JP2009242178A - ナノカーボン・炭化物連続製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブ等の高機能ナノカーボンを生成するのに化石資源由来のエネルギーを使用せず、且つ、高機能ナノカーボンだけでなく活性炭等も連続的に製造でき、更に有機物処理材料を連続的に投入しつつ連続して高機能ナノカーボン、活性炭、木酢液等をまとめて安定的に製造することができることを課題とする。
【解決手段】有機物処理材料を乾燥する初段乾燥手段１と、乾燥された有機物処理材料を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段２と、回収した熱分解液からナノカーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段３とを有し、連続して有機物処理材料からナノカーボン、活性炭を製造することを特徴とするナノカーボン・炭化物連続製造装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物処理材料、特に化石資源に由来しない木質系バイオマス、繊維質バイオマス、下水汚泥等のバイオマス資源から、有用性の高い繊維状のナノカーボン、カーボンナノチューブ等の高機能カーボンと伴に、活性炭、木酢液等を効率的に連続して製造するナノカーボン・炭化物連続製造装置に関する。

カーボンナノチューブ等の高機能カーボンの生成法には、例えばアーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法）が挙げられる。

アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。

一般に、アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいとされる。

ＣＶＤ法には、反応炉の中に入れた基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。

気相成長法について、図１１を参照して説明する。図中の符番101は、内部に触媒102を担持する触媒担持基板103が配置された反応管を示す。反応管101の外周外側部には電気ヒータ104が配置されている。こうした構成の反応管101内に、該反応管101の一方側から原料（炭化水素）105を流し、他方側から排気するようにすると、反応管101内部で炭化水素ガス106が発生し、カーボンナノチューブ107が形成される。

次に、図１２を用いて流動気相法について説明する。但し、図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１２では、反応管101の一方側から原料である炭化水素105とともにキャリアガス108を流すことを特徴とする。これにより、電気ヒータ104が配置された部位に相当する反応管101内で炭化水素ガス106が発生し、カーボンナノチューブ107が形成される。

一方、気相成長基板法はバッジ処理であるので大量生産に難しい。また、流動気相法は温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されているが、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。

純度および安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。

しかし、アーク放電法、レーザー蒸着法ではアーク放電、レーザー蒸着用の電気、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素、化学気相成長法では加熱するための電気或いはガス等の燃料、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素を必要とし、いずれのカーボンナノチューブを製造する装置においても、カーボンナノチューブを製造するのに大量の化石資源由来のエネルギーを使用している。地球温暖化防止の対策が急務である今、高機能カーボンであるカーボンナノチューブを生成する為に大量の二酸化炭素を排出しているということは大きな問題である。
特開２０００−０９５５０９号公報 特開平１０−２７３３０８号公報 特開２０００−０８６２１７号公報 特開２００３−３４２８４０号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、カーボンナノチューブ等の高機能ナノカーボンを生成するのに化石資源由来のエネルギーを使用せず、且つ、高機能ナノカーボンだけでなく活性炭等も連続的に製造できること、更に、有機物処理材料を連続的に投入しつつ連続して高機能ナノカーボン、活性炭等の炭化物、木酢液等をまとめて安定的に製造することができるナノカーボン・炭化物連続製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置は、有機物処理材料を乾燥する初段乾燥手段と、乾燥された有機物処理材料を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段と、回収した熱分解液からナノカーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段とを有し、連続して有機物処理材料からナノカーボン、活性炭等の炭化物を製造することを特徴とする。

本発明によれば、カーボンナノチューブ等の高機能ナノカーボンを生成するのに化石資源由来のエネルギーを使用せず、且つ、高機能ナノカーボンだけでなく活性炭等の炭化物も連続的に製造できること、更に、有機物処理材料を連続的に投入しつつ連続して高機能ナノカーボン、活性炭等の炭化物、木酢液等をまとめて安定的に製造することができる。

以下、本発明のナノカーボン・炭化物連続製造装置について更に詳しく説明する。
1) 上記したように、本発明のナノカーボン・炭化物連続製造装置は、初段乾燥手段と、中段炭化・熱分解液回収手段と、後段ナノカーボン生成手段とを備えている。
2) 前記製造装置において、初段乾燥装置としては、有機物処理材料を乾燥し水分を回収する機能を有する場合が挙げられる。この場合、水分の有効利用が可能である。

3) 上記２）において、前記初段乾燥手段は、初段乾燥手段は、初段乾燥炉内に投入された有機物処理材料から水蒸気成分を分離し乾燥物のみとする初段乾燥炉の水蒸気成分を回収するものであり、初段乾燥炉内で発生し外部に導出される初段水蒸気成分を初段水と直接接触し凝縮させる初段水蒸気凝縮エジェクタと、初段水蒸気成分凝縮エジェクタにて凝縮した初段回収水を貯留する初段回収水タンクと、凝縮した初段回収水を冷却する初段水冷却器とを有する場合が挙げられる。

4) 上記１）又は２）において、中段炭化・熱分解液回収手段は、初段乾燥手段にて生成した乾燥物を中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉に投入して、投入された乾燥物を熱分解し、乾燥物から熱分解ガス成分及び活性炭を分離回収するものであり、中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉内で発生し外部に導出される中段熱分解ガス成分を中段熱分解液と直接接触し凝縮させる中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタと、中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタにて凝縮した中段熱分解油を貯留する中段熱分解液回収容器と、凝縮した中段熱分解液を冷却する中段熱分解油冷却器とを有する場合が挙げられる。

5) 上記１）又は２）において、後段ナノカーボン生成手段は、内部に回転可能な内容器を有し、この内容器の一端側に中段炭化・熱分解液回収手段で生成した熱分解液と触媒用金属粉とを後段ナノカーボン生成炉に投入して、ナノカーボンとオフガスを生成し、回収したナノカーボンを回収するナノカーボン回収容器を有するが挙げられる。

6) 上記１）〜５）において、中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタにて凝縮しきれないオフガス成分及び後段ナノカーボン生成手段のナノカーボン生成炉から発生するオフガス成分を、初段乾燥炉、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の加熱用バーナの燃料として活用することが好ましい。

7) 上記１）〜６）において、中段炭化・熱分解液回収手段にて回収した中段熱分解油の一部を初段乾燥炉、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の加熱用バーナの燃料として活用することが好ましい。
8) 上記２）〜７）において、投入する有機物処理材料は木質系バイオマスであり、初段乾燥手段にて回収した初段回収水をバイオマス有機水溶液（木酢液）として活用することが好ましい。
9) 上記２）〜８）において、投入する有機物処理材料は繊維質系バイオマスであり、初段乾燥手段にて回収した初段回収水をバイオマス有機水溶液（植物液）として活用することが好ましい。

10) 上記８）又は９）において、投入する有機物処理材料が木質系バイオマス或いは繊維質系バイオマスであるとき、木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスを粉砕処理することにより材料の粒度径を０．１〜２ｍｍの範囲で均一にした後、材料貯留ホッパーに粉砕材料を投入し、その下部に定量供給装置を設置し、この定量供給装置を経由して、粉砕処理された材料を初段乾燥炉内に連続的に投入できるようにすることが好ましい。

11) 上記１）〜７）において、投入する有機物が下水汚泥である場合が挙げられる。
12) 上記１）〜７）において、投入する有機物が木質系バイオマス，繊維質系バイオマス，下水汚泥のうち少なくも２つ以上を組み合わせたものである場合が挙げられる。
13) 上記１）〜７）において、投入する有機物は、木質系バイオマス，繊維質バイオマス，下水汚泥の新規原料に使用済の活性炭を混入させたものである場合が挙げられる。

14) 上記１）〜１３）において、中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の夫々の内容器内に水蒸気注入ノズルを設置し、運転中に内容器内に水蒸気を注入しつつ熱分解活性炭製造、ナノカーボン生成を行うことが好ましい。

15) 上記１）〜14）において、中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の夫々の内容器内に注入する水蒸気の量は、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の内容器内の夫々の温度により自動制御されることが好ましい。

16) 上記１）〜15）において、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の内容器内に水素注入ノズルを設置し、運転中に内容器内に水素を注入しつつナノカーボン生成を行うことが好ましい。

17) 上記１）〜１６）において、中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉の内部には耐熱ボールとしてセラミックボールを保持し、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の内部には耐熱ボールとしてステンレス，鉄，ニッケル，クロムからなる金属ボールを保持することが好ましい。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、請求項１の実施形態に対応する説明である。図１は、連続して有機物処理材料から高機能カーボン、活性炭等の炭化物を製造するナノカーボン・炭化物連続製造装置の概略フロー図である。同装置は、有機物処理材料を乾燥し水分を回収する初段乾燥手段１と、乾燥された有機物処理材料を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段２と、回収した熱分解液から高機能カーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段３とを備えている。

図中の符番１１は、有機物処理材料が投入される有機物処理材料投入ホッパー（以下、投入ホッパーと呼ぶ）である。この投入ホッパー１１の下流側には、投入機１２を介して乾燥機（乾燥炉）１３が配置されている。この乾燥炉１３の外周側には、加熱ヒータ又は加熱ジャケット（第１の加熱源）１４が配置されている。乾燥炉１３内には図示しない内容器が配置され、該内容器は乾燥機駆動モータ（以下、第１の駆動モータと呼ぶ）１５により駆動される。乾燥炉１３の出口側の上部には、乾燥炉１３内で発生した水蒸気成分を外部に導出する水分排出ノズル１６が配置されている。乾燥炉１３の出口側の下部には、乾燥物排出／投入機１７が配置されている。

前記乾燥炉１３の方式には、有機物処理材料を外から間接的に加熱して乾燥させる外熱式、或いは、有機物処理材料を直接加熱して乾燥させる内熱式がある。図１に示す乾燥炉１３では、外側の第１の加熱源１４で内部を加熱する外熱式の図としている。なお、このように外熱式の場合、図示しない内容器は第１の駆動モータ１５により駆動できるようになっている。前記初段乾燥手段１は、有機物処理材料投入ホッパー１１と、投入機１２と、内容器を内蔵した乾燥炉１３と、第１の加熱源１４と、水分排出ノズル１６とを主要な構成要素としている。

乾燥物排出／投入機１７には、内部に内容器２１を備えた熱分解炉（低温炉）２２が配置されている。内容器２１の内部には、多数の耐熱ボール２３が収容されている。ここで耐熱ボール２３としては、例えばセラミックボールが使用される。内容器２１は熱分解炉駆動モータ（以下、第２の駆動モータと呼ぶ）２４により駆動される。内容器２１が回転することにより、内容器２１に投入された有機物処理材料への熱の伝わりを促進し、活性炭等の炭化物の生成速度を高めるとともに、活性炭等の炭化物を粉末状として活性炭或いは粉末炭化燃料等として利用し易くする効果を高めることもできる。熱分解炉２２の外周側には、加熱ヒータ又は加熱ジャケット（第２の加熱源）２５が配置されている。熱分解炉２２の出口側の上部には、熱分解ガス出口ノズル２６が配置されている。熱分解炉２２の出口側の下部には、触媒用金属粉付きカーボンナノチューブ排出ノズル（以下、第１の排出ノズルと呼ぶ）２７を介して炭化物回収容器２８が接続されている。

なお、図示していないが、低温炉２２から炭化物が炭化物回収容器２８に排出される際に、炭化物回収容器２８内の空気が低温炉２２内に混入しないように、低温炉２２と炭化物回収容器２８との間にダブルダンパやロータリーバルブ等を設置するような設計配慮も当然必要である。

熱分解ガス出口ノズル２６には熱分解ガス出口ダクト３１が接続され、該ダクト３１の一端にエジェクタ（スプレーノズル）３２が設けられている。熱分解ガス出口ダクト３１には、オフガス排出ノズル３３ａを備えた熱分解液投入容器３３が接続されている。前記エジェクタ３２と熱分解投入容器３３とは、熱分解液冷却器３４を介装した熱分解液循環ライン３５により接続されている。前記熱分解液投入容器３３と触媒用金属粉投入ホッパー３６は、投入機３７に接続されている。ここで、中段炭化・熱分解液回収手段２は、乾燥物排出／投入機１７と、内容器２１を内蔵した低温炉２２と、耐熱ボール２３と、第２の加熱源２５と、熱分解ガス出口ノズル２６と、炭化物回収容器２８と、熱分解ガス出口ダクト３１と、触媒用金属粉投入ホッパー３６と、熱分解液投入容器３３と、熱分解液冷却器３４を介装した熱分解液循環ライン３５とを主要な構成要素としている。

投入機３７には、カーボンナノチューブ生成炉（高温炉）３８が接続されている。この高温炉３８内には、駆動モータ（以下、第３の駆動モータと呼ぶ）３９により駆動する内容器４０が配置されている。この内容器４０の内部には多数の耐熱ボール４１が収容されている。耐熱ボール４１は直径が５〜１００ｍｍ程度で、ステンレス、鉄、ニッケル、クロム、アルミナの何れかからなる金属ボールである。耐熱ボール４１の数は、高温炉３８内の内容器４０内の構造設計によるが、カーボンナノチューブ等の高機能カーボンの生成回数を高め且つ耐熱ボール４１表面に成長したカーボンナノチューブを剥がす頻度を高めるには、耐熱ボール４１が自由に回転できる範囲でできるだけ多数充填するのが良い。触媒は、平均粒径が１０〜２００μｍのステンレス、鉄、ニッケル、クロム等の金属粉末である。

高温炉３８の外周側には、加熱ヒータ又は加熱ジャケット（第３の加熱源）４２が配置されている。高温炉３８の出口側の上部には、オフガス出口ノズル４３が配置されている。高温炉３８の出口側の下部には、触媒用金属粉付カーボンナノチューブ排出ノズル（以下、第２の排出ノズルと呼ぶ）４４を介してカーボンナノチューブ回収容器４５が配置されている。後段高機能カーボン生成手段３は、投入機３７と、内容器４０を内蔵した高温炉３８と、耐熱ボール４１と、第３の加熱源４２と、オフガス出口ノズル４３と、カーボンナノチューブ回収容器４５を主要な構成要素としている。

次に、図１の製造装置を用いて有機物処理材料から連続して高機能カーボン、活性炭等の炭化物を製造する動作について説明する。
１）まず、初段乾燥手段１において、有機物処理材料は有機物処理材料投入ホッパー１１に投入される。投入ホッパー１１に投入された有機物処理材料は、投入機１２を経由して定量的に乾燥炉１３内に投入される。乾燥炉１３内に投入された有機物処理材料は、有機物処理材料の特性、含水率等にもよるが、乾燥機１３の内部温度１００〜２００℃で加熱される。これにより有機物処理材料は乾燥され、乾燥炉１３内部から排出される乾燥後の水分は、乾燥炉１３の出口側上部に設置している水分排出ノズル１６を経由して排出される。

２）次に、初段乾燥手段１において、乾燥炉１３にて乾燥後の有機物処理材料は、乾燥物排出／投入機１７を経由して外熱式の低温炉２２内の内容器２１に投入される。内容器２１に投入された有機物処理材料は、有機物処理材料の特性、生成する炭化物の特性等にもよるが、内部温度５００〜７００℃で加熱される。ここで、内容器２１内の多数の耐熱ボール２３が、内容器２１が回転することにより、低温炉２２内の内容器２１に投入された有機物処理材料への熱の伝わりを促進し、活性炭等の炭化物の生成速度を高めるとともに、活性炭等の炭化物を粉末状とし活性炭或いは粉末炭化燃料等として利用しやすくする効果も高めることもできる。

３）低温炉２２での加熱により、有機物処理材料は熱分解・炭化される。熱分解・炭化された炭化物は、単なる炭化物だけでなく、ミクロ視的にはポーラス状になり活性炭の機能を有する炭化物（有価値物）として回収される。低温炉２２にて生成した炭化物は、炭化物回収容器２８に回収される。このような活性炭の機能を有する炭化物は、農業用、園芸用の土壌改良剤、調質剤、融雪剤、浄水剤、堆肥剤等として幅広く活用可能である。
上記のような活性炭としての機能・特性を高めるためには、熱分解・炭化温度を８００℃以上の高めに設定することで可能となるが、処理する有機物処理材料、処理時間等のパラメータを調整することによっては、これより低めの設定温度でも良質な機能・特性を有する活性炭を製造することができる。

一方、低温炉２２の内容器２１から排出される熱分解ガスは、低温炉２２の上部に設置される熱分解ガス出口ノズル２６、熱分解ガス出口ダクト３１を経由してエジェクタ（スプレーノズル）３２に至る。ここで、熱分解液循環ライン３５からの熱分解液と直接接触して熱分解液として熱分解液投入容器３３に回収される。熱分解液の成分は、処理する有機物処理材料、低温炉２２内の設定温度、滞留時間等にもよるが、これらを最適条件に設定することにより熱分解液を油リッチな熱分解油とすることができる。

４）熱分解ガス中に含まれる熱分解液と直接接触しても凝縮しないオフガス成分は、熱分解液投入容器３３上部のオフガス排出ノズル３３ａから排出される。なお、熱分解液投入容器３３内部は或る一定レベル以上の熱分解液を保持し、オフガス成分が低温炉２２の内容器２１内に混入しないようにする。オフガス排出ノズル３３ａから排出されたオフガス成分は、或る一定のカロリーを有している。図示していないが、オフガスバーナ等を設置し燃焼させることで、この燃焼ガスを低温炉２２の第２の加熱源２５、或いは、高温炉３８の第３の加熱源４２等に循環させ、低温炉２２或いは高温炉３８の加熱源として排熱を有効活用することも可能である。

５）中段炭化・熱分解液回収手段２にて回収した熱分解液は、熱分解液投入容器３３に一時貯留され、後段ナノカーボン生成手段３へと送られる。熱分解液投入容器３３に一時貯留された熱分解液は、投入機３７を経由して高温炉３８に定量投入される。この際、触媒用金属粉投入ホッパー３６を経由して触媒用金属粉も高温炉３８に定量的に投入される。熱分解液の投入方式としては、流量調節機能付きのバルブ等を経由して或る最適な流量に設定して定量的に投入される。触媒用金属粉の投入方式としては、流量調節機能付きのバルブ、ロータリーバルブ等を経由して熱分解液との投入比率を最適に設定して定量的に投入される。

６）後段ナノカーボン生成手段３において、熱分解液、触媒用金属粉は投入機３７を経由して第３の加熱源４２で内部を加熱する外熱式の高温炉３８に投入される。高温炉３８内の内容器４０に投入された有機物処理材料は、熱分解液の特性、生成するカーボンナノチューブの特性等にもよるが内部温度６００〜９００℃で加熱される。高温炉３８内の内容器４０内では、耐熱ボール４１表面に熱分解液、触媒用金属粉が付着し、この耐熱ボール４１表面ポーラスを基点として気相成長法により多数のカーボンナノチューブが生成する。
また、内容器４０が回転することにより、高温炉３８内の内容器４０に投入された熱分解液、触媒用金属粉の耐熱ボール４１表面への付着頻度を高めカーボンナノチューブ等の高機能カーボンの生成回数を促進し、カーボンナノチューブの生成速度を高める。これとともに、耐熱ボール４１同士がぶつかり合うことで、耐熱ボール４１表面に成長したカーボンナノチューブ等の高機能カーボンを剥がし、耐熱ボール４１表面に次のカーボンナノチューブが生成することを促進し、連続的にカーボンナノチューブ等の高機能カーボンを生成することができる。

７）高温炉３８の内容器４０から排出されるオフガスは、高温炉３８の上部に設置されるオフガス出口ノズル４３を経由して排出される。オフガス出口ノズル４３から排出されたオフガス成分は、或る一定のカロリーを有している。図示していないが、オフガスバーナ等を設置し燃焼させることで、この燃焼ガスを低温炉２２の第２の加熱源２１或いは高温炉３８の第３の加熱源等に循環させ、低温炉２２或いは高温炉３８の加熱源として排熱を有効活用することも可能である。

また、前記低温炉２２から発生するオフガスと高温炉３８から発生するオフガスをまとめて、オフガスバーナ等で燃焼させることで、システム全体をシンプルにし、低温炉２２或いは高温炉３８の加熱源としての効率的な排熱活用が図れる。また、このオフガスバーナ等に流入するオフガスのカロリーが不足する場合には、ＬＰＧガス、灯油等の補助燃料で追い炊きできる制御にすることで、より信頼性の高いシステムとすることもできる。

第１の実施形態のナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、有機物処理材料を乾燥し水分を回収する初段乾燥手段１と、乾燥された有機物処理材料を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段２と、回収した熱分解液から高機能カーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段３とを備えているので、連続して高機能カーボン、活性炭等の炭化物を同時に効率的に量産製造することができる。また、熱分解液循環ライン３５中には熱分解液冷却器３４が設置されているので、熱分解液を凝縮して熱分解液を更に冷却し、熱分解ガスの凝縮効率を高めることができる。

なお、第１の実施形態では、有機物処理材料を定量的に乾燥炉１３内に投入する方法として、投入機１２を経由して投入する方式について述べた。しかし、これに限らず、投入ホッパー１１の下部にサークルフィーダ、ロータリーバルブ等の定量供給装置を設置してもよい。こうした構成にすることにより、投入ホッパー１１内の有機物処理材料を定量的に切り出し、乾燥炉１３に定量的に投入することができる。

また、第１の実施形態において、高温炉３８内の内容器４０を複数の仕切板で区切り、反応する区間を複数に構成してもよい。これにより、高温炉３８内での反応効率を高めることができる。
更に、高温炉３８の基本構造としては、第１の実施形態のように横型に限らず、例えば縦型、斜め設置型にしてもよい。
更には、高温炉３８からカーボンナノチューブがカーボンナノチューブ回収容器４５に排出される際に、カーボンナノチューブ回収容器４５内の空気が高温炉３８内に混入しないように、高温炉３８とカーボンナノチューブ回収容器４５との間にダブルダンパやロータリーバルブ等を設置するような設計配慮も当然必要である。これにより、熱分解液は後段ナノカーボン生成手段３においてカーボンナノチューブ等の高機能カーボンが生成・回収される。

（第２の実施形態）
図２は、請求項２の実施形態に対応する説明である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。第２の実施形態において、初段乾燥手段１は、乾燥炉１３内に投入された有機物処理材料から水蒸気成分を分離し乾燥物のみとする乾燥炉１３の水蒸気成分を回収するものである。初段乾燥手段１は、初段乾燥炉１３内で発生し外部に導出される初段水蒸気成分を初段水と直接接触し凝縮させる初段水蒸気凝縮エジェクタ５１と、初段水蒸気成分凝縮エジェクタ５１にて凝縮した初段回収水を貯留する初段回収水タンク５２と、凝縮した初段回収水を冷却する初段水冷却器５３とを有することを特徴とする。

なお、図２中の符番５４は、水分排出ノズル１６に接続された水分出口ダクトを示す。符番５５は、初段回収水タンク５２と初段水蒸気成分凝縮エジェクタ５１とを接続するとともに、前記初段水冷却器５３を介装した初段水循環ラインを示す。初段水循環ライン５５は、初段回収水タンク５２内の凝縮した初段回収水を冷却する初段水冷却器５３を経由して初段水蒸気凝縮エジェクタ５１に送る機能を有する。図２において、乾燥炉１３内で発生した水蒸気成分を水として回収する働きは、水分排出ノズル１６と、水分出口ダクト５４と、初段水蒸気凝縮エジェクタ５１と、初段回収水タンク５２と、初段水循環ライン５５とにより行われる。

なお、初段乾燥手段１において、有機物処理材料は有機物処理材料投入ホッパー１１に投入され、その後のフロー説明は図１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
また、初段回収水タンク５２内に初段回収水が或る一定以上のレベルに溜まれば、初段回収水を払出し出荷できるようにする等、初段回収水に関係する付帯設備の設計上の創意工夫はその設置場所の状況に合わせて行えばよい。

更に、投入する有機物処理材料が木質系バイオマスである場合、初段回収水タンク５２に回収される初段回収水は木酢液であり、回収した初段回収水を木酢液として活用することができる。
更には、投入する有機物処理材料が植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスである場合、初段回収水タンク５２に回収される初段回収水は植物液であり、回収した初段回収水を植物液として活用することができる。

一般に、木材等の木質系バイオマスを熱分解して炭化する過程において、固体生成物である木炭の他に、気体と木ガスと木酢液を含む液体生成物が得られ、液体生成物を静置すると、上層の赤茶色の水溶液（木酢液）と、下層の黒色のタール分に分離される。水溶液（木酢液）とタール分の成分は完全に分離しているわけではなくお互いそれぞれ少しずつ溶け込んでいる。タール分等の残留分が少ない方が良質の木酢液と言える。この場合、乾燥炉１３内の設定温度、投入する有機物処理材料の種類、含水率等により木酢液の性状は多少異なるが、ｐＨ２〜３程度の酸性の木酢液が回収できる。木酢液は一般にその１０〜２０％が有機化合物であり、残りの８０〜９０％が水分で、有機化合物中の主成分は酢酸である。この木酢液の主成分は酢酸の他、プロピオン酸などの酸類、メタノール、マルトール等のアルコール類、クレゾール等のフェノール類、吉草酸エステル等の中性物質類を含んでおり、害虫を駆除する働きやカビ等の微生物を生えにくくする作用があり、中性物質類が多いと植物の成長を促進する性質を有しており、その用途も消臭剤、畜産用、堆肥用、園芸用等への広い活用が行える。

乾燥炉１３に投入する有機物処理材料が木質系バイオマスである場合、上記のような性質を有する水溶液（木酢液）を連続的に回収することができる。
一方、投入する有機物処理材料が植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスである場合、初段回収水タンク５２に回収される初段回収水は植物液であり、植物液は木酢液に比べタール分等の残留分が少なく、中性物質類が多い場合は植物の成長を促進する性質を有し、木酢液と同様に、その用途も消臭剤、畜産用、堆肥用、園芸用等への広い活用が図れる。

第２の実施形態のナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、初段乾燥手段１において連続して水溶液（木酢液）、バイオマス有機水溶液（植物液）が回収できるナノカーボン・活性炭連続製造装置を得ることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図２を参照して説明する。第３の実施形態は、請求項３に対応する。
第３の実施形態において、中段炭化・熱分解液回収手段２は、初段乾燥手段１にて生成した乾燥物を低温炉２２に投入し、投入された乾燥物を熱分解し、乾燥物から熱分解ガス成分を分離し活性炭のみとする低温炉２２の熱分解ガス成分を回収するものである。中段炭化・熱分解液回収手段２は、低温炉２２内で発生し外部に導出される中段熱分解ガス成分を中段熱分解液と直接接触し凝縮させる中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタ３２と、このエジェクタ３２にて凝縮した中段熱分解油を貯留する中段熱分解液回収タンク３３と、凝縮した中段熱分解液を冷却する中段熱分解油冷却器３４を有することを特徴とする。

なお、中段炭化・熱分解液回収手段２において、乾燥炉１３にて乾燥後の有機物処理材料は乾燥物排出／投入機１７を経由して外側の第２の加熱源２５で内部を加熱する外熱式の低温炉２２に投入され、その後のフローは図１、２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

また、中段炭化・熱分解液回収手段２の中段熱分解液回収容器３３内に中段熱分解液が後段ナノカーボン生成手段３に供給する以上に溜まる場合は、中段熱分解液回収容器３３内に或る一定以上のレベルに溜まれば、中段熱分解液を自動的に次の容器等に払出し・出荷できるようにする等、中段熱分解液に関係する付帯設備の設計上の創意工夫はその設置場所の状況に合わせて行えばよい。

第３の実施形態ナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、中段炭化・熱分解液回収手段２において連続して安定的に熱分解液を回収することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図２を参照して説明する。第４の実施形態は、請求項４に対応する。
第４の実施形態において、本発明による後段ナノカーボン生成手段３は、内容器４０の一端側に中段炭化・熱分解液回収手段２で生成した熱分解液と触媒用金属粉とを高温炉３８に投入して、高機能カーボンとオフガスを生成し、回収したナノカーボンを回収するナノカーボン回収容器４５を有することを特徴とする。

なお、後段ナノカーボン生成手段３において、熱分解液、触媒用金属粉は、投入機３７を経由して外側の第３の加熱源４２で内部を加熱する外熱式の高温炉３８に投入される。ここで、投入機３７は、熱分解液、触媒用金属粉がカーボンナノチューブの生成効率を高めるため最適比率で投入できるように高温炉３８の構造設計等に合わせて創意工夫すればよい。

また、後段ナノカーボン生成手段３のカーボンナノチューブ回収容器４５内には、カーボンナノチューブ等の高機能カーボンが連続的に溜まっていく。しかし、カーボンナノチューブ回収容器４５内に或る一定以上のレベルに溜まれば、カーボンナノチューブ等の高機能カーボンを払出し出荷できるようにする等、回収カーボンナノチューブに関係する付帯設備の設計上の創意工夫はその設置場所の状況に合わせて行えばよい。

第４の実施形態に係るナノカーボン・炭化物炭連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、後段ナノカーボン生成手段３において連続して安定的にカーボンナノチューブ等の高機能カーボンが回収できる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図３を参照して説明する。但し、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。第５の実施形態は請求項５に対応する。第５の実施形態は、中段炭化・熱分解液回収手段２の中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタ３２にて凝縮しきれないオフガス成分及び後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８から発生するオフガス成分を、乾燥炉１３、低温炉２２、高温炉３８の加熱用バーナの燃料として活用することを特徴とする。なお、連続して有機物処理材料から高機能カーボン、活性炭を製造するフロー説明は図１，図２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図中の符番６１は、水循環ライン６２に介装された排熱回収ボイラーである。この排熱回収ボイラー６１には排ガス排気塔６３が接続されている。排熱回収ボイラー６１と低温炉２２の外側の第２の加熱源２５とは、熱分解炉排ガスライン（以下、第１の排ガスラインと呼ぶ）６４により接続されている。低温炉２２の外側の第２の加熱源２５と高温炉３８の外側の第３の加熱源４２とは、熱分解炉排ガスライン（以下、第２の排ガスラインと呼ぶ）６５により接続されている。前記第１の排ガスライン６４と第２の排ガスライン６５とは、熱分解ガス循環ライン（以下、第１の循環ラインと呼ぶ）６６により接続されている。ここで、第１の循環ライン６６は、第２の加熱源２５の出口ガスの一部を再度第２の加熱源２５へ循環させる機能を有する。この第１の循環ライン６６により、第２の加熱源２５内を流れる風量を増やし、伝熱効率を上げている。

図５中の符番６７は、オフガス燃焼炉である。このオフガス燃焼炉６７と中段熱分解回収容器３３のオフガス出口ノズル３３ａとは、熱分解炉生成オフガスライン（以下、第１のオフガスラインと呼ぶ）６８により接続されている。オフガス燃焼炉６７と高温炉３８のオフガス出口ノズル４３とは、カーボンナノチューブ生成炉生成オフガスライン（以下、第２のオフガスラインと呼ぶ）６９により接続されている。オフガス燃焼炉６７と高温炉３８の外側の第３の加熱源４２とは、オフガス燃焼ガスライン７０により接続されている。第２の排ガスライン６５とオフガス燃焼ガスライン７０とは、カーボンナノチューブ生成炉燃焼ガス循環ライン（以下、第２の循環ラインと呼ぶ）７１により接続されている。ここで、第２の循環ライン７１は、第３の加熱源４２の出口ガスの一部を再度第３の加熱源４２へ循環させる機能を有する。これにより、第３の加熱源４２内を流れる風量を増やし、伝熱効率を上げている。

図３では、低温炉２２から熱分解液投入容器３３を経由して排出されるオフガスは
第１のオフガスライン６８を経由して、また高温炉３８から排出されるオフガスは第２のオフガスライン６９を経由して、オフガス燃焼炉６７内の燃焼バーナに吸引され、バーナ燃焼する。

オフガス燃焼炉６７内では、８５０℃以上、滞留時間２秒以上で熱分解ガスを完全燃焼させ無害化した後、発生する熱風はオフガス燃焼ガスライン７０を経由して高温炉３８の外側に設置されている第３の加熱源４２へと送風する。高温炉３８内部の熱分解液、触媒用金属粉、耐熱ボール４１は、第３の加熱源４２を流れる熱風により加熱される。

第３の加熱源４２の出口ガスは、低温炉２２の外側に設置された第２の加熱源２５へと送風する。低温炉２２内部の乾燥された有機物処理材料は、第２の加熱源２５を流れる熱風により加熱される。

なお、オフガス燃焼炉６７内の温度を８５０℃よりも上げたり、高温炉３８の内容器４０、低温炉２２の内容器２１内の温度を熱分解炭化に最適な温度に制御すべく、設計上、オフガス燃焼ガスライン７０、第２の排ガスライン６５の途中に希釈空気を入れること等により第２の加熱源２５の温度、第３の加熱源４２の温度が最適な温度になるように制御することも適宜行う。

更に、低温炉２２の第２の加熱源２５を出た熱分解炉排ガスは、第１の排ガスライン６４を経由して排熱回収ボイラー６１にて、低温炉２２の加熱後の熱風を利用して蒸気（スチーム）を発生させ、この蒸気を熱源として乾燥炉１３を加熱する。排熱回収ボイラー６１から出る熱風排ガスは、熱風吸引ブロアにて吸引され、必要な場合は洗浄装置等にて排ガス中のダスト分を除去した後、排気塔６３から排気される。なお、排ガス中の水分が多い場合には、熱風吸引ブロアで吸引した熱風排ガスを洗浄装置にて洗浄し、その排ガスの白煙防止用に熱風吸引ブロア出た排ガスを加熱源とする空気予熱器を設置し、空気を加熱して排気塔６３から排気されるガスと混合させる。また、乾燥炉１３を加熱後の蒸気は凝縮し凝縮水が回収されるが、この凝縮水を再度排熱回収ボイラー６１の供給水として活用することで、ボイラー効率を高めることができる。

このように、オフガスの燃焼により発生した燃焼排ガスは、オフガス燃焼ガスライン７０を介して高温炉３８、第２の排ガスライン６５を介して低温炉２２の第２の加熱源２５に導入し、カーボンナノチューブ生成、熱分解炭化処理の熱源として使用し、更に排熱回収ボイラー６１にて蒸気を発生させ、この蒸気を熱源として乾燥炉１３を加熱する。

これにより、生成するオフガスを利用して高機能カーボン、活性炭連続製造処理に必要な熱源を本処理装置内で得ることができるので、化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。但し、初期起動時の運転においては、オフガス燃焼炉６７、排熱回収ボイラー６１の助燃料として若干量の化石燃料（灯油、ＬＰＧガス等）をオフガス燃焼炉６７に供給することはやむをえない。

なお、排熱回収ボイラー６１の負荷が低い場合はオフガス燃焼炉６７の燃焼排ガスの一部を排気塔６３から系外に排出させたり、他の加熱源がある場合には、それらに排ガスを供給することも可能である。

第５の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、生成するオフガスを利用して高機能カーボン、炭化物連続製造処理に必要な熱源を本処理装置内で得ることができるので、トータルの総合エネルギー効率を高めることができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図４を参照して説明する。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付して説明を省略する。第６の実施形態は請求項６に対応する。第６の実施形態は、中段炭化・熱分解液回収手段２にて回収した中段熱分解油の一部を乾燥炉１３、低温炉２２、高温炉３８の加熱用バーナの燃料として活用することを特徴とする。

図６では、低温炉２２から熱分解液投入容器３３を経由して排出される熱分解液の一部を、熱分解液供給ライン８１を経由してオフガス燃焼炉６７のバーナに供給されるようにしている。
これにより、生成する熱分解液の一部を利用してナノカーボン・炭化物連続製造処理に必要な熱源を本処理装置内で得ることができるので、化石燃料の使用量を大幅に削減することができ、ＣＯ_２排出量の削減を図ることができる。但し、初期起動時の運転においては、オフガス燃焼炉６７、排熱回収ボイラー６１の助燃料として若干量の化石燃料（灯油、ＬＰＧガス等）をオフガス燃焼炉６７に供給することはやむをえないものの、熱分解液を貯留しておけば、これを初期起動時の運転に活用することもでき、化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。なお、熱分解液の一部をオフガス燃焼炉６７のバーナに供給するだけでなく、本装置内の他のバーナに供給するようにし、本装置内で加熱の必要な機器等に供給することも可能である。

第６の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、生成する熱分解液の一部を利用してナノカーボン・炭化物連続製造処理に必要な熱源を本処理装置内で得ることができ、これを初期起動時の運転に活用することもでき、化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。従って、ＣＯ_２排出量の削減を図ることができるだけでなく、トータルの総合エネルギー効率を高めたナノカーボン・炭化物連続製造装置を提供することができる。

（第７の実施形態）
本発明の第7の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図５を参照して説明する。但し、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。第７の実施形態は請求項９に対応する。
図５中の符番８２は、有機物処理材料を粉砕する粉砕機である。粉砕機８２には、ライン８３を介して粉砕して有機部処理材料を投入する投入ホッパー８４が接続されている。第７の実施形態の初段乾燥手段１では、投入する有機物が木質系バイオマス或いは植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスであるとき、木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスを粉砕機８２にて粉砕処理することにより材料の粒度径を０．１〜２ｍｍの範囲で均一にした後、投入ホッパー８４に粉砕した有機物処理材料を投入し、その下部に定量供給装置を設置し、粉砕処理された材料を定量供給装置を経由して、乾燥炉１３内に連続的に投入できるようにした。

投入する有機物が木質系バイオマス或いは植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスである場合、これらの形状はまちまちで、単に破砕しただけでは、破砕機の刃をすり抜ける細長い形状が多く残る。従って、これが投入ホッパー８４の下部にサークルフィーダ、ロータリーバルブ等の定量供給装置の隙間部に食い込み、ブリッジを形成し定量供給できなくなるばかりか、これらの回転停止（回転部がロック）し、供給停止に陥る。また、この現象を解消する為に、定量供給装置を停止、解体し、食い込み、ブリッジ部を清掃することも必要となり、安定運転に支障をきたすことになる。破砕機の刃、破砕機のメッシュ等を細かくしても、有機物が木質系バイオマス或いは植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスである場合は繊維質であり、どうしても形状はまちまちとなってしまい、細長い形状の繊維が残ってしまい、破砕処理するだけでは、常に安定的な定量供給を行うことは困難である。

このような木質系バイオマス或いは植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスを定量供給するには、木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスを粉砕機８２にて粉砕処理することにより材料の粒度径を０．１〜２ｍｍの範囲で均一にした後、投入ホッパー８４に粉砕材料を投入し、その下部に定量供給装置を設置することで、粉砕処理された材料を定量供給装置を経由して、初段乾燥炉内に連続的に安定的に投入できる。材料の粉砕に際して、粒度径は０．１〜２ｍｍの範囲にすることが望ましい。これ以上では単なる破砕物と同様に細長い形状の繊維が残ってしまい、常に安定的な定量供給を行うことは困難である。逆に、０．１ｍｍ未満では、粉砕するに動力が掛かりすぎて効率的ではない。また、０．１ｍｍ未満では、熱分解ガス出口ダクト３１から熱分解ガスとして紛失してしまう恐れがある。

更に、投入ホッパー８４に投入された粉砕有機物処理材料は投入機１２を経由して定量的に乾燥炉１３内に投入されるが、投入機１２内のスクリュー等に木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスが絡まることもなく安定的に稼動することができる。また、乾燥炉１３内においても投入材料が固まったり、絡まったりすることもなく、安定的に乾燥処理することができるばかりではなく、投入材料が細かい為、材料内部への熱の伝わりが早くなり、乾燥効率を高めることができる。
更には、投入材料が細かく乾燥炉１３内部で絡まったりすることもない為、乾燥炉１３内の内容器の第１の駆動モータ１５の駆動動力も減らすことができる。

第７の実施形態に係るナノカーボン・炭化物炭連続製造装置によれば、初段乾燥手段１と、中段炭化・熱分解液回収手段２と、後段ナノカーボン生成手段３とを有し、初段乾燥手段１における投入する有機物が木質系バイオマス或いは植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマスであるとき、木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスを粉砕炉１３にて粉砕処理することにより材料の粒度径を０．１〜２ｍｍの範囲で均一にした後、投入ホッパー８４に粉砕材料を投入することで、安定投入できるだけでなく、その下流における装置の運転の安定的に行うことができ、連続的に効率的に量産製造することができる。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図６を参照して説明する。但し、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。第８の実施形態は請求項１０に対応する。図８中の符番８５は、汚泥処理材料を投入する投入ホッパーである。
投入する有機物が下水汚泥である場合においても、汚泥を乾燥し水分を回収する初段乾燥手段１と、乾燥された下水汚泥を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段２と、回収した熱分解液からナノカーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段３を経由することで、連続して下水汚泥からナノカーボン、炭化物を製造することができる。なお、ナノカーボン・活性炭連続製造装置の概略フロー図は図１〜６の説明と同様である。
特に下水汚泥は性状が安定しており安定的に定量投入できるだけでなく、下水汚泥からは良質の活性炭を製造することができるという特長がある。

（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図７を参照して説明する。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。第９の実施形態は請求項１１に対応する。図７中の符番８６は処理材料Ａを投入する投入ホッパーを、符番８７は処理材料Ｂを投入する投入ホッパーである。
第９の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置による初段乾燥手段１では、投入する有機物が或る一定の種類に限定されず、木質系バイオマス、植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマス、下水汚泥を任意に何種類か組合わせた場合を示す。

図７では、投入する有機物を２種類とし、処理材料Ａを投入ホッパー８６から、処理材料Ｂを投入ホッパー８７から投入するようにしている。処理材料Ａ、Ｂは、木質系バイオマス、植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマス、下水汚泥の内の任意の２種類を組み合わせたものとすればよい。投入ホッパー８６，８７に投入する処理材料の種類によって生成するナノカーボン、活性炭の性状が異なるが、これらの木質系バイオマス、植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマス、下水汚泥の内の任意の組合せを選定して混合投入することで、ナノカーボン、活性炭の性状を夫々改良することもできる。また、任意の組合せを選定して混合投入することで、ナノカーボン、炭化物の夫々の回収効率を高めること等もできる。

なお、第９の実施形態において、投入する有機物を３種類以上とするとともに投入ホッパーを更に１つ配置し、処理材料Ａを投入ホッパー８６から、処理材料Ｂを投入ホッパー８７、処理材料Ｃを別に配置した投入ホッパーから投入する等、投入ホッパーを増やすことも可能である。
例えば、下水汚泥と木質系バイオマスを組み合わせて投入することで、下水汚泥原料主体の良質の活性炭と木質系バイオマス原料主体の良質の高機能カーボン（カーボンナノチューブ）を製造することができるという特長がある。

（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図８を参照して説明する。但し、図１〜図７と同部材は同符番を付して説明を省略する第１０の実施形態は請求項１１に対応する。図８中の符番８８は、使用済みの活性炭を投入する投入ホッパーである。
第１０の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置による初段乾燥手段１では、投入する有機物が或る一定の種類に限定されず、木質系バイオマス、繊維質バイオマス、下水汚泥等の新規原料（処理材料Ａ）に使用済活性炭を組み合わせたことを特徴とする。

図８では、投入する有機物を２種類とし、処理材料Ａを投入ホッパー８６から、使用済活性炭を投入ホッパー８８から投入するようにしている。一般に、使用済活性炭は賦活処理することで、元の機能を回復でき、再使用が可能となる。

処理材料Ａは、木質系バイオマス、植物、農産物の廃棄物等の繊維質系バイオマス、下水汚泥の内の任意の１種類を組み合わせたもので、使用済活性炭と混合投入することで、ナノカーボン、活性炭の性状を夫々改良することもできる。また、使用済活性炭を混合投入することで、ナノカーボン、活性炭の夫々の回収効率を高めることもできる。

なお、第１０の実施形態において、投入する有機物を３種類以上とするとともに投入ホッパーを更に１つ配置し、処理材料Ａを投入ホッパー８６から、使用済活性炭を投入ホッパー８８から、処理材料Ｃを別に配置した投入ホッパーから投入する等、投入ホッパーを増やすことも可能である。
また、例えば、下水汚泥と木質系バイオマスと使用済活性炭を組み合わせて投入することで、下水汚泥原料と使用済の活性炭主体の良質の再生活性炭と木質系バイオマス原料主体の良質のカーボンナノチューブ等の高機能カーボンを製造することができるという特長がある。

（第１１の実施形態）
本発明の第１１の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図９を参照して説明する。但し、図１〜図８と同部材は同符番を付して説明を省略する。第１１の実施形態は請求項１２に対応する。図９中の符番８９，９０は、低温炉２２，高温炉３８に夫々水蒸気を注入する水蒸気注入ノズルである。
第１１の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置は、中段炭化・熱分解液回収手段２の低温炉２２、後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８の夫々の内容器内に水蒸気注入ノズル８９，９０を設置し、運転中に内容器内に水蒸気を注入しつつ熱分解活性炭製造、ナノカーボン生成を行うことを特徴とする。

図９では、還元雰囲気の低温炉２２内の内容器２１に水蒸気注入ノズル８９を経由して、また高温炉３８内の内容器４０に水蒸気注入ノズル９０を経由して、両方に水蒸気を噴霧するようにしたものである。なお、内容器２１，４０のいずれか一方のみに水蒸気を噴霧してもよい。
低温炉２２内に水蒸気を噴霧することにより、良質の活性炭を生成でき、更に、熱分解工程における水素、メタンガス等の生成を促進することで、オフガス量を増やすことができる。一方、高温炉３８内に水蒸気を噴霧することにより、水素、メタンガス等の生成が促進され、良質なカーボンナノチューブ生成量を増やすことができる。また、高温炉３８で水素が生成されれば、後述する第１２の実施形態のように水素を外部から導入することを回避できる。
なお、水蒸気を噴霧する際は、水蒸気噴射ノズルから連続的に均一に噴霧できるよう各炉内の最適位置にノズルを設置する等の設計上の工夫が必要である。

高温炉３８内の耐熱ボール４１表面では、耐熱ボール４１を構成する触媒粒子が核となり低温炉２２からの熱分解液中の炭化水素だけでなく、水蒸気も噴霧され高温状態で反応する。これにより、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合よりも気相成長法により、より効率的にカーボンナノチューブ等の高機能カーボンが生成、成長する。また、耐熱ボール４１群は回転しており、各耐熱ボール４１表面は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水蒸気が均一に噴霧されることで、各耐熱ボール４１表面で斑なく均一にカーボンナノチューブが生成、成長できる。これにより、カーボンナノチューブ等の高機能カーボンを連続的に安定的に製造することができる。

更に、中段炭化・熱分解液回収手段２の低温炉２２、後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８の夫々の内容器内に注入する水蒸気の量を、低温炉２２，高温炉３８の内容器内の夫々の温度により自動温度制御運転機能を有することにより、高温炉３８内においては、水素、メタンガス等の生成が最大限促進され、良質なカーボンナノチューブ生成量を安定的に増やすことができる。また、高温炉３８内においては、水素、メタンガス等の生成が最大限促進され、良質なカーボンナノチューブ生成量を増やすことができる。

更には、中段炭化・熱分解液回収手段２の低温炉２２の内部には耐熱ボールとしてセラミックボールを保持し、後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８の内部には耐熱ボールとしてステンレス、鉄、ニッケル、クロム等の金属ボールを保持する。

低温炉２２内の内容器２１内の耐熱ボール２３としてセラミックボールを保持、充填することで、内容器２１が回転することにより、低温炉２２内の内容器２１に投入された有機物処理材料への熱の伝わりを促進できる。従って、活性炭の生成速度を高めるとともに、活性炭を粉末状とし活性炭として利用しやすくする効果も高めることもできる。これにより、低温炉２２から活性炭が活性炭回収容器２８に安定的に排出されるようになる。

一方、後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８の内容器４０内には耐熱ボール４１としてステンレス、鉄、ニッケル、クロム等の金属ボールを保持、充填することで、この耐熱ボール４１表面に熱分解液、触媒用金属粉が付着し、この耐熱ボール４１表面ポーラスを基点として気相成長法により多数のカーボンナノチューブが生成する。また、内容器４０が回転することにより、高温炉３８内の内容器４０に投入された熱分解液、触媒用金属粉の耐熱ボール４１表面への付着頻度を高めカーボンナノチューブの生成回数を促進し、カーボンナノチューブの生成速度を高めるとともに、耐熱ボール４１同士がぶつかり合う。これにより、耐熱ボール４１表面に成長したカーボンナノチューブを剥がし、耐熱ボール４１表面に次のカーボンナノチューブが生成することを促進し、連続的にカーボンナノチューブを生成することができ、純度および安定性の高いカーボンナノチューブ等の高機能カーボンを低コストで効率よく量産することができる。

（第１２の実施形態）
本発明の第１２の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置について、図１０を参照して説明する。但し、図１〜図９と同部材は同符番を付して説明を省略する。第１２の実施形態は請求項１５に対応する。図１０中の符番９１は、高温炉３８に夫々水素注入する水素注入ノズルである。
第１２の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置では、後段ナノカーボン生成手段３の高温炉３８の内容器に水素注入ノズル９１を設置し、運転中に内容器内に水素を注入しつつカーボン生成を行うことを特徴とする。即ち、図１２では、高温炉３８内の内容器４０に水素注入ノズル９１を経由して、水素を噴霧するようにした。

高温炉３８内の内容器４０に水素注入することにより、良質なカーボンナノチューブ生成量を増やすことができる。また、高温炉３８内に水蒸気を噴霧することにより、メタンガスとともに水素の生成が促進されるので、外部からの水素の量を少なくできる。

なお、水素を注入する際は、水素注入ノズルから連続的に均一に注入できるよう高温炉３８内の最適位置にノズルを設置する等の設計上の工夫が必要である。

第１２の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置によれば、高温炉３８内の耐熱ボール４１表面では耐熱ボール４１を構成する触媒粒子が核となり、低温炉２２からの熱分解液中の炭化水素だけでなく水素も注入され高温状態で反応する。これにより、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合よりも気相成長法により、より効率的にカーボンナノチューブが生成、成長する。また、耐熱ボール４１群は回転しており、各耐熱ボール４１表面は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水素が均一に噴霧されることで、各耐熱ボール４１表面で斑なく均一にカーボンナノチューブ等の高機能カーボンが生成、成長できる。これにより、カーボンナノチューブを連続的に安定的に製造することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第２〜４の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第５の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第６の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第７の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第８の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第９の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第１０の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第１１の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 本発明の第１２の実施形態に係るナノカーボン・炭化物連続製造装置の説明図。 気相成長基板法を用いてカーボンナノチューブを製造する方法の説明図。 流動気相法を用いてカーボンナノチューブを製造する方法の説明図。

符号の説明

１…初段乾燥手段、２…中段炭化・熱分解液回収手段、３…後段ナノカーボン生成手段、１１，８４，８５，８６，８７，８８…投入ホッパー、１２，３７…投入機、１３…乾燥機（乾燥炉）、１４，２５，４２…加熱源、１５，２４，３９…駆動モータ、１６…水分排出ノズル、１７…乾燥物排出／投入機、２１，４０…内容器、２２…熱分解炉（低温炉）、２３，４１…耐熱ボール、２６…熱分解ガス出口ノズル、２７…触媒用金属粉付カーボンナノチューブ排出ノズル、２８…炭化物回収容器、３１…熱分解ガス出口ダクト、３２…エジェクタ（スプレーノズル）、３３…熱分解液投入容器、３４…熱分解液冷却器、３５…熱分解液循環ライン、３６…触媒用金属粉投入ホッパー、３８…カーボンナノチューブ生成炉（高温炉）、４３…オフガス出口ノズル、４４…触媒用金属粉付カーボンナノチューブ排出ノズル、４５…カーボンナノチューブ回収容器、５１…初段水蒸気凝縮エジェクタ、５２…初段回収水容器、５３…初段水冷却器、５４…水分出口ダクト、５５…初段水循環ライン、６１…排熱回収ボイラー、６２…水循環ライン、６４…熱分解炉排ガスライン（第１の排ガスライン）、６５…熱分解排ガスライン（第２の排ガスライン）、６６…熱分解炉燃焼ガス循環ライン（第１の循環ライン）、６７…オフガス燃焼炉、６８…熱分解炉生成オフガスライン（第１のオフガスライン）、６９…カーボンナノチューブ生成炉生成オフガスライン（第２のオフガスライン）、７０…オフガス燃焼ライン、７１…カーボンナノチューブ生成炉燃焼ガス循環ライン（第２の循環ライン）、８１…熱分解液供給ライン、８２…粉砕機、

Claims (17)

1. 有機物処理材料を乾燥する初段乾燥手段と、
   乾燥された有機物処理材料を炭化・熱分解し熱分解液を回収する中段炭化・熱分解液回収手段と、
   回収した熱分解液からナノカーボンを生成する後段ナノカーボン生成手段と
   を有し、連続して有機物処理材料からナノカーボン、活性炭を製造することを特徴とするナノカーボン・炭化物連続製造装置。
2. 前記初段乾燥手段は、有機物処理材料を乾燥し水分を回収する機能を有することを特徴とする請求項１記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
3. 前記初段乾燥手段は、初段乾燥炉内に投入された有機物処理材料から水蒸気成分を分離し乾燥物のみとする初段乾燥炉の水蒸気成分を回収するものであり、
   初段乾燥炉内で発生し外部に導出される初段水蒸気成分を初段水と直接接触し凝縮させる初段水蒸気凝縮エジェクタと、
   初段水蒸気成分凝縮エジェクタにて凝縮した初段回収水を貯留する初段回収水タンクと、
   凝縮した初段回収水を冷却する初段水冷却器と
   を有することを特徴とする請求項２のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
4. 前記中段炭化・熱分解液回収手段は、初段乾燥手段にて生成した乾燥物を中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉に投入して、投入された乾燥物を熱分解し、乾燥物から熱分解ガス成分及び活性炭を分離回収するものであり、
   中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉内で発生し外部に導出される中段熱分解ガス成分を中段熱分解液と直接接触し凝縮させる中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタと、
   中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタにて凝縮した中段熱分解油を貯留する中段熱分解液回収容器と、
   凝縮した中段熱分解液を冷却する中段熱分解油冷却器と
   を有することを特徴とする請求項１もしくは２記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
5. 前記後段ナノカーボン生成手段は、
   内部に回転可能な内容器を有し、この内容器の一端側に中段炭化・熱分解液回収手段で生成した熱分解液と触媒用金属粉とを後段ナノカーボン生成炉に投入して、ナノカーボンとオフガスを生成し、
   回収したナノカーボンを回収するナノカーボン回収容器
   を有することを特徴とする請求項１もしくは２のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
6. 前記中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解ガス成分凝縮エジェクタにて凝縮しきれないオフガス成分及び後段ナノカーボン生成手段のナノカーボン生成炉から発生するオフガス成分を、
   初段乾燥炉、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の加熱用バーナの燃料として活用することを特徴とする請求項１乃至５いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
7. 前記中段炭化・熱分解液回収手段にて回収した中段熱分解油の一部を初段乾燥炉、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の加熱用バーナの燃料として活用することを特徴とする請求項１乃至６いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
8. 投入する有機物処理材料は木質系バイオマスであり、初段乾燥手段にて回収した初段回収水をバイオマス有機水溶液（木酢液）として活用することを特徴とする請求項２乃至７いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
9. 投入する有機物処理材料は繊維質系バイオマスであり、初段乾燥手段にて回収した初段回収水をバイオマス有機水溶液（植物液）として活用することを特徴とする請求項２乃至７いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
10. 投入する有機物処理材料が木質系バイオマス或いは繊維質系バイオマスであるとき、木質系バイオマス材料或いは繊維質系バイオマスを粉砕処理することにより材料の粒度径を０．１〜２ｍｍの範囲で均一にした後、材料貯留ホッパーに粉砕材料を投入し、その下部に定量供給装置を設置し、この定量供給装置を経由して、粉砕処理された材料を初段乾燥炉内に連続的に投入できるようにしたことを特徴とする請求項８若しくは９記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
11. 投入する有機物は下水汚泥であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
12. 投入する有機物は、木質系バイオマス，繊維質系バイオマス，下水汚泥のうち少なくも２つ以上を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
13. 投入する有機物は、木質系バイオマス，繊維質バイオマス，下水汚泥の新規原料に使用済の活性炭を混入させたものであることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
14. 中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の夫々の内容器内に水蒸気注入ノズルを設置し、運転中に内容器内に水蒸気を注入しつつ熱分解活性炭製造、ナノカーボン生成を行うことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
15. 中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の夫々の内容器内に注入する水蒸気の量は、中段熱分解炉、後段ナノカーボン生成炉の内容器内の夫々の温度により自動制御されることを特徴とする請求項１４の記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
16. 後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の内容器内に水素注入ノズルを設置し、運転中に内容器内に水素を注入しつつナノカーボン生成を行うことを特徴とする請求項１乃至１５いずれか一の記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。
17. 中段炭化・熱分解液回収手段の中段熱分解炉の内部には耐熱ボールとしてセラミックボールを保持し、後段ナノカーボン生成手段の後段ナノカーボン生成炉の内部には耐熱ボールとしてステンレス，鉄，ニッケル，クロムからなる金属ボールを保持することを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一記載のナノカーボン・炭化物連続製造装置。

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