JPH01124626A - 気相法炭素繊維の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料の燃焼による間接的な加熱によって燃料効
率よく炭素ｕＩｉ維を析出させることが出来る気相法炭
素繊維の製造法に関する。

〔従来の技術〕

気相法炭素ｍ維の製造法には、基板上に金属あるいは金
属化合物の触媒粒子を散布し、これを反応炉内にセット
して高温に保持し、続いて原料炭化水素を導入して、基
板上の粒子を核として炭素繊維を析出生長せしめる方法
（特１７！１昭５２−１０３５２８５号公報、同５２−
１０７３２９号公報。

同６０−２７７００号公報等）がある。

続いて、高温反応炉中に金属あるいは金属化合物の触媒
粒子、原料ガス、およびキャリアガスを供給し、基板の
不存在下で反応を行なう方法（特■１昭５８−１８０６
１５号公報、同６０−５４９９８号公報、同６０−２３
１８２１号公報等）が開発された。

上記後者の出現によって、生産性の向上が計られ、工業
的な規模での気相法炭素！！雑の智造が可能となった。

この方法においては、反応温度を所定の高温に保持する
ため、反応炉心管の外周にヒータ等を取付け、外部から
加熱するのが一般的である。

更に、高温中で反応させる方法として、ヒータ等による
外部加熱を用いずに、直接反応炉内に燃料を噴出燃焼さ
せ、この火炎中に直接原料炭化水素および金属粉末成は
金属化合物を供給して、火炎中で熱分解を起させる気相
法炭素ｍ雑の！！１造法（特開昭６１−２８２４２５号
公報等）が発表された。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記方法は燃料を直接噴出燃焼させることによ
って、効率よく反応に必要とされる高温条件が得られる
ものの、１」２或は炭化水素のような気体または液体を
燃料とし、助燃剤として、純酸素を用いたとしても、Ｎ
２においては水蒸気、炭化水素においては水蒸気の他Ｃ
Ｏ２ＣＯ等が生成する。

上記純酸素の代りに空気を用いれば、Ｎ２等の不活性成
分を多く含有しているので反応雰囲気を保持するのが容
易でない。

このように、燃料の燃焼火炎中で反応を行なわせる方法
では、反応雰囲気をよくするため、可能な限り燃焼副生
物のない燃料および助燃剤が必要とされ、例えばＮ２．
０２のような組合わせを採用することが肝要となる。こ
の様な組合わせはエネルギーコストを大幅に増大するが
、従来の火炎を用いる方法では、上記のように気相法炭
素繊維の生成に必要な高温と反応雰囲気を保持するため
、燃料および助燃剤を限定せざるを得なかった。

本発明考等は上記の問題を解決すべく鋭意研究した結果
、従来の高温炉に炭化水素および金属粒子または金属化
合物をキャリアガスとともに導入して、炭素ＳａＷを析
出させた場合、炭素ｌａＮを除去した反応ガスは、気体
燃料として充分使用出来ることを知見した。

本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、燃料の
効率がよく、反応雰囲気を損うことなく、また必要に応
じて任意に選択された安価な燃料を使用することが出来
る気相法炭素繊維の製造法を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成すべくなされたもので、その
要旨は、燃料の燃焼によって加熱される加熱部と、この
加熱部と耐熱性隔壁体によって隔離された反応部とを有
する高温反応炉の上記反応部に、炭化水素類および遷移
金属微粉末成は該金属化合物をキャリアガスとともに導
入して炭素繊維を析出させ、この析出した炭素繊維が回
収除去された反応ガスを、上記加熱部の加熱用燃料とし
て循環使用する気相法炭素ｍ維の製造法にある。

〔発明の具体的構成および作用〕

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の方法を実施する装置の一
例を示ずもので、図中符号１は高温反応炉である。

高温反応炉１は、外面を鉄板によって被覆された断熱壁
２によって形成された反応部３と、反応部３の内周面に
沿って、反応部３を上下に貫通する多数の管よりなる加
熱部４とによって構成されている。この高温反応炉１の
下部は生成する炭素ＩＩ維を捕集する捕集室５に接続さ
れている。この捕集室５には、フィルタ６が設けられ、
これを通した反応ガスは導出管５ａより導出される。こ
の導出管５ａには、これを後述する低圧ガス圧縮機に送
る経路と、排出させる経路とに切換える切換弁５ｂが設
けられている。

また上記加熱部４の下端は、耐火レンガによってつくら
れた燃焼室７に接続されている。この燃焼空７にはバー
ナ７ａが設けられている。このバーナ７ａには、一定速
度で燃料または助燃剤を供給する燃料計量器８および助
燃剤計量器９が取付けられた、燃料供給管１０が接続さ
れている。また、この燃料供給管１０には、必要に応じ
て燃料を供給づる補助燃料計量器１１が設けられている
。

上記捕集室５の導出管５ａは低圧ガス圧縮機１２を介し
て上記燃料計量器８に接続されている。また低圧ガス圧
縮ｆｉ１２と上記燃料計量器８との間には燃料計量器８
に導入されるガス圧を一定とする圧力調整弁１３が設け
られている。

また、上記加熱部４の上端は、加熱部４を通過した燃焼
ガスを集合放出する排気ダクト１４に接続されている。

また、反応部３の上部中央には原料供給ノズル１５が設
けられている。この原料供給ノズルには、キャリア・ガ
スおよび原料炭化水素を計量供給するキャリアガス計量
器１６、炭化水素計量器１７が取付けられた原料供給管
１８が接続されている。

上記のように構成された気相法炭素繊維製造装置を用い
て炭素繊維をつくるには、先ず補助燃料計量器１１およ
び助燃剤計量器９を介して燃料および助燃剤をバーナ７
ａに供給して燃焼させ、加熱部３を加熱して反応部４を
所定の温度に昇温する。上記加熱部を通過した燃焼ガス
は排気ダクト１４より放出される。

次いで、キャリアガスおよび原料炭化水素をキャリアガ
ス計量器１６および炭化水素計量器１７を介して供給し
、原料供給ノズル１５より高温に保持された反応部３内
に噴霧する。

この場合、触媒である遷移金属は微粉末として一部分岐
したキャリアガスによって反応部３に吹込み分散させて
もよいが、通常公知のように液体の有機金属化合物を用
い、気化させてキャリアガスとともに供給するか、ある
いは原料炭化水素が液体の場合には予め所定量を原料炭
化水素に溶解して供給する。

上記原料供給ノズル１５から反応部３に導入された炭化
水素は、熱分解し、微細な炭素繊維となって捕集器に導
かれ、反応ガスは切換弁５ｂを介して放出される。この
様な状態において切換弁５ｂを切換え、反応ガスを低圧
ガス圧縮器１２を介して燃料計量器８より送入し燃料と
して使用する。

その際、当然のにことながら補助燃料計量器１１より送
入される補助燃料は送入停止するか、その番を大幅に少
なくすることが出来る。

上記装置は加熱部４と、反応部３とが隔離されているの
で、捕集室５で炭素ｌｌｌ１ｔが分離された反応ガス中
にＣの数の多いタール質等が含まれていても、また補助
燃料として、例えばＳ等を含有する安価な燃料を用いて
も、反応部３の雰囲気を悪くすることはない。特に放出
されるべき反応ガスが、燃料として使用出来るので、燃
料効率を大幅に高めることが出来る。

第２図（ａＨｂ）は、本発明の方法を実施する装置の他
の例を示す第１図（ａ）（ｂ）相当図で、加熱部が反応
部の外周を囲繞して設けられたものであり、第１図（ａ
）（ｂ）と同一部分には同−符号付してその説明を省略
する。

〔実施例〕

次に実施例を示して本発明を説明する。

加熱部４として内径５０ＪＩＩ１１のセラミックパイプ
が１２本とりつけられた第１図（ａＨｂ）に示した装置
を用いて炭素繊維を製造した。

原料炭化水素としては、ベンゼンにフェロセン２ｗｔ％
、およびチオフェン０．５ｗｔ％を溶解したものを用い
、キャリアガスとしてはＨ２を用いた。

また、補助燃料としては、ト１２、メタン、エタン、プ
ロパン、ブタンの混合ガス、助燃剤としては空気を用い
た。

先ず、補助燃料を空気によって燃焼し、加熱部における
燃焼ガスの温度を１３５０℃となるように、補助燃料お
よび空気の量を調整した。これによって、反応部の温度
は１２００℃となった。この際燃料ガスの流量は標準状
態換算５８Ｊ／分であった。

次いで、Ｈ２１０ノ／分、原料炭化水７１５．４５ｇ７
分の速度で反応部に導入し、炭素！１帷を析出させた。

次いで、切換弁を切換え、捕集室より排出する反応ガス
を、燃焼室の燃料として用いるとともに、補助燃料の供
給量を減少、調整して燃焼ガスの温度を１３５０℃に保
持した。この場合の補助燃料の使用量は標準状態換算１
２Ｊ／分であった。

この状態で原料炭化水素をベンゼン換算で３００９反応
させた後、運転を停止し、反応炉を冷却して、捕集室内
に堆積した炭素質を計呈したところ１７１ｇであり、使
用したベンゼンに対する収率は６２％であった。

この炭素質を走査電子顕微鏡で調べた結果、直径０．２
〜０．３μ雇で艮ざ２０μｍ以上の良好な炭素繊維で、
また煤状物の存在は認められなかった。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明に係る気相法炭素繊維の製造
法は、燃料によって反応雰囲気が損われることが全くな
いので、補助燃料として低質の油が使用出来、さらに従
来廃棄されていた反応ガスが燃料として循環使用される
ので、燃料効率が高く、運転コストの高い電熱ヒータ等
を使用することなく、煤状物の存在しない良質の炭素繊
維が得られる優れた方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の方法を実施する装置の一
例を示すもので、第１図（ａ）は縦断面図、第１図（ｂ
）は第１図（ａ）Ｉ−Ｉ線矢視断面図、第２図（ａ）　
（ｂ）は装置の他の例を示すもので、第２図（ａ）は縦
断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＩＦ−ＩＩ線矢
視断面図である。 １・・・・・・高温反応炉、　　２・・・・・・断熱壁
、３・・・・・・反応部、　　　　４・・・・・・加熱
部、５・・・・・・捕集空、　　　　５ａ・・・・・・
導出管、５ｂ・・・・・・切換弁、　　　　６・・・・
・・フィルタ、７・・・・・・燃焼Ｉ、　　　　７ａ・
・・・・・バーナ、８・・・・・・燃料計吊器、　　９
・・・・・・助燃剤計量器、１０・・・・・・燃料供給
管、　１１・・・・・・補助燃料計量器、１２・・・・
・・低圧ガス圧縮機、 １３・・・・・・圧力調整弁、　１４・・・・・・排気
ダクト、１５・・・・・・原料供給ノズル、 １６・・・・・・キャリアガス計ａ器、１７・・・・・
・炭化水素計量器、 １８・・・・・・原料供給管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料の燃焼によって加熱される加熱部と、この加熱部と
   耐熱性隔壁体によって隔離された反応部とを有する高温
   反応炉の上記反応部に、炭化水素類および遷移金属微粉
   末成は該金属化合物をキャリアガスとともに導入して炭
   素繊維を析出させ、この析出した炭素繊維が回収除去さ
   れた反応ガスを、上記加熱部の加熱用燃料として循環使
   用することを特徴とした気相法炭素繊維の製造法。