JP2003171106A - Method for manufacturing fullerenes and apparatus for manufacturing fullerenes - Google Patents

Method for manufacturing fullerenes and apparatus for manufacturing fullerenes

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JP2003171106A
JP2003171106A JP2001371920A JP2001371920A JP2003171106A JP 2003171106 A JP2003171106 A JP 2003171106A JP 2001371920 A JP2001371920 A JP 2001371920A JP 2001371920 A JP2001371920 A JP 2001371920A JP 2003171106 A JP2003171106 A JP 2003171106A
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JP
Japan
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fullerenes
combustion gas
gas flow
raw material
hydrocarbon compound
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Application number
JP2001371920A
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Japanese (ja)
Inventor
Mineyuki Arikawa
峯幸 有川
Hiroaki Takehara
弘明 武原
Takaharu Yamamoto
隆晴 山本
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for manufacturing fullerenes suitable for economic mass production. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing fullerenes, the source hydrocarbon compound is combusted and/or pyrolyzed. The method features that, after the temperature of the source hydrocarbon compound is controlled to ≥100°C, the source material is introduced into a high temperature zone where the source hydrocarbon compound is combusted and/or pyrolyzed to produce fullerenes. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、フラーレンの製
造方法、及び製造装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing fullerenes.

【0002】[0002]

【従来の技術】 フラーレン類(以下、単に「フラーレ
ン」ということがある。)は、ダイヤモンド、黒鉛に次
ぐ第三の炭素同素体の総称であり、C60、C70、などに
代表されるように5員環と6員環のネットワークで閉じ
た中空殻状の炭素分子である。フラーレンの存在が最終
的に確認されたのは比較的最近の1990年のことであ
り、比較的新しい炭素材料であるが、その特殊な分子構
造ゆえに特異的な物理的性質を示すことが認められ、例
えば以下のような広範囲な分野に渡り、革新的な用途開
発が急速に展開されつつある。 (1) 超硬材料への応用:フラーレンを前駆体とする
ことで微細結晶粒子をもつ人工ダイヤモンドの精製が可
能なため、付加価値のある耐摩耗材料への利用が期待さ
れている。 (2) 医薬品への応用:C60誘導体、光デバイスを
用いることで抗癌剤、エイズ・骨粗鬆症・アルツハイマ
ー治療薬、造影剤、ステント材料等の用途としての研究
が進められている。 (3) 超伝導材料への応用:フラーレン薄膜に金属カ
リウムをドープすると18Kという高い転移温度を持つ
超伝導材料をつくり出すことができることが発見され、
多方面から注目を集めている。 (4) 半導体製造への応用:レジストにC60を混ぜる
ことでレジスト構造がより一層強化されることを利用
し、次世代半導体製造への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Fullerenes (hereinafter sometimes simply referred to as "fullerene") are a general term for a third carbon allotrope after diamond and graphite, and are represented by C 60 , C 70 , and the like. It is a hollow shell-shaped carbon molecule that is closed by a network of 5- and 6-membered rings. The existence of fullerenes was finally confirmed in 1990, which is a relatively new carbon material, but it was recognized that it has unique physical properties due to its special molecular structure. , Innovative application development is rapidly expanding in a wide range of fields such as the following. (1) Application to ultra-hard materials: Since fullerene is used as a precursor to purify artificial diamond having fine crystal grains, it is expected to be used as a wear-resistant material with added value. (2) Application to pharmaceuticals: Research is progressing as applications such as anti-cancer agents, AIDS / osteoporosis / Alzheimer's therapeutic agents, contrast agents, and stent materials by using C60 derivatives and optical devices. (3) Application to superconducting materials: It was discovered that doping a fullerene thin film with metallic potassium can produce superconducting materials with a high transition temperature of 18K.
It is attracting attention from many fields. (4) Application to semiconductor manufacturing: Utilizing that the resist structure is further strengthened by mixing C 60 with the resist, application to next-generation semiconductor manufacturing is expected.

【0003】各種炭素数のフラーレンの中でもCC60
およびC70は比較的合成が容易であり、それゆえ今後の
需要も爆発的に高まることが予想されている。現在知ら
れているフラーレンの製造方法としては以下に示す方法
が挙げられる。 (1) レーザー蒸着法:希ガス中に置かれた炭素タ
ーゲットに高エネルギー密度のパルスレーザーを照射
し、炭素原子の蒸発により合成する方法。希ガスが流れ
る石英管を電気炉の中に置き、グラファイト試料をその
石英管の中に置く。ガスの流れの上流側からグラファイ
ト試料にレーザーを照射し、蒸発させると電気炉出口付
近の冷えた石英管の内壁にC60やC70などのフラーレン
を含む煤が付着する。ショット当たりの蒸発量がわずか
であり、大量製造には不向き。 (2) 抵抗加熱法:ヘリウムガスで満たされた真空
の容器の中でグラファイト棒を通電加熱し昇華させる方
法。回路での電気抵抗ロスが大きいので大量製造に不向
き。 (3) アーク放電法:数十kPa中のヘリウムガス
中で2本のグラファイト電極を軽く接触させたり、ある
いは1〜2mm程度離した状態でアーク放電を起こし、
陽極の炭素を昇華させる方法。現在工場規模での大量製
造に用いられている。 (4) 高周波誘導加熱法:抵抗加熱やアーク放電を
使う代わりに、高周波誘導により原料グラファイトに渦
電流を流し、これを加熱・蒸発する方法。 (5) 燃焼法:ヘリウム等の不活性ガスと酸素との
混合ガス中でベンゼン等の炭化水素原料を不完全燃焼さ
せる方法。ベンゼン燃料の数%が煤となり、その10%
程度がフラーレンとなる点で製造効率は良くないが、複
製する煤(フラーレン等)を液体燃料等に使用可能なこ
と、製造装置が単純である点で、アーク合成法に対抗す
る大量生産法として注目されている。 (6) ナフタレン熱分解法:ナフタレンを約1000
℃で熱分解させる方法。このように現在までにさまざま
なフラーレンの合成法が提案されているが、いずれの方
法によってもこれまでにフラーレンを安価に大量に製造
する方法は確立されていない。
Among fullerenes having various carbon numbers, CC 60 ,
C 70 and C 70 are relatively easy to synthesize, and therefore, future demand is expected to increase explosively. The currently known methods for producing fullerenes include the following methods. (1) Laser vapor deposition method: A method in which a carbon target placed in a rare gas is irradiated with a pulsed laser of high energy density to synthesize carbon atoms by evaporation. A quartz tube through which a noble gas flows is placed in an electric furnace and a graphite sample is placed in the quartz tube. When the graphite sample is irradiated with a laser from the upstream side of the gas flow to evaporate it, soot containing fullerenes such as C 60 and C 70 adheres to the inner wall of the cooled quartz tube near the outlet of the electric furnace. The amount of evaporation per shot is small, making it unsuitable for mass production. (2) Resistance heating method: A method in which a graphite rod is electrically heated and sublimated in a vacuum vessel filled with helium gas. Large electric resistance loss in the circuit makes it unsuitable for mass production. (3) Arc discharge method: Two graphite electrodes are lightly contacted in helium gas at several tens of kPa, or arc discharge is caused in a state of being separated by about 1 to 2 mm,
A method of sublimating carbon in the anode. Currently used for mass production on a factory scale. (4) High-frequency induction heating method: Instead of using resistance heating or arc discharge, high-frequency induction causes a eddy current to flow in the raw graphite to heat and evaporate it. (5) Combustion method: A method of incompletely burning a hydrocarbon raw material such as benzene in a mixed gas of an inert gas such as helium and oxygen. 10% of benzene fuel becomes soot
The production efficiency is not good in that it becomes fullerene to a certain extent, but it can be used as a soot (fullerene, etc.) to be duplicated for liquid fuels, etc., and the production equipment is simple. Attention has been paid. (6) Naphthalene thermal decomposition method: About 1000 naphthalene
Method of pyrolyzing at ℃. As described above, various methods for synthesizing fullerenes have been proposed so far, but none of the methods has been established so far for inexpensively mass-producing fullerenes.

【0004】これらの方法のうち、最も安価で、効率的
な製造方法の一つと考えられるのは燃焼法である。例え
ば特表平6−507879号公報には、フラーレンを製
造する反応炉内において、炭素含有物を火炎中で燃焼さ
せ凝縮物を収集することによるフラーレンの製造方法が
記載されている。この様な燃焼法に於いて、フラーレン
類は煤状物質等と共に混合物として生成されるので、通
常、この混合物を精製してフラーレン類を製造する。よ
ってこの煤状物質を含む混合物中におけるフラーレン類
の含有量をいかに高めるかが大きな課題となっている。
Of these methods, the combustion method is considered to be one of the cheapest and most efficient manufacturing methods. For example, Japanese Patent Publication No. 6-507879 discloses a method for producing fullerenes by burning a carbon-containing material in a flame and collecting a condensate in a reactor for producing fullerenes. In such a combustion method, fullerenes are produced as a mixture together with soot-like substances, so that the mixture is usually purified to produce fullerenes. Therefore, how to increase the content of fullerenes in a mixture containing this soot-like substance has become a major issue.

【0005】例えば上述した特表平6−507879号
公報には、フラーレン類の収率を向上させるために火炎
温度を上昇させたり、またその手段として外部エネルギ
ー源から火炎にさらにエネルギーを供給する方法等が記
載されている。この際、好ましいエネルギー源として
は、入力流の電気抵抗加熱、マイクロウェーブ加熱、放
電加熱及び向流加熱が挙げられている。
For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 6-507879 mentioned above raises the flame temperature in order to improve the yield of fullerenes, and as a means thereof, further supplies energy to the flame from an external energy source. Etc. are described. In this case, preferable energy sources include electric resistance heating of the input flow, microwave heating, discharge heating and countercurrent heating.

【0006】また一般的にフラーレン類の製造は減圧下
で行われ、反応炉における高温帯域中に希釈剤を導入す
る場合もある。これらの減圧度、希釈剤濃度は上記フラ
ーレンの収率に影響を及ぼすことが知られている。これ
について上述した特表平6−507879号公報には、
燃焼反応のための酸化剤として純酸素が、また希釈剤と
してはアルゴンの使用が記載されている。これは、フラ
ーレン類の収率を上げる効果があると考えられる。
In general, fullerenes are produced under reduced pressure, and a diluent may be introduced into a high temperature zone of a reaction furnace in some cases. It is known that the degree of reduced pressure and the concentration of the diluent affect the yield of the fullerene. In Japanese Patent Publication No. 6-507879, which is described above,
The use of pure oxygen as the oxidant and argon as the diluent for the combustion reaction is described. This is considered to have the effect of increasing the yield of fullerenes.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フラ
ーレン類を効率的に製造するためには原料炭化水素化合
物に熱エネルギーを与え、高温・高真空下、希釈ガス中
という製造条件下で生成を行うことが、重要なポイント
となっている。また一般的に燃焼法におけるフラーレン
の収率は、燃焼火焔温度が高いほど高く、反応炉内の希
釈率が高いほど高くなる。
As described above, in order to efficiently produce fullerenes, heat energy is applied to the raw material hydrocarbon compound and the fullerene is produced under high temperature and high vacuum under the production conditions of diluting gas. Doing is an important point. Further, the yield of fullerene in the combustion method is generally higher as the combustion flame temperature is higher, and higher as the dilution rate in the reaction furnace is higher.

【0008】従来の燃焼法によるフラーレン類の製造方
法では、フラーレンの生成に必要な高い熱エネルギーを
比較的容易に得られる反面、燃焼を行わせると熱と同時
に燃焼排ガスが発生し、これがフラーレン生成域である
高温帯域における、「高真空下、希釈ガス中」という条
件を阻害するという問題があった。また発生した燃焼ガ
スは通常、燃焼ガス流としての流れを形成するので、燃
焼火焔温度を高くする程、フラーレン類の生成領域であ
る高温帯域の気流状態を、より強い乱流へとしてしまう
という問題もあった。これは通常、フラーレン類は層流
で且つ非常に希薄な気流条件下で効率的に生成されるこ
とから、高温帯域に於いては希薄で層流状態雰囲気であ
ることが好ましいとされているからである。
In the conventional method for producing fullerenes by the combustion method, high thermal energy required for producing fullerenes can be obtained relatively easily, but when combustion is performed, combustion exhaust gas is generated at the same time as heat, and this produces fullerenes. There is a problem that the condition of "under high vacuum and in diluent gas" is obstructed in the high temperature zone which is the region. Further, since the generated combustion gas usually forms a flow as a combustion gas flow, the problem that the higher the combustion flame temperature, the stronger the turbulence of the air flow condition in the high temperature region where fullerenes are generated. There was also. This is because it is generally said that fullerenes are efficiently produced in a laminar flow and under an extremely dilute air flow condition, so that it is preferable that the fullerene is a dilute and laminar atmosphere in a high temperature zone. Is.

【0009】本発明は前述した様な事情に鑑みてなされ
たものであり、フラーレンを大量に且つ安価に、そして
容易に製造する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-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a method for producing a fullerene in a large amount at a low cost and easily.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、燃焼方法
によってフラーレンを大量に且つ安価に、そして安定的
に製造できる方法を種々検討した。その結果、フラーレ
ンの原料となる炭化水素化合物の温度を特定温度以上と
し、フラーレンを生成するに必要な熱エネルギーの一部
を反応炉導入前に原料炭化水素化合物に与えておくこと
によって、フラーレン類を生成する高温帯域において安
定的にフラーレンを製造できるとの知見を得た。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have studied various methods for producing fullerene in a large amount at low cost and stably by a combustion method. As a result, the temperature of the hydrocarbon compound that becomes the raw material for fullerene is set to a certain temperature or higher, and a part of the thermal energy required to generate fullerene is given to the raw material hydrocarbon compound before the introduction into the reactor, so that the fullerene It was found that the fullerene can be stably produced in the high temperature range where the silane is produced.

【0011】また更に、原料炭化水素化合物を燃焼及び
/又は熱分解させてフラーレン類を生成する高温帯域の
熱源として、酸素含有ガスと燃料とを燃焼させて燃焼ガ
ス流をそのまま用いずに、この燃焼流の熱エネルギーを
熱交換器を介して利用することで、大量且つ安定にフラ
ーレンを生産出来るとの知見をも得た。これにより、原
料炭化水素の燃焼反応から得る熱エネルギーの割合を小
さくできるだけでなく、燃焼反応により形成される燃焼
ガス流量を抑えることができ、効率的にフラーレン類を
製造することが可能となった。
Further, as a heat source in a high temperature zone for producing a fullerene by burning and / or thermally decomposing a raw material hydrocarbon compound, the oxygen-containing gas and the fuel are burned and the combustion gas stream is not used as it is. It was also found that a large amount of fullerenes can be stably produced by utilizing the thermal energy of the combustion flow via a heat exchanger. As a result, not only the proportion of heat energy obtained from the combustion reaction of the raw material hydrocarbons can be reduced, but also the flow rate of the combustion gas formed by the combustion reaction can be suppressed, and fullerenes can be efficiently produced. .

【0012】つまり本発明の要旨は、原料炭化水素化合
物を燃焼及び/又は熱分解するフラーレン類の製造方法
であって、原料炭化水素化合物温度を100℃以上とし
た後に、原料炭化水素化合物が燃焼及び/又は熱分解に
よりフラーレン類を生成する高温帯域に導入することを
特徴とするフラーレン類の製造方法に存する。また本発
明の今ひとつの要旨は、酸素含有ガスと燃料とを燃焼さ
せて燃焼ガス流を形成する燃焼ガス流形成炉と、燃焼ガ
ス流より熱エネルギーを得る為の熱交換器と、該熱交換
器を熱源として原料炭化水素化合物を燃焼及び/又は熱
分解させてフラーレン類を得る高温帯域を形成する反応
炉とを含むフラーレン類の製造装置に存する。
That is, the gist of the present invention is a method for producing fullerenes by burning and / or thermally decomposing a raw hydrocarbon compound, wherein the raw hydrocarbon compound is burned after the raw hydrocarbon compound temperature is set to 100 ° C. or higher. And / or introducing into a high temperature zone where fullerenes are produced by thermal decomposition. Another aspect of the present invention is to provide a combustion gas flow forming furnace for combusting an oxygen-containing gas and a fuel to form a combustion gas flow, a heat exchanger for obtaining heat energy from the combustion gas flow, and the heat exchange. And a reactor for forming a high temperature zone for obtaining fullerenes by burning and / or thermally decomposing a raw material hydrocarbon compound using a reactor as a heat source.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の製造方法及び製
造装置について、図面を用いて具体的に説明する。図1
は本発明に係るフラーレン類製造装置の一例の全体概略
断面図である。ただし、本発明は図1に限定されるもの
ではない。まず、本発明の製造装置について説明する。
図1に示した本発明のフラーレン類製造装置の一例は、
酸素含有ガスと燃料とを用いて燃焼させて、燃焼ガス流
を形成させる第1反応帯域(1)を含む反応炉と、原料
炭化水素化合物を燃焼及び/又は熱分解してフラーレン
類を製造する第2反応帯域(2)を含む反応炉とからな
る。第1反応帯域(1)と第2反応帯域(2)は、各々
独立した反応炉として構成されており、第1反応帯域
(1)にて形成された燃焼ガス流は、直接第2反応帯域
(2)に流入しない構造となっている。これら二つの帯
域を含む各々の反応炉は、第1反応帯域(1)で形成さ
れた燃料ガス流の熱エネルギーを取り出すための熱交換
器(3)を介して、第2反応帯域へ熱エネルギーが伝わ
る構造となっている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Figure 1
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of an example of a fullerene manufacturing apparatus according to the present invention. However, the present invention is not limited to FIG. First, the manufacturing apparatus of the present invention will be described.
An example of the fullerene production apparatus of the present invention shown in FIG.
A reaction furnace including a first reaction zone (1) for combusting an oxygen-containing gas and a fuel to form a combustion gas stream, and a raw hydrocarbon compound are combusted and / or thermally decomposed to produce fullerenes. And a reaction furnace including a second reaction zone (2). The first reaction zone (1) and the second reaction zone (2) are configured as independent reactors, respectively, and the combustion gas flow formed in the first reaction zone (1) directly flows into the second reaction zone. It has a structure that does not flow into (2). Each of the reactors including these two zones receives heat energy into the second reaction zone via a heat exchanger (3) for extracting heat energy of the fuel gas stream formed in the first reaction zone (1). It has a structure that conveys.

【0014】尚、図示してはいないが、第一反応帯域
(1)にて形成された燃焼ガス流の一部を、第2反応帯
域(2)における熱源の一部として導入してもよい。第
1反応帯域(1)においては、一般に、燃料供給口
(4)から燃料を、酸素含有ガス供給口(5)から酸素
含有ガスを供給し、これらを燃焼させることで高温の燃
焼ガス流を反応炉の下流に向かって形成させる。第1反
応帯域(1)の目的は高温の燃焼ガスを得ることであ
り、燃焼の方法は公知のいかなる方法であってもよい。
Although not shown, part of the combustion gas flow formed in the first reaction zone (1) may be introduced as part of the heat source in the second reaction zone (2). . In the first reaction zone (1), generally, the fuel is supplied from the fuel supply port (4) and the oxygen-containing gas is supplied from the oxygen-containing gas supply port (5), and these are combusted to generate a high-temperature combustion gas flow. Formed downstream of the reactor. The purpose of the first reaction zone (1) is to obtain a high temperature combustion gas, and the combustion method may be any known method.

【0015】第1反応帯域(1)の下流には熱交換器
(3)が設置されており、第2反応帯域(2)に流入す
る原料炭化水素および酸素含有ガスを予熱する構造とな
っている。第2反応帯域(2)の上流には、原料炭化水
素供給口(6)および酸素含有ガス供給口(7)が設け
られており、原料炭化水素供給口(6)からフラーレン
の原料炭化水素化合物を、酸素含有ガス供給口(7)か
ら酸素含有ガスを炉内に供給する。
A heat exchanger (3) is installed downstream of the first reaction zone (1) and has a structure for preheating the raw material hydrocarbon and the oxygen-containing gas flowing into the second reaction zone (2). There is. A raw material hydrocarbon supply port (6) and an oxygen-containing gas supply port (7) are provided upstream of the second reaction zone (2), and the raw material hydrocarbon compound of fullerene is supplied from the raw material hydrocarbon supply port (6). Is supplied into the furnace from the oxygen-containing gas supply port (7).

【0016】これらの原料炭化水素化合物や酸素含有ガ
スは、熱交換器(3)により第2反応帯域に供給される
前に予熱される。この予熱温度は高いほど、第2反応帯
域(2)においてこの原料炭化水素化合物を燃焼及び/
又は熱分解によってフラーレンを生成させる祭に要する
熱エネルギーを低くすることが出来る。つまり、原料炭
化水素化合物を燃焼させて熱エネルギーを確保する割合
が下がるので、原料炭化水素化合物の燃焼の割合を少な
くし、フラーレンの生成を効率的に行うことが出来る。
予熱可能な温度は、熱交換器(3)の材質等により異な
り、一般的なステンレス系の鋼材の場合では400℃程
度である。ハステロイ鋼などの一般的に良く知られた耐
熱性ステンレス鋼を用いると500℃〜600℃程度ま
で高めることができる。更に、セラミック等を用いる事
で600℃以上まで予熱できる。
These starting hydrocarbon compounds and oxygen-containing gas are preheated by the heat exchanger (3) before being supplied to the second reaction zone. The higher this preheating temperature is, the higher the preheating temperature is, the more the combustion and / or combustion of the raw hydrocarbon compound in the second reaction zone (2).
Alternatively, it is possible to reduce the thermal energy required for the process of producing fullerenes by thermal decomposition. That is, the rate of securing the thermal energy by burning the raw material hydrocarbon compound is lowered, so that the rate of combustion of the raw material hydrocarbon compound can be reduced and the fullerene can be efficiently produced.
The temperature at which preheating is possible differs depending on the material of the heat exchanger (3) and the like, and is about 400 ° C. in the case of a general stainless steel material. If a generally well-known heat-resistant stainless steel such as Hastelloy steel is used, the temperature can be increased to about 500 ° C to 600 ° C. Furthermore, it is possible to preheat to 600 ° C. or higher by using ceramics or the like.

【0017】第2反応帯域(2)は略密閉構造となって
おり、同帯域の圧力を大気圧未満とすることが出来る。
第2反応帯域(2)にて製造された、フラーレンを含む
煤状物質は、第2反応帯域(2)の更に下流にある分離
・精製装置(図示せず)に向かい、ここでフラーレン類
とその他の煤状物質へ分離され、フラーレン類を製造す
る。この際の分離・精製装置は従来公知の任意のものを
用いることが出来る。例えば溶剤抽出によって分離・精
製する装置や、クロマト分離装置を用いる他、昇華精製
装置、つまりフラーレン類を気体状態で存在させるだけ
の高温雰囲気のまま、煤状物質をフィルターを有する分
離・精製装置を通過させてフラーレン類のみフィルター
を通過させて分離・精製する装置、などが挙げられる。
また、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。
The second reaction zone (2) has a substantially closed structure, and the pressure in the second zone can be kept below atmospheric pressure.
The soot-containing substance containing fullerenes produced in the second reaction zone (2) goes to a separation / purification device (not shown) located further downstream of the second reaction zone (2), where fullerene and Separated into other soot-like substances to produce fullerenes. As the separation / purification device at this time, any conventionally known device can be used. For example, in addition to using a device that separates and purifies by solvent extraction or a chromatographic separation device, a sublimation purification device, that is, a separation and purification device that has a filter for soot-like substances in a high-temperature atmosphere that allows fullerenes to exist in a gaseous state An apparatus for separating and purifying only the fullerenes by passing them through a filter can be used.
In addition, these may be appropriately combined and used.

【0018】次に、本発明の製造方法について説明す
る。本発明のフラーレン類の製造方法は、フラーレン類
の原料炭化水素化合物を燃焼及び/又は熱分解するフラ
ーレン類の製造方法であって、原料炭化水素化合物温度
を100℃以上に予熱した後に、原料炭化水素化合物が
燃焼及び/又は熱分解によりフラーレン類を生成する高
温帯域に導入することを特徴とする。原料炭化水素化合
物の予熱温度は100℃以上であれば高い程よいが、高
すぎると予熱の時点でフラーレン類を生成し、安定した
製造が困難となる場合があるので、一般的には500℃
以下、中でも400℃以下とするのが好ましい。原料炭
化水素化合物としては従来公知の任意のものを使用する
ことが出来る。具体的には例えば、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族系
炭化水素、クレオソート油、カルボン酸油などの石炭系
炭化水素、エチレンヘビーエンドオイル、FCCオイル
(流動接触分解残渣油)等の石油系重質油、アセチレン
系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペンタンやヘ
キサン等の脂肪族飽和炭化水素などが挙げられ、これら
を単独または任意の割合で混合して使用してもよい。
Next, the manufacturing method of the present invention will be described. The method for producing fullerenes of the present invention is a method for producing fullerenes in which raw material hydrocarbon compounds of fullerenes are burned and / or pyrolyzed, and the raw material hydrocarbon compounds are preheated to 100 ° C. or higher and then the raw material carbonization is performed. It is characterized in that the hydrogen compound is introduced into a high temperature zone where fullerenes are produced by combustion and / or thermal decomposition. The higher the preheating temperature of the raw material hydrocarbon compound, the better if it is 100 ° C. or higher.
The temperature below 400 ° C. is particularly preferable. As the raw material hydrocarbon compound, any conventionally known compound can be used. Specifically, for example, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene, and anthracene, coal-based hydrocarbons such as creosote oil, carboxylic acid oil, ethylene heavy-end oil, FCC oil (fluid catalytic cracking residual oil ) Etc., petroleum heavy oils, acetylene unsaturated hydrocarbons, ethylene hydrocarbons, saturated aliphatic hydrocarbons such as pentane and hexane, etc. Good.

【0019】フラーレン類を生成する高温帯域は通常、
図1にある第2反応帯域(2)に形成される。この高温
帯域の熱源としては、安定且つ安価に供給できる理由か
ら、酸素含有ガスと燃料とを燃焼させて得られる燃焼ガ
ス流であることが好ましい。なかでもこの燃焼ガス流の
熱エネルギーを用いた熱交換器を熱源とすることで、フ
ラーレンを生成する高温帯域中を希薄な条件とすること
が出来るので好ましく、特にこの高温帯域に実質的に燃
焼ガス流を導入しないことが好ましい。
The high temperature zone for producing fullerenes is usually
It is formed in the second reaction zone (2) in FIG. The heat source in this high temperature zone is preferably a combustion gas flow obtained by burning an oxygen-containing gas and a fuel, because it can be stably and inexpensively supplied. Among them, it is preferable to use a heat exchanger that uses the heat energy of this combustion gas flow as a heat source, because it is possible to make the high-temperature zone in which fullerenes are produced leaner, especially in this high-temperature zone. It is preferred not to introduce a gas stream.

【0020】燃焼ガス流の形成に用いる燃料としては、
水素、一酸化炭素、天然ガス、石油ガス等の燃料ガス、
重油などの石油系液体燃料、クレオソート油などの石炭
系液体燃料等、従来公知のものを使用することが出来
る。酸素含有ガスとしては空気、酸素ガスまたはこれら
に窒素ガス等の不燃性ガスを任意の割合で混合したガス
を使用することが出来る。中でも、入手のし易さ等の理
由から、空気を用いることが好ましい。また特に、燃焼
ガス流の温度を上げるため、空気に酸素を富化した酸素
富化空気を使用してもよい。また、高温燃焼におけるN
Oxの発生を抑えるために、純酸素を使用してもよい。
The fuel used to form the combustion gas stream is
Fuel gas such as hydrogen, carbon monoxide, natural gas, petroleum gas,
Conventionally known fuels such as petroleum-based liquid fuels such as heavy oil and coal-based liquid fuels such as creosote oil can be used. As the oxygen-containing gas, it is possible to use air, oxygen gas, or a gas in which an incombustible gas such as nitrogen gas is mixed at an arbitrary ratio. Above all, it is preferable to use air for reasons such as easy availability. Also, in particular, oxygen-enriched air enriched with oxygen may be used to raise the temperature of the combustion gas stream. In addition, N in high temperature combustion
Pure oxygen may be used to suppress the generation of Ox.

【0021】本発明においては、フラーレン類を生成す
る高温帯域の圧力を大気圧未満とすることで、効率的且
つ安定的にフラーレン類を生成することができるので好
ましい。具体的には1〜500Torr、中でも10〜
300Torrであることが好ましい。また高温帯域の
温度は少なくとも1400℃以上、好ましくは1800
℃以上、更には2000℃以上とするのが好ましい。
In the present invention, it is preferable to set the pressure in the high temperature zone for producing fullerenes to less than atmospheric pressure, because fullerenes can be produced efficiently and stably. Specifically, 1 to 500 Torr, especially 10
It is preferably 300 Torr. The temperature in the high temperature zone is at least 1400 ° C. or higher, preferably 1800
It is preferable that the temperature is not less than 0 ° C, more preferably not less than 2000 ° C.

【0022】更に本発明においては、フラーレンの生成
する高温帯域を形成する第2反応帯域(2)に酸素含有
ガスを供給してもよい。これは、原料炭化水素化合物を
予熱しただけでは不足している、フラーレン生成に必要
な熱エネルギーを原料自らの燃焼熱によって得るためで
ある。酸素含有ガスとしては純酸素ガス、空気、これら
に窒素ガス等の不燃性ガスを任意の割合で混合したガス
を使用することが出来るが、フラーレンの収率という観
点からは純酸素ガスが好ましい。またフラーレンの収率
を上げるためには、原料および酸素含有ガスを希ガス等
を用いて希釈する事が好ましい。燃料の希釈剤濃度は、
実質的に0〜40モル%の範囲であり、また酸素含有ガ
スの希釈剤濃度は0〜90%モルの範囲で任意に調整で
きる。
Further, in the present invention, the oxygen-containing gas may be supplied to the second reaction zone (2) forming the high temperature zone where fullerenes are produced. This is because the heat energy required for producing fullerenes, which is insufficient only by preheating the raw material hydrocarbon compound, is obtained by the combustion heat of the raw material itself. As the oxygen-containing gas, pure oxygen gas, air, or a gas in which an incombustible gas such as nitrogen gas is mixed at an arbitrary ratio can be used, but pure oxygen gas is preferable from the viewpoint of fullerene yield. Further, in order to increase the yield of fullerene, it is preferable to dilute the raw material and the oxygen-containing gas with a rare gas or the like. The fuel diluent concentration is
It is substantially in the range of 0 to 40 mol%, and the diluent concentration of the oxygen-containing gas can be arbitrarily adjusted in the range of 0 to 90% mol.

【0023】また本発明は、任意のフラーレン類の製造
に適しているが、中でもC60及び/又はC70であるフラ
ーレン類の製造に、特に有用である。
The present invention is suitable for producing any fullerenes, but is particularly useful for producing C 60 and / or C 70 fullerenes.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によって、フラーレンを大量に且
つ安価に、そして容易に製造する方法を提供することが
できる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for producing fullerenes in large quantities at low cost and easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、本発明のフラーレン類製造装置の一
例の全体概略断面図である。
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of an example of a fullerene production apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:第1反応帯域 2:第2反応帯域 3:熱交換器 4:燃料供給口 5:酸素含有ガス供給口 6:原料炭化水素供給口 7:酸素含有ガス供給口 1: First reaction zone 2: Second reaction zone 3: Heat exchanger 4: Fuel supply port 5: Oxygen-containing gas supply port 6: Feedstock hydrocarbon feed port 7: Oxygen-containing gas supply port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 隆晴 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱化学株 式会社内 Fターム(参考) 4G046 CA02 CB02 CC02 CC03 CC09   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takaharu Yamamoto             1-1 Kurosaki Shiroishi, Hachiman Nishi Ward, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture               Mitsubishi Chemical Co., Ltd. F-term (reference) 4G046 CA02 CB02 CC02 CC03 CC09

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料炭化水素化合物を燃焼及び/又は熱
分解するフラーレン類の製造方法であって、原料炭化水
素化合物温度を100℃以上とした後に、原料炭化水素
化合物が燃焼及び/又は熱分解によりフラーレン類を生
成する高温帯域に導入することを特徴とするフラーレン
類の製造方法。
1. A method for producing fullerenes by burning and / or thermally decomposing a raw material hydrocarbon compound, wherein the raw material hydrocarbon compound is combusted and / or thermally decomposed after the temperature of the raw material hydrocarbon compound is 100 ° C. or higher. A method for producing fullerenes, which comprises introducing the fullerene into a high temperature zone where the fullerene is produced.
【請求項2】 高温帯域の熱源が、酸素含有ガスと燃料
とを燃焼させて得られる燃焼ガス流であることを特徴と
する請求項1に記載の製造方法。
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the heat source in the high temperature zone is a combustion gas flow obtained by burning an oxygen-containing gas and a fuel.
【請求項3】 高温帯域の熱源が、燃焼ガス流の熱エネ
ルギーを用いた熱交換器であることを特徴とする請求項
2に記載の製造方法。
3. The manufacturing method according to claim 2, wherein the heat source in the high temperature zone is a heat exchanger using the heat energy of the combustion gas flow.
【請求項4】 高温帯域に、実質的に燃焼ガス流を導入
しないことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein substantially no combustion gas flow is introduced into the high temperature zone.
【請求項5】 高温帯域の圧力が大気圧未満であること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方
法。
5. The manufacturing method according to claim 1, wherein the pressure in the high temperature zone is less than atmospheric pressure.
【請求項6】 フラーレン類がC60及び/又はC70であ
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の
製造方法。
6. The manufacturing method according to claim 1, wherein the fullerenes are C 60 and / or C 70 .
【請求項7】 酸素含有ガスと燃料とを燃焼させて燃焼
ガス流を形成する燃焼ガス流形成炉と、燃焼ガス流より
熱エネルギーを得る為の熱交換器と、該熱交換器を熱源
として原料炭化水素化合物を燃焼及び/又は熱分解させ
てフラーレン類を得る高温帯域を形成する反応炉とを含
むフラーレン類の製造装置。
7. A combustion gas flow forming furnace for combusting an oxygen-containing gas and a fuel to form a combustion gas flow, a heat exchanger for obtaining heat energy from the combustion gas flow, and the heat exchanger as a heat source. An apparatus for producing fullerenes, comprising a reactor for forming a high-temperature zone in which a raw material hydrocarbon compound is burned and / or thermally decomposed to obtain fullerenes.
【請求項8】 燃焼ガス流形成炉と、フラーレン類を得
る反応炉とがそれぞれ独立した炉であることを特徴とす
る請求項7に記載の製造装置。
8. The production apparatus according to claim 7, wherein the combustion gas flow forming furnace and the reaction furnace for obtaining fullerenes are independent furnaces.
【請求項9】 更に、原料炭化水素化合物を反応炉へ導
入する前に加熱するための加熱装置を有することを特徴
とする7又は8に記載の製造装置。
9. The production apparatus according to claim 7 or 8, further comprising a heating device for heating the raw material hydrocarbon compound before introducing it into the reaction furnace.
【請求項10】 加熱装置の熱源が、燃焼ガス流より熱
エネルギーを得る為の熱交換器であることを特徴とする
請求項7乃至9のいずれかに記載の製造装置。
10. The manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the heat source of the heating device is a heat exchanger for obtaining heat energy from the combustion gas flow.
【請求項11】 反応炉が、炉内圧力が大気圧未満とな
るような略密閉構造であることを特徴とする請求項7乃
至10のいずれかに記載の製造装置。
11. The manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the reaction furnace has a substantially closed structure such that the pressure inside the furnace is less than atmospheric pressure.
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