JPH01160801A - 炭化水素から炭素と水素を同時に製造する方法 - 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〕 この発明は炭化水素を分解して炭素と水素を同時に、連
続的にしかも高収率で取得する方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

炭化水素から炭素を得る方法、あるいは水素を得る方法
は従来から数多く考案されて実用化され産業の発展に大
きく寄与している。しかしほとんどの場合、主として炭
素あるいは水素の一方の取得を目的とするもので、他の
成分の回収は重視されていない。

炭化水素から炭素を得る方法に関しては、石炭の乾溜が
ある。これはコークス炉等に代表されるように乾溜炉の
中で石炭を空気を断って、約９００〜１３００℃の高温
で間接加熱する方法である。この方法では、揮発分を系
外にとり出し、炉内に炭素を主成分とするコークスを回
収物として残留せしめている。石炭中の炭素分の多くが
コークスに残留するが、系外に揮発したものの中に含ま
れる炭化水素類からの炭素の回収は行われていない（タ
ール工業便覧、日本タール協会、Ｐ５〜６．１９６０）
。

一方、揮発したものの中から水素を回収する技術として
は深冷分離法等が実用化されている（タール工業便覧、
日本タール協会、Ｐ１３９〜１４０．１９６０、吉田尚
編、“これからの石炭化学２巻”、技報堂、Ｐ１７７．
１９７９）、この場合でも炭化水素中の炭素あるいは水
素の回収はなされていない。

炭化水素の部分燃焼法により炭素を得る方法もある（雨
宮登等編、“石油化学”、産業図書、Ｐ８２５〜８２７
、Ｐ８３８〜Ｐ８４３．１９５９）、これは還元雰囲気
中で炭化水素を部分燃焼することにより炭素を得るもの
で広範囲に利用され回収物の用途も広い。この方法にお
いては、炭化水素そのものの一部を燃料として用い、燃
焼するときに発生する熱により炭化水素を分解している
。

燃料として燃焼した分の炭化水素は炭酸ガス、−酸化炭
素、水、もしくは水素又はこれらの混合物となるため炭
素の取得量は当然に小さくなる。

次に炭化水素から水素を得る方法に関しては、もっとも
よく知られている方法に、石炭のガス化プロセスがある
（舟阪渡著、“石炭化学”、井守出版、Ｐ２３８〜２４
８．１９６０）、この方法は炭素が高温で水蒸気と反応
する水性反応を利用している。この場合、水蒸気と空気
あるいは酸素を同時に炉内の石炭層に送入し、燃焼熱に
より石炭層を高温に加熱すると同時に、高温の石炭層で
水蒸気が水性反応し、水素と炭酸ガスを含むガスが得ら
れる。これから炭酸ガスを除去して水素を得る。この場
合にも炭素の取得は行われていない。

石油等の炭化水素から水素を得る方法にスチームリフォ
ーミンク法がある。これは炭化水素を水蒸気の存在下で
酸素で部分燃焼せしめる方法で、主として水、炭酸ガス
及び水素からなり、さらに少々の一酸化炭素と残余の炭
化水素を含むガスが得られる。これから常法により水素
が得られる（石油学会編、“新面油精製プロセス”、幸
書房、Ｐ２１９〜２３６．１９８４）、この方法は多量
の炭酸ガスを生成するところから炭素と水素を製造する
方法ではない。

炭化水素を分離し、熱分解により炭素と水素を同時に得
る方法としては熱分解法を挙げることができる（雨宮登
等編、“石油化学”、産業図書、Ｐ８２８〜８３０．１
９５’ｌ）、これは格子状に煉瓦を充填した分解炉が二
基、対で設置されており、交互に予熱をし予熱の後に炭
化水素を導入して交互に分解を行うことにより炭化水素
を分解して水素と炭素を得る方法である。

（発明が解決しようとする問題点〕 前記のような石炭の乾溜とか炭化水素の部分燃焼法では
、炭化水素が残存するか、あるいは炭酸ガスとか一酸化
炭素が発生しておりその分の炭素の取得は減少し、高い
収率で炭素の取得には至らないと共に又水素の取得もで
きない。石炭のガス化プロセス及びスチーム、リフォー
ミンク法では多量の炭酸ガスが副生じ、炭素の回収は行
われていない。これらの従来技術は炭化水素から炭素あ
るいは水素のいずれかの取得に主眼をおいたものであり
、両者を同時に高収率で取得することはできない。換言
すれば、炭化水素を処理することにより水、炭酸ガスあ
るいは未処理の炭化水素が多量に生成することからも明
かなように同時取得ができないばかりでなく収率も高い
ものとはならない。

炭素と水素を同時に取得できる熱分解法は間欠的である
こと、予熱時に煉瓦に付着している炭素を燃焼せしめる
ため炭素の収率が低（なること、予熱に炭化水素を使用
するため炭化水素の精製を大きくすること等から分るよ
うに収率の高い方法ではない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はかかる問題点を解決し、炭化水素から高収率で
炭素と水素を得るためになされたものであり、通電によ
り高温状態にある充填物層に気相の炭化水素を通過せし
めることにより、炭素と水素を得るところに特徴がある
。

すなわち、本発明は、充填物の移動可能な炉に充填した
塊粒状充填物の層に通電してジュール熱により該充填物
をガス状炭化水素を分解して炭素と水素を発生しうる温
度に加熱し、該炉内に前記ガス状炭化水素を送本して、
加熱状態にある充填物と接触せしめ、水素を含有する分
解生成ガス及び炭素の付着した充填物を該炉より抜き出
すことを特徴とする炭素及び水素の製造方法に関するも
のである。

充填物は塊粒状であり、使用条件下で安定であり、かつ
導電性を有していて、ジュール熱により高温になりうる
ものであればよい。粒径は炭化水素ガス及び分解生成ガ
スがその充填層を通過できる程度あれば足りる。充填物
の例としては炭材を挙げることができる。

充填物には各種物質を担持させることができる。

例えば鉄等を担持せしめれば、ウィスカー様の炭素を成
長させることができる。又他の物質を担持せしめ適切な
条件を付与すれば、多種の炭素の結晶構造のものが得ら
れる。

炉は充填物の移動可能な形式のものであり、充填物が自
重で移動できる竪型のものが好ましい。

断面は円形でも、四角あるは多角型でもよい。

内部には分解炉内壁に沿って陰極及び陽極の電極が対に
なって設置されており、その配置については分解炉内に
充填物が充填されたときに、充填物層内をできるだけ均
一に電流が流れ、ジュール熱により充填物が加熱される
ようなものであればよい。電極については堅牢で耐摩耗
性の大きいものであれば一層よい。電流は直流でも交流
でもよく又電圧についても、任意でよく炉内の充填物が
所定の高温度に達する如くに選定すればよい。

充填物は炉の上部から投入され下部から抜き出されるよ
うにするのがよい。

炭化水素はガス化しうるものであればよく、例えばメタ
ンガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、軽油、重油等である。適当な
前処理により、熱重合性物質を除外する等の方法を構ず
れば広範囲の炭化水素溜置に適用できる。原料ガスは主
として炭化水素を含んでいればよく、その他の成分を含
んでいてもよいことはいうまでもない。炉に充填物を投
入したら空気を断った状態で通電して充填物層を原料の
炭化水素を分解して炭素と水素を発生しうる温度に加熱
する。この温度は原料の種類等に応じて異なる。

所定の温度に達したら炭化水素を連続的あるいは間欠的
に炉内に吹き込む。炭化水素は充填物と接触する際にガ
ス化していれば足り、従って常温で液体のものは予熱し
てガス化してもよく、液体のまま炉内に吹き込んでもよ
い。

炉内に吹き込まれた炭化水素は高温に加熱された充填物
と接触して分解し、水素と炭素と少々の炭化水素を含む
分解生成ガスとなる。炭素は充填物に付着しあるいは充
填物を核として成長し、各種の炭素の結晶物となる。又
あるものは微粒子状で気流中に浮遊する。

炉からは分解生成ガス及び炭素の付着した充填物が連続
的にあるいは間欠的に抜き出されて炭素及び水素が分離
取得される。この抜出量に応じて充填物も炉内に連続的
あ・るいは間欠的に補充される。その際、抜き出した充
填物は篩分あるいは分級して適度な粒度のものは炉内の
補充用に利用するのがよい。一方、分解ガスからは水素
及び炭素粒子を分離取得する。これらを取得した残余の
ガス中には炭化水素が含まれているのでそのままあるい
は必要により精製してから炉内に再度供給してやるのが
よい。

本発明の方法に利用される装置の一例を第１図に示す。

この装置においては充填物は径路ｌからホッパー２に貯
えられ、径路３から分解炉４に上部から投入される。分
解炉内には内壁に沿って複数対の陽極と陰極の電極５が
取り付けられている。

炭化水素ガスは径路２５から径路１６を経て熱交換器１
３に入り、そこで予熱されてから径路１５を通って上部
から分解炉４に吹き込まれる。炭素の付着した充填物及
び分解生成ガスは径路６から間欠的にあるいは連続的に
分離装置７に送られる。ここでは微粒子を含む気流と塊
粒状のものに分けられ、微粒子を含む気流は径路９を経
て分離装置１０に送られ気流と微粒子に分けられる。分
離された主として炭素より成っている微粒子は径路１１
を経て次工程に送られる。気流は径路１２を経て熱交換
器１３で冷却され、径路１４を経て冷却機１７にて冷媒
１８により所定温度まで冷却される。冷却された気流は
径路１９を通って昇圧機２０により所定の圧力まで昇圧
され径路２１を経由し分離装置２２に送られる。ここで
は水素と若干の水素を含む炭化水素ガスに分けられる。

水素は径路２３により製品として次工程に送られ必要に
応じ更に処理される。又若干の水素ガスを含む炭化水素
ガスは径路２４を経由して径路２５からの原料炭化水素
と混合される。それから径路１６を経由して熱交換器１
３で加熱され径路１５を経て分解炉４に装入される。

径路６からの充填物、その付着物及びそれに同伴する固
形物が分離装置７で分離され、気流とともに径路９にい
くもの以外はすべて径路８を経由し分離装置２６に入る
。ここで分解炉４に循環装入するに適する粒径のものが
分級分離され径路２８を通ってホッパー２に装入される
。一方、分離装置２６からの残余のものは径路２７を経
て適宜処理される。

分離装置７．８．１０及び２２は上記の分離目的及び分
離条件に合致するのであり耐久性のあるものであれば何
れのものでもよい。

〔作用〕

このようにして、分解炉内の充填物を移動せしめ、かつ
充填物を循環することにより分解炉４内での生成物を炉
内での閉塞をおこすこともなく円滑に取り出すことがで
きる。又分解炉内での充填物の移動及び抜き出しは生成
物の蓄積により導電性がよくなりすぎ、ジュール熱の発
生が低下するのを防ぐためにも適宜抜き出すことが必要
である。

〔実施例〕

高温用管状電気炉（山田電気ＫＫ社製ＴＳ−１０３０ｆ
ｆ［ＩｌφＸ２５０”、　５．５ｋｗ）を使用し、内部
に外径２５−φの磁製管（長さ４００ｍｍ）を装入した
。磁製管内の中央部には製鉄所における製司用コークス
で強度ＤＩｒｓ””９２のものを粉砕して得たサイズ３
〜７膿のものを４２ｇ充填した。充填物の両側に炭素電
極を差し込み、４４０　Ｖの電圧を可変して通電した。

コークスの充填層の内部には温度計を取り付けてあり、
内部温度の測定ができる。内部温度の調整は管状電気炉
とコークス充填層への通電量を調節して行った。空気を
断った状態で磁製管の一端より水素を含むメタンガスを
通気し他端より抜き出した。抜き出したガスをフィルタ
ー（ＪＩＳ　Ｚ８８０８−１９７７、ダスト測定による
）により微粒子を捕集し次いでガスクロマトグラフィー
により成分分析した。一方、磁製管内のものは実施が終
了して冷却した後計量して増量分を求め、これを炭素分
の付着量とした。

実験条件及び実験結果を次に示す。

（リ　実験条件 管状電気炉温度　　　　　　　　　１２５０°Ｃａ気時
間　　　　　　　　　　　２２８　　分（２）実験結果 充填コークスの重量増分 増量分　　　　　　　　　　　６゜６０１ｇフィルター
の重量増分（捕集量） ０．５０８ｇ 全増量分　　　　　　　　　７．１０９ｇ通気原料ガス
中の炭素分は１３．５８　ＮＬｘ　−２２，４ −７，２７５ｇであり、三方、全炭素の回収分（全増量
分）は７．１０９ｇであるから、原料ガスメタンからの
炭素分の回収率９７．７％になる。従って、極めて高収
率で炭素が収得できることが明らかにされた。

〔発明の効果〕

この発明により炭化水素から簡単にしかも連続的に容易
に炭素と水素を高収率で取得できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の実施に利用される装置の一例を
ブロックフローダイヤグラムで表わしたものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）充填物の移動可能な炉に充填した塊粒状充填物の
   層に通電してジュール熱により該充填物をガス状炭化水
   素を分解して炭素と水素を発生しうる温度に加熱し、該
   炉内に前記ガス状炭化水素を送入して、加熱状態にある
   充填物と接触せしめ、水素を含有する分解生成ガス及び
   炭素の付着した充填物を該炉より抜き出すことを特徴と
   する炭素及び水素の製造方法
2. （２）充填物を炉内に間欠的又は連続的に投入するとと
   もに炉内の充填物を投入と反対の側から抜き出し、抜き
   出した充填物を粒度により分離してその一部を炉内に循
   環投入する特許請求の範囲第１項記載の製造方法
3. （３）充填物に炭素生成可能物質を担持させた特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法
4. （４）分解生成ガス中に残存する炭化水素ガスを炉内に
   循環送入する特許請求の範囲第１項記載の製造方法
5. （５）炉の充填物への通電に使用される電極が炉壁に沿
   って充填物の移動に支障ないよう配設されている特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法