高い触媒活性を有する活性炭を製造する方法
炭素質材料を窒素化合物に接触させる、高い触媒活性を有する活性炭の製造方法であって、炭素質材料を、多段流動層中、８００℃を超える温度で蒸気、窒素及び二酸化炭素の混合物と共に、それ自体公知の方法で部分的にガス化し、炉及び／又は多段流動層の少なくとも１段階で、窒素化合物を供給することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の、高い触媒活性を有する活性炭の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、窒素化合物を用いて処理することにより、活性炭の触媒活性を増加できることが知られている。そこには、二つの基本的な方法が開示されている。
【０００３】
第１の方法は、窒素を含む化合物を用いた活性炭の処理を含む。
【０００４】
第２の方法は、炭素質材料を、炭素質材料が炭化又は活性化される前に、窒素化合物と接触させることからなる。
【０００５】
これらの方法の欠点は、窒素化合物中に含まれる窒素の供給量の比較的少ない部分だけを炭素骨格中に挿入して、触媒活性を高める。いかなる場合でも、高い触媒活性を有する活性炭の製造には、付加的な処理工程が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ１２００３４２Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、付加的な処理工程が不必要な、高い触媒活性を有する活性炭の製造のための簡単で経済的な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、炭素質材料（つまり、炭素を含む材料）を、蒸気（すなわち水蒸気）、窒素及び二酸化炭素の混合物を用い、８００℃を超える温度にて、それ自体公知の方法で、多段流動層で部分的にガス化し、炉（すなわち燃焼室）及び／又は多段流動層の少なくとも１段に、窒素化合物（すなわち窒素を含む化合物）を供給することにより解決される。
【０００９】
さらなる発展は、従属項の特徴により特徴付けられる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、窒素を含む化合物を、多段流動層における活性炭の従来の製造工程中に送り込むという基本的考えに基づいている。多段流動層は、少なくとも２つから最大で８つの流動層段階を有する流動層と理解されるべきである。
【００１１】
驚くべきことに、実験は、このようにして製造された活性炭の活性が、炉中又は各流動層段階で窒素化合物を添加することによって特定的にコントロールできること、及び活性炭を簡単な方法で製造できることを示した。
【００１２】
炭素を含有する全ての既知の物質、例えば、ココナツの殻、石炭、亜炭コークス、泥炭コークス又はポリマー等は、活性炭の製造に適している。
【００１３】
窒素化合物としては、尿素が主に用いられる。ヘキサメチレンテトラミン、ポリアクリロニトリル又はメラミンを使用することも可能である。
【００１４】
好ましい実施形態では、窒素化合物として尿素水溶液を多段流動層に加える。尿素溶液の濃度は４５％である。炭素質材料１００ｋｇに対して、２〜１０ｋｇの量の尿素を用いる。炭素質材料１００ｋｇに対して、５〜６ｋｇの量の尿素が理想的であることが証明されている。
【００１５】
製造された活性炭の触媒活性は、一酸化窒素の変換率を測定することによって決定できる。一酸化窒素の変換率の観点から高い触媒活性を有する活性炭は、二酸化硫黄の酸化、クロロアミン類の除去、過酸化物の分解、硫化水素の酸化及び多数の他の化学反応においても高い触媒活性を有することが知られている。
【００１６】
一酸化窒素変換率の測定
一酸化窒素の変換率は、温度１２０℃で、モデル燃焼排ガス（一酸化窒素４００ｐｐｍ、アンモニア４００ｐｐｍ、酸素２２体積％及び水１７体積％、残部は窒素）を用いて測定する。
【００１７】
乾燥させた活性炭１．０６リットルを反応器に充填し、モデル燃焼排ガスを反応温度１２０℃で通過させる。接触時間は１０秒とする。一酸化窒素の通過後の濃度（NO penetration concentration）を、測定の間記録し、一酸化窒素の初期濃度に対する変換率を、２０時間後の純ガス中の一酸化窒素濃度から算出する。
【００１８】
実施例に基づいて、下記に本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
実施例１（比較例）
８段階流動層反応器中で活性炭の製造を行う。炉の温度は８００〜９４０℃である。天然ガスを燃焼させて流動ガスを生成させる。さらに、３００ｋｇ／時間で蒸気を供給する。
【００２０】
６００ｋｇ／時間で炭素質材料を８段階流動層反応器に加える。最終生成物の排出は４００ｋｇ／時間である。尿素溶液は添加しない。製造された活性炭の活性は、一酸化窒素の変換率を測定することによって決定する。製造された活性炭の窒素含有量は０．４重量％である。上記の試験による触媒活性は、一酸化窒素変換率４５％である。
【００２１】
実施例２
４５％の尿素溶液を、５０リットル／時間で８段階流動層反応器の炉に供給する。活性炭製造のその他の条件は変更しない。炭素含有物質に対する尿素の割合は、尿素４．２ｋｇ／炭素含有物質１００ｋｇである。
【００２２】
このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．０重量％である。一酸化窒素試験で測定された、一酸化窒素変換率は８７％であった。
【００２３】
実施例３
４５％の尿素溶液５０リットルを８段階流動層反応器の炉に添加するのに加え、尿素溶液１０リットルを３段目の流動層に添加する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．２６重量％である。一酸化窒素変換率は８９％であった。炭素含有物質１００ｋｇ当たりの尿素の割合は５．０ｋｇである。
【００２４】
実施例４
８段階流動層反応器の炉に尿素溶液を５０リットル／時間で添加するのに加え、３段目の流動層に尿素溶液を３０リットル／時間で供給する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は、１．４１重量％である。この試験装置における一酸化窒素変換率は９１％である。炭素質材料１００ｋｇ当たりの窒素の割合は５．９ｋｇである。
【００２５】
実施例５
８段階流動層反応器の炉に６０リットル／時間で尿素溶液を添加するのに加え、２段目の流動層に２０リットルの尿素溶液を供給し、さらに３段目の流動層に２０リットルの尿素を供給する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．５重量％である。一酸化窒素変換率は９２％である。炭素質材料に対する尿素の割合は、炭素質材料１００ｋｇに対して尿素８．３ｋｇである。
【００２６】
実施例は、炉又は多段流動層の各流動層段階で窒素化合物を供給することによる活性炭の製造方法は、一酸化窒素変換率の観点で高い触媒活性を有する活性炭を製造するために簡単に修正できることを証明している。
【００２７】
実施例では、窒素化合物として尿素を選択した。尿素濃度は、炭素質材料１００ｋｇに対して４．２〜８．３ｋｇの間で変動させた。この試験は、技術的及び経済的観点から、尿素を含有する化合物１００ｋｇ当たり５〜６ｋｇの量の尿素が理想的な量であることを強調している。炭素質材料１００ｋｇ当たりの尿素量を５．９〜８．３ｋｇにさらに増加させても、触媒活性は僅かに改善されるだけである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の、高い触媒活性を有する活性炭の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、窒素化合物を用いて処理することにより、活性炭の触媒活性を増加できることが知られている。そこには、二つの基本的な方法が開示されている。
【０００３】
第１の方法は、窒素を含む化合物を用いた活性炭の処理を含む。
【０００４】
第２の方法は、炭素質材料を、炭素質材料が炭化又は活性化される前に、窒素化合物と接触させることからなる。
【０００５】
これらの方法の欠点は、窒素化合物中に含まれる窒素の供給量の比較的少ない部分だけを炭素骨格中に挿入して、触媒活性を高める。いかなる場合でも、高い触媒活性を有する活性炭の製造には、付加的な処理工程が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ１２００３４２Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、付加的な処理工程が不必要な、高い触媒活性を有する活性炭の製造のための簡単で経済的な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、炭素質材料（つまり、炭素を含む材料）を、蒸気（すなわち水蒸気）、窒素及び二酸化炭素の混合物を用い、８００℃を超える温度にて、それ自体公知の方法で、多段流動層で部分的にガス化し、炉（すなわち燃焼室）及び／又は多段流動層の少なくとも１段に、窒素化合物（すなわち窒素を含む化合物）を供給することにより解決される。
【０００９】
さらなる発展は、従属項の特徴により特徴付けられる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、窒素を含む化合物を、多段流動層における活性炭の従来の製造工程中に送り込むという基本的考えに基づいている。多段流動層は、少なくとも２つから最大で８つの流動層段階を有する流動層と理解されるべきである。
【００１１】
驚くべきことに、実験は、このようにして製造された活性炭の活性が、炉中又は各流動層段階で窒素化合物を添加することによって特定的にコントロールできること、及び活性炭を簡単な方法で製造できることを示した。
【００１２】
炭素を含有する全ての既知の物質、例えば、ココナツの殻、石炭、亜炭コークス、泥炭コークス又はポリマー等は、活性炭の製造に適している。
【００１３】
窒素化合物としては、尿素が主に用いられる。ヘキサメチレンテトラミン、ポリアクリロニトリル又はメラミンを使用することも可能である。
【００１４】
好ましい実施形態では、窒素化合物として尿素水溶液を多段流動層に加える。尿素溶液の濃度は４５％である。炭素質材料１００ｋｇに対して、２〜１０ｋｇの量の尿素を用いる。炭素質材料１００ｋｇに対して、５〜６ｋｇの量の尿素が理想的であることが証明されている。
【００１５】
製造された活性炭の触媒活性は、一酸化窒素の変換率を測定することによって決定できる。一酸化窒素の変換率の観点から高い触媒活性を有する活性炭は、二酸化硫黄の酸化、クロロアミン類の除去、過酸化物の分解、硫化水素の酸化及び多数の他の化学反応においても高い触媒活性を有することが知られている。
【００１６】
一酸化窒素変換率の測定
一酸化窒素の変換率は、温度１２０℃で、モデル燃焼排ガス（一酸化窒素４００ｐｐｍ、アンモニア４００ｐｐｍ、酸素２２体積％及び水１７体積％、残部は窒素）を用いて測定する。
【００１７】
乾燥させた活性炭１．０６リットルを反応器に充填し、モデル燃焼排ガスを反応温度１２０℃で通過させる。接触時間は１０秒とする。一酸化窒素の通過後の濃度（NO penetration concentration）を、測定の間記録し、一酸化窒素の初期濃度に対する変換率を、２０時間後の純ガス中の一酸化窒素濃度から算出する。
【００１８】
実施例に基づいて、下記に本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
実施例１（比較例）
８段階流動層反応器中で活性炭の製造を行う。炉の温度は８００〜９４０℃である。天然ガスを燃焼させて流動ガスを生成させる。さらに、３００ｋｇ／時間で蒸気を供給する。
【００２０】
６００ｋｇ／時間で炭素質材料を８段階流動層反応器に加える。最終生成物の排出は４００ｋｇ／時間である。尿素溶液は添加しない。製造された活性炭の活性は、一酸化窒素の変換率を測定することによって決定する。製造された活性炭の窒素含有量は０．４重量％である。上記の試験による触媒活性は、一酸化窒素変換率４５％である。
【００２１】
実施例２
４５％の尿素溶液を、５０リットル／時間で８段階流動層反応器の炉に供給する。活性炭製造のその他の条件は変更しない。炭素含有物質に対する尿素の割合は、尿素４．２ｋｇ／炭素含有物質１００ｋｇである。
【００２２】
このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．０重量％である。一酸化窒素試験で測定された、一酸化窒素変換率は８７％であった。
【００２３】
実施例３
４５％の尿素溶液５０リットルを８段階流動層反応器の炉に添加するのに加え、尿素溶液１０リットルを３段目の流動層に添加する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．２６重量％である。一酸化窒素変換率は８９％であった。炭素含有物質１００ｋｇ当たりの尿素の割合は５．０ｋｇである。
【００２４】
実施例４
８段階流動層反応器の炉に尿素溶液を５０リットル／時間で添加するのに加え、３段目の流動層に尿素溶液を３０リットル／時間で供給する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は、１．４１重量％である。この試験装置における一酸化窒素変換率は９１％である。炭素質材料１００ｋｇ当たりの窒素の割合は５．９ｋｇである。
【００２５】
実施例５
８段階流動層反応器の炉に６０リットル／時間で尿素溶液を添加するのに加え、２段目の流動層に２０リットルの尿素溶液を供給し、さらに３段目の流動層に２０リットルの尿素を供給する。このようにして製造された活性炭の窒素含有量は１．５重量％である。一酸化窒素変換率は９２％である。炭素質材料に対する尿素の割合は、炭素質材料１００ｋｇに対して尿素８．３ｋｇである。
【００２６】
実施例は、炉又は多段流動層の各流動層段階で窒素化合物を供給することによる活性炭の製造方法は、一酸化窒素変換率の観点で高い触媒活性を有する活性炭を製造するために簡単に修正できることを証明している。
【００２７】
実施例では、窒素化合物として尿素を選択した。尿素濃度は、炭素質材料１００ｋｇに対して４．２〜８．３ｋｇの間で変動させた。この試験は、技術的及び経済的観点から、尿素を含有する化合物１００ｋｇ当たり５〜６ｋｇの量の尿素が理想的な量であることを強調している。炭素質材料１００ｋｇ当たりの尿素量を５．９〜８．３ｋｇにさらに増加させても、触媒活性は僅かに改善されるだけである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質材料を窒素化合物に接触させる、高い触媒活性を有する活性炭の製造方法であって、炭素質材料を、多段流動層中、８００℃を超える温度で蒸気、窒素及び二酸化炭素の混合物と共に、それ自体公知の方法で部分的にガス化すること、及び、炉及び／又は多段流動層の少なくとも１段階で、窒素化合物を供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記炭素質材料が、ココナツの殻、石炭、亜炭コークス、泥炭コークス及びポリマーからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窒素化合物が、尿素水溶液の形態で添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記尿素が、炭素質材料１００ｋｇに対して２〜１０ｋｇ、好ましくは炭素質材料１００ｋｇに対して５〜６ｋｇの量で供給されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１】
炭素質材料を窒素化合物に接触させる、高い触媒活性を有する活性炭の製造方法であって、炭素質材料を、多段流動層中、８００℃を超える温度で蒸気、窒素及び二酸化炭素の混合物と共に、それ自体公知の方法で部分的にガス化すること、及び、炉及び／又は多段流動層の少なくとも１段階で、窒素化合物を供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記炭素質材料が、ココナツの殻、石炭、亜炭コークス、泥炭コークス及びポリマーからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窒素化合物が、尿素水溶液の形態で添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記尿素が、炭素質材料１００ｋｇに対して２〜１０ｋｇ、好ましくは炭素質材料１００ｋｇに対して５〜６ｋｇの量で供給されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【公表番号】特表２０１０−５０５６０６（Ｐ２０１０−５０５６０６Ａ）
【公表日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３０７７１（Ｐ２００９−５３０７７１）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００７９６０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４０４３８
【国際公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（５０９０８９７９７）カルボテック アーツェー ゲーエムベーハー (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００７９６０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４０４３８
【国際公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（５０９０８９７９７）カルボテック アーツェー ゲーエムベーハー (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]