JPH08120279A - 多孔質炭化物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大量に発生する古紙原料を用い、簡単な方法
で多孔質炭化物を製造する。 【構成】 古紙を原料として、加湿工程、破砕工程１
１、圧縮固化工程１２と、非酸化性雰囲気で焼成する工
程とを有し、同焼成工程では熱分解工程１４から発生す
る分解ガス７を補助燃料を共に燃焼させ、発生した燃焼
ガス６を熱分解工程１４又は炭化工程１５或いは乾燥工
程の加熱源とするようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は悪臭ガス成分・湿分の吸
着・水中微少有機物の吸着材、土壌改良材の製造、活性
炭の製造などに適用される多孔質炭化物の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙を原料として多孔質炭化物を得る方法
については、特開平４−２２４８８７号公報、実開平３
−１０６３３８号公報や特開平１−３２０２７９号公
報、特開平６−２４８６５号公報などによって開示され
ている。前記特開平４−２２４８８７号公報では、紙を
そのままの状態で炭化室へ装入し、３００℃以上（好ま
しくは７００℃〜８００℃）の非酸化性雰囲気で焼成す
る方法が採用されている。しかしこの焼成方法では、夫
々の紙片は焼成中に夫々単独に自由に変形してしまっ
て、結果として極めて嵩高な不定形炭化物を得ることし
かできない。また特開平１−３２０２７９号公報では、
紙を積層し、熱硬化性樹脂を含侵・加熱硬化させた後、
１０００℃以上の高温度で焼成して高温断熱材や２次電
池電極材に適する高強度多孔質炭素材を得ている。また
特開平６−２４８６５号公報に示す方法では、これに更
に賦活処理を実施し、高吸着性多孔質炭素材に転換して
いる。

【０００３】一方実開平３−１０６３３８号公報では、
古紙に水を加えて攪拌した後、機械で圧縮固型化して薪
状物とし、更にこれを炭化してなる古紙の薪炭が開示さ
れている。この公報に示すものでは「水を加え攪拌」し
た状態がどのような状態であるのか明確になっていない
が、同実開公報の第１図及び第２図に示されるような薪
状形態物を特別の工夫なしに製造するためには、「水を
加え攪拌」とは、所謂パルパ中で古紙をその６〜２０倍
程度の大量の水と共に攪拌して、単繊維に離解させた状
態を出発点としていると解釈できる。また必要量の水を
添加して圧縮固型化する方法は、実公平１−４３１７３
号公報、特開平４−３４０９１号公報、特開平５−３３
７４５３号公報などでも提案されているが、これらは固
型化してハンドリングを容易化した後、パルプ原料など
に使用することを主眼としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平４−２２４
８８７号公報の方法で得られる炭化物は、極めて嵩高、
脆弱なものであり、ハンドリング・運搬に困難を伴う。
また特開平１−３２０２７９号公報、特開平６−２４８
６５号公報の方法では、熱硬化性樹脂を使用しているた
め、１０００℃以上の焼成炭化温度を必要としている。
一般に９００℃以上の焼成では、炭化物表面に生ずる微
細孔が閉じられて行くため、好ましくないとされてお
り、本発明の発明者等が行った実験では、紙の場合には
８００℃でも吸着能の低下傾向が確認された。一般に活
性炭製造では、その４割程度の吸着能は炭化工程で生
じ、賦活工程では６割程度を上乗せするものであるが、
この従来技術では炭化工程での吸着能発達が不充分であ
り、第２の賦活工程に頼っている。この方法は、高強度
・高活性を有する炭化物を得るには適しているとして
も、低コストの吸着材を必要とする用途には適当ではな
かった。

【０００５】また前記実開平３−１０６３３８号公報の
方法の場合には、離解から圧縮固化までの工程が複雑で
あることと、この間で大量の余剰水が発生し、この水処
理を必要とするという欠点があった。以上の如く従来技
術では、適度な吸着能を有する固型炭化物を簡単なプロ
セスで製造するという目的を達成していなかった。また
炭化に伴う別の問題として、木炭製造過程ほどではない
が、熱分解ガスが発生する。このガスは、炭素、酸素、
水素を素成分とする２００種近い有機物を含むと云われ
ており、可燃成分、強い臭気成分を含有すると共に、白
煙を発する等の問題があった。本発明は山中で生産され
る木炭とは違い、古紙発生地域近辺で、環境浄化に使用
する吸着材を製造しようとするものであるから、周辺へ
の影響を与えないために分解ガスの処理を効果的に行う
ことが可能な多孔質炭化物の製造方法を提供しようとす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、古紙
を原料とし、加湿・破砕・圧縮固型化する工程と、非酸
化性雰囲気で焼成する工程を有するものであり、また焼
成工程が２５０℃から４００℃の間の温度で熱分解する
工程と、５００℃から８００℃の間の温度で炭化する工
程を有するものであり、更に前記熱分解工程から発生す
る分解ガスを補助燃料と共に燃焼させ、発生した高温燃
焼ガスを熱分解工程又は炭化工程或いは乾燥工程の加熱
源としてなるもので、これを課題解決のための手段とす
るものである。

【０００７】

【作用】原料古紙は水を加えられ、破砕工程で破砕され
た後、圧縮固化工程で成型され、この成型された古紙は
乾燥工程において乾燥される。次いでこの乾燥された古
紙は、熱分解工程で加熱されて紙繊維の分解が始まる。
この熱分解が完了すると、炭化工程で炭化される。また
熱分解工程で発生する分解ガスは臭気性であるが、燃焼
器により別途供給された補助燃料と共に燃焼され、この
燃焼により発生する燃焼ガスは熱分解工程、炭化又は乾
燥工程の加熱用に利用すると共に、前記臭気性ガスは、
炭化工程の高温で無臭化にされる。

【０００８】

【実施例】以下本発明を図面の実施例について説明する
と、図１及び図２は本発明の実施例を示す。先ず図１に
より本発明のプロセスについて説明すると、原料古紙１
は水３を加えられ、破砕工程１１で破砕された後、圧縮
固化工程１２で成型される。紙は水分添加により、破砕
が容易になると共に粘着性を有するようになり、圧縮・
成型された形状が保たれる。なお、水分量としては対古
紙水分２０〜５０％が望ましい。また破砕工程では、シ
ュレッダと呼ばれる反対方向に回転する２つの軸に刃物
バーを取付けた形式のものを使用するのが通常であり、
圧縮・固化工程では圧縮シリンダタイプ又はスクリュプ
レスタイプのものなどが考えれる。成型された古紙は乾
燥工程１３において乾燥される。

【０００９】また乾燥された成型古紙は、熱分解工程１
４で加熱されて紙繊維の分解が始まる。分解は２００〜
６００℃で可能であるが、リグニンを殆ど含まない上質
紙などでは２５０〜３５０℃、リグニンの含有が多い新
聞紙などでは３００〜４００℃程度が望ましい。また分
解ガス７は臭気性であり、燃焼器１７により別途供給さ
れた補助燃料と共に燃焼され、この燃焼により発生する
燃焼ガス６は熱分解工程１４、炭化工程１５の加熱用に
利用される。熱分解が完了すると、炭化工程１５により
炭化される。この炭化工程温度は３００〜９００℃の
間、最適には５００〜８００℃である。また炭化工程か
ら排出される炭化炉ガス８は、熱交換器１８にて燃焼用
空気５を予熱した後、乾燥工程１３の加熱源とされる。
燃焼器１７における燃焼負荷は、熱分解工程１４、炭化
工程１５の温度維持と、分解ガス７の無臭化を目安に決
定される。また多少臭気が残っていても炭化工程１５の
高温で無臭化されるから、問題とはならない。もし空気
５が過剰供給ならば、分解工程１４、炭化工程１５にお
いて炭化物が燃焼し、発熱が増大する。

【００１０】炭化が完了すると、冷却工程１６において
少なくとも赤熱状態が終了するまで、非酸化雰囲気に保
たれて冷却された後製品２となる。以上原料１から製品
２まで、連続流れ工程の如くに説明したが、乾燥工程１
３は熱分解工程１４、炭化工程１５、冷却工程１６が同
一工程室であって、温度・雰囲気のみ順次必要条件にコ
ントロールすることでも可能である。その他以下のよう
な種々のバリエーションがあり得る。 （１） 炭化物の密度・強度を上げたい場合は、熱分解
工程温度で分解するバインダ、例えばスターチ、セガイ
ン、ＰＵＡ等を水３に添加すれば効果がある。 （２） 乾燥熱源には炭化炉ガス８ではなく、他の温・
熱風でもく、更には天日乾燥等も可能である。 （３） 燃焼器１７には他の燃料、例えば燃料ガス・燃
料油等も使用でき、更には熱分解工程・炭化工程を電気
加熱することでも可能である。 （４） 生成物を熱源とすることもできる。また炭化工
程へ必要量だけの空気を供給して自己燃焼させることに
より、必要温度に保持することが可能である。

【００１１】図２は図１における古紙１の破砕工程・成
型工程の１例を示すものであり、前記の破砕工程・圧縮
固化工程とは異なる装置を示す。さてオフィスビルの各
フロア等で発生した古紙１は、図示しない回収ボックス
にて集められて本装置まで運ばれ、人手又は機械的に、
傾斜状に配設された給紙コンベヤ２２の下部の投入口２
２ａに投入される。投入口２２ａには開閉蓋２２ｄを設
ける。投入された古紙１は、給紙コンベヤ２２のベルト
棧２２ｃの高さ、切出板２２ｂの重さ、給紙コンベヤ２
２の傾斜角等の調整により、供給量が均等な所定量が破
砕機２３に供給される。なお、破砕機２３の下のホッパ
（図示しない）に破砕紙のレベルを支持するレベル計を
設け、レベルを超える場合は破砕機２３及び給紙コンベ
ヤ２２を適当な時間停止することができる制御装置が設
けられている。また綴じた厚い廃紙を破砕する時は、破
砕機２３が正転、逆転を繰り返して破砕紙１ａを均等に
排出する。

【００１２】次いで破砕紙１ａを平滑化して次の装置へ
給紙するために、切出板２４ａを設けると共に、ベルト
表面に図示しない棧を有する切出しベルトコンベヤ２４
で破砕紙１ａを定量にスクリュコンベヤ２５に落下す
る。２５ａは散水ノズルであり、スクリュコンベヤ２５
の入口で同散水ノズル２５ａからの水で加水された破砕
紙１ｂは、スクリュ２５ｂで攪拌された後、押込装置２
６により圧縮往復動プレス２７のシリンダに押込まれ
る。スクリュコンベヤ２５は前記往復動プレス２７の作
動に合わせた間欠運転を行い、同プレス２７のピストン
２７ａが後退している時に、破砕紙１ｂを投入するよう
にスクリュコンベヤ２５を運転し、同プレス２７のピス
トン２７ａが前進する直前に停止する。また押込装置２
６のピストン２６ａの押込みも、往復動プレス２７のピ
ストン２７ａが前進する直前までに破砕紙１ｂを押込ん
で、その位置で停止し、ピストン２７ａが押込ピストン
２６ａの下を通過するまで停止している。この間欠運転
は、往復動プレス２７の駆動軸からタイミングベルトを
介してインデックス装置２５ｃ，２６ｂにより行われ
る。

【００１３】また往復動プレス２７は、投入口２７ｄを
介して連結されたシリンダ２７ｂ内を往復動するピスト
ン２７ａを有し、同ピストン２７ａはクランク機構２７
ｃに連結されて往復動し、投入口２７ｄより落下した破
砕紙１ｂを排出口方向に向けて圧縮する。また往復動プ
レス２７のシリンダ２７ｂの排出口部２７ｅは、テーパ
状に出口に向けて小径になっている。なお、ピストン２
７ａの往復動により圧縮された廃紙から排出される水
は、シリンダ２７ｂに設けられている図示しない排水穴
より排出されて水受２９内に落下する。また排出口部２
７ｅの先端より排出される圧縮された圧縮廃紙１ｃは、
成型品排出装置３０により切断されて排出される。な
お、スクリュコンベヤ２５において散水ノズル２５ａで
加水される水量は、破砕紙１ａの供給量が一定しないた
め、多めの水量散布となる。また破砕紙１ｂが往復動プ
レス２７により圧縮されることにより、この過剰水量は
圧縮廃紙１ｃから排出され、水受２９を経て給水装置２
８の水タンク２８ａに流れ込む。水タンク２８ａには給
水用にフロートバルブ２８ｂ、水位計２８ｃ、水道水の
圧縮スイッチ２８ｄを設けてある。更に廃紙が搬送、貯
蔵される間に腐敗しないように、前記水タンク２８ａに
防腐剤を添加するための防腐剤点下タンク２８ｅがあ
る。またタンク２８ａから散水ノズル２５ａに水を送る
給水は循環ポンプ３１を介し密閉系の中で行われる。

【００１４】次に図２について作用を説明すると、給紙
コンベヤ２２に投入された廃紙１は、略均一な厚みにし
て破砕機２３に投入され、破砕される。破砕された破砕
紙１ａは、切出しベルトコンベヤ２４上の棧高さと、切
出板２４ａにより均一な厚みで次のスクリュコンベヤ２
５に供給される。破砕紙１ａはこの入口で散水ノズル２
５ａにより加水され、攪拌されて間欠的運転により破砕
紙１ｂとなって往復動プレス２７の投入口２７ｄに落下
される。この落下した破砕紙１ｂは、押込装置２６によ
り往復動プレス２７のシリンダ２７ｂ内に投入口２７ｄ
を介して押込まれ、次いでピストン２７ａが前進し、前
記落下した破砕紙１ｂをテーパ状の排出口部２７ｅ内に
押し込み圧縮する。この場合押込装置２６のピストン２
６ａは、シリンダ２７ｂの連結口である投入口２７ｄに
とどまって蓋とし、ピストン２７ａによる破砕紙１ｂが
上方の投入口２７ｄ内に溢れないようにする。

【００１５】次いでピストン２７ａが、投入口２７ｄの
蓋をしているピストン２６ａ部を通過して戻ると、直ち
にピストン２６ａは上昇して投入口２７ａを開き、往復
動プレス２７で圧縮する破砕紙１ｂの１回分が定量供給
される。なお、この場合にはピストン２７ａは図示位置
に後退している。またこれ等の往復作動は、往復動プレ
ス２７のクランク機構２７ｃから駆動し、インデックス
装置２５ｃ，２６ｂにより行われる。またスクリュコン
ベヤ２５の入口での加水により、その余剰水は水受２９
に落下して給水装置２８の水タンク２８ａに集められ、
水道水と共に防腐剤を添加されてスクリュコンベヤ２５
の散水ノズル２５ａに送水される。更にピストン２７ａ
の往復動により、排出口部２７ｅに押込められて圧縮さ
れ、出口開口部から押し出されてくる圧縮廃紙１ｃは、
成型品排出装置１０により排出される。

【００１６】次に本発明を下記の実験例に基づいて説明
する。 〈実験方法〉 原料古紙：オフィス古紙（上級紙主体）、新聞古紙 固型化工程：特開平５−３３７４５３号公報で開示され
た方法に準じて行った。即ち、原料古紙を破砕機で破砕
後、スクリュコンベヤにおいて対古紙約３０％の水を添
加・攪拌し、往復動ピストンによって先細シリンダへ押
し込んで圧縮成型した。成型された固型物は巾約12cm，
高さ11cm，長さ５〜15cm、密度約0.63g/cm³ であった。 炭化工程：細孔のみ有する密閉箱に入れ、電気炉で加
熱。 〈実験結果〉表１に示す。

【表１】 （注）ヨウ素吸着分析はＪＩＳＫ１４７４粒状活性炭試
験方法によった。

【００１７】この実験結果から次のことが判明した。 （１）３００〜３５０℃で熱分解を行い。６００℃付近
で炭化したものが最も高い吸着性能が得られた。なお、
炭化温度３００℃でも炭化は可能であったが、吸着性能
は低かった。また炭化温度が高温でも（８００℃）吸着
性能が低かった。 （２）熱分解は高温でも（６００℃）可能であったか、
吸着性能は低かった。また白煙状況からみて、２３０℃
でも熱分解は可能と判断された。 （３）原料古紙を加湿・圧縮固型化を行うことにより、
紙原料としてはかなり密度が高い炭化物が得られた。ま
た針金で強く緊縛後炭化した場合でも、加湿圧縮固型化
品には及ばなかった。しかし何ら固型化処理を行わない
場合には、極めて嵩高の取扱いに不便な炭化物となっ
た。

【００１８】以上の実験結果をまとめると、 （１）原料古紙を加湿固型化しておくことにより、かな
り密度の高い固型炭化物を得ることができる。 （２）熱分解温度は２００〜６００℃、好ましくは２５
０〜４００℃が最適、炭化温度は３００〜９００℃、好
ましくは５００〜７００℃が最適であり、この時最も高
い吸着性能を得ることができた。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明による
と、近年大量に発生するため処理方法・新規用途の開発
を迫られている安価な古紙を原料として、簡単な方法で
吸着用多孔質炭化物を製造することが可能となる。また
得られた炭化物は、悪臭ガス成分・湿分の吸着、水環境
中の有機微少物の吸着、田畑の土壌改良などへの利用が
進むと期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る多孔質炭化物の製造方法
のブロック図である。

【図２】図１の実施例に適用する破砕・圧縮成型工程の
１例を示す系統図である。

【符号の説明】

１ 原料古紙 ２ 製品 ３ 水 ５ 空気 ６ 燃焼ガス ７ 分解ガス ８ 炭化炉ガス １１ 破砕工程 １２ 成型固化工程 １３ 乾燥工程 １４ 熱分解工程 １５ 炭化工程 １６ 冷却工程 １７ 燃焼器 １８ 熱交換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 古紙を原料とし、加湿・破砕・圧縮固型
   化する工程と、非酸化性雰囲気で焼成する工程を有する
   ことを特徴とする多孔質炭化物の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多孔質炭化物の製造方法
   において、焼成工程が２５０℃から４００℃の間の温度
   で熱分解する工程と、５００℃から８００℃の間の温度
   で炭化する工程を有することを特徴とする多孔質炭化物
   の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の多孔質炭化物の製造方法
   において、前記熱分解工程から発生する分解ガスを補助
   燃料と共に燃焼させ、発生した高温燃焼ガスを熱分解工
   程又は炭化工程或いは乾燥工程の加熱源とすることを特
   徴とする多孔質炭化物の製造方法。