JPH0192424A - 気相成長炭素繊維の製造方法 - 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］ 本発明は、気相成長炭素繊維の製造方法に関する。

［従来の技術とその問題点］ 気相成長炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系
等の有ｎ繊維を焼成して得られる炭素繊維に比べて、機
械的性質に優れている。特に、これを黒鉛化した黒鉛繊
維は、引張強度として７００ＫＯ／ｙｘ爪”、引張弾性
率としｒ７０ｔ／暮負２という極めて高い値を有してい
る。ざらに気相成長炭素繊維は、生体適合性に優れてい
るだけでなく、高い結晶配向性のために高電気伝導性を
有している等の特徴を有している。従クモ、その用途は
、構造材料をはじめとして電気・電子材料、生体材料な
ど幅が広い。このため気相成長炭素繊維は注目すべき材
料と言える。

かかる気相成長炭素繊維は、固定方式あるいは流動床方
式と呼ばれる方法で製造されている。特に最近では、特
開昭６０−５４９９８号に記載された連Ｍ’ｌＪ造が可
能であり、生産性の高い流動床方式による製造が主流を
なしている。この方法として、メタン、アセチレン、ベ
ンゼン等の炭素化合物のガスとフェロセンとの有［２移
金属化合物のガスとキャリヤーガス、との混合ガスを加
熱帯に導入し、６００〜１３００℃、好ましくは１０５
０〜１２００℃で加熱反応させることにより、気相中で
金属触媒を生成し連続的に炭素繊維を製造するものがあ
る。

このような従来の気相成長炭素ｌｌ雑製造方法では、炉
内を１０１０〜１３００℃に保ために膨大なエネルギー
が必要であり、かつ、キャリヤーガスとして水素を用い
ているため、この水素を大量に生産することは安全性の
点で好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気相
成長炭素繊維を安価にかつ大量に供給できる気相成長炭
素繊維の製造方法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化水
素を、転炉の排ガス及び水素含有ガスからなるキャリヤ
ーガスと共に加熱帯に導入し、金属触媒の存在下で６０
０〜１３００℃の温度範囲で加熱反応させることを特徴
とする気相成長炭素繊維の製造方法である。

本発明は、これまで製鉄業界でせいぜい燃料として用ら
れているにすぎなつか転炉ガスに着目し、これを炭素繊
維の気相成長の熱源、さらにキャリヤーガスとして用い
ると共に、その中にダストとそて含まれている鉄酸化物
を触媒源として利用することかできる気相成長炭素繊維
の製造方法である。

以下、本発明方法を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明方法を実施するための装置の概略構成
を示す説明である。図中１は、転炉である。転炉１の排
ガスライン２から分岐したラインには、水冷弁５を介し
てコークス充填層６が接続されている。コークス充填層
６は、ガスラインを介して反応器７、シャワー塔８及び
デカンタ−９に順次接続されている。デカンタ−９は、
ブロワ−１０及び磁気分離機１１に夫々接続されている
。

コークス充填！ｊ６と反応器７管のガスラインには、水
素含有ガス導入管１７及び炭化水素導入管１８が夫々接
続されている。また、シャワー塔８には、冷却水導入管
１６及び冷却水排出管１９が接続されている。

而して、転炉排ガスは、水冷弁５を経由してコークス充
填層６に導入され、ここで１μｍ以上の粒径を有するダ
ストが除去され、かつ、転炉排ガスに含まれるＣＯ２の
一部、及び水分が除去される。この時、コークス充填層
６から出るガスに含まれるＣＯ２の濃度は、５０％以下
とするのが好ましい。コークス充ｔｔｌｌ１６から出た
ガスは、水素含有導入管１７から導入された水素ガス、
及び炭化水素導入管１８から導入された炭化水素、フェ
ロセンなどの有機遷移金属錯体と共に反応器７に入る。

このとき、反応器７に導入されるキャリヤーガスの温度
は、６００℃以上、好ましくは１１００〜１３００℃で
ある。また、導入する炭化水素に対する排ガスの句は、
容積比で１．０以上好ましくは、３以上である。さらに
、導入する炭化水素に対する水素含有ガスの但は、容積
比で０．０１以上好ましくは、０．０５以上である。

ただし、水素含有ガスは、５０％以上の水素が含有され
ていることが望ましい。また、添加する有機遷移金属錯
体は、炭化水素に対して０．００１〜１．０１攪％、好
ましくは、０．０１〜０．５重量％である。

また、本発明で用いる助触媒の有機遷移金属錯体として
は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバ
ルト、ニッケル、ルビジウム、ロジウム、タングステン
、パラジウム及び白金を含有する遷移金属化合物を指す
ものであり、その内で特に鉄、ニッケル、コバルトを含
有する有機遷移金属化合物が好適であって、フェロセン
、鉄アセチルアセテート塩、ジ（インデニル）鉄（Ｉ［
＞などが安価な製造方法を提供する上で好ましい。

また、本発明で使用する炭素源としては、コークス炉か
らの副産物である粗軽油類、カルポル油、ナフタリン、
中油、アナトラセン油、重油、ピッチ及びコールタール
並びにこれらの水素化物及びこれらの混合物である。こ
れらの油種は、ベンゼン、トルエンなどに比べて、安価
で大口に供給が可能であるため有用である。ざらにヘテ
ロ原子を有するものも使用可能であり、特に硫黄を含有
するチオフェン類、チオール類及びチオフェノール類を
用いると、生成速度が速くなり有用である。

反応器７内で生成した炭素繊維は、微細ダストと共にシ
ャワー塔８に入る。ここで、ガスは、冷却されダストの
一部と粗炭素繊維が分離され、ざらに粗炭素繊維は、デ
カンタ−９に入り、浮遊選鉱法により精製される。磁気
分離ｌ！１１１は、さらに炭素繊維からダストを分離す
る。このようにして炭素繊維が得られる。

［作用コ 本発明にかかる気相成長炭素ｌａＮの製造方法によれば
、転炉に設置されたガス回収系内から１４００〜１５０
０℃の高温ガスを一部抜出し、コークス充填層などによ
り粗大なダストを除去し水素含有ガスを一部混合した侵
、このガス中に少量の有機遷移金属錯体を溶解した粗軽
油を吹き込むことにより、気相成長炭素ＩＩＭを安価に
かつ大量に製造できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ ２５０トン転炉から生ずる転炉ガスを１５９Ｎｍ３／分
の流量で第１図に示した装置のガスラインに１０分間供
給した。次いで、水素含有ガス導入管１８からコークス
炉ガスを８Ｎｍ３／分の流って導入し、さらにフェロセ
ンを０．１％含有する粗軽油を５０Ｋａ／分の流量でこ
こに吹き込んだ。この時、反応器７の入口の温度は、１
１００℃であった。炭素ＩＨＮを含む排ガスは冷却水で
冷却して１００℃以下にした。次に一部微細ダストを含
有する炭素繊維をデカンタ−９に移し、凝集剤をこれに
添加して浮遊選鉱法よる分離を行なった。次いで、浮遊
する炭素繊維を回収し、乾燥した。このようにして１回
の仕込みについて、原料の粗軽油に対して１９％の収率
で綿状の炭素ｍ雑が得られた。また、気相成長炭素繊維
の繊維径と繊ｇ長さを走査電子顕微鏡で観察したところ
、気相成長炭素繊維の径は、０．１〜０．３μｍで、繊
維長さは、５００μ以、上であった。

実施例２ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源原
料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにクレオソート油を
吹き込んだと、ころ、径が０．１〜０．３μｍで繊維長
さが５００μｍ以上の気相成長炭素ｌｌ維が２１％の収
率で得られた。

実施例３ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源原
料の吹込み条件で、粗軽油の代わりに水添アントラセン
油を吹き込んだところ、径が０．１〜０．３μｍで繊維
長さが５００μｍ以上の気相成長炭素繊維が２８％の収
率で得られた。

実施例４ 実施例１と同様の設備並びに水素含有ガス及び炭素源原
料の吹込み条件で、粗軽油の代わりにコールタールを吹
き込んだところ、径が０．１〜０．３μｍで繊維長さが
５００μｍ以上の気相成長炭素繊維が１８％の収率で得
られた。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本・発明にかかる気相成長炭素繊維
の製造方法によれば、連続製造が可能で生産性の高い流
動床方式により、しかも、転炉ガスの顕熱を利用すると
共に転炉ガスに含有される微細ダストの触媒機能を用い
ることにより、高価な触媒の使用量を低減させて気相成
長炭素繊維を安価にかつ大量に製造できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するための装置の概略構成
を示す説明である。 １・・・転炉、２・・・排ガスライン、５・・・水冷弁
、６・・・コークス充填層、７・・・反応器、８・・・
シャワー塔、９・・・デカンタ−１１０・・・ブロワ−
１１１・・・磁気分離機、１６・・・冷却水導入管、１
７・・・水素含有ガス導入管、１８・・・炭化水素導入
管、１９・・・冷却水排出管。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化水素を、転炉
   の排ガス及び水素含有ガスからなるキャリヤーガスと共
   に加熱帯に導入し、金属触媒の存在下で６００〜１３０
   ０℃の温度範囲で加熱反応させることを特徴とする気相
   成長炭素繊維の製造方法。