活性炭製造装置
【課題】均質に賦活された活性炭を得ることができ、特に電気二重層キャパシタの炭素材として用いたとき高い静電容量を有し耐久性が高い電気二重層キャパシタを得ることができ、発生する金属蒸気を安全に捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭を工業的規模で製造することができる活性炭製造装置を提供すること。
【解決手段】炭素材と金属水酸化物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材と金属水酸化物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備える。
【解決手段】炭素材と金属水酸化物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材と金属水酸化物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭製造装置に関し、より詳しくは、電気二重層キャパシタ電極用として極めて大きな静電容量が得られる高品位な活性炭を効率よく、しかも安全に工業的生産を行なうことができる活性炭製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面積の大きい多孔質の導体の活性炭は、吸着剤や触媒担体、電気二重層キャパシタなどに多用されている。活性炭はコークス、ヤシがらなどの炭素材を炭化し、水蒸気による高温処理あるいは塩化亜鉛などの水溶液の含浸と高温焼成して賦活して製造している。
【０００３】
近年、電気二重層キャパシタにおいて静電容量を増大するために、微細孔が効果的に形成された活性炭が求められている。電気二重層キャパシタに使用可能な活性炭の工業生産としては、コークスなどの炭素材と水酸化アルカリ金属などのアルカリ金属化合物とを高温処理して、アルカリ金属を黒鉛結晶層間に侵入させ反応させることにより、炭素材の比表面積を高くする賦活方法が挙げられる。かかる水酸化アルカリ金属を用いた炭素材の賦活においては、炭素材と水酸化アルカリ金属を加熱炉で加熱する際、アルカリ金属の蒸気や、水素ガスが発生するため、爆発の危険を伴い、製造上での安全性を図ると共に、加熱炉の腐食を抑制することに腐心がされている。このような活性炭の製造装置としては、バッチ式の反応炉を用いたもの（特許文献１）や、プッシャー式のトンネル炉を用いた焼成炉（特許文献２）や、トンネル炉を用いた高表面積活性炭の製造装置（特許文献３）などが報告されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献1、２記載の焼成炉では、安定して効率のよい工業的な製造を行えるものではなく、特許文献３記載の焼成炉では、バッチ処理でありながら量産性を備え工業的生産を可能とするものであるが、近年その需要が急増している電気二重層キャパシタの炭素材として、微細孔を多数形成し、更なる高い静電容量を有し耐久性が高く、均質な活性炭を、一定して、より安全に製造できる活性炭の製造装置の要請が高い。
【特許文献１】特開平２−９７４１４号公報
【特許文献２】特開平３−２９４７８０号公報
【特許文献３】特開平４−１４００６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、効果的な微細孔を有し、特に電気二重層キャパシタの炭素材として用いたとき高い静電容量を有し耐久性が高い電気二重層キャパシタを得ることができ、均質に賦活された活性炭を得ることができ、発生する金属蒸気を捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭を連続して製造し、工業的規模で生産することができる活性炭製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、炭素材とアルカリ金属化合物との加熱に、内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉を用いることにより、アルカリ金属を黒鉛結晶層間に侵入させ反応させることにより、微細孔を多数形成し、均質に賦活された活性炭を得ることができ、これにより、電気二重層キャパシタの炭素材として用いた場合、高い静電容量で耐久性が高い電気二重層キャパシタとすることができ、また、トンネル炉の搬出口に二酸化炭素により遊離金属を捕集するトラップ室を設けることにより、発生する金属蒸気を安全に捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭の製造を行うことができることの知見を得て、これらの知見に基づき本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたことを特徴とする活性炭製造装置に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の活性炭製造装置は、微細孔を有し高表面積で均質に賦活された活性炭を得ることができ、特に電気二重層キャパシタの炭素材として用いたとき高い静電容量を有し耐久性が高い電気二重層キャパシタを得ることができ、発生する金属蒸気を安全に捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭を連続して製造することができ、工業的規模で生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の活性炭製造装置は、炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたものであれば、特に制限されるものではない。
【００１０】
本発明の活性炭製造装置において用いられる炭素材としては、特に制限されるものではないが、例えば、石炭コークス、石油コークス、植物の炭化物などを挙げることができる。
【００１１】
また、本発明の活性炭製造装置において用いられるアルカリ金属化合物としては、特に制限されるものではないが、具体的に、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどアルカリ金属の水酸化物を挙げることができ、これらを組み合わせて用いることもできる。これらのうち、水酸化カリウムが電気二重層キャパシタ炭素材用として好適な活性炭が得られるため好ましい。
【００１２】
上記炭素材およびアルカリ金属化合物の使用量としては、質量比で、炭素材／金属水酸化物として、１／０．５〜１／１０とすることができ、好ましくは１／１〜１／５である。 また、上記炭素材とアルカリ金属化合物の他、炭素材の賦活の原料として水などを含有させることもできる。
【００１３】
本発明の活性炭製造装置において、上記炭素材とアルカリ金属化合物を収納する反応容器としては、賦活温度に加熱された上記炭素材と金属水酸化物に対して耐久性を有するものが好ましく、原料の流出を抑制するため、蓋を有することが好ましい。反応容器の本体や蓋の外周面に金属捕集材を有することが、炉内で加熱され容器から流出したアルカリ金属化合物や金属蒸気を捕集できるため、好ましい。
【００１４】
本発明の活性炭製造装置において、上記反応容器を搬送する搬送手段としては、搬送方向に対して直交方向に複数が並列して設けられたローラー群を備え、かかるローラー群により原料を収納した反応容器を支持し、ローラーが回転することによりかかる反応容器を一定速度で搬送できるものが好ましい。並列したローラー群により構成される搬送路が、トンネル炉内の搬送路を含め高低差がない直線状となっていることが、温度調整が容易であり、効率のよい製造を行なう点で好ましい。
【００１５】
本発明の活性炭製造装置におけるトンネル炉は、上記反応容器をその内部を移動させ、反応容器に収納した炭素材とアルカリ金属化合物とを所定温度で加熱するための直線状の加熱炉であり、その内部に反応容器が通過可能な貫通した搬送路が設けられたものが好ましい。トンネル炉とすることにより、長手方向において所定の温度勾配に変化をもたせた昇温、降温を有する加熱温度を高精度に調整することが容易であり、反応容器が一方向に搬送される間に、反応容器内の原料に対して所定の変化を有する高精度に調整した所望の温度処理を行なうことができるため、好ましい。トンネル炉は、炭素材からの二酸化炭素生成を抑制し、アルカリ金属化合物、例えば、アルカリ金属水酸化物から発生する水素ガスとの爆発的反応を防止する必要から、炉内の酸素を除去して不活性ガス雰囲気とするため内部を気密に保持できるものである。トンネル炉の反応容器の搬入口には、反応容器の搬入出時にトンネル炉内への外気の流入を防止するための雰囲気置換室が設けられる。雰囲気置換室には内部を気密に保持可能なゲートが設けられ、雰囲気置換室へ容器を搬入する際はトンネル炉側のゲートを閉成し、搬入口側雰囲気置換室に容器を搬入後、雰囲気置換室へ不活性ガスを導入して雰囲気置換室内の空気を不活性ガスに置換し、その後、トンネル炉側のゲートを開成してトンネル炉内へ容器を搬入することにより、トンネル炉内への外気の流入を防止することができる。トンネル炉の搬出口においては、雰囲気置換室と同様の機能を有する後述トラップ室が設けられ、搬出口から反応容器を搬出する際、トンネル炉内の不活性ガス雰囲気に保持することができるようになっている。かかる不活性ガスとしては、窒素ガスなどを使用することができる。
【００１６】
トンネル炉には、長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段が設けられる。温度調整手段としては、内部空間の上下にそれぞれ設けられる上部棒状ヒーター、下部棒状ヒーターと、底面の長手方向の複数の位置にそれぞれ複数設けられる不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と、天井の長手方向の複数の位置に設けられる排気口とを有する。不活性ガス導入口が、下部棒状ヒーター側に設けられ、このような構成により、炉内において高温側から低温側へ向かう不活性ガス流を形成することができる。更に、下流側から上流側に向かう不活性ガス流を形成する手段を有するものが好ましい。また、温度調整手段には、トンネル炉の搬出口側に設けられる不加熱領域を有することが好ましい。不加熱領域には、不活性ガス導入口と、排気口のみを設け、ヒーターを設けないことが好ましい。
【００１７】
このような温度調整手段によりトンネル炉内を、賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温するような温度調整を行なうことが可能となる。賦活温度としては、５００〜１０００℃であり、好ましくは６００〜８００℃を挙げることができる。温度調整手段による加熱温度としては、賦活温度までの昇温は、初期と終期には温度勾配を大きく、中間においては温度勾配を小さくすることが好ましく、例えば、漸進の昇温を１８０分とする場合、初期の５０分は３００℃、中間期の１００分は１００℃、終期の３０分は３００℃などとすることができる。賦活温度での加熱は６０分、賦活温度からの降温は、一定の温度勾配で、例えば、１００分で６００℃などとすることができる。このような温度による加熱処理により、均質に微細孔を形成した活性炭を得ることができ、電気二重層キャパシタの炭素材として高静電容量の高品位の活性炭を得ることができる。
【００１８】
また、トンネル炉の搬出口に設けられるトラップ室は、不活性ガスの導入口と二酸化炭素導入口と排気口とを有し、トンネル炉から反応容器を搬出する際は、不活性ガス導入口から不活性ガスを導入してトラップ室内を不活性ガス雰囲気にした後、反応容器を搬出し反応容器を搬出後、二酸化炭素導入口から二酸化炭素を導入し、二酸化炭素により遊離金属とを反応させ、遊離金属を安全に捕集することができるため、危険な反応を回避して、安全性の高い活性炭の製造を行うことができる。
【００１９】
更に、トラップ室の下流に設けられる冷却室はガスの導入口と排気口とを有し、適宜ガス流を形成して、反応容器を冷却し、安全性の高い活性炭の製造を行うことができる。
【００２０】
以下、本発明の活性炭製造装置の一例を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１の概略側断面図に示すように、本発明の活性炭製造装置は、搬入口に設けられる雰囲気置換室１を備えたトンネル炉３と、トラップ室２と、冷却室４とを直線状に接続して設け、その内部に炭素材とアルカリ金属化合物、例えば、水酸化カリウムとを収納した反応容器５が直線状に移動できる貫通した搬送路６（搬送手段）を有するものである。
【００２２】
炭素材と金属水酸化物とを収納する反応容器５の材質としては、例えば、純ニッケルやニッケル合金、または、シリカや酸化アルミニウムの焼成物などの金属酸化物の焼成物などセラミックが、賦活温度に加熱されたアルカリ金属化合物に対して耐腐食性を有するため好ましい。この反応容器５は、収納したアルカリ金属化合物と炭素材とが流出するのを抑制できるように、蓋を有するものが好ましい。更に、この反応容器本体や蓋はその外周面に反応容器と蓋の間隙から外部へ流出した金属蒸気などを吸着する、例えば、安価な活性炭やグラスウールなどの金属捕集材を有することが、加熱炉内の腐食を抑制し、排気ガス中の金属蒸気の含有量を低減できるため、好ましい。
【００２３】
反応容器の大きさとしては、特に制限されるものではないが、内部に炭素材およびアルカリ金属化合物を収納したときの取扱いが容易な重量や、大きさを有することが好ましく、具体的には、例えば、３ｍｍ厚さの４１０ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍなどとすることができる。
【００２４】
搬送路６は上記反応容器５の搬送方向と直交方向に配置されるローラー６１の複数が並列したローラー群により構成される。反応容器５の搬送路をローラー群で構成することにより、炉の底部から導入する後述する不活性ガス流が反応容器５に充分に接触し均一な加熱が可能となる。ローラー群を構成する各ローラー６１はその回転速度が、反応容器５が収納する原料に対して所望の加熱処理が行なわれるような搬送速度で搬送されるように調整可能となっている。ローラーの材質としては、上記炭素材およびアルカリ金属化合物を収納した反応容器の重量を支持できる強度を備え、アルカリ金属化合物や遊離金属に接触した場合であっても耐久性を有するようにアルカリ金属化合物に対する耐腐食性を有するものが好ましい。具体的には、シリカや、酸化アルミニウムの焼成物、アルミナ・シリカセラミックなどのセラミックなどが好ましい。ローラーの形状としては、原料を収納した反応容器の重量により適宜選択することができ、原料を収納した反応容器の重量が例えば５〜２０ｋｇのものを２列で搬送する場合、口径３０〜５０ｍｍを挙げることができ、その配置は、例えば６０〜１００ｍｍ間隔を挙げることができる。
【００２５】
トンネル炉の反応容器の搬入口に設けられる搬入口側雰囲気置換室１には、内部を気密に保持可能なゲート１１、１２が設けられ、雰囲気置換室へ窒素ガスなどの不活性ガスを導入する不活性ガス導入口１３がその底部に、排気口１４がその天井に設けられ、トンネル炉側のゲートを閉成して容器を搬入し、雰囲気置換室内の空気を不活性ガスに置換した後、トンネル炉側のゲートを開成してトンネル炉内へ容器を搬入することにより、トンネル炉内への外気の流入を防止することができるようになっている。かかるゲートの材質としては、金属水酸化物や、遊離金属に接触するため、耐腐食性を有するものが好ましく、例えば、アルミナ・シリカなどのセラミックを挙げることができ、気密性を高めるため、ゲートを二重に設けてもよい。
【００２６】
また、雰囲気置換室１の外壁には透明窓１５を介して光センサ１６を設け、通過してトンネル炉３へ搬入される容器を検知して、炉内の容器の搬送状態を検出できるものとしてもよい。
【００２７】
直線状のトンネル炉３は、内部を気密に保持できるものであり、トンネル炉には内部空間を覆うアルミナ・シリカレンガなどの耐熱レンガの断熱壁３５が設けられ、その外周に、更にＳＳ４００などで形成される外壁３６が設けられ、内部空間のヒーターによる熱を有効に利用し、炉内の長手方向において変化する温度を高精度に調整することができるようになっている。トンネル炉長は原料の必要な加熱時間などとの関連により定められ、例えば、加熱時間として４〜６時間のとき、６〜１５ｍなどとすることができる。
【００２８】
トンネル炉内には温度調整手段が設けられ、温度調整手段を構成する上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２がその内部空間の上下に設けられ、これらのヒーターがトンネル炉内の空間に設けられることにより、放射熱を利用することができ、炉内の温度分布を均等にすることができる。上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２は別個に温度調整可能となっており、下部棒状ヒーター３２は上部棒状ヒーター３１より高温に設定してもよい。また、各上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２はそれぞれ長手方向において温度調整可能となっている。これらのヒーターの材質としては、炭化ケイ素や、更に、これにシリカや酸化アルミニウムの焼成物などのセラミックを外層に設けたものなどを用いることができる。
【００２９】
また、トンネル炉に設けられる温度調整手段には、窒素ガスなどの不活性ガスを導入する不活性ガス導入口３３がその底面の長手方向の複数の位置に設けられ、更に、搬送方向に直交するトンネル炉の概略横断面図（図２）に示すように、長手方向の複数の位置においてそれぞれ２〜６口などに分岐した複数口が設けられ、排気口３４がその天井の長手方向の複数の位置に設けられ、不活性ガスの流れがトンネル炉内の高温側から低温側へ形成されるようになっている。不活性ガス導入口３３や排気口３４は、上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２の配置や設定温度との関連において、炉内の温度が、上流から下流に向かって賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する、例えば、図３に示すような所望の温度構成となるように、トンネル炉の長手方向において、その複数が相互に等間隔でない位置に配置されることを選択することができる。更に、不活性ガス導入口３３や排気口３４は、図４のトンネル炉の概略側断面図に示すように、断熱壁３５中を屈曲して設けられ、炉内への開口と外壁に設けられる開口が長手方向において異なる位置に設けられていることが、低温の不活性ガスが炉内に直接導入されることによる温度の不均一の発生を抑制することができ、また、炉内の熱の放射による温度の不均一の発生を抑制することができ、また、異物の混入を防止することができるため、好ましい。また、トンネル炉内には、下流側から上流側への不活性ガス流（図中、矢印で示す。）を形成するため、例えば、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ａから導入された不活性ガスがそれより上流側の排気口３４の炉内への開口３４ａへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｂから排気口３４の炉内への開口３４ｂへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｃから排気口３４の炉内への開口３４ｃへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｄから排気口３４の炉内への開口３４ｄへの流れ、・・・を形成するように、開口近傍の断熱壁３５から反応容器５方向へ突出する仕切壁３６が、それぞれ開口３３ａと開口３４ａを包囲するように、開口３３ｂと開口３４ｂを包囲するように、開口３３ｃと開口３４ｃを包囲するように、開口３３ｄと開口３４ｄを包囲するように、・・・設けられる。更に、トンネル炉の天井を湾曲形状に形成し、湾曲部の中央部に排気口３４を設け、不活性ガスを滞留させず、ローラー６１上の反応容器の底面や側面に接触させ、湾曲天井の中央の排気口へ流れるようにガス流を形成することが好ましい。このような温度調整手段により炉内を、横断面方向においては均一に、長手方向においては図３に示すように賦活温度に昇温し、賦活温度から降温する温度構成を高精度に行なうことができるようになっている。
【００３０】
更に、トンネル炉の搬出口側には、上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２を設置しない不加熱領域３７が設けられることが好ましい。不加熱領域３７において、不活性ガス導入口３３から導入される不活性ガス流と相俟って反応容器の冷却効果を促進させた温度降下を得ることができる。
【００３１】
このようなトンネル炉の搬出口に設けられるトラップ室２は、ゲート２２を介してトンネル炉の搬出口に設けられ、内部を気密に保持できるようになっている。トラップ室２の底部には、二酸化炭素と不活性ガスとを切り替えて導入するガス導入口２３と、天井には、排気口４２とが設けられ、ゲート２２が開成されてトンネル炉の搬出口から反応容器がトラップ室に搬送される際、トラップ室２が不活性ガスで置換され、反応容器がトラップ室に搬送されゲート２２が閉成された後、トラップ室２内へ二酸化炭素が導入され、金属を捕集できるようになっている。ゲートの材質としては、金属水酸化物の遊離金属に接触するため、耐腐食性を有するものが好ましく、例えば、アルミナ・シリカなどのセラミックを挙げることができる。
【００３２】
また、トラップ室２の外壁には透明窓２５を介して光センサ２６を設け、トンネル炉３から搬出された容器を検知して、炉内の容器の搬送状態を検出できるものとしてもよい。
【００３３】
更に、トラップ室２の下流にはゲート２１を介して冷却室４が設けられ、冷却室４から反応容器を搬出する搬出口には内部を気密に保持できるゲート４３が設けられ、底部には冷却ガス導入口４１と、天井には排気口４２とが設けられる。
【００３４】
このような本発明の活性炭製造装置の作用を説明する。
【００３５】
ローラー群の各ローラー６１の回転速度を、原料を収納した反応容器５の搬送速度が、例えば、１０〜４０ｍｍ／分、好ましくは２０〜３０ｍｍ／分などとなるように調整した搬送路６に、原料を収納した反応容器５を、例えば、各列２個２列で合計４個を１バッチとして載置する。雰囲気置換室１のトンネル炉３側のゲート１２を閉成し、ゲート１１を開成し、雰囲気置換室１に容器を搬入する。１バッチの容器が雰囲気置換室１に搬入された後、ゲート１１を閉成し、排気口１４から排気すると共に、不活性ガス導入口１３から不活性ガス、例えば、窒素ガスを所定時間導入し、内部の空気を窒素ガスに置換する。雰囲気置換室１内が窒素に置換された後、内部を不活性ガスで置換されたトンネル炉側のゲート１２を開成し、１バッチの反応容器１をトンネル炉へ搬送する。このとき、光センサ１６により搬送された反応容器数を検出し、トンネル炉内の反応容器の数を検出する。１バッチの反応容器をトンネル炉に搬送した後、ゲート１２を閉成し、次の１バッチの反応容器の搬入に備える。
【００３６】
トンネル炉内は、不活性ガス導入口から不活性ガス、例えば窒素ガスを導入すると共に排気口から排気を行ない、内部の酸素濃度を、例えば、１００ｐｐｍ以下に保持すると共に、内部の圧力を、例えば、１０Ｐａ程度の正圧に保持する。下部棒状ヒーター３２、上部棒状ヒーター３１の加熱温度をそれぞれ所定の温度に設定する。底面に設けられる不活性ガス導入口３３の開口３３ａ、・・・から、不活性ガスを、長手方向における異なる位置において、それぞれ導入量を変化させて、例えば、１〜１０ｍ3／ｈを導入する。開口３３ａから導入した不活性ガスは開口３４ａから、開口３３ｂから導入した不活性ガスは開口３４ｂ、・・・からそれぞれ排気され、不活性ガス流が、図４に示すように、下流から上流に向かって形成され、かつ、図２に示すように、反応容器５の底面から側面を覆うように形成され、所定温度に設定された下部棒状ヒーター３２および上部棒状ヒーター３１及び冷却ゾーン３７と相俟って、トンネル炉内の温度は、横断面においては均一な温度に、長手方向においては図３に示すように、賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する所望の温度に調整される。このため、炭素材とアルカリ金属化合物を収納した反応容器５がトンネル炉の搬入口から搬入されローラー群により搬送される間に、炭素材とアルカリ金属化合物に対して、図３に示すように、賦活温度まで加熱され、賦活温度で所定時間加熱され、賦活温度から降温されて加熱処理が行なわれる。このような加熱処理により、炭素材の黒鉛層間にアルカリ金属が進入し反応することにより多孔質となり、均質な活性炭が形成される。
【００３７】
その後、ゲート２１を閉成し排気口２４から排気をすると共に、ガス導入口２３から導入した不活性ガス、例えば窒素ガスに置換したトラップ室２に反応容器を搬送し、ここで光センサ２６により搬出された反応容器数が検出され、トンネル炉内の反応容器の数を検出する。ゲート２２を閉成した後、トラップ室２に二酸化炭素を、例えば１０ｍ3／ｈ導入し、トラップ室２内を二酸化炭素で置換した状態とし、反応容器を所定時間二酸化炭素に暴露して、遊離金属を二酸化炭素と反応させ、遊離金属を捕集する。その後、搬出口に設けられるゲート４３を閉成した状態の冷却室４へ、反応容器５を搬送し、冷却ガス導入口４１から、例えば、不活性ガスまたは二酸化炭素などの冷却ガス流を導入し、排気口４２から排気して冷却ガス流を形成し、所定時間、反応容器を冷却ガスに暴露して、所定温度まで冷却する。ゲート２１を閉成し、ゲート４３を開成して反応容器を搬出する。その後、必要に応じて、反応容器を水槽に浸漬し、反応容器中の生成物である活性炭の冷却と、反応容器中に残留する遊離金属の捕集を行うことができる。
【実施例】
【００３８】
次に本発明について実施例より詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
反応容器として、４１０ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍの純ニッケル製容器を使用し、石油コークス３００ｇ、水酸化カリウム６００ｇを収納したものを、２列、２個を１組として、２７ｍｍ／分で搬送し、炉長８１００ｍｍのトンネル炉において、図３に示す温度により加熱処理を行なった。トンネル炉への窒素ガスの導入量は５０ｍ3／ｈとした。１組で得られた活性炭は９５０ｇであった。得られた活性炭の比表面積は２０００ｍ2/ｇであった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の活性炭製造装置の一例の概略側断面図を示す図である。
【図２】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉の概略横断面図を示す図である。
【図３】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉における長手方向の温度を示す図である。
【図４】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉の概略側断面図を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 雰囲気置換室
２ トラップ室
３ トンネル炉
４ 冷却室
５ 反応容器
６ 搬送路（搬送手段）
３１ 上部棒状ヒーター
３２ 下部棒状ヒーター
３３ 不活性ガス導入口
３４ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭製造装置に関し、より詳しくは、電気二重層キャパシタ電極用として極めて大きな静電容量が得られる高品位な活性炭を効率よく、しかも安全に工業的生産を行なうことができる活性炭製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面積の大きい多孔質の導体の活性炭は、吸着剤や触媒担体、電気二重層キャパシタなどに多用されている。活性炭はコークス、ヤシがらなどの炭素材を炭化し、水蒸気による高温処理あるいは塩化亜鉛などの水溶液の含浸と高温焼成して賦活して製造している。
【０００３】
近年、電気二重層キャパシタにおいて静電容量を増大するために、微細孔が効果的に形成された活性炭が求められている。電気二重層キャパシタに使用可能な活性炭の工業生産としては、コークスなどの炭素材と水酸化アルカリ金属などのアルカリ金属化合物とを高温処理して、アルカリ金属を黒鉛結晶層間に侵入させ反応させることにより、炭素材の比表面積を高くする賦活方法が挙げられる。かかる水酸化アルカリ金属を用いた炭素材の賦活においては、炭素材と水酸化アルカリ金属を加熱炉で加熱する際、アルカリ金属の蒸気や、水素ガスが発生するため、爆発の危険を伴い、製造上での安全性を図ると共に、加熱炉の腐食を抑制することに腐心がされている。このような活性炭の製造装置としては、バッチ式の反応炉を用いたもの（特許文献１）や、プッシャー式のトンネル炉を用いた焼成炉（特許文献２）や、トンネル炉を用いた高表面積活性炭の製造装置（特許文献３）などが報告されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献1、２記載の焼成炉では、安定して効率のよい工業的な製造を行えるものではなく、特許文献３記載の焼成炉では、バッチ処理でありながら量産性を備え工業的生産を可能とするものであるが、近年その需要が急増している電気二重層キャパシタの炭素材として、微細孔を多数形成し、更なる高い静電容量を有し耐久性が高く、均質な活性炭を、一定して、より安全に製造できる活性炭の製造装置の要請が高い。
【特許文献１】特開平２−９７４１４号公報
【特許文献２】特開平３−２９４７８０号公報
【特許文献３】特開平４−１４００６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、効果的な微細孔を有し、特に電気二重層キャパシタの炭素材として用いたとき高い静電容量を有し耐久性が高い電気二重層キャパシタを得ることができ、均質に賦活された活性炭を得ることができ、発生する金属蒸気を捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭を連続して製造し、工業的規模で生産することができる活性炭製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、炭素材とアルカリ金属化合物との加熱に、内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉を用いることにより、アルカリ金属を黒鉛結晶層間に侵入させ反応させることにより、微細孔を多数形成し、均質に賦活された活性炭を得ることができ、これにより、電気二重層キャパシタの炭素材として用いた場合、高い静電容量で耐久性が高い電気二重層キャパシタとすることができ、また、トンネル炉の搬出口に二酸化炭素により遊離金属を捕集するトラップ室を設けることにより、発生する金属蒸気を安全に捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭の製造を行うことができることの知見を得て、これらの知見に基づき本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたことを特徴とする活性炭製造装置に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の活性炭製造装置は、微細孔を有し高表面積で均質に賦活された活性炭を得ることができ、特に電気二重層キャパシタの炭素材として用いたとき高い静電容量を有し耐久性が高い電気二重層キャパシタを得ることができ、発生する金属蒸気を安全に捕集し、安全に、且つ効率よく高品位の活性炭を連続して製造することができ、工業的規模で生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の活性炭製造装置は、炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたものであれば、特に制限されるものではない。
【００１０】
本発明の活性炭製造装置において用いられる炭素材としては、特に制限されるものではないが、例えば、石炭コークス、石油コークス、植物の炭化物などを挙げることができる。
【００１１】
また、本発明の活性炭製造装置において用いられるアルカリ金属化合物としては、特に制限されるものではないが、具体的に、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどアルカリ金属の水酸化物を挙げることができ、これらを組み合わせて用いることもできる。これらのうち、水酸化カリウムが電気二重層キャパシタ炭素材用として好適な活性炭が得られるため好ましい。
【００１２】
上記炭素材およびアルカリ金属化合物の使用量としては、質量比で、炭素材／金属水酸化物として、１／０．５〜１／１０とすることができ、好ましくは１／１〜１／５である。 また、上記炭素材とアルカリ金属化合物の他、炭素材の賦活の原料として水などを含有させることもできる。
【００１３】
本発明の活性炭製造装置において、上記炭素材とアルカリ金属化合物を収納する反応容器としては、賦活温度に加熱された上記炭素材と金属水酸化物に対して耐久性を有するものが好ましく、原料の流出を抑制するため、蓋を有することが好ましい。反応容器の本体や蓋の外周面に金属捕集材を有することが、炉内で加熱され容器から流出したアルカリ金属化合物や金属蒸気を捕集できるため、好ましい。
【００１４】
本発明の活性炭製造装置において、上記反応容器を搬送する搬送手段としては、搬送方向に対して直交方向に複数が並列して設けられたローラー群を備え、かかるローラー群により原料を収納した反応容器を支持し、ローラーが回転することによりかかる反応容器を一定速度で搬送できるものが好ましい。並列したローラー群により構成される搬送路が、トンネル炉内の搬送路を含め高低差がない直線状となっていることが、温度調整が容易であり、効率のよい製造を行なう点で好ましい。
【００１５】
本発明の活性炭製造装置におけるトンネル炉は、上記反応容器をその内部を移動させ、反応容器に収納した炭素材とアルカリ金属化合物とを所定温度で加熱するための直線状の加熱炉であり、その内部に反応容器が通過可能な貫通した搬送路が設けられたものが好ましい。トンネル炉とすることにより、長手方向において所定の温度勾配に変化をもたせた昇温、降温を有する加熱温度を高精度に調整することが容易であり、反応容器が一方向に搬送される間に、反応容器内の原料に対して所定の変化を有する高精度に調整した所望の温度処理を行なうことができるため、好ましい。トンネル炉は、炭素材からの二酸化炭素生成を抑制し、アルカリ金属化合物、例えば、アルカリ金属水酸化物から発生する水素ガスとの爆発的反応を防止する必要から、炉内の酸素を除去して不活性ガス雰囲気とするため内部を気密に保持できるものである。トンネル炉の反応容器の搬入口には、反応容器の搬入出時にトンネル炉内への外気の流入を防止するための雰囲気置換室が設けられる。雰囲気置換室には内部を気密に保持可能なゲートが設けられ、雰囲気置換室へ容器を搬入する際はトンネル炉側のゲートを閉成し、搬入口側雰囲気置換室に容器を搬入後、雰囲気置換室へ不活性ガスを導入して雰囲気置換室内の空気を不活性ガスに置換し、その後、トンネル炉側のゲートを開成してトンネル炉内へ容器を搬入することにより、トンネル炉内への外気の流入を防止することができる。トンネル炉の搬出口においては、雰囲気置換室と同様の機能を有する後述トラップ室が設けられ、搬出口から反応容器を搬出する際、トンネル炉内の不活性ガス雰囲気に保持することができるようになっている。かかる不活性ガスとしては、窒素ガスなどを使用することができる。
【００１６】
トンネル炉には、長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段が設けられる。温度調整手段としては、内部空間の上下にそれぞれ設けられる上部棒状ヒーター、下部棒状ヒーターと、底面の長手方向の複数の位置にそれぞれ複数設けられる不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と、天井の長手方向の複数の位置に設けられる排気口とを有する。不活性ガス導入口が、下部棒状ヒーター側に設けられ、このような構成により、炉内において高温側から低温側へ向かう不活性ガス流を形成することができる。更に、下流側から上流側に向かう不活性ガス流を形成する手段を有するものが好ましい。また、温度調整手段には、トンネル炉の搬出口側に設けられる不加熱領域を有することが好ましい。不加熱領域には、不活性ガス導入口と、排気口のみを設け、ヒーターを設けないことが好ましい。
【００１７】
このような温度調整手段によりトンネル炉内を、賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温するような温度調整を行なうことが可能となる。賦活温度としては、５００〜１０００℃であり、好ましくは６００〜８００℃を挙げることができる。温度調整手段による加熱温度としては、賦活温度までの昇温は、初期と終期には温度勾配を大きく、中間においては温度勾配を小さくすることが好ましく、例えば、漸進の昇温を１８０分とする場合、初期の５０分は３００℃、中間期の１００分は１００℃、終期の３０分は３００℃などとすることができる。賦活温度での加熱は６０分、賦活温度からの降温は、一定の温度勾配で、例えば、１００分で６００℃などとすることができる。このような温度による加熱処理により、均質に微細孔を形成した活性炭を得ることができ、電気二重層キャパシタの炭素材として高静電容量の高品位の活性炭を得ることができる。
【００１８】
また、トンネル炉の搬出口に設けられるトラップ室は、不活性ガスの導入口と二酸化炭素導入口と排気口とを有し、トンネル炉から反応容器を搬出する際は、不活性ガス導入口から不活性ガスを導入してトラップ室内を不活性ガス雰囲気にした後、反応容器を搬出し反応容器を搬出後、二酸化炭素導入口から二酸化炭素を導入し、二酸化炭素により遊離金属とを反応させ、遊離金属を安全に捕集することができるため、危険な反応を回避して、安全性の高い活性炭の製造を行うことができる。
【００１９】
更に、トラップ室の下流に設けられる冷却室はガスの導入口と排気口とを有し、適宜ガス流を形成して、反応容器を冷却し、安全性の高い活性炭の製造を行うことができる。
【００２０】
以下、本発明の活性炭製造装置の一例を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１の概略側断面図に示すように、本発明の活性炭製造装置は、搬入口に設けられる雰囲気置換室１を備えたトンネル炉３と、トラップ室２と、冷却室４とを直線状に接続して設け、その内部に炭素材とアルカリ金属化合物、例えば、水酸化カリウムとを収納した反応容器５が直線状に移動できる貫通した搬送路６（搬送手段）を有するものである。
【００２２】
炭素材と金属水酸化物とを収納する反応容器５の材質としては、例えば、純ニッケルやニッケル合金、または、シリカや酸化アルミニウムの焼成物などの金属酸化物の焼成物などセラミックが、賦活温度に加熱されたアルカリ金属化合物に対して耐腐食性を有するため好ましい。この反応容器５は、収納したアルカリ金属化合物と炭素材とが流出するのを抑制できるように、蓋を有するものが好ましい。更に、この反応容器本体や蓋はその外周面に反応容器と蓋の間隙から外部へ流出した金属蒸気などを吸着する、例えば、安価な活性炭やグラスウールなどの金属捕集材を有することが、加熱炉内の腐食を抑制し、排気ガス中の金属蒸気の含有量を低減できるため、好ましい。
【００２３】
反応容器の大きさとしては、特に制限されるものではないが、内部に炭素材およびアルカリ金属化合物を収納したときの取扱いが容易な重量や、大きさを有することが好ましく、具体的には、例えば、３ｍｍ厚さの４１０ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍなどとすることができる。
【００２４】
搬送路６は上記反応容器５の搬送方向と直交方向に配置されるローラー６１の複数が並列したローラー群により構成される。反応容器５の搬送路をローラー群で構成することにより、炉の底部から導入する後述する不活性ガス流が反応容器５に充分に接触し均一な加熱が可能となる。ローラー群を構成する各ローラー６１はその回転速度が、反応容器５が収納する原料に対して所望の加熱処理が行なわれるような搬送速度で搬送されるように調整可能となっている。ローラーの材質としては、上記炭素材およびアルカリ金属化合物を収納した反応容器の重量を支持できる強度を備え、アルカリ金属化合物や遊離金属に接触した場合であっても耐久性を有するようにアルカリ金属化合物に対する耐腐食性を有するものが好ましい。具体的には、シリカや、酸化アルミニウムの焼成物、アルミナ・シリカセラミックなどのセラミックなどが好ましい。ローラーの形状としては、原料を収納した反応容器の重量により適宜選択することができ、原料を収納した反応容器の重量が例えば５〜２０ｋｇのものを２列で搬送する場合、口径３０〜５０ｍｍを挙げることができ、その配置は、例えば６０〜１００ｍｍ間隔を挙げることができる。
【００２５】
トンネル炉の反応容器の搬入口に設けられる搬入口側雰囲気置換室１には、内部を気密に保持可能なゲート１１、１２が設けられ、雰囲気置換室へ窒素ガスなどの不活性ガスを導入する不活性ガス導入口１３がその底部に、排気口１４がその天井に設けられ、トンネル炉側のゲートを閉成して容器を搬入し、雰囲気置換室内の空気を不活性ガスに置換した後、トンネル炉側のゲートを開成してトンネル炉内へ容器を搬入することにより、トンネル炉内への外気の流入を防止することができるようになっている。かかるゲートの材質としては、金属水酸化物や、遊離金属に接触するため、耐腐食性を有するものが好ましく、例えば、アルミナ・シリカなどのセラミックを挙げることができ、気密性を高めるため、ゲートを二重に設けてもよい。
【００２６】
また、雰囲気置換室１の外壁には透明窓１５を介して光センサ１６を設け、通過してトンネル炉３へ搬入される容器を検知して、炉内の容器の搬送状態を検出できるものとしてもよい。
【００２７】
直線状のトンネル炉３は、内部を気密に保持できるものであり、トンネル炉には内部空間を覆うアルミナ・シリカレンガなどの耐熱レンガの断熱壁３５が設けられ、その外周に、更にＳＳ４００などで形成される外壁３６が設けられ、内部空間のヒーターによる熱を有効に利用し、炉内の長手方向において変化する温度を高精度に調整することができるようになっている。トンネル炉長は原料の必要な加熱時間などとの関連により定められ、例えば、加熱時間として４〜６時間のとき、６〜１５ｍなどとすることができる。
【００２８】
トンネル炉内には温度調整手段が設けられ、温度調整手段を構成する上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２がその内部空間の上下に設けられ、これらのヒーターがトンネル炉内の空間に設けられることにより、放射熱を利用することができ、炉内の温度分布を均等にすることができる。上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２は別個に温度調整可能となっており、下部棒状ヒーター３２は上部棒状ヒーター３１より高温に設定してもよい。また、各上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２はそれぞれ長手方向において温度調整可能となっている。これらのヒーターの材質としては、炭化ケイ素や、更に、これにシリカや酸化アルミニウムの焼成物などのセラミックを外層に設けたものなどを用いることができる。
【００２９】
また、トンネル炉に設けられる温度調整手段には、窒素ガスなどの不活性ガスを導入する不活性ガス導入口３３がその底面の長手方向の複数の位置に設けられ、更に、搬送方向に直交するトンネル炉の概略横断面図（図２）に示すように、長手方向の複数の位置においてそれぞれ２〜６口などに分岐した複数口が設けられ、排気口３４がその天井の長手方向の複数の位置に設けられ、不活性ガスの流れがトンネル炉内の高温側から低温側へ形成されるようになっている。不活性ガス導入口３３や排気口３４は、上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２の配置や設定温度との関連において、炉内の温度が、上流から下流に向かって賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する、例えば、図３に示すような所望の温度構成となるように、トンネル炉の長手方向において、その複数が相互に等間隔でない位置に配置されることを選択することができる。更に、不活性ガス導入口３３や排気口３４は、図４のトンネル炉の概略側断面図に示すように、断熱壁３５中を屈曲して設けられ、炉内への開口と外壁に設けられる開口が長手方向において異なる位置に設けられていることが、低温の不活性ガスが炉内に直接導入されることによる温度の不均一の発生を抑制することができ、また、炉内の熱の放射による温度の不均一の発生を抑制することができ、また、異物の混入を防止することができるため、好ましい。また、トンネル炉内には、下流側から上流側への不活性ガス流（図中、矢印で示す。）を形成するため、例えば、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ａから導入された不活性ガスがそれより上流側の排気口３４の炉内への開口３４ａへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｂから排気口３４の炉内への開口３４ｂへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｃから排気口３４の炉内への開口３４ｃへ、不活性ガス導入口３３の炉内への開口３３ｄから排気口３４の炉内への開口３４ｄへの流れ、・・・を形成するように、開口近傍の断熱壁３５から反応容器５方向へ突出する仕切壁３６が、それぞれ開口３３ａと開口３４ａを包囲するように、開口３３ｂと開口３４ｂを包囲するように、開口３３ｃと開口３４ｃを包囲するように、開口３３ｄと開口３４ｄを包囲するように、・・・設けられる。更に、トンネル炉の天井を湾曲形状に形成し、湾曲部の中央部に排気口３４を設け、不活性ガスを滞留させず、ローラー６１上の反応容器の底面や側面に接触させ、湾曲天井の中央の排気口へ流れるようにガス流を形成することが好ましい。このような温度調整手段により炉内を、横断面方向においては均一に、長手方向においては図３に示すように賦活温度に昇温し、賦活温度から降温する温度構成を高精度に行なうことができるようになっている。
【００３０】
更に、トンネル炉の搬出口側には、上部棒状ヒーター３１、下部棒状ヒーター３２を設置しない不加熱領域３７が設けられることが好ましい。不加熱領域３７において、不活性ガス導入口３３から導入される不活性ガス流と相俟って反応容器の冷却効果を促進させた温度降下を得ることができる。
【００３１】
このようなトンネル炉の搬出口に設けられるトラップ室２は、ゲート２２を介してトンネル炉の搬出口に設けられ、内部を気密に保持できるようになっている。トラップ室２の底部には、二酸化炭素と不活性ガスとを切り替えて導入するガス導入口２３と、天井には、排気口４２とが設けられ、ゲート２２が開成されてトンネル炉の搬出口から反応容器がトラップ室に搬送される際、トラップ室２が不活性ガスで置換され、反応容器がトラップ室に搬送されゲート２２が閉成された後、トラップ室２内へ二酸化炭素が導入され、金属を捕集できるようになっている。ゲートの材質としては、金属水酸化物の遊離金属に接触するため、耐腐食性を有するものが好ましく、例えば、アルミナ・シリカなどのセラミックを挙げることができる。
【００３２】
また、トラップ室２の外壁には透明窓２５を介して光センサ２６を設け、トンネル炉３から搬出された容器を検知して、炉内の容器の搬送状態を検出できるものとしてもよい。
【００３３】
更に、トラップ室２の下流にはゲート２１を介して冷却室４が設けられ、冷却室４から反応容器を搬出する搬出口には内部を気密に保持できるゲート４３が設けられ、底部には冷却ガス導入口４１と、天井には排気口４２とが設けられる。
【００３４】
このような本発明の活性炭製造装置の作用を説明する。
【００３５】
ローラー群の各ローラー６１の回転速度を、原料を収納した反応容器５の搬送速度が、例えば、１０〜４０ｍｍ／分、好ましくは２０〜３０ｍｍ／分などとなるように調整した搬送路６に、原料を収納した反応容器５を、例えば、各列２個２列で合計４個を１バッチとして載置する。雰囲気置換室１のトンネル炉３側のゲート１２を閉成し、ゲート１１を開成し、雰囲気置換室１に容器を搬入する。１バッチの容器が雰囲気置換室１に搬入された後、ゲート１１を閉成し、排気口１４から排気すると共に、不活性ガス導入口１３から不活性ガス、例えば、窒素ガスを所定時間導入し、内部の空気を窒素ガスに置換する。雰囲気置換室１内が窒素に置換された後、内部を不活性ガスで置換されたトンネル炉側のゲート１２を開成し、１バッチの反応容器１をトンネル炉へ搬送する。このとき、光センサ１６により搬送された反応容器数を検出し、トンネル炉内の反応容器の数を検出する。１バッチの反応容器をトンネル炉に搬送した後、ゲート１２を閉成し、次の１バッチの反応容器の搬入に備える。
【００３６】
トンネル炉内は、不活性ガス導入口から不活性ガス、例えば窒素ガスを導入すると共に排気口から排気を行ない、内部の酸素濃度を、例えば、１００ｐｐｍ以下に保持すると共に、内部の圧力を、例えば、１０Ｐａ程度の正圧に保持する。下部棒状ヒーター３２、上部棒状ヒーター３１の加熱温度をそれぞれ所定の温度に設定する。底面に設けられる不活性ガス導入口３３の開口３３ａ、・・・から、不活性ガスを、長手方向における異なる位置において、それぞれ導入量を変化させて、例えば、１〜１０ｍ3／ｈを導入する。開口３３ａから導入した不活性ガスは開口３４ａから、開口３３ｂから導入した不活性ガスは開口３４ｂ、・・・からそれぞれ排気され、不活性ガス流が、図４に示すように、下流から上流に向かって形成され、かつ、図２に示すように、反応容器５の底面から側面を覆うように形成され、所定温度に設定された下部棒状ヒーター３２および上部棒状ヒーター３１及び冷却ゾーン３７と相俟って、トンネル炉内の温度は、横断面においては均一な温度に、長手方向においては図３に示すように、賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する所望の温度に調整される。このため、炭素材とアルカリ金属化合物を収納した反応容器５がトンネル炉の搬入口から搬入されローラー群により搬送される間に、炭素材とアルカリ金属化合物に対して、図３に示すように、賦活温度まで加熱され、賦活温度で所定時間加熱され、賦活温度から降温されて加熱処理が行なわれる。このような加熱処理により、炭素材の黒鉛層間にアルカリ金属が進入し反応することにより多孔質となり、均質な活性炭が形成される。
【００３７】
その後、ゲート２１を閉成し排気口２４から排気をすると共に、ガス導入口２３から導入した不活性ガス、例えば窒素ガスに置換したトラップ室２に反応容器を搬送し、ここで光センサ２６により搬出された反応容器数が検出され、トンネル炉内の反応容器の数を検出する。ゲート２２を閉成した後、トラップ室２に二酸化炭素を、例えば１０ｍ3／ｈ導入し、トラップ室２内を二酸化炭素で置換した状態とし、反応容器を所定時間二酸化炭素に暴露して、遊離金属を二酸化炭素と反応させ、遊離金属を捕集する。その後、搬出口に設けられるゲート４３を閉成した状態の冷却室４へ、反応容器５を搬送し、冷却ガス導入口４１から、例えば、不活性ガスまたは二酸化炭素などの冷却ガス流を導入し、排気口４２から排気して冷却ガス流を形成し、所定時間、反応容器を冷却ガスに暴露して、所定温度まで冷却する。ゲート２１を閉成し、ゲート４３を開成して反応容器を搬出する。その後、必要に応じて、反応容器を水槽に浸漬し、反応容器中の生成物である活性炭の冷却と、反応容器中に残留する遊離金属の捕集を行うことができる。
【実施例】
【００３８】
次に本発明について実施例より詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
反応容器として、４１０ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍの純ニッケル製容器を使用し、石油コークス３００ｇ、水酸化カリウム６００ｇを収納したものを、２列、２個を１組として、２７ｍｍ／分で搬送し、炉長８１００ｍｍのトンネル炉において、図３に示す温度により加熱処理を行なった。トンネル炉への窒素ガスの導入量は５０ｍ3／ｈとした。１組で得られた活性炭は９５０ｇであった。得られた活性炭の比表面積は２０００ｍ2/ｇであった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の活性炭製造装置の一例の概略側断面図を示す図である。
【図２】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉の概略横断面図を示す図である。
【図３】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉における長手方向の温度を示す図である。
【図４】本発明の活性炭製造装置の一例のトンネル炉の概略側断面図を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 雰囲気置換室
２ トラップ室
３ トンネル炉
４ 冷却室
５ 反応容器
６ 搬送路（搬送手段）
３１ 上部棒状ヒーター
３２ 下部棒状ヒーター
３３ 不活性ガス導入口
３４ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項２】
トンネル炉内に設けられる温度調整手段が、内部空間の上下にそれぞれ設けられる上部棒状ヒーター、下部棒状ヒーターと、底面の長手方向の複数の位置にそれぞれ複数設けられる不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と、天井の長手方向の複数の位置に設けられる排気口とを有し、不活性ガス導入口が、下部棒状ヒーター側に設けられ、下流側から上流側に向かうガス流を形成する手段であることを特徴とする請求項１記載の活性炭製造装置。
【請求項３】
炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段が、搬送方向と直交方向に複数が並列して設けられるローラー群を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の活性炭製造装置。
【請求項４】
炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器が、外周面に金属捕集材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項５】
アルカリ金属化合物が水酸化カリウムであり、トンネル炉に導入する不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項６】
炭素材が石油コークスであることを特徴とする請求項1〜５のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項７】
活性炭が、電気二重層キャパシタ用であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項１】
炭素材とアルカリ金属化合物とを加熱して活性炭を生成する活性炭製造装置において、炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段と、搬入口に雰囲気置換室を備えた内部を不活性ガス雰囲気に保持し長手方向において賦活温度まで昇温し、賦活温度から降温する温度調整手段を有するトンネル炉と、該トンネル炉の搬出口に設けられる二酸化炭素により金属を捕集するトラップ室と、該トラップ室の下流に設けられる冷却室とを備えたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項２】
トンネル炉内に設けられる温度調整手段が、内部空間の上下にそれぞれ設けられる上部棒状ヒーター、下部棒状ヒーターと、底面の長手方向の複数の位置にそれぞれ複数設けられる不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と、天井の長手方向の複数の位置に設けられる排気口とを有し、不活性ガス導入口が、下部棒状ヒーター側に設けられ、下流側から上流側に向かうガス流を形成する手段であることを特徴とする請求項１記載の活性炭製造装置。
【請求項３】
炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器を搬送する搬送手段が、搬送方向と直交方向に複数が並列して設けられるローラー群を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の活性炭製造装置。
【請求項４】
炭素材とアルカリ金属化合物とを収納した反応容器が、外周面に金属捕集材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項５】
アルカリ金属化合物が水酸化カリウムであり、トンネル炉に導入する不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項６】
炭素材が石油コークスであることを特徴とする請求項1〜５のいずれか記載の活性炭製造装置。
【請求項７】
活性炭が、電気二重層キャパシタ用であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の活性炭製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１５８７０（Ｐ２００７−１５８７０Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９６１２２（Ｐ２００５−１９６１２２）
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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