JP2003221216A - Method and apparatus for manufacturing fullerenes - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing fullerenes

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JP2003221216A
JP2003221216A JP2002294824A JP2002294824A JP2003221216A JP 2003221216 A JP2003221216 A JP 2003221216A JP 2002294824 A JP2002294824 A JP 2002294824A JP 2002294824 A JP2002294824 A JP 2002294824A JP 2003221216 A JP2003221216 A JP 2003221216A
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reaction zone
oxygen
gas
fullerenes
burner
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Application number
JP2002294824A
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Inventor
Hiroaki Takehara
弘明 武原
Takaharu Yamamoto
隆晴 山本
Masaji Katsuki
正司 香月
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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 economically on a large scale in a mass production. <P>SOLUTION: In an apparatus 10 for manufacturing fullerenes which apparatus has the first reaction zone 13 that forms a high temperature combustion gas flow by supplying an oxygen-containing gas and a fuel gas via the first burner 12 into a reaction furnace 11 and burning them, and the second reaction zone 16 that is situated in the downstream side of the first reaction zone 13, has discharge spouts 15 of the second burner 14 for supplying the raw material hydrocarbons into the combustion gas flow and produces fullerenes by reacting the raw material hydrocarbons supplied in a gasified state in the combustion gas flow, the apparatus is characterized in that the discharge spouts 15 of the second burner 14 are formed in the upstream side of the second reaction zone 16 in great numbers and with clearances therebetween and dispersively discharge the raw material hydrocarbons into the combustion gas flow. <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、フラーレン類の製
造方法及びその装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing fullerenes and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】フラーレン類(以下、単にフラーレンと
いうこともある)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等に代表されるよ
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 fullerenes) are a general term for a third carbon allotrope after diamond and graphite, and have a five-membered ring as represented by C 60 and C 70. It is a hollow shell-shaped carbon molecule closed by a network of 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. For example, innovative application development is rapidly expanding in a wide range of fields such as the following. (1) Application to ultra-hard material: Since fullerene is used as a precursor to purify artificial diamond having fine crystal particles, it is expected to be used as a wear-resistant material with added value. (2) Application to pharmaceuticals: The use of C 60 derivatives and optical devices for anticancer agents, therapeutic agents for AIDS, osteoporosis and Alzheimer's drugs, contrast agents, stent materials, etc. is being studied. (3) Application to superconducting materials: It has been discovered that doping a fullerene thin film with metallic potassium can produce a superconducting material having a high transition temperature of 18K, and is attracting attention from various 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C60及び
70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
する方法である。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。レ
ーザーのショット当たりの蒸発量がわずかであり、大量
製造には不向きである。 (2)抵抗加熱法 ヘリウムガスで満たされた減圧下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である。回路での電
気抵抗ロスが大きいので大量製造に不向きである。
Among the fullerenes having various carbon numbers, C 60 and C 70 are relatively easy to synthesize, and therefore, it is expected that future demand will increase explosively. The currently known methods for producing fullerenes include the following methods. (1) Laser vapor deposition method This is a method in which a carbon target placed in a rare gas is irradiated with a pulsed laser having a high energy density, and carbon atoms are vaporized to synthesize the carbon target. 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. Since the amount of evaporation per shot of the laser is small, it is not suitable for mass production. (2) Resistance heating method This is a method in which a graphite rod is electrically heated and sublimated in a container under reduced pressure filled with helium gas. Since the electric resistance loss in the circuit is large, it is not suitable for mass production.

【0004】(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
法である。現在工場規模でのフラーレンの大量製造に用
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、原料グラファイトを
加熱して蒸発させる方法である。 (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である。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よくないが、副製する煤(フ
ラーレン等)を液体燃料等に使用可能な点、製造装置が
単純である点で、アーク放電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である。
(3) Arc discharge method A method of sublimating carbon of the anode by lightly contacting two graphite electrodes in helium gas of several tens of kPa or by causing arc discharge in a state of being separated by about 1 to 2 mm. Is. It is currently used for mass production of fullerenes on a factory scale. (4) High-frequency induction heating method Instead of using resistance heating or arc discharge, this is a method in which a high-frequency induction causes an eddy current to flow in the raw graphite to evaporate the raw graphite by heating. (5) Combustion method This is a method of incompletely combusting a hydrocarbon raw material such as benzene in a mixed gas of an inert gas such as helium and oxygen. The production efficiency is low because a few percent of benzene fuel becomes soot, and about 10% of it becomes fullerenes, but the soot produced as a by-product (fullerene etc.) can be used as liquid fuel etc., and the production equipment is simple. In this respect, it is attracting attention as a mass production method that is opposed to the arc discharge method. (6) Naphthalene Thermal Decomposition Method This is a method in which naphthalene is thermally decomposed at about 1000 ° C.

【0005】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。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
り、例えば、特許文献1には、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。この方法は、炭素含有物を火炎中
で燃焼させることによりフラーレンを製造する方法であ
り、実質的に燃焼のための燃料とフラーレンの原料は同
一の炭素含有物である。フラーレンは煤状物質中に含ま
れて生成されるが、この煤状物質の一部はいわゆるカー
ボンブラックである。
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 producing large quantities of fullerenes. The cheapest of these methods,
A combustion method is considered to be one of the efficient manufacturing methods. For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing fullerenes by burning a carbon-containing material in a flame and collecting a condensate. . This method is a method of producing fullerenes by burning a carbon-containing material in a flame, and the fuel for combustion and the raw material of the fullerene are substantially the same carbon-containing material. Fullerene is produced by being contained in soot-like substance, and a part of this soot-like substance is so-called carbon black.

【0006】カーボンブラックの製造方法としては、フ
ァーネス法、チャンネル法、サーマル法、アセチレン法
などが知られており、工業的に一般的な製造方法として
はファーネス法が挙げられる。この方法は、例えば円筒
状のカーボンブラック製造装置(反応炉)を使用し、当
該反応炉の第1反応帯域に炉軸に対して水平方向又は垂
直方向に空気などの酸素含有ガスと燃料を供給し且つ燃
焼させ、得られた燃焼ガス流を炉軸方向の下流に設置さ
れ縮小した断面積を持つ第2反応帯域に移動させ、当該
ガス流中に原料炭化水素(原料油)を供給し反応させて
カーボンブラックを生成させ、更に、その下流にある第
3反応帯域でガス流に冷却水の噴霧などでガスを急冷し
て反応を停止させる方法である。
The furnace method, the channel method, the thermal method, the acetylene method and the like are known as methods for producing carbon black, and the furnace method is mentioned as an industrially general method. This method uses, for example, a cylindrical carbon black production apparatus (reaction furnace), and supplies an oxygen-containing gas such as air and fuel to the first reaction zone of the reaction furnace in a horizontal direction or a vertical direction with respect to the furnace axis. And burned, and the resulting combustion gas flow is moved to the second reaction zone which is installed downstream in the axial direction of the furnace and has a reduced cross-sectional area, and feed hydrocarbon (feed oil) is fed into the gas flow to react. In this way, carbon black is produced, and then the reaction is stopped by rapidly cooling the gas by spraying cooling water to the gas flow in the third reaction zone downstream thereof.

【0007】[0007]

【特許文献1】特表平6−507879号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 6-507879

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
通常のカーボンブラックの製造方法では、フラーレンは
ほとんど生成しない。フラーレンの製造においては、得
られる煤状物質中に含まれるフラーレンの割合をいかに
高めるかが大きな課題となっている。一般的に、フラー
レンの製造は、減圧下で行われ、反応領域中に希釈剤を
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。
However, the above-mentioned ordinary method for producing carbon black hardly produces fullerenes. In the production of fullerenes, how to increase the proportion of fullerenes contained in the soot-like substance obtained is a major issue. Generally, fullerene is produced under reduced pressure, and a diluent may be introduced into the reaction zone in some cases. It is known that the degree of reduced pressure and the concentration of the diluent affect the yield of the fullerene.

【0009】上記、特許文献1にはフラーレンの収率を
向上させるために、火炎温度を上昇させること、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が述べられている。好ましいエネル
ギー源としては、火炎を直接加熱する電気抵抗加熱、マ
イクロウェーブ加熱、放電加熱、及び高温ガスとの熱交
換で火炎を加熱する向流加熱が挙げられている。
The above-mentioned Patent Document 1 describes a method of increasing the flame temperature in order to improve the yield of fullerene, and a method of supplying further energy to the flame from an external energy source as a means thereof. Preferred energy sources include electrical resistance heating, which directly heats the flame, microwave heating, discharge heating, and countercurrent heating, which heats the flame by heat exchange with hot gases.

【0010】上記、特許文献1では、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が
用いられている。これは、フラーレンの収率を上げる効
果があると考えられる。しかしながら、純酸素は専用の
ボンベもしくは供給設備等を要し、特に、工業規模でフ
ラーレンを製造しようとする場合には、燃焼のために必
要とする酸素の量も大量になり、特別な酸素供給設備が
必要で、結果としてフラーレンの製造コストも高価とな
る。
In the above-mentioned Patent Document 1, pure oxygen is used as the oxidant for the combustion reaction, and argon is used as the diluent. This is considered to have the effect of increasing the yield of fullerene. However, pure oxygen requires a dedicated cylinder or supply facility, and especially when producing fullerenes on an industrial scale, the amount of oxygen required for combustion also becomes large and a special oxygen supply is required. Equipment is required, and as a result, fullerenes are expensive to produce.

【0011】そこで、燃焼法において製造コストを低減
するために、燃焼の酸化剤として空気を用いることは容
易に類推できるが、純酸素に比べて酸素濃度が低いため
に火炎が安定しないことや窒素の割合が多いため燃焼温
度が低くなること、特に減圧下での操作時に体積が増え
ノズルを通過する速度が速くなる等の理由により実用化
には至っていない。フラーレンは次世代を担う新材料、
新素材として多方面から注目されており、フラーレンを
大量に且つ安価に、そして容易に製造する技術の開発が
望まれている。
Therefore, in order to reduce the manufacturing cost in the combustion method, it can be easily analogized to use air as an oxidant for combustion, but the flame is not stable and the nitrogen is not stable because the oxygen concentration is lower than that of pure oxygen. Has not been put to practical use because the combustion temperature becomes low due to the large proportion of the above, and the volume increases and the speed at which the particles pass through the nozzle increases especially during operation under reduced pressure. Fullerene is a new material for the next generation,
As a new material, it has been drawing attention from various fields, and it is desired to develop a technique for manufacturing fullerenes in large quantities at low cost and easily.

【0012】本発明は前述したよう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
て容易に製造するフラーレン類の製造方法及びその装置
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 of the present invention is to provide a method for producing fullerenes and an apparatus for producing the fullerenes in a large amount at low cost and easily.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、フラーレ
ンを大量に且つ安価に製造できる最適な燃焼方法及び製
造装置を種々検討した結果、反応炉内に、酸素含有ガス
と燃料とを供給し且つ燃焼させて高温の燃焼ガス流を形
成させる第一反応帯域と、燃焼ガス流に原料炭化水素を
供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料炭化水素を
反応させてフラーレンを生成させる第2反応帯域を有す
るフラーレン類の製造装置を用いて、第2反応帯域の圧
力を大気圧未満に保つことでフラーレンを大量に安定的
に生成できるとの知見を得た。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of various studies on the optimal combustion method and production apparatus capable of producing fullerene in large quantities and at low cost, the present inventors have supplied an oxygen-containing gas and a fuel to the reactor. A first reaction zone for forming a high-temperature combustion gas stream by combustion and combustion, and a raw hydrocarbon feed port for feeding the raw hydrocarbon to the combustion gas stream, and reacting the raw hydrocarbon to produce fullerene It was found that a fullerene can be stably produced in a large amount by using a device for producing fullerenes having two reaction zones and keeping the pressure in the second reaction zone below atmospheric pressure.

【0014】即ち、前記目的に沿う第1の発明に係るフ
ラーレン類の製造方法は、反応炉内に、酸素含有ガスと
燃料とを供給して燃焼させて高温の燃焼ガス流を形成さ
せる第1反応帯域と、この燃焼ガス流の途中に原料炭化
水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ該原料炭
化水素を反応させてフラーレン類を生成させる第2反応
帯域を有することを特徴とするフラーレン類の製造装置
を使用し、前記第2反応帯域の圧力を大気圧未満とす
る。第1反応帯域に燃料と酸素含有ガスを供給して燃焼
させるので、例えば完全燃焼を容易に達成することがで
き、高温の燃焼ガス流を形成することができる。そし
て、得られた高温のガス流中に原料炭化水素を供給する
ことにより、原料炭化水素を容易に熱分解させることが
でき、フラーレン類の生成効率を向上させることができ
る。また、第2反応帯域内の圧力を大気圧未満にして、
原料炭化水素と燃焼ガスの混合状態を希薄にすることに
より、原料炭化水素の熱分解が均一に進行して、フラー
レン類の生成効率を向上させることができる。
That is, the method for producing fullerenes according to the first aspect of the present invention, which meets the above-mentioned object, is the first method for supplying an oxygen-containing gas and a fuel into a reaction furnace and burning them to form a high temperature combustion gas flow. It is characterized by having a reaction zone and a raw material hydrocarbon supply port for supplying the raw material hydrocarbon in the middle of the combustion gas flow, and having a second reaction zone for reacting the raw material hydrocarbon to produce fullerenes. An apparatus for producing fullerenes is used and the pressure in the second reaction zone is set to be less than atmospheric pressure. Since the fuel and the oxygen-containing gas are supplied and burned in the first reaction zone, for example, complete combustion can be easily achieved and a high-temperature combustion gas stream can be formed. Then, by supplying the raw material hydrocarbon into the obtained high-temperature gas stream, the raw material hydrocarbon can be easily thermally decomposed and the production efficiency of fullerenes can be improved. In addition, the pressure in the second reaction zone is set below atmospheric pressure,
By diluting the mixed state of the raw material hydrocarbon and the combustion gas, the thermal decomposition of the raw material hydrocarbon proceeds uniformly and the production efficiency of fullerenes can be improved.

【0015】第1の発明に係るフラーレン類の製造方法
において、前記第2反応帯域が前記第1反応帯域の下流
側にあることが好ましい。第2反応帯域を第1反応帯域
の下流側に設けることにより、第1反応帯域で形成され
た高温の燃焼ガスを直ちに第2反応帯域に導入すること
ができる。その結果、第2反応帯域の温度を高温にする
ことができる。第1の発明に係るフラーレン類の製造方
法において、前記第2反応帯域の温度が1000℃以上
であることが好ましい。第2反応帯域の温度を1000
℃以上にすることにより、供給された原料炭化水素を短
時間に確実に熱分解させることができる。
In the method for producing fullerenes according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the second reaction zone is downstream of the first reaction zone. By providing the second reaction zone on the downstream side of the first reaction zone, the high temperature combustion gas formed in the first reaction zone can be immediately introduced into the second reaction zone. As a result, the temperature of the second reaction zone can be increased. In the method for producing fullerenes according to the first aspect, it is preferable that the temperature of the second reaction zone is 1000 ° C. or higher. The temperature of the second reaction zone is set to 1000
By setting the temperature to not less than 0 ° C, the supplied raw material hydrocarbon can be reliably pyrolyzed in a short time.

【0016】前記目的に沿う第2の発明に係るフラーレ
ン類の製造装置は、反応炉内に、第1のバーナーを介し
て酸素含有ガスと燃料ガスとを供給し、これらを燃焼さ
せて高温の燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域と、該
第1反応帯域の下流側にあって、前記燃焼ガス流に原料
炭化水素を供給する第2のバーナーの吐出口を有し、ガ
ス化して供給された前記原料炭化水素を前記燃焼ガス流
中で反応させてフラーレン類を生成させる第2反応帯域
を有する。燃料の燃焼は第1反応帯域で行なうので、燃
焼状態の制御が容易となり、高温の燃焼ガスを容易に形
成することができる。得られた高温の燃焼ガス流を第2
反応帯域に導入し、この高温のガス流中に原料炭化水素
を供給して熱分解させるので、高温の燃焼ガス流の温
度、流速、流量等のガス流条件と原料炭化水素の供給条
件を調整することにより、原料炭化水素の熱分解の制御
が容易となる。
The apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the invention, which meets the above-mentioned object, supplies an oxygen-containing gas and a fuel gas into the reaction furnace through the first burner, and burns them to obtain a high temperature. A first reaction zone for forming a combustion gas flow, and a discharge port of a second burner downstream of the first reaction zone for supplying the raw material hydrocarbon to the combustion gas flow, which are gasified and supplied. It has a second reaction zone in which the raw material hydrocarbons thus reacted are reacted in the combustion gas stream to produce fullerenes. Since the combustion of the fuel is performed in the first reaction zone, it becomes easy to control the combustion state, and it is possible to easily form high-temperature combustion gas. The resulting hot combustion gas stream is
Since it is introduced into the reaction zone and the raw material hydrocarbon is supplied into this high temperature gas stream for thermal decomposition, the gas flow conditions such as the temperature, flow velocity and flow rate of the high temperature combustion gas stream and the feed condition of the raw material hydrocarbon are adjusted. By doing so, it becomes easy to control the thermal decomposition of the raw material hydrocarbons.

【0017】第2の発明に係るフラーレン類の製造装置
において、前記第2のバーナーの吐出口は、前記第2反
応帯域の上流側に隙間を有して多数形成され、前記原料
炭化水素を前記燃焼ガス流中に分散放出することが好ま
しい。原料炭化水素を供給する第2のバーナーの吐出口
を第2反応帯域の上流側に形成することにより、第1反
応帯域から流入する高温の燃焼ガス流中に直接原料炭化
水素を供給することができ、原料炭化水素を容易に熱分
解させることができる。また、原料炭化水素を多数の吐
出口から燃焼ガス中に分散放出するので、燃焼ガス中で
原料炭化水素を短時間に均一に熱分解することができ
る。第2の発明に係るフラーレン類の製造装置におい
て、前記第2のバーナーは、前記第1反応帯域を貫通し
て配置される多数の小径吐出管からなっていることが好
ましい。多数の小径吐出管で原料炭化水素が供給される
ため、第2反応帯域の高温の燃焼ガス流中に原料炭化水
素を一様に分散放出することができる。また、小径吐出
管は第1反応帯域を貫通して配置されているので、原料
炭化水素は小径吐出管内を通過しながら高温の燃焼ガス
により徐々に加熱されて、第2反応帯域の高温の燃焼ガ
ス流中での熱分解を促進することができる。
In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the invention, a large number of discharge ports of the second burner are formed with a gap upstream of the second reaction zone, and the raw material hydrocarbon is It is preferred to disperse and release into the combustion gas stream. By forming the discharge port of the second burner for supplying the raw material hydrocarbon on the upstream side of the second reaction zone, the raw material hydrocarbon can be directly supplied into the high temperature combustion gas stream flowing from the first reaction zone. Therefore, the raw material hydrocarbon can be easily pyrolyzed. Further, since the raw material hydrocarbons are dispersedly discharged into the combustion gas from a large number of outlets, the raw material hydrocarbon can be uniformly thermally decomposed in the combustion gas in a short time. In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the second burner includes a large number of small-diameter discharge pipes arranged so as to penetrate the first reaction zone. Since the raw material hydrocarbon is supplied through a large number of small-diameter discharge pipes, the raw material hydrocarbon can be uniformly dispersed and released into the high temperature combustion gas stream in the second reaction zone. Further, since the small-diameter discharge pipe is arranged so as to penetrate through the first reaction zone, the raw material hydrocarbon is gradually heated by the high-temperature combustion gas while passing through the small-diameter discharge pipe, and the high-temperature combustion in the second reaction zone is performed. Pyrolysis in a gas stream can be accelerated.

【0018】第2の発明に係るフラーレン類の製造装置
において、前記第1のバーナーは、前記酸素含有ガスと
前記燃料ガスとをそれぞれ独立に放出する複数の酸素含
有ガスノズル及び燃料ガスノズルが混在配置されていて
もよい。このような構成とすることにより、供給された
酸素含有ガスと燃料ガスは拡散混合して一様な混合状態
となって第1反応帯域に存在させることができる。ま
た、第2の発明に係るフラーレン類の製造装置におい
て、前記第1のバーナーのヘッドは多孔質部材からなっ
て、表面から前記酸素含有ガスと前記燃料ガスが混合さ
れた状態で噴出される構成とすることができる。このよ
うな構成とすることにより、酸素含有ガスと燃料ガスを
予混合された状態で第1反応帯域に供給することができ
る。
In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the present invention, the first burner is provided with a plurality of oxygen-containing gas nozzles and fuel gas nozzles, which emit the oxygen-containing gas and the fuel gas independently of each other. May be. With such a configuration, the supplied oxygen-containing gas and fuel gas can be mixed by diffusion to form a uniform mixed state and be present in the first reaction zone. Further, in the fullerene manufacturing apparatus according to the second aspect of the invention, the head of the first burner is made of a porous member and is jetted from the surface in a state where the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed. Can be With such a configuration, the oxygen-containing gas and the fuel gas can be premixed and supplied to the first reaction zone.

【0019】第2の発明に係るフラーレン類の製造装置
において、前記酸素含有ガスと前記燃料ガスの混合は前
記第1のバーナー内で行われ、前記第1のバーナーには
前記酸素含有ガスと前記燃料ガスが独立に別配管で供給
される構成とすることができる。酸素含有ガスと燃料ガ
スの混合が第1のバーナー内で行われるので、酸素含有
ガスと燃料ガスとの予混合手段を別個に設ける必要がな
く、フラーレン類の製造装置の構成が簡単となる。第2
の発明に係るフラーレン類の製造装置において、前記酸
素含有ガスと前記燃料ガスとは予混合されて前記ヘッド
の下部に設けられた蓄圧室に供給される構成とすること
ができる。酸素含有ガスと燃料ガスが予混合されてヘッ
ドの下部の蓄圧室に供給されるので、第1のバーナーの
構造を簡単にすることができる。
In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the invention, the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed in the first burner, and the oxygen-containing gas and the fuel are mixed in the first burner. The fuel gas may be independently supplied through a separate pipe. Since the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed in the first burner, it is not necessary to separately provide a premixing unit for the oxygen-containing gas and the fuel gas, and the configuration of the fullerene-type manufacturing apparatus is simplified. Second
In the apparatus for producing fullerenes according to the present invention, the oxygen-containing gas and the fuel gas can be premixed and supplied to a pressure accumulating chamber provided under the head. Since the oxygen-containing gas and the fuel gas are premixed and supplied to the pressure accumulating chamber below the head, the structure of the first burner can be simplified.

【0020】第2の発明に係るフラーレン類の製造装置
において、前記第1のバーナーは、多数の小径の噴出ノ
ズルが隙間をおいて形成されたヘッダー管を有し、該ヘ
ッダー管には予混合された前記酸素含有ガスと前記燃料
ガスが供給される構成とすることができる。このような
構成とすることにより、酸素含有ガスと燃料ガスを予混
合された状態で第1反応帯域に分散放出することができ
る。第2の発明に係るフラーレン類の製造装置におい
て、前記第1のバーナーは、前記酸素含有ガスを噴出す
る多数の小径の噴出ノズルが隙間をおいて形成された第
1のヘッダー管と、前記第1のヘッダー管とは隙間を有
し配置され前記燃料ガスを噴出する多数の小径の噴出ノ
ズルが隙間をおいて形成された第2のヘッダー管を有
し、前記第1のヘッダー管及び前記第2のヘッダー管に
は前記酸素含有ガス及び前記燃料ガスがそれぞれ独立に
別配管で供給される構成とすることができる。このよう
な構成とすることにより、分散放出された酸素含有ガス
と燃料ガスは拡散混合して一様な混合状態となって第1
反応帯域に存在させることができる。
In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the present invention, the first burner has a header tube in which a large number of small-diameter jet nozzles are formed with a gap, and the header tube is premixed. The oxygen-containing gas and the fuel gas thus produced may be supplied. With such a configuration, the oxygen-containing gas and the fuel gas can be dispersed and released into the first reaction zone in a premixed state. In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the present invention, the first burner includes a first header tube in which a large number of small-diameter jet nozzles for jetting the oxygen-containing gas are formed with a gap, A plurality of small-diameter jet nozzles for jetting the fuel gas, which are arranged with a gap from the first header pipe and have a second header pipe formed with gaps between the first header pipe and the first header pipe; The second header pipe may be configured such that the oxygen-containing gas and the fuel gas are independently supplied by separate pipes. With such a configuration, the oxygen-containing gas that has been dispersed and released and the fuel gas are diffusively mixed and become a uniform mixed state.
It can be present in the reaction zone.

【0021】第2の発明に係るフラーレン類の製造装置
において、前記第2のバーナーから供給される原料炭化
水素に酸素含有ガスを混合することができる。原料炭化
水素の熱分解は吸熱反応のため、原料炭化水素の熱分解
により燃焼ガスの温度は低下する。このため、原料炭化
水素に酸素含有ガスを混合することにより第2反応帯域
で原料炭化水素の一部を燃焼させて熱エネルギーを発生
させ、原料炭化水素が熱分解する際に消費した熱エネル
ギーを補填して燃焼ガスの温度が低下するのを防止でき
る。
In the apparatus for producing fullerenes according to the second aspect of the invention, an oxygen-containing gas can be mixed with the raw material hydrocarbon supplied from the second burner. Since the thermal decomposition of the raw material hydrocarbon is an endothermic reaction, the temperature of the combustion gas decreases due to the thermal decomposition of the raw material hydrocarbon. Therefore, by mixing an oxygen-containing gas with the raw material hydrocarbon, a part of the raw material hydrocarbon is burned in the second reaction zone to generate heat energy, and the heat energy consumed when the raw material hydrocarbon is thermally decomposed is generated. It is possible to prevent the temperature of the combustion gas from decreasing due to the compensation.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図1(A)、(B)はそれ
ぞれ本発明の第1の実施の形態に係るフラーレン類の製
造方法を適用したフラーレン製造装置の説明図、平断面
図、図2(A)、(B)はそれぞれ本発明の第2の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図、図3(A)、(B)はそれぞれ本発明の第3の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図、図4は本発明の第4の実施の形態に係るフラーレン
類の製造装置の部分説明図、図5(A)、(B)はそれ
ぞれ本発明の第5の実施の形態に係るフラーレン類の製
造装置の説明図、平断面図、図6(A)、(B)はそれ
ぞれ本発明の第6の実施の形態に係るフラーレン類の製
造装置の説明図、平断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, referring to the attached drawings, an embodiment in which the present invention is embodied will be described to provide an understanding of the present invention. 1 (A) and 1 (B) are explanatory views of a fullerene production apparatus to which the method for producing fullerenes according to the first embodiment of the present invention is applied, a plan sectional view, FIG. 2 (A), (B) is an explanatory view of a manufacturing apparatus for fullerenes according to the second embodiment of the present invention, a plan sectional view, and FIGS. 3 (A) and 3 (B) are respectively related to the third embodiment of the present invention. Explanatory drawing of the manufacturing apparatus for such fullerenes, a plane cross-sectional view, FIG. 4 is a partial explanatory view of the manufacturing apparatus for fullerenes according to a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. Explanatory drawing of a manufacturing apparatus for fullerenes according to a fifth embodiment of the invention, a plan sectional view, and FIGS. 6A and 6B are respectively manufacturing apparatus for fullerenes according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory view and a plan sectional view.

【0023】本発明の第1の実施の形態に係るフラーレ
ン類の製造方法について、図1を用いて説明する。第1
の実施の形態に係るフラーレン類の製造方法は、反応炉
3a内に第1反応帯域1及び第2反応帯域2を設けて構
成されるフラーレン類の製造装置3に、原料炭化水素を
導入し、燃焼することによりフラーレンを製造する方法
に関するものである。
A method for manufacturing fullerenes according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First
In the method for producing fullerenes according to the embodiment of the present invention, a raw material hydrocarbon is introduced into a fullerene production apparatus 3 configured by providing a first reaction zone 1 and a second reaction zone 2 in a reaction furnace 3a, The present invention relates to a method for producing fullerenes by burning.

【0024】フラーレン類の製造装置3は、燃焼ガス流
を形成させる第1反応帯域1、そこで形成された燃焼ガ
ス流に原料炭化水素を供給し、反応させてフラーレンを
生成させる第2反応帯域2を有する。第2反応帯域2
は、第1反応帯域1とほぼ同じ領域(外側もしくは内
側)であってもよく、また第1反応帯域1で形成された
燃焼ガス流方向(以下、「軸方向」ということがあ
る。)の下流側にあってもよい。
The apparatus 3 for producing fullerenes comprises a first reaction zone 1 for forming a combustion gas stream, and a second reaction zone 2 for supplying a raw material hydrocarbon to the combustion gas stream formed therein and reacting it to produce fullerenes. Have. Second reaction zone 2
May be in substantially the same region as the first reaction zone 1 (outside or inside), and in the combustion gas flow direction formed in the first reaction zone 1 (hereinafter sometimes referred to as “axial direction”). It may be on the downstream side.

【0025】図1は、第2反応帯域2が第1反応帯域1
の下流にある場合を示している。 [第1反応帯域について]第1反応帯域1では、一般に
燃料供給口及び酸素含有ガス供給口からそれぞれ燃料及
び酸素含有ガスを供給し、燃焼させることで高温の燃焼
ガス流を第2反応帯域2、すなわち反応炉3aの下流に
向かって発生させる。
In FIG. 1, the second reaction zone 2 is the first reaction zone 1
It shows the case of being downstream. [Regarding the First Reaction Zone] In the first reaction zone 1, generally, the fuel and the oxygen-containing gas are supplied from the fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port, respectively, and burned to generate a high-temperature combustion gas flow in the second reaction zone 2. That is, it is generated toward the downstream of the reaction furnace 3a.

【0026】燃料及び酸素含有ガスの供給は、反応炉3
a内に入る前に混合する、いわゆる予混合方式であって
も、それぞれ独立したノズルから反応炉3aに供給す
る、いわゆる拡散混合方式であってもよい。拡散混合方
式の場合は、図1において、例えば、中央の燃料供給口
7から燃料を供給し、その周囲の酸素含有ガス供給口
5、6から酸素含有ガスを供給する。また、予混合方式
と拡散混合方式を組み合わせてもよく、例えば、図1に
おいて、酸素含有ガス供給口5からは、燃料と酸素含有
ガスをあらかじめ混合させたものを供給し、酸素含有ガ
ス供給口6からは酸素含有ガスを、燃料供給口7からは
燃料をそれぞれ独立に供給してもよい。
The fuel and the oxygen-containing gas are supplied to the reactor 3
A so-called pre-mixing method of mixing before entering into a, or a so-called diffusion-mixing method of supplying to the reaction furnace 3a from independent nozzles may be used. In the case of the diffusion mixing method, in FIG. 1, for example, the fuel is supplied from the central fuel supply port 7 and the oxygen-containing gas is supplied from the oxygen-containing gas supply ports 5 and 6 around it. Further, the premixing method and the diffusion mixing method may be combined. For example, in FIG. 1, the oxygen-containing gas supply port 5 supplies a mixture of the fuel and the oxygen-containing gas in advance to supply the oxygen-containing gas supply port. The oxygen-containing gas may be supplied from 6 and the fuel may be supplied from the fuel supply port 7 independently.

【0027】この第1反応帯域1は、高温の燃焼ガスを
発生させることが目的であり、その燃焼方法は予混合燃
焼、拡散燃焼、層流燃焼、乱流燃焼、高温空気燃焼等、
公知のいかなる燃焼方法であってもよい。また、第2反
応帯域2でフラーレンの生成が可能となる温度が得られ
れば、第1反応帯域1での燃焼は完全燃焼であっても、
不完全燃焼であってもよいが、燃料使用量に対する発熱
量が大きい完全燃焼であることが好ましい。第1反応帯
域1がいわゆる燃料過剰の不完全燃焼である場合は、第
1反応帯域1でもフラーレンを含む煤状物質が生成する
ことがある。
The purpose of the first reaction zone 1 is to generate high-temperature combustion gas, and the combustion method is premixed combustion, diffusion combustion, laminar flow combustion, turbulent flow combustion, high temperature air combustion, etc.
Any known combustion method may be used. Further, if the temperature at which fullerene can be produced in the second reaction zone 2 is obtained, even if the combustion in the first reaction zone 1 is complete combustion,
Although it may be incomplete combustion, it is preferably complete combustion, which generates a large amount of heat relative to the amount of fuel used. When the first reaction zone 1 is a so-called excess fuel incomplete combustion, soot-like substances containing fullerenes may be produced also in the first reaction zone 1.

【0028】しかし、好ましくはこの第1反応帯域1に
おける燃焼は、燃焼に必要な酸素が、量論酸素量以上で
ある、希薄混合気での燃焼の方がよい。酸素含有ガスと
しては空気、酸素ガス又はこれらにアルゴンガス、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
することができる。特に高温燃焼におけるNOX の発生
を抑えるためには、純酸素を使用してもよい。フラーレ
ンの収率を上げるためには、燃焼過程において希ガス等
を用いて希釈することが好ましい。希ガスは、供給用の
専用ノズルから供給してもよいし、燃料、原料炭化水
素、酸素含有ガス中にあらかじめ混合させておいてもよ
い。
However, it is preferable that the combustion in the first reaction zone 1 be performed in a lean air-fuel mixture in which the oxygen required for combustion is at least a stoichiometric amount of oxygen. As the oxygen-containing gas, it is possible to use air, oxygen gas, or a gas in which an incombustible gas such as argon gas or nitrogen gas is mixed at an arbitrary ratio. In particular, pure oxygen may be used to suppress the generation of NO X in high temperature combustion. In order to increase the yield of fullerene, it is preferable to dilute it with a rare gas or the like in the combustion process. The rare gas may be supplied from a dedicated nozzle for supply, or may be mixed in advance with the fuel, the raw material hydrocarbon, and the oxygen-containing gas.

【0029】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、ベンゼン、トルエン
などの石油系液体燃料、クレオソート油等の石炭系液体
燃料を使用することができる。中でも、本実施の形態で
使用する燃料としては燃料ガスが好ましい。また、フラ
ーレン製造時の第1反応帯域1における平均温度は、得
ようとする目的のフラーレンによって適宜調整すればよ
いが、好ましくは1300℃以上、更に好ましくは16
00℃以上とされる。これは、燃焼ガスの温度が高温で
ある程、フラーレン類の生産性が上がるからである。上
限はあまり高すぎてもフラーレン類の生産性が落ちる場
合がある。また、反応炉の材質による耐熱性の問題を考
慮の上決定すればよい。
As the fuel, hydrogen, carbon monoxide, fuel gas such as natural gas and petroleum gas, petroleum-based liquid fuel such as heavy oil, benzene and toluene, and coal-based liquid fuel such as creosote oil can be used. . Among them, fuel gas is preferable as the fuel used in the present embodiment. The average temperature in the first reaction zone 1 during the production of fullerenes may be appropriately adjusted depending on the desired fullerene to be obtained, but is preferably 1300 ° C. or higher, more preferably 16
It is set to 00 ° C or higher. This is because the higher the temperature of the combustion gas, the higher the productivity of fullerenes. If the upper limit is too high, the productivity of fullerenes may decrease. Further, it may be determined in consideration of the problem of heat resistance due to the material of the reaction furnace.

【0030】燃料供給口7、酸素含有ガス供給口5、6
の配置は、反応炉3aに開口していれば任意である。図
1においては、燃料供給口7、酸素含有ガス供給口5、
6は、反応炉3aの同一側に開口している。反応炉3a
内に開口している各供給口5、6、7の形状は任意であ
り、略円形、楕円形、三角・四角状などの多角形状やひ
ょうたん型などの不定形であってもよい。
Fuel supply port 7, oxygen-containing gas supply ports 5, 6
Arrangement is arbitrary as long as it is open to the reaction furnace 3a. In FIG. 1, a fuel supply port 7, an oxygen-containing gas supply port 5,
6 is open to the same side of the reaction furnace 3a. Reactor 3a
The shape of each of the supply ports 5, 6, and 7 opened inside is arbitrary, and may be a polygonal shape such as a substantially circular shape, an elliptical shape, a triangular shape or a square shape, or an irregular shape such as a gourd shape.

【0031】反応炉3a内圧力は大気圧未満であること
が好ましく、より好ましい範囲は10〜300torr
である。 [第2反応帯域について]第2反応帯域2では第1反応
帯域1で形成された燃焼ガス流に原料炭化水素を原料炭
化水素供給口4から供給し、この原料炭化水素を一部部
分燃焼させることによってフラーレン類を生成させる。
部分燃焼させるために、酸素が残存するように第1反応
帯域1における燃焼を酸素過剰としてもよい。また、第
2反応領域2にノズルを配置し、酸素含有ガス供給ノズ
ルから酸素含有ガスを供給してもよい。
The pressure in the reaction furnace 3a is preferably less than atmospheric pressure, more preferably in the range of 10 to 300 torr.
Is. [Regarding Second Reaction Zone] In the second reaction zone 2, the raw material hydrocarbons are supplied to the combustion gas stream formed in the first reaction zone 1 from the raw material hydrocarbon supply port 4, and the raw material hydrocarbons are partially burned. To produce fullerenes.
For partial combustion, the combustion in the first reaction zone 1 may be made to be oxygen excess so that oxygen remains. Further, a nozzle may be arranged in the second reaction region 2 to supply the oxygen-containing gas from the oxygen-containing gas supply nozzle.

【0032】この際、燃焼ガス中に供給される上記原料
炭化水素や酸素含有ガスは、極力均一に反応炉3a内に
供給されることが好ましい。このため、第2反応帯域2
に設置する原料炭化水素供給口4、及び酸素含有ガス供
給ノズルの本数は多いほどよく、また反応炉3a内に均
等に配置されることが望ましい。
At this time, it is preferable that the above-mentioned raw material hydrocarbon and oxygen-containing gas supplied into the combustion gas are supplied into the reaction furnace 3a as uniformly as possible. Therefore, the second reaction zone 2
The larger the number of the raw material hydrocarbon supply ports 4 and the number of oxygen-containing gas supply nozzles installed in the reactor, the better, and it is desirable that they are evenly arranged in the reactor 3a.

【0033】第2反応帯域の長さは、反応炉3aの大き
さ、製造するフラーレンの種類などによって適宜選択す
ればよい。第2反応帯域の位置及び形状は、任意であ
り、第1反応帯域の内側であっても、外側であってもよ
く、図1に示すように、第1反応帯域1の下流側にあっ
てもよい。第2反応帯域の形状も任意であるが、第2反
応帯域の断面形状は変化しないほうが好ましい。その理
由は、フラーレン類が生成する過程で第2反応帯域の断
面形状が変化することによる流れの乱れの影響を受ける
と、生成するフラーレン類に好ましくない影響を与える
からである。
The length of the second reaction zone may be appropriately selected depending on the size of the reaction furnace 3a, the type of fullerene to be produced, and the like. The position and shape of the second reaction zone are arbitrary and may be inside or outside the first reaction zone, and as shown in FIG. Good. The shape of the second reaction zone is also arbitrary, but it is preferable that the sectional shape of the second reaction zone does not change. The reason is that when the influence of the turbulence of the flow due to the change in the cross-sectional shape of the second reaction zone in the process of forming fullerenes has an unfavorable influence on the fullerenes formed.

【0034】第2反応帯域2の平均温度は、製造するフ
ラーレンによって適宜選択すればよいが、原料炭化水素
が均一に気化、反応するために充分高温雰囲気であるこ
とが好ましい。具体的には1000℃以上であることが
好ましく、中でも1000〜1900℃、特に1700
〜1900℃であることが好ましい。また、第2反応帯
域2においては、燃焼ガス中の酸素濃度をできるだけ抑
制することが好ましい。燃焼ガス中に酸素が多量に存在
すると、フラーレン類の生成反応帯域すなわち第2反応
帯域2での原料炭化水素の一部燃焼が活発に起こり、そ
のため、第2反応帯域2での温度の不均一が生じること
があるからである。燃焼ガス中の酸素濃度は、好ましく
は3vol%以下、更に好ましくは0.05〜1vol
%である。
The average temperature of the second reaction zone 2 may be appropriately selected depending on the fullerene to be produced, but it is preferably a sufficiently high temperature atmosphere so that the raw material hydrocarbons are uniformly vaporized and reacted. Specifically, it is preferably 1000 ° C. or higher, and particularly 1000 to 1900 ° C., especially 1700
It is preferably ˜1900 ° C. Further, in the second reaction zone 2, it is preferable to suppress the oxygen concentration in the combustion gas as much as possible. When a large amount of oxygen is present in the combustion gas, the partial combustion of the raw material hydrocarbons in the reaction zone for producing fullerenes, that is, the second reaction zone 2, actively occurs, so that the temperature in the second reaction zone 2 is not uniform. This may occur. The oxygen concentration in the combustion gas is preferably 3 vol% or less, more preferably 0.05 to 1 vol.
%.

【0035】本実施の形態においては、原料炭化水素を
供給する位置は任意であり、反応炉の形状に合わせて原
料炭化水素供給口を設けることができる。例えば、反応
炉3aの径が最大となっている部分に原料炭化水素供給
口を設けてもよく、また、径が縮小している縮小部に原
料炭化水素供給口を設けてもよい。更に、図1に示する
ように、反応炉3aの径が最大となっている部分と径が
縮小している縮小部にそれぞれ原料炭化水素供給口4を
設けてもよい。原料炭化水素供給口4の位置によって、
原料炭化水素が導入される位置でのガスの流速、乱流の
強さなどを制御できる。
In the present embodiment, the position where the raw material hydrocarbon is supplied is arbitrary, and the raw material hydrocarbon supply port can be provided according to the shape of the reaction furnace. For example, the raw material hydrocarbon supply port may be provided in a portion where the diameter of the reaction furnace 3a is maximum, or the raw material hydrocarbon supply port may be provided in a reduced portion where the diameter is reduced. Further, as shown in FIG. 1, the raw material hydrocarbon supply port 4 may be provided in a portion where the diameter of the reaction furnace 3a is maximum and a reduction portion where the diameter is reduced. Depending on the position of the feedstock hydrocarbon supply port 4,
The flow velocity of gas at the position where the raw material hydrocarbon is introduced, the strength of turbulence, etc. can be controlled.

【0036】原料炭化水素としては、従来公知の任意の
ものを使用することができ、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
を単独又は任意の割合で混合して使用してもよい。中で
も精製した芳香族系炭化水素を用いることが好ましく、
特にベンゼンやトルエン等の芳香族系炭化水素が好まし
い。原料の純度は高い方が好ましく、中でも芳香族系炭
化水素を用いる際には純度が100%に近いほどよい。
As the raw material hydrocarbon, any conventionally known one can be used, and examples thereof include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene and anthracene, creosote oil, carboxylic acid oil and the like. Petroleum heavy oil such as coal-based hydrocarbon, ethylene heavy-end oil, FCC oil (fluid catalytic cracking residual oil), acetylene-based unsaturated hydrocarbon, ethylene-based hydrocarbon, saturated aliphatic hydrocarbon such as pentane and hexane, etc. These may be used alone or in combination at any ratio. Above all, it is preferable to use a purified aromatic hydrocarbon,
Aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene are particularly preferable. The higher the purity of the raw material is, the more preferable the purity is, when the aromatic hydrocarbon is used, the closer the purity is to 100%.

【0037】反応炉における原料炭化水素供給口の位置
は、燃焼ガスの流れ方向の断面円周上に複数設けてもよ
く、更には、このような同一円周上に原料炭化水素供給
口を複数有する場所を、燃焼ガスの流れ方向に多段に設
けてもよい。フラーレンの生成反応時間を均一にし、物
性が均一なフラーレンを得るためには、同一円周上にな
るべく多くの原料炭化水素供給口を設置するのが好まし
い。
A plurality of raw material hydrocarbon supply ports may be provided in the reaction furnace on the circumference of the cross section in the flow direction of the combustion gas. Further, a plurality of raw material hydrocarbon supply ports may be provided on the same circumference. The place to have may be provided in multiple stages in the flow direction of the combustion gas. In order to make the fullerene formation reaction time uniform and to obtain fullerenes with uniform physical properties, it is preferable to install as many raw material hydrocarbon supply ports as possible on the same circumference.

【0038】また、原料炭化水素供給口4に使用するノ
ズルの型式は適宜選択することができるが、液体の原料
炭化水素を用いる場合は、より均一に微細に噴霧するた
めに、供給された液を別の液体と共に噴射する2流体ノ
ズル等、ノズルから噴霧された直後の原料炭化水素の初
期液滴径が極力小さいものとするのが好ましい。原料炭
化水素供給口4の開口径、形、炉内への突出具合、燃焼
ガス流への供給角度、気液比などの原料炭化水素供給方
法、流速、流量、温度などは、適宜選択すればよいが、
第2反応帯域2に噴霧された原料炭化水素が蒸発する前
に第2反応帯域2の炉壁に付着しないような条件で噴霧
することが好ましい。そのように噴霧することにより、
得られる煤状物質中の異物を低減することができる。
The type of nozzle used for the feedstock hydrocarbon feed port 4 can be selected as appropriate, but when a feedstock hydrocarbon in liquid form is used, in order to spray it more uniformly and finely, It is preferable that the initial droplet diameter of the raw material hydrocarbon immediately after being sprayed from the nozzle be as small as possible, such as a two-fluid nozzle that injects with another liquid. The opening diameter and shape of the raw material hydrocarbon supply port 4, the degree of protrusion into the furnace, the supply angle to the combustion gas flow, the raw material hydrocarbon supply method such as the gas-liquid ratio, the flow velocity, the flow rate, the temperature, etc. can be selected as appropriate. Good but
It is preferable that the raw material hydrocarbon sprayed in the second reaction zone 2 is sprayed under a condition such that it does not adhere to the furnace wall of the second reaction zone 2 before being evaporated. By spraying that way,
It is possible to reduce foreign substances in the obtained soot-like substance.

【0039】第1反応帯域1及び第2反応帯域2を構成
する炉材としては、金属、耐火物など耐熱性を有する材
質であれば任意のものが使用できる。金属を使用する場
合は内部燃焼ガスの温度が金属の耐熱温度以上になるた
め、水冷ジャケット構造や水冷チューブを巻くなどの構
造を採ることにより外部から冷却する必要がある。金属
以外の材料としては、例えば、SiC、ダイヤモンド、
窒化アルミ、窒化珪素、セラミックス系耐火材などがあ
る。
As the furnace material forming the first reaction zone 1 and the second reaction zone 2, any material can be used as long as it has heat resistance such as metal and refractory. When a metal is used, the temperature of the internal combustion gas becomes higher than the heat resistant temperature of the metal, so it is necessary to cool it from the outside by adopting a structure such as a water cooling jacket structure or a water cooling tube. Examples of materials other than metals include SiC, diamond,
Examples include aluminum nitride, silicon nitride, and ceramic-based refractory materials.

【0040】第2反応帯域2より下流側以降は、フラー
レンを含む煤状物質(反応途中のものを含む)を含んだ
燃焼ガス流を1000℃以下、好ましくは800℃以下
に冷却する構造とする。具体的には、反応停止流体供給
口から水などを噴霧してもよいし、水冷構造等により外
部を冷却した流路を通過させることによって冷却を行な
ってもよい。特に、流路の径が小さい場合には、特に水
冷構造としなくても大気への自然放熱で十分に冷却され
ることもある。
From the downstream side of the second reaction zone 2, the combustion gas stream containing the soot-like substances containing fullerenes (including those in the middle of the reaction) is cooled to 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower. . Specifically, water or the like may be sprayed from the reaction-stopping fluid supply port, or cooling may be performed by passing the water through a channel whose outside is cooled by a water cooling structure or the like. In particular, when the diameter of the flow path is small, it may be sufficiently cooled by natural heat dissipation to the atmosphere without a water cooling structure.

【0041】冷却されたフラーレン類及び煤状物質は、
流路の先に設けられている捕集バグフィルター等(図示
せず)でガスと分離されて回収される。フラーレン類の
採取方法は、このようなバグフィルターや流路内壁に付
着させる等、公知の一般的プロセスを使用することがで
きる。
The cooled fullerenes and soot-like substances are
It is separated from the gas and collected by a collection bag filter or the like (not shown) provided at the end of the flow path. As a method for collecting fullerenes, a known general process such as adhering to the bag filter or the inner wall of the flow channel can be used.

【0042】図2に示すように、本発明の第2の実施の
形態に係るフラーレン類の製造装置10は、反応炉11
内に第1のバーナー12を介して供給された酸素含有ガ
スと燃料ガスが燃焼して高温の燃焼ガス流を形成する第
1反応帯域13と、第1反応帯域13の下流側にあっ
て、燃焼ガス流に原料炭化水素を供給する第2のバーナ
ー14の吐出口15を有し、ガス化して供給された原料
炭化水素を燃焼ガス流中で反応させてフラーレン類を生
成させる第2反応帯域16を有する。以下、これらにつ
いて詳細に説明する。反応炉11は、例えば、円筒形状
の側壁部17と、側壁部17の一端側に接続して徐々に
外径が縮小して排出口18を形成している端部壁19と
を備えている。側壁部17と端部壁19は、例えばステ
ンレス鋼等の耐熱鋼で構成されている。更に、側壁部1
7の他端側の内周面には図示しない耐火物がライニング
されている。耐火物としては、例えばアルミナ質の耐火
煉瓦やアルミナ質の不定形耐火物を使用することができ
る。また、排出口18には図示しない排気管の一端側が
接続され、排気管の他端側は排気ポンプに接続されてい
る。このため、反応炉11内を大気圧未満の減圧状態に
すると共に、反応炉11内で生成した煤状物質を含む燃
焼ガスを反応炉11内から外部に排出することができ
る。
As shown in FIG. 2, the apparatus 10 for producing fullerenes according to the second embodiment of the present invention comprises a reaction furnace 11
A first reaction zone 13 in which the oxygen-containing gas and the fuel gas supplied through the first burner 12 burn to form a high-temperature combustion gas stream; and a downstream side of the first reaction zone 13, A second reaction zone having a discharge port 15 of a second burner 14 for supplying a raw material hydrocarbon to a combustion gas stream, and reacting the gasified and supplied raw material hydrocarbon in a combustion gas stream to generate fullerenes. Have 16. Hereinafter, these will be described in detail. The reaction furnace 11 is provided with, for example, a cylindrical side wall portion 17 and an end wall 19 that is connected to one end of the side wall portion 17 and has an outer diameter that is gradually reduced to form a discharge port 18. . The side wall 17 and the end wall 19 are made of heat resistant steel such as stainless steel. Furthermore, the side wall 1
A refractory material (not shown) is lined on the inner peripheral surface on the other end side of 7. As the refractory, for example, an alumina refractory brick or an alumina amorphous refractory can be used. Further, one end of an exhaust pipe (not shown) is connected to the discharge port 18, and the other end of the exhaust pipe is connected to an exhaust pump. Therefore, the pressure inside the reaction furnace 11 can be reduced to less than atmospheric pressure, and the combustion gas containing the soot-like substances generated in the reaction furnace 11 can be discharged from the reaction furnace 11 to the outside.

【0043】側壁部17の他端側の基盤17aに取付け
られた第1のバーナー12は、酸素含有ガス供給配管2
0に接続した複数の酸素含有ガスノズル21と、燃料ガ
ス供給配管22に接続した燃料ガスノズル23を有し、
これらの各ガスノズル21、23は基盤17aに混在配
置されている。また、酸素含有ガスノズル21、燃料ガ
スノズル23は、例えばステンレス鋼等の耐熱鋼で形成
されている。このため、酸素含有ガスノズル21から供
給された酸素含有ガスと、燃料ガスノズル23から供給
された燃料ガスとは、放出された後に拡散混合して一様
な混合状態となって第1反応帯域13で燃焼する。そし
て、形成された高温の燃焼ガス流は下流側の第2反応帯
域16に流入する。側壁部17の他端側に取付けられた
第2のバーナー14は、第1反応帯域13を貫通して配
置された多数の小径吐出管24(例えば、ステンレス鋼
等の耐熱鋼で形成されている)からなっている。その結
果、小径吐出管24の先端側に設けられた吐出口15
は、第2反応帯域16の上流側に隙間を有して配置され
ている。また、各小径吐出管24の基端側は原料炭化水
素供給配管25に接続している。このため、第1反応帯
域13から流入する高温の燃焼ガス流中に直接原料炭化
水素を均一に供給することができ、原料炭化水素を短時
間に均一に熱分解することができる。
The first burner 12 attached to the base plate 17a on the other end of the side wall portion 17 is provided with the oxygen-containing gas supply pipe 2
A plurality of oxygen-containing gas nozzles 21 connected to 0 and a fuel gas nozzle 23 connected to a fuel gas supply pipe 22;
These gas nozzles 21 and 23 are mixedly arranged on the base 17a. The oxygen-containing gas nozzle 21 and the fuel gas nozzle 23 are made of heat resistant steel such as stainless steel. Therefore, the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas nozzle 21 and the fuel gas supplied from the fuel gas nozzle 23 are diffused and mixed after being released into a uniform mixed state in the first reaction zone 13. To burn. The formed high temperature combustion gas flow then flows into the second reaction zone 16 on the downstream side. The second burner 14 attached to the other end of the side wall portion 17 is formed of a large number of small-diameter discharge pipes 24 (for example, heat-resistant steel such as stainless steel) arranged so as to penetrate the first reaction zone 13. ). As a result, the discharge port 15 provided on the tip side of the small diameter discharge pipe 24.
Are arranged on the upstream side of the second reaction zone 16 with a gap. The base end side of each small diameter discharge pipe 24 is connected to the raw material hydrocarbon supply pipe 25. Therefore, the raw material hydrocarbons can be uniformly supplied directly into the high temperature combustion gas stream flowing from the first reaction zone 13, and the raw material hydrocarbons can be thermally decomposed uniformly in a short time.

【0044】次に、本発明の第2の実施の形態に係るフ
ラーレン類の製造装置10を使用したフラーレン類の製
造方法について詳細に説明する。酸素含有ガスノズル2
1から酸素含有ガスを、燃料ガスノズル23から燃料ガ
スを供給し、これらを燃焼させることで高温の燃焼ガス
流を形成し、反応炉11の下流に向かって流通させる。
酸素含有ガスとしては、酸素源である酸素ガスにアルゴ
ンガス等の不活性ガスを任意の割合で混合したガス(例
えば、不活性ガスの濃度を0、又は0を超えて90モル
%以下の範囲で調整できる)を使用することができる。
酸素源としては、フラーレンの収率という観点からは酸
素ガスが好ましく、酸素源の入手のし易さ等の観点から
は空気が好ましい。特に燃焼温度を上げるため、これら
の酸素含有ガスは反応炉11内に供給される前に予熱す
ることが好ましい。予熱の方法としては、熱交換器を使
用した燃焼ガスとの熱交換、いわゆるリジェネレーショ
ンバーナ等、公知のいかなる方法を用いても良い。この
予熱の温度は常温以上であればいかなる温度でも良い
が、フラーレンの収率を上げるためには極力高温度の方
が好ましい。より好ましくは、燃焼ガスの自己着火温度
以上であることが好ましい。
Next, a method for producing fullerenes using the apparatus 10 for producing fullerenes according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. Oxygen-containing gas nozzle 2
The oxygen-containing gas is supplied from No. 1 and the fuel gas is supplied from the fuel gas nozzle 23, and these are combusted to form a high-temperature combustion gas flow, which is made to flow toward the downstream of the reaction furnace 11.
The oxygen-containing gas is a gas obtained by mixing an oxygen gas, which is an oxygen source, with an inert gas such as argon gas at an arbitrary ratio (for example, the concentration of the inert gas is 0, or more than 0 and within a range of 90 mol% or less. Can be adjusted in).
As the oxygen source, oxygen gas is preferable from the viewpoint of fullerene yield, and air is preferable from the viewpoint of availability of the oxygen source. In particular, in order to raise the combustion temperature, it is preferable to preheat these oxygen-containing gases before they are supplied into the reaction furnace 11. As a preheating method, any known method such as heat exchange with combustion gas using a heat exchanger, a so-called regeneration burner, or the like may be used. The temperature of this preheating may be any temperature as long as it is room temperature or higher, but it is preferably as high as possible in order to increase the yield of fullerene. More preferably, it is higher than the self-ignition temperature of the combustion gas.

【0045】燃料ガスとしては、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
をガス化したもの、クレオソート油などの石炭系液体燃
料をガス化したものを使用することができる。中でも天
然ガス、石油ガス等の燃料ガスが好ましい。またフラー
レンの収率を上げるためには、燃料ガスも不活性ガス等
を用いて希釈することが好ましい。
As the fuel gas, carbon monoxide, natural gas, fuel gas such as petroleum gas, gasified petroleum liquid fuel such as heavy oil, gasified coal-based liquid fuel such as creosote oil, etc. Can be used. Among them, fuel gas such as natural gas and petroleum gas is preferable. Further, in order to increase the yield of fullerene, it is preferable that the fuel gas is also diluted with an inert gas or the like.

【0046】続いて、燃料ガスが酸素含有ガスの下で燃
焼して形成する燃焼ガス流について説明する。燃料ガス
が完全燃焼する条件で燃料ガスノズル23から供給する
燃料ガスの量と酸素含有ガスノズル21から供給する酸
素ガス量を調整して第1反応帯域13に供給すると共
に、排出口18に接続された図示しない排出管を介して
排気ポンプで反応炉11内を大気圧未満、より好ましく
は10〜300torrの状態に保持して、図示しない
着火手段で燃料ガスの燃焼を開始する。ここで、燃料ガ
スと酸素含有ガスは各々独立し距離を隔て分散配置され
た酸素含有ガスノズル21、燃料ガスノズル23から第
1反応帯域13内に放出されるため、第1反応帯域13
における燃焼状態を均一にすることができる。また、酸
素含有ガス中の酸素ガス濃度はアルゴンガス等の不活性
ガスにより希釈されて低下していることに加えて、反応
炉11内の圧力が大気圧未満となっているため、第1反
応帯域13での燃焼状態を高温空気燃焼状態と類似した
状態にすることができる。その結果、燃料ガスの燃焼が
均一に進行して、第1反応帯域13の温度を均一かつ高
温(例えば、1000〜1900℃、好ましくは170
0〜1900℃)にすることができる。
Next, the combustion gas flow formed by burning the fuel gas under the oxygen-containing gas will be described. The amount of fuel gas supplied from the fuel gas nozzle 23 and the amount of oxygen gas supplied from the oxygen-containing gas nozzle 21 were adjusted and supplied to the first reaction zone 13 under the condition that the fuel gas was completely combusted, and connected to the exhaust port 18. The inside of the reaction furnace 11 is maintained at a pressure lower than atmospheric pressure, more preferably 10 to 300 torr through an exhaust pipe (not shown), and combustion of fuel gas is started by an ignition means (not shown). Here, the fuel gas and the oxygen-containing gas are discharged into the first reaction zone 13 from the oxygen-containing gas nozzle 21 and the fuel gas nozzle 23, which are independent of each other and are dispersed at a distance.
The combustion state in can be made uniform. In addition to the fact that the oxygen gas concentration in the oxygen-containing gas is reduced by being diluted with an inert gas such as argon gas, and the pressure inside the reaction furnace 11 is less than atmospheric pressure, the first reaction The combustion state in the zone 13 can be made similar to the high temperature air combustion state. As a result, the combustion of the fuel gas proceeds uniformly, so that the temperature of the first reaction zone 13 is uniform and high (for example, 1000 to 1900 ° C., preferably 170).
0-1900 ° C.).

【0047】第2反応帯域16には、第1反応帯域13
で形成された高温の燃焼ガスが流入するため、第2反応
帯域16の上流側の温度は、例えば、1000〜190
0℃の高温になる。原料炭化水素は、第1反応帯域13
を貫通して配置された多数の小径吐出管24の各吐出口
15から、第2反応帯域16の上流側の燃焼ガス流中に
分散放出される。ここで、小径吐出管24は第1反応帯
域13を貫通して配置されているため、原料炭化水素は
小径吐出管24内を通過中に予熱されているため、吐出
口15から高温の燃焼ガス流中に放出されると直ちに熱
分解する。その結果、反応活性の高い熱分解生成物が燃
焼ガス中に存在し、これらが合体することによりフラー
レン前駆体が形成される。そして、フラーレン前駆体が
燃焼ガス流と共に移動しながら成長してフラーレンにな
る。なお、原料炭化水素の熱分解は吸熱反応であるた
め、燃焼ガスから熱エネルギーが奪われて燃焼ガスの温
度が低下する。このため、原料炭化水素に酸素含有ガス
を混合し、原料炭素水素の一部を燃焼させて熱エネルギ
ーを供給するようにしてもよい。しかし、原料炭素水素
の一部燃焼が活発に起こると第2反応帯域16内での温
度の不均一が生じてフラーレンの生成効率が低下するた
め、燃焼ガス中の酸素濃度は、好ましくは3vol%以
下、更に好ましくは0.05〜1vol%である。
In the second reaction zone 16, the first reaction zone 13
The temperature of the upstream side of the second reaction zone 16 is, for example, 1000 to 190 because the high temperature combustion gas formed in 1 flows in.
It reaches a high temperature of 0 ° C. The raw material hydrocarbon is the first reaction zone 13
Is discharged from each of the discharge ports 15 of a large number of small-diameter discharge pipes 24, which are dispersed into the combustion gas flow upstream of the second reaction zone 16. Here, since the small-diameter discharge pipe 24 is arranged so as to penetrate the first reaction zone 13, the raw material hydrocarbons are preheated while passing through the small-diameter discharge pipe 24, so that the high-temperature combustion gas is discharged from the discharge port 15. Pyrolyzes immediately upon release into the stream. As a result, thermal decomposition products having high reaction activity are present in the combustion gas, and these are combined to form a fullerene precursor. Then, the fullerene precursor grows into a fullerene while moving with the combustion gas flow. Since the thermal decomposition of the raw material hydrocarbon is an endothermic reaction, heat energy is taken from the combustion gas and the temperature of the combustion gas is lowered. Therefore, the source hydrocarbon may be mixed with an oxygen-containing gas, and a part of the source carbon hydrogen may be burned to supply heat energy. However, when the partial combustion of the raw material carbon hydrogen actively occurs, the temperature in the second reaction zone 16 becomes non-uniform and the production efficiency of fullerenes decreases, so the oxygen concentration in the combustion gas is preferably 3 vol%. Hereafter, it is more preferably 0.05 to 1 vol%.

【0048】原料炭素水素としては、従来公知の任意の
ものを使用することができ、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
を単独又は任意の割合で混合して使用してもよい。中で
も精製した芳香族系炭化水素を用いることが好ましく、
特にベンゼンやトルエン等の芳香族系炭化水素が好まし
い。主に原料となる原料炭素水素の純度は高い方が好ま
しく、中でも芳香族系炭化水素を用いる際には純度が1
00%に近いほど良い。
As the raw material carbon hydrogen, any conventionally known one can be used, and examples thereof include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene and anthracene, creosote oil, carboxylic acid oil and the like. Petroleum heavy oil such as coal-based hydrocarbon, ethylene heavy-end oil, FCC oil (fluid catalytic cracking residual oil), acetylene-based unsaturated hydrocarbon, ethylene-based hydrocarbon, saturated aliphatic hydrocarbon such as pentane and hexane, etc. These may be used alone or in combination at any ratio. Above all, it is preferable to use a purified aromatic hydrocarbon,
Aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene are particularly preferable. It is preferable that the purity of the raw material carbon hydrogen, which is the main raw material, is higher, and that the purity is 1 when the aromatic hydrocarbon is used.
The closer to 00%, the better.

【0049】図3に示すように、本発明の第3の実施の
形態に係るフラーレン類の製造装置26は、酸素含有ガ
スと燃料ガスが予混合されて第1のバーナー27に供給
されることが特徴である。そのため、構造が異なる第1
のバーナー27についてのみ説明し、第2の実施の形態
に係るフラーレン類の製造設備10と同一の構成要素に
は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。第1のバ
ーナー27は、例えば耐熱金属で作製されており、反応
炉11の第1反応帯域13に一面側が露出しているヘッ
ド28と、ヘッド28の下部に設けられた蓄圧室29を
有している。そして、第2のバーナー14の各小径吐出
管24は、相互に所定の隙間を開けて蓄圧室29の下方
から蓄圧室29及びヘッド28を貫通し反応炉11内に
突出している。
As shown in FIG. 3, in the apparatus 26 for producing fullerenes according to the third embodiment of the present invention, the oxygen-containing gas and the fuel gas are premixed and supplied to the first burner 27. Is a feature. Therefore, the first with a different structure
The burner 27 will be described, and the same components as those of the fullerene manufacturing facility 10 according to the second embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. The first burner 27 is made of, for example, a heat-resistant metal, and has a head 28 whose one surface is exposed in the first reaction zone 13 of the reaction furnace 11, and a pressure accumulating chamber 29 provided below the head 28. ing. Then, the small-diameter discharge pipes 24 of the second burner 14 are opened from the lower side of the pressure accumulating chamber 29 through the pressure accumulating chamber 29 and the head 28 and project into the reaction furnace 11 with a predetermined gap therebetween.

【0050】ここで、ヘッド28は、例えば焼結金属製
の多孔質部材で構成されている。多孔質部材は、一面側
から他面側に連通する連通孔を多数備えた構造となって
おり、ヘッド28の下部に設けられた蓄圧室29に酸素
含有ガスと燃料ガスを予混合した混合ガスとして混合ガ
ス供給配管30から供給すると、混合ガスはヘッド28
内の連通孔を介して蓄圧室29側の面から第1反応帯域
13側に露出した面まで移動し、第1反応帯域13内に
噴出することができる。従って、第1反応帯域13内に
噴出した混合ガスを燃焼させることにより、第1反応帯
域13で高温の燃焼ガスを形成することができる。そし
て、第1反応帯域13から流入する高温の燃焼ガス流中
に、原料炭化水素供給配管25を介して供給した原料炭
化水素を各小径吐出管24の吐出口15から供給して、
原料炭化水素を短時間に均一に熱分解することができ
る。なお、本発明の第3の実施の形態に係るフラーレン
類の製造設備26を使用したフラーレン類の製造方法
は、第2の実施の形態に係るフラーレン類の製造装置1
0を使用したフラーレン類の製造方法と実質的に同じで
あるので詳細な説明は省略する。
Here, the head 28 is composed of, for example, a porous member made of sintered metal. The porous member has a structure having a large number of communication holes communicating from one surface side to the other surface side, and a mixed gas obtained by premixing an oxygen-containing gas and a fuel gas in a pressure accumulating chamber 29 provided at a lower portion of the head 28. When the mixed gas is supplied from the mixed gas supply pipe 30, the mixed gas is supplied to the head 28.
It is possible to move from the surface on the side of the pressure accumulating chamber 29 to the surface exposed on the side of the first reaction zone 13 through the communication hole in the inside, and to jet it into the first reaction zone 13. Therefore, by burning the mixed gas ejected into the first reaction zone 13, high temperature combustion gas can be formed in the first reaction zone 13. Then, the raw material hydrocarbons supplied through the raw material hydrocarbon supply pipe 25 are supplied from the discharge ports 15 of the small-diameter discharge pipes 24 into the high temperature combustion gas flow flowing from the first reaction zone 13.
The raw material hydrocarbon can be uniformly thermally decomposed in a short time. The fullerene production method using the fullerene production facility 26 according to the third embodiment of the present invention is the fullerene production apparatus 1 according to the second embodiment.
Since it is substantially the same as the method for producing fullerenes using 0, detailed description thereof is omitted.

【0051】本発明の第4の実施の形態に係るフラーレ
ン類の製造装置31では酸素含有ガスと燃料ガスが独立
に別配管で第1のバーナー32に供給されるため、第3
の実施の形態に係るフラーレン類の製造装置26と第1
のバーナー32の構造が異なっていることが特徴であ
る。そのため、構造が異なる第1のバーナー32につい
てのみ説明し、第2の実施の形態に係るフラーレン類の
製造設備10と同一の構成要素には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。すなわち、図4に示すように、
第1のバーナー32は耐熱性金属で作製され、連通孔を
有する焼結金属性の多孔質部材からなるヘッド33と、
ヘッド33の下部に設けられた蓄圧室34と、蓄圧室3
4内に噴出口を有する複数のガス混合器35を有してい
る。そして、第2のバーナー14の各小径吐出管24
は、相互に所定の隙間を開けて蓄圧室34の下方から蓄
圧室34及びヘッド33を貫通し反応炉11内に突出し
ている。また、ガス混合器35としては、燃料ガスの流
れで酸素含有ガスを吸引して混合するアスピレータ式の
混合器を使用することができる。
In the fullerene manufacturing apparatus 31 according to the fourth embodiment of the present invention, the oxygen-containing gas and the fuel gas are independently supplied to the first burner 32 through separate pipes, so
Fullerene manufacturing apparatus 26 and first according to the embodiment of
The burner 32 has a different structure. Therefore, only the first burner 32 having a different structure will be described, the same components as those of the fullerene manufacturing facility 10 according to the second embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, as shown in FIG.
The first burner 32 is made of a heat-resistant metal, and has a head 33 made of a sintered metal porous member having a communication hole,
Accumulation chamber 34 provided under the head 33, and the accumulation chamber 3
4 has a plurality of gas mixers 35 each having a jet port. Then, each small diameter discharge pipe 24 of the second burner 14
Extend through the pressure accumulating chamber 34 and the head 33 from below the pressure accumulating chamber 34 with a predetermined gap therebetween and project into the reaction furnace 11. As the gas mixer 35, an aspirator-type mixer that sucks and mixes the oxygen-containing gas with the flow of the fuel gas can be used.

【0052】このような構成とすることにより、酸素含
有ガスと燃料ガスをそれぞれ独立に酸素含有ガス供給配
管36及び燃料ガス供給配管37で各ガス混合器35に
供給すると、酸素含有ガスと燃料ガスは混合されながら
ガス混合器35の噴出口から混合ガスとして蓄圧室34
内に流入する。そして、蓄圧室34内に流入した混合ガ
スはヘッド33内の連通孔を介して蓄圧室34側の面か
ら第1反応帯域13側に露出した面まで移動し、第1反
応帯域13内に噴出することができる。従って、第1反
応帯域13内に噴出した混合ガスを燃焼させることによ
り、第1反応帯域13で高温の燃焼ガス流を形成するこ
とができる。そして、第1反応帯域13から流入する高
温の燃焼ガス流中に、原料炭化水素供給配管25を介し
て供給した原料炭化水素を各小径吐出管24の吐出口1
5から供給して、原料炭化水素を短時間に均一に熱分解
することができる。
With this structure, when the oxygen-containing gas and the fuel gas are independently supplied to the gas mixers 35 through the oxygen-containing gas supply pipe 36 and the fuel gas supply pipe 37, respectively, the oxygen-containing gas and the fuel gas are supplied. While being mixed, the accumulator 34 is mixed as a mixed gas from the ejection port of the gas mixer 35.
Flows in. Then, the mixed gas flowing into the pressure accumulating chamber 34 moves from the surface on the pressure accumulating chamber 34 side to the surface exposed on the first reaction zone 13 side through the communication hole in the head 33, and is ejected into the first reaction zone 13. can do. Therefore, by burning the mixed gas ejected into the first reaction zone 13, a high temperature combustion gas flow can be formed in the first reaction zone 13. Then, the raw material hydrocarbons supplied through the raw material hydrocarbon supply pipe 25 into the high temperature combustion gas flow flowing in from the first reaction zone 13 are discharged through the discharge ports 1 of the small diameter discharge pipes 24.
5, the raw material hydrocarbons can be uniformly pyrolyzed in a short time.

【0053】なお、本発明の第4の実施の形態に係るフ
ラーレン類の製造設備31を使用したフラーレン類の製
造方法は、第3の実施の形態に係るフラーレン類の製造
装置26を使用したフラーレン類の製造方法と実質的に
同じであるので詳細な説明は省略する。
The fullerene manufacturing method using the fullerene manufacturing facility 31 according to the fourth embodiment of the present invention is the same as the fullerene manufacturing apparatus 26 according to the third embodiment. Since it is substantially the same as the manufacturing method of the class, detailed description thereof will be omitted.

【0054】図5に示すように、本発明の第5の実施の
形態に係るフラーレン類の製造装置38は、側壁部17
の他端側の基盤17aに取付けられ、酸素含有ガスと燃
料ガスが予混合された混合ガスが噴出する多数の小径の
噴出ノズル39が隙間をおいて形成されているヘッダー
管40を有する第1のバーナー41に供給されることが
特徴である。そのため、構造が異なる第1のバーナー4
1についてのみ説明し、第2の実施の形態に係るフラー
レンの製造設備10と同一の構成要素には同一の符号を
付して詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 5, the apparatus for producing fullerenes 38 according to the fifth embodiment of the present invention is provided with a side wall 17
Having a header pipe 40 attached to the base plate 17a on the other end side and having a large number of small-diameter jet nozzles 39 for jetting a mixed gas in which an oxygen-containing gas and a fuel gas are premixed are formed with a gap therebetween. It is characterized in that it is supplied to the burner 41 of. Therefore, the first burner 4 having a different structure
1 will be described, and the same components as those of the fullerene manufacturing facility 10 according to the second embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0055】ヘッダー管40は、反応炉11の軸心に対
して同心上にそれぞれ隙間を設けて配置された複数の環
状管40aを有し、各環状管40aは混合ガス供給配管
30aに接続している。そして、第2のバーナー14の
各小径吐出管24は、各環状管40aの隙間を通って第
1反応帯域13を貫通して配置されている。従って、酸
素含有ガスと燃料ガスを予混合した混合ガスを混合ガス
供給配管30aを介して各環状管40aに供給すると、
混合ガスは各環状管40aのそれぞれの噴出ノズル39
から第1反応帯域13内に噴出する。このため、第1反
応帯域13内に噴出した混合ガスを燃焼させることによ
り、第1反応帯域13で高温の燃焼ガス流を形成するこ
とができる。そして、第1反応帯域13から流入する高
温の燃焼ガス流中に、原料炭化水素供給配管25を介し
て供給した原料炭化水素を各小径吐出管24の吐出口1
5から供給して、原料炭化水素を短時間に均一に熱分解
することができる。なお、本発明の第5の実施の形態に
係るフラーレン類の製造装置38を使用したフラーレン
類の製造方法は、第2の実施の形態に係るフラーレン類
の製造装置10を使用したフラーレン類の製造方法と実
質的に同じであるので詳細な説明は省略する。
The header pipe 40 has a plurality of annular pipes 40a arranged concentrically with the axis of the reaction furnace 11 with a gap therebetween, and each annular pipe 40a is connected to the mixed gas supply pipe 30a. ing. The small-diameter discharge pipes 24 of the second burner 14 are arranged so as to pass through the first reaction zone 13 through the gaps between the annular pipes 40a. Therefore, when the mixed gas in which the oxygen-containing gas and the fuel gas are premixed is supplied to each annular pipe 40a through the mixed gas supply pipe 30a,
The mixed gas is ejected from each jet nozzle 39 of each annular pipe 40a.
Is jetted out into the first reaction zone 13. Therefore, by burning the mixed gas ejected in the first reaction zone 13, a high temperature combustion gas flow can be formed in the first reaction zone 13. Then, the raw material hydrocarbons supplied through the raw material hydrocarbon supply pipe 25 into the high temperature combustion gas flow flowing in from the first reaction zone 13 are discharged through the discharge ports 1 of the small diameter discharge pipes 24.
5, the raw material hydrocarbons can be uniformly pyrolyzed in a short time. The fullerene manufacturing method using the fullerene manufacturing apparatus 38 according to the fifth embodiment of the present invention is the same as the fullerene manufacturing apparatus 10 according to the second embodiment. Since the method is substantially the same, detailed description is omitted.

【0056】本発明の第6の実施の形態に係るフラーレ
ン類の製造装置42は、本発明の第2の実施の形態に係
るフラーレン類の製造装置10と比較して、第1のバー
ナー43の構造が異なっていることが特徴である。その
ため、構造が異なる第1のバーナー43についてのみ説
明し、第2の実施の形態に係るフラーレン類の製造装置
10と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説
明は省略する。すなわち、図6に示すように、側壁部1
7の他端側の基盤17aに取付けられた第1のバーナー
43は耐熱性金属で作製され、酸素含有ガスを噴出する
多数の小径の噴出ノズル44が隙間をおいて形成された
第1のヘッダー管45と、第1のヘッダー管45とは隙
間を有し配置され燃料ガスを噴出する多数の小径の噴出
ノズル46が隙間をおいて形成された第2のヘッダー管
47を有している。更に、第1のヘッダー管45及び第
2のヘッダー管47には酸素含有ガス及び前記燃料ガス
をそれぞれ独立に供給する酸素含有ガス供給配管20、
燃料ガス供給配管22が接続されている。また、第2の
バーナー14の各小径吐出管24は、第1のヘッダー管
45と第2のヘッダー管47の隙間を通って基盤17a
を貫通し反応炉11内に突出している。
The fullerene producing apparatus 42 according to the sixth embodiment of the present invention is different from the fullerene producing apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention in that of the first burner 43. The feature is that the structure is different. Therefore, only the first burner 43 having a different structure will be described, the same components as those of the fullerene manufacturing apparatus 10 according to the second embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, as shown in FIG.
The first burner 43 attached to the base plate 17a on the other end side of 7 is made of a heat-resistant metal, and a large number of small-diameter jet nozzles 44 for jetting an oxygen-containing gas are formed in the first header. The pipe 45 and the first header pipe 45 have a second header pipe 47 which is arranged with a gap and in which a large number of small-diameter jet nozzles 46 for jetting the fuel gas are formed with a gap. Further, the first header pipe 45 and the second header pipe 47 individually supply the oxygen-containing gas and the fuel gas to the oxygen-containing gas supply pipe 20,
The fuel gas supply pipe 22 is connected. Further, each small-diameter discharge pipe 24 of the second burner 14 passes through the gap between the first header pipe 45 and the second header pipe 47, and then the base 17a.
And penetrates into the reactor 11.

【0057】このような構成とすることにより、酸素含
有ガスを酸素含有ガス供給配管20を介して第1のヘッ
ダー45に供給し噴出ノズル44から反応炉11内に噴
出させることができる。また、燃料ガスを燃料ガス供給
配管22を介して第2のヘッダー47に供給し噴出ノズ
ル46から反応炉11内に噴出させることができる。各
噴出ノズル44、46から噴出した酸素含有ガスと燃料
ガスとは、放出された後に拡散混合して一様な混合状態
となって第1反応帯域13で燃焼する。そして、形成さ
れた高温の燃焼ガスは下流側の第2反応帯域16に流入
する。そして、第1反応帯域13から流入する高温の燃
焼ガス流中に、原料炭化水素供給配管25を介して供給
した原料炭化水素を各小径吐出管24の吐出口15から
供給して、原料炭化水素を短時間に均一に熱分解するこ
とができる。なお、本発明の第6の実施の形態に係るフ
ラーレン類の製造装置42を使用したフラーレン類の製
造方法は、第2の実施の形態に係るフラーレン類の製造
装置10を使用したフラーレン類の製造方法と実質的に
同じであるので詳細な説明は省略する。
With this structure, the oxygen-containing gas can be supplied to the first header 45 through the oxygen-containing gas supply pipe 20 and ejected from the ejection nozzle 44 into the reaction furnace 11. Further, the fuel gas can be supplied to the second header 47 via the fuel gas supply pipe 22 and ejected from the ejection nozzle 46 into the reaction furnace 11. The oxygen-containing gas and the fuel gas ejected from the ejection nozzles 44 and 46 are diffused and mixed after being released, and become a uniform mixed state and burned in the first reaction zone 13. Then, the formed high temperature combustion gas flows into the second reaction zone 16 on the downstream side. Then, the raw material hydrocarbons supplied through the raw material hydrocarbon supply pipe 25 are supplied from the discharge ports 15 of the small-diameter discharge pipes 24 into the high temperature combustion gas flow flowing in from the first reaction zone 13, and the raw material hydrocarbons are supplied. Can be thermally decomposed uniformly in a short time. The fullerene manufacturing method using the fullerene manufacturing apparatus 42 according to the sixth embodiment of the present invention is the same as the fullerene manufacturing apparatus 10 according to the second embodiment. Since the method is substantially the same, detailed description is omitted.

【0058】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、
発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前
記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を
組み合わせて本発明のフラーレン類の製造方法及びその
装置を構成する場合も本発明の権利範囲である。例え
ば、第5の実施の形態でヘッダー管40を反応炉11の
軸心に対して同心上に配置された複数の環状管40aで
構成したが、複数の直管を格子状にそれぞれ隙間を設け
て並べてもよい。また、第6の実施の形態で第1のヘッ
ダー管45と第2のヘッダー管47を反応炉11の軸心
に対して同心上に隙間を設けて複数配置したが第1のヘ
ッダー管と第2のヘッダー管を格子状にそれぞれ隙間を
設けて並べてもよい。更に、第2のバーナー14の小径
吐出管24をステンレス鋼等の耐熱鋼で作製し、第3及
び第4の実施の形態で多孔質部材を耐熱性の焼結金属で
作製したが、サーメット、セラミックスで作製すること
もできる。
The embodiment of the present invention has been described above.
The present invention is not limited to this embodiment,
Modifications are possible without changing the gist of the invention, and the present invention is also applicable to the case where the fullerene manufacturing method and the apparatus thereof of the present invention are configured by combining some or all of the above-described respective embodiments and modifications. This is the scope of invention rights. For example, in the fifth embodiment, the header pipe 40 is composed of a plurality of annular pipes 40a arranged concentrically with respect to the axis of the reaction furnace 11. However, a plurality of straight pipes are provided in a grid pattern with gaps. You may line up. Further, in the sixth embodiment, a plurality of first header pipes 45 and second header pipes 47 are arranged concentrically with respect to the axis of the reactor 11 with a gap therebetween. The two header tubes may be arranged in a grid pattern with gaps. Furthermore, the small-diameter discharge pipe 24 of the second burner 14 is made of heat-resistant steel such as stainless steel, and the porous member is made of heat-resistant sintered metal in the third and fourth embodiments. It can also be made of ceramics.

【0059】[0059]

【発明の効果】請求項1〜3記載のフラーレン類の製造
方法においては、反応炉内に、酸素含有ガスと燃料とを
供給して燃焼させて高温の燃焼ガス流を形成させる第1
反応帯域と、この燃焼ガス流の途中にガス化した原料炭
化水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料炭
化水素を反応させてフラーレン類を生成させる第2反応
帯域を有することを特徴とするフラーレン類の製造装置
を使用し、第2反応帯域の圧力を大気圧未満とするの
で、原料炭化水素の熱分解が均一に進行して、フラーレ
ン類の生成効率を向上させることができ、フラーレン類
を大量に且つ安価に、そして容易に製造することができ
る。
According to the method for producing fullerenes according to claims 1 to 3, the oxygen-containing gas and the fuel are supplied into the reaction furnace and burned to form a high temperature combustion gas stream.
Characterized by having a reaction zone, a raw material hydrocarbon supply port for supplying a gasified raw material hydrocarbon in the middle of the combustion gas flow, and a second reaction zone for reacting the raw material hydrocarbon to produce fullerenes Since the apparatus for producing fullerenes is used and the pressure in the second reaction zone is less than atmospheric pressure, the thermal decomposition of the raw material hydrocarbons proceeds uniformly and the production efficiency of fullerenes can be improved. Fullerenes can be easily produced in large quantities at low cost.

【0060】一方、上記、公知の燃焼法によるフラーレ
ン類の製造方法においては、燃焼反応のための燃料とフ
ラーレン生成のための原料は同一であるのが通常であ
り、炭化水素燃料燃焼反応に必要な燃料を任意に選定す
ることができない。これに対し、本発明によると燃焼反
応のための燃料と、フラーレン類の製造のための原料を
別々に選定することができるため、特に工業規模でフラ
ーレン類を製造する場合、原燃料の調達事情により、コ
ストの安い原燃料を自由に選択することができる。
On the other hand, in the above-described method for producing fullerenes by the known combustion method, the fuel for the combustion reaction and the raw material for producing the fullerene are usually the same, which is necessary for the hydrocarbon fuel combustion reaction. Fuel cannot be selected arbitrarily. On the other hand, according to the present invention, the fuel for the combustion reaction and the raw material for the production of fullerenes can be selected separately. Thus, it is possible to freely select a raw fuel with a low cost.

【0061】特に、請求項2記載のフラーレン類の製造
方法においては、第2反応帯域が第1反応帯域の下流側
にあるので、第2反応帯域の条件を炉内断面すべてにわ
たって一定に保つことができ、この帯域での条件をフラ
ーレン類の収率が最大となるような条件に調節すること
によって、フラーレン類が生成する領域を最大に広げる
ことができるため、通常の燃焼法に比べてフラーレン類
の収率が高くなる。これに対して、従来の燃焼法におい
ては主に火炎中でフラーレン類が生成するが、一般的に
火炎は温度分布を持ち、火炎の特定の領域でフラーレン
類が生成することが知られている。
Particularly, in the method for producing fullerenes according to claim 2, since the second reaction zone is on the downstream side of the first reaction zone, the conditions of the second reaction zone should be kept constant over the entire cross section of the furnace. By adjusting the conditions in this zone to the conditions that maximize the yield of fullerenes, the region where fullerenes are generated can be expanded to the maximum, so fullerenes can be obtained compared to ordinary combustion methods. Higher yield of class. On the other hand, in the conventional combustion method, fullerenes are mainly generated in the flame, but it is generally known that the flame has a temperature distribution and the fullerenes are generated in a specific region of the flame. .

【0062】請求項3記載のフラーレン類の製造方法に
おいては、第2反応帯域の温度が1000℃以上である
ので、供給された原料炭化水素を短時間に確実に熱分解
させることができ、フラーレン類を大量に製造すること
ができる。
In the method for producing fullerenes according to claim 3, since the temperature of the second reaction zone is 1000 ° C. or higher, the supplied raw material hydrocarbon can be reliably pyrolyzed in a short time, and the fullerene Large quantities can be produced.

【0063】請求項4〜13記載のフラーレン類の製造
装置においては、反応炉内に、第1のバーナーを介して
酸素含有ガスと燃料ガスとを供給し、これらを燃焼させ
て高温の燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域と、第1
反応帯域の下流側にあって、燃焼ガス流に原料炭化水素
を供給する第2のバーナーの吐出口を有し、ガス化して
供給された原料炭化水素を燃焼ガス流中で反応させてフ
ラーレン類を生成させる第2反応帯域を有するので、燃
料の燃焼状態の制御、原料炭化水素の熱分解の制御が共
に容易となって、フラーレン類を大量に、安価に、そし
て容易に製造することが可能となる。
In the apparatus for producing fullerenes according to claims 4 to 13, the oxygen-containing gas and the fuel gas are supplied into the reaction furnace through the first burner, and these are burned to generate a high-temperature combustion gas. A first reaction zone for forming a stream, and a first reaction zone
It has a discharge port of a second burner located downstream of the reaction zone for supplying the raw material hydrocarbon to the combustion gas stream, and reacts the gasified and supplied raw material hydrocarbon in the combustion gas stream to produce fullerenes. Since it has the second reaction zone for producing, it becomes easy to control the combustion state of the fuel and the thermal decomposition of the raw material hydrocarbon, and it is possible to easily produce a large amount of fullerenes at a low cost. Becomes

【0064】特に、請求項5記載のフラーレン類の製造
装置においては、第2のバーナーの吐出口は、第2反応
帯域の上流側に隙間を有して多数形成され、原料炭化水
素を燃焼ガス流中に分散放出するので、燃焼ガス中で原
料炭化水素を短時間に均一に熱分解することができ、原
料炭化水素の熱分解物から生成させるフラーレン類の収
率を高くすることが可能となる。
Particularly, in the apparatus for producing fullerenes according to claim 5, a large number of discharge ports of the second burner are formed with a gap on the upstream side of the second reaction zone, and the raw material hydrocarbons are burned with combustion gas. Since it is dispersed and released into the flow, it is possible to uniformly pyrolyze the raw material hydrocarbon in the combustion gas in a short time, and it is possible to increase the yield of fullerenes generated from the pyrolyzed product of the raw material hydrocarbon. Become.

【0065】請求項6記載のフラーレン類の製造装置に
おいては、第2のバーナーは、第1反応帯域を貫通して
配置される多数の小径吐出管からなっているので、第2
反応帯域の高温の燃焼ガス流中に予熱された原料炭化水
素を一様に分散放出して熱分解することができ、原料炭
化水素の熱分解物から生成させるフラーレン類の収率を
高くすることが可能となる。
In the apparatus for producing fullerenes according to the sixth aspect, the second burner is composed of a large number of small-diameter discharge pipes arranged so as to penetrate the first reaction zone.
To increase the yield of fullerenes produced from the pyrolysis products of the raw hydrocarbons by uniformly disperse and release the preheated raw hydrocarbons into the high temperature combustion gas stream in the reaction zone. Is possible.

【0066】請求項7記載のフラーレン類の製造装置に
おいては、第1のバーナーは、酸素含有ガスと燃料ガス
とを独立に放出し混在配置された複数の酸素含有ガスノ
ズル及び燃料ガスノズルを有するので、供給された酸素
含有ガスと燃料ガスは拡散混合して一様な混合状態で第
1反応帯域に存在させることができ、燃料ガスを第1反
応帯域で容易に完全燃焼させることが可能となる。その
結果、高温の燃焼ガス流を形成することができ、原料炭
化水素の熱分解物から生成させるフラーレン類の収率を
高くすることが可能となる。
In the fullerene producing apparatus according to the seventh aspect, the first burner has a plurality of oxygen-containing gas nozzles and fuel gas nozzles that emit the oxygen-containing gas and the fuel gas independently and are mixedly arranged. The supplied oxygen-containing gas and fuel gas can be diffusively mixed to be present in the first reaction zone in a uniform mixed state, and the fuel gas can be easily completely burned in the first reaction zone. As a result, a high-temperature combustion gas stream can be formed, and the yield of fullerenes generated from the thermal decomposition product of the raw material hydrocarbon can be increased.

【0067】請求項8記載のフラーレン類の製造装置に
おいては、第1のバーナーのヘッドは多孔質部材からな
って、表面から酸素含有ガスと燃料ガスが混合された状
態で噴出されるので、酸素含有ガスと燃料ガスを予混合
された状態で第1反応帯域に供給することができ、燃料
ガスを第1反応帯域で容易に完全燃焼させることが可能
となる。その結果、高温の燃焼ガス流を形成することが
でき、原料炭化水素の熱分解物から生成させるフラーレ
ン類の収率を高くすることが可能となる。
In the apparatus for producing fullerenes according to claim 8, since the head of the first burner is made of a porous member and is jetted from the surface in a state where the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed, The contained gas and the fuel gas can be supplied to the first reaction zone in a premixed state, and the fuel gas can be easily completely burned in the first reaction zone. As a result, a high-temperature combustion gas stream can be formed, and the yield of fullerenes generated from the thermal decomposition product of the raw material hydrocarbon can be increased.

【0068】請求項9記載のフラーレン類の製造装置に
おいては、酸素含有ガスと燃料ガスの混合は第1のバー
ナー内で行われ、第1のバーナーには酸素含有ガスと燃
料ガスが独立に別配管で供給されているので、酸素含有
ガスと燃料ガスとの予混合手段を設ける必要がなく、フ
ラーレン類の製造装置の構成を簡単にすることができ
る。
In the apparatus for producing fullerenes according to claim 9, the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed in the first burner, and the oxygen-containing gas and the fuel gas are separately separated in the first burner. Since it is supplied through a pipe, it is not necessary to provide a premixing means for the oxygen-containing gas and the fuel gas, and the structure of the fullerene production apparatus can be simplified.

【0069】請求項10記載のフラーレン類の製造装置
においては、酸素含有ガスと燃料ガスとは予混合されて
ヘッドの下部に設けられた蓄圧室に供給されているの
で、第1のバーナーの構造を簡単にすることができ、第
1のバーナーのコストを低減させることができる。
In the fullerene producing apparatus according to the tenth aspect of the present invention, the oxygen-containing gas and the fuel gas are premixed and supplied to the pressure accumulating chamber provided in the lower portion of the head. Can be simplified and the cost of the first burner can be reduced.

【0070】請求項11記載のフラーレン類の製造装置
において、第1のバーナーは、多数の小径の噴出ノズル
が隙間をおいて形成されたヘッダー管を有し、ヘッダー
管には予混合された酸素含有ガスと燃料ガスが供給され
ているので、酸素含有ガスと燃料ガスを予混合された状
態で第1反応帯域に分散放出することができ、燃料ガス
を第1反応帯域で容易に完全燃焼させることが可能とな
る。その結果、高温の燃焼ガス流を形成することがで
き、原料炭化水素の熱分解物から生成させるフラーレン
類の収率を高くすることが可能となる。
In the apparatus for producing fullerenes according to claim 11, the first burner has a header tube in which a large number of small-diameter jet nozzles are formed at intervals, and the header tube has premixed oxygen. Since the contained gas and the fuel gas are supplied, the oxygen-containing gas and the fuel gas can be pre-mixed and dispersedly released into the first reaction zone, and the fuel gas can be easily completely burned in the first reaction zone. It becomes possible. As a result, a high-temperature combustion gas stream can be formed, and the yield of fullerenes generated from the thermal decomposition product of the raw material hydrocarbon can be increased.

【0071】請求項12記載のフラーレン類の製造装置
においては、第1のバーナーは、酸素含有ガスを噴出す
る多数の小径の噴出ノズルが隙間をおいて形成された第
1のヘッダー管と、第1のヘッダー管とは隙間を有し配
置され燃料ガスを噴出する多数の小径の噴出ノズルが隙
間をおいて形成された第2のヘッダー管を有し、第1の
ヘッダー管及び第2のヘッダー管には酸素含有ガス及び
燃料ガスがそれぞれ独立に別配管で供給されているの
で、分散放出された酸素含有ガスと燃料ガスは拡散混合
して一様な混合状態となって第1反応帯域に存在させる
ことができ、燃料ガスを第1反応帯域で容易に完全燃焼
させることが可能となる。その結果、高温の燃焼ガス流
を形成することができ、原料炭化水素の熱分解物から生
成させるフラーレン類の収率を高くすることが可能とな
る。
In the fullerene producing apparatus according to the twelfth aspect of the present invention, the first burner includes a first header tube in which a large number of small-diameter jet nozzles for jetting an oxygen-containing gas are formed with gaps, and The first header pipe and the second header have a second header pipe in which a large number of small-diameter jet nozzles for jetting fuel gas are formed with a gap between the first header pipe and the first header pipe. Since the oxygen-containing gas and the fuel gas are independently supplied to the pipe by separate pipes, the oxygen-containing gas and the fuel gas that have been dispersed and released are diffusively mixed and become a uniform mixed state, so that the first reaction zone It can be present, and the fuel gas can be easily completely burned in the first reaction zone. As a result, a high-temperature combustion gas stream can be formed, and the yield of fullerenes generated from the thermal decomposition product of the raw material hydrocarbon can be increased.

【0072】請求項13記載のフラーレン類の製造装置
においては、第2のバーナーから供給される原料炭化水
素に酸素含有ガスを混合するので、原料炭化水素が熱分
解する際に消費した熱エネルギーを補填して燃焼ガスの
温度が低下するのを防止でき、原料炭化水素の熱分解物
から生成させるフラーレン類の収率を高くすることが可
能となる。
In the apparatus for producing fullerenes according to the thirteenth aspect, since the oxygen-containing gas is mixed with the raw material hydrocarbon supplied from the second burner, the thermal energy consumed when the raw material hydrocarbon is thermally decomposed. It is possible to prevent the temperature of the combustion gas from being lowered due to the supplementation, and it is possible to increase the yield of fullerenes generated from the thermal decomposition product of the raw material hydrocarbon.

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

【図1】(A)、(B)はそれぞれ本発明の第1の実施
の形態に係るフラーレン類の製造方法を適用したフラー
レン製造装置の説明図、平断面図である。
1A and 1B are an explanatory view and a plan sectional view of a fullerene manufacturing apparatus to which a method for manufacturing fullerenes according to a first embodiment of the present invention is applied, respectively.

【図2】(A)、(B)はそれぞれ本発明の第2の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図である。
2 (A) and 2 (B) are respectively an explanatory view and a plan sectional view of a fullerene manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】(A)、(B)はそれぞれ本発明の第3の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図である。
3 (A) and 3 (B) are respectively an explanatory view and a plan sectional view of a fullerene manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態に係るフラーレン類
の製造装置の部分説明図である。
FIG. 4 is a partial explanatory view of an apparatus for producing fullerenes according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】(A)、(B)はそれぞれ本発明の第5の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図である。
5 (A) and 5 (B) are respectively an explanatory view and a plan sectional view of a fullerene manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】(A)、(B)はそれぞれ本発明の第6の実施
の形態に係るフラーレン類の製造装置の説明図、平断面
図である。
6 (A) and 6 (B) are respectively an explanatory view and a plan sectional view of a fullerene manufacturing apparatus according to a sixth embodiment 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:フラーレン
類の製造装置、3a:反応炉、4:原料炭化水素供給
口、5、6:酸素含有ガス供給口、7:燃料供給口、1
0:フラーレン類の製造装置、11:反応炉、12:第
1のバーナー、13:第1反応帯域、14:第2のバー
ナー、15:吐出口、16:第2反応帯域、17:側壁
部、17a:基盤、18:排出口、19:端部壁、2
0:酸素含有ガス供給配管、21:酸素含有ガスノズ
ル、22:燃料ガス供給配管、23:燃料ガスノズル、
24:小径吐出管、25:原料炭化水素供給配管、2
6:フラーレン類の製造装置、27:第1のバーナー、
28:ヘッド、29:蓄圧室、30、30a:混合ガス
供給配管、31:フラーレン類の製造装置、32:第1
のバーナー、33:ヘッド、34:蓄圧室、35:ガス
混合器、36:酸素含有ガス供給配管、37:燃料ガス
供給配管、38:フラーレン類の製造装置、39:噴出
ノズル、40:ヘッダー管、40a:環状管、41:第
1のバーナー、42:フラーレン類の製造装置、43:
第1のバーナー、44:噴出ノズル、45:第1のヘッ
ダー管、46:噴出ノズル、47:第2のヘッダー管
1: 1st reaction zone, 2: 2nd reaction zone, 3: Fullerene production apparatus, 3a: Reactor, 4: Raw material hydrocarbon supply port, 5, 6: Oxygen-containing gas supply port, 7: Fuel supply port 1
0: Fullerene production apparatus, 11: Reactor, 12: First burner, 13: First reaction zone, 14: Second burner, 15: Discharge port, 16: Second reaction zone, 17: Side wall part , 17a: base, 18: outlet, 19: end wall, 2
0: oxygen-containing gas supply pipe, 21: oxygen-containing gas nozzle, 22: fuel gas supply pipe, 23: fuel gas nozzle,
24: small diameter discharge pipe, 25: raw material hydrocarbon supply pipe, 2
6: fullerene production apparatus, 27: first burner,
28: head, 29: accumulator, 30, 30a: mixed gas supply pipe, 31: fullerene production apparatus, 32: first
Burner, 33: head, 34: accumulator, 35: gas mixer, 36: oxygen-containing gas supply pipe, 37: fuel gas supply pipe, 38: fullerene production device, 39: jet nozzle, 40: header pipe , 40a: annular tube, 41: first burner, 42: fullerene production apparatus, 43:
1st burner, 44: ejection nozzle, 45: 1st header pipe, 46: ejection nozzle, 47: 2nd header pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香月 正司 兵庫県西宮市清水町5−5−602 Fターム(参考) 4G146 AA07 BA12 BC03 BC07 BC08 BC27 BC34A BC34B BC35A BC35B BC36A BC38A BC38B DA03 DA23 DA25 DA35    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shoji Kazuki             5-5-602 Shimizu-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Prefecture F-term (reference) 4G146 AA07 BA12 BC03 BC07 BC08                       BC27 BC34A BC34B BC35A                       BC35B BC36A BC38A BC38B                       DA03 DA23 DA25 DA35

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応炉内に、酸素含有ガスと燃料とを供
給して燃焼させて高温の燃焼ガス流を形成させる第1反
応帯域と、この燃焼ガス流の途中に原料炭化水素を供給
する原料炭化水素供給口を有し且つ該原料炭化水素を反
応させてフラーレン類を生成させる第2反応帯域を有す
ることを特徴とするフラーレン類の製造装置を使用し、
前記第2反応帯域の圧力を大気圧未満とすることを特徴
とするフラーレン類の製造方法。
1. A first reaction zone in which an oxygen-containing gas and a fuel are supplied and burned in a reaction furnace to form a high temperature combustion gas stream, and a raw material hydrocarbon is supplied in the middle of this combustion gas stream. A fullerene production apparatus characterized by having a raw material hydrocarbon supply port and having a second reaction zone for reacting the raw material hydrocarbon to produce fullerenes,
A method for producing fullerenes, characterized in that the pressure in the second reaction zone is less than atmospheric pressure.
【請求項2】 請求項1に記載のフラーレン類の製造方
法において、前記第2反応帯域が前記第1反応帯域の下
流側にあることを特徴とするフラーレン類の製造方法。
2. The method for producing fullerenes according to claim 1, wherein the second reaction zone is on the downstream side of the first reaction zone.
【請求項3】 請求項1及び2のいずれか1項に記載の
フラーレン類の製造方法において、前記第2反応帯域の
温度が1000℃以上であることを特徴とするフラーレ
ン類の製造方法。
3. The method for producing fullerenes according to claim 1, wherein the temperature of the second reaction zone is 1000 ° C. or higher.
【請求項4】 反応炉内に、第1のバーナーを介して酸
素含有ガスと燃料ガスとを供給し、これらを燃焼させて
高温の燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域と、該第1
反応帯域の下流側にあって、前記燃焼ガス流に原料炭化
水素を供給する第2のバーナーの吐出口を有し、ガス化
して供給された前記原料炭化水素を前記燃焼ガス流中で
反応させてフラーレン類を生成させる第2反応帯域を有
することを特徴とするフラーレン類の製造装置。
4. A first reaction zone in which an oxygen-containing gas and a fuel gas are supplied into a reaction furnace through a first burner and burned to form a high temperature combustion gas flow, and the first reaction zone.
A discharge port of a second burner is provided downstream of the reaction zone for supplying the raw material hydrocarbon to the combustion gas stream, and the raw material hydrocarbon gasified and supplied is reacted in the combustion gas stream. An apparatus for producing fullerenes, comprising a second reaction zone for producing fullerenes by heating.
【請求項5】 請求項4記載のフラーレン類の製造装置
において、前記第2のバーナーの吐出口は、前記第2反
応帯域の上流側に隙間を有して多数形成され、前記原料
炭化水素を前記燃焼ガス流中に分散放出することを特徴
とするフラーレン類の製造装置。
5. The fullerene producing apparatus according to claim 4, wherein a large number of discharge ports of the second burner are formed upstream of the second reaction zone with a gap, and An apparatus for producing fullerenes, characterized in that they are dispersed and released into the combustion gas flow.
【請求項6】 請求項5記載のフラーレン類の製造装置
において、前記第2のバーナーは、前記第1反応帯域を
貫通して配置される多数の小径吐出管からなっているこ
とを特徴とするフラーレン類の製造装置。
6. The apparatus for producing fullerenes according to claim 5, wherein the second burner comprises a large number of small-diameter discharge pipes arranged so as to penetrate the first reaction zone. Fullerene manufacturing equipment.
【請求項7】 請求項4〜6のいずれか1項に記載のフ
ラーレン類の製造装置において、前記第1のバーナー
は、前記酸素含有ガスと前記燃料ガスとをそれぞれ独立
に放出する複数の酸素含有ガスノズル及び燃料ガスノズ
ルが混在配置されていることを特徴とするフラーレン類
の製造装置。
7. The fullerene production apparatus according to claim 4, wherein the first burner independently discharges the oxygen-containing gas and the fuel gas. An apparatus for producing fullerenes, characterized in that a containing gas nozzle and a fuel gas nozzle are arranged in a mixed manner.
【請求項8】 請求項4〜6のいずれか1項に記載のフ
ラーレン類の製造装置において、前記第1のバーナーの
ヘッドは多孔質部材からなって、表面から前記酸素含有
ガスと前記燃料ガスが混合された状態で噴出されること
を特徴とするフラーレン類の製造装置。
8. The apparatus for producing fullerenes according to claim 4, wherein the head of the first burner is made of a porous member, and the oxygen-containing gas and the fuel gas are introduced from the surface. An apparatus for producing fullerenes, which is characterized by being jetted in a mixed state.
【請求項9】 請求項8記載のフラーレン類の製造装置
において、前記酸素含有ガスと前記燃料ガスの混合は前
記第1のバーナー内で行われ、前記第1のバーナーには
前記酸素含有ガスと前記燃料ガスが独立に別配管で供給
されていることを特徴とするフラーレン類の製造装置。
9. The apparatus for producing fullerenes according to claim 8, wherein the oxygen-containing gas and the fuel gas are mixed in the first burner, and the oxygen-containing gas is added to the first burner. An apparatus for producing fullerenes, wherein the fuel gas is independently supplied through a separate pipe.
【請求項10】 請求項8記載のフラーレン類の製造装
置において、前記酸素含有ガスと前記燃料ガスとは予混
合されて前記ヘッドの下部に設けられた蓄圧室に供給さ
れていることを特徴とするフラーレン類の製造装置。
10. The apparatus for producing fullerenes according to claim 8, wherein the oxygen-containing gas and the fuel gas are premixed and supplied to a pressure accumulating chamber provided under the head. Fullerene manufacturing equipment.
【請求項11】 請求項4〜6のいずれか1項に記載の
フラーレン類の製造装置において、前記第1のバーナー
は、多数の小径の噴出ノズルが隙間をおいて形成された
ヘッダー管を有し、該ヘッダー管には予混合された前記
酸素含有ガスと前記燃料ガスが供給されていることを特
徴とするフラーレン類の製造装置。
11. The fullerene producing apparatus according to claim 4, wherein the first burner has a header tube in which a large number of small-diameter jet nozzles are formed with gaps. An apparatus for producing fullerenes, wherein the header tube is supplied with the oxygen-containing gas and the fuel gas that have been premixed.
【請求項12】 請求項4〜6のいずれか1項に記載の
フラーレン類の製造装置において、前記第1のバーナー
は、前記酸素含有ガスを噴出する多数の小径の噴出ノズ
ルが隙間をおいて形成された第1のヘッダー管と、前記
第1のヘッダー管とは隙間を有し配置され前記燃料ガス
を噴出する多数の小径の噴出ノズルが隙間をおいて形成
された第2のヘッダー管を有し、前記第1のヘッダー管
及び前記第2のヘッダー管には前記酸素含有ガス及び前
記燃料ガスがそれぞれ独立に別配管で供給されているこ
とを特徴とするフラーレン類の製造装置。
12. The fullerene producing apparatus according to claim 4, wherein the first burner has a large number of small-diameter jet nozzles for jetting the oxygen-containing gas with gaps therebetween. A formed first header pipe and a second header pipe in which a large number of small-diameter jet nozzles for jetting the fuel gas are arranged with a gap between the first header pipe and the first header pipe. An apparatus for manufacturing fullerenes, characterized in that the oxygen-containing gas and the fuel gas are independently supplied to the first header pipe and the second header pipe by separate pipes.
【請求項13】 請求項4〜12のいずれか1項に記載
のフラーレン類の製造装置において、前記第2のバーナ
ーから供給される原料炭化水素に酸素含有ガスを混合す
ることを特徴とするフラーレン類の製造装置。
13. The fullerene producing apparatus according to any one of claims 4 to 12, wherein the raw hydrocarbon supplied from the second burner is mixed with an oxygen-containing gas. Manufacturing equipment.
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