JP2521982B2 - 気相成長炭素繊維の製造方法 - Google Patents
気相成長炭素繊維の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気相成長炭素繊維の製造方法に関する。
［従来の技術とその問題点］ 気相成長炭素繊維は、PAN系、ピッチ系、レーヨン系
等の有機繊維を焼成して得られる炭素繊維に比べて、機
械的性質に優れている。特に、これを黒鉛化した黒鉛繊
維は、引張強度として700Kg/mm2、引張弾性率として70t
/mm2という極めて高い値を有している。さらに気相成長
炭素繊維は、生体適合性に優れているだけでなく、高い
結晶配向性のために高電気伝導性を有している等の特徴
を有している。従って、その用途は、構造材料をはじめ
として電気・電子材料、生体材料など幅が広い。このた
め気相成長炭素繊維は注目すべき材料と言える。
等の有機繊維を焼成して得られる炭素繊維に比べて、機
械的性質に優れている。特に、これを黒鉛化した黒鉛繊
維は、引張強度として700Kg/mm2、引張弾性率として70t
/mm2という極めて高い値を有している。さらに気相成長
炭素繊維は、生体適合性に優れているだけでなく、高い
結晶配向性のために高電気伝導性を有している等の特徴
を有している。従って、その用途は、構造材料をはじめ
として電気・電子材料、生体材料など幅が広い。このた
め気相成長炭素繊維は注目すべき材料と言える。
かかる気相成長炭素繊維は、固定床方式あるいは流動
床方式と呼ばれる方法で製造されている。特に最近で
は、特開昭60−54998号に記載された連続製造が可能で
あり、生産性の高い流動床方式による製造が主流をなし
ている。この方法として、メタン、アセチレン、ベンゼ
ン等の炭素化合物のガスとフェロセンとの有機遷移金属
化合物のガスとキャリヤーガスとの混合ガスを加熱帯に
導入し、600〜1300℃、好ましくは1050〜1200℃で加熱
反応させることにより、気相中で金属触媒を生成し連続
的に炭素繊維を製造するものがある。
床方式と呼ばれる方法で製造されている。特に最近で
は、特開昭60−54998号に記載された連続製造が可能で
あり、生産性の高い流動床方式による製造が主流をなし
ている。この方法として、メタン、アセチレン、ベンゼ
ン等の炭素化合物のガスとフェロセンとの有機遷移金属
化合物のガスとキャリヤーガスとの混合ガスを加熱帯に
導入し、600〜1300℃、好ましくは1050〜1200℃で加熱
反応させることにより、気相中で金属触媒を生成し連続
的に炭素繊維を製造するものがある。
このような従来の気相成長炭素繊維製造方法では、炉
内を1010〜1300℃に保ために膨大なエネルギーが必要で
あり、かつ、キャリヤーガスとして水素を用いているた
め、この水素を大量に生産することは安全性の点で好ま
しくない。
内を1010〜1300℃に保ために膨大なエネルギーが必要で
あり、かつ、キャリヤーガスとして水素を用いているた
め、この水素を大量に生産することは安全性の点で好ま
しくない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気
相成長炭素繊維を安価にかつ大量に供給できる気相成長
炭素繊維の製造方法を提供するものである。
相成長炭素繊維を安価にかつ大量に供給できる気相成長
炭素繊維の製造方法を提供するものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化
水素を、転炉の排ガス及び水素含有ガスからなるキャリ
ヤーガスと共に加熱帯に導入し、金属触媒の存在下で60
0〜1300℃の温度範囲で加熱反応させることを特徴とす
る気相成長炭素繊維の製造方法である。
水素を、転炉の排ガス及び水素含有ガスからなるキャリ
ヤーガスと共に加熱帯に導入し、金属触媒の存在下で60
0〜1300℃の温度範囲で加熱反応させることを特徴とす
る気相成長炭素繊維の製造方法である。
本発明は、これまで製鉄業界でせいぜい燃料として用
られているにすぎなかった転炉ガスに着目し、これを炭
素繊維の気相成長の熱源、さらにキャリヤーガスとして
用いると共に、その中にダストとそて含まれている鉄酸
化物を触媒源として利用することができる気相成長炭素
繊維の製造方法である。
られているにすぎなかった転炉ガスに着目し、これを炭
素繊維の気相成長の熱源、さらにキャリヤーガスとして
用いると共に、その中にダストとそて含まれている鉄酸
化物を触媒源として利用することができる気相成長炭素
繊維の製造方法である。
以下、本発明方法を図面を参照して詳細に説明する。
第１図は、本発明方法を実施するための装置の概略構
成を示す説明である。図中１は、転炉である。転炉１の
排ガスライン２から分岐したラインには、水冷弁５を介
してコークス充填層６が接続されている。コークス充填
層６は、ガスラインを介して反応器７、シャワー塔８及
びデカンター９に順次接続されている。デカンター９
は、ブロワー10及び磁気分離機11に夫々接続されてい
る。コークス充填層６と反応器７管のガスラインには、
水素含有ガス導入管17及び炭化水素導入管18が夫々接続
されている。また、シャワー塔８には、冷却水導入管16
及び冷却水排出管19が接続されている。
成を示す説明である。図中１は、転炉である。転炉１の
排ガスライン２から分岐したラインには、水冷弁５を介
してコークス充填層６が接続されている。コークス充填
層６は、ガスラインを介して反応器７、シャワー塔８及
びデカンター９に順次接続されている。デカンター９
は、ブロワー10及び磁気分離機11に夫々接続されてい
る。コークス充填層６と反応器７管のガスラインには、
水素含有ガス導入管17及び炭化水素導入管18が夫々接続
されている。また、シャワー塔８には、冷却水導入管16
及び冷却水排出管19が接続されている。
而して、転炉排ガスは、水冷弁５を経由してコークス
充填層６に導入され、ここで１μｍ以上の粒径を有する
ダストが除去され、かつ、転炉排ガスに含まれるCO2の
一部、及び水分が除去される。この時、コークス充填層
６から出るガスに含まれるCO2の濃度は、50％以下とす
るのが好ましい。コークス充填層６から出たガスは、水
素含有導入管17から導入された水素ガス、及び炭化水素
導入管18から導入された炭化水素、フェロセンなどの有
機遷移金属錯体と共に反応器７に入る。このとき、反応
器７に導入されるキャリヤーガスの温度は、600℃以
上、好ましくは1100〜1300℃である。また、導入する炭
化水素に対する排ガスの量は、容積比で1.0以上好まし
くは、３以上である。さらに、導入する炭化水素に対す
る水素含有ガスの量は、容積比で0.01以上好ましくは、
0.05以上である。ただし、水素含有ガスは、50％以上の
水素が含有されていることが望ましい。また、添加する
有機遷移金属錯体は、炭化水素に対して0.001〜1.0重量
％、好ましくは、0.01〜0.5重量％である。
充填層６に導入され、ここで１μｍ以上の粒径を有する
ダストが除去され、かつ、転炉排ガスに含まれるCO2の
一部、及び水分が除去される。この時、コークス充填層
６から出るガスに含まれるCO2の濃度は、50％以下とす
るのが好ましい。コークス充填層６から出たガスは、水
素含有導入管17から導入された水素ガス、及び炭化水素
導入管18から導入された炭化水素、フェロセンなどの有
機遷移金属錯体と共に反応器７に入る。このとき、反応
器７に導入されるキャリヤーガスの温度は、600℃以
上、好ましくは1100〜1300℃である。また、導入する炭
化水素に対する排ガスの量は、容積比で1.0以上好まし
くは、３以上である。さらに、導入する炭化水素に対す
る水素含有ガスの量は、容積比で0.01以上好ましくは、
0.05以上である。ただし、水素含有ガスは、50％以上の
水素が含有されていることが望ましい。また、添加する
有機遷移金属錯体は、炭化水素に対して0.001〜1.0重量
％、好ましくは、0.01〜0.5重量％である。
また、本発明で用いる助触媒の有機遷移金属錯体とし
ては、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、ルビジウム、ロジウム、タングステ
ン、パラジウム及び白金を含有する遷移金属化合物を指
すものであり、その内で特に鉄、ニッケル、コバルトを
含有する有機遷移金属化合物が好適であって、フェロセ
ン、鉄アセチルアセテート塩、ジ（インデニル）鉄（I
I）などが安価な製造方法を提供する上で好ましい。
ては、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、ルビジウム、ロジウム、タングステ
ン、パラジウム及び白金を含有する遷移金属化合物を指
すものであり、その内で特に鉄、ニッケル、コバルトを
含有する有機遷移金属化合物が好適であって、フェロセ
ン、鉄アセチルアセテート塩、ジ（インデニル）鉄（I
I）などが安価な製造方法を提供する上で好ましい。
また、本発明で使用する炭素源としては、コークス炉
からの副産物である粗軽油類、カルボル油、ナフタリ
ン、中油、アントラセン油、重油、ピッチ及びコールタ
ール並びにこれらの水素化物及びこれらの混合物であ
る。これらの油種は、ベンゼン、トルエンなどに比べ
て、安価で大量に供給が可能であるため有用である。さ
らにヘテロ原子を有するものも使用可能であり、特に硫
黄を含有するチオフェン類、チオール類及びチオフェノ
ール類を用いると、生成速度が速くなり有用である。
からの副産物である粗軽油類、カルボル油、ナフタリ
ン、中油、アントラセン油、重油、ピッチ及びコールタ
ール並びにこれらの水素化物及びこれらの混合物であ
る。これらの油種は、ベンゼン、トルエンなどに比べ
て、安価で大量に供給が可能であるため有用である。さ
らにヘテロ原子を有するものも使用可能であり、特に硫
黄を含有するチオフェン類、チオール類及びチオフェノ
ール類を用いると、生成速度が速くなり有用である。
反応器７内で生成した炭素繊維は、微細ダストと共に
シャワー塔８に入る。ここで、ガスは、冷却されたダス
トの一部と粗炭素繊維が分離され、さらに粗炭素繊維
は、デカンター９に入り、浮遊選鉱法により精製され
る。磁気分離機11は、さらに炭素繊維からダストを分離
する。このようにして炭素繊維が得られる。
シャワー塔８に入る。ここで、ガスは、冷却されたダス
トの一部と粗炭素繊維が分離され、さらに粗炭素繊維
は、デカンター９に入り、浮遊選鉱法により精製され
る。磁気分離機11は、さらに炭素繊維からダストを分離
する。このようにして炭素繊維が得られる。
［作用］ 本発明にかかる気相成長炭素繊維の製造方法によれ
ば、転炉に設置されたガス回収系内から1400〜1500℃の
高温ガスを一部抜出し、コークス充填層などにより粗大
なダストを除去し水素含有ガスを一部混合した後、この
ガス中に少量の有機遷移金属錯体を溶解した粗軽油を吹
き込むことにより、気相成長炭素繊維を安価にかつ大量
に製造できる。
ば、転炉に設置されたガス回収系内から1400〜1500℃の
高温ガスを一部抜出し、コークス充填層などにより粗大
なダストを除去し水素含有ガスを一部混合した後、この
ガス中に少量の有機遷移金属錯体を溶解した粗軽油を吹
き込むことにより、気相成長炭素繊維を安価にかつ大量
に製造できる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１ 250トン転炉から生ずる転炉ガスを159Nm3／分の流量
で第１図に示した装置のガスラインに10分間供給した。
次いで、水素含有ガス導入管18からコークス炉ガスを8N
m3／分の流量で導入し、さらにフェロセンを0.1％含有
する粗軽油を50Kg/分の流量でここに吹き込んだ。この
時、反応器７の入口の温度は、1100℃であった。炭素繊
維を含む排ガスは冷却水で冷却して100℃以下にした。
次に一部微細ダストを含有する炭素繊維をデカンター９
に移し、凝集剤をこれに添加して浮遊選鉱法よる分離を
行なった。次いで、浮遊する炭素繊維を回収し、乾燥し
た。このようにして１回の仕込みについて、原料の粗軽
油に対して19％の収率で綿状の炭素繊維が得られた。ま
た、気相成長炭素繊維の繊維径と繊維長さを走査電子顕
微鏡で観察したところ、気相成長炭素繊維の径は、0.1
〜0.3μｍで、繊維長さは、500μ以上であった。
で第１図に示した装置のガスラインに10分間供給した。
次いで、水素含有ガス導入管18からコークス炉ガスを8N
m3／分の流量で導入し、さらにフェロセンを0.1％含有
する粗軽油を50Kg/分の流量でここに吹き込んだ。この
時、反応器７の入口の温度は、1100℃であった。炭素繊
維を含む排ガスは冷却水で冷却して100℃以下にした。
次に一部微細ダストを含有する炭素繊維をデカンター９
に移し、凝集剤をこれに添加して浮遊選鉱法よる分離を
行なった。次いで、浮遊する炭素繊維を回収し、乾燥し
た。このようにして１回の仕込みについて、原料の粗軽
油に対して19％の収率で綿状の炭素繊維が得られた。ま
た、気相成長炭素繊維の繊維径と繊維長さを走査電子顕
微鏡で観察したところ、気相成長炭素繊維の径は、0.1
〜0.3μｍで、繊維長さは、500μ以上であった。
実施例２ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにクレオソート油
を吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さが50
0μｍ以上の気相成長炭素繊維が21％の収率で得られ
た。
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにクレオソート油
を吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さが50
0μｍ以上の気相成長炭素繊維が21％の収率で得られ
た。
実施例３ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりに水添アントラセ
ン油を吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さ
が500μｍ以上の気相成長炭素繊維が28％の収率で得ら
れた。
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりに水添アントラセ
ン油を吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さ
が500μｍ以上の気相成長炭素繊維が28％の収率で得ら
れた。
実施例４ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにコールタールを
吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さが500
μｍ以上の気相成長炭素繊維が18％の収率で得られた。
原料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにコールタールを
吹き込んだところ、径が0.1〜0.3μｍで繊維長さが500
μｍ以上の気相成長炭素繊維が18％の収率で得られた。
［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明にかかる気相成長炭素繊維
の製造方法によれば、連続製造が可能で生産性の高い流
動床方式により、しかも、転炉ガスの顕熱を利用すると
共に転炉ガスに含有される微細ダストの触媒機能を用い
ることにより、高価な触媒の使用量を低減させて気相成
長炭素繊維を安価にかつ大量に製造できるものである。
の製造方法によれば、連続製造が可能で生産性の高い流
動床方式により、しかも、転炉ガスの顕熱を利用すると
共に転炉ガスに含有される微細ダストの触媒機能を用い
ることにより、高価な触媒の使用量を低減させて気相成
長炭素繊維を安価にかつ大量に製造できるものである。
第１図は、本発明方法を実施するための装置の概略構成
を示す説明である。 １…転炉、２…排ガスライン、５…水冷弁、６…コーク
ス充填層、７…反応器、８…シャワー塔、９…デカンタ
ー、10…ブロワー、11…磁気分離機、16…冷却水導入
管、17…水素含有ガス導入管、18…炭化水素導入管、19
…冷却水排出管。
を示す説明である。 １…転炉、２…排ガスライン、５…水冷弁、６…コーク
ス充填層、７…反応器、８…シャワー塔、９…デカンタ
ー、10…ブロワー、11…磁気分離機、16…冷却水導入
管、17…水素含有ガス導入管、18…炭化水素導入管、19
…冷却水排出管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 泰男 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松原 健次 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−252720（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−149708（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−19479（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化
水素を、転炉の排ガス及び水素含有ガスからなるキャリ
ヤーガスと共に加熱帯に導入し、金属触媒の存在下で60
0〜1300℃の温度範囲で加熱反応させることを特徴とす
る気相成長炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246177A JP2521982B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 気相成長炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246177A JP2521982B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 気相成長炭素繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0192424A JPH0192424A (ja) | 1989-04-11 |
| JP2521982B2 true JP2521982B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=17144661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62246177A Expired - Fee Related JP2521982B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 気相成長炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521982B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7704481B2 (en) | 2003-04-25 | 2010-04-27 | Showa Denko K.K. | Method of producing vapor-grown carbon fibers |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2792716B2 (ja) * | 1990-06-04 | 1998-09-03 | 北川工業株式会社 | 緊締具 |
| JP2607980B2 (ja) * | 1990-07-05 | 1997-05-07 | 日立建機株式会社 | 摺動部材及びそのガス浸硫・窒化方法 |
| US6821675B1 (en) | 1998-06-03 | 2004-11-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Non-Aqueous electrolyte secondary battery comprising composite particles |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP62246177A patent/JP2521982B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7704481B2 (en) | 2003-04-25 | 2010-04-27 | Showa Denko K.K. | Method of producing vapor-grown carbon fibers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0192424A (ja) | 1989-04-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |