JPH0157042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は非粘結炭チヤーを主剤とする粒状炭素
材からなる空気中窒素濃縮用酸素吸着材の製造方
法に関するものである。 近年、ガスの精製、分離に分子篩を用する方法
が工業界において盛んに行われてい。しかしその
多くはアルミノシリケートを主成分とする合成ゼ
オライトである。合成ゼオライトは吸着および分
離性能が非常に優れているが、その反面、耐酸
性、耐アルカリ性に乏しく、熱安定性にも欠ける
という欠点をもつている。炭素物質は耐酸および
耐アルカリ性に富み、かつ熱安駅定性にも優れて
いるので、分子篩炭素材の出現が望まれている。 近年、分子篩炭素材（MSO）に関して、江口
が石油学会誌、13105（1970）に報告しているが出
発原料、製造方法に関して全く触れていない。ま
た西ドイツのBorgbau Fcrschung社で分子篩コ
ークスを用いて窒素富化ガスの製造法として出願
（公開特許公報、昭54−17595）されているが、こ
の場合用いる分子篩コークスの製造方法の詳細に
ついて触れていない。極めて最近、微粒状の粘結
炭に対し、造粒剤を配合したものを造粒し、これ
を炭化したのち、極めて少量の水蒸気を用いて
650〜800℃の温度で賦活することによつて分子篩
炭素材を製造する方法がある（公開特許公報、昭
55−7165）。 このような分子篩の場合、その成分組成が製造
条件等によつてガス成分に対する吸着能が大幅に
異なることから、吸着対象とするガスに応じた分
子篩を得ることが必要である。殊に、空気中酸素
を分子篩により吸着分離し、窒素の濃縮を行う場
合、酸素に対してすぐれた選択吸着性を有するこ
とはもちろんであるが、大量の空気を処理するた
めに、安価であることも重要な要件になる。 本発明の酸素吸着材は、このような観点から開
発されたものである。即ち、本発明によれば、微
粉状の非粘結炭チヤーに対し、粘結炭、コールタ
ールピツチなどの如く炭化によつて強固なコーク
スを生成する有機物質からなる粘結剤と廃糖密、
亜硫酸パルプ廃液などの常温で粘着性を示す有機
物質からなる造粒剤を配合し、これを造粒、乾燥
し、加熱して、該粘結剤及び造粒剤を形成する有
機物質を炭化させることを特徴とする、有機物質
炭化物を含有する非粘結炭チヤーの粒状物からな
り、該非粘結炭チヤー粒状物の細孔構造が該有機
物質炭化物によつて酸素吸着構造に調節されてい
る空気中窒素濃縮用酸素吸着材の製造方法が提供
される。 本発明の酸素吸着材を好ましく製造するには、
100メツシユ以下に粉砕した非粘結炭チヤーに対
し、粘結炭、コールタールピツチなどの如き炭化
によつて強固なコークスを生成する有機物質を粘
結剤として配合し、さらに廃糖密、亜硫酸パルプ
廃液などの常温で粘着性を示す有機物質を造粒剤
として配合し、造粒する。この場合、非粘結炭チ
ヤーに対する粘結剤の配合割合は、2.5〜20重量
％にするのがよい。造粒剤の配合量は、一般に
は、非粘結炭チヤーに対し、10〜20重量％になる
ように配合するのがよい。粘結剤の配合量が余り
にも少ないと、炭化工程後に得られる非粘結炭チ
ヤー粒状物の強度増加が十分とは言えず、一方、
余りにも多すぎると、炭化工程中に粒状物（ペレ
ツト）同志の団塊を形成する傾向を示す。また、
造粒剤の配合量が少なすぎると、造粒乾燥物の強
度が充分とはいえず、また多すぎると造粒工程中
に造粒物（ペレツト）同志が接合し、団塊を形成
する傾向を示す。 配合物の造粒化（ペレツト化）は、原料の混合
を円滑にするために若干量の水を加えてよく混合
したものを、造粒機を用いて所要の粒度範囲、例
えば、粒径１〜８mmに造粒することによつて行う
ことができる。 次に、この造粒物を乾燥し、加熱する。この場
合の加熱は、炭化炉を用い、温度500〜800℃にて
１〜２時間程度行う。この加熱により、粒結剤は
炭化し、強固なコークスを与えると共に、造粒剤
も炭化される。この加熱温度（炭化温度）が500
℃より低いと、粘結剤の炭化作用が不十分のため
造粒物の細孔構造の発達が乏しく、一方、800℃
を超えても吸着性能の向上は期待しがたい。ま
た、加熱時間は１〜２時間程度にするのがよく、
短かすぎると粘結剤の炭化作用が不十分になり、
長くしても吸着性能の向上は得られない。 本発明の酸素吸着材は、非粘結炭チヤー粒状物
からなるが、その粒状物中には前記した粘結剤及
び造粒剤として用いた有機物質の炭化物が含ま
れ、その細孔構造は、この有機物質炭化物により
酸素吸着に適した構造に調節される。 本発明の酸素吸着材は、前記したように、非粘
炭チヤーを主剤とするもので、安価である上、そ
の製造も簡単である。また、本発明の場合、酸素
吸着性の良好な製品を得るには、非粘結炭チヤー
を主剤とすることが必要であり、粘結炭チヤー
や、石炭粉末を用いても所期の目的を達成するこ
とができない。 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ 100メツシユ以下に粉砕した非粘結炭であるヤ
ルーン炭チヤー（700℃温度で炭化）に対し、コ
ールタールピツチを粘結剤として2.5〜15％（重
量）、造粒剤として亜硫酸パルプ廃液を15％（重
量）を配合し、さらに少量の水を添加してよく混
合したものをデイスク型ペレタイザーを用いて、
適宜水をスプレーしながら径１〜２mmφのものに
造球した。この造球物（ペレツト）を110℃の温
度で１時間乾燥したのち、炭化炉を用いてロータ
リーキルン方式で500〜700℃の温度で１〜２時間
炭化することによつて乾燥ペレツトに対し、約98
〜88％（重量）の収率で炭素材を製造した。 次に本発明の方法で製造した炭素材の吸着性能
を次のような実験方法で確めた。 すなわち、内径23mmφ、長さ500mmの耐圧吸着
カラムに炭素材を充填し、これを並列に２本連結
して、吸着カラム出口には質量制御器を取付けて
貫通ガスを100Nm／分に制御した。吸着カラ
ム入口および出口に取付けた電磁弁を用いて１分
間隔で切換えるようにし、吸着カラム出口のガス
中の酸素濃度をベツクマンジヤパン製デイジタル
酸素分析計0260型を用いて連続的に測定が出来る
ようにした。なお脱気操作は真空ポンプを用いて
排気した。さらに真空ポンプによる排気を行わず
に電磁弁の切換えのみで常圧に戻す方法でも実験
を行つた。このようにして５Kg／cm²に圧縮した空
気を吸着カラムに送り、１分間隔で吸着、脱着の
操作を自動的に切換える圧力変動吸着法（PSA
法）によつて、吸着カラム内に酸素が高濃度に吸
着されるので、吸着カラム出口より高濃度の窒素
ガスが連続的に得られる。本発明の方法で得られ
る炭素材の製造条件と吸着性に関する実験結果を
表−１に示した。なお、表−１において、非粘結
炭チヤー及び粘結剤の組成の後にカツコで示した
数字は、非粘結炭チヤーと粘結剤との合計量に対
する非粘結炭チヤー及び粘結剤のそれぞれの重量
％を示す。

【表】 表−１において、実験No.１は非粘結炭チヤー単
独についての結果を示す。 実験No.２〜８は、粘結剤を変化させた場合の炭
素材の酸素吸着効果についての結果を示す。 実験No.９〜12は、炭化温度を変化させた場合の
炭素材についての結果を示す。 実験No.13は、非粘結炭チヤーの代りに、粘結炭
チヤー（赤平炭チヤー、750℃で炭化）を用いて
得られた炭素材についての結果、及び実験No.14
は、非粘結炭チヤーに代えて石炭（非粘結炭：ヤ
ルーン炭）を用いて得られた炭素材についての結
果を示すが、これらの実験結果を参照することに
より、石炭を主剤として酸素吸着性の酸素吸着材
を得る場合、通常の石炭や、粘結炭チヤーを用い
ても良好な酸素吸着能を持つた酸素吸着材を得る
ことができず、非粘結炭チヤーの使用が有利であ
ることがわかる。 実施例 ２ 表−１に示した実験No.４の炭素材を用いて、長
さ1460mmの吸着カラム２本を連結し、吸着カラム
出口のガス量を100〜300Nmに制御し、脱着操
作では真空ポンプを用いて排気した場合と排気し
ない場合の吸着性能試験を行つた結果を表−２に
示した。

【表】 ＊…脱着操作で真空ポンプによる排気を
行なわない場合
酸素吸着剤を用いて空気より濃縮窒素ガスを得
る場合において、圧力変動法（PSA法）では、
脱気操作で真空ポンプで排気する場合の動力費の
占める割合は可成り大きいとにわれている。した
がつて、真空脱気を行わない実験No.４の結果が示
す酸素濃度0.8％ということは特筆すべき性能で
ある。 以上の如く本発明の酸素吸着材で用いる製造原
料は安価で容易に入手でき、しかもその製造方法
も極めて簡単かつ容易であり省エネルギー的であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微粉状の非粘結炭チヤーに対し、粘結炭、コ
   ールタールピツチなどの如き炭化によつて強固な
   コークスを生成する有機物質からなる粘結剤と、
   廃糖密、亜硫酸パルプ廃液などの常温で粘着性を
   示す有機物質からなる造粒剤を配合し、これを造
   粒、乾燥し、加熱して、該粘結剤及び造粒剤を形
   成する有機物質を炭化させることを特徴とする、
   有機物質炭化物を含有する非粘結炭チヤーの粒状
   物らなり、該非粘結炭チヤー粒状物の細孔構造が
   該有機物質によつて酸素吸着構造に調節されてい
   る空気中窒素濃縮用酸素吸着材の製造方法。