JP2004075457A - カーボンナノファイバーの製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流動層方式によるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内部に流動材１１を充填した上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動流動層反応部１２と、炭素原料１３を上記流動層反応部１２内に供給する原料供給手段１４と、触媒金属１５を上記流動層反応部１２内に供給する触媒供給手段１６と、上記流動層反応部１２内の流動材１１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部１７と、上記流動層反応部１２に導入し、内部の流動材１１を流動させる流動ガス１８を供給する流動ガス供給手段１９と、流動層反応部１２を加熱する加熱手段２０と、該フリーボード部１７から飛散されたカーボンナノファイバー２２及び流動材１１を回収する回収ライン２３と、回収ライン２３で回収された流動材１１とカーボンナノファイバー２２とを分離する分離手段２４とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】内部に流動材１１を充填した上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動流動層反応部１２と、炭素原料１３を上記流動層反応部１２内に供給する原料供給手段１４と、触媒金属１５を上記流動層反応部１２内に供給する触媒供給手段１６と、上記流動層反応部１２内の流動材１１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部１７と、上記流動層反応部１２に導入し、内部の流動材１１を流動させる流動ガス１８を供給する流動ガス供給手段１９と、流動層反応部１２を加熱する加熱手段２０と、該フリーボード部１７から飛散されたカーボンナノファイバー２２及び流動材１１を回収する回収ライン２３と、回収ライン２３で回収された流動材１１とカーボンナノファイバー２２とを分離する分離手段２４とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層方式によるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、黒鉛（グラファイト）シートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体である。このカーボンナノチューブには、黒鉛シートが円筒状に閉じた多層構造を有する多層ナノチューブと、黒鉛シートが円筒状に閉じた単層構造を有する単層ナノチューブとがある。
【０００３】
一方の多層ナノチューブは、１９９１年に飯島により発見された。すなわち、アーク放電法の陰極に堆積した炭素の塊の中に、多層ナノチューブが存在することが発見された。その後、多層ナノチューブの研究が積極的になされ、近年は多層ナノチューブを多量に合成できるまでにもなった。
【０００４】
これに対して、単層ナノチューブは概ね０．４〜１００ナノメータ（ｎｍ）程度の内径を有しており、その合成は、１９９３年に飯島とＩＢＭのグループにより同時に報告された。単層ナノチューブの電子状態は理論的に予測されており、ラセンの巻き方により電子物性が金属的性質から半導体的性質まで変化すると考えられている。従って、このような単層ナノチューブは、未来の電子材料として有望視されている。
【０００５】
単層ナノチューブのその他の用途としては、ナノエレクトロニクス材料、電界電子放出エミッタ、高指向性放射源、軟Ｘ線源、一次元伝導材、高熱伝導材、水素貯蔵材等が考えられている。また、表面の官能基化、金属被覆、異物質内包により、単層ナノチューブの用途はさらに広がると考えられている。
【０００６】
従来、上述した単層ナノチューブは、鉄、コバルト、ニッケル、ランタン等の金属を陽極の炭素棒に混入し、アーク放電を行うことにより製造されている。しかし、この製造方法では、生成物中に、単層ナノチューブの他、多層ナノチューブ、黒鉛、アモルファスカーボンが混在し、収率が低いだけでなく、単層ナノチューブの糸径・糸長にもばらつきがあり、糸径・糸長の比較的揃った単層ナノチューブを高収率で製造することは困難であった。
【０００７】
なお、カーボンナノチューブの製造方法としては、上述したアーク法の他、気相熱分解法、レーザー昇華法、凝縮相の電解法などが提案されている。
【０００８】
ところで、これらの製造方法はいずれも実験室レベルの製造方法であり、特に炭素材料の収率が低い、という問題がある。
【０００９】
また、上述した方法では、連続して製造することがができないなど、安定した大量生産を行うことは困難であった。
【００１０】
一方、近年ナノ単位の炭素材料（いわゆるカーボンナノファイバー）は多方面において、その有用性が嘱望され、工業的な大量製造できることが望まれている。
【００１１】
そこで、カーボンナノファイバーを大量製造の方法として、流動材を用いた流動層反応手段による製造方法が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流動層反応手段を用いてカーボンナノファイバーを製造する場合には、流動層内でのガス滞留時間を十分にとる必要があるので、流速を抑えている。この結果、原料ガスである有機化合物の急激な熱分解による閉塞が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑み、ナノ単位の炭素材料であるカーボンナノファイバーを効率よく連続的に大量生産することができるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置を提供をすることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する第１の発明は、流動層反応手段に炭素原料と触媒金属成分と流動ガスとを供給し、流動材を用いたカーボンナノファイバを製造するカーボンナノファイバーの方法であって、
上記流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法にある。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、
上記流動層反応手段を上下２段構造とし、上部流動炉内の流速を流動材の流動開始速度の２〜９０倍の流速を保持すると共に、下部流動炉の流速を上部流動炉の１．５倍とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法にある。
【００１６】
第３の発明は、内部に流動材を充填した流動層反応部と、
炭素原料を上記流動層反応部内に供給する原料供給手段と、
触媒金属を上記流動層反応部内に供給する触媒供給手段と、
上記流動層反応部に導入し、内部の流動材を流動させる流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、
上記流動層反応部を加熱する加熱手段とを具備すると共に、
上記流動層反応部を上部流動炉と下部流動炉の上下２段とし、下部流動炉の内径を上部流動炉の内径よりも小さくすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明において、
上記原料ガス供給手段の供給管が２重管であり、２重管内部を原料ガス通路とすると共に、２重管外部を温度制御媒体通路とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明によるカーボンナノファイバーの製造方法の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１にカーボンナノファイバーを製造する装置の一例を示す。
図１に示すように、カーボンナノファイバーの製造装置は、内部に流動材１１を充填した上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２と、炭素原料１３を上記流動層反応部１２内に供給する原料供給手段１４と、触媒金属１５を上記流動層反応部１２内に供給する触媒供給手段１６と、上記流動層反応部１２内の流動材１１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部１７と、上記流動層反応部１２に導入し、内部の流動材１１を流動させる流動ガス１８を供給する流動ガス供給手段１９と、流動層反応部１２を加熱する加熱手段２０と、該フリーボード部１７から飛散されたカーボンナノファイバー２２及び流動材１１を回収する回収ライン２３と、回収ライン２３で回収された流動材１１とカーボンナノファイバー２２とを分離する分離手段２４とを具備するものである。
【００２０】
上記上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２において、上部流動炉１２Ａを流動層反応部とし、その流速を流動開始速度の２〜９０倍、より好ましくは２〜６０倍としている。
また、下部流動炉１２Ｂを流動層攪拌部とし、その流速は上部流動層の流速の１．５倍とし、流動開始速度の３〜１５０程度としている。
また、上部流動炉１２Ａはその内径ｄ１ を下部流動炉１２Ｂの内径ｄ２ よりも広くしている。
【００２１】
流動開始速度は流動材の粒径に大きく依存するので、粒径を規定する場合には、例えば３００μｍの流動材の場合には、図２に示すように、流動化開始速度が０．０３ｍ／ｓ、終端速度は３ｍ／ｓとなる。
上部流動炉と下部流動炉とを合わせた流動層反応部１２の層高さＨ（ｈ１ ＋ｈ２ ）は、上記流動層内の流速を満足するように、適宜設定することができる。
【００２２】
上記流動層反応部１２の流動床反応形式には気泡型流動層型と噴流型流動層型とがあるが、本発明ではいずれのものを用いてもよい。
本実施の形態では、流動層反応部１２とフリーボード部１７とから流動層反応器２５を構成している。
また、フリーボード部１７は、流動層反応部１２よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。
【００２３】
上記炭素材料供給手段１４より供給される炭素原料１３は、炭素を含有する化合物であれば、いずれのものでもよく、例えばＣＯ、ＣＯ２ の他、メタン，エタン，プロパン及びヘキサンなどのアルカン類、エチレン，プロピレン及びアセチレン等の不飽和有機化合物、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料、又は石油や石炭（石炭転換ガスを含む）等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、Ｃ、Ｈの他にＳ成分やＣｌ成分を含有する有機化合物を用いるようにしてもよい。
【００２４】
この炭素原料１３は、流動層反応部１２内にガス状態で供給し、流動材１１による攪拌により均一な反応が行われ、カーボンナノファイバを成長させている。この際、所定の流動条件となるように、別途流動ガスとしてガス供給手段２０により不活性ガスを流動層反応部１７内に導入している。
【００２５】
上記触媒金属１５としては、例えば鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）に代表される転移金属を単独またはこれら金属からなる合金を挙げることができる。
上記合金としては、例えばＣｏ−Ｍｏ系の触媒金属成分を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
そして、上記触媒金属１５を用い、４００℃から１２００℃の温度範囲でベンゼン等の炭素原料を、水素分圧０％乃至９０％の混合ガス中で一定時間触媒に接触することによってカーボンファイバを合成している。
【００２７】
上記流動材１１の粒度は特に限定されるものではないが、例えば０．０２〜２０ｍｍの範囲のものを用いることができる。
この流動材としては、公知のケイ砂、アルミナ、シリカ、アルミノシリート、ゼオライト等の酸化物粒子等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
上記分離手段としてサイクロン５以外の分離手段としては、例えばバグフィルタ、セラミックフィルタ、篩等の公知の分離手段を用いることができる。
【００２９】
また、回収された流動材１１は分離手段２４により分離され、再利用するために、新規流動材１１と混合して流動材供給手段２６により流動層反応部１２内に供給するようにしている。
【００３０】
そして、流動層反応部１２内に、炭素原料１０と触媒金属１５及び流動材１１とを各々供給し、流動材ガス１９を供給することで、流動材１１を流動させ、所定の圧力及び温度とすることで、流動層による均一な反応を行うことにより、カーボンナノファイバー２４を製造することになる。
【００３１】
上記構成の流動層反応手段によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属１５とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３にカーボンナノファイバーを製造する装置の部分拡大図を示す。
図３に示すように、図１に示したカーボンナノファイバーの製造装置において、複数の細孔３２を設け、該細孔３２から炭素原料１３及び流動ガス１８を炉内部に供給している。
なお、図３中、符号３５は、所定時間反応させた後に、流動材１１を抜き出す抜出管を図示する。
【００３３】
また、この際、ガスを旋回させるように供給するようにしてもよい。これにより、炉周壁にガスが当接するので炉全体での攪拌効率が向上する。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図４に炭素原料を炉内に供給する供給管の斜視図を示す。
図４に示すように、炭素原料１３を炉内に供給する供給管を内管４１と外管４２とからなる２重管４３とし、内管４１内に炭素原料１３を供給すると共に、外管４２内に温度制御媒体４４を供給するようにして、温度制御媒体４４により、適宜温度制御（加熱又は冷却）することで、熱分解を防止するようにしている。
【００３５】
上記温度制御媒体４４は、水、水蒸気、空気、窒素等を用いることができる。
また、水は加圧して使用するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるカーボンナノファイバーの製造装置の概略を示す図である。
【図２】流動材の粒径と流動化開始速度、終端速度との関係を示す図である。
【図３】下部流動炉の概略図である。
【図４】原料供給管の概略図である。
【符号の説明】
１１ 流動材
１２ 流動層反応部
１２Ａ 上部流動炉
１２Ｂ 下部流動炉
１３ 炭素原料
１４ 原料供給手段
１５ 触媒金属
１６ 触媒供給手段
１７ フリーボード部
１８ 流動ガス
１９ 流動ガス供給手段
２０ 加熱手段
２２ カーボンナノファイバー
２３ 回収ライン
２４ 分離手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層方式によるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、黒鉛（グラファイト）シートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体である。このカーボンナノチューブには、黒鉛シートが円筒状に閉じた多層構造を有する多層ナノチューブと、黒鉛シートが円筒状に閉じた単層構造を有する単層ナノチューブとがある。
【０００３】
一方の多層ナノチューブは、１９９１年に飯島により発見された。すなわち、アーク放電法の陰極に堆積した炭素の塊の中に、多層ナノチューブが存在することが発見された。その後、多層ナノチューブの研究が積極的になされ、近年は多層ナノチューブを多量に合成できるまでにもなった。
【０００４】
これに対して、単層ナノチューブは概ね０．４〜１００ナノメータ（ｎｍ）程度の内径を有しており、その合成は、１９９３年に飯島とＩＢＭのグループにより同時に報告された。単層ナノチューブの電子状態は理論的に予測されており、ラセンの巻き方により電子物性が金属的性質から半導体的性質まで変化すると考えられている。従って、このような単層ナノチューブは、未来の電子材料として有望視されている。
【０００５】
単層ナノチューブのその他の用途としては、ナノエレクトロニクス材料、電界電子放出エミッタ、高指向性放射源、軟Ｘ線源、一次元伝導材、高熱伝導材、水素貯蔵材等が考えられている。また、表面の官能基化、金属被覆、異物質内包により、単層ナノチューブの用途はさらに広がると考えられている。
【０００６】
従来、上述した単層ナノチューブは、鉄、コバルト、ニッケル、ランタン等の金属を陽極の炭素棒に混入し、アーク放電を行うことにより製造されている。しかし、この製造方法では、生成物中に、単層ナノチューブの他、多層ナノチューブ、黒鉛、アモルファスカーボンが混在し、収率が低いだけでなく、単層ナノチューブの糸径・糸長にもばらつきがあり、糸径・糸長の比較的揃った単層ナノチューブを高収率で製造することは困難であった。
【０００７】
なお、カーボンナノチューブの製造方法としては、上述したアーク法の他、気相熱分解法、レーザー昇華法、凝縮相の電解法などが提案されている。
【０００８】
ところで、これらの製造方法はいずれも実験室レベルの製造方法であり、特に炭素材料の収率が低い、という問題がある。
【０００９】
また、上述した方法では、連続して製造することがができないなど、安定した大量生産を行うことは困難であった。
【００１０】
一方、近年ナノ単位の炭素材料（いわゆるカーボンナノファイバー）は多方面において、その有用性が嘱望され、工業的な大量製造できることが望まれている。
【００１１】
そこで、カーボンナノファイバーを大量製造の方法として、流動材を用いた流動層反応手段による製造方法が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流動層反応手段を用いてカーボンナノファイバーを製造する場合には、流動層内でのガス滞留時間を十分にとる必要があるので、流速を抑えている。この結果、原料ガスである有機化合物の急激な熱分解による閉塞が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑み、ナノ単位の炭素材料であるカーボンナノファイバーを効率よく連続的に大量生産することができるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置を提供をすることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する第１の発明は、流動層反応手段に炭素原料と触媒金属成分と流動ガスとを供給し、流動材を用いたカーボンナノファイバを製造するカーボンナノファイバーの方法であって、
上記流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法にある。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、
上記流動層反応手段を上下２段構造とし、上部流動炉内の流速を流動材の流動開始速度の２〜９０倍の流速を保持すると共に、下部流動炉の流速を上部流動炉の１．５倍とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法にある。
【００１６】
第３の発明は、内部に流動材を充填した流動層反応部と、
炭素原料を上記流動層反応部内に供給する原料供給手段と、
触媒金属を上記流動層反応部内に供給する触媒供給手段と、
上記流動層反応部に導入し、内部の流動材を流動させる流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、
上記流動層反応部を加熱する加熱手段とを具備すると共に、
上記流動層反応部を上部流動炉と下部流動炉の上下２段とし、下部流動炉の内径を上部流動炉の内径よりも小さくすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明において、
上記原料ガス供給手段の供給管が２重管であり、２重管内部を原料ガス通路とすると共に、２重管外部を温度制御媒体通路とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明によるカーボンナノファイバーの製造方法の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１にカーボンナノファイバーを製造する装置の一例を示す。
図１に示すように、カーボンナノファイバーの製造装置は、内部に流動材１１を充填した上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２と、炭素原料１３を上記流動層反応部１２内に供給する原料供給手段１４と、触媒金属１５を上記流動層反応部１２内に供給する触媒供給手段１６と、上記流動層反応部１２内の流動材１１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部１７と、上記流動層反応部１２に導入し、内部の流動材１１を流動させる流動ガス１８を供給する流動ガス供給手段１９と、流動層反応部１２を加熱する加熱手段２０と、該フリーボード部１７から飛散されたカーボンナノファイバー２２及び流動材１１を回収する回収ライン２３と、回収ライン２３で回収された流動材１１とカーボンナノファイバー２２とを分離する分離手段２４とを具備するものである。
【００２０】
上記上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２において、上部流動炉１２Ａを流動層反応部とし、その流速を流動開始速度の２〜９０倍、より好ましくは２〜６０倍としている。
また、下部流動炉１２Ｂを流動層攪拌部とし、その流速は上部流動層の流速の１．５倍とし、流動開始速度の３〜１５０程度としている。
また、上部流動炉１２Ａはその内径ｄ１ を下部流動炉１２Ｂの内径ｄ２ よりも広くしている。
【００２１】
流動開始速度は流動材の粒径に大きく依存するので、粒径を規定する場合には、例えば３００μｍの流動材の場合には、図２に示すように、流動化開始速度が０．０３ｍ／ｓ、終端速度は３ｍ／ｓとなる。
上部流動炉と下部流動炉とを合わせた流動層反応部１２の層高さＨ（ｈ１ ＋ｈ２ ）は、上記流動層内の流速を満足するように、適宜設定することができる。
【００２２】
上記流動層反応部１２の流動床反応形式には気泡型流動層型と噴流型流動層型とがあるが、本発明ではいずれのものを用いてもよい。
本実施の形態では、流動層反応部１２とフリーボード部１７とから流動層反応器２５を構成している。
また、フリーボード部１７は、流動層反応部１２よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。
【００２３】
上記炭素材料供給手段１４より供給される炭素原料１３は、炭素を含有する化合物であれば、いずれのものでもよく、例えばＣＯ、ＣＯ２ の他、メタン，エタン，プロパン及びヘキサンなどのアルカン類、エチレン，プロピレン及びアセチレン等の不飽和有機化合物、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料、又は石油や石炭（石炭転換ガスを含む）等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、Ｃ、Ｈの他にＳ成分やＣｌ成分を含有する有機化合物を用いるようにしてもよい。
【００２４】
この炭素原料１３は、流動層反応部１２内にガス状態で供給し、流動材１１による攪拌により均一な反応が行われ、カーボンナノファイバを成長させている。この際、所定の流動条件となるように、別途流動ガスとしてガス供給手段２０により不活性ガスを流動層反応部１７内に導入している。
【００２５】
上記触媒金属１５としては、例えば鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）に代表される転移金属を単独またはこれら金属からなる合金を挙げることができる。
上記合金としては、例えばＣｏ−Ｍｏ系の触媒金属成分を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
そして、上記触媒金属１５を用い、４００℃から１２００℃の温度範囲でベンゼン等の炭素原料を、水素分圧０％乃至９０％の混合ガス中で一定時間触媒に接触することによってカーボンファイバを合成している。
【００２７】
上記流動材１１の粒度は特に限定されるものではないが、例えば０．０２〜２０ｍｍの範囲のものを用いることができる。
この流動材としては、公知のケイ砂、アルミナ、シリカ、アルミノシリート、ゼオライト等の酸化物粒子等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
上記分離手段としてサイクロン５以外の分離手段としては、例えばバグフィルタ、セラミックフィルタ、篩等の公知の分離手段を用いることができる。
【００２９】
また、回収された流動材１１は分離手段２４により分離され、再利用するために、新規流動材１１と混合して流動材供給手段２６により流動層反応部１２内に供給するようにしている。
【００３０】
そして、流動層反応部１２内に、炭素原料１０と触媒金属１５及び流動材１１とを各々供給し、流動材ガス１９を供給することで、流動材１１を流動させ、所定の圧力及び温度とすることで、流動層による均一な反応を行うことにより、カーボンナノファイバー２４を製造することになる。
【００３１】
上記構成の流動層反応手段によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属１５とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３にカーボンナノファイバーを製造する装置の部分拡大図を示す。
図３に示すように、図１に示したカーボンナノファイバーの製造装置において、複数の細孔３２を設け、該細孔３２から炭素原料１３及び流動ガス１８を炉内部に供給している。
なお、図３中、符号３５は、所定時間反応させた後に、流動材１１を抜き出す抜出管を図示する。
【００３３】
また、この際、ガスを旋回させるように供給するようにしてもよい。これにより、炉周壁にガスが当接するので炉全体での攪拌効率が向上する。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図４に炭素原料を炉内に供給する供給管の斜視図を示す。
図４に示すように、炭素原料１３を炉内に供給する供給管を内管４１と外管４２とからなる２重管４３とし、内管４１内に炭素原料１３を供給すると共に、外管４２内に温度制御媒体４４を供給するようにして、温度制御媒体４４により、適宜温度制御（加熱又は冷却）することで、熱分解を防止するようにしている。
【００３５】
上記温度制御媒体４４は、水、水蒸気、空気、窒素等を用いることができる。
また、水は加圧して使用するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるカーボンナノファイバーの製造装置の概略を示す図である。
【図２】流動材の粒径と流動化開始速度、終端速度との関係を示す図である。
【図３】下部流動炉の概略図である。
【図４】原料供給管の概略図である。
【符号の説明】
１１ 流動材
１２ 流動層反応部
１２Ａ 上部流動炉
１２Ｂ 下部流動炉
１３ 炭素原料
１４ 原料供給手段
１５ 触媒金属
１６ 触媒供給手段
１７ フリーボード部
１８ 流動ガス
１９ 流動ガス供給手段
２０ 加熱手段
２２ カーボンナノファイバー
２３ 回収ライン
２４ 分離手段
Claims (4)
- 流動層反応手段に炭素原料と触媒金属成分と流動ガスとを供給し、流動材を用いたカーボンナノファイバを製造するカーボンナノファイバーの方法であって、
上記流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法。 - 請求項１において、
上記流動層反応手段を上下２段構造とし、上部流動炉内の流速を流動材の流動開始速度の２〜９０倍の流速を保持すると共に、下部流動炉の流速を上部流動炉の１．５倍とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法。 - 内部に流動材を充填した流動層反応部と、
炭素原料を上記流動層反応部内に供給する原料供給手段と、
触媒金属を上記流動層反応部内に供給する触媒供給手段と、
上記流動層反応部に導入し、内部の流動材を流動させる流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、
上記流動層反応部を加熱する加熱手段とを具備すると共に、
上記流動層反応部を上部流動炉と下部流動炉の上下２段とし、下部流動炉の内径を上部流動炉の内径よりも小さくすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置。 - 請求項３において、
上記原料ガス供給手段の供給管が２重管であり、２重管内部を原料ガス通路とすると共に、２重管外部を温度制御媒体通路とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置。
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