WO2005058755A1 - フラーレンの製造設備及びフラーレンの製造方法 - Google Patents

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WO2005058755A1
WO2005058755A1 PCT/JP2003/016205 JP0316205W WO2005058755A1 WO 2005058755 A1 WO2005058755 A1 WO 2005058755A1 JP 0316205 W JP0316205 W JP 0316205W WO 2005058755 A1 WO2005058755 A1 WO 2005058755A1
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fullerene
soot
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powder
heat
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Takaharu Yamamoto
Tsuyoshi Takakura
Hiroaki Takehara
Mineyuki Arikawa
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Frontier Carbon Corporation
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/152—Fullerenes
    • C01B32/154—Preparation

Definitions

  • the present invention provides a new carbon material, fullerene (spherical carbon molecules, for example, by incompletely burning or pyrolyzing a hydrocarbon fuel.
  • the present invention also relates to a production facility for high-order fullerenes that are insoluble in ordinary solvents such as toluene-xylene) and a method for producing fullerenes.
  • fullerene is a generic term for the third carbon allotrope next to diamond and graphite, and C It is a closed hollow shell-like carbon molecule having a network of five-membered and six-membered rings, as typified by 60 and C70.
  • C It is a closed hollow shell-like carbon molecule having a network of five-membered and six-membered rings, as typified by 60 and C70.
  • the existence of fullerene was finally confirmed in the relatively recent 1990, a new carbon material, but it was found to exhibit unique physical properties due to its special molecular structure.
  • innovative applications are being rapidly developed in a wide range of fields such as application to superhard materials, application to pharmaceuticals, application to superconducting materials, and application to semiconductor manufacturing.
  • C60 and C70 are relatively easy to synthesize, and it is expected that the demand in the future will explode.
  • fullerene is produced by being contained in soot. Therefore, in order to recover the generated fullerene, it is necessary to first recover the fullerene-containing soot.
  • fullerene-containing soot-like substances emit high-temperature exhaust gas (the main component) discharged from the fullerene production furnace. Are suspended in carbon monoxide gas and water vapor. For this reason, once the high-temperature exhaust gas is cooled by cooling means, to separate the fullerene-containing soot from the inside, an apparatus using a filter medium made of ceramic or a sintered alloy is used. It is proposed by Japanese Patent Publication No. 2003-160316.
  • the solid-gas separator using these filter media generally has a high pressure loss, which makes it difficult to set the inside of the reactor to the optimal pressure conditions for producing large amounts of fullerenes. is there.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is stable over a long period of time. It is an object of the present invention to provide a fullerene production facility and a production method capable of collecting and circulating fullerene and soot from high-temperature exhaust gas (hereinafter, also referred to as “air flow”). Disclosure of the invention
  • the production equipment for fullerenes which meets the above-mentioned object, comprises a reaction for generating a high-temperature gas flow containing fullerene and soot by incompletely burning hydrocarbon fuel or thermally decomposing hydrocarbon fuel.
  • a fullerene manufacturing facility having a furnace and a collecting device for collecting and collecting powder containing soot-like substances contained in the airflow together with fullerene or separately from fullerene, the powder is generated from the reaction furnace.
  • a high-temperature gas stream is supplied to the recovery device in a temperature range of more than 260 ° C. (more preferably, 300 ° C.) where the polycyclic aromatic compound is in a vaporized state and 900 ° C. or less.
  • a temperature adjusting means is provided between the reaction furnace and the collecting device, and the collecting device further comprises a plurality of powders containing the soot-like material adhered to one surface and the airflow permeated to the other surface.
  • the heat-resistant filter medium has a filtration flow capacity of 0.2 m 3 / m 2 / min or more and 10 m 3 / m 2 / min or less, and a pressure loss of the heat-resistant filter medium.
  • the filtration flow capacity is not related to the gas pressure (static pressure) at the time of filtration, in the present invention, for example, the filtration is performed based on a working pressure in a range from 20 t0 rr to 200 t0 rr. The flow capacity is determined.
  • the high-temperature airflow generated from the reactor is controlled by temperature control means. When the temperature exceeds 300 Ot and reaches 900 ° C or less and is sent to the recovery unit, most of the polycyclic aromatic compounds can be vaporized, and the recovery unit does not contain polycyclic aromatic compounds. Powder can be collected.
  • the filtration flow capacity of the heat-resistant filter medium is less than 0.2 m 3 / m 2 / min, a large filtration area is required to flow a predetermined amount of gas, and equipment cost is increased.
  • the lower the flow velocity the smaller the adhesion energy of the powder consisting of one or two of fullerene and soot-like substances, so the backwashing effect is large and clogging in the filtration element occurs.
  • a value close to 0.2 m 3 / m 2 / min is preferable, since continuous operation is possible with a small amount.
  • the filtration flow capacity is 0.2 m 3 / m 2 / min or more and 6 m 3 / m 2 / min or less.
  • the filtration flow capacity should be 1 to 5 m 3 / m 2 / min.
  • the heat-resistant filter medium has a filtration flow capacity of more than 1 Om 3 / m 2 / min, the filtration area is small, but the higher the flow velocity, the greater the adhesion energy, and therefore the greater the backwashing energy. In some cases, it may not be possible to recover the filtration element even if backwashing with high energy (pressure).
  • the backwash gas flow rate is larger than the filtration flow rate. It is preferable that the pressure loss of the heat-resistant filter medium is small.
  • a load is imposed on a decompression pump (specifically, a vacuum pump) that makes the entire system a negative pressure, and the pressure in the reactor may not be able to be set to an optimum pressure.
  • a large pressure is applied to the front and back surfaces of the heat-resistant filter medium, so that the powder easily enters the inside of the heat-resistant filter medium.
  • the pressure (Pw) of the inert gas used for backwashing should be the same as the pressure difference between the filter element when the filter element is clogged and backwashing starts (differential pressure at backwashing start Ps, eg, 7.5 torr or more) It is preferably 10 times or more and 15 times or less (15 torr or less) and 1000 times or less (for example, 50 to 500 kPa). The reason for this is that if the pressure (Pw) at the time of backwashing is less than 10 times the differential pressure at the time of backwashing (Ps), foreign matter (powder) clogged due to insufficient energy during backwashing Is difficult to discharge. If the pressure during backwashing (Pw) exceeds 1,000 times the backwashing start differential pressure (Ps), large power is required for the equipment, and the backwashing power is saturated.
  • the pressure loss of the heat-resistant filter medium is set so that the pressure of the reaction furnace is in a range of 20 to 200 torr. This makes it possible to generate fullerene in which the pressure of the reactor is kept within a predetermined pressure range.
  • the reactor may be an upright type reactor having an exhaust port for exhaust gas containing fullerene and soot at the upper part of the reactor and a parner at the lower part.
  • an inverted reactor in which the wrench is at the top (ceiling) of the reactor and the exhaust port is at the bottom of the reactor.
  • the temperature adjusting means has, for example, a cylindrical body having a circular cross section with an outer cooled side and a fullerene and soot-like substance inside, compared to a normal heat exchanger type.
  • the structure that passes through and cools Is preferred.
  • the high-temperature airflow containing fullerene and soot enters the cylindrical body from a tangential direction and flows inside the cylindrical body as a swirling flow.
  • the soot-like substance positively passes through the outside of the cylindrical body, moves downstream while rubbing the soot-like substance that is going to adhere to the outside, and forms the cylindrical body of the soot-like substance (distribution).
  • the degree of obstruction of the pipeline decreases.
  • the heat exchange efficiency is also improved.
  • the powder storage means of the recovery device includes: a powder level meter for detecting a storage amount of the powder containing the soot-like substance; and a powder level meter based on a detection signal of the powder level meter. It is preferable that an on-off valve for discharging the body from the powder storing means is provided. With this, when a predetermined amount of powder is accumulated in the powder storage means, the powder can be detected by a powder level meter and automatically discharged, and the equipment operation can be automated.
  • the soot-like substance separation unit is provided with a gas supply unit that allows a non-oxidizing gas to flow from the other surface side of each of the filtration elements to one surface side, and is provided on one surface side.
  • An apparatus for dropping the powder containing the soot adhering thereto and a vibrating means for vibrating the filter element are provided, and the powder containing the soot adhering to each of the filtration elements due to vibration is provided.
  • the soot-like matter separating means is provided with a partition wall, and the plurality of filtration elements are replaced with a plurality of filtration elements. It is preferable to divide into groups. As a result, soot-like substances can be removed from the filtration elements for each filtration element group, so that the filtration elements can be cleaned without stopping the operation of the fullerene manufacturing equipment including the recovery device. . Thereby, the continuous operation of the fullerene production facility can be performed.
  • a high-temperature airflow including the fullerene and the soot-like substance flows from the outside toward the inside. It is preferably a bottomed tubular body into which it flows. Thereby, the powder including the soot can be attached to the periphery and the bottom of the bottomed cylindrical body, and the attachment of each filtration element becomes easy.
  • the method 1 for producing fullerenes according to the present invention comprises the steps of incompletely burning hydrocarbon fuel or pyrolyzing hydrocarbon fuel in a reactor.
  • the air stream containing the fullerene and soot is passed through the polycyclic aromatic compound through a recovery device provided with a plurality of filtration elements using a metal or ceramic heat-resistant filter medium.
  • the filtration element has a filtration flow capacity of 0.2 m 3 / m 2 / min or more and 1 O m 3 / m 2 / min or less.
  • the pressure loss of the heat resistant filter medium is 0.1 t0 rr or more and 35 t0 rr or less. Used in range Has been. According to the fullerene production method 1, a mixture of a soot-like substance and a fullerene free of a polycyclic aromatic compound can be efficiently recovered by a recovery device using a heat-resistant filter medium.
  • the method 2 for producing fullerene includes the steps of: incompletely burning a hydrocarbon fuel or thermally decomposing a hydrocarbon fuel in a reaction furnace;
  • the first step of generating, and the airflow containing the fullerene and the soot-like substance generated in the first step are maintained by the temperature adjusting means so that the polycyclic aromatic compound and the fullerene contained in the vaporized state 6
  • the heat-resistant filter medium has a pressure loss in the range of 0.1 to 0 rr to 35 torr in a range of not less than 1 Om 3 / m 2 / min and not more than 1 min.
  • the soot-like material and the fullerene can be easily separated without using a solvent or the like.
  • a part of the fullerene is captured by the recovery device even when the high-temperature airflow from the reaction furnace is set at 600 to 700 ° C. Since the amount of fullerene to be used is small, when fullerene and soot are separated by a solvent, the amount of fullerene recovered as a whole increases, and there is an advantage that a large amount of solvent is not required.
  • the high-temperature airflow from which the soot-like substances have been removed is cooled to a temperature range of more than 300 ° C and 600 ° C or less. Then, a fullerene containing no polycyclic aromatic compound can be passed through a heat-resistant filter to recover the fullerene. This makes it possible to obtain fullerene that does not contain soot and polycyclic aromatic compounds.
  • the high-temperature airflow from which the soots have been removed is cooled to 200 ° C. or less, and is passed through a filter using a synthetic resin sheet to collect the fullerenes from which the soots have been removed. You can also.
  • the recovery device can be configured at low cost.
  • the reaction furnace discharges an air current containing the fullerene and the soot-like substance generated in the reaction furnace from a lower portion (bottom) of the reaction furnace.
  • the soot-like substances generated in the reactor are flown to the outside together with the exhaust gas, and, for example, do not block the upper panner. Therefore, fullerene can be produced continuously.
  • the metal heat-resistant filter medium is preferably a sintered metal filter medium.
  • the heat-resistant filter medium may be formed of a mesh material or a perforated plate.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a fullerene production facility according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graph showing a weight loss when a soot-like material containing fullerene is heated
  • FIG. 3 is a graph showing a conventional method.
  • FIG. 4 is a graph showing qualitative analysis results of gas generated when the produced polycyclic aromatic compound, fullerene and soot are heated
  • FIG. 4 is a sintered alloy used in the method for producing fullerene according to one embodiment of the present invention.
  • Made of It is a graph which shows the pressure loss at the time of using a filtration element.
  • FIG. 1 shows a fullerene production facility 10 to which a fullerene production method according to one embodiment of the present invention is applied.
  • a fullerene production facility 10 includes a reactor 11 for incompletely burning a hydrocarbon fuel to produce fullerene, and a high-temperature reactor including fullerene and soot-like substances generated from the reactor 11.
  • a collection device 12 for cooling the airflow to a predetermined temperature to separate and collect the powder containing soot
  • a gas cooling means 13 for cooling the airflow discharged from the collection device 12, and a reaction. It has a decompression pump 14 for discharging an airflow generated from the reaction furnace 1i to the outside together with fullerenes and soot while keeping the inside of the furnace 11 in a reduced pressure state.
  • a decompression pump 14 for discharging an airflow generated from the reaction furnace 1i to the outside together with fullerenes and soot while keeping the inside of the furnace 11 in a reduced pressure state.
  • the internal pressure of the reactor 11 is reduced to atmospheric pressure, preferably in a state close to vacuum (for example, O torr or more 20 to 20). 0 torr or less, more preferably 30 to 0 rr or more and 100 torr or less.
  • the reactor 11 incompletely burns the hydrocarbon fuel in the upper part (the ceiling) or heats the hydrocarbon fuel to the upper part.
  • a decomposing parner 15 is provided, and an exhaust port 16 for discharging a high-temperature airflow (hereinafter, also referred to as exhaust gas) containing fullerene and soot to the outside is provided at a lower portion.
  • soot generated in the reactor 11 does not easily block the outlet of the parner 15.
  • the lower sound of the reactor 11 gradually decreases in diameter toward the exhaust port 16.
  • the soot containing fullerene generated in the reactor 11 is Blowing the exhaust port 1 6 to smooth It has a flush structure.
  • the inside of the reactor 11 has a temperature of 1500 to 2000 ° C., it is lined with a refractory, and the outside is made of water-cooled heat-resistant steel or stainless steel.
  • the fuel gas obtained by mixing the oxygen-containing gas with the gaseous hydrocarbon fuel is supplied to the burner 15.
  • An inert gas such as an argon gas may be added to the fuel gas depending on the conditions.
  • the molar ratio of carbon / oxygen is preferably, for example, 0.97 to 1.36.
  • hydrocarbon fuel for example, aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms such as benzene, toluene, xylene, naphthylene, methylnaphthalene, anthracene, and phenanthrene are preferably used.
  • aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms such as benzene, toluene, xylene, naphthylene, methylnaphthalene, anthracene, and phenanthrene are preferably used.
  • aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and octane may be used in combination with these aromatic hydrocarbons.
  • a mixture of two or more six-membered rings or one or more six-membered rings and one or more five-membered rings may be used.
  • a temperature adjusting means 17 is provided between the reactor 11 and the recovery device 12.
  • the temperature adjusting means 17 is made of a heat-resistant metal material (for example, stainless steel, heat-resistant steel), and is a pipe passage formed of a cylindrical body having a circular cross section.
  • the j gas containing fullerene and soot from the reactor 11 is discharged from the exhaust port 16 to this pipe passage.
  • the exhaust gas containing fullerene and soot becomes a swirling flow in the pipe passage 18 and efficiently contacts the pipe wall, for example, at 260 ° C. (preferably 300 ° C.). Over 0 ° C and cooled to below 600 ° C (more preferably, 350 ° C to 500 ° C) .
  • the exhaust port 16 is not at a right angle to the pipe passage 18, Slant diagonally (For example, about 5 to 30 degrees).
  • the gas flow may be directed in the traveling direction of the pipe passage 18.
  • the temperature can be adjusted by changing the length of the pipe passage 18, the supply amount of the cooling water, or the supply temperature of the cooling water. As described above, when the exhaust gas is caused to flow while forming a swirl flow in the pipe passage 18, there is an advantage that the pipe passage 18 is less likely to be blocked by soot contained in the exhaust gas.
  • the temperature adjusting means 17 is formed by forming a water cooling pipe 19 spirally outside the pipe passage 18, but a jacket structure may be provided outside the pipe passage 18. Further, the temperature of the soot-containing gas can be positively lowered by setting the soot-containing gas passing through the pipe passage 18 in a turbulent state. In this case, since the soot is blocked in the pipe passage 18, it is desirable to increase the speed of the gas passing therethrough as much as possible.
  • Exhaust gas containing flanes and soot controlled to a predetermined temperature by the temperature adjusting means i 7 is supplied to the recovery device 12.
  • the recovery device 12 has a ceiling part 21, a cylindrical body part 22, and a casing 24 provided with a conical part 23 integrally connected to a lower part of the body part 22.
  • a connection port 26 for a pipe passage 18 is provided below the body 22.
  • the body 22 and the conical portion 23 have a temperature control jacket 27 for adjusting the surface temperature inside the casing 4 by flowing a heat medium from the inlet and discharging the heat medium from the outlet. Is provided.
  • the inner surface temperature of the casing 24 can be adjusted to, for example, more than 300 ° C.
  • a coolant for example, water
  • the mixture fulllerene and soot-like material Including Soot
  • a soot separation means A for separating and recovering soot and fullerene-containing powder from exhaust gas is provided in the body 22 and the ceiling 21. 23 is provided with a powder storage means B for storing the powder separated by the soot separation means A.
  • a soot separation means A is formed at the upper part of the recovery device 12, and a number of filtration elements 30 each composed of a heat-resistant filter medium are provided, and an opening 31 at the upper end thereof is above the ceiling 21. It is arranged in a state exposed to.
  • the filtration element 30 is divided into a plurality of filtration element groups by a partition wall 32 made of a plate material whose bottom is open, and is mounted so that the main part of the filtration element 30 is located in the casing 24. I have.
  • the filtration element 30 is cylindrical and has a bottom, and the upper opening 31 serves as an outlet for the filtered exhaust gas.
  • the partition 32 may be made of, for example, stainless steel or other heat-resistant steel, and the partition 32 may be provided with a cooling means such as a water-cooled jacket.
  • the opening 31 of the filtration element 30 is provided with an exhaust port 33 through which the exhaust gas permeates the filtration element 30 from the outer surface side to the inner surface side.
  • the opening 31 is provided with an air supply port 34 through which, for example, nitrogen gas, which is an example of a non-oxidizing gas, passes through the filtration element 30 from the inner surface side to the outer surface side.
  • a fire-resistant filter material made of a sintered metal made of a high-temperature heat-resistant metal such as stainless steel, Inconel, and Hastelloy is provided.
  • the sintered metal is an example of a porous metal material.
  • the filtration flow capacity is set to 0.2 m 3 / m z / min or more. And the upper limit is 1 O m 3 / m 2 / Min. Still more preferably, the filtration flow capacity is 0.2 m 3 / m 2 / min or more and 6 m 3 / m 2 min or less, and considering the actual operation, the filtration flow capacity is 1 to 5 m 3. It may be Z m 2 / min.
  • the pressure of the gas in the filtration element 30 is a pressure obtained by subtracting the pressure drop in the pipe passage 18 from the pressure in the reaction furnace 11, for example, about 20 to 200 t0 rr. Extremely low pressure.
  • the filtration element 30 is exemplified by a hollow body (bottomed cylindrical body) having one end closed, a filtration element composed of a tubular body having an open rain end may be used. Good.
  • the tubular body may be arranged vertically, and connection ports may be provided at the top and bottom, for example, suction may be performed from the upper side and backwash gas may be sent from the lower side as necessary.
  • the thickness can be reduced to, for example, about 0.2 to 3 mm.
  • the filtration element is arranged vertically, but may be arranged horizontally. In this case, a cylindrical element having both ends open is used as the filtration element, and exhaust gas is sucked from both sides. Soots containing fullerenes can also be filtered.
  • the gas is passed from the outside to the inside of the filter element of the cylinder 1 dog, but the gas may be caused to flow from the inside to the outside of the tubular filter element. Good.
  • the lower end of the cylindrical filtration element be open and be dropped downward by gravity during backwashing.
  • the exhaust ports 33 provided at the openings 31 of the respective filter elements 30 are connected to the gas cooling means 13 via the on-off valves 35, respectively.
  • This gas The gas having passed through the recovery device 12 is cooled from 100 ° C. to near normal temperature by the cooling means 13, and is sent to the pressure reducing pump 14. Thereby, fullerene and soot contained in the exhaust gas adhere to the outer periphery of each filter element 30 and are collected.
  • the gas cooling means 13 is composed of a heat exchanger using water as a refrigerant.
  • the pressure reducing pump 14 keeps the inside of the reaction furnace 11 in a reduced pressure state, and guides exhaust gas including fullerene and soot-like substances generated from the reaction furnace 11 to the recovery device 12 via the temperature adjusting means 17. Play an important role.
  • nitrogen gas which is an example of an inert gas
  • an air supply port 34 provided in the opening 31 of each filtration element 30 via an opening / closing valve 36 and a gas pressurizing device 37, respectively.
  • gas tank 38 Connected to gas tank 38.
  • the on-off valve 36 is opened, and high-pressure nitrogen gas is blown into the filtration element 30, and the attached fullerene and The soot is separated, whereby the filtration element 30 is backwashed.
  • the backwashing of each of the filtration elements 30 is performed in the filtration element group ⁇ , and as a result, the continuous operation of the fullerene production facility 10 is enabled.
  • a heating means is provided in the gas pressurizer 37 or in other gas passages to raise the temperature of the nitrogen gas passing through the on-off valve 36, and to adjust the temperature of the nitrogen gas supplied to each filter element 30 to 30. It is preferable to keep the temperature at 0 ° C. or higher so as to maintain the temperature of each filtration element 30.
  • the gas supply means includes the above-described opening / closing valve 36, gas pressurizing device 37 and gas tank 38.
  • the lower part of the casing 24 of the recovery device 12 is a powder storage means B for storing the powder containing soot removed from each filtration element 30, that is, the powder mainly composed of fullerene and soot.
  • the powder accumulated in the powder storing means B is passed through an automatic powder discharging means 42 including a lower first opening / closing valve 41.
  • the powder storing means B is provided with a thermocouple 44 which is an example of a powder level meter which functions as an instrument for measuring the level of the stored powder, that is, the amount of stored powder.
  • the temperature detected by the thermocouple 44 changes.
  • the temperature of the inner surface of the powder storing means B is adjusted to 300 to 500 ° C. and the pressure is reduced to about 200 to 200 t 0 rr. However, it does not become moist due to moisture, etc., and the fluidity of the powder is always maintained.
  • the polycyclic aromatic compound can maintain a gaseous state and pass through the filtration element 30. Very low mixing in powder. Also, as described above, when the polycyclic aromatic compound itself is in a small amount or almost nonexistent, the surface temperature of the powder storing means B should be lowered to near room temperature to actively cool the powder. You can also.
  • the automatic discharge means 42 includes a substantially conical intermediate container 45 connected to the first on-off valve 41 and a collection box connected to the bottom of the intermediate container 45 via the second on-off valve 46. 43, an exhaust pump 47 for adjusting the pressure in the middle container 45 and the collection box 43 to a reduced pressure state, and a control unit 48 for these.
  • the intermediate container 45 is made of, for example, stainless steel, and is connected to an exhaust pump 47 via an on-off valve 49.
  • the opening and closing valve 49 force A pressure sensor 50 is provided in the pipe to the air pump 47.
  • the output signal of the pressure sensor 50 is input to the control unit 48.
  • the collection box 43 can be made of, for example, stainless steel, and is connected to the exhaust pump 47 via an on-off valve 51 using piping.
  • Each of the intermediate container 45 and the recovery box 43 has a gas supply pipe (not shown) for supplying nitrogen gas.
  • the control unit 48 is composed of a programmable controller.
  • the detection signals of the thermocouple 44 and the pressure sensor 50 are input, and the first and second on-off valves 41, 46, and on-off valves 49, 51 Are sequentially controlled to transfer the powder collected in the powder storage means B to the intermediate container 45 and then to the collection box 43.
  • This operation is performed in accordance with a program incorporated in the control unit 48, and is performed in parallel with the collection operation of the soot-containing material including the fullerene in the collection device 12 to remove the fullerene and the soot-like material.
  • the mixture can be recovered in a continuous operation.
  • the first and second on-off valves 41, 46 and all on-off valves 36 are closed, all on-off valves 35 are opened, the decompression pump 14 is operated, and the reactor 11 and the recovery are recovered.
  • the pressure in the device 12 is reduced.
  • the recovery device 12 allows steam or other heat medium to flow into the temperature control jacket 27 and discharge it from the outlet to reduce the internal surface temperature of the recovery device 12 to, for example, 200 ° C (: up to 300 ° C or The temperature is gradually adjusted to be higher than 300 ° C. and lower than 400 ° C.
  • Water is circulated through a water cooling pipe 19 provided outside the pipe passage 18 to cool the pipe passage 18.
  • Toluene which is an example of a hydrocarbon fuel
  • a mixed gas of oxygen and argon which is an example of an oxygen-containing gas
  • Incomplete combustion produces soot containing fullerene.
  • the soot-like material containing the generated fullerene is a gas generated at the same time (main component is carbon monoxide gas
  • the pressure condition is generally that the pressure is reduced under atmospheric pressure, and the degree of reduced pressure may be appropriately selected.
  • the displacement of the decompression pump 14 is adjusted so as to be 20 to 200 t0 rr (more preferably, 30 to 100 torr). .
  • the flow of the exhaust gas flowing into the recovery device 12 is branched by the partition wall 32 provided in the recovery device 12, and the exhaust gas flows evenly for each filtration element group.
  • exhaust gas permeates from the outer surface side to the inner surface side, so that fullerene and soot floating in the exhaust gas are outside the filtration element 30. Collected and adhered on the surface side.
  • the gas that has passed through the filtration element 30 is discharged from the exhaust port of the pressure reducing pump 14 to the outside via the on-off valve 35 and the gas cooling means 13.
  • the soot-like substance containing fullerene attached to the outer surface of the filtration element 30 is added to each filtration element group ⁇ .
  • the gas tank 3 8 Nitrogen gas is introduced into the gas pressurizer 37 and pressurized to a predetermined gas pressure (for example, 0.001 to 0.0IMPa).
  • a predetermined gas pressure for example, 0.001 to 0.0IMPa.
  • the nitrogen gas flows out from the inner surface side of the filtration element 30 to the outer surface side, and at that time, the fullerenes and soots formed on the outer surface side are lifted and dropped.
  • the outflowing nitrogen gas is mixed into the exhaust gas sent from the reactor 11 and moves to the pressure reducing pump 14 through another filtration element 30.
  • the on-off valve 36 is closed, the gas pressurizer 37 is stopped, and the on-off valve 35 is opened. Open the on-off valve 35.
  • the soot-like substance containing the dropped fullerenes becomes powder and accumulates in the powder storage means B below the recovery device 12.
  • the thermocouple 44 installed in the powder storage means B initially detects the temperature of the exhaust gas flowing through the powder storage means B, but the storage amount of soot and dog matter including fullerene gradually increases When the thermocouple 44 becomes buried with soot containing fullerene, the thermocouple 44 detects the temperature of the soot containing fullerene. Therefore, the detected temperature changes.
  • the exhaust pump 47 is operated to open the open / close valve and '49 to exhaust the intermediate container 45. At this time, oxygen-containing gas such as air exists in the intermediate container 45.
  • nitrogen gas is introduced from a gas supply pipe (not shown) to perform gas replacement and then exhausted.
  • a gas supply pipe not shown
  • the on-off valve 49 is closed and the exhaust is stopped.
  • the first on-off valve 41 is opened, the powder composed of the mixture of fullerene and soot is dropped into the intermediate container 45, and the first on-off valve 41 is closed.
  • the on-off valve 51 is opened to evacuate the collection box 43, and the first on-off valve 41 is closed when the pressure in the collection container 43 becomes lower than that of the intermediate container 45.
  • the second on-off valve 46 is opened, the powder in the intermediate container 45 is moved into the collection box 43, and the second on-off valve 46 is closed.
  • nitrogen gas is caused to flow into the collection box 43 from a gas supply pipe (not shown), and the inside is sealed at the same pressure as the atmospheric pressure.
  • the collection box 43 is separated from the second on-off valve 46, and the soot containing fullerene is moved to the next process step of separating the soot from fullerene.
  • an aromatic hydrocarbon that does not dissolve soot and dissolves only fullerene is used.
  • the aromatic hydrocarbon is a hydrocarbon compound having at least one benzene nucleus in a molecule, and specifically, benzene, toluene, and xylene , Ethylbenzene, n-propylbenzene, isopropylbenzene, n-butylbenzene, sec-butynolebenzene, tert-butylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,3 , 5—Trimethylbenzene, 1,2,3,4-tetramethylbenzene, 1,2,3,5-Tetramethylbenzene, alkylbenzenes such as acetylmethylbenzene, cymene, alkylnaphthalenes such as 1-methylnaphthalene, tetralin,
  • the fullerene is recovered by evaporating the solvent from the solvent in which fullerene is dissolved.
  • an inverted reactor 11 having a parner 15 at an upper portion and an exhaust port 16 at a lower portion was used.
  • an upright reactor 57 having a parner 55 at the bottom and an exhaust port 56 at the top can also be used.
  • the soot generated in the reaction furnace 57 falls and accumulates on the burner 55, so that it is necessary to perform cleaning at an appropriate period.
  • the speed of the exhaust gas in the reaction furnace 57 can be increased to prevent the soot-like substance from falling due to gravity.
  • the temperature of the exhaust gas supplied to the recovery device 12 is set to be more than 300 ° C. and not more than 600 ° C. to pass the polycyclic aromatic compound, and the powder containing fullerene and soot
  • a second temperature adjusting means connected in series between the on-off valve 35 and the pressure reducing pump 14 and A second recovery device with a heat-resistant filter can also be arranged.
  • the temperature of the exhaust gas supplied to the recovery device 12 is set to be higher than 600 and lower than 900 ° C (more preferably, 700 to 900 ° C), Temperature of supplied exhaust gas The temperature is controlled to be more than 300 ° C.
  • fullerene is also captured by the recovery device 1 and 2 and mixed with the soot, but the amount of the mixed fullerene is small, so if the solvent is used to separate fullerene and soot, However, there is an advantage that the amount of solvent used is significantly reduced. And most fullerenes can be collected by the second recovery device.
  • the temperature of the exhaust gas supplied to the second recovery device is set to 200 ° C. or less, and an inexpensive synthetic resin material may be used for the filtration element (filter 1) used in the second recovery device. it can.
  • the polycyclic aromatic compound is mixed with the fullerene.
  • the production conditions of the fullerene in the reactor 11 are changed to produce the polycyclic aromatic compound.
  • the amount is kept to a minimum.
  • Each filter element 30 used in the recovery device 12 used in the above-described embodiment (the same applies to the second recovery device) is provided with a vibrator as an example of a vibration means for vibrating the filter element 30. Is also possible. Thereby, the powder adhering to each filtration element 30 can be more efficiently separated.
  • the recovery device Although a filter element made of sintered metal was used as the heat-resistant filter medium used in the present invention, a porous ceramic can be used as the heat-resistant filter medium.
  • the conditions in this case are the same as those of the sintered metal filter element.
  • the thickness of the filter element is smaller than that of the sintered metal filter element. It should be about 5 times, and the number must be further increased.
  • the porous ceramic include alumina, zirconium, and silicon nitride.
  • the weight gradually decreases when the temperature rises to 100 ° C. or more, and starts at around 400 ° C. It can be seen that the decrease is accelerating. Then, in a high temperature region of 600 ° C. or more, the weight of the soot-like material containing fullerene rapidly decreases. This is a 40 C fullerene sublimation temperature! Considering that the temperature is up to 800 ° C., it can be understood that a large amount of fullerene in the soot sublimates and the weight of the soot suddenly decreases.
  • the sample of Experiment 2 used a soot-like material containing fullerene produced by a conventional combustion method in which the inlet temperature of the recovery device was set to 150 to 200 ° C.
  • Figure 3 shows the results of measuring the components of the gas generated when this soot-dog containing fullerenes was heated using a quadrupole mass spectrometer (JEOL's Automass AM2-15-1). .
  • the basic measurement conditions are as follows.
  • the vertical axis represents the relative intensity of the ion spectrum
  • the horizontal axis represents the heating temperature. From Fig. 3, peaks indicating the presence of aromatic compounds such as benzene, toluene, and xylene, and polycyclic aromatic compounds such as naphthalene and anthracene are found in the gas generated by heating the soot-like material containing fullerene. It was confirmed in a temperature range lower than the sublimation temperature of fullerene. As a result, not only aromatic compounds such as benzene but also polycyclic aromatic compounds are almost vaporized at 300 ° C. or higher, and substantially all of them are vaporized at 350 ° C. or higher. You can see that In FIG.
  • TIC indicates total ion chromatography
  • m / z indicates molecular weight
  • m / z 18 indicates water
  • m / z 28 indicates C ⁇
  • m / z 44 indicates C 0 2 Is shown.
  • m / z 78 indicates benzene
  • m / z 92 indicates toluene
  • mZz 106 indicates xylene
  • m / z 128 indicates naphthine phosphorus
  • m / z 178 indicates anthracene. .
  • fullerene and soot-like substances carbon-based polymer components obtained by the combustion method, and further partially contains polycyclic aromatic compounds (small-cyclic aromatic compounds such as benzene and toluene).
  • polycyclic aromatic compounds small-cyclic aromatic compounds such as benzene and toluene.
  • the exhaust gas is heated within a range not exceeding 600 ° C. (more preferably, 550 ° C.)
  • fullerene will not be vaporized. Therefore, by maintaining the temperature of the exhaust gas passing through the recovery device 12 at more than 300 ° C. and at most 600 ° C., the mixture of fullerene and soot-like material containing no polycyclic aromatic compound can be obtained. It can be seen that the powder can be recovered.
  • Fullerene was produced using the fullerene production facility 10 shown in FIG.
  • the burner 15 disposed at the top of the reactor 11 is made of a disc-shaped porous ceramic sintered body having an outer diameter of 25 Omm, and is made of a porous ceramic sintered body. There are 20 to 150 micro holes per 25 mm 2 formed as discharge ports (spouts).
  • Toluene gas was used as the hydrocarbon fuel, and pure oxygen was used as the oxygen-containing gas.
  • the toluene gas is once heated to gaseous form by heating the toluene with a vaporizer, and then heated to 200 ° C with a heat exchanger.Oxygen gas is supplied from the oxygen tank to the heat exchanger to reach 200 ° C. Heated. Then, the flow rate of toluene gas is set to 4
  • the mixture was supplied to the parner 15 at 35 g / min and the oxygen gas flow rate of 328.1 g, and was premixed to form a mixed gas, which was discharged into the reaction furnace 11.
  • the pressure inside the reactor 11 was 40 torr, and the average flow velocity of the mixed gas discharged from the parner 15 was 302 cm / sec at 298 K.
  • the temperature of the gas discharged from the outlet of the reactor 11 is 140 ° C.
  • the temperature of the gas flowing into the recovery device 12 is 480 to 50 °. It was 0 ° C.
  • the content (F / (S + F)) of fullerene F contained in the by-product soot S was 17.0%.
  • the reactor 11 can be operated continuously, and when the soot adheres to the reactor 11 drops. It was confirmed that the water was swept away by high-speed air and current.
  • Fig. 4 shows an example of a heat-resistant filter medium used in one embodiment of the present invention, which is made of a sintered metal made of 18 chrome / 8 nickel austenitic stainless steel (more specifically, made of a sintered alloy). It shows the pressure loss with respect to the air flow ratio of the filtration element 30.
  • the filtration element 30 is made of sintered metal, has a substantial thickness of 0.56 mm, and has a pressure loss of about 7.5 torr for an air flow rate of 1 L / cm 2 / min.
  • the cylindrical filter element 30 has an outer diameter of 65 mm and a length of 250 Omm, and 78 such filter elements 30 are used in the recovery device 12 shown in Fig. 1. are doing.
  • These filter elements 30 are divided into six groups, and a gas pressurizer 37 and a tank 38 are connected to each filter element group via an open / close valve 36, and the open / close valves 36 are opened in sequence. Thus, backwashing of the filtration element 30 can be sequentially performed.
  • a pressure sensor is provided inside each filtration element group, and a pressure difference between the pressure sensor and a pressure sensor provided outside the filtration element 30 is set in the recovery device 12.
  • a pressure difference between the pressure sensor and a pressure sensor provided outside the filtration element 30 is set in the recovery device 12.
  • the corresponding filter element group is backwashed.
  • Backwashing is performed by flowing an inert gas such as nitrogen gas at a pressure of 0.4 MPa (about 4 kgfcm- 12 ) from the inside to the outside of the filtration element 30.
  • the backwashing operation time was about 2 to 10 minutes.
  • the on / off valve 36 may be turned on / off to apply a pulsed pressure to each of the filtration elements 30. If the pressure of multiple filtration element groups exceeds the backwashing start pressure simultaneously or with a short interval, select the filtration element group that was turned on first or the filtration element group that was previously backwashed earlier. The program is set so that after the backwash operation of the filtration element group is completed, the backwash operation of the next filtration element group is performed.
  • the gas flow rate in the pipe passage 18 in this experiment was 65 Nm 3 / hour, and the gas and temperature were 500 ° C.
  • the pressure outside the filtration element 30 in the recovery device 12 was 34.5 t0 rr.
  • the soot-like material containing fullerene adheres to the outer surface of each filtration element 30 and filtration is performed. If the pressure inside or outside any of the filtration element groups exceeds the backwashing start pressure, the above-mentioned backwashing operation is performed. After the backwash operation was completed, the pressure difference between the inside and outside of the filtration element group was 4.5 torr, and the pressure difference immediately before the backwash was 7.5 to 11.3 torr.
  • soot containing 156 kg of fullerene was repeatedly collected in 10 hours. There was no adhesion of soot or the like outside the filtration element 30, and continuous operation was possible.
  • a metal or ceramic material is added to a filtration element that filters and collects (recovers) soot-containing powder from combustion gas (exhaust gas) from a reaction furnace. Since the heat-resistant filter medium made of the product is used, it is possible to recover soot-like powder from the high-temperature exhaust gas that cannot be filtered by a normal filter, excluding the polycyclic aromatic compound. As a result, the production of fullerenes in the combustion method can be performed efficiently at lower cost.
  • the pressure loss of the heat-resistant bracket of the bracket is 0.1 l to Since the pressure is set to 35 torr, it is possible to filter out powder containing soot-like substances while properly controlling the speed of the passing exhaust gas and within a range that does not make the apparatus extremely large.
  • the filtration flow rate of the filtration element is set to 10 m 3 / m 2 / min or less, the bite energy of the powder contained in the exhaust gas is not large, and as a result, backwashing at an appropriate pressure must be performed.
  • the temperature of the air flow containing fullerene and soot from the reactor is set to more than 260 ° C (more preferably, 300 ° C) and 900 ° C or less, soot-like It is possible to prevent the powder containing the substance from becoming wet, and to prevent the handling property of the powder containing the soot-like substance from deteriorating.
  • the fullerene when the temperature of the airflow containing fullerene and soot to be sent into the recovery device is set to be more than 600 ° C and not more than 900 ° C, the fullerene is vaporized. It can be passed through a recovery device.
  • the powder storage means is equipped with a powder level meter that detects the amount of powder stored, and a powder level meter.
  • An on-off valve for discharging the powder from the powder storage means in response to the detection signal was provided, and the soot separation means was provided with a gas supply means for passing non-oxidizing gas from the other side to the one side of each filter element. In such a case, continuous operation of the recovery device becomes possible, which improves the production efficiency of fullerenes.

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Abstract

炭化水素燃料を不完全燃焼又は熱分解して得られたフラーレン及び煤状物を含む高温の気流を、260℃(好ましくは300℃)を超え900℃以下の温度範囲に温度調整する。この温度調整した高温の気流を、セラミック製又は金属製の濾過エレメント(30)を用いた回収装置(12)に通して、多環状芳香族化合物を除いた煤状物を含む粉体を回収する。回収装置(12)は、粉体を一面側に付着させ気流を他面側に透過させる複数の濾過エレメント(30)を備えた煤状物分離手段(A)と、該煤状物分離手段(A)の下部に設けられ分離した煤状物を貯留する粉体貯留手段(B)を有し、各濾過エレメント(30)には、濾過流量能力が、0.2m3/m2/分以上で10m3/m2/分以下の範囲にあって、その圧力損失が0.1torr以上35torr以下の範囲にある耐熱性濾材を使用する。

Description

明 細 書
フラーレンの製造設備及びフラーレンの製造方法 技術分野
本発明は、 炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は熱分解させること によって、 新しい炭素材料であるフラーレン （球殻状の炭素分子、 例え
【ま、、 C 6 0、 C 7 0、 C 7 6、 C 78、 C 8 2、 C 8 4、 C 8 6、 C 8 8、 C 9 0、 C 9 2、 C 9 4、 C 96等があり、 更には、 トルエンゃキ シレン等の通常の溶媒に溶けない高次フラ一レンも含む） の製造設備及 びフラーレンの製造方法に関する。 背景技術
特許第 2 8 0 2 3 2 4号公報や特許第 34 0 4 6 3 2号公報に記載さ れているように、 フラーレンは、 ダイヤモンド、 黒鉛に次ぐ第三の炭素 同素体の総称であり、 C 6 0、 C 7 0等に代表されるように 5員環と 6 員環のネッ トワークを有する閉じた中空殻状の炭素分子である。 フラー レンの存在が最終的に確認されたのは比較的最近の 1 9 9 0年のことで あり、 新しい炭素材料であるが、 その特殊な分子構造ゆえに特異な物理 的性質を示すことが認められ、 例えば、 超硬材料への応用、 医薬品への 応用、 超伝導材料への応用、 半導体製造への応用等の広範囲な分野に渡 り、 革新的な用途開発が急速に展開されつつある。 特に、 フラーレンの 中でも C 6 0及び C 7 0は比較的合成が容易であり、 それゆえ今後の需 要も爆発的に高まることが予想されている。
現在知られているフラーレンの製造方法としては、 例えば、 レーザ蒸 着法、 抵抗加熱法、 アーク放電法、 高周波誘導加熱法、 燃焼法、 ナフタ レン熱分解法等が提案されている。 そして、 いずれの方法においても、 フラーレンは煤状物中に含まれて生成される。 従って、 生成したフラー レンを回収するには、 先ず、 フラーレン含有煤状物を回収することが必 要となる。
特に、 フラーレンを製造する上で最も安価で、 効率的な製造方法の一 つとして考えられている燃焼法では、 フラーレン含有煤状物は、 フラー レン製造炉から排出される高温の排ガス （主成分は一酸化炭素ガスと水 蒸気） 中に浮遊している。 このため、 この高温の排ガスを一旦冷却手段 によって冷やした後、 中からフラーレン含有煤状物を分離するには、 セ ラミックや焼結合金製の濾材を使用した装置が、 例えば、 日本国公開特 許公報 2 0 0 3 - 1 6 0 3 1 8号によって提案されている。
しかしながら、 これらの濾材を用いた固気分離装置は、 一般に圧力損 失が高く、 このため、 反応炉の内部をフラーレンを大量に製造するのに 最適な圧力条件に設定することが困難な場合がある。
また、 セラミツクゃ焼結合金製の濾材を使用した場合、 濾材の通過風 速を速くすると、 大量の粉体が濾材に短時間のうちに付着するので、 逆 方向から不活性ガス等を与えて付着した粉体の剝離を行うという逆洗処 理を短時間のうちに行う必要がある。 この逆洗処理の期間は部分的にで も、 一部の濾材の運転を止める必要があるので、 設備全体の運転に影響 がある。 更に、 濾材の通過風速が速く、 しかも濾材の圧力損失が大きい 場合には濾材の気孔内に煤状物が進入し、 逆洗作業を行っても閉塞した 気孔を元の状態に戻すことが困難な場合があり、 気孔の閉塞が進行する と、 濾材自体の使用ができなくなるという問題がある。
一方、 濾材の通過風速を遅くすると、 大量の固気分離処理を行うには 、 広大な面積の濾材を'必要とするという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、 長期間にわたって安定 して高温の排ガス （以下、 「気流」 ともいう） 中からフラーレン及び煤 状物を捕集し回 することが可能なフラーレンの製造設備及び製造方法 を提供することを目的とする。 発明の開示
前記目的に沿う本発明に係るフラーレンの製造設備は、 炭化水素燃料 を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃料を熱分解することにより、 フラ ―レン及び煤状物を含む高温の気流を生成させる反応炉と、 前記気流に 含まれる煤状物を含む粉体を、 フラーレンと共に又はフラ一レンとは別 に捕集して回収する回収装置とを有するフラーレンの製造設備において 、 前記反応炉から発生する高温の気流を多環状芳香族化合物が気化状態 となる 2 6 0 °C (より好ましくは、 3 0 0 °C ) を超え 9 0 0 °C以下の温 度範囲にして前記回収装置に供給する温度調整手段を、 前記反応炉と前 記回収装置の間に設け、 更に、 前記回収装置は、 前記煤状物を含む粉体 を一面側に付着させ前記気流を他面側に透過させる複数の濾過ェレメン トを備えた煤状物分離手段と、 該煤状物分離手段の下部に設けられ分離 した前記煤状物を含む粉体を貯留する粉体貯留手段を有し、 しかも、 前 記各濾過エレメントには、 金属製又はセラミック製の耐熱性濾材を使用 し、 該耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0 . 2 m 3 /m 2 /分以上で 1 0 m 3 /m 2 /分以下で、 かつ該耐熱性濾材の圧力損失が 0 . 1 t 0 r r 以上 3 5 t 0 r r以下 （より好ましくは、 0 . 5 t 0 r r以上 1 5 t 0 r r以下） の範囲としている。 濾過流量能力は、 濾過時の気体圧力 （静 圧力） には関係ないが、 この発明においては、 例えば、 使用圧力を 2 0 t 0 r r以上 2 0 0 t 0 r r以下の範囲を基準にして濾過流量能力を決 めている。 なお、 反応炉から発生する高温の気流を、 温度調整手段によ つて、 3 0 Otを超え 9 0 0 °C以下にして、 回収装置に送ると、 殆どの 多環状芳香族化合物を気化状態にすることができ、 回収装置で多環状芳 香族化合物を含まない粉体を回収できる。
ここで、 耐熱性濾材の濾過流量能力が 0. 2m3 /m2 /分未満の場 合には、 所定量のガスを流すために広大な濾過面積が必要となり、 設備 コストがかかる。 しかしながら、 性能面では流速が遅い分だけ、 フラー レン及び煤状物のいずれか 1 又は 2からなる粉体の付着エネルギーが小 さいため、 逆洗時の効果が大きく濾過エレメント内への目詰まりが少な く、 連続運転が可能となるので、 0. 2m3 /m2 /分に近い値が好ま しい。 従って、 濾過流量能力が 0. 2 m3 /m2 /分以上 6 m3 /m2 /分以下とするのがより好ま しい。 実際の設備の制限から小型化を図る 場合には、 濾過流量能力を 1〜5m3 /m2 /分とするのがよい。 また、 耐熱性濾材の濾過流量能力が 1 Om3 /m2 /分を超える場合 には、 濾過面積は小さくなるが、 流速が速い分だけ付着エネルギーが大 きいため、 逆洗浄のエネルギーも大きくする必要があり、 大きなェネル ギー （圧力） で逆洗を行っても濾過エレメントの回復が不可能の場合が ある。 なお、 逆洗浄ガス流量は、 濾過流量より大きいことが好ましい。 そして、 耐熱性濾材の圧力損失は小さいことが好ましいが、 0. I t
0 Γ Γ未満の耐熱性濾材は製造が困難となる。 耐熱性濾材の圧力損失が
3 5 t 0 r rを超える場合には、 系全体を負圧にする減圧ポンプ （具体 的には真空ポンプ） に負担がかかり、 反応炉の圧力も最適圧力に設定し 得ない場合がある。 また、 耐熱性濾材の表裏面に大きな圧力がかかり、 粉体の耐熱性濾材内部への進入が起こり易い。 以上に記載した作用効果 は、 以下に説明するフラーレンの製造方法 1、 2においても同じである なお、 逆洗に用いる不活性ガスの圧力 （Pw) は、 濾過エレメントが 目詰まりを起こして逆洗を開始する時の濾過エレメント差圧 （逆洗開始 差圧 P s、 例えば 7. 5 t o r r以上 1 5 t o r r以下） の 1 0倍以上 で 1000倍以下 （例えば、 5 0〜 5 00 k P a) とするのが好ましい 。 この理由は、 逆洗時の圧力 （Pw) が逆洗開始差圧 （P s) の 1 0倍 未満である場合には、 逆洗時のェネルギ一が不足して詰まつた異物 （粉 体） の排出が困難であるからである。 なお、 逆洗時の圧力 （Pw) が逆 洗開始差圧 （P s) の 1 000倍を超えると、 設備的に大きな動力を必 要とし、 また逆洗肯きカも飽和する。
そして、 本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記反応炉の 圧力が、 20 t o r r以上 200 t o r r以下の範囲になるように、 前 記耐熱性濾材の圧力損失が設定されている。 これによつて、 反応炉の圧 力を所定圧力範囲に保つたフラーレンを生成することができる。
本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記反応炉は、 反応炉 の上部にフラーレン及び煤状物を含む排ガスの排気口があって、 パーナ が下部にある正立型の反応炉は当然使用できるが、 パーナが反応炉の上 部 （天井部） にあって排気口が反応炉の下部にある倒立型の反応炉を使 用するのが好ましい。 これによつて、 反応炉から発生する煤状物の落下 によってパーナが閉塞されることがなく、 長期の連続運転が可能である 。 なお、 パーナは、 炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃 料を熱分解するものを含む。
本発明に係るフラーレンの製造設備において、 温度調整手段は、 例え ば、 通常の熱交換器タイプのものより、 外側を冷却した断面円形の筒状 体を有し、 内部をフラーレン及び煤状物が通過して冷却される構造のも のが好ましい。 これによつて、 温度調整手段内に捕捉される煤状物等の 量が減少し、 長期の連続運転を確保できる。 そして、 フラーレン及び煤 状物を含む高温の気流は、 前記筒状体に対して接線方向から流入し、 前 記筒状体の内部を旋回流となって流れるようにするのが更に好ましい。 これによつて、 煤状物は積極的に筒状体の外側を通過し、 外側に付着し ようとする煤状物を擦り取りながら下流側に移動し、 煤状物による筒状 体 （流通管路） の閉塞度合いが減少する。 更に、 高温の気流も煤状物と 共に、 筒状体の管路内の内周面に沿って流れるので、 熱交換効率も向上 する。
本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記回収装置の粉体貯 留手段には前記煤状物を含む粉体の貯留量を検知する粉面計と、 該粉面 計の検知信号により前記粉体を前記粉体貯留手段から排出する開閉弁が 設けられているのが好ましい。 これによつて、 粉体貯留手段内に所定量 の粉体が溜まったら、 粉面計によって検出して自動的に排出することが でき、 設備運転の自動化が可能となる。
また、 本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記煤状物分離 手段には、 前記各濾過エレメントの他面側から一面側に非酸化性ガスを 流通させるガス供給手段が設けられ、 一面側に付着している前記煤状物 を含む粉体を剝落させる装置や、 前記濾過エレメントを振動させる振動 手段が設けられ、 振動により前記各濾過エレメン卜に付着している煤状 物を含む粉体を剝落させる装置や、 これらを併せ持つ装置がある。 これ によって、 各濾過エレメン卜に付着した煤状物を含む粉体を除去するこ とができる。
本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記煤状物分離手段に は隔壁が設けられ、 前記複数の濾過エレメントを複数の濾過エレメント 群に分割しておくのが好ましい。 これによつて、 各濾過エレメント群毎 に濾過エレメントからの煤状物等の除去処理を行えるので、 回収装置を 含むフラーレンの製造設備の運転を止めないで、 各濾過エレメン卜の清 掃が行える。 これによつて、 フラーレンの製造設備の連続運転ができる 本発明に係るフラーレンの製造設備において、 前記各濾過エレメント は、 前記フラーレン及び煤状物を含む高温の気流が、 外側から内側に向 けて流れ込む有底筒状体であるのが好ましい。 これによつて、 煤状物を 含む粉体を有底筒状体の周囲及び底部に付着されることができると共に 、 各濾過ェレメントの取付けが容易となる。
次に、 本発明に係るフラーレンの製造方法 1は、 反応炉内で、 炭化水 素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃料を熱分解することにより
、 フラーレン及び煤状物を含む高温の気流を生成させる第 1工程と、 前 記第 1工程によって生成された前記フラーレン及び煤状物を含む気流を
、 温度調整手段によって含まれる多環状芳香族化合物が気化状態を維持 する 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下の温度にする第 2工程と、 前記第 2ェ 程で温度調整された前記フラーレン及び煤状物を含む気流を、 金属製又 はセラミック製の耐熱性濾材を使用した複数の濾過エレメントを設けた 回収装置を介して、 前記多環状芳香族化合物を通過させながら、 前記気 流に含まれる煤状物をフラーレンと共に捕集して回収する第 3工程と、 前記第 3工程によって回収した煤状物とフラーレンの混合物からフラー レンを溶媒又は気化処理によつて回収する第 4工程とを有し、 前記各濾 過エレメントに、 前記耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0 . 2 m 3 /m 2 /分以上で 1 O m 3 /m 2 /分以下の範囲にあって、 該耐熱性濾材の圧 力損失が 0 . 1 t 0 r r以上 3 5 t 0 r r以下の範囲にあるものが使用 されている。 このフラーレンの製造方法 1によって、 耐熱性濾材を用い て、 多環状芳香族化合物のない煤状物とフラーレンの混合物を、 回収装 置によって効率的に回収できる。
また、 本発明に係るフラーレンの製造方法 2は、 反応炉内で、 炭化水 素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃料を熱分解することにより 、 フラーレン及び煤状物を含む高温の気流を生成させる第 1工程と、 前 記第 1工程によつて生成された前記フラーレン及ぴ煤状物を含む気流を 、 温度調整手段によって含まれる多環状芳香族化合物及びフラーレンが 気化状態を維持する 6 0 0 °Cを超え 9 0 0 °C以下 （より好ましくは、 7 0 0 °C以上 9 0 0 °C以下） の温度にする第 2工程と、 前記第 2工程で温 度調整された前記フラーレン及び煤状物を含む気流を、 金属製又はセラ ミック製の耐熱性濾材を使用した複数の濾過エレメントを有する回収装 置を通して、 前記気流から煤状物を除去する第 3工程と、 前記第 3工程 で煤状物が除去された高温の気流を更に冷却して、 含まれるフラーレン を固化させて回収する第 4工程とを有し、 前記各濾過エレメントに、 前 記耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0 . 2 m 3 /m 2 /分以上で 1 O m 3 /m 2 /分以下の範囲にあって、 該耐熱性濾材の圧力損失が 0 . 1 t 0 r r以上 3 5 t o r r以下の範囲にあるものが使用されている。 このフ ラーレンの製造方法 2によって、 煤状物とフラーレンとの分離を溶媒等 を使用することなく、 簡単に分離することができる。 なお、 本発明のフ ラ一レンの製造方法 2において、 反応炉からの高温の気流を 6 0 0〜7 0 0 °Cにしても、 フラーレンの一部が回収装置によって捕捉されるが、 捕捉されるフラーレンの量は少しであるので、 溶媒によってフラーレン と煤状物を分離する場合には、 フラーレンの回収量が全体として増える 他、 大量の溶媒を必要としないという利点がある。 本発明に係るフラーレンの製造方法 2において、 前記第 4工程は、 前 記煤状物が除去された高温の気流を、 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下の温 度範囲まで冷却して、 耐熱性フィルターを通過させ、 多環状芳香族化合 物を含まないフラーレンを回 i|又することもできる。 これによつて、 煤状 物及び多環状芳香族化合物を含まないフラーレンを得ることができる。 また、 前記煤状物が除去された高温の気流を 2 0 0 °C以下まで冷却して 、 合成樹脂シートを使用したフィルターを通過させ、 煤状物を除いたフ ラ一レンを回収することもできる。 これによつて、 回収装置を安価に構 成することができる。
本発明に係るフラーレンの製造方法 1及び 2において、 前記反応炉は 、 該反応炉で生成した前記フラーレン及び煤状物を含む気流を該反応炉 の下部 （底） から排出するのが好ましい。 これによつて、 反応炉内で発 生する煤状物は排ガスと共に外部に流され、 例えば、 上部にあるパーナ を閉塞することがない。 従って、 フラーレンの製造を連続的に行うこと ができる。
なお、 本発明において金属製の耐熱性濾材とは、 焼結金属製のものを 使用するのが好ましいが、 その他、 網状材又は多孔板等で耐熱性濾材を 構成してもよい。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施例に係るフラ一レンの製造設備の説明図、 図 2 はフラーレンを含む煤状物を加熱した場合の重量減少を示したグラフ、 図 3は従来法によつて製造した多環状芳香族化合物、 フラーレン及び煤 状物を加熱した際に発生するガスの定性分析結果を示すグラフ、 図 4は 本発明の一実施例に係るフラーレンの製造方法に使用した焼結合金製の 濾過エレメントを使用した場合の圧力損失を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
続いて、 添付した図面を参照しつつ、 本発明を具体化した一実施例に つき説明し、 本発明の理解に供する。
図 1に本発明の一実施例に係るフラーレンの製造方法を適用したフラ 一レンの製造設備 1 0を示す。 図に示すように、 フラーレンの製造設備 1 0は、 炭化水素燃 斗を不完全燃焼させてフラーレンを生成する反応炉 1 1と、 反応炉 1 1から発生するフラーレン及び煤状物を含む高温の気 流を所定の温度に冷却して、 煤状物を含む粉体を分離して回収する回収 装置 1 2と、 回収装置 1 2から排出される気流を冷却するガス冷却手段 1 3と、 反応炉 1 1内を減圧状態に保持しながら、 反応炉 1 iから発生 する気流をフラーレン及び煤状物と共に外部に排出する減圧ポンプ 1 4 とを有している。 以下、 これらについて詳しく説明する。
この実施例では、 フラーレンの生成は燃焼法を用いているので、 反応 炉 1 1は、 内部の圧力を大気圧に対して減圧条件、 好ましくは真空に近 い状態 （例えば、 O t o r r以上 2 0 0 t o r r以下、 更に好ましく は、 3 0 t 0 r r以上 1 0 0 t o r r以下としている。 この反応炉 1 1 は、 上部 （天井部） に炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素 燃料を熱分解するパーナ 1 5が設けられ、 下部にフラーレン及び煤状物 を含む高温の気流 （以下、 排ガスという場合もある） を外部に排出する 排気口 1 6が設けられている。 これによつて、 反応炉 1 1内で生成する 煤状物によってパーナ 1 5の噴出口が閉塞し難いという利点がある。 な お、 反応炉 1 1の下音 は、 排気口 1 6に向かって徐々に縮径し、 反応炉 1 1内で生成されたフラーレンを含む煤状物を、 円滑に排気口 1 6に吹 き流す構造となっている。
反応炉 1 1の内側は温度が 1 5 0 0〜 2 0 0 0 °Cとなるので、 耐火物 で内張りされ、 外側は水冷された耐熱鋼又はステンレス鋼からなつてい る。
バ一ナ 1 5には、 炭化水素燃料のガス状物に、 酸素含有ガスを混合し た燃料ガスが供給されている。 なお、 条件によってはアルゴンガス等の 不活性ガスを燃料ガス中に加える場合もある。 なお、 この場合に、 炭素 /酸素のモル比は、 例えば、 0 . 9 7〜 1 . 3 6とするのがよい。
前記した炭化水素燃料としては、 例えば、 ベンゼン、 トルエン、 キシ レン、 ナフ夕レン、 メチルナフタレン、 アントラセン、 フエナントレン 等の炭素数 6〜 2 0の芳香族炭化水素が好適に用いられる。 また、 炭化 水素燃料としては、 これらの芳香族炭化水素に併用してへキサン、 ヘプ タン、 オクタン等の脂肪族炭化水素を用いてもよい。 また、 2個以上の 6員環又は 1個以上の 6員環と、 1個以上の 5員環との混合物を用いて もよい。
反応炉 1 1と回収装置 1 2の Γ には、 温度調整手段 1 7が設けられて いる。 この温度調整手段 1 7は、 耐熱性を有する金属材料 （例えば、 ス テンレス鋼、 耐熱鋼） で構成され、 断面円形の筒状体からなる配管通路
1 8とその外側に水冷配管 1 9を備えている。 そして、 反応炉 1 1から のフラーレン及び煤状物を含む j ガスは、 排気口 1 6からこの配管通路
1 8に対して接線方向に流れ込んでいる。 これによつて、 フラーレン及 び煤状物を含む排ガスは配管通路 1 8内で旋回流となって、 管壁に効率 的に接して、 例えば、 2 6 0 °C (好ましくは、 3 0 0 °0 を超ぇ 6 0 0 °C以下 （更に 好ましくは、 3 5 0〜 5 0 0 °C ) まで冷却されている。 、 排気口 1 6を配管通路 1 8に対して直角ではなくて、 斜め方向に傾斜 させ (例えば 5〜 3 0度程度） おガスの流れを配管通路 1 8の進行方向 に向けてもよい。 温度の調整は、 配管通路 1 8の長さ、 冷却水の供給量 又は冷却水の供給温度を変えることによって調整できる。 このように、 配管通路 1 8内に旋回流を形成しながら排ガスを流すと、 排ガス中に含 まれている煤状物によつて配管通路 1 8が閉塞しにくいという利点があ る。
この実施例においては、 配管通路 1 8の外側に螺旋状に水冷配管 1 9 を形成することによって、 温度調整手段 1 7を構成したが、 配管通路 1 8の外側をジャケッ ト構造としてもよい。 また、 配管通路 1 8を通過す る煤状物含有ガスを乱流状態にすることによって、 煤状物含有ガスの温 度を積極的に下げることもできる。 この場合は、 配管通路 1 8内に煤状 物の閉塞が発生しゃすいので、 できる限り通過するガスの速度を増すの が望ましい。
温度調整手段 i 7によって、 所定温度に制御されたフラレーン及び煤 状物を含む排ガスは、 回収装置 1 2に供給される。 回収装置 1 2は、 天 井部 2 1及び円筒状の胴体部 2 2及び胴体部 2 2の下部に一体として連 結される円錐部 2 3を備えたケーシング 2 4を有している。 胴体部 2 2 の下側には配管通路 1 8の接続口 2 6が設けられている。 また、 胴体部 2 2及び円錐部 2 3には、 流入口から熱媒体を流入させて流出口から排 出させることによりケ一シング 4の内側の表面温度を調整する調温ジ ャケッ ト 2 7が設けられている。 流通させる熱媒体の種類、 温度、 流量 を調整することによりケ一シング 2 4の内側表面温度を例えば、 3 0 0 °Cを超え 4 0 0 °C以下に調整できる。 なお、 排ガス中に多環状芳香族化 合物を多く含まない場合には、 調温ジャケッ ト 2 7に冷媒 （例えば、 水 ) を流し、 回収されたフラーレンと煤状物との混合物 （フラーレンを含 む煤状物） を急速に温度降下させるようにすることもできる。
また、 この実施例では、 胴体部 2 2 と天井部 2 1の部分に、 排ガスか ら煤状物及びフラーレンを含む粉体を分離して回収する煤状物分離手段 Aが設けられ、 円錐部 2 3の部分には、 煤状物分離手段 Aによって分離 された粉体を貯留する粉体貯留手段 Bが設けられている。
回収装置 1 2の上部には、 煤状物分離手段 Aを構成し、 それぞれ耐熱 性濾材によって構成される多数の濾過エレメント 3 0が、 その上端の開 口部 3 1が天井部 2 1から上方に露出した状態で配置されている。 濾過 エレメント 3 0は、 下方が開放した板材からなる隔壁 3 2によって、 複 数の濾過エレメン卜群に仕切られ、 濾過エレメント 3 0の主要部がケー シング 2 4内に位置するように取付けられている。 なお、 濾過エレメン ト 3 0は、 円筒状となって底を有し、 上端の開口部 3 1が濾過された排 ガスの出口となる。 隔壁 3 2は、 例えばステンレス鋼又はその他の耐熱 鋼で作製することができ、 隔壁 3 2に水冷ジャケッ ト等の冷却手段を設 けてもよい。
濾過ェレメン卜 3 0の開口部 3 1には、 濾過ェレメント 3 0に外表面 側から内表面側に向けて排ガスを透過させる排気口 3 3が設けられてい る。 また、 開口部 3 1には濾過エレメント 3 0に内表面側から外表面側 に向けて、 例えば非酸化 '性ガスの一例である窒素ガスを通過させる送気 口 3 4が設けられている。 また、 濾過エレメント 3 0の材質としては、 例えば、 ステンレス鋼、 インコネル、 ハステロィ等の高温耐熱金属で作 製された焼結金属製の耐爽ぁ性濾材が設けられている。 ここで、 焼結金属 は多孔質金属材の一例となる。 なお、 耐熱性濾材の開口気孔率、 開口気 孔径、 開口気孔の連通状態を制御することにより、 濾過流量能力を 0 . 2 m 3 /m z /分以上としている。 そして、 その上限は 1 O m 3 /m 2 /分とするのが好ましい。 また更に、 好ましくは、 濾過流量能力が 0 . 2 m 3 /m 2 /分以上 6 m 3 /m 2 ノ分以下、 実際の操業を考慮するな らば、 濾過流量能力を l〜 5 m 3 Z m 2 /分としてもよい。 この時の、 濾過エレメント 3 0のガスの圧力は、 反応炉 1 1内に圧力に、 配管通路 1 8の圧力降下を引いた圧力となるので、 例えば約 2 0〜 2 0 0 t 0 r rと極めて低い圧力となる。
この実施例に係る濾過エレメント 3 0は、 一端が閉じられた中空体 （ 有底筒状体） を例示しているが、 雨端が開放された筒状体からなる濾過 エレメントを使用してもよい。 この場合、 筒状体は垂直方向に配置され 、 上下に接続口を設けて、 例えば、 上側から吸引し、 下側から必要に応 じて逆洗ガスを送ってもよい。
また、 濾過エレメント 3 0の耐熱性濾材として金属を使用する場合に は、 例えば、 その厚みを 0 . 2〜 3 mm程度と薄くすることもできる。 そして、 この実施例においては、 濾過エレメントは垂直に配置されて いるが、 水平に配置してもよく、 この場合、 濾過エレメントとして両端 開放の筒状体を用い、 両側から排ガスを吸引する等してフラーレンを含 む煤状物を濾過することもできる。
更には、 この実施例において、 筒1犬の濾過エレメントには外側から内 側に向けてガスを流しているが、 筒状の濾過エレメン卜の内側から外側 に向けてガスを流すようにしてもよい。 この場合、 筒状の濾過エレメン トは下端が開放し、 逆洗時に重力によって下方に落下させるのが好まし い。
各濾過エレメント 3 0の開口部 3 1に設けられた排気口 3 3は、 それ ぞれ開閉バルブ 3 5を介してガス冷却手段 1 3に接続される。 このガス 冷却手段 1 3で、 回収装置 1 2を通過したガスは 1 0 0 °Cから常温近く に冷却されて、 減圧ポンプ 1 4に送られる。 これによつて、 排ガス中に 含まれているフラーレン及び煤状物は、 各濾過エレメント 3 0の外側周 囲に付着して回収される。 なお、 ガス冷却手段 1 3は水を冷媒とした熱 交換器からなる。 また、 減圧ポンプ 1 4は、 反応炉 1 1内を減圧状態に 保ち、 反応炉 1 1から発生するフラーレン及び煤状物を含む排ガスを、 温度調整手段 1 7を介して回収装置 1 2に導く重要な役割を果たす。 一方、 各濾過エレメント 3 0の開口部 3 1に設けられた送気口 3 4に は、 それぞれ開閉バルブ 3 6及びガス加圧機 3 7を介して不活性ガスの 一例である窒素ガスを供給するガスタンク 3 8に接続されている。 これ によって、 濾過ェレメント 3 0に多量のフラーレン及び煤状物が付着し た場合には、 開閉バルブ 3 6を開いて、 高圧の窒素ガスを濾過エレメン ト 3 0内に吹き込み、 '付着したフラーレン及び煤状物を剝離し、 これに よって濾過エレメント 3 0は逆洗浄される。 これらの各濾過エレメント 3 0の逆洗浄は、 濾過エレメント群每に行われ、 結果として、 このフラ —レンの製造設備 1 0の連続運転を可能としている。 なお、 ガス加圧機 3 7内又はその他のガス通路に加温手段を設け、 開閉バルブ 3 6を通過 する窒素ガスを昇温して、 各濾過エレメント 3 0に供給する窒素ガスの 温度を 3 0 0 °C以上とし、 各濾過エレメント 3 0の温度を維持するよう にするのが好ましい。 前記した開閉バルブ 3 6、 ガス加圧機 3 7及びガ スタンク 3 8を有してガス供給手段が構成されている。
回収装置 1 2のケーシング 2 4の下部は、 各濾過ェレメント 3 0から 除去された煤状物を含む粉体、 即ち、 フラーレンと煤状物を主体とする 粉体を貯留する粉体貯留手段 Bがある。 この粉体貯留手段 Bに溜まった 粉体は、 下部の第 1の開閉弁 4 1を含む粉体の自動排出手段 4 2を介し て回収ボックス 4 3内にお出される。 粉体貯留手段 Bには、 溜まった粉 体のレベル、 即ち、 粉体の貯留量を測定する機器として作用する粉面計 の一例である熱電対 4 4が設けられている。
濾過エレメント 3 0のタ表面に付着している粉体の除去を行うと、 フ ラーレンを含む煤状物は、 粉体貯留手段 B内に溜まり、 粉体のレベルは 徐々に上昇し、 熱電対 4 4は粉体で埋設される状態となる。 このため、 熱電対 4 4で検出される温度に変化が生じる。 この熱電対 4 4で粉体貯 留手段 B内の温度を常時検出することにより、 検出される温度の変化か ら、 粉体貯留手段 B内の粉体の貯蔵量を検知することができる。 なお、 粉体貯留手段 Bの内側表面温度は 3 0 0〜5 0 0 °Cに調整され、 しかも 、 2 0〜2 0 0 t 0 r r程度の減圧状態となっているので、 溜まった粉 体が水分等によつて湿潤 4犬態になることはなく、 粉体の流動性は常時確 保されている。
なお、 粉体貯留手段 Bを含むケーシング 2 4の内側表面温度を 3 0 0 °Cを超える温度とすることによって、 多環状芳香族化合物は気体状態を 保持でき、 濾過エレメン ト 3 0を通過し、 粉体内に混ざることが極めて 少ない。 また、 前述ように、 多環状芳香族化合物自体が少量か殆ど存在 しない場合には、 粉体貯留手段 Bの表面温度を常温近くまで下げて、 積 極的に粉体を冷却するようにすることもできる。
自動排出手段 4 2は、 第 1の開閉弁 4 1に接続した略円錐状の中間容 器 4 5と、 中間容器 4 5の底部に第 2の開閉弁 4 6を介して接続された 回収ボックス 4 3と、 中 Γ 容器 4 5及び回収ボックス 4 3内の圧力を減 圧状態に調整する排気ポンプ 4 7と、 これらの制御部 4 8を有している 。 中間容器 4 5は、 例え ま、、 ステンレス鋼で作られ、 開閉バルブ 4 9を 介して排気ポンプ 4 7に接続されている。 なお、 開閉バルブ 4 9力、ら排 気ポンプ 4 7への配管には圧力センサ一 5 0が設けられている。 圧力セ ンサー 5 0の出力信号は制御部 4 8に入力されている。 回収ボックス 4 3は 例えば、 ステンレス鋼で作ることができ、 開閉バルブ 5 1を介し て排気ポンプ 4 7に配管を用いて接続されている。 中間容器 4 5と回収 ボックス 4 3には、 それぞれ窒素ガスを供給する図示しないガス供給配 管が設けられている。
制御部 4 8はプログラマブルコントローラからなって、 熱電対 4 4及 び圧力センサ一 5 0の検知信号が入力され、 第 1、 第 2の開閉弁 4 1、 4 6、 開閉バルブ 4 9、 5 1を順次制御して、 粉体貯留手段 B内に溜ま つた粉体を、 中間容器 4 5に移し、 次に回収ボックス 4 3に移している 。 この動作は、 制御部 4 8に組み込まれているプログラムに従って行わ れ、 回収装置 1 2内で ί亍ぅフラーレンを含む煤状物の捕集作業と並行さ せて行い、 フラーレンと煤状物の混合物を、 連続作業で回収することが できる。
続いて、 このフラーレンの製造設備 1 0を用いたフラーレンの製造方 法について説明する。
先ず、 第 1、 第 2の開閉弁 4 1、 4 6及び全部の開閉バルブ 3 6を閉 じて、 全部の開閉バルブ 3 5を開き、 減圧ポンプ 1 4を運転し、 反応炉 1 1及び回収装置 1 2内の圧力を減圧状態にする。 回収装置 1 2は調温 ジャケット 2 7に水蒸気やその他の熱媒を流入させ流出口から排出させ て回収装置 1 2の内部表面温度を、 例えば 2 0 0 ° (：〜 3 0 0 °C又は徐々 に 3 0 0 °Cを超え 4 0 0 °C以下に調整する。 配管通路 1 8の外側に設け られた水冷配管 1 9に水を流通させて、 配管通路 1 8を冷却する。 次いで、 反応炉 1 1のパーナ 1 5に炭素水素燃料の一例であるトルェ ンと、 酸素含有ガスの一例である酸素とアルゴンの混合ガスを供給し、 不完全燃焼させてフラーレンを含む煤状物を生成させる。 生成したフラ 一レンを含む煤状物は、 同時に発生した気体 （主成分は一酸化炭素ガス
、 水蒸気） 中に浮遊した状態で、 気流 （排ガス） となって、 配管通路 1 8を経由して、 回収装置 1 2内に流入する。 なお、 反応炉 1 1からのフ ラーレン及び煤状物を含む排ガスは、 配管通路 1 8内の移動中に冷却さ れ、 例えば、 反応炉 1 1から排出された 1 5 0 0〜 2 0 0 0 °Cであった 排ガスの温度は、 回収装置 1 2に流入する際には 4 0 0 °C (なお、 温度 の下限は、 多環状芳香族化合物の発生状況に応じて 2 6 0 °C又は 3 0 0 °Cとすることもできる） にまで冷却されている。
燃焼法によりフラーレンを製造する場合、 圧力条件としては大気圧に 対して減圧下で行うのが一般的であり、 減圧度は適宜選択すればよい。 具体的な圧力条件としては、 例えば 2 0〜2 0 0 t 0 r r (更に好まし くは、 3 0〜1 0 0 t o r r ) となるように、 減圧ポンプ 1 4の排気量 が調整されている。
回収装置 1 2内に流入した排ガスは、 回収装置 1 2内に設けられた隔 壁 3 2により流れが分岐され、 濾過エレメント群毎に均等に排ガスが流 れる。 濾過エレメント群を構成している各濾過エレメント 3 0では、 外 表面側から内表面側に向けて排ガスが透過するので、 排ガス中に浮遊し ているフラーレンと煤状物は濾過ェレメント 3 0の外表面側で捕集され 付着する。 一方、 濾過エレメント 3 0を通過した気体は、 開閉バルブ 3 5、 ガス冷却手段 1 3を介して減圧ポンプ 1 4の排気口から外部に排出 される。
所定時間、 反応炉 1 1からの高温の排ガスを回収装置 1 2に流通させ た後、 各濾過エレメ ント群每に濾過エレメント 3 0の外表面側に付着し たフラ一レンを含む煤状物の剝落作業を行う。 先ず、 ガスタンク 3 8よ り窒素ガスをガス加圧機 3 7に導入して所定のガス圧力 （例えば、 0 . 0 0 1〜0 . I M P a ) まで加圧する。 次いで、 剝落作業を行う濾過ェ レメント群に所属する各濾過エレメ ント 3 0の開口部 3 1に設けられた 送気口 3 4に接続された排出配管の開閉バルブ 3 6を開けると、 窒素ガ スは開口部 3 1を経由して特定の據過エレメント 3 0内に流入する。 窒素ガスは、 濾過エレメント 3 0の内表面側から外表面側に流出し、 その際、 外表面側に形成されているフラーレン及ぴ煤状物を浮き上がら せて剝落させる。 なお、 流出した窒素ガスは反応炉 1 1カヽら送られる排 ガス中に混入し、 他の濾過エレメント 3 0を通じて減圧ポンプ 1 4側に 移動する。 所定時間窒素ガスを流出させて剝落作業が終了すると、 開閉 バルブ 3 6を閉じガス加圧機 3 7を停止させて、 開閉バルブ 3 5を開け る。 開閉バルブ 3 5を開けること【こより、 剝落作業の終了した濾過エレ メント群でのフラーレンを含む煤^！犬物の捕集作業が再開される。 残りの 各濾過エレメント群に対して、 上記と同様の作業を順次行ない各濾過ェ レメント 3 0の外表面側に付着したフラ一レンを含む煤状物の剝落作業 を行っていく。
剝落させたフラーレンを含む煤状物は粉体となって、 回収装置 1 2の 下部の粉体貯留手段 Bに溜まる。 粉体貯留手段 Bに設けられている熱電 対 4 4は、 当初、 粉体貯留手段 B内を流通している排ガスの温度を検出 しているが、 フラーレンを含む煤犬物の貯留量が徐々に増えて熱電対 4 4がフラーレンを含む煤状物で埋設される状態になると、 熱電対 4 4は フラ一レンを含む煤状物の温度を検出することになる。 このため、 検出 される温度が変化する。 この温度変化が制御部 4 8に入力されると、 排 気ポンプ 4 7を運転し、 開閉バルフ、' 4 9を開けて中間容器 4 5内を排気 する。 このとき、 中間容器 4 5内に空気等の酸素含有ガスが存在してい る場合は、 図示しないガス供給配管から窒素ガスを流入させてガス置換 を行ってから排気する。 中間容器 4 5内の圧力を圧力センサー 5 0で検 知しながら、 回収装置 1 2内と同一の圧力となった時点で開閉バルブ 4 9を閉じて排気を停止する。
次いで、 第 1の開閉弁 4 1を開いて、 フラーレン及び煤状物の混合物 からなる粉体を中間容器 4 5に落下させ、 第 1の開閉弁 4 1を閉じる。 開閉バルブ 5 1を開けて回収ボックス 4 3内を排気し、 中間容器 4 5よ りも減圧状態になった時点で第 1の開閉弁 4 1を閉じる。 その後、 第 2 の開閉弁 4 6を開けて、 中間容器 4 5内の粉体を回収ボックス 4 3内に 移動させて、 第 2の開閉弁 4 6を閉じる。 次いで、 図示しないガス供給 配管から窒素ガスを回収ボックス 4 3内に流入させて、 内部を大気圧と 同圧にして封じる。 その後、 回収ボックス 4 3を第 2の開閉弁 4 6から 切り離して、 フラーレンを含む煤状物を次の煤状物とフラーレンとを分 離する処理工程に移動する。
フラーレンと煤状物の昆合物 （フラーレン含有煤状物） からフラーレ ンと炭素系高分子成分 （煤状物） とを分離する方法は特に制限はないが 、 例えばフラーレンと炭素系高分子成分を含む煤状混合物を抽出溶媒 （ 溶剤） と混合して、 フラーレンが溶解した抽出液を得る方法と、 フラー レン及び炭素系高分子成分を含む煤状混合物を、 不活性ガス等の存在下 、 即ち、 無酸素状態で高温加熱し、 フラーレンを昇華分離する気化処理 方法が挙げられる。
フラーレンを溶解した抽出液を得る場合の抽出溶媒としては、 煤状物 を溶解せず、 フラーレンのみを溶解する芳香族炭化水素が用いられる。 この芳香族炭化水素としては、 分子内に少なく とも 1つのベンゼン核を 有する炭化水素化合物であり、 具体的にはベンゼン、 トルエン、 キシレ ン、 ェチルベンゼン、 n—プロピルベンゼン、 イソプロピルベンゼン、 n—ブチルベンゼン、 s e cーブチノレベンゼン、 t e r t —ブチルベン ゼン、 1， 2， 3 —トリメチルベンゼン、 1， 2， 4 一ト リメチルベン ゼン、 1， 3 , 5 —トリメチルベンゼン、 1， 2， 3， 4ーテトラメチ ルベンゼン、 1 , 2 , 3 , 5—テトラメチルベンゼン、 ジェチルベンゼ ン、 シメン等のアルキルベンゼン類、 1ーメチルナフタレン等のアルキ ルナフタレン類、 テトラリン等が挙げられる。
フラ一レンが溶けた溶媒から、溶媒を気化させてフラーレンを回収す る。
以上の実施例においては、 図 1に示すように、 上部にパーナ 1 5を有 し、 下部に排気口 1 6を備えた倒立型の反応炉 1 1を使用したが、 例え ば、 図 1に 2点鎖線で示すように、 下部にパーナ 5 5を、 上部に排気口 5 6を備えた正立型の反応炉 5 7を使用することもできる。 この場合は 、 反応炉 5 7内で生じた煤状物が、 落下してバ一ナ 5 5の上に堆積する ので、 適当な期間毎に掃除を行う必要がある。 また、 反応炉 5 7内の排 ガスの速度を増して煤状物の重力による落下を防止することもできる。
• 前記実施例においては、 回収装置 1 2に供給する排ガスの温度を 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下として多環状芳香族化合物を通過させ、 フラー レン及び煤状物を含む粉体を回収しているが、 他の実施例に係るフラー レンの製造方法及び製造設備として、 開閉バルブ 3 5と、 減圧ポンプ 1 4との間に、 直列接続された第 2の温度調整手段及び耐熱性フィルター を備えた第 2の回収装置を配置することもできる。 この場合、 回収装置 1 2に供給する排ガスの温度を 6 0 0を超え 9 0 0 °C以下 （より好まし くは、 7 0 0〜 9 0 0 °C ) とし、 第 2の回収装置に供給する排ガスの温 度は、 第 2の温度調整手段を制 J御して 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下とす る。 これによつて、 排ガス温度が 6 0 0 °Cを超え 9 0 0 °C以下の場合に は、 殆どのフラーレンは気化状態を維持し、 回収装置 1 2の濾過エレメ ント 3 0を通過し、 排ガス中に含まれる煤状物が回収装置 1 2によって 回収される。 回収装置 1 2の濾過エレメント 3 0を通過したフラーレン 及び多環状芳香族化合物を含む排ガスは、 第 2の回収装置を通過するが 、 ここに設けられている濾過エレメント （即ち、 耐熱性フィルタ一） に よって、 多環状芳香族化合物が除去されたフラ一レンが回収される。 な お、 回収装置 1 2によっても多少のフラーレンは捕捉されて煤状物に混 じるが、 混じったフラーレンの量は少ないので、 仮に溶媒を使ってフラ 一レンと煤状物を分離した場合でも、 溶媒の使用量が著しく減少すると いう利点がある。 そして、 殆どのフラーレンは第 2の回収装置によって 集めることができる。
更には、 第 2の回収装置に供給する排ガスの温度を 2 0 0 °C以下とし て、 第 2の回収装置に使用する濾過エレメント (フィルタ一) に、 安価 の合成樹脂素材を使用することもできる。 この場合、 多環状芳香族化合 物がフラ一レンに混じることになるが、 反応炉 1 1におけるフラーレン の製造条件 （炭化水素燃料の種類、 生成条件） を変えて、 多環状芳香族 化合物の生成量を最小に抑えるようにするのが好ましい。
前記実施例に使用した回収装置 1 2 (第 2の回収装置も同じ） に使用 した各濾過エレメント 3 0に、 この濾過エレメント 3 0を振動させる振 動手段の一例である加振機を設けることも可能である。 これによつて、 各濾過エレメント 3 0に付着している粉体を更に効率的に剝離させるこ とができる。
また、 前記実施例に係るフラーレンの製造方法においては、 回収装置 に使用する濾過エレメントの耐熱性濾材として焼結金属製のものを使用 したが、 耐熱性濾材として多孔質セラミックを用いて構成することもで きる。 この場合の条件は、 焼結金属製の濾過エレメントと同じであるが 、 多孔質セラミックを用いた濾過エレメントは、 強度が下がるので、 厚 みを焼結金属製の濾過エレメントに比較して、 2〜 5倍程度とし、 その 数も更に増加する必要がある。 この多孔質セラミックとしては、 例えば 、 アルミナ、 ジルコニウム、 窒化珪素等がある。
次に、 本発明の作用及び効果を確認するために行った実験について説 明する。
一実験 1一
炭化水素燃料の一例であるトルェンを原料として燃焼法により得られ たフラーレンを含む煤状物 3 . 8 m gを、 熱重量測定装置 （セイコー社 製 T G— D T A 6 3 0 0 ) を用い、 乾燥窒素ガス 1 0 0 c c /分中で 、 室温より 2 0 °C毎分にて 1 1 5 0 °Cまで加熱し、 重量の変化を測定し た。 得られた結果を図 2に示す。 図 2において、 左縦軸は、 重量 3 . 8 m gに対する減量率を、 右縦軸は減量率の変化率を、 横軸は加熱温度を 示す。 図 2に示した、 重量減少を示すグラフ、 及び重量変化率を示すグ ラフから明らかな通り、 温度が 1 0 0 °C以上となると重量が徐々に減少 し、 4 0 0 °C付近から重量減少が加速されていることが判る。 そして 6 0 0 °C以上の高温領域においてフラーレンを含む煤状物の重量が急激に 減少する。 これはフラーレンの昇華温度が 4 0 C！〜 8 0 0 °Cであること を考慮すると、 煤状物中の多量のフラーレンが昇華することで、 煤状物 の急激な重量減が生じたことが判る。 この実験 2の試料は、 回収装置の入口温度を 1 5 0〜 2 0 0 °Cとした 従来の燃焼法によって製造したフラーレンを含む煤状物を使用したもの である。 このフラーレンを含む煤犬物を加熱した際に発生したガスの成 分を、 四重極形質量分析装置 （日本電子製オートマス A M 2 - 1 5型） を用いて測定した結果を図 3に示す。 基本的な測定条件は以下の通りで ある。
測定法 E I法
ファーネス部温度 2 9 0。C
トランスファ一チューブ温度 2 8 5 °C
G Cオーブン温度 2 8 5 °C
ィン夕一フヱ一ス温度 2 8 5 °C
2 6 0 °C
フォトマル電圧 4 5 0 V
7 0 e V
イオン化電流 3 0 0 A
マスレンジ 1 0— 4 0 0 a m u
スキャンスピ一ド 1 0 0 0 m s e c
図 3において、 縦軸はイオンスぺク トルの相対強度を、 横軸は加熱温 度を示す。 図 3より、 フラーレンを含む煤状物を加熱して発生したガス 中には、 ベンゼン、 トルエン、 キシレン等の芳香族化合物や、 ナフタレ ン、 アントラセン等の多環状芳香族化合物の存在を示すピークが、 フラ —レンの昇華温度より低い温度範囲において確認された。 これによつて 、 ベンゼン等の芳香族化合物はもちろん、 多環状芳香族化合物も 3 0 0 °C以上では殆ど気化され、 3 5 0 °C以上では実質上その全部が気化され ることが分かる。 なお、 図 3において、 T I Cは総イオンクロマトグラ フを示し、 m/zは分子量を示し、 m/z 1 8は水、 m/z 2 8は C〇 、 m/z 4 4は C 02 を示す。 また、 m/z 7 8はベンゼンを、 m/z 9 2はトルエンを、 mZz 1 0 6はキシレンを、 m/z 1 2 8はナフ夕 リンを、 m/z 1 7 8はアントラセンを示す。
以上の実施例により、 燃焼法によって得られた、 フラーレン及び煤状 物 （炭素系高分子成分） を含み、 更に一部に多環状芳香族化合物 （少数 環状芳香族化合物、 例えば、 ベンゼン、 トルエンを含む） を含む排ガス を、 3 0 0 °C (より好ましくは、 3 5 0 °C) を超えた温度に加熱すれば 、 多環状芳香族化合物の殆どを気体として除去することができる。 更に 、 排ガスを 6 0 0 °C (より好ましくは、 5 5 0 °C) を超えない範囲で加 熱すれば、 フラーレンは気化しないことが分かる。 従って、 回収装置 1 2を通過する排ガスの温度を、 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下に保持する ことによって、 多環状芳香族化合物を含ないフラーレンと煤状物の混合 物を粉体として回収できることが分かる。
一実験 3—
図 1に示すフラーレンの製造設備 1 0を用いてフラ一レンを製造した 。 反応炉 1 1の上部に配置されているバ一ナ 1 5は、 外径が 2 5 Omm の円板状の多孔質のセラミック焼結体を用いて構成され、 多孔質のセラ ミック焼結体には 2 5 mm2 当たり 2 0〜 1 5 0個の微小孔が吐出口 （ 噴出口） として形成されている。
炭化水素燃料として トルエンガスを使用し、 酸素含有ガスに純酸素を 使用した。 トルェンガスは一旦気化装置でトルエンを加熱してガス状と した後、 熱交換器で 2 0 0 °Cに加熱し、 酸素ガスは酸素タンクから熱交 換器に供給して 2 0 0 °Cに加熱した。 そして、 トルエンガスの流量を 4 3 5 g /分、 酸素ガスの流量を 3 2 8 . 1 g分としてパーナ 1 5に供給 し、 予混合して混合ガスとし、 反応炉 1 1内に吐出した。 このとき、 反 応炉 1 1内の圧力は 4 0 t o r rで、 パーナ 1 5から吐出された際の混 合ガスの平均流速は、 2 9 8 Kにおいて 3 0 2 c m/秒であった。
このような条件でフラーレンを製造すると、 反応炉 1 1の出口から排 出されるガスの温度は 1 4 0 0 °C、 回収装置 1 2に流入する際のガスの 温度は 4 8 0〜5 0 0 °Cであった。 その結果、 副生した煤状物 Sに含ま れるフラーレン Fの含有率 （F / ( S + F ) ) は 1 7 . 0 %であった。 なお、 パーナ 1 5の吐出部に煤状物が付着することがなく、 継続的に反 応炉 1 1の運転が可能となり、 更に反応炉 1 1内に付着した煤状物が落 下した場合には、 高速の気、流で押し流されることが確認された。
図 4は本発明の一実施例に使用した耐熱性濾材の一例である 1 8クロ ム · 8ニッケルのオーステナィ トステンレス鋼を用いた焼結金属製 （詳 細には、 焼結合金製） の濾過エレメント 3 0の空気流比に対する圧力損 失を示す。 濾過エレメント 3 0は、 焼結金属を使用し、 その実質厚みは 0 . 5 6 mmであり、 空気流量 1 L / c m 2 /分に対して約 7 . 5 t o r rの圧損となる。 円筒状の濾過エレメント 3 0の外径は 6 5 mmで、 長さは 2 5 0 O mmであり、 このような濾過エレメント 3 0を、 図 1に 示す回収装置 1 2では、 7 8本使用している。 これらの濾過エレメント 3 0を 6群に分け、 それぞれの濾過エレメント群に、 開閉バルブ 3 6を 介してガス加圧機 3 7及び:^ 'スタンク 3 8を接続し、 開閉バルブ 3 6を 順次開くことによって、 濾過ェレメント 3 0の逆洗が順次できるように した。
各濾過エレメント群の内側には圧力センサ一が設けられ、 回収装置 1 2内で濾過エレメント 3 0の外側に設けられた圧力センサ一との差圧が 7. 5〜 1 1 . 3 t o r r中の適当な値 （例えば 1 0 t o r r ) で決め られる逆洗開始圧力を超えた場合、 他の濾過エレメント群が逆洗作業を 行っていないことを条件にして、 特定の開閉バルブ 3 6を作動させて該 当する濾過エレメント群の逆洗作業を行っている。 逆洗作業は、 濾過ェ レメント 3 0の内側から外に向けて圧力 0. 4 MP a (約 4 k g f c m 一2) の窒素ガス等の不活性ガスを流すことによって行っている。 逆洗作 業の時間は約 2〜 1 0分程度とした。 この場合、 開閉バルブ 3 6をオン オフしてパルス状の圧力を各濾過エレメント 3 0内にかけるようにして もよい。 複数の濾過エレメント群の圧力が同時に又は少しの時間を置い て逆洗開始圧力を超えた場合には、 先にオンになった濾過エレメント群 、 前回先に逆洗を行った濾過エレメント群を選択して逆洗を行い、 この 濾過エレメン ト群の逆洗作業が終わった後に、 次の濾過エレメント群の 逆洗作業をするようにプログラムが設定されている。
この実験における配管通路 1 8におけるガス流量は 6 5 Nm3 /時間 で、 そのガス、显度は 5 0 0 °Cであった。 この時、 回収装置 1 2内で濾過 エレメント 3 0の外側の圧力は 3 4. 5 t 0 r rであった。 これによつ て、 フラーレンを含む煤状物が各濾過エレメント 3 0の外側表面に付着 し濾過が行われる。 いずれかの濾過エレメント群の内外の圧力が、 逆洗 開始圧力を超えた場合には、 前記した逆洗作業を行う。 逆洗作業が完了 した後の、 濾過エレメント群の内外の圧力差は、 4. 5 t o r rであり 、 逆洗直前時の圧力差は 7. 5〜 1 1. 3 t o r rであった。
以上の作業を繰り返して、 1 0時間に 1 5 6 k gのフラーレンを含 む煤状物を回 i|又 （捕集） した。 濾過エレメント 3 0の外側には煤等の付 着はなく、 連続的に操業ができた。 産業上の利用の可能性
本発明に係るフラーレンの製造設備及び製造方法においては、 反応炉 からの燃焼ガス （排ガス） から煤状物を含む粉体を濾過して捕集 （回収 ) する濾過エレメン卜に、 金属製又はセラミック製の耐熱性濾材を使用 しているので、 通常のフィルターでは濾過できない高温度の排ガスから 、 多環状芳香族化合物を除いた状態で煤状物を含む粉体を回収すること ができる。 これによつて、 燃焼法におけるフラーレンの製造がより低コ ス トで効率的に行える。
特に、 濾過エレメントの濾過流量能力を 0 . 2 m 3 /m 2 /分以上で しかも 1 O m 3 /m 2 /分以下の範囲で、 かっこの耐熱性濾材の圧力損 失を 0 . l〜 3 5 t o r rとしているので、 通過する排ガスの速度を適 当に制御しながら、 装置を極端に大型化させない範囲で、 煤状物を含む 粉体を濾し取ることができる。 また、 濾過エレメントの濾過流量を 1 0 m 3 /m 2 /分以下としているので、 排ガス中に含まれる粉体の食い込 みエネルギーが大きくなく、 結果として、 適当な圧力の逆洗を行うこと によって、 濾過エレメントを元の状態に回復させることができ、 これに よって、 濾過ェレメントを繰り返し長期間使用することができる。 そして、 反応炉からのフラーレン及び煤状物を含む気流の温度を 2 6 0 °C (より好ましくは 3 0 0 °C ) を超え 9 0 0 °C以下としているので、 回収装置内部で煤状物を含む粉体が湿潤状態となるのを防止でき、 煤状 物を含む粉体の取扱性の低下を防止することが可能となる。
また、 フラーレンの製造方法において、 回収装置内に送るフラーレン 及び煤状物を含む気流の温度を 6 0 0 °Cを超え 9 0 0 °C以下とした場合 には、 フラーレンを気化させた状態で、 回収装置を通過させることがで きる。 これによつて、 煤状物とフラーレンを分けるのに使用する溶媒の 量が著しく減り、 フラーレンの製造の大幅なコストダウンを可能とする 特に、 フラーレンの製造設備においては、 粉体貯留手段には粉体の貯 留量を検知する粉面計と、 粉面計の検知信号により粉体を粉体貯留手段 から排出する開閉弁を設け、 煤状物分離手段には各濾過エレメントの他 面側から一面側に非酸化性のガスを流通させるガス供給手段を設けた場 合には、 回収装置の連続運転が可能となり、 フラーレンの製造効率を向 上させる。

Claims

請求の範囲
1 . 炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃料を熱分解する ことにより、 フラーレン及び煤状物を含む高温の気流を生成させる反応 炉と、 前記気流に含まれる煤状物を含む粉体を、 フラーレンと共に又は フラーレンとは別に捕集して回収する回収装置とを有するフラーレンの 製造設備において、
前記反応炉から発生する高温の気流を、 多環状芳香族化合物が気化状 態となる 2 6 0 °Cを超え 9 0 0 °C以下の温度範囲にして前記回収装置に 供給する温度調整手段を、 前記反応炉と前記回収装置の間に設け、 更に、 前記回収装置は、 前記煤状物を含む粉体を一面側に付着させ前記 気流を他面側に透過させる複数の濾過エレメントを備えた煤状物分離手 段と、 該煤状物分離手段の下部に設けられ分離した前記煤状物を含む粉 体を貯留する粉体貯留手段を有し、
しかも、 前記各濾過エレメントには、 金属製又はセラミック製の耐熱 性濾材を使用し、 該耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0 . 2 m 3 /m 2 / 分以上で 1 O m 3 /m 2 /分以下の範囲にあって、 該耐熱性濾材の圧力 損失が 0 . 1 t 0 r r以上 3 5 t 0 r r以下の範囲にあることを特徴と するフラーレンの製造設備。
2 . 請求項 1記載のフラーレンの製造設備において、 前記反応炉の圧力 が、 2 0 t 0 r r以上 2 0 0 t 0 r r以下の範囲になるように、 前記耐 熱性濾材の圧力損失が設定されていることを特徴とするフラーレンの製 造設備。
3 . 請求項 1及び 2のいずれか 1項に記載のフラ一レンの製造設備にお いて、 前記反応炉は、 前記フラーレン及び煤状物を含む高温の気流が該 反応炉の下部から排出されることを特徴とするフラーレンの製造設備。
4 . 請求項 3記載のフラーレンの製造設備において、 前記炭化水素燃料 を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃料を熱分解するパーナは、 前記反 応炉の天井部に設けられていることを特徴とするフラーレンの製造設備
5 . 請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備におい て、 前記温度調整手段は、 外側を冷却した断面円形の筒状体を有してい ることを特徴とするフラーレンの製造設備。
6 . 請求項 5記載のフラーレンの製造設備において、 前記フラーレン及 ぴ煤状物を含む高温の気流は、 前記筒状体に対して接線方向から流入し 、 前記筒状体の内部を旋回流となって流れることを特徴とするフラーレ ンの製造設備。
7 . 請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備におい て、 前記粉体貯留手段には前記煤状物を含む粉体の貯留量を検知する粉 面計と、 該粉面計の検知信号により前記粉体を前記粉体貯留手段から排 出する開閉弁が設けられていることを特徴とするフラーレンの製造設備
8 . 請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備におい て、 前記煤状物分離手段には、 前記各濾過エレメントの他面側から一面 側に非酸化性ガスを流通させるガス供給手段が設けられ、 一面側に付着 している前記煤状物を含む粉体を剝落させることを特徴とするフラーレ ンの製造設備。
9 . 請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備におい て、 前記煤状物分離手段には、 前記濾過エレメン卜を振動させる振動手 段が設けられ、 振動により前記各濾過エレメン卜に付着している煤状物 を含む粉体を剝落させることを特徴とするフラーレンの製造設備。
1 0. 請求項 1 ~9のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備にお いて、 前記煤状物分離手段には隔壁が設けられ、 前記複数の濾過エレメ ントが複数の濾過エレメント群に分割されていることを特徴とするフラ 一レンの製造設備。
1 1. 請求項 1〜1 0のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造設備に おいて、 前記各濾過エレメ ン トは、 前記フラーレン及び煤状物を含む高 温の気流が外側から内側に向けて流れ込む有底筒状体であることを特徴 とするフラーレンの製造設備。
1 2. 反応炉内で、 炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃 料を熱分解することにより、 フラ一レン及び煤状物を含む高温の気流を 生成させる第 1工程と、
前記第 1工程によって生成された前記フラーレン及び煤状物を含む気 流を、 温度調整手段によって含まれる多環状芳香族化合物が気化状態を 維持する 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以下の温度範囲にする第 2工程と、 前記第 2工程で温度調整された前記フラーレン及び煤状物を含む気流を 、 金属製又はセラミック製の耐熱性濾材を使用した複数の濾過エレメン トを設けた回収装置を介して、 前記多環状芳香族化合物を通過させなが ら、 前記気流に含まれる煤状物をフラーレンと共に捕集して回収する第 3工程と、
前記第 3工程によつて回収した煤状物とフラーレンの混合物からフラ —レンを溶媒又は気化処理によって回収する第 4工程とを有し、 前記各濾過エレメ ン トに、 前記耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0. 2m 3 /m2 /分以上で 1 Om3 /m2 /分以下の範囲にあって、 該耐熱性 濾材の圧力損失が 0. l t o r r以上 3 5 t o r r以下の範囲にあるも のが使用されていることを特徴とするフラーレンの製造方法。
1 3. 反応炉内で、 炭化水素燃料を不完全燃焼させるか又は炭化水素燃 料を熱分解することにより、 フラーレン及び煤状物を含む高温の気流を 生成させる第 1工程と、
前記第 1工程によって生成された前記フラーレン及び煤状物を含む気 流を、 温度調整手段によって含まれる多環状芳香族化合物及びフラーレ ンが気化状態を維持する 6 0 0 °Cを超え 9 0 0 °C以下の温度にする第 2 工程と、
前記第 2工程で温度調整された前記フラーレン及び煤状物を含む気流 を、 金属製又はセラミック製の耐熱性濾材を使用した複数の濾過エレメ ントを有する回収装置を通して、 前記気流から煤状物を除去する第 3ェ 禾王と、
前記第 3工程で煤状物が除去された高温の気流を更に冷却して、 含ま れるフラーレンを固化させて回収する第 4工程とを有し、
前記各濾過エレメントに、 該耐熱性濾材の濾過流量能力が、 0. 2m 3 /m2 /分以上で 1 Om3 /mz /分以下の範囲にあって、 該耐熱性 濾材の圧力損失が 0. l t o r r以上 3 5 t o r r以下の範囲にあるも のが使用されていることを特徴とするフラーレンの製造方法。
1 4. 請求項 1 3記載のフラーレンの製造方法において、 前記第 4工程 は、 前記煤状物が除去された高温の気流を、 3 0 0 °Cを超え 6 0 0 °C以 下の温度範囲まで冷却して、 耐熱性フィルタ一を通過させ、 多環状芳香 族化合物を含まないフラーレンを回収することを特徴とするフラーレン の製造方法。
1 5. 請求項 1 2〜 1 4のいずれか 1項に記載のフラーレンの製造方法 において、 前記反応炉は、 該反応炉で生成した前記フラーレン及び煤状 物を含む気流を該反応炉の下部から排出することを特徴とするフラーレ ンの製造方法。
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