JP2021084996A - カーボンブラックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電性材料として市販されているアセチレンブラックやケッチェンブラックと比較して、嵩密度に優れたカーボンブラックが製造できる方法を提供する。【解決手段】本発明のカーボンブラックの製造方法は、タールを入れた加熱炉７１内に、供給速度５００ｍＬ／ｍｉｎ以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ以下で不活性ガスを供給しながら、温度４００℃以上８００℃以下、時間３０ｍｉｎ以上９０ｍｉｎ以下の条件で、タールを加熱する炭化工程と、この炭化工程で得られた炭化物を賦活する賦活工程、と、を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、カーボンブラックの製造方法に関する。
タールを原料としたカーボンブラックの製造方法としては、特許文献１に記載された方法が挙げられる。この方法は、コールタールを分留して得られるクレオソート油と、蒸留残渣であるタールピッチとを、キノリン不溶分が０．７〜２．０％、コークス残分が１５〜４０％の範囲内に混和配合してなる組成もしくはこれを主体組成とする原料油を用い、酸素ガスを供給しながら熱分解反応させることを特徴としている。
本発明の課題は、導電性材料として市販されているアセチレンブラックやケッチェンブラックと比較して、嵩密度に優れたカーボンブラックが製造できる方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の一態様のカーボンブラックの製造方法は、タールを入れた加熱炉内に、供給速度５００ｍＬ／ｍｉｎ以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ以下で不活性ガスを供給しながら、温度４００℃以上８００℃以下、時間３０ｍｉｎ以上９０ｍｉｎ以下の条件で、前記タールを加熱する炭化工程と、前記炭化工程で得られた炭化物を賦活する賦活工程、と、を有することを特徴とする。
本発明の方法によれば、導電性材料として市販されているアセチレンブラックやケッチェンブラックと比較して、嵩密度に優れたカーボンブラックを得ることができる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
本実施形態では、海洋から回収されて破砕されたプラスチックを原料とした導電性材料の製造方法を示す。つまり、本実施形態の方法では、海洋から回収されて破砕されたプラスチックから活性炭を得るとともに、この活性炭を得るための一工程である炭化工程で生じたタールを原料として用いて、カーボンブラックを製造する。
本実施形態では、海洋から回収されて破砕されたプラスチックを原料とした導電性材料の製造方法を示す。つまり、本実施形態の方法では、海洋から回収されて破砕されたプラスチックから活性炭を得るとともに、この活性炭を得るための一工程である炭化工程で生じたタールを原料として用いて、カーボンブラックを製造する。
［構成］
図１に示すように、実施形態の導電性材料の製造方法では、先ず、海洋から回収されたプラスチックごみ１を粉砕して、最大寸法が１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の大きさの破片１１とする。次に、破片１１を水が入った容器２に入れて、分離工程を行う。これにより、水より比重の小さな破片１１は浮遊物１１１となり、水より比重の大きな破片１１は沈降物１１２になる。
図１に示すように、実施形態の導電性材料の製造方法では、先ず、海洋から回収されたプラスチックごみ１を粉砕して、最大寸法が１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の大きさの破片１１とする。次に、破片１１を水が入った容器２に入れて、分離工程を行う。これにより、水より比重の小さな破片１１は浮遊物１１１となり、水より比重の大きな破片１１は沈降物１１２になる。
次に、浮遊物１１１を活性炭ろ過装置３に導入して、加圧加熱することにより、浮遊物１１１に含まれている塩素を活性炭３１により除去する。この工程が塩素除去工程である。
次に、塩素が除去された浮遊物１１１ａを乾燥機４１のホッパー４１ａに導入する。乾燥機４１の下流には、炭化炉として、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３が接続されている。第二の加熱炉４３の下流には、磁気分離器４４、サイクロン分級器４５、および粉体落下装置４６が、この順に接続されている。
次に、塩素が除去された浮遊物１１１ａを乾燥機４１のホッパー４１ａに導入する。乾燥機４１の下流には、炭化炉として、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３が接続されている。第二の加熱炉４３の下流には、磁気分離器４４、サイクロン分級器４５、および粉体落下装置４６が、この順に接続されている。
これにより、ホッパー４１ａから乾燥機４１に入った浮遊物１１１ａは、６０〜８０℃で熱風乾燥された後に、第一の加熱炉４２内に入り、窒素ガス下で１００〜３００℃で１〜３時間加熱される。その後、第二の加熱炉４３内に入り、窒素ガス下で４００〜６００℃で1〜３時間加熱される。この二段階の加熱により、浮遊物１１１ａとして回収された後に塩素が除去された破片１１が、炭化される。この工程が、活性炭を得るための炭化工程である。
この炭化工程後に、第二の加熱炉４３から出た物は、磁気分離器４４に入り、金属は磁石に引きつけられて落下して回収容器４７に回収される。炭化物は、磁石に引きつけられずにサイクロン分級器４５に入る。
サイクロン分級器４５に入った炭化物は比重で分級されて、塊状の炭化物がボトムノズルから排出され、粒状の炭化物がトップノズルから粉体落下装置４６に入る。サイクロン分級器４５および粉体落下装置４６の下方となる部分に、ジェットミル５に向かうベルトコンベヤ１５が配置されている。サイクロン分級器４５のボトムノズルから排出された塊状の炭化物は、最大寸法が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の大きさ（粒状）に粉砕された後に、ベルトコンベヤ１５に載る。また、粉体落下装置４６から落下した粒状の炭化物もベルトコンベヤ１５に載る。
サイクロン分級器４５に入った炭化物は比重で分級されて、塊状の炭化物がボトムノズルから排出され、粒状の炭化物がトップノズルから粉体落下装置４６に入る。サイクロン分級器４５および粉体落下装置４６の下方となる部分に、ジェットミル５に向かうベルトコンベヤ１５が配置されている。サイクロン分級器４５のボトムノズルから排出された塊状の炭化物は、最大寸法が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の大きさ（粒状）に粉砕された後に、ベルトコンベヤ１５に載る。また、粉体落下装置４６から落下した粒状の炭化物もベルトコンベヤ１５に載る。
ベルトコンベヤ１５に載った粒状の炭化物６は、チャンバー７内を通過する。このチャンバー７内に二酸化炭素を供給しながら、炭化物６に対してレーザ照射による三段階の加熱処理を行う。これにより、炭化物６は賦活処理されて活性炭６１となる。この賦活処理としては、レーザ照射に代えて加熱炉内でのガス賦活を行ってもよいし、アルカリ賦活を行ってもよい。
得られた活性炭６１は、塩酸による中和処理、純水による洗浄処理が行われた後、乾燥工程を経て、ジェットミル５に入って、粉砕される。
得られた活性炭６１は、塩酸による中和処理、純水による洗浄処理が行われた後、乾燥工程を経て、ジェットミル５に入って、粉砕される。
一方、活性炭を得るための炭化工程で生じたタールは、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に接続されたタール排出管７０から加熱炉７１内に導入される。加熱炉７１内に供給速度７００ｍＬ／ｍｉｎで窒素ボンベ７２から窒素ガスを供給しながら、６００℃で６０分間加熱することにより、タールは炭化物となる。この工程が、タールを加熱する炭化工程である。
その後、加熱炉７１内に二酸化炭素ボンベ７３から二酸化炭素を供給速度７００ｍＬ／ｍｉｎで供給しながら、８５０℃で６０分間加熱することにより、炭化物が賦活されて、カーボンブラックが得られる。この工程が、カーボンブラックを得るための賦活工程である。
その後、加熱炉７１内に二酸化炭素ボンベ７３から二酸化炭素を供給速度７００ｍＬ／ｍｉｎで供給しながら、８５０℃で６０分間加熱することにより、炭化物が賦活されて、カーボンブラックが得られる。この工程が、カーボンブラックを得るための賦活工程である。
また、活性炭を得るための炭化工程で生じた一酸化炭素は、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に接続された一酸化炭素排出管７４から、燃焼チャンバー８１内に導入される。燃焼チャンバー８１には、ウォータービット８２からの水も導入される。燃焼チャンバー８１内での水と一酸化炭素との反応により生じた熱は、加熱炉７１へ供給されるとともに、活性炭ろ過装置３、高温空気発生器８３、および蒸気タービン８４へも供給される。高温空気発生器８３で発生した高温空気が乾燥機４１に供給される。蒸気タービン８４は発電機８５のモータを駆動する。
［作用、効果］
本実施形態における、タールを原料として用いたカーボンブラックの製造方法によれば、導電性材料として市販されているアセチレンブラックやケッチェンブラックと比較して、嵩密度に優れたカーボンブラックが得られる。
また、分離工程により、ポリ塩化ビニルからなる破片１１は沈降物１１２になるため、ポリ塩化ビニルは活性炭ろ過装置３に導入されない。よって、ポリ塩化ビニルは第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に導入されない。また、浮遊物１１１に付着している塩素も活性炭ろ過装置３で除去されるため、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に導入されない。これにより、塩素による第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３の破壊が防止できる。
本実施形態における、タールを原料として用いたカーボンブラックの製造方法によれば、導電性材料として市販されているアセチレンブラックやケッチェンブラックと比較して、嵩密度に優れたカーボンブラックが得られる。
また、分離工程により、ポリ塩化ビニルからなる破片１１は沈降物１１２になるため、ポリ塩化ビニルは活性炭ろ過装置３に導入されない。よって、ポリ塩化ビニルは第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に導入されない。また、浮遊物１１１に付着している塩素も活性炭ろ過装置３で除去されるため、第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３に導入されない。これにより、塩素による第一の加熱炉４２および第二の加熱炉４３の破壊が防止できる。
また、活性炭を得るための賦活工程の加熱をレーザ照射で行うことで、加熱炉を用いて行うよりも熱効率が高くなるため、製造効率を高めることができる。
また、「海洋から回収されて破砕されたプラスチックを水中に入れて、浮遊物と沈降物とに分離する分離工程」以外に、プラスチックを種類（材質）で分離する工程を行わないため、プラスチックを種類で分離する手間が軽減できる。
さらに、本実施形態の方法で得られた活性炭６１は、カルボキシル基の数が多く、比表面積も大きいため、電極用として好適なものとなる。
また、「海洋から回収されて破砕されたプラスチックを水中に入れて、浮遊物と沈降物とに分離する分離工程」以外に、プラスチックを種類（材質）で分離する工程を行わないため、プラスチックを種類で分離する手間が軽減できる。
さらに、本実施形態の方法で得られた活性炭６１は、カルボキシル基の数が多く、比表面積も大きいため、電極用として好適なものとなる。
１ 海洋から回収されたプラスチックごみ
１１ プラスチックごみの破片
１１１ 浮遊物
１１１ａ 塩素が除去された浮遊物
１１２ 沈降物
２ 水が入った容器
３ 活性炭ろ過装置
４１ 乾燥機
４１ａ 乾燥機のホッパー
４２ 第一の加熱炉
４３ 第二の加熱炉
４４ 磁気分離器
４５ サイクロン分級器
４６ 粉体落下装置
５ ジェットミル
６ 粒状の炭化物
６１ 活性炭
７ チャンバー
７０ タール排出管
７１ 加熱炉
７２ 窒素ボンベ
７３ 二酸化炭素ボンベ
７４ 一酸化炭素排出管
８１ 燃焼チャンバー
８２ ウォータービット
８３ 高温空気発生器
８４ 蒸気タービン
８５ 発電機
１５ ベルトコンベヤ
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Claims (4)
- タールを入れた加熱炉内に、供給速度５００ｍＬ／ｍｉｎ以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ以下で不活性ガスを供給しながら、温度４００℃以上８００℃以下、時間３０ｍｉｎ以上９０ｍｉｎ以下の条件で、前記タールを加熱する炭化工程と、
前記炭化工程で得られた炭化物を賦活する賦活工程、と、
を有するカーボンブラックの製造方法。 - 前記賦活工程は、前記加熱炉内に二酸化炭素を供給速度５００ｍＬ／ｍｉｎ以上７００ｍＬ／ｍｉｎ以下で供給しながら、温度６００℃以上９００℃以下、時間６０ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下の条件で行う請求項１記載のカーボンブラックの製造方法。
- 前記賦活工程は、前記加熱炉内の炭化物を取り出して、前記炭化物に対して水酸化カリウム水溶液を、質量比で炭化物：水酸化カリウム＝１：３となるように含浸させることを、温度６００℃以上９００℃以下、時間６０ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下の条件で行う請求項１記載のカーボンブラックの製造方法。
- 前記タールは、海洋から回収されて破砕されたプラスチックから活性炭を得るための炭化工程で生じたタールである請求項１記載のカーボンブラックの製造方法。
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