活性炭製造装置及び活性炭製造方法
【課題】広く薄く分布するバイオマスを原料として多岐にわたって利用できる多品種の活性炭をエネルギー効率よく、かつ生産効率よく製造できる活性炭製造装置を提供する。
【解決手段】活性炭製造装置１は、原料を連続的に投入するためのホッパ２ａと、ホッパ２ａから連続的に排出される原料を連続的に移送するスクリューフィーダー２ｂと、スクリューフィーダー２ｂと接続されスクリューフィーダー２ｂから連続的に移送されてくる原料を受け入れる連続炭化炉３と、連続炭化炉３から排出される炭化物を収納する炭化物収容器４と、連続炭化炉３と炭化物収容器４とを連結する炭化炉後部フットとダンパー５ａとを具備した第１連結部５と、炭化物を賦活する非連続賦活炉６と、炭化物収容器４と非連続賦活炉６とを連結するとともに炭化物収容器４に収容されている炭化物を非連続賦活炉６に移送するスクリューフィーダー７ａを具備する第２連結部７と、を備える。
【解決手段】活性炭製造装置１は、原料を連続的に投入するためのホッパ２ａと、ホッパ２ａから連続的に排出される原料を連続的に移送するスクリューフィーダー２ｂと、スクリューフィーダー２ｂと接続されスクリューフィーダー２ｂから連続的に移送されてくる原料を受け入れる連続炭化炉３と、連続炭化炉３から排出される炭化物を収納する炭化物収容器４と、連続炭化炉３と炭化物収容器４とを連結する炭化炉後部フットとダンパー５ａとを具備した第１連結部５と、炭化物を賦活する非連続賦活炉６と、炭化物収容器４と非連続賦活炉６とを連結するとともに炭化物収容器４に収容されている炭化物を非連続賦活炉６に移送するスクリューフィーダー７ａを具備する第２連結部７と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭の製造装置に関し、広く薄く分布する多種のバイオマスを原料として、異なる性能を持つ多種の活性炭を製造できるエネルギー効率のよい活性炭製造装置及び活性炭製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
活性炭の吸着性能は、活性炭の持つ比表面積や細孔容積によって大きく左右される。そして、比表面積、細孔容積は賦活反応の進行と共に変化する。高比表面積または高細孔容積の活性炭を製造する為には賦活温度を高くする、賦活ガス濃度を高くする、または、賦活時間を長くする、などの方法が採られる。温度や濃度での対応は装置的もしくは物理的に限界が有るため、時間での対応が一般的である。吸着性能の高い活性炭の工業的製造は、大規模な連続式賦活装置にて長時間賦活を行う方法が採られる。この為、少品種多量生産にならざるを得ない。
【０００３】
バイオマスからの活性炭の製造は炭化工程と炭化物を賦活する賦活工程とに分かれる。一般的には炭化をバイオマス発生地で行い、製品炭化物を集積して賦活工程を一括して行う方法が採られる。
炭化工程と賦活工程を同時に加工する方法として、特許文献１乃至４に示す連続式に炭化と賦活を行う活性炭製造装置と、特許文献５に示す非連続式（バッチ式）に炭化と賦活を行う活性炭製造装置とが提案されている。
【特許文献１】特開２０００-１５４０１２号公報
【特許文献２】特開２００４-０３４００３号公報
【特許文献３】特開２００１-２２０１２０号公報
【特許文献４】特許３３２２３３８号公報
【特許文献５】特開２００５-０６７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜４に示す従来の連続賦活方法にて高品位活性炭を製造するには、長時間の賦活反応を得る為に、非常に大きな規模の賦活装置が必要であった。こうした大規模装置において、性能の異なる活性炭を製造する為の賦活条件の変更は、炭化工程も含めた装置内の原料、製品を全て取り出した後に行う必要が有るため、生産面、エネルギー面でロスが多いという問題がある。このため、多品種生産には不向きであった。
【０００５】
特許文献１及び２は、同一キルン内にて炭化及び賦活を行う連続生産装置であり、特許文献３および４は、連続式の炭化装置と連続式の賦活装置が連結されている連続生産装置である。いずれの装置も賦活反応時間の操作範囲が狭く、製品活性炭の種類を多くすることが出来ない。さらに、特許文献１は賦活ガス濃度の調整ができない為、活性炭品質にバラツキを生じるという問題があり、特許文献４は炭化及び賦活工程で発生する可燃ガスが有効に利用されていないという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献５は同一熱処理炉にて炭化工程を行い、その後賦活工程を行う、という非連続方式であり、炭化時間と賦活時間との合計時間が１バッチの処理時間となる為、生産性が良くない。そのうえ、炭化工程で発生する可燃性ガスである乾留ガスを有効利用できず、エネルギー面でも不利であるという問題がある。
【０００７】
また、炭化工程を別に行い、バッチ式賦活炉にて賦活工程のみを行う方式では、少量多品種生産に好適ではあるが、炭化工程で発生する可燃性ガスを有効利用できず、好ましくない。バッチ式賦活炉において、炭化物の賦活の終了後、製品活性炭の取り出しは、賦活炉そのものの温度を冷却した後に行われる場合が多い。このような方法では炉の冷却時間、次加工の際の再昇温時間などにより生産性が悪くなり、また昇降温によるエネルギーロスが生じる。バッチ式賦活炉は、個々のバッチごとの条件変更が容易であり多品種加工には有利であるが、熱効率及び生産効率の点で問題があった。
【０００８】
更に、国内で広く分布する間伐材、竹、廃木材、及び、その他バイオマスは全て活性炭の原料になるが、現在のような活性炭生産方式および装置では製造効率が非常に悪い。この為、国内では未利用のバイオマスを利用しての活性炭製造は盛んではない。年間１０万トン以上の活性炭が国内で使用されているが、大部分が輸入品である。日本国内に広く薄く分布する多種のバイオマスを原料として、異なる性能を持つ種々の活性炭を製造できるエネルギー効率の良い小規模な活性炭製造装置が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は広く薄く分布するバイオマスを原料として多岐にわたって利用できる多品種の活性炭をエネルギー効率よく、かつ生産効率よく製造できる活性炭製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の活性炭製造装置は、図１に示す通り、連続式に原料を炭化する連続炭化炉と、該連続炭化炉から排出される炭化物を収納する炭化物収納器と、前記連続炭化炉と前記炭化物収容器とを連結する第１連結部と、非連続式に炭化物を賦活する非連続賦活炉と、前記炭化物収納器と前記非連続賦活炉とを連結するとともに、前記炭化物収容器に収納している炭化物を前記非連続賦活炉へ移送する手段を具備する第２連結部と、を備えたことを特徴とする。
請求項１に記載の活性炭製造装置では、連続炭化炉と炭化物収納器と非連続賦活炉が連結しており、炭化物を連続的に生産しつつ、該炭化物を一時的に炭化物収納器に保管し、該炭化物をバッチ毎に賦活条件を変更できる非連続賦活炉に供給して賦活することが特徴である。
【００１１】
請求項２に記載の活性炭製造装置は、請求項１の活性炭製造装置において、前記非連続賦活炉が、該非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出できる排出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の活性炭製造装置は、前記連続炭化炉から発生する乾留ガスと賦活炉から発生する賦活生成ガスとを主燃料とする熱風発生炉を具備し、該熱風発生炉にて発生した熱風を、炭化炉及び／又は賦活炉の熱源とすることを特徴とする。図１では熱風を連続炭化炉及び非連続賦活炉に直列に供給する例を示すが、並列供給でもよい。熱風は炭化炉及び／又は賦活炉への一方のみへの供給でもよい。
【００１３】
請求項４に記載の活性炭製造方法は、連続式に原料を炭化する連続炭化ステップと、該連続炭化ステップで製造された炭化物を収納する炭化物収納ステップと、前記収容された炭化物を移送し、非連続式に賦活する非連続賦活ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の活性炭製造方法において、前記非連続賦活ステップが、非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出する排出ステップを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の活性炭製造方法において、前記連続炭化ステップにて発生する乾留ガスと、前記非連続賦活ステップで発生する賦活生成ガスとを主燃料として熱風を発生する熱風発生ステップと、該熱風発生ステップにて発生した熱風を、前記連続炭化ステップ及び／又は前記非連続賦活ステップでの熱源として供給する熱風供給ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、活性炭原料である炭化物を連続生産しつつ、この炭化物を連続炭化炉と非連続賦活炉とを間接的に連結している炭化物収納器に一時保管し、この炭化物収納器から炭化物をバッチ毎に条件変更が可能な非連続賦活炉に供給し賦活加工をするので、連続的に炭化加工しつつ多品種の活性炭を単一装置で製造することができる。
【００１７】
また、性能の異なる活性炭を製造する目的で賦活条件を変更したい場合、炭化工程は連続で加工を続け炭化物を炭化物収納器に移送し続けながらも、賦活工程は連続方式でないので、バッチ毎に賦活時間、賦活温度、賦活用酸化性ガス種、などの変更が可能となる。賦活時間を変更する場合は炭化炉への原料供給速度を変更することで、炭化物収納器の容量を超過することなく、また炭化物が不足することなく加工を続けることが可能である。異なる品質の活性炭製造が必要な場合は、賦活工程を開始する前に要求される賦活条件を設定して加工を開始すればよいので、切換が簡単である。
【００１８】
請求項２の発明によれば、炭化工程は連続で加工を続け炭化物を炭化物収納器に移送し続けながらも、賦活工程が終了した時点で賦活物は非連続賦活炉を冷却することなく、非連続賦活炉から排出され、また、賦活炉に前記炭化物収納器から新たな炭化物を供給するので、非連続賦活方法でありながら賦活工程の終了から賦活工程の開始の間に降温、昇温する必要がない。したがって、昇温降温に時間とエネルギーを費やすことなく、次バッチの賦活加工が開始できるため、非連続式賦活炉でありながら、エネルギーロスが少なく、高い生産性を維持できる。したがって、連続炭化炉の生産性を阻害することなく、さまざまの条件で賦活加工が可能であり、多品種の活性炭の製造を実現できる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、連続式炭化炉である為、ほぼ定量的に発生する乾留ガスと、バッチ賦活炉から発生する賦活生成ガスとを熱風発生炉の主燃料とし、発生する熱風を炭化炉および賦活炉の熱源とし、また、賦活に使用する賦活ガスの予熱熱源とすることができるため、エネルギー効率の優れた活性炭製造装置となる。
【００２０】
請求項４〜６によれば、それぞれ、前記した請求項１〜３の効果と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。図２に示す通り、実施形態の活性炭製造装置１は、原料を連続的に投入するためのホッパ２ａと、ホッパ２ａから連続的に排出される原料を連続的に移送するスクリューフィーダー２ｂと、スクリューフィーダー２ｂと接続されスクリューフィーダー２ｂから連続的に移送されてくる原料を受け入れる連続炭化炉３と、連続炭化炉３から排出される炭化物を収納する炭化物収容器４と、連続炭化炉３と炭化物収容器４とを連結する炭化炉後部フットとダンパー５ａとを備える第１連結部５と、炭化物を賦活する非連続賦活炉６と、炭化物収容器４と非連続賦活炉６とを連結するとともに炭化物収容器４に収容されている炭化物を非連続賦活炉６に移送するスクリューフィーダー７ａを具備する第２連結部７と、を備えている。また、非連続賦活炉６は、炉の温度を冷却することなく、賦活物を排出できる排出手段を備えている。この排出手段は、排出用案内羽根を賦活炉本体６２の内壁に具備する構成、排出用スクリューを賦活炉本体６２の出口部分に装備する構成、若しくは賦活炉本体６２を傾斜させる構成などがある。本実施形態では排出手段としての排出用の案内羽根８を賦活炉本体６２の後部（出口）内壁に備えている。さらに、連続炭化炉３から発生する乾留ガスと非連続賦活炉６から発生する賦活生成ガスとを主燃料とし、熱風を発生させて、連続炭化炉３及び非連続賦活炉６の熱源とする熱風発生炉９と、を備えている。以下、詳細に説明する。
【００２２】
連続炭化炉３は、原料である被処理物を炭化させる処理が行われ軸方向が横方向（例えば、水平方向）に設定された円筒体を有する炭化炉本体３０と、炭化炉本体３０の外側領域に同軸状に形成され炭化炉本体３０の円筒体の長さ方向の大部分を覆い炭化炉本体３０の円筒体より大径の円筒体を有し熱風により炭化炉本体３０を加熱する炭化炉加熱室３１と、炭化炉加熱室３１の内部の熱風を外部に排出する排気管３２と、を備えている。また、炭化炉本体３０は、モーター、ギア、チェーンにより構成される炭化炉回転手段３３により回転するように設定されている。炭化炉本体３０内壁には攪拌羽根（図示略）が備えられており、原料は撹拌されることにより均一に加熱されるように設定されている。撹拌羽根（図示略）の傾斜により原料は撹拌されるごとに炭化炉本体３０の入口から炭化炉本体３０の後部に向かって移動するように設定されている。炭化炉本体３０の入口から出口に亘り内壁全般に撹拌羽根（図示略）が配設される。炭化炉本体３０の回転速度を炭化炉回転手段３３により調整することにより被処理物の炭化炉内滞留時間が設定できる。製造された炭化物は第１連結部５を経て炭化物収容器４に貯蔵されるように設定されている。連続炭化炉３内の工程は連続的に行われる。炭化炉加熱室３１は円柱状のパイプである炭化炉本体３０の外側を同心円状に覆う空間を形成している。熱風がその空間を通り抜ける間に炭化炉本体３０を加熱及び保温するように設定されている。炭化炉本体３０の円筒体の外壁と、加熱室３１の円筒体の端部との間はシールされていて、ここからの熱風の漏れを防いでいる。炭化物の原料は炭化炉本体３０の内部を炭化炉回転手段３３の回転と撹拌羽根（図示略）によって順次炭化炉本体３０後部に移動してゆくように設定されている。炭化炉本体３０前部から後部に移動する間に炭化物の原料は蒸し焼きされ炭化物となる。連続炭化炉３と炭化物収納器４は、通常、垂直の関係になり、連続炭化炉３から炭化物収容器４へ排出される炭化物を移送する手段はあえて必要なく、自然落下でよい。ただし、必要により、回転羽根等の移動手段を設けても何等問題ない。
【００２３】
非連続賦活炉６は、炭化物の賦活を行う部分であり、賦活炉前部フット６０と、軸方向が横方向（例えば、水平方向）に設定された円筒体を有する賦活炉加熱室６１と、賦活炉加熱室６１の内側領域に同軸状に形成された円筒体であって、その長さ方向の大部分が賦活炉加熱室６１で覆われ、賦活炉加熱室６１の円筒体より小径の円筒体を有し賦活炉加熱室６１の熱風により加熱される賦活炉本体６２と、賦活炉後部フット６３と、を備えている。賦活炉本体６２はモーター、ギア、チェーンにより構成される賦活炉回転手段６４により回転するようになっている。炭化物収容器４に収納された炭化物は第２連結部７によって賦活炉本体６２に供給される。賦活炉本体６２への炭化物の供給量は、スクリューフィーダー７ａの回転速度と回転時間によって設定できる。設定量の炭化物が賦活炉本体６２に供給された時点で、スクリューフィーダー７aの回転は停止される。賦活炉本体６２内壁には攪拌羽根（図示略）が備えられ、攪拌羽根（図示略）によって炭化物が撹拌されることにより、賦活が均一に行われる。攪拌羽根（図示略）は賦活炉本体６２では炭化物が存在する部分に装備され、賦活炉本体６２内壁全般に撹拌羽根（図示略）が存在するように、出口の排出手段である案内羽根８のところまで装備されている。加工最中は、処理物は賦活炉本体６２の入口方向へ押しやられる力を受け、若干、入口部に移動するように設定されている。一方、排出時は、加工最中とは賦活炉本体６２の回転が逆の為、撹拌羽根（図示略）の角度は賦活炉本体６２内部の処理物を入口部から出口部に移行させる角度を持つように設定されている。案内羽根８は撹拌羽根（図示略）よりも出口側に配置される。加工最中の賦活炉本体６２の回転方向では案内羽根８は処理物を内側に押し戻す角度に設定されている。炭化炉３の加熱室３１と同様に、賦活炉加熱室６１は賦活炉本体６２の外側に同心円状の空間を形成しており、熱風はその空間を通り抜ける。賦活炉本体６２の円筒体の外壁と、賦活炉加熱室６１の円筒体の端部との間はシールされていて、ここからの熱風の漏れを防いでいる。
【００２４】
賦活加工時間の終了時には、賦活炉本体６２を冷却することなく賦活炉本体６２の回転方向を逆にすることにより案内羽根８により賦活物は賦活炉本体６２から排出されるように設定されている。賦活炉後部フット６３に冷却装置１０が接続され、排出された賦活物は冷却される。賦活ガス注入管１１が賦活炉後部フット６３を経由して賦活炉本体６２内に配管されている。これにより、賦活炉本体６２に対して、設定量の賦活ガスが賦活ガス注入管１１を経由して、定量的に送られる。賦活ガスとしては水蒸気、二酸化炭素、酸素、空気、若しくはそれらの２種類以上の混合ガスなどが使用できる。
【００２５】
第１連結部５と熱風発生炉９とは、乾留ガス移送管１２を介して接続され、炭化炉本体３０で発生する乾留ガスなどは、第１連結部５、乾留ガス移送管１２を経由して熱風発生炉９に送られるように設定されている。賦活炉前部フット６０と熱風発生炉９とは、賦活生成ガス移送管１３を介して接続され、賦活反応によって生じる、一酸化炭素や水素ガスを含む生成ガスは、賦活生成ガス移送管１３を経由して、熱風発生炉９に送られるように設定されている。
【００２６】
熱風発生炉９内は、前記供給される乾留ガス及び賦活生成ガスを完全燃焼させるものであり、熱風発生炉９内のガス温度は、補助バーナー９２と燃焼用空気注入管９３から注入される空気量によって調整される。熱風発生炉９と賦活炉加熱室６１とは、熱風配管１４を介して接続され、熱風発生炉９で発生した熱風が熱風配管１４を経由して賦活炉加熱室６１に送られ、賦活炉本体６２の温度を所定温度に保つように構成されている。賦活炉加熱室６１と炭化炉加熱室３１とは、熱風連結配管１５を介して接続され、熱風は賦活炉加熱室６１から炭化炉加熱室３１へ移動し炭化炉本体３０を所定の温度に保つように設定されている。即ち、乾留ガス、賦活ガスは熱風発生炉９の内部で同時に燃焼され、発生した熱風は一つの熱風配管１４から賦活炉加熱室６１、熱風連結管１５、炭化炉加熱室３１、排気管３２により、熱風出口へと直列に繋がっている。原料・炭化物・賦活物などは、熱風発生炉９から供給される熱風とは直接に接することがない構造である。
【００２７】
次に本発明実施形態の活性炭製造装置１による活性炭製造方法を説明する。ホッパ２ａに搬入された被処理物はホッパ２ａによって炭化炉本体３０へ連続的に供給される。炭化炉本体３０は炭化炉加熱室３１によって加温され、炭化炉本体後部での温度は５００〜１，２００℃、望ましくは７００〜９００℃の任意の温度に調節される。炭化炉本体３０内部での原料の滞留時間は炭化炉回転手段３３の回転数により制御され、２０〜６００分、望ましくは３０〜１２０分の滞留時間で運転される。炭化炉本体３０で製造された炭化物は、第１連結部５を経て、炭化物収容器４に貯蔵される。ここまでの工程は連続的に行われる。
【００２８】
炭化物収容器４に収納された炭化物は、第２連結部７に装備されているスクリューフィーダー７aによって、賦活炉本体６２に供給される。設定量の炭化物が賦活炉本体６２に供給された時点で、スクリューフィーダー７aの回転は停止される。賦活炉本体６２は賦活炉加熱室６１によって加温され、賦活炉本体６２内部の温度は６００〜１，５００℃、望ましくは８００〜１，０００℃の任意の温度に調整される。水蒸気、二酸化炭素、空気、酸素、などの賦活ガスの一種類もしくは複数種が賦活ガス注入管１１によって賦活炉本体６２に供給され、賦活反応が始まる。供給した炭化物に対し均一な賦活を行う為に、賦活炉本体６２は賦活炉回転手段６４によって回転し、賦活炉本体内壁に具備された撹拌羽根（図示略）が炭化物を撹拌する。賦活時間は２０〜２４００分、望ましくは４０〜６００分にて加工される。賦活ガスの種類、賦活ガス供給量、賦活炉本体６２内部の温度、賦活時間、などにより製品活性炭の吸着性能を調整することができる。賦活炉本体６２において、処理物は加工最中には攪拌羽根（図示略）と案内羽根８により、入口方向へ押しやられる力を受け、若干、入口部に移動するが、その為にできた処理物の傾斜は水平になろうとする自然の力によって修正される。攪拌羽根（図示略）の高さはそれほど高くなく、処理物の量が充分に多く、撹拌羽根（図示略）は処理物によって埋まる形になる。
【００２９】
非連続賦活炉６における賦活設定時間が終了すると、処理物の排出処理を行う。このとき、賦活炉本体６２の回転方向が逆になるため、撹拌羽根（図示略）が処理物を案内羽根８のところまで移動させるとともに、賦活物の排出手段である案内羽根８は処理物を出口側に押し出し、この案内羽根８により、賦活物は賦活炉後部フット６３を経由して冷却装置１０に移送される。本実施例では案内羽根を用いたが、いずれの方法でも良い。賦活物が賦活炉本体６２から排出された後、新たな炭化物が炭化物収容器４より賦活炉本体６２に供給される。賦活条件を変更したい場合は、この時点で変更を加えればよい。
【００３０】
炭化炉本体３０で発生する乾留ガスなどは、乾留ガス移送管１２を経由して熱風発生炉９に送られる。水蒸気を賦活ガスとして用いる場合に賦活反応によって生じる、一酸化炭素及び水素ガスを含む生成ガスは賦活炉本体６２から賦活生成ガス移送管１３を経由して熱風発生炉９に送られる。
【００３１】
乾留ガス及び賦活発生ガスは、熱風発生炉９にて完全燃焼した後、補助バーナー９２、あるいは燃焼用空気注入管９３から注入する空気量、などにより温度調節された後、熱風配管１４を経由して賦活炉加熱室６１に送られ、賦活炉本体６２の温度を所定温度に保つ。次に熱風は賦活炉加熱室６１から熱風連結配管１５により炭化炉加熱室３１に送られ、炭化炉本体３０を所定の温度に保つ。その後、熱風は排気管３２より排出される。
【００３２】
以上、説明した実施形態によれば、活性炭原料である炭化物を連続生産しつつ、炭化物を連続炭化炉３と非連続賦活炉６とを間接的に連結している炭化物収容器４に一時保管し、炭化物収容器４から炭化物をバッチ毎に条件変更が可能な非連続賦活炉６に供給し賦活加工をするため、連続的に炭化加工しつつ多品種の活性炭を単一装置で製造することができる。
【００３３】
連続炭化炉３が連続で加工を続け、炭化物を炭化物収容器４に移送し続けながらも、非連続賦活炉６にて賦活工程が終了した時点で非連続賦活炉６を冷却することなく賦活物を排出し、非連続賦活炉６に炭化物収容器４から新たな炭化物を供給し、非連続賦活炉６の昇温に時間を費やすことなく、非連続賦活炉６における次バッチの賦活加工が開始できるため、非連続式賦活炉でありながらエネルギーロスが少なく、また、生産性が高く、連続炭化炉３にも追従できる賦活加工が可能になる。
【００３４】
性能の異なる活性炭を製造する目的で、非連続賦活炉６の賦活条件を変更したい場合、連続炭化炉３は連続で加工を続け炭化物を炭化物収容器４に移送し続けながらも、非連続賦活炉６は連続方式でないので、バッチ毎に賦活時間、賦活温度、賦活用酸化性ガス種などの変更が可能となる。異なる品質の活性炭製造が必要な場合は、非連続賦活炉６での賦活工程を開始する前に、要求される賦活条件を設定して加工を開始すればよいので、条件の設定が容易である。賦活時間を変更する場合は、連続炭化炉３への原料供給速度を変更することで、炭化物収容器４の容量を超過することなく、また炭化物が不足することなく加工を続けることが可能である。
【００３５】
また、非連続賦活方法でありながら、賦活工程終了から賦活工程開始の間に降温、昇温する必要がないため、エネルギーロスがなく、かつ、連続炭化炉３の生産性を阻害することなく、さまざまの条件で賦活加工が可能であり、多品種の活性炭の製造を実現できる。
【００３６】
連続炭化炉３から発生する時間当りほぼ一定した量の乾留ガスと、非連続賦活炉６から発生する賦活生成ガスは熱風発生炉９に送られ、熱風発生の主燃料として利用される。発生した熱風は賦活炉６、炭化炉３の熱源として使用する。さらに賦活ガスの予熱熱源として利用もできる。本発明による活性炭製造装置によれば、装置規模によるが、活性炭製造に必要な熱エネルギーの一部を、若しくは全てを、製造過程から発生する乾留ガスと賦活生成ガスとを燃焼させることにより得ることができる。
【００３７】
次に、本発明の実施例を説明する。以下の実施例では、連続炭化炉３及び非連続賦活炉６として、外熱式ロータリーキルンを使用した。市販木質ペレット（株式会社ツツイ製）を原料として以下の条件で炭化物を製造した。後部の内部温度が８５０℃に設定された外熱式ロータリーキルンに原料を連続投入し、内部滞留時間を６０分維持して炭化物を得た。この炭化物の原料絶乾重量に対する収率は２８.９％であった。以下の実施例には全てこの炭化物を使用した。
【実施例１】
【００３８】
有効内容量３２Literの外熱式ロータリーキルンにキルン有効内容量の３０％にあたる９.６Liter(重量４,５５０g)の炭化物を投入し、内部温度８５０℃に維持し、回転速度を２回転／分にて、蒸気を毎分１２ｇ連続注入しつつ２１時間保持して賦活物を得た。この賦活物の活性炭試験方法ＪＩＳ Ｋ１４７４によるメチレンブルー吸着量は（以下、メチレンブルー吸着量と呼ぶ。）２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例２】
【００３９】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し１５％である４.８Liter(重量２,２７５ｇ)であることと、保持時間が１３時間であること以外は実施例１と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例３】
【００４０】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し３％である０.９６Liter(重量４５５ｇ)であることと、保持時間が４時間であること以外は実施例１と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例４】
【００４１】
実施例２と同じ条件で蒸気供給量を毎分６g、保持時間を１７時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ ml/gであった。
【実施例５】
【００４２】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し２％である０.６４Liter(重量３０３ｇ)であることと、保持時間が４時間であること以外は実施例４と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例６】
【００４３】
実施例２と同じ条件で保持時間を８時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は１５０ｍｌ/ｇであった。
【実施例７】
【００４４】
実施例２と同じ条件で保持時間を３時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は７０ｍｌ/ｇであった。
【００４５】
実施例１，２，３から明らかなように、キルン内の被処理物の量が異なっても賦活時間を調整することにより製品活性炭の吸着性能を同等にすることが出来る。よって性能が同一な製品を、必要に応じたバッチあたりの量にて加工することができる。
【００４６】
実施例４、５から明らかなように、実施例１とは異なる供給蒸気量の条件下でかつキルン内の被処理物の量が異なっても賦活時間を調整することにより製品活性炭の吸着性能を同等にすることが出来る。
【００４７】
実施例２、６、７から明らかなようにキルン内の被処理物量が一定であれば、賦活時間を調整することにより異なる性能の活性炭を製造することができる。
【００４８】
このように本発明の装置によれば、炭化工程を連続で加工しつつ発生する炭化物をいったん炭化物収容器に保留した後、必要量のみを非連続賦活炉に移送して必要な吸着性能に応じた賦活条件で加工することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、熱風を賦活炉加熱室６１から炭化炉加熱室３１へ直列に供給しているが、熱風発生炉９からの熱風を賦活炉加熱室６１と炭化炉加熱室３１とに対して並列に供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明実施形態の活性炭製造装置１のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…活性炭製造装置 ２ａ…ホッパ ２ｂ…スクリューフィーダー ３…連続炭化炉
４…炭化物収容器 ５…第１連結部 ５ａ…ダンパー ６…非連続賦活炉
７…第２連結部 ７ａ…スクリューフィーダー ８…案内羽根 ９…熱風発生炉
１０…冷却装置 １１…賦活ガス注入管 １２…乾留ガス移送管
１３…賦活生成ガス移送管 １４…熱風配管 １５…熱風連結配管
３０…炭化炉本体 ３１…炭化炉加熱室 ３２…排気管 ３３…炭化炉回転手段
６０…賦活炉前部フット ６１…賦活炉加熱室 ６２…賦活炉本体
６３…賦活炉後部フット ６４…賦活炉回転手段 ９２…補助バーナー
９３…空気導入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭の製造装置に関し、広く薄く分布する多種のバイオマスを原料として、異なる性能を持つ多種の活性炭を製造できるエネルギー効率のよい活性炭製造装置及び活性炭製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
活性炭の吸着性能は、活性炭の持つ比表面積や細孔容積によって大きく左右される。そして、比表面積、細孔容積は賦活反応の進行と共に変化する。高比表面積または高細孔容積の活性炭を製造する為には賦活温度を高くする、賦活ガス濃度を高くする、または、賦活時間を長くする、などの方法が採られる。温度や濃度での対応は装置的もしくは物理的に限界が有るため、時間での対応が一般的である。吸着性能の高い活性炭の工業的製造は、大規模な連続式賦活装置にて長時間賦活を行う方法が採られる。この為、少品種多量生産にならざるを得ない。
【０００３】
バイオマスからの活性炭の製造は炭化工程と炭化物を賦活する賦活工程とに分かれる。一般的には炭化をバイオマス発生地で行い、製品炭化物を集積して賦活工程を一括して行う方法が採られる。
炭化工程と賦活工程を同時に加工する方法として、特許文献１乃至４に示す連続式に炭化と賦活を行う活性炭製造装置と、特許文献５に示す非連続式（バッチ式）に炭化と賦活を行う活性炭製造装置とが提案されている。
【特許文献１】特開２０００-１５４０１２号公報
【特許文献２】特開２００４-０３４００３号公報
【特許文献３】特開２００１-２２０１２０号公報
【特許文献４】特許３３２２３３８号公報
【特許文献５】特開２００５-０６７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜４に示す従来の連続賦活方法にて高品位活性炭を製造するには、長時間の賦活反応を得る為に、非常に大きな規模の賦活装置が必要であった。こうした大規模装置において、性能の異なる活性炭を製造する為の賦活条件の変更は、炭化工程も含めた装置内の原料、製品を全て取り出した後に行う必要が有るため、生産面、エネルギー面でロスが多いという問題がある。このため、多品種生産には不向きであった。
【０００５】
特許文献１及び２は、同一キルン内にて炭化及び賦活を行う連続生産装置であり、特許文献３および４は、連続式の炭化装置と連続式の賦活装置が連結されている連続生産装置である。いずれの装置も賦活反応時間の操作範囲が狭く、製品活性炭の種類を多くすることが出来ない。さらに、特許文献１は賦活ガス濃度の調整ができない為、活性炭品質にバラツキを生じるという問題があり、特許文献４は炭化及び賦活工程で発生する可燃ガスが有効に利用されていないという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献５は同一熱処理炉にて炭化工程を行い、その後賦活工程を行う、という非連続方式であり、炭化時間と賦活時間との合計時間が１バッチの処理時間となる為、生産性が良くない。そのうえ、炭化工程で発生する可燃性ガスである乾留ガスを有効利用できず、エネルギー面でも不利であるという問題がある。
【０００７】
また、炭化工程を別に行い、バッチ式賦活炉にて賦活工程のみを行う方式では、少量多品種生産に好適ではあるが、炭化工程で発生する可燃性ガスを有効利用できず、好ましくない。バッチ式賦活炉において、炭化物の賦活の終了後、製品活性炭の取り出しは、賦活炉そのものの温度を冷却した後に行われる場合が多い。このような方法では炉の冷却時間、次加工の際の再昇温時間などにより生産性が悪くなり、また昇降温によるエネルギーロスが生じる。バッチ式賦活炉は、個々のバッチごとの条件変更が容易であり多品種加工には有利であるが、熱効率及び生産効率の点で問題があった。
【０００８】
更に、国内で広く分布する間伐材、竹、廃木材、及び、その他バイオマスは全て活性炭の原料になるが、現在のような活性炭生産方式および装置では製造効率が非常に悪い。この為、国内では未利用のバイオマスを利用しての活性炭製造は盛んではない。年間１０万トン以上の活性炭が国内で使用されているが、大部分が輸入品である。日本国内に広く薄く分布する多種のバイオマスを原料として、異なる性能を持つ種々の活性炭を製造できるエネルギー効率の良い小規模な活性炭製造装置が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は広く薄く分布するバイオマスを原料として多岐にわたって利用できる多品種の活性炭をエネルギー効率よく、かつ生産効率よく製造できる活性炭製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の活性炭製造装置は、図１に示す通り、連続式に原料を炭化する連続炭化炉と、該連続炭化炉から排出される炭化物を収納する炭化物収納器と、前記連続炭化炉と前記炭化物収容器とを連結する第１連結部と、非連続式に炭化物を賦活する非連続賦活炉と、前記炭化物収納器と前記非連続賦活炉とを連結するとともに、前記炭化物収容器に収納している炭化物を前記非連続賦活炉へ移送する手段を具備する第２連結部と、を備えたことを特徴とする。
請求項１に記載の活性炭製造装置では、連続炭化炉と炭化物収納器と非連続賦活炉が連結しており、炭化物を連続的に生産しつつ、該炭化物を一時的に炭化物収納器に保管し、該炭化物をバッチ毎に賦活条件を変更できる非連続賦活炉に供給して賦活することが特徴である。
【００１１】
請求項２に記載の活性炭製造装置は、請求項１の活性炭製造装置において、前記非連続賦活炉が、該非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出できる排出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の活性炭製造装置は、前記連続炭化炉から発生する乾留ガスと賦活炉から発生する賦活生成ガスとを主燃料とする熱風発生炉を具備し、該熱風発生炉にて発生した熱風を、炭化炉及び／又は賦活炉の熱源とすることを特徴とする。図１では熱風を連続炭化炉及び非連続賦活炉に直列に供給する例を示すが、並列供給でもよい。熱風は炭化炉及び／又は賦活炉への一方のみへの供給でもよい。
【００１３】
請求項４に記載の活性炭製造方法は、連続式に原料を炭化する連続炭化ステップと、該連続炭化ステップで製造された炭化物を収納する炭化物収納ステップと、前記収容された炭化物を移送し、非連続式に賦活する非連続賦活ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の活性炭製造方法において、前記非連続賦活ステップが、非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出する排出ステップを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の活性炭製造方法において、前記連続炭化ステップにて発生する乾留ガスと、前記非連続賦活ステップで発生する賦活生成ガスとを主燃料として熱風を発生する熱風発生ステップと、該熱風発生ステップにて発生した熱風を、前記連続炭化ステップ及び／又は前記非連続賦活ステップでの熱源として供給する熱風供給ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、活性炭原料である炭化物を連続生産しつつ、この炭化物を連続炭化炉と非連続賦活炉とを間接的に連結している炭化物収納器に一時保管し、この炭化物収納器から炭化物をバッチ毎に条件変更が可能な非連続賦活炉に供給し賦活加工をするので、連続的に炭化加工しつつ多品種の活性炭を単一装置で製造することができる。
【００１７】
また、性能の異なる活性炭を製造する目的で賦活条件を変更したい場合、炭化工程は連続で加工を続け炭化物を炭化物収納器に移送し続けながらも、賦活工程は連続方式でないので、バッチ毎に賦活時間、賦活温度、賦活用酸化性ガス種、などの変更が可能となる。賦活時間を変更する場合は炭化炉への原料供給速度を変更することで、炭化物収納器の容量を超過することなく、また炭化物が不足することなく加工を続けることが可能である。異なる品質の活性炭製造が必要な場合は、賦活工程を開始する前に要求される賦活条件を設定して加工を開始すればよいので、切換が簡単である。
【００１８】
請求項２の発明によれば、炭化工程は連続で加工を続け炭化物を炭化物収納器に移送し続けながらも、賦活工程が終了した時点で賦活物は非連続賦活炉を冷却することなく、非連続賦活炉から排出され、また、賦活炉に前記炭化物収納器から新たな炭化物を供給するので、非連続賦活方法でありながら賦活工程の終了から賦活工程の開始の間に降温、昇温する必要がない。したがって、昇温降温に時間とエネルギーを費やすことなく、次バッチの賦活加工が開始できるため、非連続式賦活炉でありながら、エネルギーロスが少なく、高い生産性を維持できる。したがって、連続炭化炉の生産性を阻害することなく、さまざまの条件で賦活加工が可能であり、多品種の活性炭の製造を実現できる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、連続式炭化炉である為、ほぼ定量的に発生する乾留ガスと、バッチ賦活炉から発生する賦活生成ガスとを熱風発生炉の主燃料とし、発生する熱風を炭化炉および賦活炉の熱源とし、また、賦活に使用する賦活ガスの予熱熱源とすることができるため、エネルギー効率の優れた活性炭製造装置となる。
【００２０】
請求項４〜６によれば、それぞれ、前記した請求項１〜３の効果と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。図２に示す通り、実施形態の活性炭製造装置１は、原料を連続的に投入するためのホッパ２ａと、ホッパ２ａから連続的に排出される原料を連続的に移送するスクリューフィーダー２ｂと、スクリューフィーダー２ｂと接続されスクリューフィーダー２ｂから連続的に移送されてくる原料を受け入れる連続炭化炉３と、連続炭化炉３から排出される炭化物を収納する炭化物収容器４と、連続炭化炉３と炭化物収容器４とを連結する炭化炉後部フットとダンパー５ａとを備える第１連結部５と、炭化物を賦活する非連続賦活炉６と、炭化物収容器４と非連続賦活炉６とを連結するとともに炭化物収容器４に収容されている炭化物を非連続賦活炉６に移送するスクリューフィーダー７ａを具備する第２連結部７と、を備えている。また、非連続賦活炉６は、炉の温度を冷却することなく、賦活物を排出できる排出手段を備えている。この排出手段は、排出用案内羽根を賦活炉本体６２の内壁に具備する構成、排出用スクリューを賦活炉本体６２の出口部分に装備する構成、若しくは賦活炉本体６２を傾斜させる構成などがある。本実施形態では排出手段としての排出用の案内羽根８を賦活炉本体６２の後部（出口）内壁に備えている。さらに、連続炭化炉３から発生する乾留ガスと非連続賦活炉６から発生する賦活生成ガスとを主燃料とし、熱風を発生させて、連続炭化炉３及び非連続賦活炉６の熱源とする熱風発生炉９と、を備えている。以下、詳細に説明する。
【００２２】
連続炭化炉３は、原料である被処理物を炭化させる処理が行われ軸方向が横方向（例えば、水平方向）に設定された円筒体を有する炭化炉本体３０と、炭化炉本体３０の外側領域に同軸状に形成され炭化炉本体３０の円筒体の長さ方向の大部分を覆い炭化炉本体３０の円筒体より大径の円筒体を有し熱風により炭化炉本体３０を加熱する炭化炉加熱室３１と、炭化炉加熱室３１の内部の熱風を外部に排出する排気管３２と、を備えている。また、炭化炉本体３０は、モーター、ギア、チェーンにより構成される炭化炉回転手段３３により回転するように設定されている。炭化炉本体３０内壁には攪拌羽根（図示略）が備えられており、原料は撹拌されることにより均一に加熱されるように設定されている。撹拌羽根（図示略）の傾斜により原料は撹拌されるごとに炭化炉本体３０の入口から炭化炉本体３０の後部に向かって移動するように設定されている。炭化炉本体３０の入口から出口に亘り内壁全般に撹拌羽根（図示略）が配設される。炭化炉本体３０の回転速度を炭化炉回転手段３３により調整することにより被処理物の炭化炉内滞留時間が設定できる。製造された炭化物は第１連結部５を経て炭化物収容器４に貯蔵されるように設定されている。連続炭化炉３内の工程は連続的に行われる。炭化炉加熱室３１は円柱状のパイプである炭化炉本体３０の外側を同心円状に覆う空間を形成している。熱風がその空間を通り抜ける間に炭化炉本体３０を加熱及び保温するように設定されている。炭化炉本体３０の円筒体の外壁と、加熱室３１の円筒体の端部との間はシールされていて、ここからの熱風の漏れを防いでいる。炭化物の原料は炭化炉本体３０の内部を炭化炉回転手段３３の回転と撹拌羽根（図示略）によって順次炭化炉本体３０後部に移動してゆくように設定されている。炭化炉本体３０前部から後部に移動する間に炭化物の原料は蒸し焼きされ炭化物となる。連続炭化炉３と炭化物収納器４は、通常、垂直の関係になり、連続炭化炉３から炭化物収容器４へ排出される炭化物を移送する手段はあえて必要なく、自然落下でよい。ただし、必要により、回転羽根等の移動手段を設けても何等問題ない。
【００２３】
非連続賦活炉６は、炭化物の賦活を行う部分であり、賦活炉前部フット６０と、軸方向が横方向（例えば、水平方向）に設定された円筒体を有する賦活炉加熱室６１と、賦活炉加熱室６１の内側領域に同軸状に形成された円筒体であって、その長さ方向の大部分が賦活炉加熱室６１で覆われ、賦活炉加熱室６１の円筒体より小径の円筒体を有し賦活炉加熱室６１の熱風により加熱される賦活炉本体６２と、賦活炉後部フット６３と、を備えている。賦活炉本体６２はモーター、ギア、チェーンにより構成される賦活炉回転手段６４により回転するようになっている。炭化物収容器４に収納された炭化物は第２連結部７によって賦活炉本体６２に供給される。賦活炉本体６２への炭化物の供給量は、スクリューフィーダー７ａの回転速度と回転時間によって設定できる。設定量の炭化物が賦活炉本体６２に供給された時点で、スクリューフィーダー７aの回転は停止される。賦活炉本体６２内壁には攪拌羽根（図示略）が備えられ、攪拌羽根（図示略）によって炭化物が撹拌されることにより、賦活が均一に行われる。攪拌羽根（図示略）は賦活炉本体６２では炭化物が存在する部分に装備され、賦活炉本体６２内壁全般に撹拌羽根（図示略）が存在するように、出口の排出手段である案内羽根８のところまで装備されている。加工最中は、処理物は賦活炉本体６２の入口方向へ押しやられる力を受け、若干、入口部に移動するように設定されている。一方、排出時は、加工最中とは賦活炉本体６２の回転が逆の為、撹拌羽根（図示略）の角度は賦活炉本体６２内部の処理物を入口部から出口部に移行させる角度を持つように設定されている。案内羽根８は撹拌羽根（図示略）よりも出口側に配置される。加工最中の賦活炉本体６２の回転方向では案内羽根８は処理物を内側に押し戻す角度に設定されている。炭化炉３の加熱室３１と同様に、賦活炉加熱室６１は賦活炉本体６２の外側に同心円状の空間を形成しており、熱風はその空間を通り抜ける。賦活炉本体６２の円筒体の外壁と、賦活炉加熱室６１の円筒体の端部との間はシールされていて、ここからの熱風の漏れを防いでいる。
【００２４】
賦活加工時間の終了時には、賦活炉本体６２を冷却することなく賦活炉本体６２の回転方向を逆にすることにより案内羽根８により賦活物は賦活炉本体６２から排出されるように設定されている。賦活炉後部フット６３に冷却装置１０が接続され、排出された賦活物は冷却される。賦活ガス注入管１１が賦活炉後部フット６３を経由して賦活炉本体６２内に配管されている。これにより、賦活炉本体６２に対して、設定量の賦活ガスが賦活ガス注入管１１を経由して、定量的に送られる。賦活ガスとしては水蒸気、二酸化炭素、酸素、空気、若しくはそれらの２種類以上の混合ガスなどが使用できる。
【００２５】
第１連結部５と熱風発生炉９とは、乾留ガス移送管１２を介して接続され、炭化炉本体３０で発生する乾留ガスなどは、第１連結部５、乾留ガス移送管１２を経由して熱風発生炉９に送られるように設定されている。賦活炉前部フット６０と熱風発生炉９とは、賦活生成ガス移送管１３を介して接続され、賦活反応によって生じる、一酸化炭素や水素ガスを含む生成ガスは、賦活生成ガス移送管１３を経由して、熱風発生炉９に送られるように設定されている。
【００２６】
熱風発生炉９内は、前記供給される乾留ガス及び賦活生成ガスを完全燃焼させるものであり、熱風発生炉９内のガス温度は、補助バーナー９２と燃焼用空気注入管９３から注入される空気量によって調整される。熱風発生炉９と賦活炉加熱室６１とは、熱風配管１４を介して接続され、熱風発生炉９で発生した熱風が熱風配管１４を経由して賦活炉加熱室６１に送られ、賦活炉本体６２の温度を所定温度に保つように構成されている。賦活炉加熱室６１と炭化炉加熱室３１とは、熱風連結配管１５を介して接続され、熱風は賦活炉加熱室６１から炭化炉加熱室３１へ移動し炭化炉本体３０を所定の温度に保つように設定されている。即ち、乾留ガス、賦活ガスは熱風発生炉９の内部で同時に燃焼され、発生した熱風は一つの熱風配管１４から賦活炉加熱室６１、熱風連結管１５、炭化炉加熱室３１、排気管３２により、熱風出口へと直列に繋がっている。原料・炭化物・賦活物などは、熱風発生炉９から供給される熱風とは直接に接することがない構造である。
【００２７】
次に本発明実施形態の活性炭製造装置１による活性炭製造方法を説明する。ホッパ２ａに搬入された被処理物はホッパ２ａによって炭化炉本体３０へ連続的に供給される。炭化炉本体３０は炭化炉加熱室３１によって加温され、炭化炉本体後部での温度は５００〜１，２００℃、望ましくは７００〜９００℃の任意の温度に調節される。炭化炉本体３０内部での原料の滞留時間は炭化炉回転手段３３の回転数により制御され、２０〜６００分、望ましくは３０〜１２０分の滞留時間で運転される。炭化炉本体３０で製造された炭化物は、第１連結部５を経て、炭化物収容器４に貯蔵される。ここまでの工程は連続的に行われる。
【００２８】
炭化物収容器４に収納された炭化物は、第２連結部７に装備されているスクリューフィーダー７aによって、賦活炉本体６２に供給される。設定量の炭化物が賦活炉本体６２に供給された時点で、スクリューフィーダー７aの回転は停止される。賦活炉本体６２は賦活炉加熱室６１によって加温され、賦活炉本体６２内部の温度は６００〜１，５００℃、望ましくは８００〜１，０００℃の任意の温度に調整される。水蒸気、二酸化炭素、空気、酸素、などの賦活ガスの一種類もしくは複数種が賦活ガス注入管１１によって賦活炉本体６２に供給され、賦活反応が始まる。供給した炭化物に対し均一な賦活を行う為に、賦活炉本体６２は賦活炉回転手段６４によって回転し、賦活炉本体内壁に具備された撹拌羽根（図示略）が炭化物を撹拌する。賦活時間は２０〜２４００分、望ましくは４０〜６００分にて加工される。賦活ガスの種類、賦活ガス供給量、賦活炉本体６２内部の温度、賦活時間、などにより製品活性炭の吸着性能を調整することができる。賦活炉本体６２において、処理物は加工最中には攪拌羽根（図示略）と案内羽根８により、入口方向へ押しやられる力を受け、若干、入口部に移動するが、その為にできた処理物の傾斜は水平になろうとする自然の力によって修正される。攪拌羽根（図示略）の高さはそれほど高くなく、処理物の量が充分に多く、撹拌羽根（図示略）は処理物によって埋まる形になる。
【００２９】
非連続賦活炉６における賦活設定時間が終了すると、処理物の排出処理を行う。このとき、賦活炉本体６２の回転方向が逆になるため、撹拌羽根（図示略）が処理物を案内羽根８のところまで移動させるとともに、賦活物の排出手段である案内羽根８は処理物を出口側に押し出し、この案内羽根８により、賦活物は賦活炉後部フット６３を経由して冷却装置１０に移送される。本実施例では案内羽根を用いたが、いずれの方法でも良い。賦活物が賦活炉本体６２から排出された後、新たな炭化物が炭化物収容器４より賦活炉本体６２に供給される。賦活条件を変更したい場合は、この時点で変更を加えればよい。
【００３０】
炭化炉本体３０で発生する乾留ガスなどは、乾留ガス移送管１２を経由して熱風発生炉９に送られる。水蒸気を賦活ガスとして用いる場合に賦活反応によって生じる、一酸化炭素及び水素ガスを含む生成ガスは賦活炉本体６２から賦活生成ガス移送管１３を経由して熱風発生炉９に送られる。
【００３１】
乾留ガス及び賦活発生ガスは、熱風発生炉９にて完全燃焼した後、補助バーナー９２、あるいは燃焼用空気注入管９３から注入する空気量、などにより温度調節された後、熱風配管１４を経由して賦活炉加熱室６１に送られ、賦活炉本体６２の温度を所定温度に保つ。次に熱風は賦活炉加熱室６１から熱風連結配管１５により炭化炉加熱室３１に送られ、炭化炉本体３０を所定の温度に保つ。その後、熱風は排気管３２より排出される。
【００３２】
以上、説明した実施形態によれば、活性炭原料である炭化物を連続生産しつつ、炭化物を連続炭化炉３と非連続賦活炉６とを間接的に連結している炭化物収容器４に一時保管し、炭化物収容器４から炭化物をバッチ毎に条件変更が可能な非連続賦活炉６に供給し賦活加工をするため、連続的に炭化加工しつつ多品種の活性炭を単一装置で製造することができる。
【００３３】
連続炭化炉３が連続で加工を続け、炭化物を炭化物収容器４に移送し続けながらも、非連続賦活炉６にて賦活工程が終了した時点で非連続賦活炉６を冷却することなく賦活物を排出し、非連続賦活炉６に炭化物収容器４から新たな炭化物を供給し、非連続賦活炉６の昇温に時間を費やすことなく、非連続賦活炉６における次バッチの賦活加工が開始できるため、非連続式賦活炉でありながらエネルギーロスが少なく、また、生産性が高く、連続炭化炉３にも追従できる賦活加工が可能になる。
【００３４】
性能の異なる活性炭を製造する目的で、非連続賦活炉６の賦活条件を変更したい場合、連続炭化炉３は連続で加工を続け炭化物を炭化物収容器４に移送し続けながらも、非連続賦活炉６は連続方式でないので、バッチ毎に賦活時間、賦活温度、賦活用酸化性ガス種などの変更が可能となる。異なる品質の活性炭製造が必要な場合は、非連続賦活炉６での賦活工程を開始する前に、要求される賦活条件を設定して加工を開始すればよいので、条件の設定が容易である。賦活時間を変更する場合は、連続炭化炉３への原料供給速度を変更することで、炭化物収容器４の容量を超過することなく、また炭化物が不足することなく加工を続けることが可能である。
【００３５】
また、非連続賦活方法でありながら、賦活工程終了から賦活工程開始の間に降温、昇温する必要がないため、エネルギーロスがなく、かつ、連続炭化炉３の生産性を阻害することなく、さまざまの条件で賦活加工が可能であり、多品種の活性炭の製造を実現できる。
【００３６】
連続炭化炉３から発生する時間当りほぼ一定した量の乾留ガスと、非連続賦活炉６から発生する賦活生成ガスは熱風発生炉９に送られ、熱風発生の主燃料として利用される。発生した熱風は賦活炉６、炭化炉３の熱源として使用する。さらに賦活ガスの予熱熱源として利用もできる。本発明による活性炭製造装置によれば、装置規模によるが、活性炭製造に必要な熱エネルギーの一部を、若しくは全てを、製造過程から発生する乾留ガスと賦活生成ガスとを燃焼させることにより得ることができる。
【００３７】
次に、本発明の実施例を説明する。以下の実施例では、連続炭化炉３及び非連続賦活炉６として、外熱式ロータリーキルンを使用した。市販木質ペレット（株式会社ツツイ製）を原料として以下の条件で炭化物を製造した。後部の内部温度が８５０℃に設定された外熱式ロータリーキルンに原料を連続投入し、内部滞留時間を６０分維持して炭化物を得た。この炭化物の原料絶乾重量に対する収率は２８.９％であった。以下の実施例には全てこの炭化物を使用した。
【実施例１】
【００３８】
有効内容量３２Literの外熱式ロータリーキルンにキルン有効内容量の３０％にあたる９.６Liter(重量４,５５０g)の炭化物を投入し、内部温度８５０℃に維持し、回転速度を２回転／分にて、蒸気を毎分１２ｇ連続注入しつつ２１時間保持して賦活物を得た。この賦活物の活性炭試験方法ＪＩＳ Ｋ１４７４によるメチレンブルー吸着量は（以下、メチレンブルー吸着量と呼ぶ。）２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例２】
【００３９】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し１５％である４.８Liter(重量２,２７５ｇ)であることと、保持時間が１３時間であること以外は実施例１と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例３】
【００４０】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し３％である０.９６Liter(重量４５５ｇ)であることと、保持時間が４時間であること以外は実施例１と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例４】
【００４１】
実施例２と同じ条件で蒸気供給量を毎分６g、保持時間を１７時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ ml/gであった。
【実施例５】
【００４２】
投入炭化物がキルン有効内容量に対し２％である０.６４Liter(重量３０３ｇ)であることと、保持時間が４時間であること以外は実施例４と同じ条件で賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は２２０ｍｌ/ｇであった。
【実施例６】
【００４３】
実施例２と同じ条件で保持時間を８時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は１５０ｍｌ/ｇであった。
【実施例７】
【００４４】
実施例２と同じ条件で保持時間を３時間に変更して賦活物を得た。この賦活物のメチレンブルー吸着量は７０ｍｌ/ｇであった。
【００４５】
実施例１，２，３から明らかなように、キルン内の被処理物の量が異なっても賦活時間を調整することにより製品活性炭の吸着性能を同等にすることが出来る。よって性能が同一な製品を、必要に応じたバッチあたりの量にて加工することができる。
【００４６】
実施例４、５から明らかなように、実施例１とは異なる供給蒸気量の条件下でかつキルン内の被処理物の量が異なっても賦活時間を調整することにより製品活性炭の吸着性能を同等にすることが出来る。
【００４７】
実施例２、６、７から明らかなようにキルン内の被処理物量が一定であれば、賦活時間を調整することにより異なる性能の活性炭を製造することができる。
【００４８】
このように本発明の装置によれば、炭化工程を連続で加工しつつ発生する炭化物をいったん炭化物収容器に保留した後、必要量のみを非連続賦活炉に移送して必要な吸着性能に応じた賦活条件で加工することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、熱風を賦活炉加熱室６１から炭化炉加熱室３１へ直列に供給しているが、熱風発生炉９からの熱風を賦活炉加熱室６１と炭化炉加熱室３１とに対して並列に供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明実施形態の活性炭製造装置１のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…活性炭製造装置 ２ａ…ホッパ ２ｂ…スクリューフィーダー ３…連続炭化炉
４…炭化物収容器 ５…第１連結部 ５ａ…ダンパー ６…非連続賦活炉
７…第２連結部 ７ａ…スクリューフィーダー ８…案内羽根 ９…熱風発生炉
１０…冷却装置 １１…賦活ガス注入管 １２…乾留ガス移送管
１３…賦活生成ガス移送管 １４…熱風配管 １５…熱風連結配管
３０…炭化炉本体 ３１…炭化炉加熱室 ３２…排気管 ３３…炭化炉回転手段
６０…賦活炉前部フット ６１…賦活炉加熱室 ６２…賦活炉本体
６３…賦活炉後部フット ６４…賦活炉回転手段 ９２…補助バーナー
９３…空気導入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続式に原料を炭化する連続炭化炉と、
該連続炭化炉から排出される炭化物を収納する炭化物収納器と、
前記連続炭化炉と前記炭化物収容器とを連結する第１連結部と、
非連続式に炭化物を賦活する非連続賦活炉と、
前記炭化物収納器と前記非連続賦活炉とを連結するとともに、前記炭化物収容器に収納している炭化物を前記非連続賦活炉へ移送する手段を具備する第２連結部と、
を備えたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項２】
前記非連続賦活炉が、該非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出できる排出手段を備えることを特徴とする請求項１の活性炭製造装置。
【請求項３】
前記連続炭化炉から発生する乾留ガスと前記非連続賦活炉から発生する賦活生成ガスとを主燃料とする熱風発生炉を具備し、該熱風発生炉にて発生した熱風を、前記連続炭化炉及び／又は前記非連続賦活炉の熱源とすることを特徴とする請求項１又は２の活性炭製造装置。
【請求項４】
連続式に原料を炭化する連続炭化ステップと、
該連続炭化ステップで製造された炭化物を収納する炭化物収納ステップと、
前記収容された炭化物を移送し、非連続式に賦活する非連続賦活ステップと、
を備えたことを特徴とする活性炭製造方法。
【請求項５】
前記非連続賦活ステップが、非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出する排出ステップを備えることを特徴とする請求項４の活性炭製造装置。
【請求項６】
前記連続炭化ステップにて発生する乾留ガスと、前記非連続賦活ステップで発生する賦活生成ガスとを主燃料として熱風を発生する熱風発生ステップと、
該熱風発生ステップにて発生した熱風を、前記連続炭化ステップ及び／又は前記非連続賦活ステップでの熱源として供給する熱風供給ステップと、
を備えることを特徴とする請求項４又は５の活性炭製造装置。
【請求項１】
連続式に原料を炭化する連続炭化炉と、
該連続炭化炉から排出される炭化物を収納する炭化物収納器と、
前記連続炭化炉と前記炭化物収容器とを連結する第１連結部と、
非連続式に炭化物を賦活する非連続賦活炉と、
前記炭化物収納器と前記非連続賦活炉とを連結するとともに、前記炭化物収容器に収納している炭化物を前記非連続賦活炉へ移送する手段を具備する第２連結部と、
を備えたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項２】
前記非連続賦活炉が、該非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出できる排出手段を備えることを特徴とする請求項１の活性炭製造装置。
【請求項３】
前記連続炭化炉から発生する乾留ガスと前記非連続賦活炉から発生する賦活生成ガスとを主燃料とする熱風発生炉を具備し、該熱風発生炉にて発生した熱風を、前記連続炭化炉及び／又は前記非連続賦活炉の熱源とすることを特徴とする請求項１又は２の活性炭製造装置。
【請求項４】
連続式に原料を炭化する連続炭化ステップと、
該連続炭化ステップで製造された炭化物を収納する炭化物収納ステップと、
前記収容された炭化物を移送し、非連続式に賦活する非連続賦活ステップと、
を備えたことを特徴とする活性炭製造方法。
【請求項５】
前記非連続賦活ステップが、非連続賦活炉を冷却することなく、前記賦活物を排出する排出ステップを備えることを特徴とする請求項４の活性炭製造装置。
【請求項６】
前記連続炭化ステップにて発生する乾留ガスと、前記非連続賦活ステップで発生する賦活生成ガスとを主燃料として熱風を発生する熱風発生ステップと、
該熱風発生ステップにて発生した熱風を、前記連続炭化ステップ及び／又は前記非連続賦活ステップでの熱源として供給する熱風供給ステップと、
を備えることを特徴とする請求項４又は５の活性炭製造装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１３３９８（Ｐ２００８−１３３９８Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８５９４２（Ｐ２００６−１８５９４２）
【出願日】平成１８年７月５日（２００６．７．５）
【出願人】（３０３０４３７５９）有限会社エム・イ−・ティ− (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月５日（２００６．７．５）
【出願人】（３０３０４３７５９）有限会社エム・イ−・ティ− (6)
【Ｆターム（参考）】
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