JP2019039103A - Manufacturing apparatus of regenerated carbon fiber and manufacturing method of regenerated carbon fiber - Google Patents

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秀人 板津
Hideto Itatsu
秀人 板津
芳信 比嘉
Yoshinobu Higa
芳信 比嘉
肇 神吉
Hajime Kamiyoshi
肇 神吉
壽治 青木
Toshiharu Aoki
壽治 青木
秀 広津
Hide Hirotsu
秀 広津
真吾 山口
Shingo Yamaguchi
真吾 山口
茂樹 飯山
Shigeki Iiyama
茂樹 飯山
古匠 保雄
Yasuo Kosho
保雄 古匠
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Abstract

To provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacture of a regenerated carbon fiber, capable of manufacturing the regenerated carbon fiber rapidly.SOLUTION: The manufacturing apparatus of a regenerated carbon fiber contains a carbonization pyrolysis furnace 1. The carbonization pyrolysis furnace 1 contains a box-shaped body part 10, a carbonization dry distillation chamber 11 provided inside of the body part 10, a combustion chamber 12 arranged under the carbonization dry distillation chamber 11 and containing a burner 14, a heating chamber 13 provided between the body part 10 and the carbonization dry distillation chamber 11, and a carbonization gas combustion piping 15 for supplying a carbonization gas generated in the carbonization dry distillation chamber 11 to the burner 14, wherein the carbonization dry distillation chamber 11 is maintained under application of pressure. The most desired pressure application condition is 0.2 kPa or over and 15 kPa or under as a gauge pressure.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する製造装置および製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing regenerated carbon fiber using carbon fiber reinforced plastic as a raw material.

炭素繊維は、鉄やアルミニウムよりも軽量であり、高強度で腐食しないという特徴を有しており、繊維単体や織布の原材料として用いられる。また炭素繊維は、「炭素繊維強化プラスチック(以下、CFRPとも言う)」の原材料として用いられる。   Carbon fiber is lighter than iron and aluminum, has the characteristics of high strength and does not corrode, and is used as a raw material for single fibers or woven fabrics. Carbon fiber is used as a raw material of “carbon fiber reinforced plastic (hereinafter also referred to as CFRP)”.

CFRPは、炭素繊維にエポキシ樹脂やポリエステル樹脂を含浸し硬化して製造される。CFRPの製造工程では多くの端材が発生する。特に、航空機の機体や自動車部品といった大きな製品を製造する場合には大量の端材が発生する。炭素繊維は高価で用途の広い素材であるので、端材や規格外品から樹脂のみを除去し、炭素繊維を取り出して再利用する技術が求められている。   CFRP is manufactured by impregnating carbon fiber with an epoxy resin or a polyester resin and curing. Many mill ends are generated in the manufacturing process of CFRP. In particular, when manufacturing large products such as aircraft bodies and automobile parts, a large amount of scrap material is generated. Since carbon fiber is an expensive and versatile material, there is a need for a technology that removes only resin from mill ends and non-standard products, and extracts and reuses carbon fiber.

本願の発明者らは、炭素繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂を除去して再生炭素繊維を製造する方法として、樹脂を熱分解して再生炭素繊維を製造する方法を発明し、特許文献1に開示した。特許文献1に開示した再生炭素繊維の製造技術は、バッチ式の炭化乾留炉を用いた加熱と、連続式炉を用いた加熱の二段階の熱分解によってマトリックス樹脂を除去し、繊維長の長い炭素繊維状態を維持した再生炭素繊維を製造することができる。特許文献1の再生炭素繊維の製造装置及び製造方法は、炭化乾留炉による加熱時に、100℃以上700℃以下の水蒸気を供給することを特徴とする。   The inventors of the present application invented a method for producing a regenerated carbon fiber by pyrolyzing the resin as a method for producing a regenerated carbon fiber by removing the matrix resin of the carbon fiber reinforced plastic, and disclosed in Patent Document 1 . The technology for producing regenerated carbon fiber disclosed in Patent Document 1 is that the matrix resin is removed by two-stage pyrolysis of heating using a batch-type carbonization carbonization furnace and heating using a continuous furnace, and the fiber length is long. A regenerated carbon fiber maintaining the carbon fiber state can be produced. The apparatus and method for producing regenerated carbon fiber of Patent Document 1 are characterized in that steam at 100 ° C. or more and 700 ° C. or less is supplied during heating by a carbonization dry distillation furnace.

特許文献2には、炭素繊維強化プラスチックを800℃以上の過熱水蒸気によって処理することにより、プラスチックの68〜80%を除去した状態で炭素繊維を回収する技術が開示されている。特許文献3には、過熱水蒸気を製造するヒータ部と、製造された水蒸気を導入する導入部と、炭素繊維強化プラスチックを保持する保持部を備えた回収装置が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for recovering carbon fiber in a state where 68 to 80% of the plastic is removed by treating the carbon fiber reinforced plastic with superheated steam at 800 ° C. or higher. Patent Document 3 discloses a recovery device that includes a heater section that produces superheated steam, an introduction section that introduces the produced steam, and a holding section that holds carbon fiber reinforced plastic.

特開第2013−064219号公報JP 2013-062219 A 特開第2011−122032号公報JP 2011-122032 A

特許文献1に開示した再生炭素繊維の製造装置及び製造方法は、長さや厚さの異なるCFRPを原料として、繊維長の長い再生炭素繊維を製造する優れた技術である。しかしながら特許文献1の技術においては、バッチ式である炭化乾留炉の加熱時間が、2時間から24時間と比較的長くかかっていた。このため、炭化乾留炉の加熱時間をより短縮し、より製造効率を高める技術が求められていた。   The apparatus and method for producing regenerated carbon fiber disclosed in Patent Document 1 is an excellent technique for producing regenerated carbon fiber having a long fiber length using CFRPs having different lengths and thicknesses as raw materials. However, in the technique of Patent Document 1, the heating time of the carbonization dry distillation furnace which is a batch type takes a relatively long time from 2 hours to 24 hours. For this reason, a technique for further shortening the heating time of the carbonization furnace and increasing the production efficiency has been demanded.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従来よりも炭化乾留炉の加熱時間を短縮して、再生炭素繊維を効率的に製造する技術を提供することを目的としている。   This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the technique which shortens the heating time of a carbonization-drying furnace compared with the past, and manufactures a reproduction | regeneration carbon fiber efficiently.

本発明は、再生炭素繊維の製造装置に関する。本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留炉を備えている。この炭化乾留炉は、箱状の本体部と、本体部の内部に形成された炭化乾留室と、炭化乾留室の下部に配置されておりバーナーを備えている燃焼室と、本体部と炭化乾留室との間に形成された加熱室と、炭化乾留室で発生した乾留ガスをバーナーに供給する乾留ガス燃焼用配管と、を備えている。本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留炉を加圧状態に制御することを特徴とする。   The present invention relates to an apparatus for producing regenerated carbon fiber. The apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention includes a carbonization furnace. This carbonization furnace includes a box-shaped main body, a carbonization carbonization chamber formed inside the main body, a combustion chamber disposed at the bottom of the carbonization carbonization chamber, and provided with a burner, a main body, and carbonization carbonization. A heating chamber formed between the two chambers, and a dry distillation gas combustion pipe for supplying a dry distillation gas generated in the carbonization dry distillation chamber to the burner. The apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention is characterized in that the carbonization furnace is controlled in a pressurized state.

ここで、炭化乾留室を加圧状態に制御するとは、炭化乾留室の内部の圧力を、大気圧よりも高い状態に制御することを言う。   Here, controlling the carbonized carbonization chamber to a pressurized state refers to controlling the pressure inside the carbonization carbonization chamber to be higher than the atmospheric pressure.

本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留室の圧力を、ゲージ圧力として0.2kPa以上15kPa以下に制御することが好ましい。 In the apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention, it is preferable to control the pressure in the carbonization chamber to 0.2 to 15 kPa as a gauge pressure.

本発明の生成炭素繊維の製造装置は、炭化乾留炉の乾留ガス燃焼用配管が乾留ガスの流量制御手段を備えている。そして、流量制御手段が、炭化乾留室からバーナーに供給する乾留ガスの流量を制御することで、炭化乾留室の圧力を制御することが好ましい。   In the produced carbon fiber production apparatus of the present invention, the dry distillation gas combustion pipe of the carbonization furnace is provided with a flow control means for dry distillation gas. And it is preferable that a flow control means controls the pressure of a carbonization dry distillation chamber by controlling the flow rate of the dry distillation gas supplied to a burner from a carbonization dry distillation chamber.

本発明はまた、炭素繊維強化プラスチックを原料として、再生炭素繊維を製造する方法を提供する。本発明の再生炭素繊維の製造方法は、炭化乾留炉の炭化乾留室内に炭素繊維強化プラスチックを収容する工程と、炭化乾留室を加圧状態に制御して炭素繊維強化プラスチックを加熱する乾留工程と、を備えていることを特徴とする。   The present invention also provides a method for producing regenerated carbon fiber using carbon fiber reinforced plastic as a raw material. The method for producing regenerated carbon fiber of the present invention includes a step of storing carbon fiber reinforced plastic in a carbonization carbonization chamber of a carbonization carbonization furnace, a carbonization step of heating the carbon fiber reinforced plastic by controlling the carbonization carbonization chamber to a pressurized state, It is characterized by providing.

本発明の再生炭素繊維の製造装置および製造方法は、炭化乾留炉の炭化乾留室の炭化乾留室を加圧状態とすることで、より短時間で従来と同等の品質を有する再生炭素繊維を製造することができる。特に、厚みのある炭素繊維強化プラスチックであっても、加圧状態で加熱することで、より迅速にマトリックス成分のプラスチックを除去することが可能となる。   The apparatus and method for producing a regenerated carbon fiber according to the present invention produces a regenerated carbon fiber having a quality equivalent to that of the conventional carbon fiber in a shorter time by placing the carbonization carbonization chamber of the carbonization carbonization chamber of the carbonization furnace in a pressurized state. can do. In particular, even a thick carbon fiber reinforced plastic can be removed more rapidly by heating in a pressurized state.

本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留室をゲージ圧力として0.2kPa以上15kPa以下に制御することにより、安定して炭素繊維強化プラスチックを炭化乾留して再生炭素繊維を製造することができる。   The apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention is capable of producing regenerated carbon fiber by stably carbonizing and carbonizing carbon fiber reinforced plastic by controlling the carbonization carbonization chamber to a gauge pressure of 0.2 kPa to 15 kPa. it can.

本発明の再生炭素繊維の製造装置および製造方法は、炭化乾留室での加熱時間を短縮できることで、加熱に用いる燃料を削減し、より低コストで再生炭素繊維を製造することができる。   The apparatus and method for producing regenerated carbon fiber of the present invention can reduce the heating time in the carbonization carbonization chamber, thereby reducing the fuel used for heating and producing regenerated carbon fiber at a lower cost.

本発明の再生炭素繊維の製造装置の一部である炭化乾留炉1の概要を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline | summary of the carbonization dry distillation furnace 1 which is a part of the manufacturing apparatus of the regenerated carbon fiber of this invention. 本発明の炭化乾留室10のゲージ圧力を4kPaに制御した時の炭化乾留炉1内の温度の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the temperature in the carbonization carbonization furnace 1 when the gauge pressure of the carbonization carbonization chamber 10 of this invention is controlled to 4 kPa. 本発明の炭化乾留室10のゲージ圧力を0.4kPaに制御した時の炭化乾留炉1内の温度の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the temperature in the carbonization carbonization furnace 1 when the gauge pressure of the carbonization carbonization chamber 10 of this invention is controlled to 0.4 kPa. 本発明の炭化乾留室10のゲージ圧力を15kPaに制御した時の炭化乾留炉1内の温度の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the temperature in the carbonization carbonization furnace 1 when the gauge pressure of the carbonization carbonization chamber 10 of this invention is controlled to 15 kPa.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る再生炭素繊維の製造装置の構造と、再生炭素繊維の好適な製造方法の形態を説明する。   Hereinafter, the structure of a production apparatus for regenerated carbon fiber according to the present invention and a preferred embodiment of a method for producing regenerated carbon fiber will be described with reference to the drawings.

[再生炭素繊維の製造装置]
本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留炉1を備えている。本実施形態の炭化乾留炉1の縦断面図を図1に示す。炭化乾留炉1は、箱状の本体部10を備えている。本体部10の内部に、原料のCFRPを収容して再生炭素繊維を製造するための加熱処理を行う炭化乾留室11が形成されている。炭化乾留室11の下方には燃焼室12が形成されている。本体部10と炭化乾留室11との間の空間には、加熱室13が形成されている。
[Recycled carbon fiber production equipment]
The apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention includes a carbonization carbonization furnace 1. A longitudinal sectional view of the carbonization furnace 1 of the present embodiment is shown in FIG. The carbonization furnace 1 includes a box-shaped main body 10. Inside the main body 10, a carbonized carbonization chamber 11 is formed in which heat treatment is performed for containing a raw material CFRP and producing regenerated carbon fiber. A combustion chamber 12 is formed below the carbonization dry distillation chamber 11. A heating chamber 13 is formed in the space between the main body 10 and the carbonization carbonization chamber 11.

本体部10と炭化乾留室11の外壁とは、いずれも耐熱性の金属で形成されている。本体部10の正面には開口部が設けられており、この開口部の位置は炭化乾留室11の開口部の位置と整合している。本体部10の開口部と炭化乾留室11の開口部とは、図示されない一つの封止扉を閉じることによって同時に封止することができ、炭化乾留室11の内部を無酸素状態で加熱することが可能となる。   Both the main body 10 and the outer wall of the carbonized carbonization chamber 11 are made of heat-resistant metal. An opening is provided in front of the main body 10, and the position of this opening is aligned with the position of the opening of the carbonization carbonization chamber 11. The opening of the main body 10 and the opening of the carbonized carbonization chamber 11 can be simultaneously sealed by closing one sealing door (not shown), and the inside of the carbonized carbonization chamber 11 is heated in an oxygen-free state. Is possible.

燃焼室12はバーナー14を備えており、バーナー14の燃焼によって加熱室13と炭化乾留室11を加熱することができる。燃焼室12と炭化乾留室11の内部とを連通する乾留ガス燃焼用配管15が設けられており、再生炭素繊維の製造中にCFRIから発生する乾留ガスを燃焼室12に導入することができる。乾留ガス燃料用配管15の燃焼室12側の開口部に、送風手段であるブロワー16が配置されている。   The combustion chamber 12 includes a burner 14, and the heating chamber 13 and the carbonization carbonization chamber 11 can be heated by the combustion of the burner 14. A dry distillation gas combustion pipe 15 that communicates the combustion chamber 12 with the inside of the carbonization dry distillation chamber 11 is provided, and a dry distillation gas generated from CFRI during the production of regenerated carbon fiber can be introduced into the combustion chamber 12. A blower 16 serving as a blowing means is disposed in an opening of the dry distillation gas fuel pipe 15 on the combustion chamber 12 side.

乾留ガス燃料用配管15は、流量制御手段20を備えている。本実施形態における流量制御手段20は、バルブである。流量制御手段20は、炭化乾留室11から燃焼室12に導入する乾留ガスの流量を制御することによって、炭化乾留室11の圧力を制御する。バルブの開放量を少なくすれば乾留ガスがより多く炭化乾留室11に滞留し、炭化乾留室11の圧力をあげることができる。逆に、バルブの開放量を増やせば、炭化乾留室11の圧力を下げることができる。炭化乾留室11の圧力扉には圧力ゲージ30が取り付けられており、炭化乾留室11の内部の圧力を測定する。圧力ゲージ30の測定値に基づいて、流量制御手段20による乾留ガスの流量制御が行われる。   The dry distillation gas fuel pipe 15 includes a flow rate control means 20. The flow rate control means 20 in this embodiment is a valve. The flow rate control means 20 controls the pressure of the carbonized carbonization chamber 11 by controlling the flow rate of the carbonization gas introduced from the carbonized carbonization chamber 11 into the combustion chamber 12. If the opening amount of the valve is reduced, more of the carbonization gas stays in the carbonization chamber 11 and the pressure in the carbonization chamber 11 can be increased. On the contrary, if the opening amount of the valve is increased, the pressure in the carbonization dry distillation chamber 11 can be lowered. A pressure gauge 30 is attached to the pressure door of the carbonized carbonization chamber 11 to measure the pressure inside the carbonization carbonization chamber 11. Based on the measurement value of the pressure gauge 30, the flow rate control of the dry distillation gas by the flow rate control means 20 is performed.

必須ではないが、本発明の炭化乾留炉1は、過熱水蒸気を炭化乾留室11に供給するための手段を備えている。本実施形態における炭化乾留炉1は、外部ボイラー17と、加熱室13内に配置されている過熱水蒸気発生装置18と、外部ボイラー17から過熱水蒸気発生装置18を経由して炭化乾留室11の内部に至る水蒸気配管19によって、過熱水蒸気を供給する。過熱水蒸気発生装置18として、たとえば熱交換器を使用することができる。外部ボイラー17が、水蒸気を予熱して加熱室13内の過熱水蒸気発生装置18に供給し、この水蒸気が過熱水蒸気発生装置18で過熱水蒸気となって炭化乾留室11に供給される。過熱水蒸気の供給により、CFRPの樹脂の分解が促進される。特に過熱水蒸気を供給した場合、加圧状態では板厚の厚いCFRPにより深く過熱水蒸気が浸透するので、迅速で均一なプラスチックの除去が可能となる。   Although not essential, the carbonization carbonization furnace 1 of the present invention includes means for supplying superheated steam to the carbonization carbonization chamber 11. The carbonization dry distillation furnace 1 according to the present embodiment includes an external boiler 17, a superheated steam generator 18 disposed in the heating chamber 13, and the interior of the carbonization dry distillation chamber 11 from the external boiler 17 via the superheated steam generator 18. The superheated steam is supplied by the steam pipe 19 leading to For example, a heat exchanger can be used as the superheated steam generator 18. The external boiler 17 preheats the steam and supplies it to the superheated steam generator 18 in the heating chamber 13, and this steam is supplied to the carbonization dry distillation chamber 11 as superheated steam by the superheated steam generator 18. The supply of superheated steam accelerates the decomposition of the CFRP resin. In particular, when superheated steam is supplied, the superheated steam penetrates deeply through the thick CFRP in the pressurized state, so that it is possible to remove the plastic quickly and uniformly.

炭化乾留炉1は、複数の温度センサを備えており、定期的に温度を測定する。温度センサの配置の好ましい一実施形態として、燃焼室12内と、加熱室13の側壁と、炭化乾留室11の左右の側壁とに、それぞれ温度センサ23,24,25,26が配置されて、定期的に温度を測定する。炭化乾留炉1は、燃焼室12と加熱室13に分岐路によってそれぞれ連通する熱風放出ダクト21を備えている。熱風放出ダクト21には、燃焼室12と加熱室13との間のそれぞれの通路にダンパー22が設けられている。温度センサ23,24,25,26の測定結果に基づいて、ダンパー22の開閉量を制御することによって、炭化乾留室11の温度を制御することができる。   The carbonization furnace 1 is provided with a plurality of temperature sensors, and periodically measures the temperature. As a preferred embodiment of the arrangement of the temperature sensors, temperature sensors 23, 24, 25, and 26 are arranged in the combustion chamber 12, the side wall of the heating chamber 13, and the left and right side walls of the carbonization carbonization chamber 11, respectively. Measure the temperature regularly. The carbonization furnace 1 includes a hot air discharge duct 21 that communicates with the combustion chamber 12 and the heating chamber 13 through branch paths. The hot air discharge duct 21 is provided with a damper 22 in each passage between the combustion chamber 12 and the heating chamber 13. Based on the measurement results of the temperature sensors 23, 24, 25, and 26, the temperature of the carbonization dry distillation chamber 11 can be controlled by controlling the opening / closing amount of the damper 22.

[再生炭素繊維の製造方法]
本発明の炭化乾留炉1を用いて炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を原料とした再生炭素繊維を製造する方法は、炭化乾留室11内に炭素繊維強化プラスチックを収容する工程と、炭化乾留室11の圧力をゲージ圧力として0.2kPa以上15kPa以下に制御して、炭素繊維強化プラスチックを加熱する乾留工程と、を備えている。
[Production method of regenerated carbon fiber]
A method for producing regenerated carbon fiber using carbon fiber reinforced plastic (CFRP) as a raw material by using the carbonized carbonization furnace 1 of the present invention includes a step of storing carbon fiber reinforced plastic in the carbonized carbonization chamber 11, and a carbonization carbonization chamber 11. And a carbonization step of heating the carbon fiber reinforced plastic by controlling the pressure at 0.2 to 15 kPa as a gauge pressure.

CFRPは、炭化乾留室11内に設けられた図示しない耐熱棚に収容される。炭化乾留室11を封止扉によって封止して全体を加熱することで、炭化乾留室11の内部を無酸素状態に維持した状態でCFRPを加熱することが可能となる。炭化乾留室11の加熱は、燃焼室12のバーナー14を燃焼させて、燃焼室12から加熱室13に輻射熱を供給し、この輻射熱で炭化乾留室11を加熱することで行われる。   CFRP is accommodated in a heat-resistant shelf (not shown) provided in the carbonized carbonization chamber 11. By sealing the carbonized carbonization chamber 11 with a sealing door and heating the whole, it is possible to heat the CFRP while maintaining the inside of the carbonization carbonization chamber 11 in an oxygen-free state. The carbonization dry distillation chamber 11 is heated by burning the burner 14 of the combustion chamber 12, supplying radiant heat from the combustion chamber 12 to the heating chamber 13, and heating the carbonization dry distillation chamber 11 with this radiant heat.

無酸素状態で200℃以上に加熱された原料のCFRPは、マトリックス成分である樹脂が熱分解して可燃ガスであるメタンやベンゼン等の炭化水素ガスを発生させる。この樹脂成分由来の炭化水素を含むガスが、乾留ガスである。発生した乾留ガスは、炭化乾留室11から乾留ガス燃焼用配管15を通過して、ブロアー16によって空気と混合され、燃焼室12で燃焼する。乾留ガスの燃焼熱は、炭化乾留室11の昇温と温度維持に用いられる。   The raw material CFRP heated to 200 ° C. or more in an oxygen-free state generates a hydrocarbon gas such as methane or benzene, which is a combustible gas, by thermally decomposing a resin as a matrix component. The gas containing the hydrocarbon derived from the resin component is a dry distillation gas. The generated dry distillation gas passes from the carbonization dry distillation chamber 11 through the dry distillation gas combustion pipe 15, is mixed with air by the blower 16, and burns in the combustion chamber 12. The combustion heat of the dry distillation gas is used for raising the temperature and maintaining the temperature of the carbonization dry distillation chamber 11.

乾留ガス燃焼用配管15に設けられた流量制御手段20によって、炭化乾留室11から燃焼室12に流出する乾留ガスの流量を制御することで、炭化乾留室11の圧力を制御することが可能となる。流量制御手段20であるバルブを大きく開放して流量を大きくすれば、炭化乾留室11の圧力を下げることができる。流量制御手段20であるバルブを閉じて流量を減らすことで、炭化乾留室11の圧力を上げることができる。炭化乾留室11の圧力をゲージ圧力として0.2kPa以上15kPaに制御することにより、大気圧の条件で乾留を行った場合よりも、より迅速にCFRPの樹脂成分を分解して再生炭素繊維を製造することができる。   By controlling the flow rate of the dry distillation gas flowing out from the carbonization dry distillation chamber 11 to the combustion chamber 12 by the flow rate control means 20 provided in the dry distillation gas combustion pipe 15, the pressure of the carbonization dry distillation chamber 11 can be controlled. Become. If the valve which is the flow rate control means 20 is greatly opened to increase the flow rate, the pressure in the carbonization chamber 11 can be lowered. By closing the valve that is the flow rate control means 20 and reducing the flow rate, the pressure in the carbonization chamber 11 can be increased. By controlling the pressure in the carbonized carbonization chamber 11 to 0.2 kPa or more and 15 kPa as a gauge pressure, the CFRP resin component is decomposed more rapidly than the case where carbonization is performed under atmospheric pressure conditions to produce regenerated carbon fiber. can do.

本発明の再生炭素繊維の製造装置において、炭化乾留室11の圧力をゲージ圧力として0.2kPa未満の圧力に維持することは困難であった。また、目標圧力をゲージ圧力で0.1kPaに設定して再生炭素繊維を製造した場合、大気圧で加熱を行った場合と同等の加熱時間が必要となり、加熱時間の短縮効果が認められなかった。   In the apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention, it has been difficult to maintain the pressure in the carbonized carbonization chamber 11 at a pressure of less than 0.2 kPa as a gauge pressure. In addition, when the regenerated carbon fiber was produced with the target pressure set to 0.1 kPa as the gauge pressure, the heating time equivalent to the case of heating at atmospheric pressure was required, and the effect of shortening the heating time was not recognized. .

本発明の再生炭素繊維の製造装置において、炭化乾留室11の圧力をゲージ圧力として15kPaよりも高く維持して加熱した場合、炭化乾留室11が膨張し、形状の維持が難しくなるという問題があった。これに対して、以下に示す実施例の0.2kPa以上15kPa以下の加圧条件では、いずれも安定した再生炭素繊維の製造が可能であった。   In the apparatus for producing regenerated carbon fiber of the present invention, when the carbonization carbonization chamber 11 is heated while maintaining the pressure of the carbonization carbonization chamber higher than 15 kPa as a gauge pressure, there is a problem that the carbonization carbonization chamber 11 expands and it is difficult to maintain the shape. It was. On the other hand, under the pressurizing conditions of 0.2 kPa or more and 15 kPa or less in the examples described below, it was possible to produce stable regenerated carbon fibers.

以下に、炭化乾留室11の目標圧力を、ゲージ圧力として4kPaに設定して乾留工程を実施した例を、実施例1として示す。炭化乾留室11の目標圧力をゲージ圧力として0.2kPaに設定して乾留工程を実施した例を、実施例2として示す。炭化乾留室11の目標圧力をゲージ圧力として15kPaに設定して乾留工程を実施した例を、実施例3として示す。   Hereinafter, an example in which the dry distillation step is performed with the target pressure of the carbonization chamber 11 set to 4 kPa as a gauge pressure is shown as Example 1. An example in which the dry distillation step was performed with the target pressure of the carbonization chamber 11 set to 0.2 kPa as a gauge pressure is shown as Example 2. An example in which the dry distillation step was performed with the target pressure of the carbonization chamber 11 set to 15 kPa as a gauge pressure is shown as Example 3.

[実施例1]
図2に、800KgのCFRPを原料として606Kgの再生炭素繊維を製造した乾留工程の、経過時間と温度および圧力の測定値を示す。本実施例では、炭化乾留室11の目標圧力をゲージ圧力として4kPaに設定し、目標温度を200℃〜600℃として製造を行った。
[Example 1]
FIG. 2 shows measured values of elapsed time, temperature, and pressure in the dry distillation process in which 606 kg of regenerated carbon fiber was produced using 800 kg of CFRP as a raw material. In the present example, the target pressure of the carbonization chamber 11 was set to 4 kPa as a gauge pressure, and the target temperature was set to 200 ° C. to 600 ° C.

本実施例では、再生炭素繊維の製造には、5時間20分の加熱時間が必要であった。乾留工程の開始と共に、燃料が供給されたバーナー14の燃焼によって炭化乾留室11が昇温される。炭化乾留室11が充分に高温となると、これらの乾留ガスは、乾留ガス燃焼用配管15を経由して燃焼室12に到達して燃焼し、炭化乾留炉1の温度の維持に貢献する。乾留ガス燃焼用配管15の流量制御手段20すなわちバルブの開閉量を制御することで、炭化乾留室11の圧力を、1kPaから4kpaの範囲で5時間20分制御することができた。その後17時間冷却することで、606Kgの再生炭素繊維を製造した。製品としての歩留まりは、75.8%であった。   In this example, the heating time of 5 hours and 20 minutes was required for the production of the regenerated carbon fiber. With the start of the carbonization process, the carbonization chamber 11 is heated by the combustion of the burner 14 supplied with fuel. When the carbonization chamber 11 reaches a sufficiently high temperature, these dry distillation gases reach the combustion chamber 12 via the dry distillation gas combustion pipe 15 and burn, thereby contributing to maintaining the temperature of the carbonization furnace 1. By controlling the flow rate control means 20 of the dry distillation gas combustion pipe 15, that is, the valve opening / closing amount, the pressure in the carbonization dry distillation chamber 11 could be controlled in the range of 1 kPa to 4 kpa for 5 hours and 20 minutes. Thereafter, 606 kg of recycled carbon fiber was produced by cooling for 17 hours. The product yield was 75.8%.

本実施例では、再生炭素繊維の製造のために、燃焼室12で98リットルの灯油を消費し、また炭化乾留室11に過熱水蒸気を供給するために外部ボイラー17で43リットルの灯油を消費した。灯油の合計消費量は141リットルであった。   In this example, 98 liters of kerosene was consumed in the combustion chamber 12 for the production of regenerated carbon fiber, and 43 liters of kerosene was consumed in the external boiler 17 for supplying superheated steam to the carbonization carbonization chamber 11. . The total consumption of kerosene was 141 liters.

[実施例2]
図3に、炭化乾留室11の圧力をより低く設定して再生炭素繊維を製造した場合の、乾留工程の温度と圧力条件を示す。本実施例では、炭化乾留室11の目標圧力をゲージ圧力として0.2kPaに設定し、目標温度は実施例1と同じく200℃〜600℃として製造を行った。本実施例においても、800KgのCFRPを原料として、実施例1とほぼ同量の608Kgの再生炭素繊維を製造した。
[Example 2]
FIG. 3 shows the temperature and pressure conditions in the carbonization process when the regenerated carbon fiber is produced by setting the pressure in the carbonization carbonization chamber 11 lower. In this example, the target pressure of the carbonization chamber 11 was set to 0.2 kPa as a gauge pressure, and the target temperature was 200 to 600 ° C. as in Example 1. Also in the present example, a regenerated carbon fiber of 608 kg of approximately the same amount as in Example 1 was produced using 800 kg of CFRP as a raw material.

本実施例では、再生炭素繊維の製造には、6時間の加熱時間が必要であった。その間、炭化乾留室11の圧力は、乾留ガスの発生量の一時的な変化に伴い、最大0.6kpaとなったが、ほぼ0.2〜0.4kPaの範囲で制御することができた。その後16時間冷却することで、608Kgの再生炭素繊維を製造した。製品としての歩留まりは、76.0%であった。   In this example, the production of the regenerated carbon fiber required 6 hours of heating time. In the meantime, the pressure in the carbonization chamber 11 was 0.6 kpa at maximum with a temporary change in the amount of generated carbonization gas, but could be controlled in the range of about 0.2 to 0.4 kPa. Then, 608 kg of recycled carbon fiber was produced by cooling for 16 hours. The product yield was 76.0%.

本実施例では、再生炭素繊維の製造のために、燃焼室12で210リットルの灯油を消費し、また炭化乾留室11に過熱水蒸気を供給するために外部ボイラー17で54リットルの灯油を消費した。灯油の合計消費量は264リットルであった。   In this example, 210 liters of kerosene was consumed in the combustion chamber 12 for the production of regenerated carbon fiber, and 54 liters of kerosene was consumed in the external boiler 17 for supplying superheated steam to the carbonization distillation chamber 11. . The total consumption of kerosene was 264 liters.

[実施例3]
図4に、炭化乾留室11の目標圧力をゲージ圧力として15kPaに設定した場合の、乾留工程の温度と圧力条件を示す。本実施例においても、800KgのCFRPを原料として、実施例1とほぼ同量の607Kgの再生炭素繊維を製造した。
[Example 3]
FIG. 4 shows the temperature and pressure conditions in the carbonization process when the target pressure in the carbonization chamber 11 is set to 15 kPa as the gauge pressure. Also in this example, 607 Kg of regenerated carbon fiber was manufactured in the same amount as in Example 1 using 800 kg of CFRP as a raw material.

本実施例では、再生炭素繊維の製造には、5時間5分の加熱時間が必要であった。目標圧力は15kPaに設定したが、炭化乾留室11で実際に測定したゲージ圧力は、加熱開始から3時間経過まではほぼ9〜15kPaであり。加熱時間が3時間から5時間までの間はほぼ1〜8kPaの範囲であった。その後17時間冷却することで、607Kgの再生炭素繊維を製造した。製品としての歩留まりは、75.8%であった。   In this example, the heating time of 5 hours and 5 minutes was required for the production of the regenerated carbon fiber. Although the target pressure was set to 15 kPa, the gauge pressure actually measured in the carbonization chamber 11 was approximately 9 to 15 kPa from the start of heating until 3 hours passed. The heating time was in the range of about 1 to 8 kPa between 3 hours and 5 hours. Thereafter, 607 kg of regenerated carbon fiber was produced by cooling for 17 hours. The product yield was 75.8%.

本実施例では、再生炭素繊維の製造のために、燃焼室12で74リットルの灯油を消費し、また炭化乾留室11に過熱水蒸気を供給するために外部ボイラー17で40リットルの灯油を消費した。灯油の合計消費量は114リットルであった。   In this example, 74 liters of kerosene was consumed in the combustion chamber 12 for the production of regenerated carbon fiber, and 40 liters of kerosene was consumed in the external boiler 17 for supplying superheated steam to the carbonization distillation chamber 11. . The total consumption of kerosene was 114 liters.

実施例1から3の間で、再生炭素繊維の強度、解繊度、およびその他の品質に差異は認められなかった。このことから、圧力をより高く維持することで、より短時間で同等の品質の再生炭素繊維を製造できることが明らかとなった。一方、実施例3では、炭化乾留室11の目標圧力を15kPaに設定した場合でも、特に加熱工程の後半で圧力が徐々に下がることから、目標圧力を高く設定した場合に加熱工程全体を通した圧力の維持は難しく、また反応時間の短縮効果も限定的になることが明らかとなった。   Between Examples 1 to 3, there was no difference in strength, defibration degree, and other qualities of the regenerated carbon fiber. From this, it became clear that a regenerated carbon fiber of the same quality can be produced in a shorter time by maintaining the pressure higher. On the other hand, in Example 3, even when the target pressure in the carbonization chamber 11 was set to 15 kPa, the pressure gradually decreased particularly in the latter half of the heating process, and therefore, when the target pressure was set high, the entire heating process was performed. It was found that maintaining the pressure was difficult and the effect of shortening the reaction time was limited.

[比較例]
流量制御手段20を用いず、炭化乾留室11を大気圧と同等の条件に維持した以外は全て同等の条件で再生炭素繊維を製造した場合、800KgのCFRPから600Kgの再生炭素繊維を製造するためには、6時間20分の乾留工程が必要となった。実施例1から3に示したとおり、炭化乾留室1を加圧状態として再生炭素繊維を製造する方法の効果は明らかである。
[Comparative example]
In order to produce 600 kg of regenerated carbon fiber from 800 kg of CFRP when all of the carbonized carbonization chamber 11 is maintained under the same conditions as the atmospheric pressure except that the flow rate control means 20 is not used. Required a 6-hour 20-minute dry distillation step. As shown in Examples 1 to 3, the effect of the method for producing regenerated carbon fiber with the carbonization chamber 1 in a pressurized state is clear.

以上、本発明について好適な実施形態および実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。たとえば、加圧条件の制御には、流量制御手段20で乾留ガスの流量を制御する以外に、加熱水蒸気の供給量を制御したり、乾留ガス燃焼用配管15を複数設けてその開閉を制御する方法を用いることができる。   The present invention has been described with reference to preferred embodiments and examples. However, the present invention is not limited to these exemplifications, and various improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention. Is possible. For example, in order to control the pressurizing condition, in addition to controlling the flow rate of dry distillation gas by the flow rate control means 20, the supply amount of heated steam is controlled, or a plurality of dry distillation gas combustion pipes 15 are provided to control the opening and closing thereof. The method can be used.

1 炭化乾留炉
11 炭化乾留室
12 燃焼室
13 加熱室
14 バーナー
15 乾留ガス燃焼用配管
16 ブロワー
17 外部ボイラー
18 過熱水蒸気発生手段
19 水蒸気配管
20 流量制御手段
21 熱風放出ダクト
23,24,25,26 温度計測センサ
30 圧力ゲージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbonization distillation furnace 11 Carbonization distillation chamber 12 Combustion chamber 13 Heating chamber 14 Burner 15 Dry distillation gas combustion piping 16 Blower 17 External boiler 18 Superheated steam generation means 19 Steam piping 20 Flow control means 21 Hot air discharge ducts 23, 24, 25, 26 Temperature measurement sensor 30 Pressure gauge

Claims (4)

炭化乾留炉を備えた再生炭素繊維の製造装置であって、
前記炭化乾留炉が、
箱状の本体部と、
前記本体部の内部に形成されている炭化乾留室と、
前記炭化乾留室の下方に配置されており、バーナーを備えている燃焼室と、
前記本体部と前記炭化乾留室との間に形成されている加熱室と、
前記炭化乾留室で発生した乾留ガスを前記バーナーに供給する乾留ガス燃焼用配管と、
を備えており、
前記炭化乾留室を加圧状態に制御することを特徴とする再生炭素繊維の製造装置。
An apparatus for producing regenerated carbon fiber equipped with a carbonization furnace,
The carbonization furnace is
A box-shaped body,
A carbonization chamber formed inside the main body,
A combustion chamber disposed below the carbonization carbonization chamber and provided with a burner;
A heating chamber formed between the main body and the carbonization carbonization chamber;
Dry distillation gas combustion piping for supplying dry burner gas generated in the carbonization dry distillation chamber to the burner;
With
An apparatus for producing regenerated carbon fiber, wherein the carbonized carbonization chamber is controlled in a pressurized state.
前記炭化乾留室の圧力を、ゲージ圧力として0.2kPa以上15kPa以下に制御することを特徴とする請求項1に記載の再生炭素繊維の製造装置。   2. The apparatus for producing regenerated carbon fiber according to claim 1, wherein the pressure in the carbonized carbonization chamber is controlled to be 0.2 kPa or more and 15 kPa or less as a gauge pressure. 前記乾留ガス燃焼用配管が乾留ガスの流量制御手段を備えており、
前記流量制御手段が、前記炭化乾留室からバーナーに供給する乾留ガスの流量を制御することで、前記炭化乾留室の圧力を制御することを特徴とする請求項1または2記載の再生炭素繊維の製造装置。
The dry distillation gas combustion pipe is provided with a dry distillation gas flow rate control means,
3. The regenerated carbon fiber according to claim 1, wherein the flow rate control unit controls the pressure of the carbonized carbonization chamber by controlling the flow rate of the carbonization gas supplied to the burner from the carbonization carbonization chamber. manufacturing device.
炭素繊維強化プラスチックを原料とした再生炭素繊維の製造方法であって、
炭化乾留炉の炭化乾留室内に炭素繊維強化プラスチックを収容する工程と、
前記炭化乾留室を加圧状態に制御して、炭素繊維強化プラスチックを加熱する乾留工程と、
を備えていることを特徴とする再生炭素繊維の製造方法。
A method for producing regenerated carbon fiber using carbon fiber reinforced plastic as a raw material,
Containing carbon fiber reinforced plastic in the carbonization chamber of the carbonization furnace;
A carbonization step of heating the carbon fiber reinforced plastic by controlling the carbonization chamber to a pressurized state;
A method for producing a regenerated carbon fiber, comprising:
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