JP2018177564A - Method for producing porous carbon particle - Google Patents

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Maki Hamaguchi
眞基 濱口
祥平 和田
Shohei Wada
祥平 和田
聡則 井上
Toshinori Inoue
聡則 井上
豊田 昌宏
Masahiro Toyoda
昌宏 豊田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing porous carbon particles having a large specific surface area which is relatively excellent in production cost.SOLUTION: A porous carbon particle production method of the present invention includes the steps of: spray drying a solution where ashless coal and a group 2 metal compound are dissolved in a solvent; heating solids obtained in the spray drying step; and acid washing the solids after the heating step. The solvent contains, as a main component, an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom and having a boiling point at atmospheric pressure of not less than 50°C and less than 250°C. It is advisable that the group 2 metal compound is magnesium oxide. It is preferable that the mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal is 1 or more and 10 or less. It is preferable that the content of the ashless coal in the solution is 5 mass% or more and 50 mass% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多孔質炭素粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of producing porous carbon particles.

表面に直径がミクロン又はナノメーターオーダーの細孔を有し、高い比表面積を有する多孔質炭素粒子は、水処理やガス分離のための吸着材、電気二重層キャパシター電極等として使用されている。   Porous carbon particles having pores of micron or nanometer order in diameter on the surface and high specific surface area are used as adsorbents for water treatment or gas separation, electric double layer capacitor electrodes and the like.

この多孔質炭素粒子の製造方法としては、例えば炭素原料を水蒸気により賦活して比表面積を増大させる水蒸気賦活法(特開2014−34475号公報)や、炭素材料を水酸化ナトリウム等のアルカリ性賦活剤で賦活処理するアルカリ賦活法(特開2011−41199号公報)が知られている。   As a method for producing the porous carbon particles, for example, a steam activation method (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-34475) in which a carbon source is activated by steam to increase a specific surface area, or a carbon material is an alkaline activator such as sodium hydroxide. An alkaline activation method (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-41199) in which activation treatment is carried out by

上記水蒸気賦活法では、高い比表面積を得るには、炭素の浸食(消耗量)を多くする必要があり、炭素収率が低く製造コストが大きくなり易い。また、得られる炭素粒子が過剰に多孔質となって嵩密度が低下し、細孔容積に対して比表面積が低くなり易い。また、アルカリ賦活法ではアルカリ試薬が高価であり、処理費用も嵩むため、製造コストがさらに大きくなり易い。   In the above-described steam activation method, in order to obtain a high specific surface area, it is necessary to increase the erosion (the amount of consumption) of carbon, and the carbon yield is low and the production cost tends to be large. In addition, the carbon particles obtained are excessively porous to reduce the bulk density, and the specific surface area tends to be low with respect to the pore volume. In addition, in the alkaline activation method, since the alkaline reagent is expensive and the processing cost is also increased, the manufacturing cost tends to be further increased.

特開2014−34475号公報JP 2014-34475 A 特開2011−41199号公報JP, 2011-41199, A

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、比較的製造コストに優れ、かつ比表面積の大きい多孔質炭素粒子の製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object thereof is to provide a method for producing porous carbon particles having a relatively high production cost and a large specific surface area.

上記課題を解決するためになされた発明は、無灰炭及び第2族金属化合物が溶媒中に溶存する溶液を噴霧乾燥する工程と、上記噴霧乾燥工程で得られる固形分を加熱処理する工程と、上記加熱工程後の固形分を酸洗浄する工程とを備え、上記溶媒が、酸素原子又は窒素原子を含み、かつ大気圧における沸点が50℃以上250℃未満である有機化合物を主成分とする多孔質炭素粒子の製造方法である。   The invention made to solve the above-mentioned problems comprises a step of spray-drying a solution in which ash-free charcoal and a Group 2 metal compound are dissolved in a solvent, and a step of heat-treating solids obtained in the spray-drying step And acid-washing the solid content after the heating step, wherein the solvent mainly contains an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom and having a boiling point of 50 ° C. or more and less than 250 ° C. at atmospheric pressure. It is a manufacturing method of porous carbon particles.

当該多孔質炭素粒子の製造方法では、噴霧乾燥工程において、無灰炭が溶存した状態から溶媒が急激に脱離することで、得られる固形分に多数のミクロ孔が誘起される。つまり、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、炭素材料を侵食することなく多孔質化できるので、炭素収率を高められる。また、無灰炭はポリビニルアルコール等の樹脂材料に比べ炭素収率が高いので、得られる多孔質炭素粒子の細孔容積に対して比表面積が大きい。さらに、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、第2族金属化合物を溶媒中に溶存させるので、この第2族金属化合物の表面あるいは結晶粒界において無灰炭による多孔質炭素粒子が生成され、上記溶媒に起因する細孔と第2族金属化合物に起因する細孔との異なる細孔により細孔構造が発達し易い。また、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、酸素原子又は窒素原子を含み、かつ大気圧における沸点が上記範囲内である有機化合物を主成分とする溶媒を用いる。このような溶媒には無灰炭を高濃度に溶解することができるので、上記無灰炭と第2族金属化合物との相互作用が高まり、製造効率を高められる。従って、当該多孔質炭素粒子の製造方法を用いることで、比較的製造コストに優れ、かつ比表面積の大きい多孔質炭素粒子が製造できる。   In the method for producing porous carbon particles, in the spray drying step, the solvent is rapidly detached from the state in which the ash-free coal is dissolved, whereby a large number of micropores are induced in the obtained solid content. That is, in the method for producing porous carbon particles, the carbon material can be made porous without being corroded, so that the carbon yield can be enhanced. In addition, ash-free charcoal has a high carbon yield compared to polyvinyl alcohol and other resin materials, so the specific surface area is large relative to the pore volume of the porous carbon particles obtained. Furthermore, in the method for producing porous carbon particles, since the Group 2 metal compound is dissolved in the solvent, porous carbon particles are formed by ashless coal on the surface or grain boundaries of the Group 2 metal compound, The pore structure is likely to be developed by the different pores of the above-mentioned solvent and the pores of the group 2 metal compound. Moreover, in the manufacturing method of the said porous carbon particle, the solvent which has an oxygen atom or a nitrogen atom, and uses as a main component the organic compound whose boiling point in atmospheric pressure is in the said range is used. Since ashless coal can be dissolved in such a solvent at a high concentration, the interaction between the ashless coal and the Group 2 metal compound is enhanced, and the production efficiency can be enhanced. Therefore, by using the method for producing porous carbon particles, it is possible to produce porous carbon particles relatively excellent in production cost and having a large specific surface area.

上記第2族金属化合物が酸化マグネシウムであるとよい。上記第2族金属化合物に酸化マグネシウムを用いることで、無灰炭との相互作用をさらに高められ、製造効率が向上する。   The Group 2 metal compound is preferably magnesium oxide. By using magnesium oxide as the group 2 metal compound, the interaction with ashless coal can be further enhanced, and the production efficiency can be improved.

上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比としては、1以上10以下が好ましい。このように上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比を上記範囲内とすることで、細孔の増加効果を高められ、比表面積をさらに大きくすることができる。   The mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal is preferably 1 or more and 10 or less. Thus, by setting the mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal within the above range, the effect of increasing pores can be enhanced, and the specific surface area can be further increased.

上記溶液における無灰炭の含有量としては、5質量%以上50質量%以下が好ましい。上記溶液における無灰炭の含有量を上記範囲内とすることで、噴霧乾燥工程において無灰炭が溶存した状態から溶媒が急激に脱離し易くなるため、得られる固形分に多数のミクロ孔が誘起される。このため、得られる多孔質炭素粒子の比表面積をさらに大きくすることができる。   As content of ash-free charcoal in the above-mentioned solution, 5 mass% or more and 50 mass% or less are preferred. By setting the content of ash-free coal in the above solution to the above range, the solvent is rapidly and easily detached from the state in which ash-free coal is dissolved in the spray drying step, so many micropores are obtained in the obtained solid content. It is induced. Therefore, the specific surface area of the obtained porous carbon particles can be further increased.

上記噴霧乾燥工程として、石炭及び溶媒を混合する工程と、上記混合工程で得られたスラリー中の上記石炭から上記溶媒に可溶な成分を溶出させる工程と、上記溶出工程で溶出後の上記スラリーを、溶媒可溶成分を含む液体分及び溶媒不溶成分に分離する工程と、上記液体分に第2族金属化合物を溶解する工程とをさらに備えるとよい。上記溶出工程での石炭の溶媒抽出処理により無灰炭が溶媒に溶出できる。従って、この無灰炭が溶媒中に溶存する液体分に高分子化合物を混合した溶液を用いることで、多孔質炭素粒子の製造コストをさらに低減することができる。   In the spray drying step, a step of mixing coal and a solvent, a step of eluting a component soluble in the solvent from the coal in the slurry obtained in the mixing step, and the slurry after elution in the elution step The method may further comprise the steps of: separating the liquid component containing the solvent-soluble component and the solvent-insoluble component; and dissolving the Group 2 metal compound in the liquid component. Ash-free charcoal can be eluted to a solvent by the solvent extraction process of coal in the said elution process. Therefore, the production cost of the porous carbon particles can be further reduced by using a solution in which the polymer component is mixed with the liquid component in which the ash-free charcoal is dissolved in the solvent.

上記固形分の平均径が1μm以上20μm以下となるよう噴霧圧力及び送液速度を調整するとよい。このように上記固形分の平均径が上記範囲内となるよう噴霧圧力及び送液速度を調整することで、多孔質炭素粒子の比表面積をさらに大きくすることができる。   The spray pressure and the liquid transfer speed may be adjusted so that the average diameter of the solid content is 1 μm or more and 20 μm or less. The specific surface area of the porous carbon particles can be further increased by adjusting the spray pressure and the liquid transfer speed so that the average diameter of the solid content is in the above range.

上記溶液が高分子化合物をさらに含有するとよい。このように上記溶液が高分子化合物を含有することで、加熱工程での炭素化で、高分子化合物の分解及び散逸により主に固形分中のメゾ孔が増加する。これにより多孔質炭素粒子の比表面積をさらに大きくすることができる。   The solution preferably further contains a polymer compound. Thus, when the solution contains a polymer compound, carbonization in the heating step mainly causes mesopores in the solid content to increase due to decomposition and dissipation of the polymer compound. Thereby, the specific surface area of the porous carbon particles can be further increased.

上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比としては、0.01以上0.1以下が好ましい。このように上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比を上記範囲内とすることで、細孔の増加効果を高められ、比表面積をさらに大きくすることができる。   As mass ratio of the said high molecular compound with respect to the said ashless coal, 0.01 or more and 0.1 or less are preferable. As described above, by setting the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal within the above range, the effect of increasing pores can be enhanced, and the specific surface area can be further increased.

ここで、「主成分」とは、最も含有量の多い成分を意味し、例えば含有量が50質量%以上の成分をいい、「固形分の平均径」とは、固形分と同体積となる真球の直径を意味する。   Here, "main component" means a component having the highest content, for example, a component having a content of 50% by mass or more, and "average diameter of solid content" means the same volume as solid content. It means the diameter of a true sphere.

以上説明したように、本発明の多孔質炭素粒子の製造方法を用いることで、比較的低い製造コストで、比表面積の大きい多孔質炭素粒子を製造できる。   As explained above, by using the method for producing porous carbon particles of the present invention, porous carbon particles having a large specific surface area can be produced at relatively low production cost.

図1は、本発明の一実施形態に係る多孔質炭素粒子の製造方法を示す概略フロー図である。FIG. 1 is a schematic flow diagram showing a method of producing porous carbon particles according to an embodiment of the present invention. 図1の噴霧乾燥工程の概略フロー図である。It is a schematic flowchart of the spray-drying process of FIG. 図1とは異なる実施形態に係る多孔質炭素粒子の製造方法を示す概略フロー図である。It is a schematic flow figure which shows the manufacturing method of the porous carbon particle which concerns on embodiment different from FIG.

[第一実施形態]
以下、本発明に係る多孔質炭素粒子の製造方法の第一実施形態について説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of a method of producing porous carbon particles according to the present invention will be described.

当該多孔質炭素粒子の製造方法は、図1に示すように、噴霧乾燥工程S1と、加熱工程S2と、酸洗浄工程S3とを主に備える。当該多孔質炭素粒子の製造方法は、例えば石炭供給部と、溶媒供給部と、混合部と、昇温部と、溶出部と、分離部と、噴霧部と、加熱部とを主に備える製造装置により行うことができる。   The method for producing the porous carbon particles mainly includes a spray drying step S1, a heating step S2, and an acid washing step S3, as shown in FIG. The manufacturing method of the porous carbon particles mainly includes, for example, a coal supply unit, a solvent supply unit, a mixing unit, a temperature raising unit, an elution unit, a separation unit, a spray unit, and a heating unit. It can be done by the device.

[噴霧乾燥工程]
噴霧乾燥工程S1では、無灰炭及び第2族金属化合物が溶存する溶液の噴霧乾燥により、固形分を得る。噴霧乾燥工程S1は、図2に示すように第1混合工程S11と、溶出工程S12と、固液分離工程S13と、第2混合工程S14と、固形分生成工程S15とを備える。
[Spray drying process]
In the spray drying step S1, solid content is obtained by spray drying of a solution in which ashless coal and a group 2 metal compound are dissolved. Spray drying process S1 is provided with 1st mixing process S11, elution process S12, solid-liquid separation process S13, 2nd mixing process S14, and solid content generation process S15, as shown in FIG.

<第1混合工程>
第1混合工程S11では、石炭及び溶媒を混合する。この第1混合工程S11は、例えば石炭供給部、溶媒供給部、及び混合部により行える。
<First mixing step>
In the first mixing step S11, coal and a solvent are mixed. This first mixing step S11 can be performed by, for example, a coal supply unit, a solvent supply unit, and a mixing unit.

(石炭供給部)
石炭供給部は、石炭を混合部へ供給する。石炭供給部としては、常圧状態で使用される常圧ホッパー、常圧状態及び加圧状態で使用される加圧ホッパー等の公知の石炭ホッパーを用いることができる。
(Coal supply department)
The coal supply unit supplies coal to the mixing unit. As a coal supply part, well-known coal hoppers, such as a normal pressure hopper used by a normal pressure state, a pressurized hopper used by a normal pressure state and a pressurized state, can be used.

石炭供給部から供給する石炭は、無灰炭の原料となる石炭である。上記石炭としては、様々な品質の石炭を用いることができる。例えば無灰炭の抽出率の高い瀝青炭や、より安価な低品位炭(亜瀝青炭や褐炭)が好適に用いられる。また、石炭を粒度で分類すると、細かく粉砕された石炭が好適に用いられる。ここで「細かく粉砕された石炭」とは、石炭全体の質量に対する粒度1mm未満の石炭の質量割合が80%以上である石炭を意味する。また、石炭供給部から供給する石炭として塊炭を用いることもできる。ここで「塊炭」とは、石炭全体の質量に対する粒度5mm以上の石炭の質量割合が50%以上である石炭を意味する。塊炭は、細かく粉砕された石炭に比べて未溶解な固体の石炭の粒度が大きく保たれるため、後述する分離部での分離を効率化することができる。ここで、「粒度(粒径)」とは、JIS−Z8815:1994のふるい分け試験通則に準拠して測定した値をいう。なお、石炭の粒度による仕分けには、例えばJIS−Z8801−1:2006に規定する金属製網ふるいを用いることができる。   Coal supplied from a coal supply part is coal used as a raw material of ash-free coal. As said coal, coal of various quality can be used. For example, bituminous coal having a high extraction ratio of ash-free coal, and cheaper low-grade coal (sub-bituminous coal or lignite) are preferably used. Also, when coal is classified by particle size, finely crushed coal is suitably used. Here, "finely pulverized coal" means coal having a mass ratio of coal having a particle size of less than 1 mm to 80% or more of the mass of the entire coal. Moreover, lump coal can also be used as coal supplied from a coal supply part. Here, "mass coal" means coal in which the mass ratio of coal having a particle size of 5 mm or more with respect to the mass of the entire coal is 50% or more. Since the particle size of undissolved solid coal is maintained large as compared with finely pulverized coal, bulk coal can streamline separation in the separation section described later. Here, “particle size (particle size)” refers to a value measured in accordance with the general rule of sieving test in JIS-Z8815: 1994. In addition, the metal mesh screen defined, for example to JIS-Z8801-1: 2006 can be used for the classification by the particle size of coal.

上記低品位炭の炭素含有率の下限としては、70質量%が好ましい。一方、上記低品位炭の炭素含有率の上限としては、85質量%が好ましく、82質量%がより好ましい。上記低品位炭の炭素含有率が上記下限未満であると、溶媒可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記低品位炭の炭素含有率が上記上限を超えると、供給する石炭のコストが高くなるおそれがある。   As a minimum of the carbon content rate of the above-mentioned low grade coal, 70 mass% is preferred. On the other hand, as a maximum of the carbon content rate of the above-mentioned low grade coal, 85 mass% is preferred, and 82 mass% is more preferred. If the carbon content of the low-grade coal is less than the above lower limit, the elution rate of the solvent-soluble component may be reduced. On the contrary, if the carbon content of the low grade coal exceeds the upper limit, the cost of the supplied coal may be high.

なお、石炭供給部から混合部へ供給する石炭として、少量の溶媒を混合してスラリー化した石炭を用いてもよい。石炭供給部からスラリー化した石炭を混合部へ供給することにより、混合部において石炭が溶媒と混合し易くなり、石炭をより早く溶解させることができる。ただし、スラリー化する際に混合する溶媒の量が多いと、後述する昇温部でスラリーを溶出温度まで昇温するための熱量が不必要に大きくなるため、製造コストが増大するおそれがある。   In addition, you may use the coal which mixed and slurried a small amount of solvents as coal supplied from a coal supply part to a mixing part. By supplying the slurryed coal from the coal supply unit to the mixing unit, the coal can be easily mixed with the solvent in the mixing unit, and coal can be dissolved faster. However, if the amount of the solvent to be mixed in forming the slurry is large, the amount of heat for raising the temperature of the slurry to the elution temperature in the temperature rising portion described later becomes unnecessarily large, which may increase the manufacturing cost.

(溶媒供給部)
溶媒供給部は、溶媒を混合部へ供給する。上記溶媒供給部は、溶媒を貯留する溶媒タンクを有し、この溶媒タンクから溶媒を混合部へ供給する。上記溶媒供給部から供給する溶媒は、石炭供給部から供給する石炭と混合部で混合される。
(Solvent supply unit)
The solvent supply unit supplies the solvent to the mixing unit. The said solvent supply part has a solvent tank which stores a solvent, and supplies a solvent to a mixing part from this solvent tank. The solvent supplied from the solvent supply unit is mixed with the coal supplied from the coal supply unit in the mixing unit.

溶媒供給部から供給する溶媒は、酸素原子又は窒素原子を含む有機化合物を主成分とする。このように上記溶媒の主成分を酸素原子又は窒素原子を含む有機化合物とすることで、溶媒と無灰炭との親和性が高まり、抽出される溶液における無灰炭の含有量を高め易い。その結果、多孔質炭素粒子の収量が増加するので、多孔質炭素粒子の製造コストが低減できる。このような溶媒としては、ピリジン(CN)、テトラヒドロフラン(CO)、ジメチルホルムアミド((CHNCHO)、N−メチルピロリドン(CNO)などが挙げられる。中でも無灰炭と親和性が高いピリジン及びテトラヒドロフランが好ましい。なお、酸素原子又は窒素原子を含む有機化合物は1種類であってもよく、また2種類以上の有機化合物が混合されていてもよい。 The solvent supplied from the solvent supply unit contains an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom as a main component. As described above, when the main component of the solvent is an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom, the affinity between the solvent and the ashless coal is enhanced, and the content of the ashless coal in the solution to be extracted can be easily increased. As a result, since the yield of porous carbon particles is increased, the production cost of porous carbon particles can be reduced. Such solvents include pyridine (C 5 H 5 N), tetrahydrofuran (C 4 H 8 O), dimethylformamide ((CH 3 ) 2 NCHO), N-methyl pyrrolidone (C 5 H 9 NO), etc. Be Among them, pyridine and tetrahydrofuran having high affinity to ashless coal are preferable. The organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom may be of one type, or two or more types of organic compounds may be mixed.

上記溶媒の大気圧における沸点の下限値としては、50℃であり、60℃がより好ましく、65℃がさらに好ましい。一方。上記溶媒の沸点は、250℃未満であり、210℃未満がより好ましく、160℃未満がさらに好ましい。上記溶媒の沸点が上記下限未満であると、無灰炭が十分に溶解せず無灰炭の含有量を高められないおそれがある。逆に、上記溶媒の沸点が上記上限以上であると、固形分生成工程S15において溶媒の脱離に伴う圧力が不足するため、多孔質炭素粒子の細孔が十分に形成されないおそれがある。   The lower limit value of the boiling point of the solvent at atmospheric pressure is 50 ° C., more preferably 60 ° C., and still more preferably 65 ° C. on the other hand. The boiling point of the solvent is less than 250 ° C., more preferably less than 210 ° C., and still more preferably less than 160 ° C. If the boiling point of the solvent is less than the lower limit, ashless coal may not be sufficiently dissolved, and the content of ashless coal may not be increased. On the other hand, when the boiling point of the solvent is equal to or more than the upper limit, the pressure involved in the detachment of the solvent is insufficient in the solid content generation step S15, and the pores of the porous carbon particles may not be formed sufficiently.

(混合部)
混合部は、石炭供給部から供給する石炭及び溶媒供給部から供給する溶媒を混合する。
(Mixing part)
The mixing unit mixes the coal supplied from the coal supply unit and the solvent supplied from the solvent supply unit.

上記混合部としては、調製槽を用いることができる。この調製槽には、供給管を介して上記石炭及び溶媒が供給される。上記調製槽では、この供給された石炭及び溶媒が混合され、スラリーが調製される。また、上記調製槽は、攪拌機を有しており、混合したスラリーを攪拌機で攪拌しながら保持することによりスラリーの混合状態を維持する。   A preparation tank can be used as the said mixing part. The coal and the solvent are supplied to the preparation tank through a supply pipe. In the preparation tank, the supplied coal and solvent are mixed to prepare a slurry. Further, the preparation tank has a stirrer, and the mixed slurry is kept stirred by the stirrer to maintain the mixed state of the slurry.

調製槽におけるスラリー中の無水炭基準での石炭濃度は、溶媒の種類等により適宜決定されるが、上記石炭濃度の下限としては、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。一方、上記石炭濃度の上限としては、65質量%が好ましく、40質量%がより好ましい。上記石炭濃度が上記下限未満であると、溶出工程S12で溶出される溶媒可溶成分の溶出量がスラリー処理量に対して少なくなるため、溶液に含まれる無灰炭の含有量が不十分となるおそれがある。逆に、上記石炭濃度が上記上限を超えると、溶媒中で上記溶媒可溶成分が飽和し易いため、上記溶媒可溶成分の溶出率が低下するおそれがある。   The concentration of coal on the basis of anhydrous coal in the slurry in the preparation tank is appropriately determined depending on the type of solvent and the like, but the lower limit of the concentration of coal is preferably 5% by mass, and more preferably 10% by mass. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned coal concentration, 65 mass% is preferred, and 40 mass% is more preferred. When the coal concentration is less than the above lower limit, the elution amount of the solvent-soluble component eluted in the elution step S12 decreases relative to the slurry treatment amount, so that the content of ashless coal contained in the solution is insufficient May be Conversely, if the coal concentration exceeds the upper limit, the solvent-soluble component is likely to be saturated in the solvent, and the elution rate of the solvent-soluble component may be reduced.

<溶出工程>
溶出工程S12では、上記第1混合工程S11で得られたスラリー中の石炭から溶媒に可溶な石炭成分を溶出させる。溶出工程S12は、昇温部及び溶出部により行うことができる。
<Elution step>
In the elution step S12, the coal component soluble in the solvent is eluted from the coal in the slurry obtained in the first mixing step S11. The elution step S12 can be performed by the temperature rising portion and the elution portion.

(昇温部)
昇温部は、上記第1混合工程S11で得られたスラリーを昇温する。
(Heating section)
The temperature raising unit raises the temperature of the slurry obtained in the first mixing step S11.

昇温部としては、内部を通過するスラリーを昇温できるものであれば特に限定されないが、例えば抵抗加熱式ヒーターや誘導加熱コイルが挙げられる。また、昇温部は、熱媒を用いて昇温を行うよう構成されていてもよく、例えば内部を通過するスラリーの流路の周囲に配設される加熱管を有し、この加熱管に蒸気、油等の熱媒を供給することでスラリーを昇温可能に構成されていてもよい。   The temperature raising portion is not particularly limited as long as it can heat the slurry passing through the inside, and examples thereof include a resistance heating heater and an induction heating coil. In addition, the temperature raising unit may be configured to perform temperature raising using a heat medium, and has, for example, a heating pipe disposed around the flow path of the slurry passing through the inside, The temperature of the slurry may be increased by supplying a heat medium such as steam or oil.

昇温部による昇温後のスラリーの温度は、使用する溶媒に応じて適宜決定されるが、例えば80℃以上120℃以下とできる。上記スラリーの温度が上記下限未満であると、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記スラリーの温度が上記上限を超えると、溶媒が気化し過ぎるためスラリーの濃度を制御することが困難となるおそれがある。   Although the temperature of the slurry after temperature rising by a temperature rising part is suitably determined according to the solvent to be used, it can be 80 degreeC or more and 120 degrees C or less, for example. When the temperature of the above-mentioned slurry is less than the above-mentioned minimum, there is a possibility that a dissolution rate may fall. Conversely, if the temperature of the above-mentioned slurry exceeds the above-mentioned upper limit, there is a possibility that it becomes difficult to control the concentration of the slurry because the solvent is excessively vaporized.

また、昇温部の圧力としては、特に限定されないが、常圧(0.1MPa)とできる。   Moreover, it does not specifically limit as a pressure of a temperature rising part, It can be set as normal pressure (0.1 MPa).

(溶出部)
溶出部は、上記混合部で得られ、上記昇温部で昇温されたスラリー中の石炭から溶媒に可溶な石炭成分を溶出させる。
(Elution part)
The elution part is obtained in the mixing part, and the coal component soluble in the solvent is eluted from the coal in the slurry heated in the heating part.

溶出部としては、抽出槽を用いることができ、この抽出槽に上記昇温後のスラリーが供給される。上記抽出槽では、このスラリーの温度及び圧力を保持しながら溶媒に可溶な石炭成分を石炭から溶出させる。また、上記抽出槽は、攪拌機を有している。この攪拌機によりスラリーを攪拌することで上記溶出を促進できる。   An extraction tank can be used as an elution part, and the slurry after the said temperature rise is supplied to this extraction tank. In the extraction tank, coal components soluble in the solvent are eluted from the coal while maintaining the temperature and pressure of the slurry. Moreover, the said extraction tank has a stirrer. The above elution can be promoted by stirring the slurry with this stirrer.

なお、溶出部での溶出時間としては、特に限定されないが、溶媒可溶成分の抽出量と抽出効率との観点から10分以上70分以下が好ましい。   The elution time in the elution portion is not particularly limited, but is preferably 10 minutes to 70 minutes from the viewpoint of the extraction amount of the solvent-soluble component and the extraction efficiency.

<固液分離工程>
固液分離工程S13では、上記溶出工程S12で溶出後の上記スラリーを、溶媒可溶成分を含む液体分及び溶媒不溶成分に分離する。この固液分離工程S13は、分離部により行うことができる。なお、溶媒不溶成分は、抽出用溶媒に不溶な灰分と不溶石炭とを主として含み、これらに加え抽出用溶媒をさらに含む抽出残分をいう。
Solid-liquid separation process
In the solid-liquid separation step S13, the slurry after elution in the elution step S12 is separated into a liquid component containing a solvent-soluble component and a solvent-insoluble component. This solid-liquid separation step S13 can be performed by the separation unit. The solvent-insoluble component mainly refers to an extraction residue which mainly contains ash and insoluble coal which are insoluble in a solvent for extraction, and additionally contains a solvent for extraction.

(分離部)
分離部における上記液体分及び溶媒不溶成分を分離する方法としては、例えば重力沈降法、濾過法、遠心分離法を用いることができ、それぞれ沈降槽、濾過器、遠心分離器が使用される。
(Separation section)
As a method of separating the liquid component and the solvent-insoluble component in the separation part, for example, a gravity sedimentation method, a filtration method and a centrifugal separation method can be used, and a sedimentation tank, a filter and a centrifugal separator are used respectively.

以下、重力沈降法を例にとり分離方法について説明する。重力沈降法とは、沈降槽内で重力を利用して溶媒不溶成分を沈降させて固液分離する分離方法である。重力沈降法により分離を行う場合、溶媒可溶成分を含む液体分は、沈降槽の上部に溜まる。この液体分は必要に応じてフィルターユニットを用いて濾過した後、後述する噴霧部に排出される。一方、溶媒不溶成分は、分離部の下部から排出される。   Hereinafter, the separation method will be described by taking the gravity settling method as an example. The gravity settling method is a separation method in which solvent insoluble components are precipitated and solid-liquid separated in the settling tank using gravity. In the case of separation by gravity sedimentation, the liquid containing solvent-soluble components accumulates at the top of the sedimentation tank. The liquid component is filtered using a filter unit, if necessary, and then discharged to a spray unit described later. On the other hand, the solvent insoluble component is discharged from the lower part of the separation unit.

また、重力沈降法により分離を行う場合、スラリーを分離部内に連続的に供給しながら溶媒可溶成分を含む液体分及び溶媒不溶成分を沈降槽から排出することができる。これにより連続的な固液分離処理が可能となる。   In addition, when separation is performed by the gravity sedimentation method, it is possible to discharge the liquid component including the solvent-soluble component and the solvent-insoluble component from the sedimentation tank while continuously supplying the slurry into the separation unit. This enables continuous solid-liquid separation processing.

分離部内でスラリーを維持する時間は、特に限定されないが、例えば30分以上120分以下とでき、この時間内で分離部内の沈降分離が行われる。なお、石炭として塊炭を使用する場合には、沈降分離が効率化されるので、分離部内でスラリーを維持する時間を短縮できる。   The time for maintaining the slurry in the separation part is not particularly limited, but can be, for example, 30 minutes or more and 120 minutes or less, and within this time, sedimentation in the separation part is performed. In addition, when using lumped coal as coal, since sedimentation separation is made efficient, time to maintain a slurry in a isolation | separation part can be shortened.

なお、分離部内の温度及び圧力としては、昇温部による昇温後のスラリーの温度及び圧力と同様とできる。   The temperature and pressure in the separation unit can be the same as the temperature and pressure of the slurry after the temperature raising by the temperature raising unit.

上記液体分に含まれる溶媒可溶成分の主成分は無灰炭である。なお、無灰炭は、灰分が5質量%以下又は3質量%以下であり、灰分をほとんど含まず、水分は皆無であり、また例えば原料石炭よりも高い発熱量を示す。   The main component of the solvent-soluble component contained in the liquid component is ashless coal. Ash-free coal has an ash content of 5% by mass or less or 3% by mass or less, hardly contains ash, has no water, and exhibits a higher calorific value than, for example, raw material coal.

一方、上記溶媒不溶成分からは、溶媒を蒸発分離させて副生炭を得ることができる。副生炭は、軟化溶融性は示さないが、含酸素官能基が脱離されている。そのため、副生炭は、配合炭として用いた場合にこの配合炭に含まれる他の石炭の軟化溶融性を阻害しない。従って、この配合炭は例えばコークス原料の配合炭の一部として使用することができる。また、副生炭は一般の石炭と同様に燃料として利用してもよい。   On the other hand, the solvent can be evaporated and separated from the solvent insoluble component to obtain by-product carbon. The byproduct coal does not show softening and melting properties, but the oxygen-containing functional group is eliminated. Therefore, by-produced coal does not inhibit the softening and melting properties of other coals contained in this blended coal when used as blended coal. Therefore, this blended coal can be used, for example, as a part of blended coke of coke raw material. Also, by-product coal may be used as a fuel like general coal.

<第2混合工程>
第2混合工程S14では、上記固液分離工程S13で得た無灰炭が溶解した液体分に第2族金属化合物を混合する。この溶解により無灰炭及び第2族金属化合物が溶存する溶液が得られる。
<2nd mixing process>
In the second mixing step S14, the group 2 metal compound is mixed with the liquid portion in which the ashless coal obtained in the solid-liquid separation step S13 is dissolved. As a result of this dissolution, a solution in which ashless coal and a Group 2 metal compound are dissolved is obtained.

上記第2族金属化合物としては、第2族金属であるベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)等との酸化物、水酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩などを挙げることができる。中でも酸化マグネシウムが好ましい。上記第2族金属化合物として酸化マグネシウムを用いることで、無灰炭との相互作用をさらに高められ、多孔質炭素粒子の製造効率が向上する。   Examples of the Group 2 metal compound include oxides, hydroxides, chlorides, and carbonates with beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), barium (Ba), etc., which are Group 2 metals. A sulfate etc. can be mentioned. Among them, magnesium oxide is preferred. By using magnesium oxide as the above-mentioned Group 2 metal compound, the interaction with ash-free charcoal can be further enhanced, and the production efficiency of porous carbon particles is improved.

上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比の下限としては、1が好ましく、3がより好ましい。一方、上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比の上限としては、10が好ましく、5がより好ましい。上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比が上記下限未満であると、細孔の増加効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比が上記上限を超えると、相対的に無灰炭の量が減少するため、製造効率が低下するおそれがある。   As a minimum of mass ratio of the above-mentioned group 2 metal compound to the above-mentioned ash-free charcoal, 1 is preferred and 3 is more preferred. On the other hand, the upper limit of the mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal is preferably 10, and more preferably 5. If the mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal is less than the lower limit, the pore increasing effect may be insufficient. Conversely, when the mass ratio of the Group 2 metal compound to the ashless coal exceeds the upper limit, the amount of ashless coal is relatively reduced, which may lower the production efficiency.

なお、上記液体分に第2族金属化合物を混合する方法としては、上記溶液に第2族金属化合物を直接溶解させてもよく、第2族金属化合物を溶媒に溶解した液を上記液体分と混合して調製してもよい。   In addition, as a method of mixing the Group 2 metal compound in the liquid, the Group 2 metal compound may be directly dissolved in the solution, and a liquid in which the Group 2 metal compound is dissolved in a solvent is combined with the liquid. You may mix and prepare.

<固形分生成工程>
固形分生成工程S15では、無灰炭及び第2族金属化合物が溶媒中に溶存する上記溶液を噴霧乾燥する。この固形分生成工程S15は、噴霧部により行うことができる。
<Solid content generation process>
In the solid content generation step S15, the above-mentioned solution in which ashless coal and a group 2 metal compound are dissolved in a solvent is spray-dried. The solid content generation step S15 can be performed by the spray unit.

(噴霧部)
上記噴霧部としては、噴霧器を用いることができる。この噴霧器としては、公知のフラッシュ蒸留器やサイクロンを挙げることができる。
(Spray part)
A sprayer can be used as the spray unit. As this sprayer, a well-known flash distiller and a cyclone can be mentioned.

このような噴霧器は、分離部からの供給配管を通じて噴霧部に供給される溶液に噴霧用ガスを噴射する噴霧ノズルを有する。上記噴霧ノズルは、例えば2流体ノズルや4流体ノズルに供給配管を接続した構成とすることができる。   Such a sprayer has a spray nozzle that sprays a spray gas onto the solution supplied to the spray unit through the supply pipe from the separation unit. The spray nozzle can be configured, for example, by connecting a supply pipe to a two-fluid nozzle or a four-fluid nozzle.

上記噴霧器では、加熱された噴霧用ガスを噴霧ノズルにより上記溶液に衝突させることで上記溶液を微細化し分散させる。噴霧用ガスの衝突により霧状となった溶液のうち溶媒は、フラッシュ蒸留器やサイクロンの中で、自己顕熱及び加熱された噴霧用ガスからの熱量付与により蒸発する。当該多孔質炭素粒子の製造方法では、上記溶媒の大気圧における沸点が250℃未満であるので、霧状の溶液の各滴から溶媒が急激に脱離する。霧状となった溶液は、この溶媒の急激な脱離により乾燥し、無灰炭を主成分とする固形分が得られる。無灰炭に起因する炭素を主成分とする炭素層の内部に溶媒が閉じ込められた状態から溶媒が脱離してこの固形分が形成されるためと考えられるが、この固形分は、炭素を主成分とし、中空部を構成する炭素層を備える。また、上記炭素層は、溶媒の脱離により誘起される複数のミクロ孔を有する。   In the sprayer, the heated spray gas is caused to collide with the solution by the spray nozzle to make the solution fine and disperse. Among the solution atomized by the collision of the gas for spraying, the solvent evaporates by self-sensible heat and heat application from the heated gas for spraying in a flash distiller or a cyclone. In the method for producing porous carbon particles, since the boiling point of the solvent at atmospheric pressure is less than 250 ° C., the solvent is rapidly detached from the droplets of the misty solution. The atomized solution is dried by rapid desorption of the solvent to obtain a solid containing ash-free charcoal as a main component. It is thought that this solid content is formed mainly from carbon, although the solvent is desorbed from the state in which the solvent is trapped inside the carbon-based carbon layer derived from ashless coal, and this solid content is formed. As a component, it has a carbon layer that constitutes a hollow portion. In addition, the carbon layer has a plurality of micropores induced by the desorption of the solvent.

上記噴霧ガスとしては、不活性ガス、例えば窒素を用いることが好ましい。不活性ガスは、反応性が低いので生成される固形分の組成に与える影響が少ない。また、溶媒の沸点以下の比較的低い温度においても気体であるため、蒸発した溶媒と噴霧ガスとの分離が容易である。   An inert gas such as nitrogen is preferably used as the spray gas. The inert gas has less influence on the composition of the solid produced because of its low reactivity. In addition, since it is a gas even at a relatively low temperature below the boiling point of the solvent, it is easy to separate the evaporated solvent and the spray gas.

溶液に衝突させる上記噴霧ガスの圧力(噴霧圧力)の下限としては、0.1MPaが好ましく、0.2MPaがより好ましい。一方、上記噴霧圧力の上限としては、1MPaが好ましく、0.5MPaがより好ましい。上記噴霧圧力が上記下限未満であると、噴霧用ガスの衝突による溶液の分散が不足し、得られる多孔質炭素粒子の径が大きくなり易い。このため、多孔質炭素粒子の比表面積が不十分となるおそれがある。逆に、上記噴霧圧力が上記上限を超えると、溶媒が気化し難く、溶媒の脱離が不十分となるため、ミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。   As a minimum of pressure (spray pressure) of the above-mentioned spray gas made to collide with solution, 0.1MPa is preferred and 0.2MPa is more preferred. On the other hand, 1 MPa is preferable as an upper limit of the said spraying pressure, and 0.5 MPa is more preferable. Dispersion | distribution of the solution by collision of gas for sprays runs short that the said spray pressure is less than the said minimum, and the diameter of the porous carbon particle obtained tends to become large. For this reason, the specific surface area of the porous carbon particles may be insufficient. On the other hand, when the spray pressure exceeds the upper limit, the solvent is difficult to vaporize and desorption of the solvent becomes insufficient, so that micropores may not be formed sufficiently.

上記噴霧ガスの温度の下限としては、100℃が好ましく、150℃がより好ましい。一方、上記噴霧ガスの温度の上限としては、450℃が好ましく、400℃がより好ましい。上記噴霧ガスの温度が上記下限未満であると、溶媒の脱離が不十分となるため、ミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。逆に、上記噴霧ガスの温度が上記上限を超えると、加熱のためのエネルギー消費量が不要に増大するおそれがある。   As a minimum of the temperature of the above-mentioned spray gas, 100 ° C is preferred and 150 ° C is more preferred. On the other hand, as a maximum of the temperature of the above-mentioned spray gas, 450 ° C is preferred and 400 ° C is more preferred. If the temperature of the spray gas is less than the lower limit, desorption of the solvent is insufficient, and micropores may not be formed sufficiently. Conversely, when the temperature of the spray gas exceeds the upper limit, the energy consumption for heating may be unnecessarily increased.

分離部からの供給配管を通じて噴霧部に供給する上記溶液の送液速度の下限としては、0.5kg/hが好ましく、0.7kg/hがより好ましい。一方、上記送液速度の上限としては、2kg/hが好ましく、1.5kg/hがより好ましい。上記送液速度が上記下限未満であると、単位時間あたりに得られる多孔質炭素粒子の量が減少するので、製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記送液速度が上記上限を超えると、上記溶液に付与される熱量が不足し、溶媒の脱離が不十分となるため、ミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。   The lower limit of the liquid transfer speed of the solution supplied to the spray part through the supply pipe from the separation part is preferably 0.5 kg / h, more preferably 0.7 kg / h. On the other hand, the upper limit of the liquid transfer rate is preferably 2 kg / h, more preferably 1.5 kg / h. When the liquid transfer rate is less than the above lower limit, the amount of porous carbon particles obtained per unit time is reduced, which may lower the production efficiency. On the other hand, when the liquid transfer speed exceeds the upper limit, the heat quantity applied to the solution is insufficient, and the desorption of the solvent is insufficient, so that micropores may not be formed sufficiently.

分離部からの供給配管を通じて噴霧部に供給する上記溶液の温度の下限としては、60℃が好ましく、70℃がより好ましく、90℃がさらに好ましい。一方、上記溶液の温度の上限としては、160℃が好ましく、150℃がより好ましい。上記溶液の温度が上記下限未満であると、上記溶液に付与される熱量が不足し、溶媒の脱離が不十分となるため、ミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。逆に、上記溶液の温度が上記上限を超えると、加熱のためのエネルギー消費量が不要に増大するおそれがある。   As a minimum of temperature of the above-mentioned solution supplied to a spraying part through supply piping from a separation part, 60 ° C is preferred, 70 ° C is more preferred, and 90 ° C is still more preferred. On the other hand, as an upper limit of the temperature of the above-mentioned solution, 160 ° C is preferred and 150 ° C is more preferred. If the temperature of the solution is less than the lower limit, the amount of heat given to the solution is insufficient, and the desorption of the solvent is insufficient, so that micropores may not be formed sufficiently. Conversely, if the temperature of the solution exceeds the upper limit, the energy consumption for heating may be unnecessarily increased.

上記溶液の温度は、溶媒の沸点より高い。上記溶液の温度と溶媒の沸点との温度差の下限としては、10℃が好ましく、20℃がより好ましい。一方、上記温度差の上限としては、50℃が好ましく、40℃がより好ましい。上記温度差が上記下限未満であると、溶媒の脱離が不十分となるため、ミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。逆に、上記温度差が上記上限を超えると、加熱のためのエネルギー消費量が不要に増大するおそれがある。   The temperature of the solution is above the boiling point of the solvent. As a minimum of a temperature difference of the temperature of the above-mentioned solution, and a boiling point of a solvent, 10 ° C is preferred and 20 ° C is more preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned temperature difference, 50 ° C is preferred and 40 ° C is more preferred. If the temperature difference is less than the above lower limit, the removal of the solvent is insufficient, so that micropores may not be formed sufficiently. Conversely, if the temperature difference exceeds the upper limit, the energy consumption for heating may be unnecessarily increased.

また、噴霧部で得られる固形分は噴霧部内で自然冷却され、40℃以上80℃以下の温度で排出される。   In addition, the solid content obtained by the spray unit is naturally cooled in the spray unit and discharged at a temperature of 40 ° C. or more and 80 ° C. or less.

上記固形分の平均径の下限としては、1μmが好ましく、2μmがより好ましい。一方、上記固形分の平均径の上限としては、20μmが好ましく、10μmがより好ましい。上記固形分の平均径は、主に固形分生成工程S15で噴霧する溶液の滴の大きさにより決まる。この噴霧する溶液の滴の大きさは主に噴霧圧力及び送液速度で決まるから、固形分の平均径が上記範囲内となるように噴霧圧力及び送液速度を調整するとよい。上記固形分の平均径が上記下限未満であると、それは噴霧する溶液の滴の大きさが小さいことを意味し、溶液から脱離する溶媒の量が少ない。このためミクロ孔が十分に形成されないおそれがある。逆に、上記固形分の平均径が上記上限を超えると、体積に対して表面積が小さくなるため、固形分の比表面積が不十分となるおそれがある。   As a minimum of an average diameter of the above-mentioned solid content, 1 micrometer is preferred and 2 micrometers is more preferred. On the other hand, as an upper limit of an average diameter of the above-mentioned solid content, 20 micrometers is preferred and 10 micrometers is more preferred. The average diameter of the solid content is mainly determined by the size of droplets of the solution sprayed in the solid content generation step S15. Since the size of droplets of the solution to be sprayed is mainly determined by the spray pressure and the liquid transfer rate, it is preferable to adjust the spray pressure and the liquid transfer rate so that the average diameter of the solid content is in the above range. When the average diameter of the solid content is less than the lower limit, it means that the size of the droplet of the solution to be sprayed is small, and the amount of the solvent desorbed from the solution is small. Therefore, micropores may not be formed sufficiently. On the other hand, when the average diameter of the solid content exceeds the upper limit, the surface area relative to the volume decreases, and thus the specific surface area of the solid content may be insufficient.

<加熱工程>
加熱工程S2では、上記噴霧乾燥工程S1で得られる固形分を加熱処理する。この加熱工程S2は、加熱部により行うことができる。
<Heating process>
In the heating step S2, the solid content obtained in the spray drying step S1 is heat-treated. The heating step S2 can be performed by the heating unit.

(加熱部)
加熱部は、上記噴霧部で得られた固形分を炭素化する。この炭素化により多孔質炭素粒子が得られる。
(Heating unit)
The heating unit carbonizes the solid content obtained by the spraying unit. This carbonization gives porous carbon particles.

上記加熱部としては、例えば公知の電気炉等を用いることができ、固形分を加熱部へ挿入し、内部を不活性ガスで置換した後、加熱部内へ不活性ガスを吹き込みながら加熱を行うことで固形分の炭素化ができる。上記不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば窒素やアルゴン等を挙げることができる。中でも安価な窒素が好ましい。   For example, a known electric furnace or the like can be used as the heating unit, and solid content is inserted into the heating unit, the inside is replaced with an inert gas, and heating is performed while blowing the inert gas into the heating unit. The carbon content of solids can be The inert gas is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen and argon. Among them, inexpensive nitrogen is preferable.

噴霧部で溶媒の急激な脱離により生じたミクロ孔は、例えば炭素原料として石炭ピッチ等を用いる場合、この加熱部での加熱処理により固形分の炭素以外の成分の揮発や、炭素の結晶化が進むため、ミクロ孔が収縮して塞がれ易く、緻密な(多孔質ではない)炭素粒子となり易い。これに対し、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、炭素原料に無灰炭を用いる。無灰炭は、石炭や石油ピッチに比べ酸素等のヘテロ元素の割合が高いため、加熱処理時に結晶成長し難く、また炭素以外の成分の割合が少ない。従って、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、加熱部で加熱処理を行ってもミクロ孔が維持され易く、製造される炭素粒子の多孔質性を維持し易い。   For example, when using a coal pitch etc. as a carbon raw material, the micropore which arose by the rapid detachment | desorption of a solvent in a spraying part volatilizes components other than carbon of solid content, and crystallization of carbon by heat processing in this heating part. As a result, the micropores tend to shrink and be clogged, resulting in fine (not porous) carbon particles. On the other hand, ash-free charcoal is used as a carbon raw material in the manufacturing method of the said porous carbon particle. As ash-free coal has a high proportion of heteroelements such as oxygen as compared to coal and petroleum pitch, it is difficult to grow crystals during heat treatment and the proportion of components other than carbon is small. Therefore, in the method for producing porous carbon particles, micropores are easily maintained even if heat treatment is performed in the heating unit, and the porosity of carbon particles to be produced is easily maintained.

また、噴霧乾燥工程S1で固形分中に分散した第2族金属化合物の表面あるいは結晶粒界において無灰炭による多孔質炭素粒子が生成され、上記溶媒に起因する細孔とは異なる細孔が生成される。   In addition, porous carbon particles of ashless coal are generated on the surface or grain boundaries of the Group 2 metal compound dispersed in the solid content in the spray drying step S1, and there are pores different from the pores derived from the solvent. It is generated.

上記加熱温度の下限としては、500℃が好ましく、700℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、3000℃が好ましく、2800℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、炭素化が不十分となるおそれがある。逆に、加熱温度が上記上限を超えると、設備の耐熱性向上や燃料消費量の観点から製造コストが上昇するおそれがある。なお、昇温速度としては、例えば0.01℃/min以上10℃/min以下とすることができる。   As a minimum of the above-mentioned heating temperature, 500 ° C is preferred and 700 ° C is more preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned heating temperature, 3000 ° C is preferred and 2800 ° C is more preferred. If the heating temperature is below the lower limit, carbonization may be insufficient. On the other hand, if the heating temperature exceeds the above upper limit, the manufacturing cost may increase from the viewpoint of improving the heat resistance of the equipment and the fuel consumption. In addition, as a temperature rising rate, it can be set, for example as 0.01 degrees C / min or more and 10 degrees C / min or less.

また、加熱時間の下限としては、10分が好ましく、20分がより好ましい。一方、加熱時間の上限としては、10時間が好ましく、8時間がより好ましい。加熱温度が上記下限未満であると、炭素化が不十分となるおそれがある。逆に、加熱時間が上記上限を超えると、多孔質炭素繊維の製造効率が低下するおそれがある。   Moreover, as a minimum of heating time, 10 minutes are preferable and 20 minutes are more preferable. On the other hand, as an upper limit of heating time, 10 hours are preferable and 8 hours are more preferable. If the heating temperature is less than the above lower limit, carbonization may be insufficient. Conversely, if the heating time exceeds the above upper limit, the production efficiency of the porous carbon fiber may be reduced.

なお、炭化を行う前に不融化を行ってもよい。この不融化処理により固形分が互いに融着することを防止できる。不融化は、例えば公知の加熱炉を用いて酸素を含む雰囲気中で加熱することにより行う。酸素を含む雰囲気としては、一般に空気が用いられる。   In addition, infusibilization may be performed before carbonization. This infusibilization treatment can prevent the solid components from fusing together. Infusibilization is performed, for example, by heating in an atmosphere containing oxygen using a known heating furnace. As the atmosphere containing oxygen, air is generally used.

不融化を行う場合の不融化処理温度の下限としては、150℃が好ましく、180℃がより好ましい。一方、上記不融化処理温度の上限としては、300℃が好ましく、280℃がより好ましい。上記不融化処理温度が上記下限未満であると、不融化が不十分となるおそれや、不融化処理時間が長くなり、製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記不融化処理温度が上記上限を超えると、不融化される前に固形分が溶融するおそれがある。   As a minimum of infusibilization processing temperature in the case of performing infusibilization, 150 ° C is preferred and 180 ° C is more preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned infusibilization treatment temperature, 300 ° C is preferred and 280 ° C is more preferred. If the infusibilization treatment temperature is less than the lower limit, the infusibilization may be insufficient, or the infusibilization treatment time may be prolonged, and the production efficiency may be lowered. Conversely, if the infusibilization treatment temperature exceeds the above upper limit, the solid content may be melted before being infusibilized.

また、不融化処理時間の下限としては、10分が好ましく、20分がより好ましい。一方、上記不融化処理時間の上限としては、120分が好ましく、90分がより好ましい。上記不融化処理時間が上記下限未満であると、不融化が不十分となるおそれがある。逆に、上記不融化処理時間が上記上限を超えると、多孔質炭素粒子の製造効率が低下するおそれがある。   Moreover, as a minimum of infusibilization processing time, 10 minutes are preferable and 20 minutes are more preferable. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned infusibilization treatment time, 120 minutes are preferred and 90 minutes are more preferred. If the infusibilization treatment time is less than the lower limit, infusibilization may be insufficient. On the contrary, when the above-mentioned infusibilization treatment time exceeds the above-mentioned upper limit, there is a possibility that production efficiency of porous carbon particles may fall.

<酸洗浄工程>
酸洗浄工程S3では、上記加熱工程S2後の固形分を酸洗浄することで、多孔質炭素粒子を得る。具体的には、上記加熱工程S2後の固形分を酸性溶液に漬けることで、不要となった第2族金属化合物を除去する。
<Acid washing process>
In the acid washing step S3, porous carbon particles are obtained by acid washing the solid content after the heating step S2. Specifically, the solid content after the heating step S2 is dipped in an acidic solution to remove the unnecessary Group 2 metal compound.

上記酸性溶液としては、硫酸、塩酸等を用いることができる。上記酸性溶液の濃度としては、1M以上3M以下とできる。上記酸性溶液の濃度が上記下限未満であると、第2族金属化合物が十分に除去できないおそれがある。逆に、上記酸性溶液の濃度が上記上限を超えると、使用した酸の後処理のコストが増大するおそれがある。   As the above acidic solution, sulfuric acid, hydrochloric acid or the like can be used. The concentration of the acidic solution can be 1 M or more and 3 M or less. If the concentration of the acidic solution is less than the above lower limit, the Group 2 metal compound may not be sufficiently removed. Conversely, if the concentration of the acidic solution exceeds the upper limit, the cost of post-treatment of the acid used may increase.

また、酸性溶液へ浸漬後に水洗及び乾燥を行うことで、多孔質炭素粒子に付着している酸を除去する。上記乾燥は、例えば40℃以上60℃以下で、10時間以上30時間以下の気流乾燥とすることができる。   Moreover, the acid adhering to porous carbon particles is removed by performing water washing and drying after being immersed in an acidic solution. The drying can be, for example, flash drying at 40 ° C. or more and 60 ° C. or less and 10 hours or more and 30 hours or less.

当該多孔質炭素粒子の製造方法における炭素収率の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%がより好ましい。上記炭素収率が上記下限未満であると、製造コストの低減効果が不十分となるおそれや、炭素以外の揮発成分によりミクロ孔が塞がれ、製造される多孔質炭素粒子の比表面積が低下するおそれがある。当該多孔質炭素粒子の製造方法では、無灰炭を用いるので、この炭素収率が高い。また、炭素収率は例えば溶液中の無灰炭の含有量により調整できる。一方、炭素収率の上限は、特に限定されず、100質量%であってもよいが、無灰炭を用いる場合、通常75質量%程度である。なお、「炭素収率」とは、加熱工程S2前の原材料中の有機物質の質量に対する加熱処理により得られる炭素物質の質量比を表し、当該多孔質炭素粒子の製造方法においては、噴霧乾燥工程S1で得られる固形分の質量に対する多孔質炭素粒子の質量比を表す。   As a minimum of carbon yield in a manufacturing method of the porous carbon particles concerned, 30 mass% is preferred, and 50 mass% is more preferred. If the carbon yield is less than the above lower limit, the effect of reducing the production cost may be insufficient, or the micropores may be blocked by volatile components other than carbon, and the specific surface area of the produced porous carbon particles may be reduced. There is a risk of In the method of producing porous carbon particles, since ashless coal is used, this carbon yield is high. Also, the carbon yield can be adjusted, for example, by the content of ashless coal in the solution. On the other hand, the upper limit of the carbon yield is not particularly limited, and may be 100% by mass, but when using ashless coal, it is usually about 75% by mass. In addition, a "carbon yield" represents the mass ratio of the carbon substance obtained by heat processing with respect to the mass of the organic substance in the raw material before heating process S2, and, in the manufacturing method of the said porous carbon particle, a spray-drying process It represents the mass ratio of porous carbon particles to the mass of the solid content obtained in S1.

当該多孔質炭素粒子の比表面積の下限としては、600m/gが好ましく、700m/gがより好ましく、750m/gがさらに好ましい。上記比表面積が上記下限未満であると、多孔質材料として用いることが困難となるおそれがある。一方、上記比表面積の上限としては、特に限定されないが、通常3000m/g程度である。なお、当該多孔質炭素粒子の比表面積は例えば溶液中の無灰炭の含有量、溶剤の種類、噴霧条件等により調整できる。 The The porous specific surface lower limit of the carbon particles is preferably from 600 meters 2 / g, more preferably from 700 meters 2 / g, more preferably 750m 2 / g. There exists a possibility that it may become difficult to use as a porous material as the said specific surface area is less than the said minimum. On the other hand, the upper limit of the specific surface area is not particularly limited, but is usually about 3000 m 2 / g. In addition, the specific surface area of the said porous carbon particle can be adjusted with the content of ash-free charcoal in a solution, the kind of solvent, spraying conditions etc., for example.

当該多孔質炭素粒子の全細孔容積の下限としては、0.3ml/gが好ましく、0.4ml/gがより好ましい。一方、当該多孔質炭素粒子の全細孔容積の上限としては、1ml/gが好ましく、0.95ml/gがより好ましい。当該多孔質炭素粒子の全細孔容積が上記下限未満であると、多孔質材料として用いることが困難となるおそれがある。逆に、当該多孔質炭素粒子の全細孔容積が上記上限を超えると、嵩密度が低下し多孔質となり過ぎるため、強度が不足するおそれがある。   The lower limit of the total pore volume of the porous carbon particles is preferably 0.3 ml / g, more preferably 0.4 ml / g. On the other hand, the upper limit of the total pore volume of the porous carbon particles is preferably 1 ml / g, and more preferably 0.95 ml / g. If the total pore volume of the porous carbon particles is less than the above lower limit, it may be difficult to use as a porous material. On the other hand, when the total pore volume of the porous carbon particles exceeds the above upper limit, the bulk density is lowered to be too porous, and the strength may be insufficient.

<利点>
当該多孔質炭素粒子の製造方法では、噴霧乾燥工程において、無灰炭が溶存した状態から溶媒が急激に脱離することで、得られる固形分に多数のミクロ孔が誘起される。つまり、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、炭素材料を侵食することなく多孔質化できるので、炭素収率を高められる。また、無灰炭はポリビニルアルコール等の樹脂材料に比べ炭素収率が高いので、得られる多孔質炭素粒子の細孔容積に対して比表面積が大きい。さらに、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、第2族金属化合物を溶媒中に溶存させるので、この第2族金属化合物の表面あるいは結晶粒界において無灰炭による多孔質炭素粒子が生成され、上記溶媒に起因する細孔と第2族金属化合物に起因する細孔との異なる細孔により細孔構造が発達し易い。また、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、酸素原子又は窒素原子を含み、かつ大気圧における沸点が上記範囲内である有機化合物を主成分とする溶媒を用いる。このような溶媒には無灰炭を高濃度に溶解することができるので、上記無灰炭と第2族金属化合物との相互作用が高まり、製造効率を高められる。従って、当該多孔質炭素粒子の製造方法を用いることで、比較的製造コストに優れ、かつ比表面積の大きい多孔質炭素粒子が製造できる。
<Advantage>
In the method for producing porous carbon particles, in the spray drying step, the solvent is rapidly detached from the state in which the ash-free coal is dissolved, whereby a large number of micropores are induced in the obtained solid content. That is, in the method for producing porous carbon particles, the carbon material can be made porous without being corroded, so that the carbon yield can be enhanced. In addition, ash-free charcoal has a high carbon yield compared to polyvinyl alcohol and other resin materials, so the specific surface area is large relative to the pore volume of the porous carbon particles obtained. Furthermore, in the method for producing porous carbon particles, since the Group 2 metal compound is dissolved in the solvent, porous carbon particles are formed by ashless coal on the surface or grain boundaries of the Group 2 metal compound, The pore structure is likely to be developed by the different pores of the above-mentioned solvent and the pores of the group 2 metal compound. Moreover, in the manufacturing method of the said porous carbon particle, the solvent which has an oxygen atom or a nitrogen atom, and uses as a main component the organic compound whose boiling point in atmospheric pressure is in the said range is used. Since ashless coal can be dissolved in such a solvent at a high concentration, the interaction between the ashless coal and the Group 2 metal compound is enhanced, and the production efficiency can be enhanced. Therefore, by using the method for producing porous carbon particles, it is possible to produce porous carbon particles relatively excellent in production cost and having a large specific surface area.

また、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、溶出工程S12での石炭の溶媒抽出処理により無灰炭が溶媒に溶出できる。従って、この無灰炭が溶媒中に溶存する液体分に第2族金属化合物を混合した溶液を用いることで、多孔質炭素粒子の製造コストをさらに低減することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the said porous carbon particle, ashless coal can be eluted to a solvent by the solvent extraction process of coal in elution process S12. Therefore, the manufacturing cost of porous carbon particles can be further reduced by using a solution in which a group 2 metal compound is mixed with a liquid component in which the ash-free charcoal is dissolved in a solvent.

[第二実施形態]
以下、本発明に係る多孔質炭素粒子の製造方法の第二実施形態について説明する。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the method for producing porous carbon particles according to the present invention will be described.

当該多孔質炭素粒子の製造方法は、図3に示すように、溶解工程S4と、噴霧乾燥工程S5と、加熱工程S6と、酸洗浄工程S7とを主に備える。   The method for producing the porous carbon particles mainly includes a dissolving step S4, a spray drying step S5, a heating step S6, and an acid washing step S7, as shown in FIG.

<溶解工程>
溶解工程S4では、無灰炭と第2族金属化合物とを溶媒に溶解する。この溶解により無灰炭及び第2族金属化合物が溶存する溶液が得られる。
<Dissolution process>
In the dissolving step S4, ashless coal and the Group 2 metal compound are dissolved in a solvent. As a result of this dissolution, a solution in which ashless coal and a Group 2 metal compound are dissolved is obtained.

この溶解には、調製槽を用いることができる。上記調整槽としては、例えば第一実施形態の混合部と同様に構成された調整槽が挙げられる。   A preparation tank can be used for this dissolution. As said adjustment tank, the adjustment tank comprised similarly to the mixing part of 1st embodiment, for example is mentioned.

上記溶媒は、酸素原子又は窒素原子を含む有機化合物を主成分とするものであり、第一実施形態の溶媒と同様のものが挙げられる。また、上記溶媒は、大気圧における沸点が50℃以上250℃未満である。   The said solvent has an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom as a main component, and the thing similar to the solvent of 1st embodiment is mentioned. The solvent has a boiling point of 50 ° C. or more and less than 250 ° C. at atmospheric pressure.

上記第2族金属化合物としては、第一実施形態と同様のものが挙げられる。   As said group 2 metal compound, the thing similar to 1st embodiment is mentioned.

また、上記無灰炭は、例えば混合工程と、溶出工程と、固液分離工程と、蒸発工程とを備える無灰炭の製造方法により得ることができる。   Moreover, the said ash-free charcoal can be obtained, for example by the manufacturing method of ash-free charcoal provided with a mixing process, an elution process, a solid-liquid separation process, and an evaporation process.

(混合工程)
上記無灰炭の製造方法における混合工程は、第一実施形態の第1混合工程S11と同様に行える。
(Mixing process)
The mixing step in the method of producing ashless coal can be performed in the same manner as the first mixing step S11 of the first embodiment.

なお、混合工程で混合する溶媒は、酸素原子又は窒素原子を含む有機化合物を主成分とするものには限定されず、石炭を溶解するものであればよい。このような溶媒としては、例えば石炭由来の二環芳香族化合物であるメチルナフタレン油、ナフタレン油等を挙げることができる。   In addition, the solvent mixed at a mixing process is not limited to what has an organic compound containing an oxygen atom or a nitrogen atom as a main component, What is necessary is just to melt | dissolve coal. Examples of such a solvent include methyl naphthalene oil, naphthalene oil and the like, which are bicyclic aromatic compounds derived from coal.

(溶出工程)
上記無灰炭の製造方法における溶出工程は、第一実施形態の溶出工程S12と同様に行える。
(Elution step)
The elution step in the method for producing ashless coal can be performed in the same manner as the elution step S12 of the first embodiment.

上記溶出工程での昇温部による昇温後のスラリーの温度の下限としては、300℃が好ましく、360℃がより好ましい。一方、上記スラリーの温度の上限としては、420℃が好ましく、400℃がより好ましい。上記スラリーの温度が上記下限未満であると、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶出率が低下するおそれがある。逆に、上記スラリーの温度が上記上限を超えると、スラリーの温度を維持するための熱量が不必要に大きくなるため、多孔質炭素粒子の製造コストが増大するおそれがある。   As a minimum of the temperature of the slurry after temperature rising by the temperature rising part in the above-mentioned elution process, 300 ° C is preferred and 360 ° C is more preferred. On the other hand, as a maximum of the temperature of the above-mentioned slurry, 420 ° C is preferred and 400 ° C is more preferred. If the temperature of the above-mentioned slurry is less than the above-mentioned lower limit, the bond between molecules which constitute coal can not be weakened sufficiently, and there is a possibility that the elution rate may be lowered. Conversely, if the temperature of the above-mentioned slurry exceeds the above-mentioned upper limit, the amount of heat for maintaining the temperature of the slurry becomes unnecessarily large, which may increase the production cost of the porous carbon particles.

また、上記昇温部の内部圧力の下限としては、1.1MPaが好ましく、1.5MPaがより好ましい。一方、上記昇温部の内部圧力の上限としては、5MPaが好ましく、4MPaがより好ましい。上記昇温部の内部圧力が上記下限未満であると、溶剤が蒸発することで減少し、石炭の溶解が不十分となるおそれがある。逆に、上記昇温部の内部圧力が上記上限を超えると、圧力を維持するためのコスト上昇に対して得られる石炭溶解の向上効果が不十分となるおそれがある。   Moreover, as a lower limit of the internal pressure of the said temperature rising part, 1.1 MPa is preferable and 1.5 MPa is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the internal pressure of the said temperature rising part, 5 MPa is preferable and 4 MPa is more preferable. If the internal pressure of the temperature raising portion is less than the lower limit, the solvent may be evaporated to reduce the dissolution of coal. On the contrary, when the internal pressure of the temperature rising portion exceeds the upper limit, there is a possibility that the improvement effect of coal dissolution obtained to the cost increase for maintaining the pressure becomes insufficient.

(固液分離工程)
上記無灰炭の製造方法における固液分離工程は、第一実施形態の固液分離工程S13と同様に行える。
(Solid-liquid separation process)
The solid-liquid separation step in the method of producing ash-free coal can be performed in the same manner as the solid-liquid separation step S13 of the first embodiment.

上記分離工程での分離部内は、加熱及び加圧することが好ましい。上記分離部内の加熱温度の下限としては、300℃が好ましく、350℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、420℃が好ましく、400℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満であると、溶媒可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、加熱のための運転コストが高くなるおそれがある。   The inside of the separation unit in the separation step is preferably heated and pressurized. As a minimum of heating temperature in the above-mentioned separation part, 300 ° C is preferred and 350 ° C is more preferred. On the other hand, as a maximum of the above-mentioned heating temperature, 420 ° C is preferred and 400 ° C is more preferred. When the heating temperature is less than the lower limit, the solvent-soluble component may be reprecipitated, and the separation efficiency may be reduced. Conversely, if the heating temperature exceeds the upper limit, the operating cost for heating may be high.

また、分離部内の圧力の下限としては、1MPaが好ましく、1.4MPaがより好ましい。一方、上記圧力の上限としては、3MPaが好ましく、2MPaがより好ましい。上記圧力が上記下限未満であると、溶媒可溶成分が再析出し、分離効率が低下するおそれがある。逆に、上記圧力が上記上限を超えると、加圧のための運転コストが高くなるおそれがある。   Moreover, as a lower limit of the pressure in a isolation | separation part, 1 MPa is preferable and 1.4 MPa is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned pressure, 3MPa is preferred and 2MPa is more preferred. When the pressure is less than the above lower limit, the solvent-soluble component may be reprecipitated to lower the separation efficiency. Conversely, if the pressure exceeds the upper limit, the operating cost for pressurization may be increased.

(蒸発工程)
蒸発工程では、上記分離工程で分離した液体分から溶媒を蒸発させる。この溶媒の蒸発分離により無灰炭(HPC)が得られる。
(Evaporation process)
In the evaporation step, the solvent is evaporated from the liquid separated in the separation step. Evaporative separation of this solvent gives ashless coal (HPC).

上記溶媒を蒸発分離する方法としては、一般的な蒸留法や蒸発法(スプレードライ法等)を含む分離方法を用いることができる。上記液体分からの溶媒の分離により、上記液体分から実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。   As a method of evaporating and separating the above-mentioned solvent, a separation method including a general distillation method or evaporation method (spray dry method etc.) can be used. By separating the solvent from the liquid, it is possible to obtain ashless coal substantially free of ash from the liquid.

上記溶解により無灰炭及び第2族金属化合物が溶存する溶液の無灰炭の含有量及び高分子化合物の含有量は第一実施形態と同様とできる。   The content of ash-free charcoal and the content of polymer compound of the solution in which the ash-free charcoal and the Group 2 metal compound are dissolved by the above-mentioned dissolution can be the same as in the first embodiment.

<噴霧乾燥工程>
噴霧乾燥工程S5では、上記溶液を噴霧乾燥する。この噴霧乾燥工程S5は、第一実施形態の固形分生成工程S15と同様の装置を用いて同様に行うことができる。
<Spray drying process>
In the spray drying step S5, the solution is spray dried. The spray drying step S5 can be performed in the same manner using an apparatus similar to the solid content generation step S15 of the first embodiment.

<加熱工程>
加熱工程S6では、上記噴霧乾燥工程S5で得られる固形分を加熱処理する。この加熱工程S6は、第一実施形態の加熱工程S2と同様の装置を用い同様に行うことができる。
<Heating process>
In the heating step S6, the solid content obtained in the spray drying step S5 is heat-treated. This heating process S6 can be performed similarly using the same apparatus as the heating process S2 of the first embodiment.

<酸洗浄工程>
酸洗浄工程S7では、上記加熱工程S6後の固形分を酸洗浄することで、多孔質炭素粒子を得る。この酸洗浄工程S7は、第一実施形態の酸洗浄工程S3と同様に行うことができる。
<Acid washing process>
In the acid washing step S7, the solid content after the heating step S6 is acid washed to obtain porous carbon particles. This acid cleaning step S7 can be performed in the same manner as the acid cleaning step S3 of the first embodiment.

<利点>
当該多孔質炭素粒子の製造方法では、無灰炭及び第2族金属化合物を直接溶媒に溶解することで、無灰炭及び第2族金属化合物が溶媒中に溶存する溶液を得る。このため、無灰炭を抽出する際に使用する溶媒と、多孔質炭素粒子を得るための溶液に使用する溶媒との種類を変えることができる。従って、無灰炭の抽出と多孔質炭素粒子の製造とをそれぞれ最適化できるので、多孔質炭素粒子の収率を高めることができる。
<Advantage>
In the method for producing porous carbon particles, the ashless coal and the Group 2 metal compound are directly dissolved in the solvent to obtain a solution in which the ashless coal and the Group 2 metal compound are dissolved in the solvent. For this reason, the kind of solvent used when extracting ash-free charcoal and the solvent used for the solution for obtaining porous carbon particles can be changed. Therefore, since the extraction of ashless coal and the production of porous carbon particles can be optimized, the yield of porous carbon particles can be increased.

[第三実施形態]
以下、本発明に係る多孔質炭素粒子の製造方法の第三実施形態について説明する。当該多孔質炭素粒子の製造方法は、第一実施形態又は第二実施形態の多孔質炭素粒子の製造方法と同様のフローで行うことができるが、第2混合工程S14又は溶解工程S4において溶液に高分子化合物をさらに含有させる点が異なる。
Third Embodiment
Hereinafter, a third embodiment of the method for producing porous carbon particles according to the present invention will be described. Although the manufacturing method of the said porous carbon particles can be performed by the flow similar to the manufacturing method of the porous carbon particles of 1st embodiment or 2nd embodiment, it is a solution in 2nd mixing process S14 or melt process S4. It differs in that the polymer compound is further contained.

上記高分子化合物としては、無灰炭と共に溶解可能な溶媒が存在するものであれば特に限定されないが、有機高分子化合物が好ましく、中でも無灰炭よりも炭素収率が低い有機高分子化合物が好ましい。無灰炭の炭素収率は通常30質量%以上70質量%以下であるので、上記高分子化合物の炭素収率の上限としては、25質量%が好ましく、15質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。このように炭素収率の低い高分子化合物を用いることで後述する加熱工程S2でのメゾ孔の増加効果が促進され易い。一方、上記高分子化合物の炭素収率の下限としては、特に限定されず0質量%であってもよい。このような高分子化合物としては、ポリメタクリル酸メチル(炭素収率4質量%)、ポリビニルピロリドン(炭素収率0質量%)、ポリスチレン(炭素収率10質量%)等を挙げることができる。   The above-mentioned polymer compound is not particularly limited as long as it has a solvent which can be dissolved together with ash-free carbon, but organic polymer compounds are preferable, among which organic polymer compounds having a lower carbon yield than ash-free charcoal preferable. Since the carbon yield of ash-free charcoal is usually 30% by mass to 70% by mass, the upper limit of the carbon yield of the above-mentioned polymer compound is preferably 25% by mass, more preferably 15% by mass, 5% by mass Is more preferred. Thus, the increase effect of the mesopores in the heating step S2 to be described later is easily promoted by using the polymer compound having a low carbon yield. On the other hand, the lower limit of the carbon yield of the above-mentioned polymer compound is not particularly limited and may be 0% by mass. Examples of such a polymer compound include poly (methyl methacrylate) (carbon yield: 4% by mass), polyvinylpyrrolidone (carbon yield: 0% by mass), polystyrene (carbon yield: 10% by mass) and the like.

上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比の下限としては、0.01が好ましく、0.015がより好ましい。一方、上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比の上限としては、0.1が好ましく、0.05がより好ましい。上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比が上記下限未満であると、細孔の増加効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比が上記上限を超えると、無灰炭との層分離が発生し易くなるため、細孔の増加効果が不十分となるおそれがある。   As a lower limit of the mass ratio of the above-mentioned high molecular compound to the above-mentioned ash-free charcoal, 0.01 is preferred and 0.015 is more preferred. On the other hand, the upper limit of the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal is preferably 0.1, and more preferably 0.05. If the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal is less than the lower limit, the pore increasing effect may be insufficient. Conversely, if the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal exceeds the upper limit, layer separation from the ashless coal is likely to occur, and the pore increase effect may be insufficient.

なお、高分子化合物を混合する方法としては、上記溶液に高分子化合物を直接溶解させてもよく、高分子化合物を溶媒に溶解した液を上記溶液と混合して調製してもよい。   In addition, as a method of mixing the polymer compound, the polymer compound may be directly dissolved in the above solution, or a solution in which the polymer compound is dissolved in a solvent may be mixed with the above solution to prepare.

<利点>
当該多孔質炭素粒子の製造方法では、加熱工程で炭素化する際に高分子化合物の分解及び散逸により主に固形分中のメゾ孔が増加する。このため、当該多孔質炭素粒子の製造方法では、多孔質炭素粒子の比表面積をさらに大きくすることができる。
<Advantage>
In the method for producing porous carbon particles, when carbonizing in the heating step, mesopores in the solid content are mainly increased due to decomposition and dissipation of the polymer compound. For this reason, in the method of producing porous carbon particles, the specific surface area of the porous carbon particles can be further increased.

[その他の実施形態]
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the above embodiment.

上記第一実施形態では、第1混合工程の混合部が調製槽を有する構成について説明したが、この構成に限らず、溶媒と石炭との混合ができれば、調製槽を省略してもよい。例えばラインミキサーにより上記混合が完了するような場合には、調製槽を省略して供給管と分離部との間にラインミキサーを備える構成としてもよい。このように各工程で用いられる装置構成は、上記実施形態に限定されない。   Although the said 1st embodiment demonstrated the structure which the mixing part of a 1st mixing process has a preparation tank, if a solvent and coal can be mixed not only in this structure, a preparation tank may be abbreviate | omitted. For example, when the above mixing is completed by a line mixer, the preparation tank may be omitted and a line mixer may be provided between the supply pipe and the separation unit. Thus, the device configuration used in each process is not limited to the above embodiment.

上記第二実施形態では、無灰炭を溶媒抽出により製造する方法を説明したが、無灰炭の製造方法はこれに限定されず、例えば石炭と水素供与性溶剤との混合加熱により製造された無灰炭を用いることもできる。   In the second embodiment, the method of producing ash-free charcoal by solvent extraction has been described, but the method of producing ash-free charcoal is not limited thereto, and for example, it is produced by mixing heating of coal and a hydrogen donating solvent Ash-free coal can also be used.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
瀝青炭の溶媒抽出により製造された無灰炭を炭素原料として準備した。この無灰炭の元素分析値を表1に示す。
Example 1
Ashless coal manufactured by solvent extraction of bituminous coal was prepared as a carbon raw material. Elemental analysis values of this ashless coal are shown in Table 1.

Figure 2018177564
Figure 2018177564

なお、表1において、酸素量は、炭素、水素、窒素及び硫黄以外の成分量を意味し、100質量%から炭素、水素、窒素及び硫黄の成分量を引いたものである。   In addition, in Table 1, the amount of oxygen means the amount of components other than carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur, and subtracts the amount of components of carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur from 100 mass%.

第2族金属化合物としては、酸化マグネシウム(MgO)を準備した。   Magnesium oxide (MgO) was prepared as a group 2 metal compound.

溶媒として大気圧における沸点が115℃であるピリジンを準備した。ピリジンは、窒素を含有する有機化合物(芳香族化合物)である。   As a solvent, pyridine having a boiling point of 115 ° C. at atmospheric pressure was prepared. Pyridine is a nitrogen-containing organic compound (aromatic compound).

この溶媒に無灰炭及び第2族金属化合物を溶解し、無灰炭の含有量が10質量%、無灰炭に対する第2族金属化合物の質量比が4となるように調製した。   The ashless coal and the Group 2 metal compound were dissolved in this solvent so that the content of the ashless coal was 10% by mass, and the mass ratio of the Group 2 metal compound to the ashless coal was 4.

この溶液を、2流体ノズルを用いて噴霧圧力0.3MPa、溶液の送液速度1kg/hの条件でサイクロン中に噴霧し、固形分を得た。なお、上記サイクロンの入口温度は140℃、出口温度は70℃とした。   This solution was sprayed into a cyclone using a two-fluid nozzle under the conditions of a spray pressure of 0.3 MPa and a solution feed rate of 1 kg / h to obtain solid content. The inlet temperature of the cyclone was 140 ° C., and the outlet temperature was 70 ° C.

さらに、上記固形分を窒素気流中において5℃/分の昇温速度で900℃まで昇温し、30分間の加熱処理(炭素化)を行った。   Furthermore, the solid content was heated to 900 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min in a nitrogen stream, and heat treatment (carbonization) was performed for 30 minutes.

炭素化した固形分は、2Mの硫酸水溶液で酸洗浄し、第2族金属化合物を除去後、50℃で24時間気流乾燥し、実施例1の多孔質炭素粒子を製造した。   The carbonized solid was acid-washed with a 2 M aqueous sulfuric acid solution, and after removing the group 2 metal compound, it was air-dried at 50 ° C. for 24 hours to produce porous carbon particles of Example 1.

[実施例2]
高分子化合物としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA、炭素収率4質量%)を準備し、この高分子化合物を乾燥噴霧に用いる溶液にさらに溶解した。なお、溶液は無灰炭に対する高分子化合物の質量比が0.02となるように調製した。上記溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の多孔質炭素粒子を製造した。
Example 2
As a high molecular compound, polymethyl methacrylate (PMMA, carbon yield 4% by mass) was prepared, and this high molecular compound was further dissolved in a solution used for dry spraying. The solution was prepared such that the mass ratio of the polymer compound to ashless coal was 0.02. Porous carbon particles of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the above solution was used.

[実施例3]
溶媒を大気圧における沸点が66℃であるテトラヒドロフラン(THF)とし、サイクロンの入口温度を100℃、出口温度を50℃とした以外は、実施例2と同様にして実施例3の多孔質炭素粒子を製造した。なお、THFは、酸素を含有する有機化合物(極性有機化合物)である。
[Example 3]
The porous carbon particles of Example 3 were the same as Example 2 except that the solvent was tetrahydrofuran (THF) having a boiling point of 66 ° C. at atmospheric pressure, the inlet temperature of the cyclone was 100 ° C., and the outlet temperature was 50 ° C. Manufactured. THF is an oxygen-containing organic compound (polar organic compound).

[実施例4〜7]
高分子化合物として実施例4、5ではPMMA、実施例6ではポリビニルピロリドン(PVP、炭素収率0質量%)、実施例7ではポリスチレン(PSt、炭素収率10質量%)を用い、高分子化合物の含有量を表2となるように溶液を調製した。上記溶液を用いた以外は実施例2と同様にして実施例4〜7の多孔質炭素粒子を製造した。
[Examples 4 to 7]
Polymer compounds using PMMA in Examples 4 and 5, polyvinyl pyrrolidone (PVP, carbon yield 0 mass%) in Example 6, and polystyrene (PSt, carbon mass 10 mass%) in Example 7 as polymer compounds The solution was prepared so that the content of. Porous carbon particles of Examples 4 to 7 were produced in the same manner as in Example 2 except that the above solution was used.

[比較例1]
実施例1と同様の溶液を用い、窒素気流中で100℃で1時間の減圧蒸留により固形分を得た以外は実施例1と同様にして比較例1の多孔質炭素粒子を製造した。
Comparative Example 1
Porous carbon particles of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1 except that the same solution as in Example 1 was used and solid content was obtained by vacuum distillation at 100 ° C. for 1 hour in a nitrogen stream.

[比較例2]
噴霧乾燥に用いる溶液に第2族金属化合物を溶解しなかった以外は、実施例1と同様にして比較例2の多孔質炭素粒子を製造した。
Comparative Example 2
Porous carbon particles of Comparative Example 2 were produced in the same manner as Example 1, except that the Group 2 metal compound was not dissolved in the solution used for spray drying.

[評価方法]
上記実施例1〜7及び比較例1、2について、得られた多孔質炭素粒子の比表面積及び全細孔容積を測定した。なお、比表面積の測定にはBET法を用い、全細孔容積の測定にはBJH法を用いた。結果を表2に示す。
[Evaluation method]
The specific surface area and total pore volume of the obtained porous carbon particles were measured for the above Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2. The BET method was used to measure the specific surface area, and the BJH method was used to measure the total pore volume. The results are shown in Table 2.

Figure 2018177564
Figure 2018177564

表2中でMgO又は高分子化合物の欄の「―」は、溶液にMgO又は高分子化合物を溶存させなかったことを意味する。また、全細孔容積の欄の「―」は、未測定であることを意味する。   In Table 2, "-" in the column of MgO or the polymer compound means that MgO or the polymer compound was not dissolved in the solution. Also, "-" in the column of total pore volume means that it has not been measured.

表2の結果から、溶液に第2族金属化合物である酸化マグネシウムを含み、噴霧乾燥により固形分を生成した実施例1は、常圧蒸留を用いた比較例1や溶液に第2族金属化合物を含まない比較例2に比べ、比表面積が大きいことが分かる。つまり、無灰炭及び第2族金属化合物が溶媒中に溶存する溶液を噴霧乾燥することで比表面積を大きくすることができると考えられる。   From the results in Table 2, Example 1 in which the solution contains magnesium oxide which is a Group 2 metal compound and produces a solid content by spray drying is Comparative Example 1 using atmospheric distillation or a Group 2 metal compound in a solution It can be seen that the specific surface area is larger than that of Comparative Example 2 not including. That is, it is thought that the specific surface area can be increased by spray drying a solution in which ashless coal and a Group 2 metal compound are dissolved in a solvent.

また、実施例1の噴霧乾燥する溶液に高分子化合物を加えた実施例2、実施例6及び実施例7の多孔質炭素粒子は、高分子化合物の種類によらず比表面積が実施例1のものよりも大きい。また、実施例4の多孔質炭素粒子は、高分子化合物を加えることで全細孔容積が増加している。つまり、噴霧乾燥する溶液に高分子化合物を加えることで比表面積又は全細孔容積を大きくすることができることが分かる。   The porous carbon particles of Examples 2, 6 and 7 in which the polymer compound was added to the solution to be spray-dried of Example 1 had a specific surface area of Example 1 regardless of the type of the polymer compound. Larger than the ones. Moreover, the porous carbon particle of Example 4 is increasing the total pore volume by adding a polymer compound. That is, it is understood that the specific surface area or the total pore volume can be increased by adding the polymer compound to the solution to be spray-dried.

さらに、無灰炭に対する高分子化合物の質量比が異なる実施例2、4、5を比較すると実施例2の多孔質炭素粒子の比表面積が大きい。このことから、無灰炭に対する高分子化合物の質量比を0.015以上0.05以下とすることで、比表面積を大きくすることができることが分かる。   Furthermore, the specific surface area of the porous carbon particle of Example 2 is large when Example 2, 4 and 5 from which the mass ratio of the high molecular compound with respect to ashless coal differs is compared. From this, it is understood that the specific surface area can be increased by setting the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal to be 0.015 or more and 0.05 or less.

以上説明したように、本発明の多孔質炭素粒子の製造方法を用いることで、比較的低い製造コストで、比表面積の大きい多孔質炭素粒子を製造できる。   As explained above, by using the method for producing porous carbon particles of the present invention, porous carbon particles having a large specific surface area can be produced at relatively low production cost.

S1、S5 噴霧乾燥工程
S2、S6 加熱工程
S3、S7 酸洗浄工程
S4 溶解工程
S11 第1混合工程
S12 溶出工程
S13 固液分離工程
S14 第2混合工程
S15 固形分生成工程
S1, S5 spray drying step S2, S6 heating step S3, S7 acid washing step S4 dissolution step S11 first mixing step S12 elution step S13 solid-liquid separation step S14 second mixing step S15 solid content generation step

Claims (8)

無灰炭及び第2族金属化合物が溶媒中に溶存する溶液を噴霧乾燥する工程と、
上記噴霧乾燥工程で得られる固形分を加熱処理する工程と、
上記加熱工程後の固形分を酸洗浄する工程と
を備え、
上記溶媒が、酸素原子又は窒素原子を含み、かつ大気圧における沸点が50℃以上250℃未満である有機化合物を主成分とする多孔質炭素粒子の製造方法。
Spray drying a solution in which ashless coal and a Group 2 metal compound are dissolved in a solvent;
Heat treating the solid content obtained in the spray drying step;
Acid-washing the solid content after the heating step;
The method for producing porous carbon particles, wherein the solvent contains an oxygen atom or a nitrogen atom and an organic compound whose boiling point at atmospheric pressure is 50 ° C. or more and less than 250 ° C. as a main component.
上記第2族金属化合物が酸化マグネシウムである請求項1に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。   The method for producing porous carbon particles according to claim 1, wherein the group 2 metal compound is magnesium oxide. 上記無灰炭に対する上記第2族金属化合物の質量比を1以上10以下とする請求項1又は請求項2に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。   The method for producing porous carbon particles according to claim 1 or 2, wherein a mass ratio of the group 2 metal compound to the ashless coal is 1 or more and 10 or less. 上記溶液における無灰炭の含有量が5質量%以上50質量%以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。   The method for producing porous carbon particles according to claim 1, wherein the content of ashless coal in the solution is 5% by mass or more and 50% by mass or less. 上記噴霧乾燥工程として、
石炭及び溶媒を混合する工程と、
上記混合工程で得られたスラリー中の上記石炭から上記溶媒に可溶な成分を溶出させる工程と、
上記溶出工程で溶出後の上記スラリーを、溶媒可溶成分を含む液体分及び溶媒不溶成分に分離する工程と、
上記液体分に第2族金属化合物を溶解する工程と
をさらに備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。
As said spray-drying process,
Mixing the coal and the solvent;
Eluting the component soluble in the solvent from the coal in the slurry obtained in the mixing step;
Separating the slurry after elution in the elution step into a liquid component containing a solvent-soluble component and a solvent-insoluble component;
And D. dissolving the Group 2 metal compound in the liquid component. The method for producing porous carbon particles according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
上記固形分の平均径が1μm以上20μm以下となるよう噴霧圧力及び送液速度を調整する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。   The method for producing porous carbon particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the spray pressure and the liquid transfer speed are adjusted so that the average diameter of the solid content is 1 μm to 20 μm. 上記溶液が高分子化合物をさらに含有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。   The method for producing porous carbon particles according to any one of claims 1 to 6, wherein the solution further contains a polymer compound. 上記無灰炭に対する上記高分子化合物の質量比を0.01以上0.1以下とする請求項7に記載の多孔質炭素粒子の製造方法。

The method for producing porous carbon particles according to claim 7, wherein the mass ratio of the polymer compound to the ashless coal is 0.01 or more and 0.1 or less.

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