JP3479687B2 - 炭化物の製造方法 - Google Patents
炭化物の製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B19/00—Heating of coke ovens by electrical means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオマス系材料
から中品位及び高品位の炭化物を迅速かつ効率的に製造
する方法に関する。
から中品位及び高品位の炭化物を迅速かつ効率的に製造
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、活性炭を製造する方法としては、
木材チップや木材の鋸屑等の小寸法の木質材料を原料と
し、これを炭化し、ガス賦活化処理する方法が一般的で
ある。この方法は、原料を少なくとも２５０℃以上の高
温雰囲気中で加熱し、炭化する方法であるため、その原
料の炭化は表面部から内部へ進行する。従って、この方
法により、木質ブロックや大寸法の木材片をその中心部
まで炭化しようとすると長時間を要する上、熱分解で発
生する揮発分、特に重質なタール分が炭化物の細孔内に
付着して堆積した状態の炭化物になる等の問題を生じ
る。特公平６−７２００３号公報には、セルロース系材
料をマイクロ波の照射による炭化物の製造方法が記載さ
れている。この方法で得られる炭化物は未炭化表層部分
を含む不完全炭化物であるため、その比表面積は、その
中心部で６００〜６６０ｍ2／ｇであり、その未炭化表
層部分では６〜１０ｍ2／ｇとと非常に低いものであ
る。また、その中心部と表層部との間の中間部分では、
約２５０ｍ2／ｇである。
木材チップや木材の鋸屑等の小寸法の木質材料を原料と
し、これを炭化し、ガス賦活化処理する方法が一般的で
ある。この方法は、原料を少なくとも２５０℃以上の高
温雰囲気中で加熱し、炭化する方法であるため、その原
料の炭化は表面部から内部へ進行する。従って、この方
法により、木質ブロックや大寸法の木材片をその中心部
まで炭化しようとすると長時間を要する上、熱分解で発
生する揮発分、特に重質なタール分が炭化物の細孔内に
付着して堆積した状態の炭化物になる等の問題を生じ
る。特公平６−７２００３号公報には、セルロース系材
料をマイクロ波の照射による炭化物の製造方法が記載さ
れている。この方法で得られる炭化物は未炭化表層部分
を含む不完全炭化物であるため、その比表面積は、その
中心部で６００〜６６０ｍ2／ｇであり、その未炭化表
層部分では６〜１０ｍ2／ｇとと非常に低いものであ
る。また、その中心部と表層部との間の中間部分では、
約２５０ｍ2／ｇである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、バイオマス
系材料を用いてＢＥＴ法による比表面積値の高い炭化物
を迅速かつ効率よく生成させる方法を提供することをそ
の課題とする。
系材料を用いてＢＥＴ法による比表面積値の高い炭化物
を迅速かつ効率よく生成させる方法を提供することをそ
の課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、バイオマス系材料か
ら中品位炭化物を製造する方法であって、該材料にマイ
クロ波を照射して内部を炭化するとともに、該材料から
熱分解ガスの発生が認められた時点以降で該マイクロ波
の照射を停止し、次いで得られた高温の不完全炭化物に
酸化性ガスを接触させて該不完全炭化物の温度を燃焼温
度まで高めて該不完全炭化物の未炭化部分を燃焼させ、
赤熱の炭化物が得られた時点で該酸化性ガスと該炭化物
との接触を遮断し、非酸化条件下で冷却する冷却工程、
からなることを特徴とする中品位炭化物の製造方法が提
供される。また、本発明によれば、前記の方法で得られ
た完全炭化物又はその粗砕化物をガス賦活化処理するこ
とを特徴とする高品位炭化物の製造方法が提供される。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、バイオマス系材料か
ら中品位炭化物を製造する方法であって、該材料にマイ
クロ波を照射して内部を炭化するとともに、該材料から
熱分解ガスの発生が認められた時点以降で該マイクロ波
の照射を停止し、次いで得られた高温の不完全炭化物に
酸化性ガスを接触させて該不完全炭化物の温度を燃焼温
度まで高めて該不完全炭化物の未炭化部分を燃焼させ、
赤熱の炭化物が得られた時点で該酸化性ガスと該炭化物
との接触を遮断し、非酸化条件下で冷却する冷却工程、
からなることを特徴とする中品位炭化物の製造方法が提
供される。また、本発明によれば、前記の方法で得られ
た完全炭化物又はその粗砕化物をガス賦活化処理するこ
とを特徴とする高品位炭化物の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明においては、炭化原料とし
ては、バイオマス系材料（以下、単に材料とも言う）が
用いられる。このバイオマス系材料は、加熱により炭化
することの可能な植物質成分、例えば、セルロース、ヘ
ミセルロース、リグニン等を主成分とする材料であれば
よく、このような材料には、木質系材料、植物系繊維材
料の他、トウモロコシの芯、果実殻（ヤシ殻、クルミ
殻、アイボリーナッツ殻等）、果実種子（桃の種等）、
殻類（栗殻、そば殻、もみ殻等）、バガス、綿、木綿繊
維、紙、パルプ等が包含される。また、木質系材料に
は、原木、木質ブロック、木材片等の粗大寸法の材料の
他、おがくず、木材チップ等の微細木質材料及びその成
形物等が包含される。材料の寸法は特に制約されず、小
粒子から粗大寸法の材料が包含される。その１個の体積
は、少なくとも０．０５ｃｍ3であり、好ましくは７０
ｃｍ3以上である。その上限値は、特に制約されない
が、通常、５０，０００ｃｍ3程度である。本発明で
は、粗大寸法の木質材料の使用が好ましいが、このよう
な材料には、原木、木質ブロック、木材片の他、おがく
ず、チップなどの微細木質材料の成形物等が包含され
る。木質ブロックには、原木の表皮を切削除去して形成
したブロック体や、原木を切断して形成したブロック
体、パルプ繊維を圧縮成形し、乾燥して形成したブロッ
ク体等が包含される。この木質ブロックにおいて、その
木口断面積は１．５〜２０００ｃｍ2、好ましくは８０
〜８００ｃｍ2であり、その長さは１〜７００ｃｍ、好
ましくは２〜４０ｃｍである。木材片には、木材を粗大
チップ状に切断したものや、木材を一定の大きさに切断
したもの等が包含される。これらの木質材料において、
その長軸の長さは１〜２００ｃｍ、好ましくは１０〜４
０ｃｍであり、その形状は特に制約されないが、円柱
体、球体、直方体等が好ましい。
ては、バイオマス系材料（以下、単に材料とも言う）が
用いられる。このバイオマス系材料は、加熱により炭化
することの可能な植物質成分、例えば、セルロース、ヘ
ミセルロース、リグニン等を主成分とする材料であれば
よく、このような材料には、木質系材料、植物系繊維材
料の他、トウモロコシの芯、果実殻（ヤシ殻、クルミ
殻、アイボリーナッツ殻等）、果実種子（桃の種等）、
殻類（栗殻、そば殻、もみ殻等）、バガス、綿、木綿繊
維、紙、パルプ等が包含される。また、木質系材料に
は、原木、木質ブロック、木材片等の粗大寸法の材料の
他、おがくず、木材チップ等の微細木質材料及びその成
形物等が包含される。材料の寸法は特に制約されず、小
粒子から粗大寸法の材料が包含される。その１個の体積
は、少なくとも０．０５ｃｍ3であり、好ましくは７０
ｃｍ3以上である。その上限値は、特に制約されない
が、通常、５０，０００ｃｍ3程度である。本発明で
は、粗大寸法の木質材料の使用が好ましいが、このよう
な材料には、原木、木質ブロック、木材片の他、おがく
ず、チップなどの微細木質材料の成形物等が包含され
る。木質ブロックには、原木の表皮を切削除去して形成
したブロック体や、原木を切断して形成したブロック
体、パルプ繊維を圧縮成形し、乾燥して形成したブロッ
ク体等が包含される。この木質ブロックにおいて、その
木口断面積は１．５〜２０００ｃｍ2、好ましくは８０
〜８００ｃｍ2であり、その長さは１〜７００ｃｍ、好
ましくは２〜４０ｃｍである。木材片には、木材を粗大
チップ状に切断したものや、木材を一定の大きさに切断
したもの等が包含される。これらの木質材料において、
その長軸の長さは１〜２００ｃｍ、好ましくは１０〜４
０ｃｍであり、その形状は特に制約されないが、円柱
体、球体、直方体等が好ましい。
【０００６】本発明により中品位の炭化物を製造するに
は、前記材料をマイクロ波照射室に入れ、マイクロ波を
照射する。この場合、マイクロ波としては、その周波数
が１０００〜６０００ＭＨｚのものが適用可能である
が、電波法、浸透深度、加熱速度を考慮すると、２４５
０ＭＨｚの周波数を有するマイクロ波が有利に使用され
る。材料にマイクロ波を照射する場合、そのマイクロ波
照射室内を不活性ガス雰囲気や低酸素濃度雰囲気に保持
するかあるいはそのマイクロ波照射室には、窒素や炭酸
ガス、水蒸気等の非酸化性ガスを流通させる。これによ
り、材料を危険性なく、簡単に炭化することができる。
マイクロ波照射室を減圧下に保持するとともに低酸素雰
囲気に保持することにより、材料から発生する熱分解ガ
スの抜出しが容易となり、炭化物に対するタール付着を
防止することができる。本発明によるマイクロ波照射に
よる材料の炭化においては、材料は、その内部から急速
に炭化される。そのマイクロ波照射時間は、通常、マイ
クロ波の出力、負荷によって当然異なるが、含水分１０
％、直径６ｃｍの正円柱木質材では０．５〜３ｋＷの出
力で４〜１５分、直径３０ｃｍの正円柱体では３０分〜
１２０分である。３ｋＷの出力で直径３０ｃｍの正円柱
体では３０〜１００分である。
は、前記材料をマイクロ波照射室に入れ、マイクロ波を
照射する。この場合、マイクロ波としては、その周波数
が１０００〜６０００ＭＨｚのものが適用可能である
が、電波法、浸透深度、加熱速度を考慮すると、２４５
０ＭＨｚの周波数を有するマイクロ波が有利に使用され
る。材料にマイクロ波を照射する場合、そのマイクロ波
照射室内を不活性ガス雰囲気や低酸素濃度雰囲気に保持
するかあるいはそのマイクロ波照射室には、窒素や炭酸
ガス、水蒸気等の非酸化性ガスを流通させる。これによ
り、材料を危険性なく、簡単に炭化することができる。
マイクロ波照射室を減圧下に保持するとともに低酸素雰
囲気に保持することにより、材料から発生する熱分解ガ
スの抜出しが容易となり、炭化物に対するタール付着を
防止することができる。本発明によるマイクロ波照射に
よる材料の炭化においては、材料は、その内部から急速
に炭化される。そのマイクロ波照射時間は、通常、マイ
クロ波の出力、負荷によって当然異なるが、含水分１０
％、直径６ｃｍの正円柱木質材では０．５〜３ｋＷの出
力で４〜１５分、直径３０ｃｍの正円柱体では３０分〜
１２０分である。３ｋＷの出力で直径３０ｃｍの正円柱
体では３０〜１００分である。
【０００７】前記マイクロ波の照射による材料の炭化
は、その材料が完全炭化される以前にそのマイクロ波照
射を停止する。マイクロ波照射により材料を炭化する場
合、その炭化は材料の内部から起り、その内部は効率よ
く炭化されるものの、表層部分は炭化されにくく、表層
部分まで完全炭化するには長時間のマイクロ波の照射が
必要となり、電力コストが非常に高くなる。そのため、
本発明では、内部が炭化され、表層部に未炭化部分が残
った状態（不完全炭化状態）でマイクロ波の照射を停止
する。内部が炭化されたことは、表層部に変化が認めら
れなくても、白煙や黄褐色の熱分解ガスの発生によって
確認される。マイクロ波の照射の停止は、前記熱分解ガ
スの発生が認められた時点以降で行う。表面層で判別す
ると、炭化された部分の色は黒色であるが、未炭化部分
は、その表面の色は全く変化が認められないか、茶褐色
である。本発明の場合、全重量に対するその未炭化部分
の重量割合は、５〜７０％、好ましくは１０〜３０％の
割合にするのがよい。
は、その材料が完全炭化される以前にそのマイクロ波照
射を停止する。マイクロ波照射により材料を炭化する場
合、その炭化は材料の内部から起り、その内部は効率よ
く炭化されるものの、表層部分は炭化されにくく、表層
部分まで完全炭化するには長時間のマイクロ波の照射が
必要となり、電力コストが非常に高くなる。そのため、
本発明では、内部が炭化され、表層部に未炭化部分が残
った状態（不完全炭化状態）でマイクロ波の照射を停止
する。内部が炭化されたことは、表層部に変化が認めら
れなくても、白煙や黄褐色の熱分解ガスの発生によって
確認される。マイクロ波の照射の停止は、前記熱分解ガ
スの発生が認められた時点以降で行う。表面層で判別す
ると、炭化された部分の色は黒色であるが、未炭化部分
は、その表面の色は全く変化が認められないか、茶褐色
である。本発明の場合、全重量に対するその未炭化部分
の重量割合は、５〜７０％、好ましくは１０〜３０％の
割合にするのがよい。
【０００８】次に、前記炭化工程で得られた不完全炭化
物を酸化性ガスと接触させる。前記マイクロ波加熱によ
り得られる不完全炭化物は、その内部が３００〜１００
０℃の高温状態にあり、芯部に近いほど温度が高い。こ
のようにしてマイクロ波照射でできた熱核がある不完全
炭化物に酸化性ガスを接触させた場合、導管や細かな亀
裂から内部に浸透する酸化性ガスで酸化反応が進み容易
に全体が高温となる。２２０℃以上の高温部分ではヘミ
セルロースの発熱反応が起こり、さらに高温となった部
分ではセルロース、リグニンの発熱反応が生じ高温化が
促進され、内部より順次、表層付近まで酸化反応が進み
高温となる。急速な高温化により亀裂が生じることも多
い。その亀裂した部分や酸化性ガスと接した表層部が着
火温度以上に達している場合、不完全炭化物から発生し
ている揮発性の可燃ガスに容易に着火し火炎を生じて燃
焼する。発生する揮発分量が少なくなると、火炎が小さ
くなり赤熱した炭化物となる。また、未炭化割合が５０
％以上のマイクロ波炭化物の場合、酸化性ガスの浸透性
が良くないことから、それに亀裂を入れるなどして酸化
性ガスと高温となった内部を積極的に接触させることに
よって、酸化反応の促進が図られ、火炎を伴う燃焼熱に
て速やかに完全炭化することができる。しかし、未炭化
部分が５０％以上の炭化物の場合には火炎量が多くな
り、火炎にて炭化される割合が多くなることから、炭化
物の品位低下は免れない。このようにして、マイクロ波
不完全炭化物から新たな熱エネルギーを供給することな
く完全炭化物が得られる。前記酸化性ガスとしては、空
気等の酸素含有ガスの他、酸素自体を用いることができ
る。
物を酸化性ガスと接触させる。前記マイクロ波加熱によ
り得られる不完全炭化物は、その内部が３００〜１００
０℃の高温状態にあり、芯部に近いほど温度が高い。こ
のようにしてマイクロ波照射でできた熱核がある不完全
炭化物に酸化性ガスを接触させた場合、導管や細かな亀
裂から内部に浸透する酸化性ガスで酸化反応が進み容易
に全体が高温となる。２２０℃以上の高温部分ではヘミ
セルロースの発熱反応が起こり、さらに高温となった部
分ではセルロース、リグニンの発熱反応が生じ高温化が
促進され、内部より順次、表層付近まで酸化反応が進み
高温となる。急速な高温化により亀裂が生じることも多
い。その亀裂した部分や酸化性ガスと接した表層部が着
火温度以上に達している場合、不完全炭化物から発生し
ている揮発性の可燃ガスに容易に着火し火炎を生じて燃
焼する。発生する揮発分量が少なくなると、火炎が小さ
くなり赤熱した炭化物となる。また、未炭化割合が５０
％以上のマイクロ波炭化物の場合、酸化性ガスの浸透性
が良くないことから、それに亀裂を入れるなどして酸化
性ガスと高温となった内部を積極的に接触させることに
よって、酸化反応の促進が図られ、火炎を伴う燃焼熱に
て速やかに完全炭化することができる。しかし、未炭化
部分が５０％以上の炭化物の場合には火炎量が多くな
り、火炎にて炭化される割合が多くなることから、炭化
物の品位低下は免れない。このようにして、マイクロ波
不完全炭化物から新たな熱エネルギーを供給することな
く完全炭化物が得られる。前記酸化性ガスとしては、空
気等の酸素含有ガスの他、酸素自体を用いることができ
る。
【０００９】前記完全炭化工程において、その火炎が生
じなくなった時点において、その酸化性ガスの供給を停
止し、非酸化条件下で冷却する。この場合の冷却は、放
冷でもよいし、冷却ガス等の冷却媒体を用いる強制冷却
であってもよい。非酸化条件は、酸化性ガスの供給停止
によって形成し得る他、非酸化性ガス、例えば窒素ガ
ス、水蒸気、炭酸ガス等を流通させることによって形成
することができる。
じなくなった時点において、その酸化性ガスの供給を停
止し、非酸化条件下で冷却する。この場合の冷却は、放
冷でもよいし、冷却ガス等の冷却媒体を用いる強制冷却
であってもよい。非酸化条件は、酸化性ガスの供給停止
によって形成し得る他、非酸化性ガス、例えば窒素ガ
ス、水蒸気、炭酸ガス等を流通させることによって形成
することができる。
【００１０】前記のようにして得られる中品位の完全炭
化物は、その細孔内へのタール残渣の付着が少なく、そ
の細孔はクリーンな状態にあるため、高い吸着能を有
し、吸着剤として好適のものである。
化物は、その細孔内へのタール残渣の付着が少なく、そ
の細孔はクリーンな状態にあるため、高い吸着能を有
し、吸着剤として好適のものである。
【００１１】本発明においては、バイオマス系材料とし
ては、その木口断面積が１．５〜２０００ｃｍ2程度の
木質ブロックや木質片を用いることが好ましい。この完
全炭化物は、必要に応じ、これを粗砕することにより、
所望寸法の粗砕化物とすることができる。本発明におい
ては、その粗砕化物の体積は、５０００ｃｍ3以下、好
ましくは３ｃｍ3以下である。その体積の下限値は、微
粉末迄の範囲であり特に制約されないが、通常、０．０
５ｃｍ3程度である。完全炭化物は、一般的には、その
長軸長さが１〜４００ｍｍ、好ましくは２〜３０ｍｍと
するのが好ましい。このような完全炭化物は、そのまま
中品位の炭化物として使用することができる。また、こ
の中品位炭化物は、その製造コストが安価であるという
利点を有する。
ては、その木口断面積が１．５〜２０００ｃｍ2程度の
木質ブロックや木質片を用いることが好ましい。この完
全炭化物は、必要に応じ、これを粗砕することにより、
所望寸法の粗砕化物とすることができる。本発明におい
ては、その粗砕化物の体積は、５０００ｃｍ3以下、好
ましくは３ｃｍ3以下である。その体積の下限値は、微
粉末迄の範囲であり特に制約されないが、通常、０．０
５ｃｍ3程度である。完全炭化物は、一般的には、その
長軸長さが１〜４００ｍｍ、好ましくは２〜３０ｍｍと
するのが好ましい。このような完全炭化物は、そのまま
中品位の炭化物として使用することができる。また、こ
の中品位炭化物は、その製造コストが安価であるという
利点を有する。
【００１２】本発明によれば、前記のようにして得られ
る完全炭化物又はその粗砕化物は、これをガス賦活化処
理することにより、高品位の炭化物（活性炭）とするこ
とができる。完全炭化物をガス賦活化するための方法と
しては、従来公知の方法を用いることができる。このよ
うなガス賦活化法には、炭化物に対して、高温におい
て、水蒸気、炭酸ガス（燃焼ガス）、酸素（空気）、そ
の他の酸化性ガスを反応させる方法が包含される。賦活
温度は、７５０〜１３００℃であるが、好ましくは８４
０℃以上、より好ましくは８５０℃以上である。
る完全炭化物又はその粗砕化物は、これをガス賦活化処
理することにより、高品位の炭化物（活性炭）とするこ
とができる。完全炭化物をガス賦活化するための方法と
しては、従来公知の方法を用いることができる。このよ
うなガス賦活化法には、炭化物に対して、高温におい
て、水蒸気、炭酸ガス（燃焼ガス）、酸素（空気）、そ
の他の酸化性ガスを反応させる方法が包含される。賦活
温度は、７５０〜１３００℃であるが、好ましくは８４
０℃以上、より好ましくは８５０℃以上である。
【００１３】本発明においては、その材料として粗大寸
法のものを用いて得られる粗大寸法の完全炭化物をその
まま中品位炭化物として用いることができる。また、こ
の完全炭化物を必要に応じて粗砕し、分級処理すること
により、所望寸法又は所望粒径の中品位炭化物を得るこ
とができる。また、本発明によれば、完全炭化物を粗砕
し、必要に応じて分級処理して得られる所望寸法又は所
望粒径の炭化物を、ガス賦活化処理することにより、所
望寸法又は所望粒径の高品位炭化物（活性炭）を得るこ
とができる。さらに、本発明によれば、完全炭化物を粉
砕し、必要に応じて分級処理することにより、所望微粒
子状の中品位炭化物を得ることができる。さらにまた、
本発明によれば、完全炭化物を粉砕し、必要に応じて分
級処理して得られる微粒子状の炭化物をガス賦活化処理
することにより、所望微粒子状の高品位炭化物を得るこ
とができる。
法のものを用いて得られる粗大寸法の完全炭化物をその
まま中品位炭化物として用いることができる。また、こ
の完全炭化物を必要に応じて粗砕し、分級処理すること
により、所望寸法又は所望粒径の中品位炭化物を得るこ
とができる。また、本発明によれば、完全炭化物を粗砕
し、必要に応じて分級処理して得られる所望寸法又は所
望粒径の炭化物を、ガス賦活化処理することにより、所
望寸法又は所望粒径の高品位炭化物（活性炭）を得るこ
とができる。さらに、本発明によれば、完全炭化物を粉
砕し、必要に応じて分級処理することにより、所望微粒
子状の中品位炭化物を得ることができる。さらにまた、
本発明によれば、完全炭化物を粉砕し、必要に応じて分
級処理して得られる微粒子状の炭化物をガス賦活化処理
することにより、所望微粒子状の高品位炭化物を得るこ
とができる。
【００１４】本発明によれば、長軸長さが０．０５ｍｍ
〜２ｍ、好ましくは０．２〜３００ｍｍの中品位及び高
品位炭化物が提供される。
〜２ｍ、好ましくは０．２〜３００ｍｍの中品位及び高
品位炭化物が提供される。
【００１５】本発明による中品位炭化物の比表面積は、
後記する比表面積測定法により測定した値で、４００ｍ
2／ｇ以上、好ましくは５００ｍ2／ｇ以上であり、カラ
マツの場合、その上限値は、通常、６６０ｍ2／ｇ程度
である。本発明による高品位炭化物の比表面積は、後記
する比表面積測定法により測定した値で、８００ｍ2／
ｇ以上、好ましくは１２００ｍ2／ｇ以上であり、その
上限値は、通常、３０００ｍ2／ｇ程度である。
後記する比表面積測定法により測定した値で、４００ｍ
2／ｇ以上、好ましくは５００ｍ2／ｇ以上であり、カラ
マツの場合、その上限値は、通常、６６０ｍ2／ｇ程度
である。本発明による高品位炭化物の比表面積は、後記
する比表面積測定法により測定した値で、８００ｍ2／
ｇ以上、好ましくは１２００ｍ2／ｇ以上であり、その
上限値は、通常、３０００ｍ2／ｇ程度である。
【００１６】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
明する。
【００１７】実施例１
カラマツの木材ブロック（直径３４０ｍｍ、高さ３００
ｍｍ、約１３ｋｇ）をマイクロ波にて熱分解して炭化し
た。マイクロ波発振管は、発振周波数２４５０ＭＨｚ、
最大出力３ｋＷで約８０分間マイクロ波を照射した。マ
イクロ波処理室には窒素ガスを少量流通させ、一方では
ポンプで著干負圧になるようガスを吸引しながらマイク
ロ波を照射した。その結果、木材ブロックは表層面の極
一部を除きほぼ完全に炭化されていた。その炭化物の収
率は３５％であった。この炭化物を冷やすことなくステ
ンレス製１００リットル容器に入れ、空気を吹き付ける
と容易に高温となり、表層の未炭化部分が火炎を出して
燃焼し、約３分間その燃焼が継続した後、その炎が消失
し、赤熱の炭化物が得られた時点で容器に蓋をすること
よって空気を遮断し、放冷するすることにより完全炭化
物が極めて短い時間（約９０分）で得られた。マイクロ
波照射してこの様にして得た不完全炭化物の比表面積は
５８０〜６３０ｍ2／ｇであり、炭窯で生産されたカラ
マツ木炭（下川町産）の比表面積１４０〜２２０ｍ2／
ｇと較べるとその数倍の値であった。また木炭の比表面
積を記述した文献による最大値の多くは、３００〜４０
０ｍ2／ｇであり、マイクロ波照射して短時間に炭化し
た不完全炭化物は明らかに比表面積が大きく、市販品の
活性炭に近い値を示すものであった。また、走査電子顕
微鏡による観察結果では、炭窯で生産したカラマツ木炭
の細孔内は細孔壁が一部崩れ、その細孔内には多くのカ
ーボン片と思われる夾雑物の存在が確認されたがマイク
ロ波による炭化物は細孔壁が整然としており、細孔内の
夾雑物は殆ど認められないきれいな状態であった。
ｍｍ、約１３ｋｇ）をマイクロ波にて熱分解して炭化し
た。マイクロ波発振管は、発振周波数２４５０ＭＨｚ、
最大出力３ｋＷで約８０分間マイクロ波を照射した。マ
イクロ波処理室には窒素ガスを少量流通させ、一方では
ポンプで著干負圧になるようガスを吸引しながらマイク
ロ波を照射した。その結果、木材ブロックは表層面の極
一部を除きほぼ完全に炭化されていた。その炭化物の収
率は３５％であった。この炭化物を冷やすことなくステ
ンレス製１００リットル容器に入れ、空気を吹き付ける
と容易に高温となり、表層の未炭化部分が火炎を出して
燃焼し、約３分間その燃焼が継続した後、その炎が消失
し、赤熱の炭化物が得られた時点で容器に蓋をすること
よって空気を遮断し、放冷するすることにより完全炭化
物が極めて短い時間（約９０分）で得られた。マイクロ
波照射してこの様にして得た不完全炭化物の比表面積は
５８０〜６３０ｍ2／ｇであり、炭窯で生産されたカラ
マツ木炭（下川町産）の比表面積１４０〜２２０ｍ2／
ｇと較べるとその数倍の値であった。また木炭の比表面
積を記述した文献による最大値の多くは、３００〜４０
０ｍ2／ｇであり、マイクロ波照射して短時間に炭化し
た不完全炭化物は明らかに比表面積が大きく、市販品の
活性炭に近い値を示すものであった。また、走査電子顕
微鏡による観察結果では、炭窯で生産したカラマツ木炭
の細孔内は細孔壁が一部崩れ、その細孔内には多くのカ
ーボン片と思われる夾雑物の存在が確認されたがマイク
ロ波による炭化物は細孔壁が整然としており、細孔内の
夾雑物は殆ど認められないきれいな状態であった。
【００１８】実施例２
実施例１の完全炭化物を粗砕してフルイ目が２０〜７０
ｍｍサイズのもの約１１０ｇを毎分４℃で昇温し、８８
０℃で２時間炭酸ガス（３リットル／ｍｉｎ）を流通さ
せながら、直径約１０ｃｍ、長さ１００ｃｍのロータリ
ーキルンで賦活処理した。その後、放冷して取り出した
炭化物の収量は約４０グラムであり、活性炭化物の収率
をしては極めて高いものであった。賦活処理によって重
量は減少し、その形状は若干収縮が認められるもののほ
ぼ元の形状が維持された状態で炭化物が得られた。その
賦活処理した炭化物の比表面積値を測定した。この炭化
物の比表面積をＢＥＴ法による比表面積測定装置を用い
て測定した。その結果、その炭化物の比表面積は８３０
〜９００ｍ2／ｇであり、市販製品の粉末活性炭と同等
以上の比表面積値を有することが明らかとなった。な
お、マイクロ波照射した表層部分の未炭化部分を含む不
完全炭化物の場合は、同様の賦活処理した製品で、その
比表面積は７２０ｍ2／ｇ程度であり、完全炭化したも
のと比べ、１００ｍ2／ｇ以上低い値を示した。また、
当然のことながら、炭化物の賦活時間を長くすることに
より、収率は低下するが活性炭化物の性能はさらに向上
する。茶褐色を呈した広葉樹の木酢液に賦活処理した炭
化物を添加すると、約２％の添加量で木酢液が無色透明
となるなどその脱色性もすぐれていた。以上のように、
本発明により、良質でしかも粘結剤や造粒材を添加する
ことなく大粒径の破砕状活性炭化物を容易に製造するこ
とができた。
ｍｍサイズのもの約１１０ｇを毎分４℃で昇温し、８８
０℃で２時間炭酸ガス（３リットル／ｍｉｎ）を流通さ
せながら、直径約１０ｃｍ、長さ１００ｃｍのロータリ
ーキルンで賦活処理した。その後、放冷して取り出した
炭化物の収量は約４０グラムであり、活性炭化物の収率
をしては極めて高いものであった。賦活処理によって重
量は減少し、その形状は若干収縮が認められるもののほ
ぼ元の形状が維持された状態で炭化物が得られた。その
賦活処理した炭化物の比表面積値を測定した。この炭化
物の比表面積をＢＥＴ法による比表面積測定装置を用い
て測定した。その結果、その炭化物の比表面積は８３０
〜９００ｍ2／ｇであり、市販製品の粉末活性炭と同等
以上の比表面積値を有することが明らかとなった。な
お、マイクロ波照射した表層部分の未炭化部分を含む不
完全炭化物の場合は、同様の賦活処理した製品で、その
比表面積は７２０ｍ2／ｇ程度であり、完全炭化したも
のと比べ、１００ｍ2／ｇ以上低い値を示した。また、
当然のことながら、炭化物の賦活時間を長くすることに
より、収率は低下するが活性炭化物の性能はさらに向上
する。茶褐色を呈した広葉樹の木酢液に賦活処理した炭
化物を添加すると、約２％の添加量で木酢液が無色透明
となるなどその脱色性もすぐれていた。以上のように、
本発明により、良質でしかも粘結剤や造粒材を添加する
ことなく大粒径の破砕状活性炭化物を容易に製造するこ
とができた。
【００１９】
【発明の効果】（１）炭化物の製造工程において、粗大
寸法のセルロース系材料を用いることにより、粗大寸法
の炭化物を得ることができる。従って、微粉炭を扱う従
来法とは異なり、職場環境の大幅改善を得ることができ
る。 （２）原木の大鋸屑化やチップ化に伴う粉砕コストが不
要となり、大幅なコストの低減化が可能となる。また、
大形状のブロック炭化物は脆くなっていることから、そ
の破砕は極めて容易である。従って、その粉砕機には強
度ある高価な設備は不要となる。大きさにかかわらずど
の様な形状の材料にも適用できる。 （３）炭化物を粗砕したものから、任意のサイズのもの
をフルイ分けすることによってサイズの異なった大粒径
の炭化物を容易に調製することができる。造粒操作が不
要となり、さらには造粒用粘結剤の使用による活性の低
下も無くなる。市販されている微粉活性炭と同等品以上
の高品位炭化物を得ることができる。微紛状のものが必
要な場合、大粒径のものを粉砕するだけで簡単に得るこ
とができる。 （４）破砕大粒径炭化物の使用による充填層の圧力損失
の低減化、また充填塔などにおける粒子飛散防止の効果
大である。 （５）高品位の炭化物を短時間で生産することができ、
その工程も前述した如く造粒や粘結剤を使う工程が必要
とされない。
寸法のセルロース系材料を用いることにより、粗大寸法
の炭化物を得ることができる。従って、微粉炭を扱う従
来法とは異なり、職場環境の大幅改善を得ることができ
る。 （２）原木の大鋸屑化やチップ化に伴う粉砕コストが不
要となり、大幅なコストの低減化が可能となる。また、
大形状のブロック炭化物は脆くなっていることから、そ
の破砕は極めて容易である。従って、その粉砕機には強
度ある高価な設備は不要となる。大きさにかかわらずど
の様な形状の材料にも適用できる。 （３）炭化物を粗砕したものから、任意のサイズのもの
をフルイ分けすることによってサイズの異なった大粒径
の炭化物を容易に調製することができる。造粒操作が不
要となり、さらには造粒用粘結剤の使用による活性の低
下も無くなる。市販されている微粉活性炭と同等品以上
の高品位炭化物を得ることができる。微紛状のものが必
要な場合、大粒径のものを粉砕するだけで簡単に得るこ
とができる。 （４）破砕大粒径炭化物の使用による充填層の圧力損失
の低減化、また充填塔などにおける粒子飛散防止の効果
大である。 （５）高品位の炭化物を短時間で生産することができ、
その工程も前述した如く造粒や粘結剤を使う工程が必要
とされない。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石崎 紘三
北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２
番１号 工業技術院北海道工業技術研究
所内
(56)参考文献 特開 平３−75210（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−205384（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−187637（ＪＰ，Ａ)
特表 平３−502202（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C10B 53/02
C01B 31/02
C01B 31/10
Claims (2)
- 【請求項１】 バイオマス系材料から中品位炭化物を製
造する方法であって、該材料にマイクロ波を照射して内
部を炭化するとともに、該材料から熱分解ガスの発生が
認められた時点以降で該マイクロ波の照射を停止し、次
いで得られた内部高温の不完全炭化物に酸化性ガスを接
触させて該不完全炭化物の温度を燃焼温度まで高めて該
不完全炭化物の未炭化部分を燃焼させ、赤熱の炭化物が
得られた時点で該酸化性ガスと該炭化物との接触を遮断
し、非酸化条件下で冷却することを特徴とする中品位炭
化物の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１の方法で得られた完全炭化物又
はその粗砕化物をガス賦活化処理することを特徴とする
高品位炭化物の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000361508A JP3479687B2 (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 炭化物の製造方法 |
| US09/739,298 US6576212B2 (en) | 2000-11-28 | 2000-12-19 | Process for the production of carbonized material |
| US09/739,298 US20020064495A1 (en) | 2000-11-28 | 2001-05-02 | Process for the production of carbonized material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000361508A JP3479687B2 (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 炭化物の製造方法 |
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|---|---|
| JP2002161278A JP2002161278A (ja) | 2002-06-04 |
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Family
ID=18832929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000361508A Expired - Lifetime JP3479687B2 (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 炭化物の製造方法 |
Country Status (2)
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|---|---|
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| JP (1) | JP3479687B2 (ja) |
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| CN100344534C (zh) * | 2005-08-02 | 2007-10-24 | 四川大学 | 微波直接炭化活化低介电性材料以制备成型活性炭的方法 |
| KR100741078B1 (ko) | 2005-11-22 | 2007-07-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 중형 다공성 탄소, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지 |
| US9394179B2 (en) * | 2006-03-31 | 2016-07-19 | Philip Morris Usa Inc. | Method of making modified activated carbon |
| US8585786B2 (en) | 2006-03-31 | 2013-11-19 | Coaltek, Inc. | Methods and systems for briquetting solid fuel |
| US8585788B2 (en) | 2006-03-31 | 2013-11-19 | Coaltek, Inc. | Methods and systems for processing solid fuel |
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| EP2297383A1 (en) * | 2008-06-18 | 2011-03-23 | Board of Trustees of the University of Arkansas | Microwave-assisted synthesis of carbon and carbon-metal composites from lignin, tannin and asphalt derivatives |
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| US8647512B2 (en) * | 2008-06-18 | 2014-02-11 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Use of magnetic carbon composites from renewable resource materials for oil spill clean up and recovery |
| US9095837B2 (en) | 2008-06-18 | 2015-08-04 | Broad of Trustees of the University of Arkansas | Renewable resource-based metal oxide-containing materials and applications of the same |
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| US20110171108A1 (en) * | 2008-06-18 | 2011-07-14 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Microwave-assisted synthesis of nanodiamonds from tannin, lignin, asphalt, and derivatives |
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| EP2224045A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-01 | Basf Se | Process for producing carbon nanofibres and/or carbon nanotubes |
| US10010867B2 (en) | 2009-02-27 | 2018-07-03 | Basf Corporation | Process for producing carbon nanofibers and/or carbon nanotubes |
| JP2011093774A (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-12 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 活性炭及びその製造方法、並びにそれを用いた液体の精製方法、及び燃料電池システム |
| FI20105618A (fi) * | 2010-06-01 | 2011-12-02 | Raute Oyj | Menetelmä ja laite fragmentoidun materiaalin käsittelemiseksi pyrolyysillä |
| JP5545660B2 (ja) * | 2010-11-22 | 2014-07-09 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
| JP6197266B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2017-09-20 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 改質炭の製造方法 |
| CN102942174B (zh) * | 2012-11-23 | 2014-07-23 | 浙江建中竹业科技有限公司 | 一种导电无尘养生炭粒的制作方法 |
| JP6265780B2 (ja) * | 2014-02-26 | 2018-01-24 | 鈴木 健 | 人工原木の炭化装置 |
| WO2014185183A1 (ja) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Suzuki Ken | 燃料用材料の加熱処理方法および人工原木の炭化装置 |
| US9365461B2 (en) * | 2013-05-23 | 2016-06-14 | Accelergy Corporation | Integrated processes for producing fuels and biofertilizers from biomass and products produced |
| WO2021077088A1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 | Nutjobs | Formulations and products to replace single-use plastics and polystyrene with bio-benign materials such as agricultural wastes |
| US11230507B2 (en) * | 2019-10-18 | 2022-01-25 | Nutjobs | Formulations and products to replace single-use plastics and polystyrene with bio-benign materials such as agricultural wastes |
| US11434373B2 (en) | 2019-10-18 | 2022-09-06 | Nutjobs | Formulations and products to replace single-use plastics and polystyrene with bio-benign materials such as agricultural wastes |
| US11591474B2 (en) | 2019-10-18 | 2023-02-28 | Nutjobs | Formulations and products to replace single-use plastics and polystyrene with bio-benign materials such as agricultural wastes |
| KR102616780B1 (ko) * | 2021-09-23 | 2023-12-27 | 에코에너지원(주) | 마이크로웨이브를 이용한 산림바이오매스의 반탄화장치 및 이를 이용하여 제조된 반탄화 펠릿 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4592762A (en) * | 1981-10-22 | 1986-06-03 | Institute Of Gas Technology | Process for gasification of cellulosic biomass |
| GB8923361D0 (en) * | 1989-10-17 | 1989-12-06 | Holland Kenneth M | Active carbon |
| US5444031A (en) * | 1993-01-21 | 1995-08-22 | Calgon Carbon Corporation | Process for making catalytic carbon |
| DE10104882B4 (de) * | 2001-02-01 | 2005-01-05 | Helsa-Werke Helmut Sandler Gmbh & Co. Kg | Aktivkohleformkörper, Verfahren zu dessen Herstellung, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Regeneration desselben |
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2001
- 2001-05-02 US US09/739,298 patent/US20020064495A1/en active Granted
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