JP2017001918A - Apparatus and method for continuous carbonization of cellulose acetate - Google Patents

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匡史 杉山
Tadashi Sugiyama
匡史 杉山
陽介 大津
Yosuke Otsu
陽介 大津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a useful method for producing a high-quality carbonized material useful as a production raw material of activated carbon by heat-firing a block-shaped material or powder of cellulose acetate using a continuous heating furnace in an inert gas atmosphere.SOLUTION: An apparatus for continuously carbonizing cellulose acetate comprises: a tunnel type carbonization furnace for, while moving in an inert gas atmosphere a block-shaped material or powder of cellulose acetate stored in a container having an opening in its top surface, continuously heat-firing the cellulose acetate to produce a carbonized material thereof; and a condenser for condensing a gas mixture containing gaseous acetic acid generated by the heat-firing of the cellulose acetate and discharged outside the carbonization furnace. A scrubber is provided downstream of the condenser through a blower capable of accelerating discharge of the gas mixture from the carbonization furnace, and the blower is installed with piping for returning a part of the gas mixture, condensed, and discharged from the condenser, into the carbonization furnace. A method for continuously carbonizing cellulose acetate uses the continuous carbonization apparatus.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、塊状もしくは粉末状の酢酸セルロースの連続炭化装置及び連続炭化方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、酢酸セルロースを原料として、高純度で各種特性に優れた活性炭の製造原料として有用な炭化物を連続的に製造するために好適な酢酸セルロースの連続炭化装置及び連続炭化方法に関する。   The present invention relates to a continuous carbonization apparatus and continuous carbonization method for bulk or powdery cellulose acetate. More specifically, the present invention relates to a continuous carbonization apparatus and continuous carbonization method for cellulose acetate suitable for continuously producing a carbide useful as a raw material for the production of activated carbon having high purity and excellent properties using cellulose acetate as a raw material. About.

活性炭は、空気浄化、放射性物質吸着、ヨウ素トラップ、メタン吸蔵、水素吸蔵、溶剤回収、脱色、水処理などの各種の用途で使用されている。また、近年では、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタの電極活物質としても用いられている。   Activated carbon is used in various applications such as air purification, radioactive substance adsorption, iodine trap, methane occlusion, hydrogen occlusion, solvent recovery, decolorization, and water treatment. In recent years, it is also used as an electrode active material for capacitors such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors.

活性炭は通常、炭素質原料を加熱焼成して炭化物とし、その炭化物を賦活処理することにより製造される。炭素質原料としては従来、木材や椰子殻などの植物起源の材料、石油や石炭のピッチ、そしてフェノール樹脂やポリアクリロニトリル樹脂などの合成樹脂材料が一般的に用いられてきた。これらの炭素質原料の内、植物起源の材料や石油や石炭のピッチは、安価で入手が容易であるため、以前は一般的に用いられてきたが、加熱焼成して得られる炭化物にアルカリイオンなどの不純物が残るため、電気二重層キャパシタなどの電極活物質としての使用については問題があり、従って、生成した炭化物について繰り返し洗浄する必要があるとの不利な点がある。一方、フェノール樹脂やポリアクリロニトリルなどの合成樹脂材料は、相対的にコスト高であるという問題がある。   Activated carbon is usually produced by heating and firing a carbonaceous raw material to obtain a carbide, and activating the carbide. Conventionally, materials derived from plants such as wood and coconut shells, pitches of petroleum and coal, and synthetic resin materials such as phenolic resins and polyacrylonitrile resins have been generally used as carbonaceous raw materials. Among these carbonaceous raw materials, plant-derived materials and petroleum and coal pitches are cheap and easy to obtain, so they have generally been used before. Therefore, there is a problem in use as an electrode active material such as an electric double layer capacitor, and there is a disadvantage that the generated carbide needs to be repeatedly washed. On the other hand, synthetic resin materials such as phenol resin and polyacrylonitrile have a problem of relatively high cost.

これに対して最近では、酢酸セルロースが、活性炭原料となる炭化物を製造するための炭素質原料として注目を浴びている。すなわち、酢酸セルロースは、植物起源のセルロースを酢化することにより製造されるが、このセルロースの製造過程で植物原料に含まれているアルカリ金属などの不純物の大部分が除去されるため、高純度の炭素質材料となる。さらに、酢酸セルロースは、銀塩写真フィルムの基体、光学用フィルター、光学用保護膜、たばこフィルター、メガネフレーム、アセテート繊維などの各種成形品の製造原料として用いられており、それらの各種成形品の製造過程で多量発生する端材には有用な用途がないことから、入手が容易で、高純度かつ安価な炭素質材料といえる。   On the other hand, recently, cellulose acetate has attracted attention as a carbonaceous raw material for producing a carbide as an activated carbon raw material. That is, cellulose acetate is produced by acetylating cellulose of plant origin, but since most of impurities such as alkali metals contained in plant raw materials are removed in the process of producing cellulose, high purity is obtained. It becomes a carbonaceous material. In addition, cellulose acetate is used as a raw material for the production of various molded products such as silver salt photographic film substrates, optical filters, optical protective films, cigarette filters, eyeglass frames, acetate fibers, etc. Since there is no useful use for the milling material generated in a large amount during the manufacturing process, it can be said to be a carbonaceous material that is easily available, highly pure and inexpensive.

酢酸セルロースの加熱焼成により炭化物を得て、その炭化物を賦活処理することにより活性炭とする方法については様々な技術が開発され、多数の公開特許公報に開示されている。ただし、活性炭の内でも、特に電気二重層キャパシタなどの電極活物質として用いる活性炭は、高純度のみならず、BET比表面積などの各種特性に優れている必要があるため、そのような目的を意識した活性炭原料としての炭化物の製造の研究も行われている。   Various techniques have been developed for a method of obtaining activated carbon by heating and baking cellulose acetate and converting the activated carbon into activated carbon, and many techniques have been disclosed in published patent publications. However, among activated carbons, especially activated carbon used as an electrode active material for electric double layer capacitors, etc. needs to be excellent not only in high purity but also in various properties such as BET specific surface area. Research into the production of carbides as activated carbon raw materials has also been conducted.

特許文献1には、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を原料としてBET比表面積が大きい活性炭を製造するために適した炭化物を連続的に製造するための方法が開示されている。この特許文献1には、上面が開口した容器に酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を収容し、この容器を連続式加熱炉内にて水平方向に搬送しながら酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を加熱焼成することを含む酢酸セルロースの炭化物の製造方法であって、容器内に収容された酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を加熱溶融させることにより粘性液体とし、次いでこの粘性液体を、その粘性液体の加熱分解により発生する酢酸蒸気とその酢酸蒸気に随伴する粘性液体とからなる液滴が該容器の外部にまで飛散しないように抑制しながら加熱焼成する方法を利用することにより、BET比表面積が大きい活性炭を安定して製造するための原料として有用な炭化物が得られるとの開示がある。   Patent Document 1 discloses a method for continuously producing a carbide suitable for producing activated carbon having a large BET specific surface area using a cellulose acetate lump or powder as a raw material. In this Patent Document 1, a cellulose acetate lump or powder is stored in a container having an open top, and the cellulose acetate lump or powder is heated and fired while the container is conveyed in a horizontal direction in a continuous heating furnace. A method for producing a cellulose acetate carbide comprising the steps of: heating and melting a cellulose acetate lump or powder contained in a container to form a viscous liquid, and then subjecting the viscous liquid to thermal decomposition of the viscous liquid. Activated carbon having a large BET specific surface area is obtained by using a method of heating and firing while preventing droplets composed of acetic acid vapor generated by the liquid and a viscous liquid accompanying the acetic acid vapor from scattering to the outside of the container. There is a disclosure that a carbide useful as a raw material for stable production can be obtained.

上記特許文献1には、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の加熱焼成のために利用される連続式加熱炉の例として、ローラーハースキルンに代表されるトンネル炉が開示されている。すなわち、特許文献1に記載の酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の加熱焼成による炭化工程は、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を上面が開口した容器に収容し、この容器を連続的にトンネル炉内に送り込み、該容器から、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の溶融物である粘性液体が外部に飛散しないようにしながら加熱焼成することにより高効率に実施される。なお、特許文献1に開示の連続式加熱炉には、酢酸セルロースの加熱分解により生成する酢酸を凝縮させて回収するための凝縮器(酢酸回収装置)が付設されている。   Patent Document 1 discloses a tunnel furnace typified by a roller hearth kiln as an example of a continuous heating furnace used for heating and baking cellulose acetate lump or powder. That is, in the carbonization step by heating and baking cellulose acetate lump or powder described in Patent Document 1, the cellulose acetate lump or powder is accommodated in a container having an open top surface, and the container is continuously placed in a tunnel furnace. It is carried out with high efficiency by feeding and baking from the container while the viscous liquid which is a lump of cellulose acetate or a melt of powder is not scattered outside. In addition, the continuous heating furnace disclosed in Patent Document 1 is provided with a condenser (acetic acid recovery device) for condensing and recovering acetic acid generated by thermal decomposition of cellulose acetate.

特許文献1に開示の酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の加熱焼成による炭化物の製造方法は、本願出願人に所属する研究者による発明になるものであるが、本願出願人に所属する研究者は、さらに当該製造方法の検討を続けた結果、特許文献1に開示の酢酸セルロースからの炭化物の製造方法には、いくつかの改良すべき点があることを見出した。   The method for producing a carbide by heating and baking cellulose acetate lump or powder disclosed in Patent Document 1 is an invention by a researcher belonging to the applicant of the present application. Furthermore, as a result of continuing examination of the production method, it has been found that the method for producing carbide from cellulose acetate disclosed in Patent Document 1 has several points to be improved.

特許文献1に開示の連続式加熱炉には、前述のように、酢酸セルロースの加熱分解により生成する酢酸を凝縮させて回収するための凝縮器(酢酸回収装置)が付設されている。しかしながら、特許文献1(特に図4)に開示されているローラーハースキルン型の連続式加熱炉を用いて実際に酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の加熱焼成による炭化物の製造を行うと、特に加熱炉の入り口付近の領域で酢酸セルロースの加熱分解による酢酸蒸気の発生が激しく、該加熱炉に付設されている凝縮器による酢酸の凝縮回収では、充分な酢酸の回収が行われにくく、このため、生成する炭化物のみならず、キルン内壁まで酢酸で汚染される傾向があることが判明した。   As described above, the continuous heating furnace disclosed in Patent Document 1 is provided with a condenser (acetic acid recovery device) for condensing and recovering acetic acid generated by thermal decomposition of cellulose acetate. However, when a carbide is actually produced by heating and firing cellulose lump or powder using the roller hearth kiln type continuous heating furnace disclosed in Patent Document 1 (particularly, FIG. 4), the heating furnace is particularly used. Acetic acid vapor generated by the thermal decomposition of cellulose acetate is intense in the area near the entrance of the acetic acid, and the acetic acid condensation recovery by the condenser attached to the heating furnace makes it difficult to recover sufficient acetic acid. It turned out that there is a tendency to contaminate the inner wall of the kiln with acetic acid as well as the carbides.

一方、凝縮器を用いて液化性気体の回収に際しては、その凝縮効率を高めるために、凝縮器にブロワなどの排気手段を付設し、その排気手段により排気された凝縮処理済の気体を次いでスクラバなどの洗浄装置による洗浄処理を行ったのち大気に放出する処理が一般的に利用されている。このため、本発明の発明者は、特許文献1の図4に開示の連続式加熱炉の酢酸回収装置にそのような排気手段とスクラバとを併設して、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の加熱焼成による炭化物の製造方法を改良する検討を行った。その結果、そのような装置の改良により、連続式加熱炉からの酢酸蒸気の排出及び回収の効率が向上することが確認できた。しかしながら、今度は、連続式加熱炉の内圧が大きく低下し、このため、連続式加熱炉の出入口(連続式加熱炉の両端部に設けられている酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を収容した容器を送り込むための開口部(入口)と取り出すための開口部(出口)であって、通常は、シャッタで閉じられている)から空気が流入し、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の不活性気体雰囲気下の加熱焼成条件が変動して、生成する炭化物の物性の低下をもたらすことを見出した。   On the other hand, when recovering a liquefied gas using a condenser, in order to increase the condensation efficiency, an exhaust means such as a blower is attached to the condenser, and the condensed gas exhausted by the exhaust means is then scrubbed. In general, a treatment that is released into the atmosphere after performing a washing treatment by a washing device such as the above is used. For this reason, the inventor of the present invention adds such an exhaust means and a scrubber to the acetic acid recovery device of the continuous heating furnace disclosed in FIG. 4 of Patent Document 1 to heat the cellulose acetate lump or powder. A study was made to improve the method for producing carbides by firing. As a result, it was confirmed that the efficiency of exhausting and collecting acetic acid vapor from the continuous heating furnace was improved by the improvement of such an apparatus. However, this time, the internal pressure of the continuous heating furnace is greatly reduced. For this reason, the inlet / outlet of the continuous heating furnace (the container containing the cellulose acetate lump or powder provided at both ends of the continuous heating furnace is used. Air flows in through an opening (inlet) for feeding and an opening (outlet) for removal (usually closed by a shutter) under an inert gas atmosphere of cellulose acetate lump or powder It has been found that the heating and firing conditions of this lead to a decrease in the physical properties of the resulting carbide.

特開2014−91653号公報JP 2014-91653 A

本発明は、連続式加熱炉を用いて酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を不活性気体雰囲気下で加熱焼成して活性炭の製造原料として有用な炭化物を製造するために有用な方法を提供することを目的とする。本発明は特に、連続式加熱炉を用いてローラーハースキルン型の連続式加熱炉活性炭の製造原料として有用な炭化物を製造する際に、生成する炭化物の酢酸による汚染及び加熱炉内壁の酢酸による汚染を効果的に抑制することができる方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a useful method for producing a carbide useful as a raw material for producing activated carbon by heating and baking a cellulose acetate lump or powder in an inert gas atmosphere using a continuous heating furnace. Objective. In particular, when producing a carbide useful as a raw material for producing a roller hearth kiln type continuous heating furnace activated carbon using a continuous heating furnace, the generated carbide is contaminated with acetic acid and the inner wall of the heating furnace is contaminated with acetic acid. It aims at providing the method which can suppress effectively.

本発明の発明者は、特許文献1に開示されているトンネル型の連続式加熱炉の酢酸回収用の凝縮器に、ブロワなどの排気手段とスクラバなどの排出気体洗浄装置を設置し、さらに排気手段に切替器を設置し、かつその切替器に、凝縮器にて酢酸回収処理を施した気体の一部を連続式加熱炉内に戻すための配管を設け、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末の不活性気体雰囲気下での加熱焼成処理の実施の際に酢酸回収済の気体の一部を加熱炉に戻すことにより、加熱炉の内圧が外部圧力(すなわち、大気圧)から大きく変動しないように調節するが可能となること、そしてこの加熱炉の内圧の調節により、加熱炉内の不活性気体雰囲気を安定的に維持しながら、酢酸セルロースの加熱分解により生成する酢酸を凝縮器により効率良く回収除去することが可能になり、酢酸による炭化物や加熱炉の内壁の汚染が顕著に抑制されることを見出した。本発明は、本発明者によるこの新規な知見に基づき完成された。   The inventor of the present invention installs exhaust means such as a blower and an exhaust gas cleaning device such as a scrubber in a condenser for acetic acid recovery of a tunnel-type continuous heating furnace disclosed in Patent Document 1, and further exhausts the exhaust. A switch is installed in the means, and a pipe for returning a part of the gas subjected to the acetic acid recovery treatment in the condenser to the continuous heating furnace is provided in the switch, and the cellulose acetate lump or powder The internal pressure of the heating furnace does not fluctuate greatly from the external pressure (that is, atmospheric pressure) by returning a part of the acetic acid recovered gas to the heating furnace during the heating and baking treatment in an inert gas atmosphere. By adjusting the internal pressure of the heating furnace, the acetic acid produced by the thermal decomposition of cellulose acetate can be efficiently recovered by the condenser while stably maintaining the inert gas atmosphere in the heating furnace. Removal Rukoto becomes possible, it found that contamination of the inner wall of the carbide and the heating furnace with acetic acid can be significantly suppressed. The present invention has been completed based on this novel finding by the present inventors.

従って、本発明は、上面に開口を備えた容器に収容された酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を不活性気体雰囲気下にて移動させながら連続的に加熱焼成することにより炭化物とするためのトンネル型の炭化炉、そして酢酸セルロース加熱焼成により生成し、炭化炉の外に排出される気体状酢酸を含む気体混合物を凝縮させるための凝縮器を含む炭化装置であって、該凝縮器の下流側には、気体混合物の炭化炉からの排出を加速させることのできる排気手段を介して排出気体洗浄装置が設けられ、そして該排気手段には、凝縮器から排出される凝縮処理済の気体混合物の一部を炭化炉内に戻す配管が配設されていることを特徴とする酢酸セルロースの連続炭化装置にある。   Accordingly, the present invention provides a tunnel type for making a carbide by continuously heating and baking a cellulose acetate lump or powder contained in a container having an opening on the upper surface while moving in an inert gas atmosphere. A carbonization furnace and a condenser for condensing a gaseous mixture containing gaseous acetic acid produced by heating and baking cellulose acetate and discharged out of the carbonization furnace, on the downstream side of the condenser The exhaust gas cleaning device is provided via an exhaust means capable of accelerating the discharge of the gas mixture from the carbonization furnace, and the exhaust means includes one of the condensed gas mixture discharged from the condenser. A continuous carbonization apparatus for cellulose acetate, characterized in that a pipe for returning the part into the carbonization furnace is provided.

本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置の好ましい態様を次に記載する。
(1)炭化炉の底部に不活性気体供給口が複数形成されている。
(2)凝縮器が炭化炉の上流側に複数形成された気体混合物排出口にパイプを介して接続されている。
A preferred embodiment of the continuous carbonization apparatus for cellulose acetate of the present invention will be described below.
(1) A plurality of inert gas supply ports are formed at the bottom of the carbonization furnace.
(2) A plurality of condensers are connected to a gas mixture discharge port formed on the upstream side of the carbonization furnace via a pipe.

本発明はまた、上記の酢酸セルロースの連続炭化装置を用いて、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を、不活性気体雰囲気下にて移動させながら連続的に加熱焼成することにより炭化物とする際に、炭化炉内の気圧が大気圧の±10Pa以内(好ましくは±2Pa以内)に維持されるように排気手段の作動条件を調節して、凝縮器から排出される凝縮処理済の気体混合物の炭化炉への戻し量を調節することを特徴とする酢酸セルロースの連続炭化方法にもある。   In the present invention, when the cellulose acetate lump or powder is continuously heated and fired while moving in an inert gas atmosphere using the above-mentioned continuous carbonization apparatus for cellulose acetate, The carbonization furnace for the condensed gas mixture discharged from the condenser by adjusting the operating conditions of the exhaust means so that the atmospheric pressure in the carbonization furnace is maintained within ± 10 Pa (preferably within ± 2 Pa) of the atmospheric pressure. There is also a continuous carbonization method of cellulose acetate, characterized by adjusting the amount of return to the water.

本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置および連続炭化方法を用いて酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を不活性気体雰囲気下にて加熱焼成することにより、加熱焼成時に生成する酢酸による汚染が少ない高品質の炭化物の安定的な製造が可能となり、また連続炭化装置の内壁の酢酸による汚染が顕著に低減する。さらに、酢酸セルロースの加熱分解により生成する酢酸の回収も高効率となる。   The cellulose acetate lump or powder is heated and fired in an inert gas atmosphere using the continuous carbonization apparatus and continuous carbonization method of the present invention, so that high-quality contamination with less acetic acid produced during heating and baking is reduced. Stable production of carbides becomes possible, and contamination by acetic acid on the inner wall of the continuous carbonization apparatus is significantly reduced. Furthermore, the recovery of acetic acid produced by the thermal decomposition of cellulose acetate is also highly efficient.

本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置の代表例であるローラハースキルン型連続炭化装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the roller hearth type continuous carbonization apparatus which is a typical example of the continuous carbonization apparatus of the cellulose acetate of this invention. 本発明の酢酸セルロースの連続炭化方法の実施に際して用いる酢酸セルロースの塊状物を収容する容器の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the container which accommodates the lump of the cellulose acetate used in the case of implementation of the continuous carbonization method of the cellulose acetate of this invention.

次に、添付図面を参照しながら、本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置と連続炭化方法を説明する。   Next, the continuous carbonization apparatus and continuous carbonization method for cellulose acetate of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置の代表例であるローラハースキルン型連続炭化装置の概念図である。図1のローラハースキルン型連続炭化装置は、特許文献1の図4に示されているローラハースキルン型連続炭化装置を改良した構成を持つため、その基本構成は、特許文献1の図4に示されているローラハースキルン型連続炭化装置と変わらない。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a roller hearth type continuous carbonization apparatus which is a typical example of a continuous carbonization apparatus for cellulose acetate according to the present invention. Since the roller hearth type continuous carbonization apparatus of FIG. 1 has a configuration improved from the roller hearth type continuous carbonization apparatus shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the basic configuration is shown in FIG. It is the same as the roller charskin type continuous carbonization equipment shown.

すなわち、ローラハースキルン型連続炭化装置(加熱炉)1は、耐熱材料製の壁体の内側表面に複数のヒータ11が設けられたトンネル炉10を含む。トンネル炉10の一方の端部(図1では左側)には入口側不活性気体パージ領域12が設けられ、他方の側(図1では右側)には出口側不活性気体パージ領域13が設けられていて、それぞれの領域は不活性気体で満たされている。入口側不活性気体パージ領域12の左側面は開口しているが、内部領域と外気との気体流通を防ぐためのシャッタ12aが設けられている。また、出口側不活性気体パージ領域13の右側面も開口しているが、これにも内部領域と外気との気体流通を防ぐためのシャッタ13aが設けられている。加熱炉1の内部には、入口側不活性気体パージ領域12、トンネル炉10、そして出口側不活性気体パージ領域13を貫通する多数のローラから構成された搬送手段14が配設されている。   That is, the roller hearth type continuous carbonization apparatus (heating furnace) 1 includes a tunnel furnace 10 in which a plurality of heaters 11 are provided on the inner surface of a wall body made of a heat-resistant material. An inlet-side inert gas purge region 12 is provided at one end of the tunnel furnace 10 (left side in FIG. 1), and an outlet-side inert gas purge region 13 is provided on the other side (right side in FIG. 1). Each region is filled with an inert gas. Although the left side surface of the inlet-side inert gas purge region 12 is open, a shutter 12a for preventing gas flow between the inner region and the outside air is provided. Further, the right side surface of the outlet-side inert gas purge region 13 is also open, but this is also provided with a shutter 13a for preventing gas flow between the inner region and the outside air. Inside the heating furnace 1, a conveying means 14 composed of a number of rollers penetrating the inlet side inert gas purge region 12, the tunnel furnace 10, and the outlet side inert gas purge region 13 is disposed.

トンネル炉10の底部には、その底部壁を貫通する不活性気体供給孔が設けられ、この不活性気体供給孔には、外部より不活性気体供給管15を介して窒素ガスのような不活性気体が供給され、その結果、トンネル炉10の内部もまた不活性気体雰囲気となる。トンネル炉10の入口近傍の上側壁には、複数の酢酸蒸気排出孔16が設けられ、この酢酸蒸気排出孔16は酢酸蒸気排出管17を介して、凝縮器(酢酸回収装置)18に連絡している。凝縮器18の下流側には、ブロアに代表される排気手段19が連結され、この排気手段19には、スクラバに代表される排出気体洗浄装置20が配管を介して接続されている。排気手段19にはまた、トンネル炉10の内部に連絡する排出気体戻し管(気体混合物戻し管)21も接続されている。そして、排気手段19からの排出気体洗浄装置20への気体の排出量とトンネル炉10への気体の排出量(気体戻し量)とは、排気手段19の内部もしくは排気手段19の下流側に設けられた排出量調整具22により調節される。そして、この排出量調整具22による排出気体洗浄装置20への気体の排出量とトンネル炉10への気体の排出量の調節は、トンネル炉10の外部の気圧(大気圧)とトンネル炉10の内部に設けられた圧力計23で測定された内圧との差を考慮して、コンピュータ制御あるいは手動により行われる。本発明者の検討によると、このトンネル炉10の外部の気圧(大気圧)とトンネル炉10の内圧との差は、±10Pa(特に±2Pa以内)に維持することが、トンネル炉10からの酢酸蒸気の効果的な排出、そしてトンネル炉10内の不活性気体雰囲気の維持のために好ましいことが判明した。   The bottom of the tunnel furnace 10 is provided with an inert gas supply hole penetrating the bottom wall. The inert gas supply hole is provided with an inert gas such as nitrogen gas through an inert gas supply pipe 15 from the outside. Gas is supplied, and as a result, the inside of the tunnel furnace 10 also becomes an inert gas atmosphere. A plurality of acetic acid vapor discharge holes 16 are provided in the upper wall near the entrance of the tunnel furnace 10, and the acetic acid vapor discharge holes 16 communicate with a condenser (acetic acid recovery device) 18 via an acetic acid vapor discharge pipe 17. ing. An exhaust unit 19 typified by a blower is connected to the downstream side of the condenser 18, and an exhaust gas cleaning device 20 typified by a scrubber is connected to the exhaust unit 19 via a pipe. An exhaust gas return pipe (gas mixture return pipe) 21 communicating with the inside of the tunnel furnace 10 is also connected to the exhaust means 19. The amount of gas discharged from the exhaust means 19 to the exhaust gas cleaning device 20 and the amount of gas discharged to the tunnel furnace 10 (gas return amount) are provided inside the exhaust means 19 or downstream of the exhaust means 19. The discharged amount adjusting tool 22 is adjusted. The adjustment of the gas discharge amount to the exhaust gas cleaning device 20 and the gas discharge amount to the tunnel furnace 10 by the discharge amount adjusting tool 22 is performed by adjusting the atmospheric pressure (atmospheric pressure) outside the tunnel furnace 10 and the tunnel furnace 10. In consideration of the difference from the internal pressure measured by the pressure gauge 23 provided inside, the control is performed by computer control or manually. According to the study of the present inventors, the difference between the atmospheric pressure outside the tunnel furnace 10 (atmospheric pressure) and the internal pressure of the tunnel furnace 10 is maintained within ± 10 Pa (particularly within ± 2 Pa). It has been found preferable for effective exhaust of acetic acid vapor and maintenance of an inert gas atmosphere in the tunnel furnace 10.

図1のローラハースキルン型連続炭化装置(加熱炉)1を用いての酢酸セルロースの塊状物(もしくは粉末)の加熱焼成は、図2に示した上面が開口したセラミックなどの耐熱材料から形成された容器24を複数用意し、この容器24に酢酸セルロースの塊状物(もしくは粉末)25を収容して、加熱炉1の内部に順次搬送することにより行われる。   The heating and firing of the cellulose acetate lump (or powder) using the roller hearth kiln type continuous carbonization apparatus (heating furnace) 1 of FIG. A plurality of containers 24 are prepared, and a lump (or powder) 25 of cellulose acetate is accommodated in the containers 24 and sequentially conveyed into the heating furnace 1.

容器24に収容された酢酸セルロース塊状物(もしくは粉末)25は、加熱炉1に搬送された後、入口側不活性気体パージ領域12を通り、加熱手段11を備えたトンネル炉の内部に順次搬送される。酢酸セルロース塊状物(もしくは粉末)25は加熱手段11により加熱され容器24内にて溶融し,粘性液体に変化した後、さらに加熱焼成されて炭化物となる。トンネル炉10の加熱領域10aの内部温度(酢酸セルロース塊状物(もしくは粉末)の加熱焼成温度に相当)は、一般に300〜700℃の範囲、好ましくは310〜500℃、特に好ましくは330〜450℃の範囲に維持される。酢酸セルロース塊状物(もしくは粉末)25を収容した容器24のトンネル炉10の加熱領域10aでの搬送滞留時間は、一般に30分間以上、好ましくは2〜20時間の範囲である。加熱領域10aを通過した容器24は、次いで徐冷領域10bに送られ、室温〜100℃の範囲の温度に徐冷され、次いで出口側不活性気体パージ領域13を通って、外部に取り出される。このような工程での加熱処理により、酢酸セルロース塊状物(もしくは粉末)25は容器24の内部にて粘性液体となり、次いで焼成され塊状の炭化物となる。この塊状の炭化物は通常、10mm以上のサイズ、特には20〜200mmのサイズの炭化物として回収される。   The cellulose acetate lump (or powder) 25 accommodated in the container 24 is transferred to the heating furnace 1, then sequentially passes through the inlet-side inert gas purge region 12 and into the tunnel furnace provided with the heating means 11. Is done. The cellulose acetate lump (or powder) 25 is heated by the heating means 11 and melted in the container 24 to change into a viscous liquid, and then further heated and fired to become a carbide. The internal temperature of the heating region 10a of the tunnel furnace 10 (corresponding to the heating and firing temperature of the cellulose acetate lump (or powder)) is generally in the range of 300 to 700 ° C, preferably 310 to 500 ° C, particularly preferably 330 to 450 ° C. Maintained in the range. The conveyance residence time in the heating region 10a of the tunnel furnace 10 of the container 24 containing the cellulose acetate lump (or powder) 25 is generally 30 minutes or longer, preferably 2 to 20 hours. The container 24 that has passed through the heating region 10a is then sent to the slow cooling region 10b, gradually cooled to a temperature in the range of room temperature to 100 ° C., and then taken out through the outlet side inert gas purge region 13. By the heat treatment in such a process, the cellulose acetate lump (or powder) 25 becomes a viscous liquid inside the container 24, and then baked to lump carbide. This massive carbide is usually recovered as a carbide having a size of 10 mm or more, particularly 20 to 200 mm.

上記の工程で得られた炭化物から活性炭を製造するためには、通常用いられるガス賦活(水蒸気、二酸化炭素ガス、酸素ガス、塩化水素ガス等による)薬品賦活(アルカリ金属、アルカリ土類金属、リン酸、リン酸塩等による)のいずれも用いることができる。この賦活処理については、既に前記の特許文献1を含め、多数の先行技術文献に詳しい記載がある。   In order to produce activated carbon from the carbide obtained in the above process, normally used gas activation (by water vapor, carbon dioxide gas, oxygen gas, hydrogen chloride gas, etc.) chemical activation (alkali metal, alkaline earth metal, phosphorus Any of acid, phosphate, etc. can be used. This activation process has already been described in detail in many prior art documents including the above-mentioned Patent Document 1.

次に、本発明の連続炭化装置を用いた酢酸セルロースの塊状物(もしくは粉末)の加熱焼成による炭化について実施例により、さらに具体的に説明する。   Next, carbonization by heating and baking of a cellulose acetate lump (or powder) using the continuous carbonization apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[実施例]
図2に示した形状の容器(アルミナ製容器)24に粉末状の酢酸セルロースを収容し、この容器24を図1に示したローラーハースキルン(内部温度:350℃)に搬送手段14に乗せて送り込み搬送しながら、酢酸セルロースを加熱溶融し、次いで加熱焼成した。ブロア19を作動させ、酢酸セルロースの分解により生成した酢酸蒸気をトンネル炉10から取り出し、凝縮器18に案内したのち、凝縮器18から排出された気体をスクラバ20に送り込んだ。凝縮器18から排出された気体の一部は同時に、切替具22を作動させて、トンネル炉10の内部に戻した。この操作において、凝縮器18から排出された気体のスクラバ20への送り込み量とトンネル炉10の内部への戻し量とは体積比で約1:5とした。その結果、トンネル炉10の内部の圧力(気圧)と大気圧との差は、±2Pa以内に維持された。
[Example]
A powdery cellulose acetate is accommodated in a container (alumina container) 24 having the shape shown in FIG. 2, and this container 24 is placed on the roller hearth kiln (internal temperature: 350 ° C.) shown in FIG. While feeding and conveying, cellulose acetate was heated and melted, and then heated and fired. The blower 19 was operated, the acetic acid vapor generated by the decomposition of cellulose acetate was taken out from the tunnel furnace 10 and guided to the condenser 18, and then the gas discharged from the condenser 18 was sent into the scrubber 20. At the same time, a part of the gas discharged from the condenser 18 was returned to the tunnel furnace 10 by operating the switching tool 22. In this operation, the amount of gas discharged from the condenser 18 to the scrubber 20 and the amount returned to the inside of the tunnel furnace 10 were about 1: 5 in volume ratio. As a result, the difference between the pressure (atmospheric pressure) inside the tunnel furnace 10 and the atmospheric pressure was maintained within ± 2 Pa.

[比較例]
凝縮器18から排出された気体の一部のトンネル炉10の内部への戻し操作を行わなかった以外は、上記実施例と同様に粉末状の酢酸セルロースの加熱焼成による炭化物の製造作業を行ったところ、トンネル炉10の内部の圧力(気圧)は、大気圧よりも199Pa以上(注:計測振り切れ)低くなり、その結果、トンネル炉10の両端のシャッタ12a、13aを通して、大気雰囲気(空気)がトンネル炉10の内部へ流入する現象が発生することが確認された。また、凝縮器18での酢酸回収量は、実施例での酢酸回収量に比べて約1/2となった。
[Comparative example]
Except that the operation of returning a part of the gas discharged from the condenser 18 to the inside of the tunnel furnace 10 was not performed, a carbide production work was performed by heating and baking powdered cellulose acetate in the same manner as in the above example. However, the pressure (atmospheric pressure) inside the tunnel furnace 10 is 199 Pa or more (note: measurement shakeout) lower than the atmospheric pressure. It was confirmed that a phenomenon of flowing into the tunnel furnace 10 occurred. Further, the amount of acetic acid recovered by the condenser 18 was about ½ of the amount of acetic acid recovered in the example.

なお、前述のように、本発明の酢酸セルロースの連続炭化装置および連続炭化方法は、特許文献1に記載の酢酸セルロースの連続炭化装置および連続炭化方法の改良装置と改良方法であるため、特許文献1の記載内容は、本発明と矛盾しない記載である限り、本発明に関する付随的な説明内容とする。   As described above, since the continuous carbonization apparatus and continuous carbonization method for cellulose acetate of the present invention are the continuous carbonization apparatus for cellulose acetate and the improvement apparatus and improvement method for continuous carbonization described in Patent Document 1, As long as the description of 1 is a description that does not contradict the present invention, it is an accompanying description of the present invention.

1 加熱炉(ローラハースキルン型連続炭化装置)
10 トンネル炉
11 加熱手段(ヒータ)
12 入口側不活性気体パージ領域
12a シャッタ
13 出口側不活性気体パージ領域
13a シャッタ
14 搬送手段(ローラ)
15 不活性気体供給管
18 酢酸回収装置(凝縮器)
19 排気手段(ブロア)
20 排出気体洗浄装置(スクラバ)
21 排出気体戻し管
22 切替具(排出量調整具)
23 圧力計
24 容器
25 酢酸セルロース塊状物
1 Heating furnace (roller hearth kiln type continuous carbonization equipment)
10 Tunnel furnace 11 Heating means (heater)
12 Inlet side inert gas purge region 12a Shutter 13 Outlet side inert gas purge region 13a Shutter 14 Conveying means (roller)
15 Inert gas supply pipe 18 Acetic acid recovery device (condenser)
19 Exhaust means (blower)
20 Exhaust gas cleaning device (scrubber)
21 Exhaust gas return pipe 22 Switching tool (Discharge amount adjusting tool)
23 Pressure gauge 24 Container 25 Cellulose acetate lump

Claims (4)

上面に開口を備えた容器に収容された酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を不活性気体雰囲気下にて移動させながら連続的に加熱焼成することにより炭化物とするためのトンネル型の炭化炉、そして酢酸セルロース加熱焼成により生成し、炭化炉の外に排出される気体状酢酸を含む気体混合物を凝縮させるための凝縮器を含む炭化装置であって、該凝縮器の下流側には、気体混合物の炭化炉からの排出を加速させることのできる排気手段を介して排出気体洗浄装置が設けられ、そして該排気手段には、凝縮器から排出される凝縮処理済の気体混合物の一部を炭化炉内に戻す配管が配設されていることを特徴とする酢酸セルロースの連続炭化装置。   A tunnel-type carbonization furnace for converting a lump or powder of cellulose acetate contained in a container having an opening on the upper surface into a carbide by continuously heating and firing while moving in an inert gas atmosphere, and acetic acid A carbonization apparatus including a condenser for condensing a gas mixture containing gaseous acetic acid produced by heating and baking cellulose and discharged out of the carbonization furnace, the carbonization of the gas mixture is downstream of the condenser An exhaust gas cleaning device is provided through an exhaust means that can accelerate the exhaust from the furnace, and the exhaust means contains a portion of the condensed gas mixture discharged from the condenser into the carbonization furnace. A continuous carbonization apparatus for cellulose acetate, characterized in that a return pipe is provided. 炭化炉の底部に不活性気体供給口が複数形成されている請求項1に記載の酢酸セルロースの連続炭化装置。   The continuous carbonization apparatus for cellulose acetate according to claim 1, wherein a plurality of inert gas supply ports are formed at the bottom of the carbonization furnace. 凝縮器が炭化炉の上流側に複数形成された気体混合物排出口にパイプを介して接続されている請求項1もしくは2に記載の酢酸セルロースの連続炭化装置。   The continuous carbonization apparatus for cellulose acetate according to claim 1 or 2, wherein the condenser is connected to a gas mixture discharge port formed in a plurality on the upstream side of the carbonization furnace via a pipe. 請求項1に記載の酢酸セルロースの連続炭化装置を用いて、酢酸セルロースの塊状物もしくは粉末を、不活性気体雰囲気下にて移動させながら連続的に加熱焼成することにより炭化物とする際に、炭化炉内の気圧が大気圧の±10Pa以内に維持されるように排気手段の作動条件を調節して、凝縮器から排出される凝縮処理済の気体混合物の炭化炉への戻し量を調節することを特徴とする酢酸セルロースの連続炭化方法。   When using the continuous carbonization apparatus for cellulose acetate according to claim 1, carbonization is carried out when the cellulose acetate lump or powder is continuously heated and fired while being moved in an inert gas atmosphere. Adjust the operating conditions of the exhaust means so that the pressure inside the furnace is maintained within ± 10 Pa of atmospheric pressure, and adjust the return amount of the condensed gas mixture discharged from the condenser to the carbonization furnace. A continuous carbonization method for cellulose acetate.
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