JP4380597B2 - 精製活性炭の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精製活性炭の製造方法に関する。

活性炭は、例えば化学プラントにおける原料ガス、精製ガスなどの精製工程を始めとする各種の用途に広く用いられている。かかる活性炭の製造方法としては、有機物を焼成する方法が知られており、有機物としては安価であることから、ヤシ殻、石炭、木質などのような天然に産出する天然有機素材が多く用いられている。このような天然有機素材から得られる活性炭には、天然有機素材中の不純物に由来して、数百ｐｐｍもの硫黄分が含まれている。

しかし、かかる硫黄分を除去して、硫黄分の少ない精製活性炭を得る方法は、これまで知られていなかった。

硫黄分が少なく、高純度の活性炭を製造し得る方法として、例えばフェノール樹脂のような硫黄分を含まない合成樹脂を用い、これを焼成する方法も知られているが〔特許文献１：特開２０００−２３３９１６号公報〕、合成樹脂は、天然有機素材と比べて高価である。

特開２０００−２３３９１６号公報

そこで本発明者は、天然有機素材を焼成して得られた活性炭から、硫黄分を除去して精製活性炭を製造しうる方法を開発するべく、鋭意検討した結果、本発明に至った。

すなわち本発明は、硫黄分を含む活性炭(A)を塩化水素ガス(B)と接触させて、前記硫黄分を除去することを特徴とする精製活性炭の製造方法を提供するものである。

本発明の方法によれば、天然有機素材を焼成して得られた活性炭から、硫黄分の少ない精製活性炭を製造することができる。

本発明の製造方法で用いられる活性炭(A)は、主として炭素からなるものであり、例えば木質材、ヤシ殻、石炭などのような天然有機素材を焼成することで得られるものである。かかる活性炭は、比較的多くの硫黄分を含んでいる。このような活性炭は市販のものであってもよく、例えば日本エンバイロケミカル(株)から「白鷺Ｇ２ｃ」、「白鷺ＧＭ２ｘ」、「白鷺ＧＨ２ｘ」、「白鷺ＷＨ２Ｃ」などの商品名で市販されているものが挙げられる。かかる活性炭は多くの細孔を有する多孔質構造であるが、硫黄分は、この細孔に吸着するなどして含まれており、その含有量は活性炭の種類によって様々であるが、活性炭を基準とした硫黄原子換算の重量比で、例えば１００重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍ程度で含まれることもある。

本発明の製造方法では、かかる活性炭(A)を塩化水素ガス(B)と接触させる。塩化水素ガス(B)としては、通常、硫黄分の含有量が、硫黄原子に換算して塩化水素〔ＨＣｌ〕に対するモル比で１０００ｐｐｍ以下のものが用いられ、水分をほとんど含まず、例えば水分含有量が塩化水素を基準とした容量比で１００容量ｐｐｍ程度以下、理想的には０の乾燥状態の乾燥塩化水素ガスが好ましく用いられる。このような乾燥塩化水素ガスは、例えば市販の塩化水素ガスボンベなどから供給される。

塩化水素ガス(B)は、ガス中の塩化水素含有量が通常１０容量％以上、好ましくは２５容量％以上であればよく、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスや空気などような、活性炭や塩化水素などと反応することがない非反応性ガスで希釈されていてもよいし、実質的に塩化水素含有量１００容積％の純乾燥塩化水素ガスであってもよい。

活性炭(A)を塩化水素ガス(B)と接触させる温度は、活性炭が変質しない温度であれば特に限定されないが、実用的には−３０℃〜２００℃程度ある。なお、活性炭(A)を乾燥塩化水素ガス(B)と接触させることで、発熱することもあるので、この場合には、活性炭(A)が上記温度範囲を超えないよう、冷却しながら塩化水素ガス(B)と接触させることが好ましい。

図１には、本発明の方法による精製活性炭の製造に用いうる硫黄分除去装置(1)の一例を示す。この装置(1)は、活性炭充填容器(2)と、ガス導入管(3)と、ガス導出管(4)とを備えている。活性炭充填容器(2)の内部には、硫黄分を含む活性炭(A)を充填する。ガス導入管(3)は、この活性炭充填容器(2)に外部からガス成分を導入する。ガス導出管(4)は、この活性炭充填容器(2)から外部へガスを導き出す。活性炭充填容器(2)の中は、金網などのセパレーター(21)で仕切られた充填領域(2a)に活性炭(A)が充填されている。活性炭充填容器(2)には、例えばジャケット(5)が設けられていて、充填された活性炭(A)を加熱、冷却できるように構成されている。

この装置(1)は、塩化水素ガス(B)と接触する面が、乾燥塩化水素ガスに対して不活性な材質、例えばステンレス鋼、炭素鋼などの金属材料、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂などの樹脂材料、無機ガラスなどで構成されていることが好ましい。

この装置(1)は、化学プラントなどでガス状の原料、中間体、生成物などに含まれる不純物成分を吸着して除去するために、内部に活性炭(A)を充填して用いられる活性炭充填容器(2)に、塩化水素ガス(B)や乾燥不活性ガス(C)を導入するためのガス導入管(3)を接続したものであってもよく、これにより、本発明の方法により硫黄分を除去した後の精製活性炭を、そのまま活性炭充填容器(2)に充填した状態で、化学プラントなどにおけるガス状の原料、中間体、生成物の不純物除去などに用いることができる。

かかる装置(1)を用いて活性炭(A)に含まれる硫黄分を除去するには、例えば塩化水素ガス(B)をガス導入管(3)から活性炭充填容器(2)へ導入すると共に、ガス導出管(4)から外部へ導き出すことで、活性炭充填容器(2)に塩化水素ガス(B)を通気させて、活性炭充填容器(2)に充填された活性炭(A)と接触させればよい。

ガス導出管(4)から導き出された塩化水素ガス(B')には、活性炭(A)から除去された硫黄分が含まれているが、かかる硫黄分は、活性炭と接触した後の塩化水素ガス(B')と共に、外部に排出される。

塩化水素ガス(B)は、活性炭が充填された充填領域(2a)の容積に対する１時間あたりの大気圧（０．１ＭＰａ）換算の容積で示される空間速度（ＳＶ）で、通常は１／ｈ〜２０００／ｈ程度で通気させる。

本発明の方法により製造された精製活性炭は、硫黄分が少ないので、例えば水素ガス、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、空気、塩化水素ガス、塩素ガス、臭化水素ガス、臭素ガスなどのガス成分に硫黄分を混入させるおそれなく、これらのガス成分に含まれる不純物を吸着除去するために好適に用いることができる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。

実施例１
ヤシ殻を焼成して製造され、大気中で保管された活性炭〔日本エンバイロケミカル(株)製、「白鷺ＷＨ２Ｃ ８／３２」、硫黄分含有量（硫黄原子換算）は、活性炭を基準とした重量比で３２０重量ｐｐｍ〕(A)３６０ｇを図１に示す硫黄分除去装置(1)の活性炭充填容器〔ＳＵＳ３０４製、内径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒状〕(2)の活性炭充填領域(2a)に充填した。この充填領域(2a)の容積は７２０ｍＬであった。

この活性炭充填容器(2)に、ガス導入管(3)から、硫黄分の含有量が、塩化水素に対して、硫黄原子換算のモル比で３００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍで、１７０℃の乾燥塩化水素ガス(B)を大気圧換算で１ｍ³／ｈの導入量（空間速度１３８９／ｈ）で導入しつつ、ガス導出管(4)から外部に導き出して通気しながら、ジャケット(5)にスチームを供給してジャケット温度を１７０℃とした。通気後の乾燥塩化水素ガス(B')中の硫黄分含有量は、該ガス(B')を、ガス導出管(4)に接続され、濃度０．５質量％の過酸化水素水２００ｇが充填されたサンプリングトラップに導き、バブリングさせることにより、この過酸化水素水に硫黄分をトラップして測定した。乾燥塩化水素ガス(B)の導入開始後３０分経過した時点で、通気後の乾燥塩化水素ガス(B')に含まれる硫黄分は、塩化水素に対して、硫黄原子換算のモル比で１０７１ｐｐｂであった。導入開始後５．５時間を経過した時点で、活性炭充填容器(2)から、精製活性炭を取り出して得た。この精製活性炭の硫黄分含有量は、硫黄原子換算で２８０重量ｐｐｍであった。

実施例２
実施例１と同様の活性炭〔硫黄分含有量２８０重量ｐｐｍ〕(A)を用いて実施例１と同様にして、空間速度３００／ｈで３３００時間、乾燥塩化水素ガス(C)を接触させて得た精製活性炭の硫黄分含有量（硫黄原子換算）は、４５重量ｐｐｍであった。

活性炭に含まれる硫黄分を除去するための硫黄分除去装置の一例を示す断面模式図である。

符号の説明

Ａ：活性炭 Ｂ：塩化水素ガス Ｂ':塩化水素ガス
１：硫黄分除去装置
２：活性炭充填容器 21：セパレーター 2a：充填領域
３：ガス導入管 ４：ガス導出管 ５：ジャケット
６：サンプリングトラップ

Claims (5)

1. 硫黄分を含む活性炭を塩化水素ガスと接触させて、前記硫黄分を除去することを特徴とする精製活性炭の製造方法。
2. 塩化水素含有量１０容量％以上の乾燥塩化水素ガスと接触させる請求項１に記載の製造方法。
3. 前記硫黄分を含む活性炭を活性炭充填容器に充填し、前記活性炭充填容器に塩化水素ガスを通気させて接触させる請求項１に記載の製造方法。
4. 塩化水素ガスを空間速度１／ｈ〜２０００／ｈで通気させる請求項３記載の製造方法。
5. 活性炭を充填する活性炭充填容器と、前記活性炭充填容器に外部からガスを導入するガス導入管と、前記活性炭充填容器から外部へガスを導き出すガス導出管とを備え、塩化水素ガスを前記ガス導入管から前記活性炭充填容器へ導入すると共に前記ガス導出管から外部へ導き出して、塩化水素ガスを前記充填容器内で前記活性炭と接触させるように構成されていることを特徴とする前記活性炭に含まれる硫黄分の除去装置。

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