JP7454199B1 - Molecular sieve carbon, its manufacturing method, and gas separation device - Google Patents

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Abstract

【課題】酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能が向上した分子篩炭素、及びその製造方法、並びにガス分離装置を提供する。【解決手段】本発明の空気より酸素を分離するための分子篩炭素は、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCO2の吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m2/g以上600m2/g以下である。【選択図】図5[Problem] To provide a molecular sieve carbon with improved performance for selectively adsorbing oxygen and separating oxygen from air, a method for producing the same, and a gas separation device. [Solution] The molecular sieve carbon for separating oxygen from air of the present invention has a half-width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution of 0.35 sec-1 or less, and a specific surface area of 300 m2/g or more and 600 m2/g or less, as determined by the BET method from the CO2 adsorption isotherm at 25°C. [Selected Figure] Figure 5

Description

本発明は、分子篩炭素及びその製造方法、並びにガス分離装置に関する。 The present invention relates to a carbon molecular sieve, a method for producing the same, and a gas separation device.

分子篩炭素(Carbon Molecular Sieve、CMS)は、その細孔入口径を分離対象とする分子径に合わせて精密に設計及び制御された多孔性炭素材料であり、吸着質の分子径の差に応じた速度分離型の分子篩特性を発現する。このため、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption、PSA)法や、温度スイング吸着(Thermal Swing Adsorption、TSA)法を利用した低分子ガスの分離に利用されており、特にPSA法による空気中の酸素と窒素との分離に広く応用されている。 Carbon Molecular Sieve (CMS) is a porous carbon material whose pore entrance diameter is precisely designed and controlled to match the molecular diameter to be separated. Expresses speed separation type molecular sieve properties. For this reason, it is used to separate low-molecular gases using the Pressure Swing Adsorption (PSA) method and the Thermal Swing Adsorption (TSA) method. Widely used for separation with nitrogen.

PSA法とは、1塔以上の吸着塔に分子篩炭素を充填し、加圧下での選択的吸着と、減圧又は常圧での分子篩炭素の再生を周期的に繰り返すことにより原料ガス中の特定成分を分離する方法である。上述の酸素/窒素分離では分子径の小さい酸素が選択的に吸着され、窒素が製品ガスとして取り出されることになる。 The PSA method involves filling one or more adsorption towers with molecular sieve carbon, and periodically repeating selective adsorption under pressure and regeneration of the molecular sieve carbon under reduced pressure or normal pressure. This is a method to separate the In the above-described oxygen/nitrogen separation, oxygen with a small molecular diameter is selectively adsorbed, and nitrogen is extracted as a product gas.

近年、化学及び半導体分野における窒素ガスへの要求純度は向上し、CMSの分離性能向上の重要性は高まっている。そのため、CMSの分離性能向上を目的とした多数の先行技術が開示されている。 In recent years, the required purity of nitrogen gas in the chemical and semiconductor fields has increased, and the importance of improving the separation performance of CMS has increased. Therefore, many prior art techniques aimed at improving the separation performance of CMS have been disclosed.

例えば、特許文献1には、酸素と窒素の分離比α(酸素の吸着速度定数K(O2)と窒素の吸着速度定数K(N2)との比K(O2)/K(N2))が35以上であって、吸着速度特性が、酸素平衡吸着量の95%を吸着するのに要する時間t95と酸素平衡吸着量の50%を吸着するのに要する時間t50との関係で、(t95/t50)<0.4(α-24)(ただし、α>35)を満足する分子篩炭素が開示されている。 For example, Patent Document 1 describes the separation ratio α of oxygen and nitrogen (the ratio of the adsorption rate constant of oxygen K(O 2 ) to the adsorption rate constant of nitrogen K(N 2 ) K(O 2 )/K(N 2 )) is 35 or more, and the adsorption rate characteristic is the relationship between the time t95 required to adsorb 95 % of the oxygen equilibrium adsorption amount and the time t50 required to adsorb 50% of the oxygen equilibrium adsorption amount. A carbon molecular sieve satisfying (t 95 /t 50 )<0.4(α-24) (α>35) is disclosed.

国際公開第2003/018189号International Publication No. 2003/018189

しかしながら、特許文献1の分子篩炭素は、ガス分離を発揮するPSA半サイクル時間が90秒~105秒と長いことから、単位時間あたりの窒素ガス発生量が少ないという課題があった。 However, the molecular sieve carbon of Patent Document 1 has a problem in that the amount of nitrogen gas generated per unit time is small because the PSA half cycle time for achieving gas separation is long, 90 seconds to 105 seconds.

ところで、分子篩炭素は、ウルトラミクロ孔からマクロ孔に至るまで幅広い細孔径分布を有するため、吸着速度定数は、細孔径分布に応じた分布をとる。分離対象ガスが酸素(最小分子径:0.28nm)と窒素(最小分子径:0.30nm)の場合、わずか0.02nmの分子径の差によってガスを分離する必要があり、このわずかな細孔径分布の差、すなわち、吸着速度定数分布の差が、分離性能に大きな影響を与える。 Since molecular sieve carbon has a wide pore size distribution, ranging from ultramicropores to macropores, the adsorption rate constant has a distribution that corresponds to the pore size distribution. When the gases to be separated are oxygen (minimum molecular diameter: 0.28 nm) and nitrogen (minimum molecular diameter: 0.30 nm), the gases must be separated based on a molecular diameter difference of only 0.02 nm, and this slight difference in pore size distribution, i.e., the difference in adsorption rate constant distribution, has a significant effect on separation performance.

しかしながら、特許文献1では、吸着速度定数分布が考慮されておらず、最小分子径の差が0.02nmである酸素と窒素の分離性能を向上させることが困難であった。 However, in Patent Document 1, the adsorption rate constant distribution was not taken into account, and it was difficult to improve the separation performance between oxygen and nitrogen where the difference in minimum molecular diameter was 0.02 nm.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能が向上した分子篩炭素、及びその製造方法、並びにガス分離装置を提供することにある。 The present invention was made in view of these problems, and provides a carbon molecular sieve with improved performance for selectively adsorbing oxygen and separating oxygen from air, a method for producing the same, and a gas separation device. It is about providing.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定の分子篩炭素、及びその製造方法、並びに特定のガス分離装置によって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors discovered that the above-mentioned problems could be solved by using a specific molecular sieve carbon, its manufacturing method, and a specific gas separation device, and completed the present invention. I ended up doing it.

本発明は、以下の実施態様を含む。
[1]酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である、分子篩炭素。
The present invention includes the following embodiments.
[1] The half width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.35 seconds or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g. Molecular sieve carbon having a density of at least 600 m 2 /g.

[2]酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心が0.030秒-1以上0.250秒-1以下である、[1]に記載の分子篩炭素。 [2] The molecular sieve carbon according to [1], wherein the maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.030 sec -1 or more and 0.250 sec -1 or less.

[3]分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積が0.150mL/g以上である、[1]に記載の分子篩炭素。 [3] The molecular sieve carbon according to [1], wherein the volume of pores having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less as determined by a molecular probe method is 0.150 mL/g or more.

[4]難黒鉛化性炭素からなる、[1]に記載の分子篩炭素。 [4] The molecular sieve carbon according to [1], which is made of non-graphitizable carbon.

[5]分離対象ガスが空気であって、空気から酸素を選択的に吸着する、[1]に記載の分子篩炭素。 [5] The carbon molecular sieve according to [1], wherein the gas to be separated is air, and the carbon molecular sieve selectively adsorbs oxygen from the air.

[6]分離対象ガスが、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスであって、前記混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着する、[1]に記載の分子篩炭素。 [6] The gas to be separated is a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane, and one or more gases from the mixed gas The molecular sieve carbon according to [1], which selectively adsorbs.

[7]原料を炭化して炭化物を得る工程と、前記炭化物を賦活処理して賦活物を得る賦活工程と、前記賦活物を焼成する焼成工程と、を含む、[1]~[6]のいずれかに記載の分子篩炭素の製造方法。 [7] The method of [1] to [6], which includes a step of carbonizing a raw material to obtain a carbide, an activation step of activating the carbide to obtain an activated material, and a firing step of firing the activated material. A method for producing carbon molecular sieve according to any one of the above.

[8]圧力スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、前記圧力スイング吸着法における吸着剤として、[1]~[5]のいずれかに記載の分子篩炭素を備える、装置。 [8] A gas separation device for separating oxygen from air by a pressure swing adsorption method, wherein the molecular sieve carbon according to any one of [1] to [5] is used as an adsorbent in the pressure swing adsorption method. Equipped with equipment.

[9]圧力スイング吸着法によって、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着するためのガス分離装置であって、
前記圧力スイング吸着法における吸着剤として、[1]~[4]、及び[6]のいずれかに記載の分子篩炭素を備える、装置。
[9] Selectively adsorb one or more gases from a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane by pressure swing adsorption method. A gas separation device for
An apparatus comprising the carbon molecular sieve according to any one of [1] to [4] and [6] as an adsorbent in the pressure swing adsorption method.

[10]温度スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、前記温度スイング吸着法における吸着剤として、[1]~[5]のいずれかに記載の分子篩炭素を備える、装置。 [10] A gas separation device for separating oxygen from air by a temperature swing adsorption method, wherein the molecular sieve carbon according to any one of [1] to [5] is used as an adsorbent in the temperature swing adsorption method. Equipped with equipment.

[11]温度スイング吸着法によって、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着するためのガス分離装置であって、
前記温度スイング吸着法における吸着剤として、[1]~[4]、及び[6]のいずれかに記載の分子篩炭素を備える、装置。
[11] Selectively adsorb one or more gases from a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane by temperature swing adsorption method. A gas separation device for
An apparatus comprising the molecular sieve carbon according to any one of [1] to [4] and [6] as an adsorbent in the temperature swing adsorption method.

本発明によれば、酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能が向上した分子篩炭素、及びその製造方法、並びにガス分離装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon molecular sieve with improved performance for selectively adsorbing oxygen and separating oxygen from air, a method for producing the same, and a gas separation device.

図1は、酸素の吸着装置を示すための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an oxygen adsorption device. 図2は、酸素の吸着速度曲線の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an oxygen adsorption rate curve. 図3は、酸素の理論吸着速度曲線群を示す。FIG. 3 shows a family of theoretical adsorption rate curves for oxygen. 図4は、L-Curveを示す。FIG. 4 shows an L-Curve. 図5は、吸着速度定数分布を示す。Figure 5 shows the adsorption rate constant distribution. 図6は、分子プローブ法による細孔容積測定装置の概略図を示す。FIG. 6 shows a schematic diagram of a pore volume measuring device using a molecular probe method. 図7は、圧力スイング吸着法を用いた窒素発生装置の概略図を示す。FIG. 7 shows a schematic diagram of a nitrogen generator using pressure swing adsorption.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は本実施形態のみに限定されない。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as "this embodiment") will be described in detail. Note that the present embodiment below is an illustration for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to this embodiment.

[分子篩炭素]
本実施形態の空気より酸素を分離するための分子篩炭素は、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCO(二酸化炭素)の吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である。
[Molecular sieve carbon]
The carbon molecular sieve for separating oxygen from air of this embodiment has a half width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution of 0.35 sec -1 or less, and CO 2 (carbon dioxide) at 25°C. The specific surface area determined by the BET method from the adsorption isotherm is 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less.

分子篩炭素がこのような構成を備えていることにより、分子篩炭素の細孔入口径分布がより均一になるとともに、酸素の吸着量がより増大する。そのため、分子篩炭素は、従来の分子篩炭素と比較して、酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能を向上させることができる。一方、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1よりも大きい場合、分子篩炭素の細孔入口径分布がブロードになりすぎており、酸素のみならず窒素の吸着も同時に進行する細孔の数が増える。そのため、このような分子篩炭素では、空気より酸素を分離するための性能が低下する。更に、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/gよりも小さい場合、酸素の吸着量が少なくなり、空気より酸素を分離するための性能が低下する。25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が600m/gより大きい場合、酸素吸着の場である細孔内部のサイズが酸素の吸着に適さなくなり、酸素の吸着量が少なくなり、空気より酸素を分離するための性能が低下する。 Since the molecular sieve carbon has such a configuration, the pore entrance diameter distribution of the molecular sieve carbon becomes more uniform, and the amount of oxygen adsorbed is further increased. Therefore, compared to conventional carbon molecular sieves, carbon molecular sieves can selectively adsorb oxygen and improve the performance for separating oxygen from air. On the other hand, if the half-width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is larger than 0.35 s -1 , the pore entrance diameter distribution of carbon molecular sieve is too broad, and not only oxygen but also nitrogen can be adsorbed. The number of pores progressing simultaneously increases. Therefore, such molecular sieve carbon has a reduced performance for separating oxygen from air. Furthermore, if the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25° C. is smaller than 300 m 2 /g, the amount of oxygen adsorbed will be small, and the performance for separating oxygen from air will be degraded. If the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is larger than 600 m 2 /g, the size of the inside of the pores, which is the site of oxygen adsorption, will not be suitable for oxygen adsorption, and the amount of oxygen adsorption will decrease. The performance for separating oxygen from air decreases.

酸素をより選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能をより向上させることができることから、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅は、0.33秒-1以下が好ましく、0.30秒-1以下がより好ましい。下限は、特に限定されないが、例えば、0.05秒-1以上である。なお、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅の求め方は、後記する。 The half-width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is preferably 0.33 seconds or less, since oxygen can be adsorbed more selectively and the performance for separating oxygen from air can be further improved. , 0.30 sec -1 or less is more preferable. Although the lower limit is not particularly limited, it is, for example, 0.05 sec -1 or more. Note that the method for determining the half-width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution will be described later.

酸素をより選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能をより向上させることができることから、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積は、350m/g以上が好ましく、400m/g以上がより好ましく、415m/g以上が更に好ましい。なお、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積の具体的な測定方法は、実施例を参照してもよい。 Since it can adsorb oxygen more selectively and improve the performance for separating oxygen from air, the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 350 m 2 /g. The area is preferably at least 400 m 2 /g, more preferably at least 415 m 2 /g, and even more preferably at least 415 m 2 /g. Note that Examples may be referred to for a specific method of measuring the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C.

本実施形態の分子篩炭素は、好ましくは、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心が0.030秒-1以上0.250秒-1以下であり、より好ましくは0.110秒-1以上0.130秒-1以下である。酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心は、分子篩炭素の吸着速度を表す。これが上記範囲にあることで、分子篩炭素の酸素吸着速度が最適化され、従来の分子篩炭素と比較して、空気より酸素を分離するための性能をより向上させることができる。また、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心が0.030秒-1よりも小さい場合、酸素の吸着が遅くなりすぎる傾向にあり、0.250秒-1よりも大きい場合、酸素の吸着が早くなりすぎる傾向にある。そのため、そのような分子篩炭素を圧力スイング吸着法における吸着剤や、温度スイング吸着法における吸着剤に使用した際に、ガス分離装置の運転条件を最適化することが困難になるおそれがある。なお、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心の求め方は、後記する。 In the carbon molecular sieve of the present embodiment, the maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is preferably 0.030 sec -1 or more and 0.250 sec -1 or less, more preferably 0.110 sec -1. It is above 0.130 seconds -1 . The maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution represents the adsorption rate of carbon molecular sieve. When this is within the above range, the oxygen adsorption rate of the carbon molecular sieve is optimized, and the performance for separating oxygen from air can be further improved compared to conventional carbon molecular sieves. Furthermore, if the maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is smaller than 0.030 s -1 , oxygen adsorption tends to be too slow, and if it is larger than 0.250 s -1 , oxygen adsorption tends to be too slow. Adsorption tends to be too rapid. Therefore, when such molecular sieve carbon is used as an adsorbent in a pressure swing adsorption method or an adsorbent in a temperature swing adsorption method, it may become difficult to optimize the operating conditions of the gas separation device. Note that the method for determining the maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution will be described later.

本実施形態の分子篩炭素は、好ましくは、分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積が0.150mL/g以上であり、より好ましくは0.220mL/g以上であり、更に好ましくは、0.225mL/g以上0.260mL/g以下である。空気より酸素を分離する場合、分子篩炭素の細孔入口径とその細孔入口径を有する細孔容積も非常に重要である。本発明者らによる検討によれば、0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積が0.150mL/g以上であることで分子篩炭素の細孔入口径と酸素吸着量が最適化され、従来の分子篩炭素と比較して、空気より酸素を分離するための性能を更に向上させることができる傾向にある。なお、上限は、特に限定されないが、例えば、0.300mL/g以下である。なお、分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積の求め方は、後記する。 Preferably, the molecular sieve carbon of this embodiment has a pore volume of 0.150 mL/g or more, which has a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less, as determined by a molecular probe method, and more preferably 0. .220 mL/g or more, more preferably 0.225 mL/g or more and 0.260 mL/g or less. When separating oxygen from air, the pore entrance diameter of the molecular sieve carbon and the pore volume with that pore entrance diameter are also very important. According to the study by the present inventors, the pore entrance diameter of carbon molecular sieve and oxygen adsorption are determined by the volume of pores having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less being 0.150 mL/g or more. The amount is optimized and tends to further improve the performance for separating oxygen from air compared to traditional carbon molecular sieves. Note that the upper limit is not particularly limited, but is, for example, 0.300 mL/g or less. Note that a method for determining the volume of a pore having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less, which is determined by the molecular probe method, will be described later.

酸素をより選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能をより向上させることができることから、本実施形態の分子篩炭素は、好ましくは難黒鉛化性炭素を含み、より好ましくは難黒鉛化性炭素からなる。難黒鉛化性炭素の例としては、石炭;パームヤシ殻、及びココナッツヤシ殻などのヤシ殻;麻、及び綿などの天然繊維;レーヨン、及びポリエステルなどの合成繊維;ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、及びポリビニルアルコールなどの合成樹脂;木炭等を原料とする炭素、カーボンブラック、ガラス状炭素等が挙げられる。 The molecular sieve carbon of this embodiment preferably contains non-graphitizable carbon, and more preferably contains non-graphitizable carbon, since it can more selectively adsorb oxygen and further improve the performance for separating oxygen from air. Consists of oxidizable carbon. Examples of non-graphitizable carbons include coal; coconut shells such as palm shells and coconut shells; natural fibers such as linen and cotton; synthetic fibers such as rayon and polyester; polyacrylonitrile, phenolic resins, and polychloride. Examples include synthetic resins such as vinylidene, polycarbonate, and polyvinyl alcohol; carbon made from charcoal, carbon black, glassy carbon, and the like.

(酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅及び最大中心の求め方)
酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅及び最大中心は、次のようにして求める。
まず、酸素の吸着速度定数の分布は、公知の定容法を用いて得られる吸着速度曲線から次のようにして求めることができる。図1に示す酸素の吸着装置の模式図を用いて説明する。
(How to find the half width and maximum center of the main peak of the distribution of oxygen adsorption rate constant)
The half width and maximum center of the main peak of the distribution of oxygen adsorption rate constants are determined as follows.
First, the distribution of the oxygen adsorption rate constant can be determined as follows from the adsorption rate curve obtained using the known constant volume method. This will be explained using a schematic diagram of an oxygen adsorption device shown in FIG.

まず、酸素の吸着装置において、バルブ1、バルブ2、及びバルブ3を閉鎖し、容積20mLの試料セル6内に3gの分子篩炭素7を充填する。次いで、バルブ2及びバルブ3を開放して、試料セル6及び容積100mLのガス溜め5を排出口9から真空引きする。次いで、バルブ2及びバルブ3を閉鎖し、バルブ1を開放して、導入口8からガス溜め5に、圧力が約75kPa(絶対圧)となるまで酸素(純度:99.999%、浪速酸素株式会社製)を導入する。次いで、バルブ1を閉鎖し、バルブ2を開放して、酸素の吸着測定を開始する。バルブを開放した時点からの経過時間t(秒)における系内の圧力Ptを圧力センサー4により、平衡に達するまで測定する。なお、測定は、25℃(室温)の条件で行う。 First, in the oxygen adsorption apparatus, valve 1, valve 2, and valve 3 are closed, and 3 g of carbon molecular sieve 7 is filled into sample cell 6 having a volume of 20 mL. Next, the valves 2 and 3 are opened, and the sample cell 6 and the gas reservoir 5 having a volume of 100 mL are evacuated from the exhaust port 9. Next, valves 2 and 3 are closed, valve 1 is opened, and oxygen (purity: 99.999%, Naniwa Oxygen Co., Ltd. company-made). Next, valve 1 is closed, valve 2 is opened, and oxygen adsorption measurement is started. The pressure P t in the system at the elapsed time t (seconds) from the time when the valve is opened is measured by the pressure sensor 4 until equilibrium is reached. Note that the measurement is performed at 25° C. (room temperature).

ここで、吸着分率θ(t)を下記式(1)で定義する。このように定義することで、ガスが吸着していないときはθ(t)=0であり、吸着が進行するにつれてθ(t)の値が増加し、平衡に達した時点でθ(t)=1となる吸着速度曲線θを得ることができる。 Here, the adsorption fraction θ(t) is defined by the following formula (1). With this definition, when no gas is adsorbed, θ(t) = 0, and as adsorption progresses, the value of θ(t) increases, and when equilibrium is reached, θ(t) It is possible to obtain an adsorption rate curve θ where =1.

θ(t)=(Pt-P0)/(Peq-P0)・・・(1) θ(t)=(P t - P 0 )/(P eq - P 0 )...(1)

式(1)中、Ptは経過時間t(秒)における系内の圧力(kPa)であり、Peqは平衡に達した時点での圧力(kPa)であり、P0は下記式(2)で定義される圧力(kPa)であり、バルブ2を開放した瞬間の系内の圧力(kPa)である。 In formula (1), P t is the pressure (kPa) in the system at the elapsed time t (seconds), P eq is the pressure (kPa) at the time when equilibrium is reached, and P 0 is expressed by the following formula (2 ), and is the pressure (kPa) in the system at the moment when valve 2 is opened.

0=Pg×Vg/Vd・・・(2) P 0 =P g ×V g /V d ...(2)

式(2)中、Pgはバルブ2の開放前のガス溜め5の圧力(kPa)であり、Vgはガス溜め5の容積(mL)であり、Vdは系の死容積、すなわち系の体積から分子篩炭素7が占める容積を引いた容積(mL)である。 In equation (2), P g is the pressure (kPa) of the gas reservoir 5 before opening the valve 2, V g is the volume (mL) of the gas reservoir 5, and V d is the dead volume of the system, that is, the system It is the volume (mL) obtained by subtracting the volume occupied by the molecular sieve carbon 7 from the volume.

吸着分率θ(t)を縦軸に、経過時間t(秒)を横軸にしてプロットすると、図2に例示されるような酸素の吸着速度曲線が得られる。 By plotting the adsorption fraction θ(t) on the vertical axis and the elapsed time t (seconds) on the horizontal axis, an oxygen adsorption rate curve as illustrated in FIG. 2 is obtained.

次に、酸素の吸着速度曲線から次のようにして吸着速度定数分布を得る。
分子篩炭素は、マクロ孔からウルトラミクロ孔に至るまでの幅広い細孔径分布を持つため、吸着速度定数も分布を持つ。そこで、多数の吸着速度定数から理論的に求められる理論吸着速度曲線群を準備し、これらの線形加算によって実験的に得られた吸着速度曲線を再現する。線形加算時にそれぞれの理論吸着速度曲線にかけた重み係数で吸着速度定数の分布を表すことができる。具体的には以下のとおりに行う。
Next, an adsorption rate constant distribution is obtained from the oxygen adsorption rate curve as follows.
Since molecular sieve carbon has a wide pore size distribution ranging from macropores to ultramicropores, the adsorption rate constant also has a distribution. Therefore, a group of theoretical adsorption rate curves that are theoretically determined from a large number of adsorption rate constants is prepared, and the experimentally obtained adsorption rate curve is reproduced by linear addition of these curves. The distribution of adsorption rate constants can be expressed by the weighting coefficient applied to each theoretical adsorption rate curve during linear addition. Specifically, it is performed as follows.

まず、酸素の理論吸着速度曲線群を準備する。理論吸着速度曲線θidealは、LDFモデルに基づくと、下記式(3)で表される。また、理論吸着速度曲線θidealにおいて、ある時間tでの理論吸着分率をθideal(t)と表すこととする。LDFモデルについては、Adsorption (2017)23:131-147を参照してもよい。 First, a group of theoretical oxygen adsorption rate curves is prepared. The theoretical adsorption rate curve θ ideal is expressed by the following equation (3) based on the LDF model. Furthermore, in the theoretical adsorption rate curve θ ideal , the theoretical adsorption fraction at a certain time t is expressed as θ ideal (t). Regarding the LDF model, you may refer to Adsorption (2017) 23:131-147.

θideal(t)=1-exp(-α×kLDF×t)・・・(3) θ ideal (t)=1-exp(-α×k LDF ×t)...(3)

式(3)中、αは、下記式(4)で定義される値である。また、kLDFは吸着速度定数(秒-1)、tは時間(秒)である。 In formula (3), α is a value defined by formula (4) below. Moreover, kLDF is an adsorption rate constant (sec -1 ), and t is time (sec).

α=P0/Peq・・・(4) α=P 0 /P eq ...(4)

式(4)中、P0及びPeqは、上記のとおりである。すなわち、P0は上記式(2)で定義される圧力(kPa)であり、Peqは平衡に達した時点での圧力(kPa)である。 In formula (4), P 0 and P eq are as described above. That is, P 0 is the pressure (kPa) defined by the above equation (2), and P eq is the pressure (kPa) at the time when equilibrium is reached.

酸素の理論吸着速度曲線群を得るために、kLDFとしては、次の値を用い、計46個の理論吸着速度曲線からなる群を準備する。
1.00×10-9、1.58×10-9、2.51×10-9、3.98×10-9、6.31×10-9、1.00×10-8、1.58×10-8、2.51×10-8、3.98×10-8、6.31×10-8、1.00×10-7、1.58×10-7、2.51×10-7、3.98×10-7、6.31×10-7、1.00×10-6、1.58×10-6、2.51×10-6、3.98×10-6、6.31×10-6、1.00×10-5、1.58×10-5、2.51×10-5、3.98×10-5、6.31×10-5、1.00×10-4、1.58×10-4、2.51×10-4、3.98×10-4、6.31×10-4、1.00×10-3、1.58×10-3、2.51×10-3、3.98×10-3、6.31×10-2、1.58×10-2、2.51×10-2、3.98×10-2、6.31×10-2、1.00×10-1、1.58×10-1、2.51×10-1、3.98×10-1、6.31×10-1、及び1.00。
In order to obtain a group of theoretical adsorption rate curves for oxygen, the following value is used as kLDF , and a group consisting of a total of 46 theoretical adsorption rate curves is prepared.
1.00×10 −9 , 1.58×10 −9 , 2.51×10 −9 , 3.98×10 −9 , 6.31×10 −9 , 1.00×10 −8 , 1. 58× 10-8 , 2.51× 10-8 , 3.98× 10-8 , 6.31× 10-8 , 1.00×10-7, 1.58×10-7 , 2.51× 10-7 , 3.98× 10-7 , 6.31× 10-7 , 1.00× 10-6 , 1.58× 10-6 , 2.51× 10-6 , 3.98× 10- 6 , 6.31× 10-6 , 1.00× 10-5 , 1.58× 10-5 , 2.51× 10-5 , 3.98× 10-5 , 6.31× 10-5 , 1.00×10 −4 , 1.58×10 −4 , 2.51×10 −4 , 3.98×10 −4 , 6.31×10 −4 , 1.00×10 −3 , 1. 58×10 −3 , 2.51×10 −3 , 3.98×10 −3 , 6.31×10 −2 , 1.58×10 −2 , 2.51×10 −2 , 3.98× 10-2 , 6.31× 10-2 , 1.00× 10-1 , 1.58× 10-1 , 2.51× 10-1 , 3.98×10-1, 6.31 × 10-1 1 , and 1.00.

酸素の理論吸着速度曲線群を得るために、tとしては、次の値を用いる。
0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、及び2400。
In order to obtain the theoretical oxygen adsorption rate curve group, the following value is used for t.
0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, and 2400.

これにより得られる酸素の理論吸着速度曲線群を図3に示す。 FIG. 3 shows a group of theoretical oxygen adsorption rate curves obtained in this way.

次に、図3に示す理論吸着速度曲線群の線形加算によって実験から得られる酸素の吸着速度曲線を再現する方法を説明する。 Next, a method for reproducing the oxygen adsorption rate curve obtained from experiments by linear addition of the theoretical adsorption rate curve group shown in FIG. 3 will be described.

まず、図3に示す理論吸着速度曲線群を正方行列Aとして表現する。すなわち、AijをAのi行j列目を表すこととして、A11にkLDF=1.0×10-9の値を、t=0.5の値を、A12にkLDF=1.0×10-9の値を、t=1の値を、というようにAの1列目にkLDF=1.0×10-9の時のθの値をt毎に列挙する。
次に、Aの2列目にkLDF=1.58×10-9の時のθの値を先と同様にt毎に列挙する。これをすべてのkLDFについて繰り返し、46次の正方行列Aを得る。
次に、実験的に得られた酸素の吸着速度曲線をベクトルbで表現する。
First, the theoretical adsorption rate curve group shown in FIG. 3 is expressed as a square matrix A. That is, let A ij represent the i-th row and j-th column of A, then set the value of k LDF =1.0×10 -9 to A 11 , the value of t=0.5 to A 12 , and set k LDF =1 to A 12. The value of θ when k LDF =1.0×10 −9 is listed for each t in the first column of A, such as the value of .0×10 −9 and the value of t=1.
Next, in the second column of A, the values of θ when k LDF =1.58×10 −9 are listed for each t as before. This is repeated for all k LDFs to obtain a 46th order square matrix A.
Next, the experimentally obtained oxygen adsorption rate curve is expressed by vector b.

すなわち、実験で得られた酸素の吸着速度曲線から、t=0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、及び2400の時の理論吸着分率θideal(t)を求め、列挙してベクトルbとする。 That is, from the oxygen adsorption rate curve obtained in the experiment, t=0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 400, The theoretical adsorption fractions θ ideal (t) at times of 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, and 2400 are determined and listed as a vector b.

次に、線形加算のために各理論吸着速度曲線にかける重みをベクトルxで表現する。ここで、最適なベクトルxを求めるためにTikhonov regularization法を用いる。 Next, the weight to be applied to each theoretical adsorption rate curve for linear addition is expressed by a vector x. Here, the Tikhonov regularization method is used to find the optimal vector x.

すなわち、下記式(5)で表される値を最小化するようなxを求める。 That is, find x that minimizes the value expressed by equation (5) below.

||Ax-b||2+λ||x||2・・・(5) ||Ax−b|| 2 +λ||x|| 2 ...(5)

式(5)中、||Ax-b||2=Σi(Σjijj-bi2であり、||x||2=Σij 2であり、λは正則化パラメータである。 In equation (5), ||Ax−b|| 2 = Σ ij A ij x j − b i ) 2 , ||x|| 2 = Σ i x j 2 , and λ is regular parameter.

λの候補としては以下を準備する。
0、0.01、0.0398、0.063、0.1、0.398、0.63、1、3.98、6.3、10、15.8、25.1、39.8、63、100、158、251、398、630、1000、1580、2510、3980、6300、及び10000。
Prepare the following candidates for λ.
0, 0.01, 0.0398, 0.063, 0.1, 0.398, 0.63, 1, 3.98, 6.3, 10, 15.8, 25.1, 39.8, 63, 100, 158, 251, 398, 630, 1000, 1580, 2510, 3980, 6300, and 10000.

それぞれのλに対して、式(5)で表される値を最小化するxを求める。この時、xはMicrosoft製Excel 2016のソルバー機能を用いて求める。ソルバーの解決方法はGRG(Generalized Reduced Gradient)非線形(一般化簡約勾配)とする。このようにして求められたそれぞれのλに対するxの中から、最適なλ及びそれに対応するxを決定する。これには、L-Curve法を用いる。すなわち、log10||x||を横軸に、log10||Ax-b||を縦軸にプロットしてL-Curveを描き、L字の変曲点付近に対応するλ、及びそれに対応するxを採用する。L-Curve法の例及び採用すべき点を図4に例示する。なお、図4中の矢印に示すプロットが、最適なλ、及びそれに対応するxである。 For each λ, find x that minimizes the value expressed by equation (5). At this time, x is found using the solver function of Microsoft Excel 2016. The solving method of the solver is GRG (Generalized Reduced Gradient) nonlinearity. The optimal λ and its corresponding x are determined from the x for each λ obtained in this way. For this purpose, the L-Curve method is used. In other words, plot log 10 ||x|| on the horizontal axis and log 10 ||Ax-b|| on the vertical axis to draw an L-Curve, and calculate Adopt the corresponding x. An example of the L-Curve method and points to be adopted are illustrated in FIG. Note that the plot indicated by the arrow in FIG. 4 is the optimum λ and the x corresponding to it.

以上の手順により、各理論吸着速度曲線にかける重みであるxが得られる。次いで、横軸に理論吸着速度曲線の吸着速度定数(kLDF)を、縦軸にそれぞれの吸着速度定数に対応する重み(x)でプロットする。これにより、吸着速度定数分布を得ることができる。本明細書においては、本プロットを吸着速度定数分布と定義する。図5に、この方法で得られた吸着速度定数分布を例示する。図5では、kLDF=0.1(秒-1)付近にメインピーク、すなわち重みの極大値が最も大きくなるピークを有することが分かる。 Through the above procedure, x, which is the weight to be applied to each theoretical adsorption rate curve, is obtained. Next, the adsorption rate constant ( kLDF ) of the theoretical adsorption rate curve is plotted on the horizontal axis, and the weight (x) corresponding to each adsorption rate constant is plotted on the vertical axis. Thereby, an adsorption rate constant distribution can be obtained. In this specification, this plot is defined as an adsorption rate constant distribution. FIG. 5 illustrates the adsorption rate constant distribution obtained by this method. In FIG. 5, it can be seen that there is a main peak, that is, a peak where the local maximum value of the weight is the largest, near kLDF = 0.1 (sec -1 ).

本実施形態に係る酸素の吸着速度定数のメインピークの半値幅及び最大中心は、図5に示す吸着速度定数分布を対数正規分布関数でフィッティングすることで求めることができる。フィッティングには、OriginLab製OriginPro2021bを用い、ピークフィット機能を用いて求めることができる。 The half width and maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant according to this embodiment can be determined by fitting the adsorption rate constant distribution shown in FIG. 5 with a lognormal distribution function. For fitting, OriginPro 2021b manufactured by OriginLab is used, and the peak fitting function can be used.

(細孔容積の求め方)
まず、本明細書において、分子プローブ法とは、最小分子径及び密度が既知のガス分子を分子篩炭素に吸着させ、吸着量を測定することで、その最小分子径以上の細孔入口径を有する細孔の細孔容積を求める方法をいう。
(How to determine pore volume)
First, in this specification, the molecular probe method refers to gas molecules whose minimum molecular diameter and density are known to be adsorbed onto molecular sieve carbon, and the amount of adsorption is measured. A method for determining the pore volume of pores.

分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積は、次のようにして求めることができる。図6に示す分子プローブ法による細孔容積測定装置の概略図を用いて説明する。 The volume of a pore having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less, which is determined by the molecular probe method, can be determined as follows. This will be explained using a schematic diagram of a pore volume measuring device using the molecular probe method shown in FIG.

図6に示すように、ピンホール21を有するガラス製容器20に、二硫化炭素(最小分子径:0.37nm、密度:1.263g/mL)を満たしたシャーレ24を静置し、その上にパンチング板23を介してサンプルとなる分子篩炭素を入れた秤量瓶22を静置する。ガラス製容器20は25℃の恒温槽内に静置し、24時間二硫化炭素を分子篩炭素に吸着させる。吸着前後の分子篩炭素の質量変化から、分子篩炭素1gあたりの二硫化炭素の平衡吸着量Ag/gを求める。二硫化炭素の最小分子径は0.37nmであり、二硫化炭素の密度は1.263g/mLであることから、0.37nm以上の細孔入口径を有する細孔の容積A'mL/gは、A'=A/1.263で求められる。 As shown in FIG. 6, a petri dish 24 filled with carbon disulfide (minimum molecular diameter: 0.37 nm, density: 1.263 g/mL) is placed in a glass container 20 having a pinhole 21, and then The weighing bottle 22 containing molecular sieve carbon as a sample is placed still through the punching plate 23. The glass container 20 is placed in a constant temperature bath at 25° C., and carbon disulfide is adsorbed onto the carbon molecular sieve for 24 hours. From the change in mass of the carbon molecular sieve before and after adsorption, the equilibrium adsorption amount of carbon disulfide Ag/g per gram of carbon molecular sieve is determined. Since the minimum molecular diameter of carbon disulfide is 0.37 nm and the density of carbon disulfide is 1.263 g/mL, the volume of pores having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more is A'mL/g. is determined by A'=A/1.263.

二硫化炭素をクロロホルム(最小分子径:0.46nm、密度:1.410g/mL)に代えて、上記と同様の手順にて測定することで、分子篩炭素1gあたりのクロロホルムの平衡吸着量Bg/gを求め、0.46nm以上の細孔入口径を有する細孔の容積B'mL/gを、B'=B/1.410で求める。 By replacing carbon disulfide with chloroform (minimum molecular diameter: 0.46 nm, density: 1.410 g/mL) and measuring in the same manner as above, the equilibrium adsorption amount of chloroform per gram of carbon molecular sieve Bg/ g is determined, and the volume B'mL/g of pores having a pore entrance diameter of 0.46 nm or more is determined as B'=B/1.410.

A'とB'の算出値を用いて、0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積は、A'-B'mL/gで求められる。 Using the calculated values of A' and B', the volume of a pore having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less is determined by A'-B' mL/g.

(分子篩炭素の形状)
分子篩炭素の形状は、特に限定されず、公知の吸着材として適用可能な形状とすることができる。このような形状としては、例えば、ペレット状、粉末状、基板状(シート状)、棒状、ブロック状、球状、楕円球状、歪曲状、及び繊維状等が挙げられる。酸素をより選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能をより向上させることができ、種々の用途に適用しやすいという観点から、分子篩炭素の形状は、ペレット状、又は粉末状であることが好ましい。また、分子篩炭素がペレット状である場合、不必要な微粉が発生しにくいので、分子篩炭素の成型工程において、配管等の閉塞も起こりにくい。成形のしやすさの観点から、分子篩炭素の形状は、円柱形状をしたペレット状であることがより好ましい。
(Shape of molecular sieve carbon)
The shape of the carbon molecular sieve is not particularly limited, and can be any shape that can be used as a known adsorbent. Examples of such shapes include pellets, powders, substrates (sheets), rods, blocks, spheres, ellipsoids, distorted shapes, and fibers. From the viewpoint of being able to more selectively adsorb oxygen, improving the performance for separating oxygen from air, and being easy to apply to various applications, the shape of molecular sieve carbon is pellet-like or powder-like. It is preferable that there be. Further, when the molecular sieve carbon is in the form of pellets, unnecessary fine powder is less likely to be generated, and therefore piping etc. are less likely to be clogged in the process of molding the molecular sieve carbon. From the viewpoint of ease of molding, it is more preferable that the molecular sieve carbon is in the form of a cylindrical pellet.

分子篩炭素の形状がペレット状である場合、その平面視形状は、例えば、公知の吸着材として適用可能な形状とすることができる。そのような形状としては、例えば、平面視で、円状、楕円状、矩形状、棒状、及び歪曲状等が挙げられる。分子篩炭素の形状がペレット状である場合、その厚さも特に限定されず、公知の吸着材を参考にすることができる。厚さとしては、圧力スイング吸着法又は温度スイング吸着法における吸着材として適用できることが好ましく、通常、100μm以上10000μm以下である。 When the carbon molecular sieve is in the form of a pellet, its planar shape can be, for example, a shape that can be used as a known adsorbent. Examples of such a shape include a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, a rod shape, a distorted shape, and the like in plan view. When the carbon molecular sieve is in the form of a pellet, its thickness is not particularly limited, and known adsorbents can be used as a reference. The thickness is preferably applicable as an adsorbent in a pressure swing adsorption method or a temperature swing adsorption method, and is usually 100 μm or more and 10,000 μm or less.

分子篩炭素の形状が円柱ペレット状である場合、ペレットの直径が0.1mm以上4.0mm以下であり、アスペクト比が1:1~1:10であることが好ましい。このようなペレットは、圧力スイング吸着法又は温度スイング吸着法における吸着材として好適である。 When the carbon molecular sieve is in the form of a cylindrical pellet, the pellet preferably has a diameter of 0.1 mm or more and 4.0 mm or less, and an aspect ratio of 1:1 to 1:10. Such pellets are suitable as adsorbents in pressure swing adsorption methods or temperature swing adsorption methods.

なお、本明細書において、ペレットの直径は、ペレット状の分子篩炭素を無作為に30個採取し、これらの分子篩炭素の直径の平均値を意味する。直径は、例えばノギス等で計測できる。具体的な測定方法については、実施例を参照してもよい。
本明細書において、アスペクト比は、1個の分子篩炭素の直径と高さとの比、すなわち、分子篩炭素の直径:分子篩炭素の高さを意味する。アスペクト比は、分子篩炭素を無作為に30個採取し、これらの分子篩炭素のアスペクト比の平均値を意味する。具体的な測定方法については、実施例を参照してもよい。
In this specification, the diameter of a pellet means the average value of the diameters of 30 molecular sieve carbon particles randomly sampled. The diameter can be measured using, for example, calipers. Examples may be referred to for specific measurement methods.
As used herein, the aspect ratio means the ratio of the diameter and height of one molecular sieve carbon, ie, the diameter of the molecular sieve carbon: the height of the molecular sieve carbon. The aspect ratio means the average value of the aspect ratios of 30 molecular sieve carbons randomly sampled. Examples may be referred to for specific measurement methods.

分子篩炭素の形状が粉末状である場合、分子篩炭素の粒度(平均粒子径、D50)は1μm以上150μm以下であることが好ましい。このような粉末は、温度スイング吸着法における吸着剤として好適である。
なお、本明細書において、平均粒子径(D50)は、JIS K 1474に準拠して、レーザー回折光散乱法粒度分布測定装置を用いて、体積基準のメジアン径として測定される。
When the molecular sieve carbon is in the form of a powder, the particle size (average particle diameter, D50) of the molecular sieve carbon is preferably 1 μm or more and 150 μm or less. Such powders are suitable as adsorbents in temperature swing adsorption methods.
In addition, in this specification, the average particle diameter (D50) is measured as a volume-based median diameter using a laser diffraction light scattering particle size distribution measuring device in accordance with JIS K 1474.

(用途)
本実施形態の分子篩炭素は、分離対象ガスとして空気に好適に用いることができる。すなわち、分子篩炭素は、分離対象ガスが空気であって、空気から酸素を選択的に吸着することができる。
(Application)
The carbon molecular sieve of this embodiment can be suitably used for air as a gas to be separated. That is, the carbon molecular sieve can selectively adsorb oxygen from air when the gas to be separated is air.

本実施形態の分子篩炭素は、分離対象ガスとして、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスに好適に用いることができる。すなわち、分子篩炭素は、分離対象ガスが、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスであって、混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着することができる。 The molecular sieve carbon of this embodiment can be suitably used for a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane as a gas to be separated. That is, molecular sieve carbon is a mixed gas in which the gas to be separated contains at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane, and one or more of the mixed gases. can selectively adsorb gases.

[分子篩炭素の製造方法]
本実施形態の分子篩炭素は、公知の製造方法によって得ることができる。
[Method for producing molecular sieve carbon]
The carbon molecular sieve of this embodiment can be obtained by a known manufacturing method.

このような方法としては、例えば、熱分解法、賦活法、被覆法、及び蒸着法等を挙げることができる。製造方法としては、熱分解法、被覆法、及び蒸着法を用いることが好ましい。これらの製造方法を用いることで、酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素をより容易に製造できる傾向にある。次に、分子篩炭素が活性炭である場合の製造方法を、一例として詳述する。 Examples of such methods include a thermal decomposition method, an activation method, a coating method, and a vapor deposition method. As the manufacturing method, it is preferable to use a thermal decomposition method, a coating method, and a vapor deposition method. By using these production methods, the half-width of the main peak of the distribution of oxygen adsorption rate constant is 0.35 s -1 or less, and it is determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C. There is a tendency that molecular sieve carbon having a specific surface area of 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less can be manufactured more easily. Next, a manufacturing method when the carbon molecular sieve is activated carbon will be described in detail as an example.

分子篩炭素の製造方法は、原料を炭化して炭化物を得る炭化工程と、炭化物を賦活処理して賦活物を得る賦活工程と、賦活物を焼成する焼成工程と、を含む。 The method for producing carbon molecular sieve includes a carbonization step in which a raw material is carbonized to obtain a carbide, an activation step in which the carbide is activated to obtain an activated material, and a firing step in which the activated material is fired.

(炭化工程)
分子篩炭素の製造方法は、原料を炭化して炭化物を得る炭化工程を含む。
原料としては、所望の分子篩炭素を得ることができる材料であれば特に限定されないが、原料を炭化した後に、難黒鉛化性炭素となる原料が望ましい。
このような原料としては、例えば、石炭;パームヤシ殻、及びココナッツヤシ殻などのヤシ殻;麻、及び綿などの天然繊維;レーヨン、及びポリエステルなどの合成繊維;ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、及びポリビニルアルコールなどの合成樹脂;木炭などを原料とする炭素、カーボンブラック、及びガラス状炭素などが挙げられる。
(Carbonization process)
The method for producing carbon molecular sieve includes a carbonization step of carbonizing a raw material to obtain a carbide.
The raw material is not particularly limited as long as it can obtain the desired carbon molecular sieve, but a raw material that becomes non-graphitizable carbon after carbonizing the raw material is desirable.
Such raw materials include, for example, coal; coconut shells such as palm shells and coconut shells; natural fibers such as linen and cotton; synthetic fibers such as rayon and polyester; polyacrylonitrile, phenolic resins, and polyvinylidene chloride. Examples include synthetic resins such as , polycarbonate, and polyvinyl alcohol; carbon made from charcoal, carbon black, and glassy carbon.

酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素を更に容易に製造できる傾向にあることから、原料としては、石炭、ヤシ殻、合成樹脂、フェノール樹脂、及び木炭からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、ヤシ殻、及びフェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。 The half width of the main peak of the distribution of the oxygen adsorption rate constant is 0.35 sec -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more and 600 m Since molecular sieve carbon having a molecular weight of 2 /g or less tends to be more easily produced, it is preferable that the raw material contains at least one member selected from the group consisting of coal, coconut shell, synthetic resin, phenolic resin, and charcoal. Preferably, it contains at least one selected from the group consisting of coconut shells and phenolic resins.

原料には、必要に応じて、添加剤等を含んでもよい。また、添加物等は、必要に応じて、炭化物に加えてもよい。
このような添加剤等としては、水、コールタール、無水タール、硬質ピッチ、コールタール系ピッチ、及び石油系ピッチが挙げられる。添加剤等は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
添加剤等は、それぞれ、原料又は炭化物100質量部に対して、通常1質量部以上50質量部以下で配合される。また、添加剤等の合計量は、原料又は炭化物100質量部に対して、通常1質量部以上100質量部以下である。原料又は炭化物と、添加剤と、を混合するに際しては、必要に応じて、予め原料又は炭化物中の酸素量を、原料又は炭化物100質量%に対して、1質量%以上20質量%以下の範囲で調節してもよい。酸素量の調節は、例えば、150℃以上300℃以下の加熱下で、原料又は炭化物と、酸素と、を混合することで行うことができる。
The raw material may contain additives and the like, if necessary. Further, additives and the like may be added to the carbide as necessary.
Examples of such additives include water, coal tar, anhydrous tar, hard pitch, coal tar pitch, and petroleum pitch. The additives may be used alone or in combination of two or more.
The additives and the like are usually blended in an amount of 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the raw material or carbide. Further, the total amount of additives and the like is usually 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the raw material or carbide. When mixing the raw material or carbide and the additive, if necessary, adjust the amount of oxygen in the raw material or carbide in advance to a range of 1% by mass or more and 20% by mass or less based on 100% by mass of the raw material or carbide. You can adjust it with The amount of oxygen can be adjusted, for example, by mixing the raw material or carbide and oxygen under heating at 150° C. or higher and 300° C. or lower.

分子篩炭素の製造方法では、原料を炭化させる前に、原料を粉砕あるいは成型してもよい。このような方法としては、例えば、原料を炭化させる前に、原料を公知の粉砕機を用いて粉末状に粉砕した後、炭化を行う方法が挙げられる。また、原料を炭化させる前に、原料を公知の方法でペレット状に成型した後、炭化を行う方法が挙げられる。 In the method for producing carbon molecular sieve, the raw material may be pulverized or molded before being carbonized. Such a method includes, for example, a method in which, before carbonizing the raw material, the raw material is pulverized into a powder using a known pulverizer, and then carbonized. Furthermore, before carbonizing the raw material, there is a method in which the raw material is formed into pellets by a known method and then carbonized.

原料の形状を粉末状とした場合、粉末の粒度(平均粒子径、D50)は、1μm以上150μm以下であることが好ましい。 When the raw material is in the form of powder, the particle size (average particle diameter, D50) of the powder is preferably 1 μm or more and 150 μm or less.

原料の炭化方法は、特に限定されず、例えば、無酸素の条件で300℃以上900℃以下、好ましくは300℃以上800℃以下まで加熱する方法が挙げられる。 The method of carbonizing the raw material is not particularly limited, and examples include a method of heating the raw material to 300°C or more and 900°C or less, preferably 300°C or more and 800°C or less under oxygen-free conditions.

炭化時間は、原料、及び炭化を行う設備によって適宜設定できる。炭化時間としては、例えば、15分以上20時間以下、好ましくは30分以上10時間以下である。炭化処理は、例えば、ロータリーキルンなどの公知の製造設備を用いて行うことができる。また、炭化処理は、空気を排除して減圧下で行ってもよく、窒素雰囲気下で行ってもよい。 The carbonization time can be appropriately set depending on the raw material and the equipment for carbonization. The carbonization time is, for example, 15 minutes or more and 20 hours or less, preferably 30 minutes or more and 10 hours or less. The carbonization treatment can be performed using, for example, known production equipment such as a rotary kiln. Further, the carbonization treatment may be performed under reduced pressure with air excluded, or may be performed under a nitrogen atmosphere.

酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素を一層容易に製造できる傾向にあることから、分子篩炭素の製造方法では、公知の粉砕機を用いて、炭化物を粉末状に粉砕してもよい。分子篩炭素の製造方法では、炭化物を粉末状に粉砕した後、必要に応じて粉末状の炭化物に添加剤等を加えて公知の方法で混錬し、得られた混錬物を公知の方法で成型してもよい。 The half width of the main peak of the distribution of the oxygen adsorption rate constant is 0.35 sec -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more and 600 m Since molecular sieve carbon having a molecular weight of 2 /g or less tends to be more easily produced, in the method for producing molecular sieve carbon, a known pulverizer may be used to pulverize the carbide into powder. In the method for producing molecular sieve carbon, carbide is pulverized into powder, then additives are added to the powdered carbide as needed and kneaded by a known method, and the resulting kneaded product is kneaded by a known method. May be molded.

炭化物の形状を粉末状とした場合、炭化物の粒度(平均粒子径、D50)は、1μm以上150μm以下であることが好ましい。 When the carbide is in powder form, the particle size (average particle diameter, D50) of the carbide is preferably 1 μm or more and 150 μm or less.

酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素を一層容易に製造できる傾向にあることから、分子篩炭素の製造方法では、公知の方法を用いて、炭化物、粉末状の炭化物、混錬物、又は粉末状の混錬物を円柱ペレット状に成型してもよい。
炭化物の形状を円柱ペレット状とした場合、円柱ペレットの直径は、通常0.1mm以上4.0mm以下であることが好ましい。また、円柱ペレットのアスペクト比(直径:高さ)は、通常1:1~1:10であることが好ましい。
The half width of the main peak of the distribution of the oxygen adsorption rate constant is 0.35 sec -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less, the method for producing carbon molecular sieves uses known methods to produce carbides, powdered carbides, kneaded products, or powdered blends. The forged material may be formed into cylindrical pellets.
When the carbide is shaped like a cylindrical pellet, the diameter of the cylindrical pellet is usually preferably 0.1 mm or more and 4.0 mm or less. Further, the aspect ratio (diameter:height) of the cylindrical pellets is usually preferably 1:1 to 1:10.

上記炭化工程により、原料の炭化物が得られる。炭化した後は、炭化物を、洗浄処理及び/又は乾燥処理等を行ってもよい。これらの条件は、特に限定されず、公知の条件を採用できる。 Through the carbonization step, a carbide of the raw material is obtained. After carbonization, the carbide may be subjected to cleaning treatment and/or drying treatment. These conditions are not particularly limited, and known conditions can be adopted.

(賦活工程)
分子篩炭素の製造方法は、炭化物を賦活処理して賦活物を得る賦活工程を含む。
(activation process)
The method for producing carbon molecular sieve includes an activation step of activating a carbide to obtain an activated material.

賦活処理としては、公知の方法を採用できる。このような方法としては、例えば、水蒸気、酸素、及び二酸化炭などの活性ガスによる賦活方法が挙げられる。賦活処理は、ロータリーキルン、及び流動炉などの公知の製造設備を用いることができる。また、賦活処理は、空気を排除して減圧下で行ってもよく、窒素雰囲気下で行ってもよい。賦活処理としては、例えば、水蒸気を用いた場合、水蒸気を1分間あたり10リットル(L)以上300リットル(L)以下の流量で1分以上1440分以下の間、炭化物と接触させる方法が挙げられる。 As the activation treatment, a known method can be adopted. Examples of such methods include activation methods using active gases such as water vapor, oxygen, and carbon dioxide . For the activation treatment, known manufacturing equipment such as a rotary kiln and a fluidized fluidized furnace can be used. Further, the activation treatment may be performed under reduced pressure with air excluded, or may be performed under a nitrogen atmosphere. Examples of the activation treatment include, when using steam, a method of contacting the steam with the carbide at a flow rate of 10 liters (L) or more and 300 liters (L) or less per minute for 1 minute or more and 1440 minutes or less. .

賦活処理の温度は、特に限定されないが、酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素を更に容易に製造できる傾向にあることから、750℃以上1200℃以下であることが好ましく、800℃以上1100℃以下であることがより好ましい。 The temperature of the activation treatment is not particularly limited, but the half width of the main peak of the distribution of the oxygen adsorption rate constant is 0.35 sec -1 or less, and the temperature is determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C. Since molecular sieve carbon having a required specific surface area of 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less tends to be more easily produced, the temperature is preferably 750°C or more and 1200°C or less, and the temperature is preferably 800°C or more and 1100°C or less. It is more preferable that there be.

活性ガスの分圧は、例えば、10%以上100%以下であり、好ましくは30%以上100%以下である。 The partial pressure of the active gas is, for example, 10% or more and 100% or less, preferably 30% or more and 100% or less.

賦活時間は、原料、賦活温度、及び製造設備などの条件によって適宜設定できる。賦活時間としては、例えば、30分間以上48時間以下であり、好ましくは1.0時間以上36時間以下であり、より好ましくは70分間以上24時間以下である。 The activation time can be appropriately set depending on conditions such as raw materials, activation temperature, and manufacturing equipment. The activation time is, for example, 30 minutes or more and 48 hours or less, preferably 1.0 hour or more and 36 hours or less, and more preferably 70 minutes or more and 24 hours or less.

賦活処理後には、洗浄処理、及び/又は乾燥処理等を行ってもよい。これらの条件は、特に限定されず、公知の条件を採用できる。 After the activation treatment, a cleaning treatment, a drying treatment, etc. may be performed. These conditions are not particularly limited, and known conditions can be adopted.

(焼成工程)
分子篩炭素の製造方法は、賦活物を焼成する焼成工程を含む。
焼成処理を行うことで、賦活物の細孔径分布が調整され、分子篩炭素の細孔径分布を均一にすることができる。そのため、分子篩炭素は、従来の分子篩炭素と比較して、酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能を向上させることができる。
(Firing process)
The method for producing molecular sieve carbon includes a firing step of firing an activated material.
By performing the firing treatment, the pore size distribution of the activator can be adjusted, and the pore size distribution of the carbon molecular sieve can be made uniform. Therefore, compared to conventional carbon molecular sieves, carbon molecular sieves can selectively adsorb oxygen and improve the performance for separating oxygen from air.

焼成処理としては、賦活物に炭素源を接触させて、焼成する方法が挙げられる。焼成方法としては、例えば、熱分解法、被覆法、及び蒸着法が挙げられる。 Examples of the firing treatment include a method in which the activation material is brought into contact with a carbon source and fired. Examples of the firing method include a thermal decomposition method, a coating method, and a vapor deposition method.

被覆法又は蒸着法に用いられる炭素源としては、例えば、コールタール、無水タール、コールタール系ピッチ、石油系ピッチ、及びクレオソート油が挙げられる。熱分解法及び蒸着法に用いられる炭素源としては、例えば、メタノール、及びエタノール等のアルコール;酢酸エチル等のエステル;アセトン、及びメチルエチルケトン等のケトン;ベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族系炭化水素;ヘキサン等の脂肪族炭化水素;ジメチルホルムアミド等のアミド;エチレングリコール等の多価アルコールを挙げることができる。 Examples of carbon sources used in the coating method or vapor deposition method include coal tar, anhydrous tar, coal tar pitch, petroleum pitch, and creosote oil. Carbon sources used in pyrolysis and vapor deposition include, for example, alcohols such as methanol and ethanol; esters such as ethyl acetate; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; aromatic carbonization such as benzene, toluene, and xylene. Hydrogen; aliphatic hydrocarbons such as hexane; amides such as dimethylformamide; and polyhydric alcohols such as ethylene glycol.

賦活物の細孔径分布をより容易に調整でき、分子篩炭素の細孔径分布をより均一にすることができることから、被覆法又は蒸着法において、炭素源がベンゼンであって、その焼成温度が600℃以上900℃以下である場合、ベンゼンの使用量の下限は、賦活物100質量部に対して、通常1.0質量部以上、好ましくは1.5質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは2.5質量部以上、より更に好ましくは3.0質量部以上である。ベンゼンの使用量の上限は、賦活物100質量部に対して、通常10質量部以下、好ましくは9.0質量部以下、より好ましくは8.5質量部以下、更に好ましくは8.0質量部以下、より更に好ましくは7.5質量部以下である。 Since the pore size distribution of the activator can be more easily adjusted and the pore size distribution of the molecular sieve carbon can be made more uniform, it is possible to use benzene as the carbon source and the firing temperature at 600°C in the coating method or vapor deposition method. When the temperature is above 900°C or less, the lower limit of the amount of benzene used is usually 1.0 parts by mass or more, preferably 1.5 parts by mass or more, and more preferably 2.0 parts by mass, based on 100 parts by mass of the activator. The amount is more preferably 2.5 parts by mass or more, and even more preferably 3.0 parts by mass or more. The upper limit of the amount of benzene used is usually 10 parts by mass or less, preferably 9.0 parts by mass or less, more preferably 8.5 parts by mass or less, even more preferably 8.0 parts by mass, per 100 parts by mass of the activator. The amount is more preferably 7.5 parts by mass or less.

賦活物の細孔径分布をより容易に調整でき、分子篩炭素の細孔径分布をより均一にすることができることから、焼成温度は、通常600℃以上900℃以下、より好ましくは700℃以上800℃以下である。 Since the pore size distribution of the activated material can be more easily adjusted and the pore size distribution of the molecular sieve carbon can be made more uniform, the firing temperature is usually 600°C or more and 900°C or less, more preferably 700°C or more and 800°C or less. It is.

焼成時間は、焼成温度に応じて適宜決定することができ、例えば、15分以上240分以下である。 The firing time can be appropriately determined depending on the firing temperature, and is, for example, 15 minutes or more and 240 minutes or less.

焼成処理は、例えば、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、又はその他不活性ガス雰囲気下で行うことができる。
焼成処理は、これらのガスをキャリガスとして、炭素源を流通させながら行ってもよい。その場合、キャリガスの流量は、110L/min以上であることが好ましく、150L/min以上300L/min以下であることがより好ましく、170L/min以上250L/min以下であることが更に好ましい。キャリアガスに流通させる炭素源としては、ベンゼンが好ましい。このような焼成処理によれば、酸素の吸着速度定数の分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素を一層容易に製造できる傾向にある。
The firing process can be performed, for example, under a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, or another inert gas atmosphere.
The firing process may be performed while circulating the carbon source using these gases as a carrier gas. In that case, the flow rate of the carrier gas is preferably 110 L/min or more, more preferably 150 L/min or more and 300 L/min or less, and even more preferably 170 L/min or more and 250 L/min or less. Benzene is preferred as the carbon source passed through the carrier gas. According to such a calcination treatment, the half-value width of the main peak of the distribution of oxygen adsorption rate constant is 0.35 s -1 or less, and the half-width is determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C. There is a tendency that molecular sieve carbon having a specific surface area of 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less can be manufactured more easily.

焼成処理後には、洗浄処理、及び/又は乾燥処理等を行ってもよい。これらの条件は、特に限定されず、公知の条件を採用できる。 After the firing process, a cleaning process, a drying process, etc. may be performed. These conditions are not particularly limited, and known conditions can be adopted.

[ガス分離装置]
ガス分離装置は、上記の分子篩炭素を備え、圧力スイング吸着法、又は温度スイング吸着法を用いて酸素を分離できる装置であれば、特に限定されない。即ち、ガス分離装置は、酸素ガスを含む空気から、酸素ガス以外のガスを効率的に分離回収する装置である。このようなガス分離装置は、上記の分子篩炭素を備える他は従来のガス分離装置と同様の構成を備えるものであってもよい。
[Gas separation equipment]
The gas separation device is not particularly limited as long as it is equipped with the carbon molecular sieve described above and can separate oxygen using a pressure swing adsorption method or a temperature swing adsorption method. That is, the gas separation device is a device that efficiently separates and recovers gases other than oxygen gas from air containing oxygen gas. Such a gas separation device may have the same configuration as a conventional gas separation device except that it includes the carbon molecular sieve described above.

また、ガス分離装置は、上記の分子篩炭素を備え、圧力スイング吸着法、又は温度スイング吸着法を用いて、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着して、ガスを分離できる装置であってもよい。このようなガス分離装置は、上記の分子篩炭素を備える他は従来のガス分離装置と同様の構成を備えるものであってもよい。 Further, the gas separation device is equipped with the above molecular sieve carbon, and uses at least two kinds of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, and propane using a pressure swing adsorption method or a temperature swing adsorption method. The apparatus may be capable of selectively adsorbing one or more gases from a mixed gas containing the following gases to separate the gases. Such a gas separation device may have the same configuration as a conventional gas separation device except that it includes the carbon molecular sieve described above.

具体的には、次のようなガス分離装置が挙げられる。
本実施形態のガス分離装置は、圧力スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、圧力スイング吸着法における吸着剤として、分子篩炭素を備える。
Specifically, the following gas separation devices can be mentioned.
The gas separation device of this embodiment is a gas separation device for separating oxygen from air by a pressure swing adsorption method, and includes molecular sieve carbon as an adsorbent in the pressure swing adsorption method.

本実施形態のガス分離装置は、圧力スイング吸着法によって、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着するためのガス分離装置であって、圧力スイング吸着法における吸着剤として、分子篩炭素を備える。 The gas separation device of this embodiment uses a pressure swing adsorption method to extract one or more gases from a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane. This is a gas separation device for selectively adsorbing carbon, and includes molecular sieve carbon as an adsorbent in a pressure swing adsorption method.

本実施形態のガス分離装置は、温度スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、温度スイング吸着法における吸着剤として、分子篩炭素を備える。 The gas separation device of this embodiment is a gas separation device for separating oxygen from air by a temperature swing adsorption method, and includes molecular sieve carbon as an adsorbent in the temperature swing adsorption method.

本実施形態のガス分離装置は、温度スイング吸着法によって、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも2種のガスを含む混合ガスから1つ又は複数のガスを選択的に吸着するためのガス分離装置であって、温度スイング吸着法における吸着剤として、分子篩炭素を備える。 The gas separation device of this embodiment uses a temperature swing adsorption method to extract one or more gases from a mixed gas containing at least two gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propylene, and propane. This gas separation device selectively adsorbs carbon molecular sieves as an adsorbent in the temperature swing adsorption method.

分子篩炭素は、吸着材として好適に使用できる。吸着材は、空気から酸素を効率よく分離することができるため、圧力スイング吸着法、又は温度スイング吸着法を用いたガス分離装置に好適である。
吸着材は、分子篩炭素のみで形成されていてもよいし、他の公知の部材を組み合わせて形成されていてもよい。
Carbon molecular sieve can be suitably used as an adsorbent. Since the adsorbent can efficiently separate oxygen from air, it is suitable for a gas separation device using a pressure swing adsorption method or a temperature swing adsorption method.
The adsorbent may be made of only carbon molecular sieve, or may be made of a combination of other known members.

次に、図7を用いて、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、圧力スイング吸着法における吸着剤として分子篩炭素を備えるガス分離装置の一例について説明する。 Next, an example of a gas separation apparatus for separating oxygen from air, which includes molecular sieve carbon as an adsorbent in a pressure swing adsorption method, will be described with reference to FIG.

ガス分離装置は、図7に示すように、分子篩炭素を充填した吸着塔A及びBと、原料空気を加圧するコンプレッサー11と、原料空気を貯蔵する原料タンク12と、製品ガスを貯蔵する製品タンク17と、吸着塔A及びBの工程を切り替えるために開閉するバルブ13a、バルブ13b、バルブ14a、及びバルブ14bと、吸着塔から生じる製品ガスを製品タンクに送るためのバルブ16a及びバルブ16bと、均圧用のバルブ15と、製品ガス取り出し用のバルブ18と、吸着ガスを排気するための排出口19とから構成される。 As shown in FIG. 7, the gas separation device includes adsorption towers A and B filled with molecular sieve carbon, a compressor 11 that pressurizes raw material air, a raw material tank 12 that stores raw material air, and a product tank that stores product gas. 17, valves 13a, 13b, 14a, and 14b that are opened and closed to switch the processes of the adsorption towers A and B, and valves 16a and 16b that send the product gas generated from the adsorption tower to the product tank. It is composed of a pressure equalization valve 15, a product gas extraction valve 18, and an exhaust port 19 for exhausting adsorbed gas.

以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.

〔実施例1〕
(炭化工程)
フェノール樹脂をロータリーキルン中で空気を排除しつつ、最終温度が800℃になるまで約5時間かけて昇温し、フェノール樹脂の炭化を行った。フェノール樹脂の炭化物100質量部を粉砕機で平均粒子径(D50)が0.15mm以下になるまで粉砕し、フェノール樹脂炭化物の粉末を得た。このフェノール樹脂炭化物の粉末100質量部に、水20質量部を加えながら、コールタール40質量部を更に加えて混錬した。得られた混錬物を押し出し成型機に充填し、直径が2.0mmで、アスペクト比が1:5の円柱ペレット状になるように成型した。得られた円柱ペレットを無作為に30個サンプリングし、これらのペレットの直径をノギスで測定し、平均値として直径を求めた。また、得られた円柱ペレットを無作為に30個サンプリングし、これらのペレットの高さをノギスで測定し、平均値を求め、直径:高さの平均値としてアスペクト比を求めた。その結果、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 1]
(Carbonization process)
The phenol resin was heated to a final temperature of 800° C. over about 5 hours while excluding air in a rotary kiln, thereby carbonizing the phenol resin. 100 parts by mass of a phenol resin carbide was pulverized using a pulverizer until the average particle diameter (D50) became 0.15 mm or less to obtain a phenol resin carbide powder. While adding 20 parts by mass of water to 100 parts by mass of this phenolic resin carbide powder, 40 parts by mass of coal tar was further added and kneaded. The obtained kneaded product was filled into an extrusion molding machine and molded into a cylindrical pellet having a diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5. Thirty of the obtained cylindrical pellets were randomly sampled, and the diameters of these pellets were measured with calipers, and the diameter was determined as an average value. Further, 30 of the obtained cylindrical pellets were randomly sampled, the heights of these pellets were measured with calipers, the average value was determined, and the aspect ratio was determined as the average value of diameter:height. As a result, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

(賦活工程)
得られた円柱ペレットをロータリーキルン中で空気を排除しつつ、最終温度が800℃になるまで約5時間かけて昇温した。その後、水蒸気を1分間あたり、100リットルの流量で100分間、円柱ペレットと接触させて、賦活処理を行い、賦活物を得た。
(activation process)
The resulting cylindrical pellets were heated in a rotary kiln, while excluding air, to a final temperature of 800° C. over about 5 hours. Thereafter, the cylindrical pellet was brought into contact with water vapor for 100 minutes at a flow rate of 100 liters per minute to carry out an activation treatment to obtain an activated material.

(焼成工程)
次いで、800℃の窒素雰囲気下にて、得られた賦活物100質量部に対して、200L/minの窒素をキャリアガスとして、ベンゼン5.0質量部を120分かけて流通せしめた。この焼成処理により、分子篩炭素を得た。
(Firing process)
Next, in a nitrogen atmosphere at 800° C., 5.0 parts by mass of benzene was passed through 100 parts by mass of the obtained activation material over 120 minutes using nitrogen as a carrier gas at 200 L/min. Through this firing treatment, carbon molecular sieve was obtained.

〔実施例2〕
焼成工程において、ベンゼンを5.0質量部から7.5質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 2]
A carbon molecular sieve was obtained in the same manner as in Example 1, except that in the firing step, benzene was changed from 5.0 parts by mass to 7.5 parts by mass. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔実施例3〕
(炭化工程)
ヤシ殻をロータリーキルン中で空気を排除しつつ、最終温度が800℃になるまで約5時間かけて昇温し、ヤシ殻の炭化を行った。ヤシ殻の炭化物100質量部を粉砕機で平均粒子径(D50)が0.1mm以下になるまで粉砕し、ヤシ殻炭化物の粉末を得た。このヤシ殻炭化物の粉末100質量部に、水20質量部を加えながら、コールタール40質量部を更に加えて混錬した。得られた混錬物を押し出し成型機に充填し、直径が2.0mmで、アスペクト比が1:5の円柱ペレット状になるように成型した。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 3]
(Carbonization process)
The coconut shell was heated to a final temperature of 800° C. over about 5 hours while excluding air in a rotary kiln, thereby carbonizing the coconut shell. 100 parts by mass of coconut shell carbide was pulverized using a pulverizer until the average particle diameter (D50) became 0.1 mm or less to obtain a coconut shell carbide powder. To 100 parts by mass of this coconut shell carbide powder, while adding 20 parts by mass of water, 40 parts by mass of coal tar was further added and kneaded. The obtained kneaded product was filled into an extrusion molding machine and molded into a cylindrical pellet having a diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

(賦活工程)
得られた円柱ペレットをロータリーキルン中で空気を排除しつつ、最終温度が800℃になるまで約5時間かけて昇温した。その後、水蒸気を1分間あたり、100リットルの流量で100分間、円柱ペレットと接触させて、賦活処理を行い、賦活物を得た。
(activation process)
The resulting cylindrical pellets were heated in a rotary kiln, while excluding air, to a final temperature of 800° C. over about 5 hours. Thereafter, the cylindrical pellet was brought into contact with water vapor for 100 minutes at a flow rate of 100 liters per minute to carry out an activation treatment to obtain an activated material.

(焼成工程)
次いで、800℃の窒素雰囲気下にて、得られた賦活物100質量部に対して、200L/minの窒素をキャリアガスとして、ベンゼン7.5質量部を120分かけて流通せしめた。この焼成処理により、分子篩炭素を得た。
(Firing process)
Next, under a nitrogen atmosphere at 800° C., 7.5 parts by mass of benzene was passed through 100 parts by mass of the obtained activation material over 120 minutes using nitrogen as a carrier gas at 200 L/min. Through this firing treatment, carbon molecular sieve was obtained.

〔実施例4〕
焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から7.0質量部に変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 4]
Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as in Example 3, except that in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 7.0 parts by mass. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔実施例5〕
賦活工程において、水蒸気を円柱ペレットに接着させた賦活時間を100分間から120分間に、焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から6.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 5]
Example 3 except that in the activation step, the activation time during which water vapor was bonded to the cylindrical pellet was changed from 100 minutes to 120 minutes, and in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 6.0 parts by mass. Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as above. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔実施例6〕
焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から5.0質量部に変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 6]
A carbon molecular sieve was obtained in the same manner as in Example 3, except that in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 5.0 parts by mass. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔実施例7〕
焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から4.0質量部に変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 7]
Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as in Example 3, except that in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 4.0 parts by mass. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔実施例8〕
賦活工程において、水蒸気を円柱ペレットに接着させた賦活時間を100分間から80分間に、焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から3.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Example 8]
Example 3 except that in the activation step, the activation time during which water vapor was bonded to the cylindrical pellet was changed from 100 minutes to 80 minutes, and in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 3.0 parts by mass. Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as above. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例1〕
焼成工程において、キャリアガス量を200L/minから100L/minに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 1]
In the firing process, molecular sieve carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of carrier gas was changed from 200 L/min to 100 L/min. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例2〕
賦活工程において、水蒸気を円柱ペレットに接着させた賦活時間を100分間から60分間に、焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から3.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 2]
Example 3 except that in the activation step, the activation time during which water vapor was bonded to the cylindrical pellet was changed from 100 minutes to 60 minutes, and in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 3.0 parts by mass. Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as above. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例3〕
焼成工程において、キャリアガス量を200L/minから100L/minに、かつ、ベンゼンを7.5質量部から4.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 3]
In the firing process, the molecular sieve carbon was prepared in the same manner as in Example 3, except that the amount of carrier gas was changed from 200 L/min to 100 L/min, and the amount of benzene was changed from 7.5 parts by mass to 4.0 parts by mass. I got it. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例4〕
焼成工程において、キャリアガス量を200L/minから75L/minに、かつ、ベンゼンを7.5質量部から4.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 4]
In the firing process, the molecular sieve carbon was prepared in the same manner as in Example 3, except that the amount of carrier gas was changed from 200 L/min to 75 L/min, and the amount of benzene was changed from 7.5 parts by mass to 4.0 parts by mass. I got it. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例5〕
焼成工程において、キャリアガス量を200L/minから50L/minに、かつ、ベンゼンを7.5質量部から4.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 5]
In the firing process, the molecular sieve carbon was prepared in the same manner as in Example 3, except that the amount of carrier gas was changed from 200 L/min to 50 L/min, and the amount of benzene was changed from 7.5 parts by mass to 4.0 parts by mass. I got it. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例6〕
賦活工程において、水蒸気を円柱ペレットに接着させた賦活時間を100分間から60分間に、焼成工程において、キャリアガス量を200L/minから50L/minに、かつ、ベンゼンを7.5質量部から2.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 6]
In the activation process, the activation time for adhering water vapor to the cylindrical pellets was changed from 100 minutes to 60 minutes, and in the firing process, the amount of carrier gas was changed from 200 L/min to 50 L/min, and benzene was changed from 7.5 parts by mass to 2 parts by mass. Carbon molecular sieves were obtained in the same manner as in Example 3, except that the amounts were changed to .0 parts by mass. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

〔比較例7〕
賦活工程において、水蒸気を円柱ペレットに接着させた賦活時間を100分間から40分間に、焼成工程において、ベンゼンを7.5質量部から3.0質量部にそれぞれ変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で分子篩炭素を得た。実施例1と同様にしてペレットの直径及びアスペクト比を求めたところ、得られた円柱ペレットは、ペレットの直径が2.0mmであり、アスペクト比が1:5であることを確認した。
[Comparative example 7]
Example 3 except that in the activation step, the activation time during which water vapor was bonded to the cylindrical pellet was changed from 100 minutes to 40 minutes, and in the firing step, benzene was changed from 7.5 parts by mass to 3.0 parts by mass. Carbon molecular sieve was obtained in the same manner as above. When the diameter and aspect ratio of the pellet were determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained cylindrical pellet had a pellet diameter of 2.0 mm and an aspect ratio of 1:5.

[評価方法]
〔酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅〕
実施例及び比較例で得られた分子篩炭素を用いて、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅(秒-1)を上記の方法により求めた。
[Evaluation method]
[Half width of main peak of oxygen adsorption rate constant distribution]
Using the carbon molecular sieves obtained in Examples and Comparative Examples, the half width (sec -1 ) of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution was determined by the method described above.

〔比表面積〕
25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積(m/g)は、次のようにして求めた。すなわち、比表面積/細孔分布測定装置(マイクロトラック・ベル(株)製のBELSORP(登録商標)-MAX(商品名))を使用し、実施例及び比較例で得られた分子篩炭素を減圧下(真空度:0.1kPa以下)にて250℃で3時間加熱した後、25℃における分子篩炭素の二酸化炭素吸着等温線を測定した。
得られた二酸化炭素吸着等温線を使用し、BET解析により、得られた曲線から多点法により相対圧P/P0=0.01以上0.1以下の領域での直線を算出し、この直線から比表面積を算出した。
〔Specific surface area〕
The specific surface area (m 2 /g) determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25° C. was determined as follows. That is, using a specific surface area/pore distribution measuring device (BELSORP (registered trademark)-MAX (trade name) manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.), the molecular sieve carbon obtained in Examples and Comparative Examples was measured under reduced pressure. After heating at 250°C for 3 hours under vacuum (degree of vacuum: 0.1 kPa or less), the carbon dioxide adsorption isotherm of the carbon molecular sieve at 25°C was measured.
Using the obtained carbon dioxide adsorption isotherm, calculate a straight line in the region of relative pressure P/P0 = 0.01 or more and 0.1 or less using the multi-point method from the obtained curve by BET analysis, and calculate this straight line. The specific surface area was calculated from

〔酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心〕
実施例及び比較例で得られた分子篩炭素を用いて、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心(秒-1)を上記の方法により求めた。
[Maximum center of main peak of oxygen adsorption rate constant distribution]
Using the carbon molecular sieves obtained in Examples and Comparative Examples, the maximum center (sec -1 ) of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution was determined by the method described above.

〔0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積〕
実施例及び比較例で得られた分子篩炭素を用いて、分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積(mL/g)を上記の方法により求めた。
[Volume of pores with pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less]
Using the molecular sieve carbon obtained in Examples and Comparative Examples, the volume (mL/g) of pores having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less determined by the molecular probe method was determined by the above method. I asked for it.

〔ガス分離性能の評価〕
ガス分離性能は、圧力スイング吸着法を用いた窒素発生装置による分子篩炭素1tあたりの製品窒素発生量(Nm3/h・t)及び窒素収率(%)で評価した。
[Evaluation of gas separation performance]
Gas separation performance was evaluated by the amount of product nitrogen generated per ton of molecular sieve carbon (Nm 3 /h·t) and nitrogen yield (%) by a nitrogen generator using a pressure swing adsorption method.

なお、分子篩炭素1tあたりの製品窒素発生量は、窒素発生装置において使用する分子篩炭素の質量をM(t)、1時間当たりの製品窒素発生量をQ(Nm3/h)とすると、下記式(6)で示される。
製品窒素発生量(Nm3/h・t)=Q(Nm3/h)/M(t)・・・(6)
窒素収率は、供給する原料ガス中の窒素から分離回収できる窒素の割合を表したものであり、下記式(7)で表される。
窒素収率(%)=100×(時間当たりの製品窒素発生量(NL/h)/(時間当たりの製品窒素発生量(NL/h)+時間当たりの排ガス量(NL/h)))・・・(7)
In addition, the amount of product nitrogen generated per 1 ton of molecular sieve carbon is calculated using the following formula, where M (t) is the mass of molecular sieve carbon used in the nitrogen generator, and Q (Nm 3 /h) is the amount of product nitrogen generated per hour. It is shown in (6).
Product nitrogen generation amount (Nm 3 /h・t)=Q(Nm 3 /h)/M(t)...(6)
The nitrogen yield represents the proportion of nitrogen that can be separated and recovered from the nitrogen in the supplied raw material gas, and is expressed by the following formula (7).
Nitrogen yield (%) = 100 × (Product nitrogen generation amount per hour (NL/h) / (Product nitrogen generation amount per hour (NL/h) + Exhaust gas amount per hour (NL/h))) ...(7)

また、窒素発生装置としては、図7の模式図に示すようなガス分離装置を用いて、次の運転操作に従って、ガス分離装置を操作した。 Further, as the nitrogen generator, a gas separation device as shown in the schematic diagram of FIG. 7 was used, and the gas separation device was operated according to the following operating operations.

まず、ガス分離装置において、各バルブ13a、13b、14a、14b、15、16a、16b、及び18を閉鎖する。次いで、コンプレッサー11で圧縮された原料空気を、原料タンク12に供給し、バルブ13aを開放し、空気を吸着塔Aに導入する。その後、吸着塔Aで酸素が吸着され、バルブ16aを開放することで、未吸着のガス(主として窒素)がバルブ16aを通って製品タンク17へ供給される。その後、バルブ16aを閉鎖し、バルブ18を開放することで、製品タンク17中の主として窒素ガスが排出される。この時、吸着塔Aは加圧状態となる。この操作と共に、上記と同様の操作を行って予め吸着塔Bに酸素を吸着させた酸素を排出する。すなわち、バルブ14bを開放することで、吸着塔Bで吸着した酸素がバルブ14bを通って19から排出される。この時、吸着塔Bは大気圧となる。吸着塔A及びBをこの状態に保ち、59秒が経過したのち、バルブ13a及び14bを閉鎖し、バルブ15が開放することで吸着塔A及びBが均圧される。均圧時間は1秒とする。均圧後、バルブ14bを閉鎖し、バルブ13b、16b、及び14aを開放することで、吸着塔Aからの吸着した酸素ガスが排出口19から排出され、吸着塔Bでの酸素吸着が進行する。この操作を繰り返すことで製品窒素を連続的に取り出す。
なお、一連の操作のなかでバルブ18の開度は一定とする。バルブ18の開度を調整することで製品窒素の取り出し流量を変化させることができ、これにより製品窒素濃度を調整することができる。
First, in the gas separation device, each valve 13a, 13b, 14a, 14b, 15, 16a, 16b, and 18 is closed. Next, the raw material air compressed by the compressor 11 is supplied to the raw material tank 12, the valve 13a is opened, and the air is introduced into the adsorption tower A. Thereafter, oxygen is adsorbed in the adsorption tower A, and by opening the valve 16a, unadsorbed gas (mainly nitrogen) is supplied to the product tank 17 through the valve 16a. Thereafter, by closing the valve 16a and opening the valve 18, mainly nitrogen gas in the product tank 17 is discharged. At this time, adsorption tower A becomes pressurized. Along with this operation, the same operation as above is performed to discharge the oxygen that has been adsorbed in the adsorption tower B in advance. That is, by opening the valve 14b, the oxygen adsorbed in the adsorption tower B is discharged from the valve 19 through the valve 14b. At this time, adsorption tower B becomes atmospheric pressure. Adsorption towers A and B are maintained in this state, and after 59 seconds have elapsed, valves 13a and 14b are closed, and valve 15 is opened, thereby equalizing the pressure in adsorption towers A and B. The pressure equalization time is 1 second. After pressure equalization, by closing the valve 14b and opening the valves 13b, 16b, and 14a, the adsorbed oxygen gas from the adsorption tower A is discharged from the outlet 19, and oxygen adsorption in the adsorption tower B progresses. . By repeating this operation, product nitrogen is continuously extracted.
Note that the opening degree of the valve 18 is kept constant during the series of operations. By adjusting the opening degree of the valve 18, the flow rate of the product nitrogen taken out can be changed, and thereby the product nitrogen concentration can be adjusted.

ここで、本明細書においては、製品窒素濃度を99.99%とした。 Here, in this specification, the product nitrogen concentration is 99.99%.

〔測定結果〕
酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅、比表面積、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心、0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積、製品窒素発生量、及び窒素収率のそれぞれの結果を表1に示す。
〔Measurement result〕
Half width of main peak of oxygen adsorption rate constant distribution, specific surface area, maximum center of main peak of oxygen adsorption rate constant distribution, volume of pores with pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less, product Table 1 shows the results of nitrogen generation amount and nitrogen yield.

表1に示すとおり、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素(実施例1~8)は、上記条件を満たさない分子篩炭素(比較例1~5)に比べて、ガス分離性能が著しく向上していることが分かる。 As shown in Table 1, the half-width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.35 s -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less (Examples 1 to 8) have significantly improved gas separation performance compared to molecular sieve carbons (Comparative Examples 1 to 5) that do not meet the above conditions. I understand.

すなわち、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCOの吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m/g以上600m/g以下である分子篩炭素は、上記条件を満たさない分子篩炭素に比べて、酸素と窒素との間のガス分離性能が著しく向上していることが分かる。 That is, the half width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.35 sec -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more. It can be seen that molecular sieve carbon having a particle size of 600 m 2 /g or less has significantly improved gas separation performance between oxygen and nitrogen compared to molecular sieve carbon that does not meet the above conditions.

1…バルブ、2…バルブ、3…バルブ、4…圧力センサー、5…ガス溜め、6…試料セル、7…分子篩炭素、8…導入口、9…排出口、A…吸着塔、B…吸着塔、11…コンプレッサー、12…原料タンク、13a…バルブ、13b…バルブ、14a…バルブ、14b…バルブ、15…バルブ、16a…バルブ、16b…バルブ、17…製品タンク、18…バルブ、19…排出口、20…ガラス製容器、21…ピンホール、22…分子篩炭素を入れた秤量瓶、23…パンチング板、24…二硫化炭素又はクロロホルムを満たしたシャーレ 1...Valve, 2...Valve, 3...Valve, 4...Pressure sensor, 5...Gas reservoir, 6...Sample cell, 7...Molecular sieve carbon, 8...Inlet, 9...Outlet, A...Adsorption tower, B...Adsorption Column, 11... Compressor, 12... Raw material tank, 13a... Valve, 13b... Valve, 14a... Valve, 14b... Valve, 15... Valve, 16a... Valve, 16b... Valve, 17... Product tank, 18... Valve, 19... Discharge port, 20... Glass container, 21... Pinhole, 22... Weighing bottle containing carbon molecular sieve, 23... Punching plate, 24... Petri dish filled with carbon disulfide or chloroform.

Claims (7)

酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒-1以下であり、かつ、25℃におけるCO2の吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m2/g以上600m2/g以下であり、
分離対象ガスが空気であって、空気から酸素を選択的に吸着する、分子篩炭素。
The half width of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.35 sec -1 or less, and the specific surface area determined by the BET method from the CO 2 adsorption isotherm at 25°C is 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less ,
The gas to be separated is air, and carbon molecular sieve selectively adsorbs oxygen from the air .
酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心が0.030秒-1以上0.250秒-1以下である、請求項1に記載の分子篩炭素。 The molecular sieve carbon according to claim 1, wherein the maximum center of the main peak of the oxygen adsorption rate constant distribution is 0.030 sec -1 or more and 0.250 sec -1 or less. 分子プローブ法によって求められる0.37nm以上0.46nm以下の細孔入口径を有する細孔の容積が0.150mL/g以上である、請求項1に記載の分子篩炭素。 The molecular sieve carbon according to claim 1, wherein the volume of pores having a pore entrance diameter of 0.37 nm or more and 0.46 nm or less as determined by a molecular probe method is 0.150 mL/g or more. 難黒鉛化性炭素からなる、請求項1に記載の分子篩炭素。 The molecular sieve carbon according to claim 1, comprising non-graphitizable carbon. 原料を炭化して炭化物を得る工程と、
前記炭化物を賦活処理して賦活物を得る賦活工程と、
前記賦活物を焼成する焼成工程と、を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の分子篩炭素の製造方法。
a step of carbonizing raw materials to obtain carbide;
an activation step of activating the carbide to obtain an activated material;
The method for producing carbon molecular sieve according to any one of claims 1 to 4 , comprising a firing step of firing the activated material.
圧力スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、
前記圧力スイング吸着法における吸着剤として、請求項1~のいずれか一項に記載の分子篩炭素を備える、装置。
A gas separation device for separating oxygen from air by pressure swing adsorption method,
An apparatus comprising the molecular sieve carbon according to any one of claims 1 to 4 as an adsorbent in the pressure swing adsorption method.
温度スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、
前記温度スイング吸着法における吸着剤として、請求項1~のいずれか一項に記載の分子篩炭素を備える、装置。
A gas separation device for separating oxygen from air by a temperature swing adsorption method,
An apparatus comprising the molecular sieve carbon according to any one of claims 1 to 4 as an adsorbent in the temperature swing adsorption method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004529747A (en) 2001-01-24 2004-09-30 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド Enhanced and functionalized carbon molecular sieve for simultaneous removal of CO2 and water from air
WO2003018189A1 (en) 2001-08-29 2003-03-06 Nippon Sanso Corporation Adsorbent for separating nitrogen from mixed gas of oxygen and nitrogen
JP2019171375A (en) 2018-03-27 2019-10-10 大阪ガスケミカル株式会社 Molecular sieve activated carbon, adsorbent, and adsorbent system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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YAMANE et al.,ACS Applied Materials & Interfaces,米国,2022年03月10日,Vol.14, No.15,p.17878-17888

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