出部
14…断熱層
15…煤状物
16…フラーレン回収機構
17…冷却機構
18…減圧装置
19、23、27、30…配管
20…原料供給配管
20a…原料供給制御手段
21…酸素含有ガス供給配管
21a…酸素含有ガス供給制御手段
22…フィルタ
24…タンク
25…電磁弁
26…排出弁
28…ドレーン
29…捕集器
31…着火機構
32…不活性ガス供給配管
32a…不活性ガス供給制御手段DESCRIPTION OF
Claims (17)
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成する、煤状物生成工程と、
前記煤状物生成工程の後に前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて圧力波を発生させ、前記発生した圧力波により、前記煤状物生成工程で発生した、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する、煤状物除去工程と、を備え、
前記煤状物除去工程において、前記原料と前記酸素含有ガスの少なくとも一方を前記煤状物生成工程から継続して前記反応炉内に供給し、供給された前記原料と前記酸素含有ガスの少なくとも一方の供給量を、前記煤状物生成工程での供給量よりも多くして、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させる、フラーレン製造装置の運転方法。 A method of operating a fullerene production device equipped with a reactor that produces soot-like material containing fullerene,
A soot-like substance production step of supplying a raw material containing a hydrocarbon and an oxygen-containing gas into the reactor using a burner, and causing incomplete combustion of the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene. and,
After the soot production step, the volume of gas in the reactor is rapidly expanded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave causes the reactor to absorb the gas generated in the soot production step. a soot-like substance removal step of removing the soot-like substance adhering to the wall,
In the soot removal step, at least one of the raw material and the oxygen-containing gas is continuously supplied into the reactor from the soot production step, and at least one of the supplied raw material and the oxygen-containing gas is supplied. A method for operating a fullerene manufacturing apparatus, comprising increasing the amount of gas supplied in the soot production step to rapidly expand the volume of gas in the reactor.
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成する、煤状物生成工程と、
前記煤状物生成工程の後に前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて圧力波を発生させ、前記発生した圧力波により、前記煤状物生成工程で発生した、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する、煤状物除去工程と、を備え、
前記煤状物除去工程において、前記バーナー又は前記反応炉内に配置された前記バーナーの吐出部近傍に不活性ガスを供給して、前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させる、フラーレン製造装置の運転方法。 A method of operating a fullerene production device equipped with a reactor that produces soot-like material containing fullerene,
A soot-like substance production step of supplying a raw material containing a hydrocarbon and an oxygen-containing gas into the reactor using a burner, and causing incomplete combustion of the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene. and,
After the soot production step, the volume of gas in the reactor is rapidly expanded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave causes the reactor to absorb the gas generated in the soot production step. a soot-like substance removal step of removing the soot-like substance adhering to the wall,
In the soot removal step, an inert gas is supplied to the burner or near the discharge part of the burner disposed in the reactor to rapidly expand the volume of gas in the reactor, producing fullerene. How to operate the equipment.
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成する、煤状物生成工程と、
前記煤状物生成工程の後に前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて圧力波を発生させ、前記発生した圧力波により、前記煤状物生成工程で発生した、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する、煤状物除去工程と、を備え、
前記煤状物除去工程が、前記煤状物生成工程で発生した前記層流燃焼状態の火炎を消炎する消炎工程と、
前記消炎工程後に、前記反応炉内で前記原料に着火する再着火工程と、を有する、フラーレン製造装置の運転方法。 A method of operating a fullerene production device equipped with a reactor that produces soot-like material containing fullerene,
A soot-like substance production step of supplying a raw material containing a hydrocarbon and an oxygen-containing gas into the reactor using a burner, and causing incomplete combustion of the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene. and,
After the soot production step, the volume of gas in the reactor is rapidly expanded to generate pressure waves, and the generated pressure waves cause the soot production a soot-like substance removal step of removing the soot-like substance adhering to the wall,
The soot-like material removal step is a flame-extinguishing step of extinguishing the flame in the laminar combustion state generated in the soot-like material generation step;
A method for operating a fullerene manufacturing apparatus, comprising a re-ignition step of igniting the raw material in the reactor after the flame-extinguishing step.
前記再着火工程が、前記反応炉内に前記原料を供給する工程である、請求項8に記載のフラーレン製造装置の運転方法。 The extinguishing step is a step of stopping the supply of the raw material,
The method of operating a fullerene manufacturing apparatus according to claim 8, wherein the re-ignition step is a step of supplying the raw material into the reactor.
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成する、煤状物生成工程と、
前記煤状物生成工程の後に前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて圧力波を発生させ、前記発生した圧力波により、前記煤状物生成工程で発生した、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する、煤状物除去工程と、を備えるフラーレン製造装置の運転方法に用いられるフラーレン製造装置であり、
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとを供給するバーナーを有し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる反応炉と、
前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて、前記反応炉の炉壁に付着している前記煤状物を除去する圧力波を発生させる圧力波発生手段と、を備え、
前記圧力波発生手段は、前記原料の供給量(g/min)を、前記層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させるときの前記原料の供給量(g/min)の1.5~5.0倍にする供給制御手段を有する、フラーレン製造装置。 A method of operating a fullerene production device equipped with a reactor that produces soot-like material containing fullerene,
A soot-like substance production step of supplying a raw material containing a hydrocarbon and an oxygen-containing gas into the reactor using a burner, and causing incomplete combustion of the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene. and,
After the soot production step, the volume of gas in the reactor is rapidly expanded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave causes the reactor to absorb the gas generated in the soot production step. A fullerene production device used in a method for operating a fullerene production device, comprising a soot-like substance removal step of removing the soot-like substance adhering to a wall,
A reactor that has a burner that supplies a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas, and incompletely burns the raw material in a laminar flow combustion state to produce a soot-like substance containing fullerene;
Pressure wave generating means for generating a pressure wave that rapidly expands the volume of gas in the reactor to remove the soot attached to the wall of the reactor,
The pressure wave generating means sets the feed rate (g/min) of the raw material to 1.5 to 5 of the feed rate (g/min) when the raw material is incompletely combusted in the laminar flow combustion state. A fullerene manufacturing device that has a supply control means that increases the amount by .0 times.
前記反応炉内で前記原料に着火する再着火手段と、を有する、請求項10に記載のフラーレン製造装置。 The pressure wave generating means includes extinguishing means for extinguishing the flame in the laminar combustion state;
The fullerene manufacturing apparatus according to claim 10, further comprising a re-ignition means for igniting the raw material in the reactor.
前記再着火手段は、前記反応炉内に前記原料を供給する手段である、請求項13に記載のフラーレン製造装置。 The extinguishing means is a means for stopping the supply of the raw material,
The fullerene manufacturing apparatus according to claim 13, wherein the re-ignition means is means for supplying the raw material into the reactor.
炭化水素を含む原料と酸素含有ガスとをバーナーにより前記反応炉内に供給し、層流燃焼状態で前記原料を不完全燃焼させて、フラーレンを含む煤状物を生成させる煤状物生成工程と、
前記反応炉内の気体の体積を急速に膨張させて発生した圧力波により、前記反応炉の炉壁に付着している前記フラーレンを含む煤状物を除去する煤状物除去工程と、を備える、フラーレン製造方法。 A fullerene production method using the operating method of the fullerene production apparatus according to claim 1 or 2 ,
A soot-like product generation step in which a raw material containing hydrocarbons and an oxygen-containing gas are supplied into the reactor using a burner, and the raw materials are incompletely combusted in a laminar flow combustion state to produce a soot-like product containing fullerene. ,
a soot-like matter removing step of removing soot-like matter containing the fullerene adhering to the wall of the reactor using pressure waves generated by rapidly expanding the volume of gas in the reactor. , fullerene production method.
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