JP2014141372A - Method and facility for producing carbon fine particulate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mass-producible method for producing carbon fine particulates.SOLUTION: In a method for producing carbon fine particulates from a lignin-containing liquid, a first dewatered cake C1 is obtained by acidifying the lignin-containing liquid and succeedingly conducting dehydration, a second dewatered cake C2 is obtained by slurrying the first dewatered cake C1, advancing acidification, and succeedingly again conducting dehydration, inorganic salt-containing fine particulates are obtained by slurrying the second dewatered cake C2, mixing the slurry with an inorganic salt X and succeedingly conducting liquid droplet formation and drying, and the carbon fine particulates are obtained by thermal decomposition of the inorganic salt-containing fine particulates and succeedingly removing the inorganic salt X therefrom.

Description

本発明は、製紙工場において排出される黒液等から炭素微粒子を製造する方法及び設備に関するものである。   The present invention relates to a method and equipment for producing carbon fine particles from black liquor discharged in a paper mill.

従来から、製紙工場においては、蒸解工程において多量の黒液が排出されており、この黒液は蒸解薬液由来のナトリウムや硫黄等のアルカリ薬品のほか、リグニン等の有機物を含む。現在、この黒液に含まれるリグニンの有効利用が種々検討されており、例えば、特許文献1は、リグニン含有液から炭素微粒子を製造する方法を提案する。この提案は、リグニン含有液を微小液滴化・乾燥して微粒子とし、この微粒子を熱分解して炭素微粒子を製造するというものである。同文献は、このようにして製造される炭素微粒子がカーボンブラック等の代替品になることを期待する。また、同文献は、製造される炭素微粒子を中空状にするための提案も行っており、微小液滴化する前のリグニン含有液に無機塩を混合することを提案する。リグニン含有液に無機塩を混合する提案としては、特許文献1のほかに、リグニン含有液に炭酸リチウムを混合する提案もある(特許文献2参照)。   Conventionally, in a paper mill, a large amount of black liquor is discharged in the cooking process, and this black liquor contains organic substances such as lignin in addition to alkaline chemicals such as sodium and sulfur derived from the cooking chemical. At present, various studies have been made on the effective use of lignin contained in the black liquor. For example, Patent Document 1 proposes a method for producing carbon fine particles from a lignin-containing liquid. In this proposal, the lignin-containing liquid is formed into fine droplets and dried to form fine particles, and the fine particles are thermally decomposed to produce carbon fine particles. The document expects that the carbon microparticles produced in this way will be an alternative to carbon black and the like. The same document also proposes to make the produced carbon fine particles hollow, and proposes mixing an inorganic salt with the lignin-containing liquid before forming into microdroplets. As a proposal for mixing an inorganic salt with a lignin-containing liquid, in addition to Patent Document 1, there is also a proposal for mixing lithium carbonate with a lignin-containing liquid (see Patent Document 2).

以上の文献には、さまざまな試験結果も開示されており、製造される炭素微粒子が有用であることを明らかにしている。しかるに、以上の文献は、いずれも実験室レベルに留まるものであり、工業化、量産化する方法までをも提案するものではない。また、以上の文献は、リグニン含有液として黒液の使用が可能であることを開示するにとどまる。しかるに、リグニン含有液として黒液を使用し、そのまま微小液滴化等するのでは、工業化、量産化に適さない。   The above literature also discloses various test results, and clarifies that the produced carbon fine particles are useful. However, all of the above documents remain at the laboratory level, and do not propose a method for industrialization or mass production. Moreover, the above literature only discloses that black liquor can be used as the lignin-containing liquid. However, using black liquor as the lignin-containing liquid and making it into fine droplets as it is is not suitable for industrialization and mass production.

特開2009−155199号公報JP 2009-155199 A 特開2010−168251号公報JP 2010-168251 A

本発明が解決しようとする主たる課題は、量産化可能な炭素微粒子の製造方法及び製造設備を提供することにある。   The main problem to be solved by the present invention is to provide a production method and production equipment of carbon fine particles that can be mass-produced.

この課題を解決するための本発明は、次のとおりである。
〔請求項1記載の発明〕
リグニン含有液から炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液を酸性化した後、脱水して第1の脱水ケーキを得、
この第1の脱水ケーキをスラリー化し、かつ酸性化を進めた後、再度脱水して第2の脱水ケーキを得、
この第2の脱水ケーキをスラリー化し、かつ無機塩と混合した後、液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子を得、
この無機塩含有微粒子を熱分解した後、無機塩を除去して炭素微粒子を得る、
ことを特徴とする炭素微粒子の製造方法。
The present invention for solving this problem is as follows.
[Invention of Claim 1]
A method for producing carbon fine particles from a lignin-containing liquid,
After acidifying the lignin-containing liquid, dehydration to obtain a first dehydrated cake,
Slurry and acidify the first dehydrated cake, and then dehydrate again to obtain a second dehydrated cake.
This second dewatered cake is slurried and mixed with an inorganic salt, and then dropletized and dried to obtain inorganic salt-containing fine particles,
After pyrolyzing the inorganic salt-containing fine particles, the inorganic salt is removed to obtain carbon fine particles.
A method for producing carbon fine particles.

〔請求項2記載の発明〕
前記リグニン含有液の酸性化を、pH8.5以上に留まる範囲で、かつ撹拌しつつ行う、
請求項1記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 2]
Acidification of the lignin-containing liquid is performed in a range where the pH remains at 8.5 or more and with stirring.
The method for producing carbon fine particles according to claim 1.

〔請求項3記載の発明〕
前記リグニン含有液として、pH13以上の黒液を使用する、
請求項1又は請求項2記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 3]
As the lignin-containing liquid, a black liquid having a pH of 13 or more is used.
The method for producing carbon fine particles according to claim 1 or 2.

〔請求項4記載の発明〕
前記リグニン含有液として、固形分濃度50〜60質量%の黒液を固形分濃度20〜35質量%に希釈したものを使用する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 4]
As the lignin-containing liquid, a black liquor having a solid content concentration of 50 to 60% by mass diluted to a solid content concentration of 20 to 35% by mass is used.
The manufacturing method of the carbon microparticles of any one of Claims 1-3.

〔請求項5記載の発明〕
前記第1の脱水ケーキを得る際に排出された脱水ろ液を、前記黒液の濃縮工程に送る、
請求項3又は請求項4記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 5]
The dehydrated filtrate discharged when obtaining the first dehydrated cake is sent to the black liquor concentration step.
The method for producing carbon fine particles according to claim 3 or 4.

〔請求項6記載の発明〕
前記酸性化を進めることでpH1.0〜4.0とする、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 6]
The pH is adjusted to 1.0 to 4.0 by proceeding with the acidification.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-5.

〔請求項7記載の発明〕
前記無機塩がメタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを主成分とする、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 7]
The inorganic salt is mainly composed of sodium metasilicate and sodium hydroxide,
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-6.

〔請求項8記載の発明〕
前記第2の脱水ケーキ、前記メタ珪酸ナトリウム及び前記水酸化ナトリウムの質量混合割合が、1:2.96〜8.88:0.18〜0.54である、
請求項7記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 8]
The mass mixing ratio of the second dehydrated cake, the sodium metasilicate and the sodium hydroxide is 1: 2.96 to 8.88: 0.18 to 0.54.
The method for producing carbon fine particles according to claim 7.

〔請求項9記載の発明〕
前記無機塩を混合した後のスラリーをフィルターに通した後、前記液滴化及び前記乾燥を行う、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 9]
The slurry after mixing the inorganic salt is passed through a filter, and then the droplets are formed and dried.
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 1 to 8.

〔請求項10記載の発明〕
前記リグニン含有液の酸性化を、当該リグニン含有液に酸性化ガスを吹き込むことで行う、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 10]
Acidification of the lignin-containing liquid is performed by blowing acidification gas into the lignin-containing liquid.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-9.

〔請求項11記載の発明〕
前記液滴化及び前記乾燥をして得た無機塩含有微粒子を集塵し、この集塵に際して発生する排ガスを前記酸性化ガスとして使用する、
請求項10記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 11]
Collecting inorganic salt-containing fine particles obtained by droplet formation and drying, and using exhaust gas generated during the dust collection as the acidifying gas;
The method for producing carbon fine particles according to claim 10.

〔請求項12記載の発明〕
前記無機塩含有微粒子の集塵を、サイクロン及びバグフィルタをこの順に使用して行う、
請求項11記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 12]
The inorganic salt-containing fine particles are collected using a cyclone and a bag filter in this order.
The method for producing carbon fine particles according to claim 11.

〔請求項13記載の発明〕
前記熱分解を、外熱ジャケットが備わるロータリーキルンを使用して行い、
このロータリーキルンから排出される熱分解ガスを、前記外熱ジャケットに熱風を供給する熱風炉の燃焼用ガスとして使用し、
前記外熱ジャケットから排出される排ガスを、前記酸性化ガスとして使用する、
請求項10〜12のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 13]
The pyrolysis is performed using a rotary kiln equipped with an external heat jacket,
The pyrolysis gas discharged from the rotary kiln is used as a combustion gas for a hot air furnace for supplying hot air to the outer heat jacket,
Using exhaust gas discharged from the external heat jacket as the acidified gas,
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 10 to 12.

〔請求項14記載の発明〕
前記無機塩の除去は、前記熱分解後の無機塩含有微粒子をスラリー化し、フィルタープレスに圧入し、圧搾して行う、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 14]
Removal of the inorganic salt is performed by slurrying the inorganic salt-containing fine particles after pyrolysis, press-fitting into a filter press, and pressing.
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 1 to 13.

〔請求項15記載の発明〕
前記熱分解後の無機塩含有微粒子をスラリー化した後、フィルタープレスに圧入するに先立ってフィルターを通す、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 15]
After slurrying the inorganic salt-containing fine particles after the thermal decomposition, and prior to press-fitting into the filter press, pass through the filter,
The manufacturing method of the carbon microparticles of any one of Claims 1-14.

〔請求項16記載の発明〕
前記第2の脱水ケーキの灰分率を3.0%以下とし、
かつ前記フィルタープレスから排出される圧入ろ液を、前記第2の脱水ケーキと前記無機塩とを混合しスラリー化する際に使用する、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
[Invention of Claim 16]
The ash content of the second dehydrated cake is 3.0% or less,
And the press-fit filtrate discharged from the filter press is used when mixing and slurrying the second dehydrated cake and the inorganic salt.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-15.

〔請求項17記載の発明〕
リグニン含有液から炭素微粒子を製造する設備であって、
前記リグニン含有液を酸性化する第1の酸性化手段と、
この第1の酸性化手段で酸性化したリグニン含有液を脱水する手段と、
前記脱水をして得た脱水ケーキをスラリー化する手段と、
前記スラリー化の過程で、又は前記スラリー化後に、スラリーの酸性化を進める第2の酸性化手段と、
前記酸性化を進めたスラリーを前記脱水手段に返送する手段と、
前記返送後の脱水で得た脱水ケーキをスラリー化する手段と、
このスラリー化の過程で、又は前記スラリー化後に、スラリーに無機塩と混合する手段と、
無機塩が混合されたスラリーを液滴化及び乾燥する手段と、
前記液滴化及び乾燥をして得た無機塩含有微粒子を熱分解する手段と、
前記熱分解をして得た無機塩含有微粒子から無機塩を除去して炭素微粒子を得る手段と、
を有することを特徴とする炭素微粒子の製造設備。
[Invention of Claim 17]
A facility for producing carbon fine particles from a lignin-containing liquid,
First acidifying means for acidifying the lignin-containing liquid;
Means for dehydrating the lignin-containing liquid acidified by the first acidification means;
Means for slurrying the dehydrated cake obtained by the dehydration;
A second acidification means for promoting acidification of the slurry during or after the slurrying;
Means for returning the acidified slurry to the dewatering means;
Means for slurrying the dehydrated cake obtained by dehydration after the return;
Means for mixing with the inorganic salt in the slurry during or after the slurrying;
Means for dropletizing and drying the slurry mixed with the inorganic salt;
Means for thermally decomposing inorganic salt-containing fine particles obtained by droplet formation and drying;
Means for removing the inorganic salt from the inorganic salt-containing fine particles obtained by the thermal decomposition to obtain carbon fine particles;
A facility for producing carbon fine particles, comprising:

本発明によると、量産化可能な炭素微粒子の製造方法及び製造設備となる。   According to the present invention, a carbon fine particle production method and production equipment capable of mass production are obtained.

炭素微粒子の製造設備フロー図である(リグニン抽出工程等)。It is a manufacturing equipment flow chart of carbon particulates (lignin extraction process etc.). 炭素微粒子の製造設備フロー図である(無機塩混合工程、液滴化及び乾燥工程、熱分解工程等)。It is a manufacturing equipment flow diagram of carbon fine particles (inorganic salt mixing process, droplet formation and drying process, thermal decomposition process, etc.). 炭素微粒子の製造設備フロー図である(洗浄工程、乾燥工程等)。It is a manufacturing equipment flow diagram of carbon particulates (cleaning process, drying process, etc.) 洗浄工程の詳細フロー図である。It is a detailed flowchart of a washing | cleaning process. 炭素微粒子のサンプル写真(1)及びこの炭素微粒子の外殻部分の拡大サンプル写真(2)である。They are a sample photograph (1) of carbon fine particles and an enlarged sample photograph (2) of the outer shell portion of the carbon fine particles. 別の例に係る炭素微粒子のサンプル写真(1)及びこの炭素微粒子の外殻部分の拡大サンプル写真(2)である。It is a sample photograph (1) of the carbon microparticles according to another example and an enlarged sample photograph (2) of the outer shell portion of the carbon microparticles.

次に、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明においては、原料となるリグニン含有液としてバイオエタノール抽出後の溶液等も使用することができるが、以下では、製紙工場の蒸解工程等において排出される黒液を使用する場合を例に説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described. In the present invention, a bioethanol-extracted solution or the like can be used as the lignin-containing liquid as a raw material, but in the following, an example in which black liquor discharged in a paper mill cooking process or the like is used is used. Explained.

〔黒液の希釈等〕
製紙工場の蒸解工程において排出される黒液は、通常、濃縮工程において自燃可能な程度にまで濃縮されており、この濃縮された黒液が回収ボイラーで燃焼されて熱量の回収等が図られる。また、黒液に含まれるアルカリ薬品は、還元され、蒸解薬品として再利用される。
[Dilution of black liquor, etc.]
The black liquor discharged in the cooking process of the paper mill is normally concentrated to such an extent that self-combustion is possible in the concentration step, and the concentrated black liquor is burned in a recovery boiler to recover the amount of heat. The alkaline chemical contained in the black liquor is reduced and reused as cooking chemical.

黒液の上記濃縮工程には、エバポレーター(蒸発器)等の濃縮装置が備えられており、当初10〜20質量%程度であった黒液の固形分(トータルソリッド:TS)濃度(以下単に「濃度」ともいう。)が60〜80質量%程度になるまで濃縮される。   The black liquor concentration step is provided with a concentrating device such as an evaporator (evaporator), and the black liquor solid content (total solid: TS) concentration (hereinafter simply referred to as “TS”), which was about 10 to 20% by mass. It is also concentrated until it becomes about 60 to 80% by mass.

本形態においては、上記濃縮工程において濃縮の途中である黒液を、好ましくは濃度20〜35質量%の黒液を使用する。もっとも、黒液の濃縮は、処理量と設備容量との関係やスケール防止等の観点から通常多段で行われており、濃度20〜35質量%の黒液が存在しない場合もある。このような場合は、濃度の高い黒液を希釈して使用する。   In this embodiment, a black liquor that is in the middle of concentration in the concentration step, preferably a black liquor having a concentration of 20 to 35% by mass, is used. However, the concentration of the black liquor is usually performed in multiple stages from the viewpoint of the relationship between the processing amount and the equipment capacity, scale prevention, and the like, and there may be no black liquor having a concentration of 20 to 35% by mass. In such a case, a black liquor with a high concentration is diluted and used.

具体的には、例えば、図1に示すように、低濃度(例えば、濃度10〜20質量%)の黒液X1、中濃度(例えば、濃度50〜60質量%)の黒液X2、及び、高濃度(例えば、濃度60〜80質量%)の黒液X3が存在するような場合においては、まず、中濃度の黒液X2の一部又は全部を抜き取り、配管等からなる流路R1を通して希釈槽20まで流送する。この流送は、場所的条件、例えば、黒液の濃縮を行う場所と希釈槽20が備わる場所との位置関係等によっては、コンテナ等を使用して搬送する方法に変えることもできる。   Specifically, for example, as shown in FIG. 1, a black liquor X1 having a low concentration (for example, a concentration of 10 to 20% by mass), a black liquor X2 having a medium concentration (for example, a concentration of 50 to 60% by mass), and In the case where a high concentration (for example, a concentration of 60 to 80% by mass) of black liquor X3 is present, first, a part or all of the medium concentration of black liquor X2 is extracted and diluted through a flow path R1 including a pipe or the like. Flow to tank 20. This flow can be changed to a method of transporting using a container or the like depending on the local conditions, for example, the positional relationship between the place where the black liquor is concentrated and the place where the dilution tank 20 is provided.

希釈槽20においては、黒液にろ過清水等の水Wを混入して黒液の濃度が20〜35質量%となるまで、好ましくは25〜30質量%となるまで、より好ましくは25〜28質量%となるまで希釈する。黒液の濃度が20質量%を下回るまで希釈するとリグニン抽出(回収)の効率が悪化し、工業化、量産化するに適さなくなるおそれがある。他方、黒液の濃度が35質量%を上回る希釈では、後述する酸性化工程において黒液と酸性化ガスG1との接触が不均一になるおそれがある。さらに、黒液の濃度が35質量%を上回る希釈では、後述する第1の脱水ケーキC1の灰分率を十分に下げることができなくなるおそれがある。   In the dilution tank 20, water W such as filtered clean water is mixed into the black liquor until the concentration of the black liquor is 20 to 35% by mass, preferably 25 to 30% by mass, more preferably 25 to 28%. Dilute to mass%. If the concentration of the black liquor is diluted to less than 20% by mass, the efficiency of lignin extraction (recovery) deteriorates, which may make it unsuitable for industrialization and mass production. On the other hand, when the concentration of the black liquor exceeds 35% by mass, the contact between the black liquor and the acidified gas G1 may be uneven in the acidification step described later. Furthermore, when the concentration of the black liquor exceeds 35% by mass, there is a possibility that the ash content of the first dehydrated cake C1 described later cannot be lowered sufficiently.

希釈槽20内の黒液は、必要により加温することができ、例えば、30〜60℃、好ましくは30〜45℃とすることができる。   The black liquor in the dilution tank 20 can be heated as necessary, and can be, for example, 30 to 60 ° C., preferably 30 to 45 ° C.

〔第1の酸性化等〕
希釈槽20において希釈した黒液は、流路R2を通して酸性化処理槽30まで流送し、この酸性化処理槽30に供給する。酸性化処理槽30においては、黒液を酸性化処理するために酸性化ガスG1を、当該槽30内に直接吹き込み、黒液のpHを低下させる(酸性化処理)。
[First acidification, etc.]
The black liquor diluted in the dilution tank 20 is sent to the acidification tank 30 through the flow path R <b> 2 and supplied to the acidification tank 30. In the acidification tank 30, acidified gas G1 is blown directly into the tank 30 in order to acidify the black liquor to lower the pH of the black liquor (acidification treatment).

酸性化ガスG1としては、例えば、硫酸ガス、有機酸ガス、塩化水素ガス、硝酸水素ガス、二酸化炭素ガス、二酸化塩素ガス等を使用することができるが、二酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガス含有ガスを使用するのが好ましい。   As the acidification gas G1, for example, sulfuric acid gas, organic acid gas, hydrogen chloride gas, hydrogen nitrate gas, carbon dioxide gas, chlorine dioxide gas, etc. can be used, but carbon dioxide gas or carbon dioxide gas-containing gas is used. It is preferred to use.

また、酸性化ガスG1として二酸化炭素ガスを使用する場合は、当該二酸化炭素ガスを新たに用意することもできるが、後述するバグフィルタ91からの排ガスG4やロータリーキルン100に備わる外熱ジャケット100aからの排ガスG5を酸性化ガスG1の全部又は一部として利用するのが好ましい。この排ガスG4,G5の利用により、当該排ガスG4,G5中の二酸化炭素ガス、つまり温室効果ガスの排出を削減することができ、地球温暖化防止対策となる。   In addition, when carbon dioxide gas is used as the acidifying gas G1, the carbon dioxide gas can be newly prepared. However, the exhaust gas G4 from the bag filter 91 described later and the external heat jacket 100a provided in the rotary kiln 100 can be used. It is preferable to use the exhaust gas G5 as all or part of the acidified gas G1. By using the exhaust gases G4 and G5, it is possible to reduce the discharge of carbon dioxide gas in the exhaust gases G4 and G5, that is, greenhouse gases, which is a measure against global warming.

更に本形態においては、酸性化処理槽30内において固形分が沈殿するのをより確実に防止するために、当該酸性化処理槽30内にモーターMを駆動源とする撹拌翼31が備えられており、この撹拌翼31によって黒液を撹拌する。   Further, in the present embodiment, in order to more reliably prevent the solid content from precipitating in the acidification tank 30, a stirring blade 31 using the motor M as a drive source is provided in the acidification tank 30. The black liquor is stirred by the stirring blade 31.

以上の酸性化工程においては、好ましくは当初pH13以上であった黒液がpH8.5〜10となるように、より好ましくはpH9.0〜9.5となるように酸性化ガスG1の吹込みを行う。黒液のpHが10を超えるような酸性化ガスG1の吹き込みでは、リグニンが十分に析出しないおそれがある。   In the above acidification step, the acidification gas G1 is blown so that the black liquor initially having a pH of 13 or more preferably has a pH of 8.5 to 10, more preferably a pH of 9.0 to 9.5. I do. When the acidified gas G1 is blown such that the pH of the black liquor exceeds 10, lignin may not be sufficiently precipitated.

黒液の流送過程やリグニン、ナトリウムの析出等にともなって黒液の濃度が上昇した場合は、酸性化処理槽30内に適宜ろ過清水等の水Wを供給し、黒液の濃度を調節するのが好ましい。   When the concentration of black liquor increases due to the black liquor flow process, lignin, sodium precipitation, etc., water W such as filtered fresh water is appropriately supplied into the acidification treatment tank 30 to adjust the concentration of black liquor. It is preferable to do this.

〔第1の脱水等〕
リグニンを析出させた黒液は、流路R3を通して脱水手段たるフィルタープレス40まで流送し、このフィルタープレス40に圧入する。フィルタープレス40に圧入した黒液は、更に圧搾して脱水する。この圧入や圧搾にともなって排出された脱水ろ液D1は、廃液処分することもできるが、流路R4を通す等して黒液の濃縮工程10に返送するのが好ましい。この返送により、脱水ろ液D1に含まれるナトリウム等の灰分も濃縮工程10に返送されることになる。したがって、当該ナトリウム等の灰分を還元等することで、蒸解薬品として再利用することができるようになる。なお、脱水ろ液D1は、ナトリウム等の灰分を、通常20〜25質量%含む。
[First dehydration, etc.]
The black liquor on which the lignin is deposited is sent to the filter press 40 as dehydrating means through the flow path R3 and is press-fitted into the filter press 40. The black liquor press-fitted into the filter press 40 is further squeezed and dehydrated. The dehydrated filtrate D1 discharged along with the press-fitting and squeezing can be disposed of as a waste liquid, but is preferably returned to the black liquor concentration step 10 through a flow path R4. By this return, ash such as sodium contained in the dehydrated filtrate D1 is also returned to the concentration step 10. Therefore, by reducing the ash such as sodium, it can be reused as a cooking chemical. The dehydrated filtrate D1 usually contains 20 to 25% by mass of ash such as sodium.

フィルタープレス40における脱水によって脱水ケーキC1が生成される(以下、この脱水ケーキC1を「第1の脱水ケーキC1」ともいう。)。この第1の脱水ケーキC1の灰分率は、好ましくは0〜20質量%、より好ましくは0〜15質量%である。第1の脱水ケーキC1の灰分率が30質量%を超えると、後述する第2の脱水ケーキC2の灰分率を十分に低下させることができないおそれがある。   The dewatering cake C1 is generated by dehydration in the filter press 40 (hereinafter, this dewatering cake C1 is also referred to as “first dewatering cake C1”). The ash content of the first dehydrated cake C1 is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 0 to 15% by mass. If the ash content of the first dehydrated cake C1 exceeds 30% by mass, the ash content of the second dehydrated cake C2 described later may not be sufficiently reduced.

フィルタープレス40における脱水は、当該第1の脱水ケーキC1の水分率が40〜60質量%となるように行うのが好ましく、45〜55質量%となるように行うのがより好ましい。水分率が40%未満となるまで脱水してもナトリウム等の灰分を第1の脱水ケーキC1から除去するにとって大きな影響がなく、費用対効果の点で好ましくない。他方、水分率が60質量%を超える脱水では、ナトリウム等の灰分を第1の脱水ケーキC1から十分に除去することができないおそれがある。   The dehydration in the filter press 40 is preferably performed so that the moisture content of the first dehydrated cake C1 is 40 to 60% by mass, and more preferably 45 to 55% by mass. Dehydration until the moisture content is less than 40% has no significant effect on removing ash such as sodium from the first dehydrated cake C1, which is not preferable in terms of cost effectiveness. On the other hand, if the moisture content exceeds 60% by mass, ash such as sodium may not be sufficiently removed from the first dehydrated cake C1.

〔濃度調節及び第2の酸性化等〕
フィルタープレス40において得られた第1の脱水ケーキC1は、コンテナ等を使用してスラリー化槽50まで搬送し、このスラリー化槽50に供給する。スラリー化槽50には、第1の脱水ケーキC1とともに、ろ過清水等の水W及び硫酸等の酸Aを供給し、第1の脱水ケーキC1をスラリー化し、かつ酸性化を進める。このスラリー化は、得られるスラリーS1の固形分濃度が15〜30質量%となるように、好ましくは20〜25質量%となるように行う。また、酸性化(酸Aの供給)は、得られるスラリーS1がpH1.0〜4.0となるように、好ましくはpH1.5〜2.5となるように進める。
[Concentration adjustment and second acidification]
The first dewatered cake C1 obtained in the filter press 40 is conveyed to the slurrying tank 50 using a container or the like and supplied to the slurrying tank 50. The slurry tank 50 is supplied with water W such as filtered fresh water and acid A such as sulfuric acid together with the first dewatered cake C1, and the first dewatered cake C1 is slurried and acidified. This slurrying is performed so that the solid content concentration of the obtained slurry S1 is 15 to 30% by mass, and preferably 20 to 25% by mass. Further, the acidification (supply of acid A) proceeds so that the resulting slurry S1 has a pH of 1.0 to 4.0, preferably a pH of 1.5 to 2.5.

酸Aの供給は、第1の脱水ケーキC1をスラリー化する過程で行うことも、完全にスラリー化してから行うこともできる。また、酸Aとしては、例えば、pH1.0〜2.5のものを使用することができる。   The supply of the acid A can be performed in the process of slurrying the first dewatered cake C1, or can be performed after the slurry is completely slurried. Moreover, as acid A, the thing of pH 1.0-2.5 can be used, for example.

〔第2の脱水等〕
スラリー化槽50において濃度及びpHを調節して(酸性化を進めて)得たスラリーS1は、流路R5及び前述した流路R3を通してフィルタープレス40まで再度流送し、当該フィルタープレス40に圧入する。このスラリーS1の圧入は、上記pHの調節後、可及的に迅速に行うのが好ましく、より好ましくは10時間以内、特に好ましくは5時間以内である。pHの調節後、圧入するまでの時間が24時間を超えると、第1の脱水ケーキC1の灰分率を20質量%に調節したとしても、第2の脱水ケーキC2の灰分率を3.0質量%以下にできなくなるおそれがある。本発明者等が試験したところによると、pHの調節後、圧入するまでの時間を24時間とした場合は、第2の脱水ケーキC2の灰分率が8〜10質量%となった。
[Second dehydration, etc.]
The slurry S1 obtained by adjusting the concentration and pH (advancing acidification) in the slurrying tank 50 is sent again to the filter press 40 through the flow path R5 and the flow path R3, and is press-fitted into the filter press 40. To do. The press-fitting of the slurry S1 is preferably performed as quickly as possible after adjusting the pH, more preferably within 10 hours, and particularly preferably within 5 hours. When the time until press-in exceeds 24 hours after adjusting the pH, even if the ash content of the first dewatered cake C1 is adjusted to 20% by mass, the ash content of the second dehydrated cake C2 is 3.0% by mass. % Or less. According to the test by the present inventors, when the time until press-fitting after adjusting the pH was 24 hours, the ash content of the second dehydrated cake C2 was 8 to 10% by mass.

フィルタープレス40に圧入したスラリーS1は、更に圧搾して脱水する。この圧入や圧搾にともなって排出された脱水ろ液D2は、廃液処分することもできるが、前述した脱水ろ液D1の場合と同様に、流路R4を通して黒液の濃縮工程10に返送することができる。この返送により、脱水ろ液D2に含まれるナトリウム等の灰分を蒸解薬品として再利用することができる。ただし、この脱水ろ液D2に含まれる灰分は、通常15〜18質量%にとどまる。したがって、廃液処分するのも有用な選択である。   The slurry S1 press-fitted into the filter press 40 is further squeezed and dehydrated. The dehydrated filtrate D2 discharged as a result of this press-fitting and squeezing can be disposed of as a waste liquid, but as with the dehydrated filtrate D1 described above, it is returned to the black liquor concentration step 10 through the flow path R4. Can do. By this return, ash such as sodium contained in the dehydrated filtrate D2 can be reused as cooking chemicals. However, the ash content in the dehydrated filtrate D2 is usually 15 to 18% by mass. Therefore, disposal of waste liquid is also a useful choice.

スラリーS1の脱水が終了したら、フィルタープレス40にろ過清水等の水(洗浄水)Wを供給し、再度圧搾する。洗浄水Wの供給及び圧搾によりスラリーS1が洗浄され、得られる脱水ケーキC2(以下、この脱水ケーキC2を「第2の脱水ケーキC2」ともいう。)の灰分率が低下する。   When the dehydration of the slurry S1 is completed, water (washing water) W such as filtered fresh water is supplied to the filter press 40 and squeezed again. The slurry S1 is washed by supplying and squeezing the washing water W, and the ash content of the resulting dewatered cake C2 (hereinafter, this dewatered cake C2 is also referred to as “second dehydrated cake C2”) decreases.

スラリーS1の洗浄は、洗浄水Wのみによって行うこともできるが、必要により、当該洗浄水Wに硫酸等の酸Aを混合して希釈酸とし、この希釈酸を使用して行うこともできる。この希釈酸は、好ましくはpH1.0〜4.0、より好ましくはpH1.0〜2.5である。   The slurry S1 can be washed only with the washing water W, but if necessary, the washing water W can be mixed with an acid A such as sulfuric acid to form a diluted acid, and this diluted acid can be used. The diluted acid is preferably pH 1.0 to 4.0, more preferably pH 1.0 to 2.5.

スラリーS1の洗浄にともなって排出された洗浄ろ液D3は灰分率が通常1%以下であり、脱水ろ液D1,D2と同様に濃縮工程10に返送するのは効率が悪い。したがって、廃液処分するのが好ましい。ただし、洗浄水Wに酸Aを混合し希釈酸として洗浄した場合は、流路R6を通してスラリー化槽50に流送し、このスラリー化槽50に供給するのが好ましい。この洗浄ろ液D3の供給により、当該洗浄ろ液D3に含まれる酸(A)が再利用されるため、新たに添加する酸Aの量を減らすことができる。   The washing filtrate D3 discharged along with the washing of the slurry S1 usually has an ash content of 1% or less, and it is inefficient to return it to the concentration step 10 like the dehydrated filtrates D1 and D2. Therefore, it is preferable to dispose of the waste liquid. However, when the cleaning water W is mixed with the acid A and washed as a diluted acid, it is preferably fed to the slurrying tank 50 through the flow path R6 and supplied to the slurrying tank 50. Since the acid (A) contained in the washing filtrate D3 is reused by supplying the washing filtrate D3, the amount of the acid A newly added can be reduced.

洗浄水Wの供給及び再度の圧搾を行った後、フィルタープレス40には、窒素、空気等の置換ガスG2を吹き込む。この置換ガスG2の吹き込みにより、第2の脱水ケーキG2中の水分が当該置換ガスG2によって置き換えられ、更に水分率及び灰分率が低下する。   After supplying the washing water W and re-squeezing, the filter press 40 is blown with a replacement gas G2 such as nitrogen or air. By blowing this replacement gas G2, the water in the second dehydrated cake G2 is replaced by the replacement gas G2, and the water content and the ash content are further reduced.

得られる二次ケーキC2の水分率は、好ましくは40〜65質量%、より好ましくは45〜65質量%、特に好ましくは50〜65質量%である。   The moisture content of the obtained secondary cake C2 is preferably 40 to 65% by mass, more preferably 45 to 65% by mass, and particularly preferably 50 to 65% by mass.

また、第2の脱水ケーキC2の灰分率は、好ましくは0.0〜3.0質量%、より好ましくは0.0〜1.0質量%、特に好ましくは0.0〜0.5質量%である。本形態においては、フィルタープレス40において得られた第1の脱水ケーキC1をいったんスラリー化し、当該フィルタープレス40において再度脱水等をし、もって第2の脱水ケーキC2の灰分率を著しく低くすることを意図するものである。なお、このことによる作用効果は、後述する。   The ash content of the second dehydrated cake C2 is preferably 0.0 to 3.0% by mass, more preferably 0.0 to 1.0% by mass, and particularly preferably 0.0 to 0.5% by mass. It is. In this embodiment, the first dehydrated cake C1 obtained in the filter press 40 is once slurried and dehydrated again in the filter press 40, thereby significantly reducing the ash content of the second dehydrated cake C2. Intended. In addition, the effect by this is mentioned later.

第2の脱水ケーキC2は、リグニンを主成分(例えば、35〜60質量%、好ましくは45〜50質量%)として含み、いわゆる黒液からリグニンが抽出された状態になっている。したがって、リグニン含有液たる黒液をそのままの状態で以下に説明する工程に供する場合と比較して、著しく量産化し易いものとなる。   The second dehydrated cake C2 contains lignin as a main component (for example, 35 to 60% by mass, preferably 45 to 50% by mass), and lignin is extracted from so-called black liquor. Therefore, compared with the case where the black liquor which is a lignin containing liquid is used as it is for the process demonstrated below, it will become remarkably easy to mass-produce.

本形態においては、脱水ケーキC1を得る脱水手段と脱水ケーキC2を得る脱水手段とを同一としており、当該脱水手段としてフィルタープレス40を使用している。この点、設備設置面積等の観点からは脱水ケーキC1を得る脱水手段と脱水ケーキC2を得る脱水手段とを同一にする方が好ましいが、被脱水物のpHが異なることや連続運転適性という観点からは脱水ケーキC1を得る脱水手段と脱水ケーキC2を得る脱水手段とを別にする方が好ましい。なお、脱水手段としては、フィルタープレスに変えて、例えば、ベルトプレス等を使用することも考えられる。   In this embodiment, the dewatering means for obtaining the dewatered cake C1 and the dewatering means for obtaining the dewatered cake C2 are the same, and the filter press 40 is used as the dewatering means. From this point of view, it is preferable that the dewatering means for obtaining the dehydrated cake C1 and the dewatering means for obtaining the dehydrated cake C2 are the same from the viewpoint of the equipment installation area and the like. It is preferable to separate the dehydrating means for obtaining the dehydrated cake C1 and the dehydrating means for obtaining the dehydrated cake C2. As a dehydrating means, for example, a belt press or the like may be used instead of the filter press.

〔無機塩の添加等〕
第2の脱水ケーキC2は、図2に示すように、コンテナ等を使用して撹拌槽70まで搬送し、この撹拌槽70に供給する。また、撹拌槽70には、無機塩X及びろ過清水等の水Wを供給する。無機塩X及び水Wは、各別に撹拌槽70に直接供給することもできる。ただし、撹拌槽70における処理の安定化を図るために、両者X,Wをいったん予備槽60に供給し混合したうえで、流路R7を通して撹拌槽70まで流送し、当該撹拌槽70に供給するのが好ましい。
[Addition of inorganic salts, etc.]
As shown in FIG. 2, the second dehydrated cake C <b> 2 is conveyed to the stirring tank 70 using a container or the like and supplied to the stirring tank 70. In addition, the stirring tank 70 is supplied with water W such as inorganic salt X and filtered fresh water. The inorganic salt X and the water W can also be directly supplied to the stirring tank 70 separately. However, in order to stabilize the processing in the stirring tank 70, both X and W are once supplied to the preliminary tank 60 and mixed, and then sent to the stirring tank 70 through the flow path R7 and supplied to the stirring tank 70. It is preferable to do this.

無機塩Xとしては、メタ珪酸ナトリウムを使用するのが好ましく、メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを組み合わせて使用するのがより好ましい。   As the inorganic salt X, it is preferable to use sodium metasilicate, and it is more preferable to use sodium metasilicate and sodium hydroxide in combination.

メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを組み合わせて使用する場合、第2の脱水ケーキC2中のリグニンとメタ珪酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合質量割合は、1:2.96〜8.88:0.18〜0.54とするのが好ましく、1:2.96:0.18(2:5.92:0.36)とするのがより好ましい。リグニン:メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムが質量基準で1:2を下回ると、後述するフィルタープレス120において両者(無機塩X)を除去するのが困難になるおそれがある。また、無機塩Xの量が少ないと、熱分解中に当該無機塩Xが溶融して得られる炭素微粒子の粒形を保てなくなるおそれがある。他方、リグニン:メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムが質量基準で1:20を上回ると、後述するフィルタープレス120や乾燥機130での処理に際して中空状とした炭素微粒子が意図せずに崩れてしまい、中空状を保てなくなるおそれがある。   When sodium metasilicate and sodium hydroxide are used in combination, the mixing mass ratio of lignin, sodium metasilicate and sodium hydroxide in the second dehydrated cake C2 is 1: 2.96 to 8.88: 0. It is preferable to set it as 18-0.54, and it is more preferable to set it as 1: 2.96: 0.18 (2: 5.92: 0.36). If lignin: sodium metasilicate and sodium hydroxide are less than 1: 2 on a mass basis, it may be difficult to remove both (inorganic salt X) in the filter press 120 described later. Moreover, when there is little quantity of the inorganic salt X, there exists a possibility that the particle shape of the carbon fine particle obtained by the said inorganic salt X melting | dissolving during thermal decomposition may not be maintained. On the other hand, when lignin: sodium metasilicate and sodium hydroxide exceed 1:20 on a mass basis, the hollow carbon fine particles collapsed unintentionally upon processing in the filter press 120 and the dryer 130 described later, There is a risk that the hollow shape cannot be maintained.

本形態の撹拌槽70には、モーターMを駆動源とする撹拌翼71が備えられている。この撹拌翼71による撹拌によって、第2の脱水ケーキC2中のリグニン及び無機塩Xが均等に混合される。また、撹拌槽70、あるいは上記した予備槽60には、高濃度での処理を可能とするために、加温装置を備えるのが好ましい。   The stirring tank 70 of this embodiment is provided with a stirring blade 71 using the motor M as a drive source. By the stirring by the stirring blade 71, the lignin and the inorganic salt X in the second dehydrated cake C2 are evenly mixed. In addition, the stirring tank 70 or the above-described preliminary tank 60 is preferably provided with a heating device in order to enable processing at a high concentration.

〔液滴化及び乾燥等〕
撹拌槽70において得られたリグニン及び無機塩Xを含むスラリーS2は、流路R8を通して液滴化・乾燥手段であるスプレードライヤ80まで流送し、このスプレードライヤ80において液滴化及び乾燥する。このスプレードライヤ80内には、例えば、送風手段Fから送風が行われ、また、スラリーS2が図示しないスプレーノズルから噴霧される。
[Dropping and drying, etc.]
The slurry S2 containing the lignin and the inorganic salt X obtained in the stirring tank 70 is sent to the spray dryer 80, which is droplet forming / drying means, through the flow path R8, and droplets are formed and dried in the spray dryer 80. In the spray dryer 80, for example, air is blown from the air blowing means F, and the slurry S2 is sprayed from a spray nozzle (not shown).

ここで、スラリーS2の流送に際しては、フィルターたるスリーン75を通すのが好ましい。スクリーン75を通すことで、スラリーS2中の未溶解物によって上記スプレーノズルが詰まるのが防止される。なお、スクリーン75としては、例えば、150〜250メッシュのものを、好ましくは200メッシュのものを使用することができる。   Here, when the slurry S2 is flowed, it is preferable to pass a screen 75, which is a filter. By passing the screen 75, the spray nozzle is prevented from being clogged with undissolved substances in the slurry S2. In addition, as the screen 75, the thing of 150-250 mesh, for example, Preferably the thing of 200 mesh can be used.

スプレードライヤ80にはスラリーS2とともに熱風G3を吹き込み、スラリーS2を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とする。スプレードライヤ80に吹き込むスラリーS2のリグニン濃度は、リグニンと無機塩Xとの比率が一定であることを前提に、4〜10%であるのが好ましく、6〜8%であるのがより好ましい。リグニン濃度が4%を下回ると、無機塩含有微粒子の外殻が十分な厚さとならず、中空状である当該無機塩含有粒子が意図せずに崩れてしまい、中空状を保てなくなるおそれがある。他方、リグニン濃度が10%を上回ると、無機塩含有微粒子の外殻が厚くなり過ぎ、後述するフィルタープレス120において無機塩Xを除去するのが困難になるおそれがある。   Hot air G3 is blown into the spray dryer 80 together with the slurry S2, and the slurry S2 is formed into droplets and dried to form inorganic salt-containing fine particles. The lignin concentration of the slurry S2 blown into the spray dryer 80 is preferably 4 to 10%, more preferably 6 to 8% on the assumption that the ratio of lignin to the inorganic salt X is constant. If the lignin concentration is less than 4%, the outer shell of the inorganic salt-containing fine particles does not have a sufficient thickness, and the inorganic salt-containing particles that are hollow may collapse unintentionally and may not be able to maintain the hollow shape. is there. On the other hand, if the lignin concentration exceeds 10%, the outer shell of the inorganic salt-containing fine particles becomes too thick, and it may be difficult to remove the inorganic salt X by the filter press 120 described later.

また、リグニン濃度4〜8%の範囲内においては、リグニン濃度と最終的に得られる炭素微粒子の嵩比重とが連動しており、リグニン濃度を高くするとスプレードライ80によって得られる粉末の嵩比重が低くなり、他方、リグニン濃度を低くするとスプレードライ80によって得られる粉末の嵩比重が高くなる傾向がある。したがって、リグニン濃度を調節することで最終的に得られる炭素微粒子の嵩比重や外殻の厚さを制御することができる。   In the range of lignin concentration of 4 to 8%, the lignin concentration and the bulk specific gravity of the carbon fine particles finally obtained are linked, and when the lignin concentration is increased, the bulk specific gravity of the powder obtained by spray drying 80 is increased. On the other hand, when the lignin concentration is lowered, the bulk specific gravity of the powder obtained by the spray drying 80 tends to increase. Therefore, by adjusting the lignin concentration, the bulk specific gravity and the thickness of the outer shell of the finally obtained carbon fine particles can be controlled.

さらに、スプレードライヤ80に吹き込む熱風G3の温度は、280〜330℃とするのが好ましく、320℃とするのがより好ましい。このように温度調節することによって、スプレードライヤ80からの排風温度が120℃となるようにすると特に好適である。   Furthermore, the temperature of the hot air G3 blown into the spray dryer 80 is preferably 280 to 330 ° C, and more preferably 320 ° C. It is particularly preferable that the temperature of the exhaust air from the spray dryer 80 be 120 ° C. by adjusting the temperature in this way.

スプレードライヤ80において得られる無機塩含有微粒子は粉末状であり、ファンにより流路R9を通してサイクロン90まで風送し、このサイクロン90で捕集するのが好ましい。   The inorganic salt-containing fine particles obtained in the spray dryer 80 are in the form of a powder, and are preferably sent by the fan through the flow path R9 to the cyclone 90 and collected by the cyclone 90.

サイクロン90においては、無機塩含有粒子が集塵され、底部から排出される。他方、無機塩含有粒子が集塵された後の排ガスは、流路R11を通してバグフィルタ91まで風送される。このバグフィルタ91においては、排ガス中に残存する微細な無機塩含有粒子が集塵される。   In the cyclone 90, the inorganic salt-containing particles are collected and discharged from the bottom. On the other hand, the exhaust gas after the inorganic salt-containing particles are collected is sent to the bag filter 91 through the flow path R11. In the bag filter 91, fine inorganic salt-containing particles remaining in the exhaust gas are collected.

バグフィルタ91において微細な無機塩含有粒子が集塵された後の排ガスG4は、大気中に排気することもできるが、排風ファンF2が備わる流路R12を通して酸性化処理槽30に送り、酸性化ガスG1として使用するのが好ましい。排ガスG4は、二酸化炭素ガスを含んでおり、また、熱を有する。したがって、排ガスG4を酸性化ガスG1として使用することで、二酸化炭素ガスの有効利用及び排出量削減が実現され、また、排ガスG4が有する熱が有効利用される。なお、バグフィルタ91に変えてスクラバー等を使用することもできるが、排ガスG4が有する熱(排ガスG4は、例えば、120℃程度の温度を有する。)の有効利用という観点からは、バグフィルタ91を使用する方が好ましい。   The exhaust gas G4 after the fine inorganic salt-containing particles are collected in the bag filter 91 can be exhausted into the atmosphere, but is sent to the acidification treatment tank 30 through the flow path R12 provided with the exhaust fan F2, and is acidified. It is preferable to use it as the conversion gas G1. The exhaust gas G4 contains carbon dioxide gas and has heat. Therefore, by using the exhaust gas G4 as the acidified gas G1, the carbon dioxide gas can be effectively used and the emission amount can be reduced, and the heat of the exhaust gas G4 can be effectively used. A scrubber or the like can be used instead of the bag filter 91. However, from the viewpoint of effective use of heat of the exhaust gas G4 (the exhaust gas G4 has a temperature of about 120 ° C., for example), the bag filter 91 is used. Is preferred.

〔熱分解等〕
サイクロン90及びバグフィルタ91において集塵された無機塩含有微粒子は、流路R10を通して熱分解手段たる外熱ジャケット100aが備わる外熱式のロータリーキルン100まで送り、このロータリーキルン100内に供給して熱分解する。
[Pyrolysis, etc.]
The inorganic salt-containing fine particles collected in the cyclone 90 and the bag filter 91 are sent to the external heat type rotary kiln 100 provided with the external heat jacket 100a as the thermal decomposition means through the flow path R10 and supplied to the rotary kiln 100 for thermal decomposition. To do.

この熱分解は、600〜1000℃で行うのが好ましく、700〜950℃で行うのがより好ましく、また、得られる炭素微粒子の電気伝導度を向上させる場合は900〜1000℃で行うのが好ましい。   This thermal decomposition is preferably performed at 600 to 1000 ° C, more preferably at 700 to 950 ° C, and in order to improve the electrical conductivity of the obtained carbon fine particles, it is preferably performed at 900 to 1000 ° C. .

さらに、この熱分解は、1〜6時間かけて行うのが好ましく、2〜3時間かけて行うのがより好ましい。本形態の無機塩含有微粒子は中空状であるところ、この熱分解を急速に行うと系内の水蒸気濃度が上昇し、リグニン成分が溶融して中空状を維持できないおそれがある。また、無機塩含有微粒子に含まれる水分や結晶水がロータリーキルン100内に留まることを防止するためには、熱分解処理前に温度を100〜200℃として1〜4時間放置するのが好ましい。   Furthermore, this thermal decomposition is preferably performed over 1 to 6 hours, and more preferably over 2 to 3 hours. Since the inorganic salt-containing fine particles of this embodiment are hollow, if this thermal decomposition is carried out rapidly, the water vapor concentration in the system increases, and the lignin component may melt and the hollow shape may not be maintained. In order to prevent moisture and crystal water contained in the inorganic salt-containing fine particles from staying in the rotary kiln 100, it is preferable to leave the temperature at 100 to 200 ° C. for 1 to 4 hours before the thermal decomposition treatment.

熱分解に際して発生した熱分解ガスN1は、外熱ジャケット100aに熱風を供給する熱風炉101の燃焼用ガスとして使用する。この熱分解ガスN1の使用により、熱風炉101に新たに供給するLPGガス等の燃料N2の使用量を減らすことができる。   The pyrolysis gas N1 generated during the pyrolysis is used as a combustion gas in the hot air furnace 101 for supplying hot air to the outer heat jacket 100a. By using this pyrolysis gas N1, the amount of fuel N2 such as LPG gas newly supplied to the hot stove 101 can be reduced.

熱風炉101で生成した燃焼ガスは、外熱ジャケット100a内に供給し、ロータリーキルン100の外熱源として利用する。さらに、外熱源として利用した後の外熱ジャケット100aから排出された排ガスG5は、上記排ガスG4の同様に、二酸化炭素ガスを含んでおり、また、熱を有する。したがって、排ガスG5も、流路R13を通して酸性化処理槽30に送り、前述した酸性化ガスG1として使用するのが好ましい。排ガスG5を酸性化ガスG1として使用することで、二酸化炭素ガスの有効利用及び排出量削減を実現することができ、また、排ガスG5が有する熱が有効利用される。   The combustion gas generated in the hot stove 101 is supplied into the external heat jacket 100 a and used as an external heat source for the rotary kiln 100. Further, the exhaust gas G5 discharged from the external heat jacket 100a after being used as an external heat source contains carbon dioxide gas and has heat, like the exhaust gas G4. Therefore, the exhaust gas G5 is also preferably sent to the acidification tank 30 through the flow path R13 and used as the acidification gas G1 described above. By using the exhaust gas G5 as the acidified gas G1, the carbon dioxide gas can be effectively used and the emission amount can be reduced, and the heat of the exhaust gas G5 can be effectively used.

ロータリーキルン100において熱分解した無機塩含有微粒子C3は、有機物が熱分解され炭化されているものの、第2の脱水ケーキC2と混合した無機塩X由来の無機塩を含有する。そこで、次に、無機塩含有微粒子C3を洗浄して当該無機塩含有微粒子C3から無機塩を除去する。以下、詳細に説明する。   The inorganic salt-containing fine particles C3 thermally decomposed in the rotary kiln 100 contain an inorganic salt derived from the inorganic salt X mixed with the second dehydrated cake C2, although the organic matter is thermally decomposed and carbonized. Therefore, next, the inorganic salt-containing fine particles C3 are washed to remove inorganic salts from the inorganic salt-containing fine particles C3. Details will be described below.

〔スラリー化等〕
熱分解した無機塩含有微粒子C3は、図3に示すように、コンベア等を使用してスラリー化槽110まで搬送し、このスラリー化槽110に供給する。スラリー化槽110には、無機塩含有微粒子C3とともに、ろ過清水等の水Wを供給し、無機塩含有微粒子C3をスラリー化する。このスラリー化は、得られるスラリーS3の固形分濃度が10〜30質量%となるように、好ましくは15〜20質量%となるように行う。
[Slurry etc.]
As shown in FIG. 3, the thermally decomposed inorganic salt-containing fine particles C <b> 3 are conveyed to the slurrying tank 110 using a conveyor or the like and supplied to the slurrying tank 110. The slurry tank 110 is supplied with water W such as filtered fresh water together with the inorganic salt-containing fine particles C3 to slurry the inorganic salt-containing fine particles C3. This slurrying is performed so that the solid content concentration of the obtained slurry S3 is 10 to 30% by mass, and preferably 15 to 20% by mass.

スラリー化槽110には、モーターMを駆動源とする撹拌翼111が備えられている。この撹拌翼111による撹拌によって、無機塩含有微粒子C3の分散が迅速に行われ、また、分散濃度が均一化される。   The slurrying tank 110 is provided with a stirring blade 111 using a motor M as a drive source. By the stirring by the stirring blade 111, the inorganic salt-containing fine particles C3 are rapidly dispersed, and the dispersion concentration is made uniform.

スラリー化槽110内のスラリーS3は、必要により、例えば60℃に加温することができる。この加温は、スラリー化槽110に供給する水Wを加温することによって、あるいはスラリー化槽110自体を加温することによって、あるいは熱分解後の無機塩含有微粒子C3が保持する熱を利用して行うこと等ができる。   The slurry S3 in the slurrying tank 110 can be heated to, for example, 60 ° C. if necessary. This heating uses the heat held by the inorganic salt-containing fine particles C3 after the thermal decomposition by heating the water W supplied to the slurrying tank 110 or by heating the slurrying tank 110 itself. And so on.

〔脱水等〕
スラリー化槽110において得られたスラリーS3は、流路R15を通して脱水手段たるフィルタープレス120まで流送し、このフィルタープレス120に圧入する。ただし、このスラリーS3の流送に際しては、その途中においてスラリーS3をフィルターたるスクリーン115に通すのが好ましい。スラリーS3をスクリーン115に通すことによってフィルタープレス120における無機塩の除去を均一に行うことができ、一部無機塩が除去されていない炭素微粒子が製造されてしまう事態を防ぐことができる。
[Dehydration, etc.]
The slurry S3 obtained in the slurrying tank 110 is sent to the filter press 120, which is a dewatering means, through the flow path R15, and is press-fitted into the filter press 120. However, when the slurry S3 is fed, it is preferable to pass the slurry S3 through a screen 115 as a filter in the middle. By passing the slurry S3 through the screen 115, the inorganic salt in the filter press 120 can be removed uniformly, and a situation in which carbon fine particles from which some of the inorganic salt has not been removed is produced can be prevented.

脱水手段としては、フィルタープレス120に変えて、例えば、ベルトプレス等を使用することも考えられる。また、スクリーン75としては、例えば、150〜250メッシュのものを、好ましくは200メッシュのものを使用することができる。さらに、スラリーS3をフィルタープレス120に圧入するに先立っては、当該スラリーS3に含まれる無機塩を沈殿させ、沈殿した無機塩を除去することもできる。   As the dehydrating means, for example, a belt press may be used instead of the filter press 120. Moreover, as the screen 75, for example, a screen having a mesh size of 150 to 250 mesh, preferably a screen having 200 mesh can be used. Furthermore, prior to press-fitting the slurry S3 into the filter press 120, the inorganic salt contained in the slurry S3 can be precipitated and the precipitated inorganic salt can be removed.

スラリーS3をフィルタープレス120に圧入した際に発生する圧入ろ液D4は、廃液処分することもできるが、前述した予備槽60に返送し、この予備槽60に供給するのが好ましい。フィルタープレス120は無機塩Xの除去を行う手段であり、圧入ろ液D4は無機塩Xを含む。したがって、圧入ろ液D4を予備槽60に返送することで、圧入ろ液D4に含まれる無機塩Xが再利用されることになり、予備槽60に新たに供給する無機塩Xの量を減らすことができる。   The press-fitted filtrate D4 generated when the slurry S3 is press-fitted into the filter press 120 can be disposed of as a waste liquid, but is preferably returned to the preliminary tank 60 and supplied to the preliminary tank 60. The filter press 120 is a means for removing the inorganic salt X, and the press-fit filtrate D4 contains the inorganic salt X. Therefore, by returning the press-fit filtrate D4 to the reserve tank 60, the inorganic salt X contained in the press-fit filtrate D4 is reused, and the amount of the inorganic salt X newly supplied to the reserve tank 60 is reduced. be able to.

ところで、本形態においては、前述したように第2のケーキC2の灰分率が3.0%以下とされている。したがって、圧入ろ液D4には、蒸解薬品由来の灰分がほとんど含まれておらず、したがって圧入ろ液D4の返送、つまり再利用を繰り返したとしても当該灰分が直ぐに高濃度化するおそれがない。したがって、圧入ろ液D4の返送を複数回繰り返すことができ、工業化するうえで大きな利点となる。なお、本発明者等は、第2の脱水ケーキC2の灰分率3%とした場合において、圧入ろ液D4を30回程度繰り返し使用できることを確認している。   By the way, in this embodiment, as described above, the ash content of the second cake C2 is set to 3.0% or less. Therefore, the press-fitted filtrate D4 contains almost no ash derived from cooking chemicals, and therefore even if the press-fed filtrate D4 is returned, that is, reused, there is no possibility that the ash will be immediately concentrated. Therefore, the return of the press-fit filtrate D4 can be repeated a plurality of times, which is a great advantage in industrialization. In addition, the present inventors have confirmed that the press-fit filtrate D4 can be repeatedly used about 30 times when the ash content of the second dehydrated cake C2 is 3%.

圧入ろ液D4は、ただちに予備槽60に返送することもできるが、図4にも示すように、検知手段121においてpH及び電気伝導度を検知し、圧入ろ液D4の状態を確認したうえで予備槽60に返送するのが好ましい。この際の圧入ろ液D4は、通常pH12〜14、好ましくはpH13〜14である。また、電気伝導度は、通常13〜20S/m、好ましくは18〜20S/mである。   The press-fit filtrate D4 can be immediately returned to the reserve tank 60. However, as shown in FIG. 4, the pH of the press-fit filtrate D4 is confirmed by detecting the pH and electrical conductivity in the detection means 121. It is preferable to return to the preliminary tank 60. The press-fit filtrate D4 at this time is usually pH 12-14, preferably pH 13-14. Moreover, electrical conductivity is 13-20 S / m normally, Preferably it is 18-20 S / m.

フィルタープレス120に圧入したスラリーS3は、ろ過清水等の水Wによって正洗浄した後、一次圧搾する。この正洗浄及び一次圧搾に際して排出された一次ろ液D5は、無機塩Xを含むものの正洗浄に利用した水Wによって無機塩Xの濃度が極めて薄くなっている。したがって、予備槽60に返送するのは効率的ではなく、スラリー化槽110に返送するのが好ましい。なお、この工程において排出される一次ろ液D5は、続いて行う二次洗浄において無機塩Xが溶解し易いpHに維持するという観点から、pH12〜14とするのが好ましく、pH13〜14とするのがより好ましい。また、電気伝導度は、通常8〜12S/m、好ましくは10〜12S/mである。   The slurry S3 press-fitted into the filter press 120 is subjected to primary squeezing after being positively washed with water W such as filtered fresh water. Although the primary filtrate D5 discharged during the normal washing and primary pressing contains the inorganic salt X, the concentration of the inorganic salt X is extremely thin due to the water W used for the normal washing. Therefore, returning to the preliminary tank 60 is not efficient and is preferably returned to the slurrying tank 110. In addition, it is preferable to set it as pH12-14 from the viewpoint that the primary filtrate D5 discharged | emitted in this process maintains the pH in which the inorganic salt X is easy to melt | dissolve in the subsequent secondary washing. Is more preferable. Moreover, electrical conductivity is 8-12 S / m normally, Preferably it is 10-12 S / m.

一次圧搾が終了したら、水Wを使用して逆洗浄を行い、更に二次圧搾を行って脱水ケーキC4を得る。また、この二次圧搾が終了したら、フィルタープレス120に窒素、空気等の置換ガスG6を吹き込む。この置換ガスG6の吹き込みにより、脱水ケーキC4中の無機塩Xを含む水分が置換ガスG6によって置き換えられ、水分率及び無機塩Xの含有率がより低下する。   When primary pressing is completed, backwashing is performed using water W, and secondary pressing is further performed to obtain dehydrated cake C4. Further, when the secondary pressing is completed, a replacement gas G6 such as nitrogen or air is blown into the filter press 120. By blowing the replacement gas G6, the water containing the inorganic salt X in the dehydrated cake C4 is replaced by the replacement gas G6, and the water content and the content of the inorganic salt X are further reduced.

逆洗浄、二次圧搾及びガス置換に際して排出された二次ろ液D6は、ただちに廃液処理することもできるが、検知手段121においてpH及び電気伝導度を検知し、無機塩Xが除去されているか否か、つまり洗浄の進み具合を確認するのが好ましい。なお、この工程において排出される二次ろ液D6は、通常pH8.0〜9.5、好ましくはpH8.0〜9.0である。また、電気伝導度は、通常100〜1200μS/m、好ましくは100〜500μS/mである。   The secondary filtrate D6 discharged during backwashing, secondary squeezing and gas replacement can be immediately subjected to waste liquid treatment, but the pH and electrical conductivity are detected by the detection means 121, and the inorganic salt X is removed. It is preferable to confirm whether or not, that is, the progress of cleaning. In addition, the secondary filtrate D6 discharged | emitted in this process is pH 8.0-9.5 normally, Preferably it is pH 8.0-9.0. The electrical conductivity is usually 100 to 1200 μS / m, preferably 100 to 500 μS / m.

〔乾燥等〕
脱水ケーキC4は、コンテナ等を使用して、自然対流式、定温式、循環式等の各種形式からなる乾燥機130へ搬送し、この乾燥機130で乾燥する。ただし、炭素微粒子は非常に嵩密度が低いため、熱風による飛散を防止するという観点から、定温式の乾燥機を使用して乾燥するのが好ましい。この乾燥の温度は、好ましくは100〜130℃、より好ましくは110〜130℃である。この乾燥によって炭素微粒子の乾燥品が得られる。
[Dry etc.]
The dehydrated cake C4 is transported to a dryer 130 having various types such as a natural convection type, a constant temperature type, and a circulation type using a container or the like, and is dried by the dryer 130. However, since the carbon fine particles have a very low bulk density, it is preferable to dry using a constant temperature dryer from the viewpoint of preventing scattering by hot air. The drying temperature is preferably 100 to 130 ° C, more preferably 110 to 130 ° C. By this drying, a dry product of carbon fine particles is obtained.

以上のようにして得られる炭素微粒子は、好ましくは平均粒子径が1〜20μm、より好ましくは平均粒子径が1〜12μmで、外殻の厚さが50〜200nmの中空状であり、また、嵩密度が40〜60kg/m3である。したがって、極めて軽量であり、例えば、自動車用タイヤの充填材等として使用することができる。 The carbon fine particles obtained as described above are preferably hollow with an average particle size of 1 to 20 μm, more preferably an average particle size of 1 to 12 μm, and an outer shell thickness of 50 to 200 nm. The bulk density is 40-60 kg / m 3 . Therefore, it is very lightweight and can be used as, for example, a filler for automobile tires.

もっとも、用途によっては炭素微粒子が中空状であることが重要ではなく、より微細であること、液体中における分散性が良いこと、導電性が良いこと等が求められる場合もある(例えば、ゴム用途、顔料用途、電材用途等)。そこで、このような場合は、脱水ケーキC4を分散槽141まで搬送し、この分散槽141において、ろ過清水等の水Wや有機溶剤等と混合して炭素微粒子の分散液とする(スラリー化)。この炭素微粒子の分散液は、流路R21を通してビーズミル等の湿式粉砕機140へ流送し、この湿式粉砕機140において炭素微粒子を湿式粉砕する。この湿式粉砕によって、例えば、1〜20μmであった炭素微粒子が50〜200nmとなるまで粉砕される。   However, depending on the application, it is not important that the carbon fine particles are hollow, and it may be required to be finer, have good dispersibility in a liquid, have good conductivity, etc. (for example, rubber applications) , Pigments, electrical materials, etc.). Therefore, in such a case, the dewatered cake C4 is transported to the dispersion tank 141, and mixed with water W such as filtered fresh water or an organic solvent in the dispersion tank 141 to form a dispersion of carbon fine particles (slurry). . The carbon fine particle dispersion is flowed to the wet pulverizer 140 such as a bead mill through the channel R21, and the carbon fine particles are wet pulverized in the wet pulverizer 140. By this wet pulverization, for example, the carbon fine particles which have been 1 to 20 μm are pulverized until the carbon fine particles become 50 to 200 nm.

この湿式粉砕後の炭素微粒子は、そのまま液体品として製品化することも、流路R22を通して乾燥機130に流送等し、この乾燥機130において乾燥して乾燥品として製品化することもできる。   The carbon fine particles after the wet pulverization can be directly commercialized as a liquid product, or can be flowed to the dryer 130 through the flow path R22 and dried in the dryer 130 to be commercialized as a dried product.

次に、本発明の実施例を説明する。
本発明者等は、製紙工場の蒸解工程において排出される黒液(pH14,固形分濃度50〜60質量%)を使用して試験を行った。この黒液は、まず、ろ過清水を使用して濃度20%及び濃度30%の二種類に希釈した。
Next, examples of the present invention will be described.
The present inventors conducted tests using black liquor (pH 14, solid content concentration 50-60 mass%) discharged in the cooking process of a paper mill. This black liquor was first diluted into two types with a concentration of 20% and a concentration of 30% using filtered fresh water.

次に、希釈した黒液に二酸化炭素ガスを吹き込み、pHを9〜10まで低下させた(第1の酸性化)。この酸性化に際して、黒液の温度は25℃とした。また、この酸性化に際しては、黒液を撹拌して液が均質化するように留意した。   Next, carbon dioxide gas was blown into the diluted black liquor to lower the pH to 9 to 10 (first acidification). During this acidification, the temperature of the black liquor was 25 ° C. In this acidification, attention was paid so as to homogenize the liquid by stirring the black liquor.

酸性化した黒液は、フィルタープレス(ろ過面積0.6m2、ろ室容積7.8L、ろ布:ポリプロピレン製)に圧入し、圧搾して第1の脱水ケーキ(一次ケーキ)を得た。圧入圧力は0.5MPa、圧搾圧力は1.5MPaとした。この際、置換ガスによるガス置換は行わなかった。一次ケーキは、pH9〜10、水分率40%,50%であった。 The acidified black liquor was pressed into a filter press (filtration area 0.6 m 2 , filter chamber volume 7.8 L, filter cloth: made of polypropylene) and squeezed to obtain a first dehydrated cake (primary cake). The press-fitting pressure was 0.5 MPa, and the pressing pressure was 1.5 MPa. At this time, gas replacement with a replacement gas was not performed. The primary cake had a pH of 9 to 10 and a moisture content of 40% and 50%.

一次ケーキは、固形分濃度が30%となるようにろ過清水でスラリー化した。また、この際、濃度22%の硫酸を添加してスラリーのpHを1.0〜4.0まで低下させた(第2の酸性化)。   The primary cake was slurried with filtered fresh water so that the solid content concentration was 30%. At this time, sulfuric acid having a concentration of 22% was added to lower the pH of the slurry to 1.0 to 4.0 (second acidification).

酸性化を進めたスラリーは、上記フィルタープレスに再度圧入し、更に一次圧搾、洗浄及び二次圧搾して第2の脱水ケーキ(二次ケーキ)を得た。圧入圧力は0.5MPa、一次圧搾圧力及び二次圧搾圧力は1.5MPaとした。洗浄水としてはろ過清水を使用した。このろ過清水の供給圧力は0.5MPaとした。二次ケーキは、pH1.0〜2.5、水分率40〜50%、灰分率が0.5〜3.0%であった。二次ケーキの灰分率が予定値(3.0%)以下であったので、洗浄等を繰り返すことなく次の工程に進んだ。   The acidified slurry was pressed again into the filter press, and further subjected to primary pressing, washing and secondary pressing to obtain a second dehydrated cake (secondary cake). The press-fitting pressure was 0.5 MPa, and the primary pressing pressure and the secondary pressing pressure were 1.5 MPa. Filtered fresh water was used as the washing water. The supply pressure of this filtered clean water was 0.5 MPa. The secondary cake had a pH of 1.0 to 2.5, a moisture content of 40 to 50%, and an ash content of 0.5 to 3.0%. Since the ash content of the secondary cake was less than the expected value (3.0%), the process proceeded to the next step without repeating washing and the like.

二次ケーキは、固形分濃度が14.3(質量/容量)%、28.6(質量/容量)%となるようにスラリー化した。このスラリー化に際しては、無機塩としてメタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを添加した。この添加は、リグニン1.0kgに対して、メタ珪酸ナトリウムが2.96kg、水酸化ナトリウムが0.18kgとなるように行った。なお、この添加量によると、固形分濃度が16.5(質量/容量)%の場合においてはリグニンの濃度が約4(質量/容量)%となり、固形分濃度が33.1(質量/容量)%の場合においてはリグニンの濃度が約8(質量/容量)%となる。   The secondary cake was slurried so that the solid concentration was 14.3 (mass / volume)% and 28.6 (mass / volume)%. In this slurry formation, sodium metasilicate and sodium hydroxide were added as inorganic salts. This addition was performed so that sodium metasilicate was 2.96 kg and sodium hydroxide was 0.18 kg with respect to 1.0 kg of lignin. According to this addition amount, when the solid concentration is 16.5 (mass / volume)%, the concentration of lignin is about 4 (mass / volume)%, and the solid content concentration is 33.1 (mass / volume). )%, The concentration of lignin is about 8 (mass / volume)%.

無機塩を添加した後のスラリーは、スプレードライヤで液滴化及び乾燥し、無機塩含有微粒子とした。スプレードライヤに供給する際のスラリーの温度は40〜80℃、スプレードライヤに供給する熱風の温度は320℃、スプレードライヤから排気されるガスの温度は120℃であった。無機塩含有微粒子はサイクロンを使用して集塵(回収)した。集塵した無機塩含有微粒子の成分構成は、質量基準でリグニン:無機塩:水=2:6.28:0.82であった。   The slurry after the addition of the inorganic salt was formed into droplets with a spray dryer and dried to form inorganic salt-containing fine particles. The temperature of the slurry when supplied to the spray dryer was 40 to 80 ° C., the temperature of the hot air supplied to the spray dryer was 320 ° C., and the temperature of the gas exhausted from the spray dryer was 120 ° C. The inorganic salt-containing fine particles were collected (collected) using a cyclone. The component constitution of the collected inorganic salt-containing fine particles was lignin: inorganic salt: water = 2: 6.28: 0.82 on a mass basis.

無機塩含有微粒子は、外熱式のロータリーキルンを使用して有機分を熱分解(焼成)した。熱分解温度は700℃、焼成時間は2時間とした。熱分解後の無機塩含有微粒子は、リグニン:無機塩:水=0.5:4.5:0.0となった。   The inorganic salt-containing fine particles were thermally decomposed (baked) with an organic component using an externally heated rotary kiln. The thermal decomposition temperature was 700 ° C. and the firing time was 2 hours. The inorganic salt-containing fine particles after pyrolysis were lignin: inorganic salt: water = 0.5: 4.5: 0.0.

熱分解後の無機塩含有微粒子は、加温したろ過清水を使用してスラリー化した。このスラリー化は、固形分濃度が10%及び20%の二種類となるように行った。得られたスラリーは、いずれも温度が60℃であった。   The inorganic salt-containing fine particles after pyrolysis were slurried using warm filtered fresh water. This slurrying was performed so that there were two types of solid content concentrations of 10% and 20%. All of the obtained slurries had a temperature of 60 ° C.

無機塩含有微粒子のスラリーは、フィルタープレス(ろ過面積0.6m2、ろ室容積7.8L、ろ布:ポリプロピレン製)に圧入し、更に正洗浄、一次圧搾、逆洗浄、二次圧搾、ガス置換をして脱水ケーキを得た。圧入圧力は0.2MPa、一次圧搾圧力及び二次圧搾圧力は1.5MPa、洗浄液の供給圧力は0.1MPa、置換ガスの供給圧力は0.5MPaとした。洗浄液としてはろ過清水を使用し、置換ガスとしては空気を使用した。脱水ケーキの成分構成は、リグニン:無機塩:水分=0.48:0.01:3.8であった。この結果から無機塩が十分に除去されていることが分かる。なお、本発明者等が試験したところによると、前述二次ケーキに添加する無機塩の質量をリグニン1.0kgに対して9.0kgとした場合は、上記脱水ケーキに含まれる無機塩が4.0質量%となり、また、添加する無機塩の質量をリグニン1.0kgに対して0.98kgとした場合は無機塩を除去することができなかった。このことから、二次ケーキに添加する無機塩は、リグニン100質量部に対して280質量部以上とするのが好ましいことを知見した。 The inorganic salt-containing fine particle slurry is press-fitted into a filter press (filtration area 0.6 m 2 , filter chamber volume 7.8 L, filter cloth: made of polypropylene), and further forward cleaning, primary pressing, reverse cleaning, secondary pressing, gas Substitution was performed to obtain a dehydrated cake. The press-fitting pressure was 0.2 MPa, the primary pressing pressure and the secondary pressing pressure were 1.5 MPa, the cleaning liquid supply pressure was 0.1 MPa, and the replacement gas supply pressure was 0.5 MPa. Filtered fresh water was used as the cleaning liquid, and air was used as the replacement gas. The component composition of the dehydrated cake was lignin: inorganic salt: water = 0.48: 0.01: 3.8. From this result, it can be seen that the inorganic salt is sufficiently removed. In addition, according to the test by the present inventors, when the mass of the inorganic salt added to the secondary cake is 9.0 kg with respect to 1.0 kg of lignin, the inorganic salt contained in the dehydrated cake is 4 kg. The inorganic salt could not be removed when the mass of the inorganic salt added was 0.98 kg with respect to 1.0 kg of lignin. From this, it was found that the inorganic salt added to the secondary cake is preferably 280 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of lignin.

無機塩を除去した後の脱水ケーキは、定温式乾燥機を使用して乾燥した。この乾燥速度は、0.12kg/日とした。また、乾燥温度は、120℃とした。このようにして得られた炭素微粒子(乾燥品)のサンプル写真を、図5及び図6に示した。図5の(1)は得られた炭素微粒子(二次粒子)のサンプル写真であり、(2)は当該炭素微粒子の外殻部分を拡大したサンプル写真である。また、図6は別のサンプル写真である。これらの写真から、得られた炭素微粒子(二次粒子)は中空状であり、外殻がナノスケール一次粒子によって多孔質状となっている(図6参照)こと等が分かる。したがって、自動車用タイヤの充填材等として使用可能である。   The dehydrated cake after removing the inorganic salt was dried using a constant temperature dryer. The drying rate was 0.12 kg / day. The drying temperature was 120 ° C. Sample photographs of the carbon fine particles (dried product) thus obtained are shown in FIGS. 5 and 6. (1) in FIG. 5 is a sample photograph of the obtained carbon fine particles (secondary particles), and (2) is a sample photograph in which the outer shell portion of the carbon fine particles is enlarged. FIG. 6 is another sample photograph. From these photographs, it can be seen that the obtained carbon fine particles (secondary particles) are hollow and the outer shell is porous with nanoscale primary particles (see FIG. 6). Therefore, it can be used as a filler for automobile tires.

本発明は、製紙工場において排出される黒液等から炭素微粒子を製造する方法及び設備として適用可能である。   The present invention is applicable as a method and equipment for producing carbon fine particles from black liquor discharged in a paper mill.

10…濃縮工程、20…希釈槽、30…酸性化処理槽、40…フィルタープレス、50…スラリー化槽、60…予備槽、70…撹拌槽、80…スプレードライヤ、90…サイクロン、91…バグフィルタ、100…ロータリーキルン、110…スラリー化槽、120…フィルタープレス、130…乾燥機、140…湿式粉砕機、141…分散槽、C1…第1の脱水ケーキ、C2…第2の脱水ケーキ、G1…酸性化ガス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Concentration process, 20 ... Dilution tank, 30 ... Acidification tank, 40 ... Filter press, 50 ... Slurry tank, 60 ... Preliminary tank, 70 ... Agitation tank, 80 ... Spray dryer, 90 ... Cyclone, 91 ... Bug Filter, 100 ... Rotary kiln, 110 ... Slurry tank, 120 ... Filter press, 130 ... Dryer, 140 ... Wet grinder, 141 ... Dispersion tank, C1 ... First dehydrated cake, C2 ... Second dehydrated cake, G1 ... acidified gas.

Claims (17)

リグニン含有液から炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液を酸性化した後、脱水して第1の脱水ケーキを得、
この第1の脱水ケーキをスラリー化し、かつ酸性化を進めた後、再度脱水して第2の脱水ケーキを得、
この第2の脱水ケーキをスラリー化し、かつ無機塩と混合した後、液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子を得、
この無機塩含有微粒子を熱分解した後、無機塩を除去して炭素微粒子を得る、
ことを特徴とする炭素微粒子の製造方法。
A method for producing carbon fine particles from a lignin-containing liquid,
After acidifying the lignin-containing liquid, dehydration to obtain a first dehydrated cake,
Slurry and acidify the first dehydrated cake, and then dehydrate again to obtain a second dehydrated cake.
This second dewatered cake is slurried and mixed with an inorganic salt, and then dropletized and dried to obtain inorganic salt-containing fine particles,
After pyrolyzing the inorganic salt-containing fine particles, the inorganic salt is removed to obtain carbon fine particles.
A method for producing carbon fine particles.
前記リグニン含有液の酸性化を、pH8.5以上に留まる範囲で、かつ撹拌しつつ行う、
請求項1記載の炭素微粒子の製造方法。
Acidification of the lignin-containing liquid is performed in a range where the pH remains at 8.5 or more and with stirring.
The method for producing carbon fine particles according to claim 1.
前記リグニン含有液として、pH13以上の黒液を使用する、
請求項1又は請求項2記載の炭素微粒子の製造方法。
As the lignin-containing liquid, a black liquid having a pH of 13 or more is used.
The method for producing carbon fine particles according to claim 1 or 2.
前記リグニン含有液として、固形分濃度50〜60質量%の黒液を固形分濃度20〜35質量%に希釈したものを使用する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
As the lignin-containing liquid, a black liquor having a solid content concentration of 50 to 60% by mass diluted to a solid content concentration of 20 to 35% by mass is used.
The manufacturing method of the carbon microparticles of any one of Claims 1-3.
前記第1の脱水ケーキを得る際に排出された脱水ろ液を、前記黒液の濃縮工程に送る、
請求項3又は請求項4記載の炭素微粒子の製造方法。
The dehydrated filtrate discharged when obtaining the first dehydrated cake is sent to the black liquor concentration step.
The method for producing carbon fine particles according to claim 3 or 4.
前記酸性化を進めることでpH1.0〜4.0とする、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
The pH is adjusted to 1.0 to 4.0 by proceeding with the acidification.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-5.
前記無機塩がメタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを主成分とする、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
The inorganic salt is mainly composed of sodium metasilicate and sodium hydroxide,
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-6.
前記第2の脱水ケーキ、前記メタ珪酸ナトリウム及び前記水酸化ナトリウムの質量混合割合が、1:2.96〜8.88:0.18〜0.54である、
請求項7記載の炭素微粒子の製造方法。
The mass mixing ratio of the second dehydrated cake, the sodium metasilicate and the sodium hydroxide is 1: 2.96 to 8.88: 0.18 to 0.54.
The method for producing carbon fine particles according to claim 7.
前記無機塩を混合した後のスラリーをフィルターに通した後、前記液滴化及び前記乾燥を行う、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
The slurry after mixing the inorganic salt is passed through a filter, and then the droplets are formed and dried.
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 1 to 8.
前記リグニン含有液の酸性化を、当該リグニン含有液に酸性化ガスを吹き込むことで行う、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
Acidification of the lignin-containing liquid is performed by blowing acidification gas into the lignin-containing liquid.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-9.
前記液滴化及び前記乾燥をして得た無機塩含有微粒子を集塵し、この集塵に際して発生する排ガスを前記酸性化ガスとして使用する、
請求項10記載の炭素微粒子の製造方法。
Collecting inorganic salt-containing fine particles obtained by droplet formation and drying, and using exhaust gas generated during the dust collection as the acidifying gas;
The method for producing carbon fine particles according to claim 10.
前記無機塩含有微粒子の集塵を、サイクロン及びバグフィルタをこの順に使用して行う、
請求項11記載の炭素微粒子の製造方法。
The inorganic salt-containing fine particles are collected using a cyclone and a bag filter in this order.
The method for producing carbon fine particles according to claim 11.
前記熱分解を、外熱ジャケットが備わるロータリーキルンを使用して行い、
このロータリーキルンから排出される熱分解ガスを、前記外熱ジャケットに熱風を供給する熱風炉の燃焼用ガスとして使用し、
前記外熱ジャケットから排出される排ガスを、前記酸性化ガスとして使用する、
請求項10〜12のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
The pyrolysis is performed using a rotary kiln equipped with an external heat jacket,
The pyrolysis gas discharged from the rotary kiln is used as a combustion gas for a hot air furnace for supplying hot air to the outer heat jacket,
Using exhaust gas discharged from the external heat jacket as the acidified gas,
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 10 to 12.
前記無機塩の除去は、前記熱分解後の無機塩含有微粒子をスラリー化し、フィルタープレスに圧入し、圧搾して行う、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
Removal of the inorganic salt is performed by slurrying the inorganic salt-containing fine particles after pyrolysis, press-fitting into a filter press, and pressing.
The method for producing carbon fine particles according to any one of claims 1 to 13.
前記熱分解後の無機塩含有微粒子をスラリー化した後、フィルタープレスに圧入するに先立ってフィルターを通す、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
After slurrying the inorganic salt-containing fine particles after the thermal decomposition, and prior to press-fitting into the filter press, pass through the filter,
The manufacturing method of the carbon microparticles of any one of Claims 1-14.
前記第2の脱水ケーキの灰分率を3.0%以下とし、
かつ前記フィルタープレスから排出される圧入ろ液を、前記第2の脱水ケーキと前記無機塩とを混合しスラリー化する際に使用する、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の炭素微粒子の製造方法。
The ash content of the second dehydrated cake is 3.0% or less,
And the press-fit filtrate discharged from the filter press is used when mixing and slurrying the second dehydrated cake and the inorganic salt.
The manufacturing method of the carbon fine particle of any one of Claims 1-15.
リグニン含有液から炭素微粒子を製造する設備であって、
前記リグニン含有液を酸性化する第1の酸性化手段と、
この第1の酸性化手段で酸性化したリグニン含有液を脱水する手段と、
前記脱水をして得た脱水ケーキをスラリー化する手段と、
前記スラリー化の過程で、又は前記スラリー化後に、スラリーの酸性化を進める第2の酸性化手段と、
前記酸性化を進めたスラリーを前記脱水手段に返送する手段と、
前記返送後の脱水で得た脱水ケーキをスラリー化する手段と、
このスラリー化の過程で、又は前記スラリー化後に、スラリーに無機塩と混合する手段と、
無機塩が混合されたスラリーを液滴化及び乾燥する手段と、
前記液滴化及び乾燥をして得た無機塩含有微粒子を熱分解する手段と、
前記熱分解をして得た無機塩含有微粒子から無機塩を除去して炭素微粒子を得る手段と、
を有することを特徴とする炭素微粒子の製造設備。
A facility for producing carbon fine particles from a lignin-containing liquid,
First acidifying means for acidifying the lignin-containing liquid;
Means for dehydrating the lignin-containing liquid acidified by the first acidification means;
Means for slurrying the dehydrated cake obtained by the dehydration;
A second acidification means for promoting acidification of the slurry during or after the slurrying;
Means for returning the acidified slurry to the dewatering means;
Means for slurrying the dehydrated cake obtained by dehydration after the return;
Means for mixing with the inorganic salt in the slurry during or after the slurrying;
Means for dropletizing and drying the slurry mixed with the inorganic salt;
Means for thermally decomposing inorganic salt-containing fine particles obtained by droplet formation and drying;
Means for removing the inorganic salt from the inorganic salt-containing fine particles obtained by the thermal decomposition to obtain carbon fine particles;
A facility for producing carbon fine particles, comprising:
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