JP2004149961A

JP2004149961A - Method and apparatus for collecting vapor-grown carbon fiber

Info

Publication number: JP2004149961A
Application number: JP2002316647A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osaki; 孝大崎; Fumio Kawamura; 文夫河村; Masanori Niiyama; 正徳新山
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for collecting vapor-grown carbon fibers and an apparatus therefor enabling the vapor-grown carbon fibers to be efficiently and continuously mass-produced over a long period of time. <P>SOLUTION: The method comprises feeding a filter material in an inert gas atmosphere with the vapor-grown carbon fibers and removing the carbon fibers stuck to the surface of the filter material off the surface and collecting them. In this method, the carbon fibers are continuously produced using a relevant production system including a vertical reaction unit where the vapor-grown carbon fibers are formed in a suspended state in the vapor phase in a reaction tube and a gas containing the resulting carbon fibers and a guiding gas surrounding the former gas are discharged out of the reaction tube and a discharge unit functioning to discharge the carbon fibers from the reaction tube with the help of a driving source gas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気相成長炭素繊維取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置に関し、さらに詳しくは、気相成長炭素繊維、特にカーボンナノファイバー乃至カーボンナノチューブを連続製造する連続製造装置から気相成長炭素繊維を安全にかつ効率よく取り出す気相成長炭素繊維取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細気相成長炭素繊維の製造装置として、「炉芯管内に炭素源ガスと触媒金属源ガスとを供給することができるように炉芯管の一端に配置された、原料供給手段のノズルを備えた反応手段と、前記ノズルの先端開口部に開口部が近接して臨むように炉芯管内に配置された排出管を備えた排出手段と、前記炉心管の他端から前記排出管の開口部へ流通し、次いで前記排出管内に流通する案内ガスを供給する案内ガス供給手段とを備えて成ることを特徴とする微細気相成長炭素繊維製造装置」及びその微細気相成長炭素繊維製造装置を使用する微細気相成長炭素繊維の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００１−１１５３４２号公報
また、「縦型炉心管の上部から供給された触媒金属源及び炭素源ガスを熱分解することにより炭素繊維質物を生成させる反応領域を有する縦型反応手段と、前記反応領域で生成した炭素繊維質物を開口部から取り込んで縦型反応手段外に排出する排出管を有する排出手段と、前記縦型炉心管の下部から前記排出管の開口部へと流通し、前記炭素繊維質物と共に前記排出管内に流通する案内ガスを供給する案内ガス供給手段とを備えて成ることを特徴とする炭素繊維質物製造装置」及びその炭素繊維質物製造装置を使用した炭素繊維質物製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献２】
特開２００１−７３２３１号公報
上記装置及び方法においては、生成した微細気相成長炭素繊維又は炭素繊維質物の取り出し装置及び取り出し方法が問題になっていた。特開２００１−１１５３４２号公報及び特開２００１−７３２３１号公報によると、微細気相成長炭素繊維を収集する「収集装置は、前記排気装置がエジェクターであるときには、そのエジェクターよりも下流側に設けられていてもよく、前記排気装置がファン等であるときには、この排気装置の上流側に収集装置を設けるのが、ファン等の保守の面から好ましい。この収集装置としては、微細な微細気相成長炭素繊維を収集することのできる装置であれば種々の公知の機械・器具・装置等を採用することができ、例えば、電気集塵機、バグフィルター、及びサイクロン等のドライタイプの収集装置、並びに水もしくは有機液体を噴霧するウェットタイプの収集装を参照）。」と記載されているだけで、具体的な収集手段が開示されていない。
【０００３】
従来の製造方法又は製造装置においては、反応管から流出する前記気流は高温になっているので収集手段を形成する各部材もまた高温になり、したがって、気相成長炭素繊維の製造装置の運転を止めて直ちに清掃作業をする場合には火傷の虞があり、また安全な清掃作業をするとすれば、濾過部材が十分に冷えるまでかなりの時間放冷しなければならなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の問題を解消し、気相成長炭素繊維を安全にかつ大量に製造することができ、効率的な気相成長炭素繊維の連続製造を実現すると共に、長期間に亘る装置の連続運転を達成することのできる、気相成長炭素繊維取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置を提供することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、気相成長炭素繊維の連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維を製造装置系外に取り出す方法と装置とに着目して鋭意検討を重ねた結果、この発明を完成するに到った。
【０００６】
すなわち、この発明における前記課題を解決するための手段は、
（１）反応管内の気相中で浮遊状態のまま気相成長炭素繊維を生成させ、生成した気相成長炭素繊維を含むガスと前記ガスを囲繞する案内ガスとを反応管外に排出する縦型反応手段と、前記反応管内から縦型反応手段により形成された気相成長炭素繊維を駆動源ガスによって導出する排出手段とを備えた気相成長炭素繊維の連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維を不活性ガス雰囲気下に濾材に供給し、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集することを特徴とする気相成長炭素繊維取出方法であり、
（２）前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させることが、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に気体又は液体を噴射することにより達成される前記（１）に記載の気相成長炭素繊維取出方法であり、
（３）前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させることが、濾材面に気相成長炭素繊維が付着する濾材を、気相成長炭素繊維が濾材面に付着する位置から、不活性雰囲気下にある他の部所へと移動させ、該他の部所にて、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に気体又は液体を噴射することにより、濾材面から離脱させ、気相成長炭素繊維が離脱した濾材面を有する前記濾材を元の位置にもどすことからなる前記（１）に記載の気相成長炭素繊維取出方法であり、
（４）前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集することが、濾材面から離脱させた気相成長炭素繊維を無端搬送機上に移動させ、無端搬送機により気相成長炭素繊維を捕集部位に移送することにより達成される前記（１）に記載の気相成長炭素繊維取出方法であり、
（５）前記無端搬送機が、仕切板を備えてなる前記（４）に記載の気相成長炭素繊維取出方法であり、
（６）前記気相成長炭素繊維を、酸素濃度５％以下とした雰囲気を有する取り出し容器内に取り出す前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の気相成長炭素繊維取出方法であり、
（７）反応管内の気相中で浮遊状態のまま気相成長炭素繊維を生成させ、生成した気相成長炭素繊維を含むガスと前記ガスを囲繞する案内ガスとを反応管外に排出する縦型反応手段と、前記反応管内から縦型反応手段にて形成された気相成長炭素繊維を駆動源ガスによって導出する排出手段とを備えて成る気相成長炭素繊維の連続製造装置に設けられたところの、導出された気相成長炭素繊維を不活性雰囲気下に濾材に供給し、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集する捕集手段を有することを特徴とする気相成長炭素繊維取出装置であり、
（８）前記捕集手段は、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接して掻き落とす掻き落とし機、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に流体を噴射して気相成長炭素繊維を離脱させる流体する流体噴射手段を備えて成る前記（７）に記載の気相成長炭素繊維取出装置であり、
（９）前記捕集手段は、濾材面に気相成長炭素繊維が付着する濾材を、気相成長炭素繊維が濾材面に付着する位置から、不活性雰囲気下にある他の部所へと移動させ、該他の部所にて、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に流体を噴射することにより、濾材面から離脱させ、気相成長炭素繊維が離脱した濾材面を有する前記濾材を元の位置にもどすように形成されて成る前記（８）に記載の気相成長炭素繊維取出装置であり、
（１０）前記捕集手段が、濾材面から離脱させた気相成長炭素繊維を受けて、捕集部位に移送する無端搬送機を有して成る前記（８）に記載の気相成長炭素繊維取出装置であり、
（１１）前記無端搬送機が、仕切板を備えてなる前記（１０）に記載の気相成長炭素繊維取出装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（気相成長炭素繊維の連続製造装置）
まず、気相成長炭素繊維の連続製造装置について概説する。この連続製造装置は、反応管（縦に配置されるので、以下において、この反応管を縦型反応管又は炉芯管と称することがある。）内で気相中で気相成長炭素繊維を浮遊状態で生成させ、生成した気相成長炭素繊維を含むガスと前記ガスを囲繞する案内ガスとを反応管外に排出する縦型反応手段と、前記反応管内から縦型反応手段により形成された気相成長炭素繊維を駆動源ガスによって導出する排出手段とを備える。
【０００８】
このような気相成長炭素繊維の連続製造装置は、縦型反応管の上部から供給された触媒金属源と炭素源ガスとを縦型反応管における反応領域で分解、反応させて形成される気相成長炭素繊維、生成した金属触媒及び未反応の炭素源などを含む反応ガスを、この気相成長炭素繊維が反応領域の管内壁に付着する前に、排出管の開口部内へ、案内ガス流通手段により供給される案内ガスと共に案内し、駆動源ガスにより反応系外部へ強制的に導出する。
【０００９】
このような作用を有する気相成長炭素繊維の連続製造装置の一例を図１に示す。なお、図１に示す気相成長炭素繊維の連続製造装置は一例であって、図１に示す装置に限定されるものではない。
【００１０】
図１において、１は気相成長炭素繊維の連続製造装置、２は原料（例えば、フェロセンとチオフェンとを溶解したトルエン）を収容する原料タンク、３は原料を流量調整しながら供給するポンプ、４は原料予熱器、５は原料加熱気化器、６はキャリアガス（例えば、水素）供給ライン、７は気化した原料（例えば、フェロセンとチオフェンとトルエンとの混合物）と共に流通させるキャリアガスを流量調整しながら供給する流量計、８は原料ガス供給ノズルの周囲に配置された整流器内部を経由して反応管に流通するキャリアガスを流量調整しながら供給する流量計、９は反応管内壁に沿って流されるキャリアガスの流量を調整する流量計、１０は加熱された混合物のガス（原料ガス）を所定温度に維持するヒートチューブ、１１は反応管上部から内部に混合ガスを導入する原料ガス供給ノズル、１２は反応管（縦型炉心管）、１３は反応管を加熱する電気炉、１４はキャリアガスの整流器、１５は整流器を内包する内筒、１６は排出管、１７は排出管案内ガス供給室、１８は不活性ガス供給ライン、１９は案内ガス用不活性ガス流量計、２０は排出ガス室、２１は繊維捕集槽、２２は濾材、２３はサイクロン、２４は排出ガスを循環させるファン、２５は排出ガスの一部を排出する排出弁、２６は追加不活性ガス流量計、２７は戻し配管である。
【００１１】
以下、図１に基づいて、この気相成長炭素繊維の連続製造装置の好適な態様について説明する。
【００１２】
−縦型反応手段−
図１に示されるように、気相成長炭素繊維の連続製造装置１における縦型反応手段Ａは、好適には、軸線に直交する方向における内部断面形状が軸線方向に沿って同じに形成されてなる、例えば、円筒状又は角筒状の反応管１２（縦型炉芯管とも称され、また、前記したように縦型反応管とも称される。）を有する。
【００１３】
ここで、触媒金属源は、触媒となる金属を発生させる物質もしくは化合物又は触媒となる金属そのものであれば特に制限がない。使用可能な触媒金属源としては、特開昭６０−５４９９８号公報に記載の有機遷移金属化合物、特開平９−３２４３２５号公報に記載された有機遷移金属化合物、特開平９−７８３６０号公報に記載された有機遷移金属化合物などを挙げることができる。また、金属そのものとしては、特開昭５８−１８０６１５号公報、昭６２−５００９４３号公表特許公報、特許第３００７９８３号特許公報等に記載された金属を挙げることができる。
【００１４】
また、触媒金属源は助触媒と共に使用することもできる。そのような助触媒として、前記触媒金属源から発生する触媒金属と相互作用して気相成長炭素繊維、特にカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブの生成を促進することのできるものであればよく、特開平９−７８３６０号公報及び特開平９−３２４３２５号公報に記載された含硫黄複素環式化合物及び硫黄化合物を制限なく使用することができる。好適な助触媒として、特にチオフェン及び硫化水素を挙げることができる。
【００１５】
炭素源ガスは、気相成長炭素繊維、特にカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブを生成させることができる化合物であれば特に制限はない。使用可能な炭素源としては、特公昭６０−５４９９８号公報に記載された炭素化合物、特開平９−３２４３２５号公報に記載された有機化合物、特開平９−７８３６０号公報に記載された有機化合物などを挙げることができる。各種の炭素源の中で好適例としては、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、ヘキサン、プロパン、エタン、メタンなどの脂肪族炭化水素、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素などを挙げることができる。なお、炭素源は、その一種単独を使用することもでき、また、複数種を併用することもできる。
【００１６】
また、特開昭６０−５４９９８号公報に記載のキャリヤーガス、有機金属化合物及び炭素源ガスを使用した気相成長炭素繊維製造装置を気相成長炭素繊維の連続製造装置として利用することにより、気相成長炭素繊維を製造することもできる。
【００１７】
この気相成長炭素繊維の連続製造装置においては、反応管の頂部から原料供給手段によりキャリヤーガスと共に供給された炭素源及び触媒金属源、例えば、有機金属化合物のガスを反応管内でピストンフローにして、流通乃至流下させるガス整流手段が設けられる。このガス整流手段としては、特開平９−３２４３２５号公報における段落番号［００８９］に記載の第１整流手段及び［００９２］と［００９６］とに記載の整流筒ならびに特開平９−７８３６０号公報における段落番号［００２３］に記載の原料ガス用整流手段、［００３１］に記載の第１整流手段、［００４０］に記載の第２整流手段、［００７９］に記載のハニカム板などを挙げることができ、特にセラミック製ハニカム、耐熱金属製ハニカムが好ましい。
【００１８】
反応管、加熱手段及び原料供給手段を備えた反応炉として、特開平９−７８３６０号公報、特開平９−２２９９１８号公報及び特開平９−３２４３２５号公報等における実施例に記載された反応炉を好適に採用することができる。
【００１９】
図１に示されるように、反応管１２内が前記温度に加熱されることにより、また、原料ガス供給ノズル１１、内筒１５内に配置された整流器１４を含む原料供給手段により供給された炭素源ガス及び触媒金属源ガスが反応管１２内で分解して気相成長炭素繊維が生成し、生成した気相成長炭素繊維を含む反応ガスがキャリヤーガスに囲繞された状態で反応管１２内を下降していく。
【００２０】
−排出手段−
排出手段は、反応管内を移行するキャリヤーガスに囲繞された反応ガスを反応管外に強制的に導出する手段である。
【００２１】
図１に示されるように、具体的には、この排出手段Ｂは、排出管１６と、この排出管１６の入口から内部に反応ガスを案内ガスで導入する案内ガス導入装置Ｃと、排出管１６の出口から反応ガスを駆動源ガスで強制的に導出させる駆動源ガス導入装置Ｄとを備える。
【００２２】
前記排出管１６は、その上部が反応管１２内にその底部分から挿入され、反応管１２における反応領域近傍（反応領域の下流）に排出管１６の開口部が臨むように排出管１６が位置決めされ、排出管１６の他端部は排出ガス室２０内に配置される。
【００２３】
案内ガス導入装置Ｃは、反応管１２の下部に設けられた排出管１６と排出管案内ガス供給室１７と、この排出管案内ガス供給室１７内に案内ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン１８と、不活性ガス供給ライン１８の途中に設置された案内ガス用不活性ガス流量計１９とを有し、不活性ガス供給ライン１８を通じて排出管案内ガス供給室１７に供給された案内ガスは、前記排出管１６の上部にある開口部から排出管１６内に、反応ガスとこれを囲繞するキャリヤーガスとを導入するようになっている。
【００２４】
駆動源ガス導入装置Ｄは、排出ガス室２０と、繊維捕集槽２１と、サイクロン２３と、戻し配管２７と、排出ガス循環ファン２３とを備える。
【００２５】
ところで、排出管より出てくるものは、反応ガス及びこれを囲繞するキャリヤーガスとさらにこれを囲繞する案内ガスとである。反応ガスは、気相成長炭素繊維と未反応原料と副生物とを含む。案内ガスは通常は窒素及びアルゴンなどの不活性ガスと、水素などのキャリヤーガスとして使用され得るガスとのいずれか又はそれらの混合ガスである。反応管の温度は通常１０００℃以上であり、排出管での急激な冷却は好ましくないので、排出管の出口におけるこれらのガスの温度は例えば、３００〜８００℃ある。
【００２６】
排出ガス室を循環流通するガス、すなわち駆動源ガスが空気などの酸化性雰囲気である場合、排出管から排出される排出ガスが着火して、製品である気相成長炭素繊維が焼失してしまったり、キャリヤーガスなどの可燃性ガスの爆発が起きたりする。
【００２７】
したがって、駆動源ガスは窒素などの不活性ガスであることを要する。もっとも、空気などが混入する場合もあるので、駆動源ガスは実質的に不活性ガスであることを要する。駆動源ガスが実質的に不活性なガスであるとは、例えば、酸素濃度が５％以下であり、残余は不活性ガスであるようなガスをいう。酸素濃度が５％を越えると、爆発の危険性が極めて高いので、５％以下を厳守する必要がある。
【００２８】
（気相成長炭素繊維取出装置）
この発明に係る気相成長炭素繊維取出装置は、前記気相成長炭素繊維の連続製造装置に設けられる。そして、この気相成長炭素繊維取出装置は、前記気相成長炭素繊維の連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維を、濾材と掻き落とし機とを有する繊維捕集槽に導出して濾材に供給し、前記濾材面に付着残存した気相成長炭素繊維を掻き落とし機で掻き落として無端搬送機上に落下させて搬送し、次いで気相成長案素繊維を取り出すことができるようにし、また、この発明に係る気相成長炭素繊維取出装置は、前記気相成長炭素繊維の連続製造装置に、繊維捕集槽と、無端搬送機とを続設してなる。
【００２９】
この気相成長炭素繊維取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置を、図１、２、３及び４を参照しながら説明する。
【００３０】
図１に示す排出ガス室２０は、通路管２０ａを介して繊維捕集槽２１に接続されていて、この繊維捕集槽２１内には、濾材２２が設けられている。図２に示すように、濾材２２は、前記通路管２０ａ内を通過して来る気流に対して直交するように、しかも相互に所定の間隔を設けて繊維捕集槽２１に配設された二基の濾材２２−１及び濾材２２−２からなる。この繊維捕集層２１内に、さらに２基の掻き落とし機２８−１及び２８−２それぞれが、前記濾材２２−１及び濾材２２−２それぞれの前面に、上下動可能に設けられている。
【００３１】
濾材２２は、連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維を濾別する部材であり、その形態や材質に特に制限はないが、通常は、幅広のネット状で、金属製又はプラスチックス製の濾材である。耐熱、耐食、強度の点からステンレス製のものが好ましく用いられる。この濾材２２の目開きは、１〜２０ｍｍ角、好ましくは、２〜１５ｍｍ角である。
【００３２】
連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維は、排出ガス室２０を経て繊維捕集槽２１に駆動源ガスに同伴されて導入され、濾材２２−１及び濾材２２−２に供給される。その際、気相成長炭素繊維の一部は濾材２２−１及び濾材２２−２を通過し、所望の気相成長炭素繊維は濾材２２−１及び濾材２２−２の前面に付着残存する。
【００３３】
図２においては、濾材２２は濾材２２−１及び濾材２２−２の２段が併設されているが、１段であってもよく、３段以上であってもよい。目開きの異なった濾材を複数段設けることによって、それぞれ所望のサイズの気相成長炭素繊維を付着残存させることができ、また、駆動源ガス循環系及び反応系の圧力変動を小さくすることができる。
【００３４】
濾材２２−１及び濾材２２−２に付着残存した気相成長炭素繊維は、掻き落とし機２８−１及び２８−２を上下動させることによって掻き落とされる。掻き落とし機２８の上下駆動は、手動であっても電動であってもよく、また、圧動であってもよい。連続的な効率のよい掻き落としのためには、電動又は圧動が好ましい。
【００３５】
この掻き落とし機２８−１及び２８−２は、濾材２２の幅と同じ幅をもつ板体をその先端に有している。この板体が、濾材２２−１及び２２−２に付着残存している繊維を掻き落とす部材となる。板体は金属製が好ましく、特にステンレス製板体が好ましい。板体にはシリコンゴムなどの弾性体を貼付して掻き落とし機能を増大させることもできる。
【００３６】
掻き落とされた繊維は、搬送機室２９内に配置された無端搬送機３０上に落下する。無端搬送機３０としては、適宜の駆動手段により無限軌道上を巡回する搬送面上に落下してくる気相成長炭素繊維を前記搬送路面が受け止めてこれを搬送する限りその形態を問わないが、通常は、ベルトコンベアが使用され、取り扱い上からゴムなどの弾性体から形成されたベルトコンベアが好ましい。無端搬送機３０の搬送速度にも特に制限はないが、通常は、１〜５０ｍ／分、好ましくは、２〜３０ｍ／分である。
【００３７】
無端搬送機３０には、仕切板３１を設けることが好ましい。この仕切板３１は、多量の気相成長炭素繊維が無端搬送機３０上に落下集積し、また、その集積した繊維が散乱して、繊維の円滑な搬送を妨げることを防止する部材である。仕切板３１を設けることにより、適切な量の繊維を区分け集積して搬送することができる。この仕切板３１の材質は、ゴム、プラスチックス、金属のいずれでもよいが、弾性変形することのできるゴムが好ましい。設ける仕切板３１の大きさや間隔は、繊維の製造速度、製造量によって適宜決定される。
【００３８】
無端搬送機３０によって搬送された気相成長炭素繊維は、開いているゲートバルブ３２から取り出され、取り出し容器３３内に落下し収集される。この取り出し容器３３はドラム状のものが好ましい。取り出し容器３３内に気相成長炭素繊維が充分に収集されたときは、ゲートバルブ３２を閉め、ガス戻り口３５から窒素ガスなどの不活性ガスを導入しながら、取り出し口３４から気相成長炭素繊維を取り出す。真空掃除機の吸入口を取り出し口３４に、真空掃除機の排気口をガス戻り口３５に接続してもよい。ゲートバルブ３２を閉止した後、新たな取り出し容器と交換することもできる。
【００３９】
気相成長炭素繊維を取り出した後、取り出し容器３３内の酸素濃度を測定してその濃度が５％以下であるときは、ゲートバルブ３２を開く。空気が混入して、取り出し容器３３内の酸素濃度が高くなっているときは、窒素導入口３６−２から窒素を導入して、酸素濃度を５％以下とすることが望ましい。多量の酸素の存在によって、気相成長炭素繊維が変質すること、場合によっては発火、爆発することなどを防止するためである。
【００４０】
ゲートバルブ３２を常時開放し、取り出し口３４とガス戻り口３５とに、ガス吸引排気装置、例えば、真空掃除機の吸入口と排気口とを接続して、気相成長炭素繊維を取り出すこともできる。しかし、この場合は圧力変動が生じやすくなるので、特に注意を要する。この取出装置の運転中は、窒素導入口３６−１からは常に少量の窒素が導入されていて、反応生成ガスを含む循環ガスは、取り出し容器３３内には混入されないようにすることが望ましい。
【００４１】
仕切板３１がある場合は、窒素導入口３６−１から少量の窒素を導入することによって、反応生成ガスを含む循環ガスは、仕切板送り速度以上の速度により搬送機室２９には混入することがなく、また、仕切板３１間において窒素が希釈され、搬送機室２９内の反応生成ガスを含む循環ガスの濃度は極めて低くなるので、取り出し容器３３の安全性は一層高まることとなる。
【００４２】
仕切板３１は、ゲートバルブ３２の開閉又は取り出し口３４の開閉に伴う圧力変動が、循環ガス系ひいては気相成長炭素繊維生成反応系に対して与える影響を低減する部材ともなる。
【００４３】
また、この発明の気相成長炭素繊維の取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置にあっては、図３に示すように、繊維捕集槽２１内のネット金網３８に、図４に示す回転ネット３７を設け、図３に示すＡ方向から気相成長炭素繊維を含むガスを導入して、回転ネット３７により捕集することもできる。
【００４４】
回転して仕切板の下方に位置した回転ネット３７に捕集されている気相成長炭素繊維は、図３に示すＢ（不活性ガスや水など）で逆洗することにより、また、刷毛やブラシで払い落とすことにより、繊維捕集槽２１に捕集される。
【００４５】
図４には、回転ネット３７を示したが、回転するネットに限られることはなく、横移動、縦移動又は水平移動するネットであってもよい。
【００４６】
この発明に係る気相成長炭素繊維の取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置は、反応ガスから気相成長炭素繊維を除去して得られる大気中に排出する排ガスの量を可及的に低減させることができるという効果をも奏し、環境保全の面からも極めて有意義である。
【００４７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、この実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００４８】
図１に示した気相成長炭素繊維の連続製造装置を用い、以下の条件の下にカーボンナノファイバーを製造した。
（１）反応管１２
・内径：１９０ｍｍ、外径：２１０ｍｍ、長さ：２８００ｍｍの炭化珪素パイプ
・原料ガス供給ノズル：内径（追加）３０ｍｍの耐熱金属二重管で外側ガス冷却、耐熱金属ハニカムを整流器とする内筒により包む。
・排出管：内径（追加）８０ｍｍ、長さ８００ｍｍの耐熱金属管
・原料ガス供給ノズルから排出管上端開口部までの長さ：１８００ｍｍ
・縦型炉心管内温度分布：
原料ガス供給ノズル位置での温度：１０００°Ｃ
均熱部の温度：１２００°Ｃ
排出管上端開口部の温度：１１００°Ｃ
・原料液組成：フェロセン２重量％、チオフェン２重量％、トルエン９６重量％
・原料液供給量：２４ミリリットル／分
・原料ガス供給ノズルからの水素ガス供給量：１１．５リットル／分
・整流器経由水素ガス供給量：６６．０リットル／分
・内筒外壁／反応管内壁間水素ガス供給量：１６．５リットル／分
・反応領域でのガス組成：フェロセン０．０５モル％、チオフェン０．１１モル％、トルエン５．００モル％、水素９４．８４モル％
・排出ガス案内用窒素ガス供給量：６０．０リットル／分
このようにして製造したカーボンナノファイバーを、図２に示した繊維の取出装置を用いて、以下の条件の下にカーボンナノファイバーを取り出した。
（２）排出手段Ｂ及び取出装置
・排出ガス室：容積約１００リットル
・繊維捕集槽：容積約１０００リットル、目開き１０ｍｍ、目開き３ｍｍ、各面積約１ｍ^２の２枚の濾材（ネット）を所定間隔を設けて備える。
・ネットへの繊維供給量：約８．５ｇ／分
・掻き落とし機の上下動速度：０．３ｍ／秒。毎分１回上下動する。
・ベルトコンベアの搬送速度：０．０５ｍ／秒
・仕切板のピッチ：０．３ｍ毎
取り出されたカーボンナノファイバーの直径は２０ｎｍ、内径は５ｎｍ、ｄ_００２は０．３６０ｎｍであった。掻き落とし操作を行わない場合、ネット目詰まりにより系内圧力が高くなり０．５〜１時間程度の運転が限度である。また、掻き落とされた繊維の嵩密度は０．００５〜０．０１ｇ／ｃｍ３程度と嵩高いため、１８０リットルのドラム缶を取り出し容器として準備しても最高２時間（重量１ｋｇ）が限度であった。この実施例においては、２４時間の運転を続行することができ、カーボンナノファイバーの収量は約１２ｋｇとなった。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、気相成長炭素繊維を安全にかつ大量に製造することができ、効率的な気相成長炭素繊維の連続製造を実現すると共に、長期間に亘る装置の連続運転を達成し、しかも大気中に漏出する反応物ガスを可及的に低減させることのできる、気相成長炭素繊維取出方法及び気相成長炭素繊維取出装置が提供され、炭素繊維製造分野に寄与するところは極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】気相成長炭素繊維の連続製造装置の一例を示す図である。
【図２】この発明の気相成長炭素繊維取出装置の一例を示す図である。
【図３】この発明の気相成長炭素繊維取出装置に用いる繊維捕集槽の一例を示す図である。
【図４】この発明の気相成長炭素繊維取出装置に用いる回転ネットを示す図である。
【符号の説明】
１気相成長炭素繊維の連続製造装置
２原料タンク
３ポンプ
４原料予熱器
５原料加熱気化器
６キャリアガス供給ライン
７キャリアガス流量計
８キャリアガス流量計
９キャリアガス流量計
１０ヒートチューブ
１１原料ガス供給ノズル
１２反応管（縦型炉心管）
１３電気炉
１４キャリアガス整流器
１５内筒
１６排出管
１７排出管案内ガス供給室
１８不活性ガス供給ライン
１９案内ガス用不活性ガス流量計
２０排出ガス室
２０ａ通路管
２１繊維捕集槽
２２濾材
２２−１濾材
２２−２濾材
２３サイクロン
２４排出ガス循環ファン
２５排出弁
２６追加不活性ガス流量計
２７戻し配管
２８掻き落とし機
２８−１掻き落とし機
２８−２掻き落とし機
２９搬送機室
３０無端搬送機
３１仕切板
３２ゲートバルブ
３３取り出し容器
３４取り出し口
３５ガス戻り口
３６−１窒素導入口
３６−２窒素導入口
３７回転ネット
３８ネット金網[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vapor-grown carbon fiber removing method and a vapor-grown carbon fiber removing device, and more particularly to a vapor-grown carbon fiber, and more particularly, to a vapor-grown carbon fiber from a continuous production device for continuously producing carbon nanofibers or carbon nanotubes. The present invention relates to a vapor-grown carbon fiber removal method and a vapor-grown carbon fiber removal device for safely and efficiently removing fibers.
[0002]
[Prior art]
The apparatus for producing a fine vapor-grown carbon fiber includes a nozzle of a raw material supply means disposed at one end of a furnace core tube so that a carbon source gas and a catalyst metal source gas can be supplied into the furnace core tube. Reaction means, discharge means provided with a discharge pipe arranged in the furnace core tube such that the opening faces close to the tip opening of the nozzle, and an opening of the discharge pipe from the other end of the furnace tube. And a guide gas supply means for supplying a guide gas flowing through the discharge pipe. A method for producing a fine vapor growth carbon fiber to be used has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[Patent Document 1]
JP 2001-115342 A
Further, "a vertical reaction means having a reaction region for generating a carbon fibrous material by thermally decomposing a catalytic metal source and a carbon source gas supplied from an upper portion of a vertical furnace tube, and a carbon fiber formed in the reaction region. Discharge means having a discharge pipe for taking in the substance from the opening and discharging the substance to the outside of the vertical reaction means, and flowing from the lower part of the vertical furnace core tube to the opening of the discharge pipe, and inside the discharge pipe together with the carbon fiber material. A carbon fiber material production apparatus characterized by comprising a guide gas supply means for supplying a guide gas circulating through the apparatus, and a carbon fiber substance production method using the carbon fiber substance production apparatus (for example, , Patent Document 2).
[Patent Document 2]
JP 2001-73231 A
In the apparatus and the method described above, an apparatus and an extraction method of the generated fine vapor grown carbon fiber or carbon fiber material have been a problem. According to JP-A-2001-115342 and JP-A-2001-73231, "when the exhaust device is an ejector, the collecting device is provided downstream from the ejector when the exhaust device is an ejector. When the exhaust device is a fan or the like, it is preferable to provide a collecting device upstream of the exhaust device from the viewpoint of maintenance of the fan or the like. Various known machines / apparatuses / devices can be adopted as long as the device can collect the carbon fiber, for example, an electric dust collector, a bag filter, a dry type collecting device such as a cyclone, and water or (See wet-type collecting device for spraying organic liquid.) ", But no specific collecting means is disclosed.
[0003]
In the conventional production method or production apparatus, since the gas stream flowing out of the reaction tube is at a high temperature, each member forming the collecting means is also at a high temperature. When performing the cleaning work immediately after stopping, there is a risk of burns, and if the cleaning work is to be performed safely, the filtration member has to be allowed to cool for a considerable time until it is sufficiently cooled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves such a conventional problem, can safely and mass-produce vapor-grown carbon fiber, realizes efficient continuous production of vapor-grown carbon fiber, and achieves a long term. It is an object of the present invention to provide a vapor-grown carbon fiber removal method and a vapor-grown carbon fiber removal device that can achieve continuous operation of the apparatus over the entire length.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have focused on a method and an apparatus for taking out a vapor-grown carbon fiber produced by a continuous apparatus for producing a vapor-grown carbon fiber out of a production apparatus system, and have studied diligently. As a result, the present invention has been completed.
[0006]
That is, means for solving the above problems in the present invention include:
(1) A vertical growth method in which vapor-grown carbon fibers are generated in a suspended state in a gas phase in a reaction tube, and a gas containing the generated vapor-grown carbon fibers and a guide gas surrounding the gas are discharged out of the reaction tube. Gas phase produced by a continuous apparatus for continuously producing vapor-grown carbon fibers, comprising: a mold-type reaction means; and a discharge means for extracting vapor-grown carbon fibers formed by a vertical reaction means from the inside of the reaction tube with a driving source gas. A method for removing a vapor-grown carbon fiber adhered to the surface of the filter medium by supplying the grown carbon fiber to the filter medium under an inert gas atmosphere, and collecting the vapor-grown carbon fiber by separating the vapor-grown carbon fiber from the surface of the filter medium. Yes,
(2) The vapor-grown carbon fiber adhered to the filter medium surface is detached from the filter medium surface by scraping the vapor-grown carbon fiber adhered to the filter medium surface with a scraper that slides the filter medium surface. Or the vapor-grown carbon fiber removal method according to the above (1), which is achieved by injecting a gas or a liquid onto the surface of the filter medium to which the vapor-grown carbon fiber is attached,
(3) The vapor-grown carbon fibers attached to the surface of the filter medium are separated from the surface of the filter medium. Then, it is moved to another part under an inert atmosphere, and in the other part, the vapor-grown carbon fiber adhered to the surface of the filter medium is scraped off by a scraper that slides on the surface of the filter medium. Or by injecting a gas or a liquid onto the surface of the filter medium to which the vapor-grown carbon fiber has adhered, thereby separating the filter medium from the surface of the filter medium and returning the filter medium having the filter medium surface from which the vapor-grown carbon fiber has separated to the original position. The method for removing a vapor-grown carbon fiber according to the above (1), comprising:
(4) The vapor-grown carbon fibers adhering to the filter medium surface are separated from the filter medium surface and collected by moving the vapor-grown carbon fibers detached from the filter medium surface onto an endless transport machine and transporting them endlessly. The vapor-grown carbon fiber removal method according to the above (1), which is achieved by transferring the vapor-grown carbon fiber to a collection site by a machine.
(5) The method for removing a vapor-grown carbon fiber according to (4), wherein the endless transporter includes a partition plate.
(6) The vapor-grown carbon fiber removal method according to any one of (1) to (5), wherein the vapor-grown carbon fiber is removed into a removal container having an atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less. Yes,
(7) Vapor-grown carbon fibers are generated in a floating state in a gas phase in a reaction tube, and a gas containing the generated vapor-grown carbon fibers and a guide gas surrounding the gas are discharged outside the reaction tube. Provided in a continuous apparatus for continuously producing vapor-grown carbon fiber, comprising: a mold reaction means; and a discharge means for extracting vapor-grown carbon fiber formed by a vertical reaction means from inside the reaction tube by a driving source gas. However, it has a collection means for supplying the derived vapor grown carbon fiber to the filter medium under an inert atmosphere and separating and collecting the vapor grown carbon fiber attached to the filter medium surface from the filter medium surface. It is a vapor growth carbon fiber removal device characterized by the following,
(8) The collection means is a scraper for scraping the vapor-grown carbon fibers adhered to the filter medium surface by sliding the filter medium surface, or a fluid is applied to the filter medium surface to which the vapor-grown carbon fibers are adhered. The vapor-grown carbon fiber take-out device according to (7), further comprising a fluid ejecting unit that injects and separates the vapor-grown carbon fiber from the fluid.
(9) The collecting means moves the filter medium to which the vapor-grown carbon fiber adheres to the filter medium surface from a position where the vapor-grown carbon fiber adheres to the filter medium surface to another portion under an inert atmosphere. Then, at the other portion, the vapor-grown carbon fibers adhered to the surface of the filter medium are scraped off by a scraping machine that slides on the surface of the filter medium, or the vapor-grown carbon fibers adhere to the surface of the filter medium to which the vapor-grown carbon fibers adhere. The vapor-grown carbon according to (8), wherein the vapor-grown carbon fiber is formed by ejecting a fluid to be separated from the filter medium surface, and the vapor-grown carbon fiber is formed so as to return the filter medium having the separated filter medium surface to its original position. A fiber take-out device,
(10) The vapor-grown carbon fiber according to (8), wherein the collecting means has an endless transporter for receiving the vapor-grown carbon fiber detached from the surface of the filter medium and transferring it to a collection site. Removal device,
(11) The vapor-grown carbon fiber removal apparatus according to (10), wherein the endless transporter includes a partition plate.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Continuous production equipment for vapor grown carbon fiber)
First, a continuous production apparatus for vapor-grown carbon fibers will be outlined. This continuous production apparatus removes the vapor-grown carbon fiber in the gas phase in a reaction tube (hereinafter, this reaction tube may be referred to as a vertical reaction tube or a furnace core tube because it is arranged vertically). A vertical reaction means for generating a gas containing the vapor-grown carbon fiber and a guide gas surrounding the gas, which are generated in a floating state, and discharging the gas outside the reaction tube, and a vertical reaction means from inside the reaction tube. Discharging means for discharging the vapor-grown carbon fiber by a driving source gas.
[0008]
Such an apparatus for continuously producing a vapor-grown carbon fiber is a gas formed by decomposing and reacting a catalytic metal source and a carbon source gas supplied from an upper portion of a vertical reaction tube in a reaction region of the vertical reaction tube. The reaction gas containing the phase-grown carbon fiber, the generated metal catalyst, and the unreacted carbon source is supplied with a guide gas through the opening of the discharge pipe before the vapor-grown carbon fiber adheres to the inner wall of the reaction region. It is guided together with the guide gas supplied by the means, and is forcibly led out of the reaction system by the driving source gas.
[0009]
FIG. 1 shows an example of a continuous production apparatus for vapor-grown carbon fibers having such an action. The apparatus for continuously producing vapor grown carbon fibers shown in FIG. 1 is an example, and is not limited to the apparatus shown in FIG.
[0010]
In FIG. 1, 1 is a continuous apparatus for producing a vapor grown carbon fiber, 2 is a raw material tank containing raw materials (for example, toluene in which ferrocene and thiophene are dissolved), 3 is a pump that supplies raw materials while adjusting the flow rate, Is a raw material preheater, 5 is a raw material heating vaporizer, 6 is a carrier gas (for example, hydrogen) supply line, 7 is a carrier gas (for example, a mixture of ferrocene, thiophene, and toluene), which regulates a flow rate of a carrier gas to be circulated. 8 is a flow meter which supplies the carrier gas flowing through the inside of the rectifier arranged around the source gas supply nozzle to the reaction tube while adjusting the flow rate, and 9 is a flow meter which flows along the inner wall of the reaction tube. Flow meter for adjusting the flow rate of the carrier gas to be supplied, 10 is a heat tube for maintaining the gas of the heated mixture (raw material gas) at a predetermined temperature, and 11 is on the reaction tube. A source gas supply nozzle for introducing a mixed gas into the reactor, 12 a reaction tube (vertical furnace tube), 13 an electric furnace for heating the reaction tube, 14 a rectifier for carrier gas, 15 an inner cylinder containing a rectifier, 16 is a discharge pipe, 17 is a discharge pipe guide gas supply chamber, 18 is an inert gas supply line, 19 is an inert gas flow meter for guide gas, 20 is a discharge gas chamber, 21 is a fiber collection tank, 22 is a filter medium, 23 is a cyclone, 24 is a fan for circulating exhaust gas, 25 is a discharge valve for discharging a part of exhaust gas, 26 is an additional inert gas flow meter, and 27 is a return pipe.
[0011]
Hereinafter, a preferred embodiment of the continuous production apparatus for vapor-grown carbon fibers will be described with reference to FIG.
[0012]
-Vertical reaction means-
As shown in FIG. 1, the vertical reaction means A in the continuous production apparatus 1 for a vapor-grown carbon fiber preferably has the same internal cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axis along the axial direction. For example, the reaction tube 12 has a cylindrical or rectangular reaction tube 12 (also referred to as a vertical furnace core tube and also as a vertical reaction tube as described above).
[0013]
Here, the catalytic metal source is not particularly limited as long as it is a substance or compound that generates a metal as a catalyst or a metal itself as a catalyst. Usable catalytic metal sources include organic transition metal compounds described in JP-A-60-54998, organic transition metal compounds described in JP-A-9-324325, and JP-A-9-78360. And the like. Examples of the metal itself include metals described in JP-A-58-180615, JP-A-62-500943, and Japanese Patent No. 3007983.
[0014]
The catalytic metal source can also be used with a co-catalyst. As such a co-catalyst, any co-catalyst can be used as long as it can interact with a catalytic metal generated from the catalytic metal source to promote the production of vapor-grown carbon fibers, particularly carbon nanofibers and carbon nanotubes. The sulfur-containing heterocyclic compounds and sulfur compounds described in JP-A-9-78360 and JP-A-9-324325 can be used without limitation. Suitable cocatalysts include, in particular, thiophene and hydrogen sulfide.
[0015]
The carbon source gas is not particularly limited as long as it is a compound capable of producing a vapor-grown carbon fiber, particularly a carbon nanofiber or a carbon nanotube. Usable carbon sources include carbon compounds described in JP-B-60-54998, organic compounds described in JP-A-9-324325, organic compounds described in JP-A-9-78360, and the like. Can be mentioned. Preferred examples of various carbon sources include aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, propane, ethane and methane, and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane. . The carbon source may be used alone or in combination of two or more.
[0016]
Further, by utilizing a vapor-grown carbon fiber production apparatus using a carrier gas, an organometallic compound and a carbon source gas described in JP-A-60-54998 as a continuous vapor-grown carbon fiber production apparatus, Phase grown carbon fibers can also be produced.
[0017]
In this continuous production apparatus for vapor-grown carbon fiber, a carbon source and a catalyst metal source supplied together with a carrier gas by a raw material supply means from the top of the reaction tube, for example, a gas of an organometallic compound is made into a piston flow in the reaction tube. Gas rectifying means for flowing or flowing down. Examples of the gas rectification means include a first rectification means described in paragraph [0089] of JP-A-9-324325, a rectification cylinder described in [0092] and [0096], and a rectification cylinder described in JP-A-9-78360. The rectification means for source gas described in paragraph [0023], the first rectification means described in [0031], the second rectification means described in [0040], the honeycomb plate described in [0079], and the like can be given. Particularly, a ceramic honeycomb and a heat-resistant metal honeycomb are preferable.
[0018]
As a reaction furnace provided with a reaction tube, a heating means, and a raw material supply means, the reaction furnace described in Examples in JP-A-9-78360, JP-A-9-229918, JP-A-9-324325 and the like can be used. It can be suitably adopted.
[0019]
As shown in FIG. 1, when the inside of the reaction tube 12 is heated to the above-described temperature, the carbon supplied by the raw material supply means including the raw material gas supply nozzle 11 and the rectifier 14 disposed in the inner cylinder 15 is supplied. The source gas and the catalytic metal source gas are decomposed in the reaction tube 12 to generate vapor-grown carbon fibers, and the reaction gas containing the generated vapor-grown carbon fibers flows through the reaction tube 12 in a state surrounded by the carrier gas. Descends.
[0020]
-Ejection means-
The discharging means is a means for forcibly discharging the reaction gas surrounded by the carrier gas moving inside the reaction tube to the outside of the reaction tube.
[0021]
As shown in FIG. 1, specifically, the discharge means B includes a discharge pipe 16, a guide gas introduction device C for introducing a reaction gas from the inlet of the discharge pipe 16 into the inside, and a discharge pipe. And a driving source gas introduction device D for forcibly deriving the reaction gas with the driving source gas from the 16 outlets.
[0022]
The discharge pipe 16 is positioned so that its upper part is inserted into the reaction tube 12 from the bottom thereof, and the opening of the discharge pipe 16 faces the reaction region of the reaction tube 12 (downstream of the reaction region). The other end of the exhaust pipe 16 is disposed in the exhaust gas chamber 20.
[0023]
The guide gas introducing device C includes a discharge pipe 16 and a discharge pipe guide gas supply chamber 17 provided at a lower portion of the reaction tube 12, and an inert gas as a guide gas supplied into the discharge pipe guide gas supply chamber 17. It has an active gas supply line 18 and an inert gas flow meter 19 for guide gas installed in the middle of the inert gas supply line 18, and is supplied to the discharge pipe guide gas supply chamber 17 through the inert gas supply line 18. The guide gas introduces a reaction gas and a carrier gas surrounding the reaction gas into the discharge pipe 16 from an opening at the upper part of the discharge pipe 16.
[0024]
The driving source gas introduction device D includes an exhaust gas chamber 20, a fiber collection tank 21, a cyclone 23, a return pipe 27, and an exhaust gas circulation fan 23.
[0025]
By the way, what comes out of the discharge pipe are a reaction gas, a carrier gas surrounding the reaction gas, and a guide gas surrounding the reaction gas. The reaction gas contains vapor grown carbon fibers, unreacted raw materials, and by-products. The guide gas is usually either an inert gas such as nitrogen and argon and a gas such as hydrogen which can be used as a carrier gas or a mixture thereof. The temperature of the reaction tube is usually 1000 ° C. or higher, and rapid cooling at the discharge tube is not preferable. Therefore, the temperature of these gases at the outlet of the discharge tube is, for example, 300 to 800 ° C.
[0026]
When the gas circulating in the exhaust gas chamber, that is, the driving source gas is an oxidizing atmosphere such as air, the exhaust gas discharged from the discharge pipe ignites, and the vapor-grown carbon fiber as a product is burned off. Explosion of combustible gas such as carrier gas may occur.
[0027]
Therefore, the driving source gas needs to be an inert gas such as nitrogen. However, since air or the like may be mixed in, the driving source gas needs to be substantially an inert gas. The driving source gas being a substantially inert gas means, for example, a gas having an oxygen concentration of 5% or less and the balance being an inert gas. If the oxygen concentration exceeds 5%, the risk of explosion is extremely high, so it is necessary to adhere to 5% or less.
[0028]
(Vapor growth carbon fiber removal device)
The vapor-grown carbon fiber take-out apparatus according to the present invention is provided in the continuous vapor-grown carbon fiber production apparatus. The vapor-grown carbon fiber take-out device guides the vapor-grown carbon fiber produced by the continuous vapor-grown carbon fiber production device to a fiber collecting tank having a filter medium and a scraping machine to filter out the vapor-grown carbon fiber. Supplied, the vapor growth carbon fibers adhered and remained on the filter medium surface are scraped off by a scraping machine, dropped on an endless conveyor, conveyed, and then the vapor growth growth fiber can be taken out. Further, in the vapor-grown carbon fiber take-out device according to the present invention, a fiber collecting tank and an endless conveyor are connected to the continuous vapor-grown carbon fiber production device.
[0029]
The vapor-grown carbon fiber removing method and the vapor-grown carbon fiber removing apparatus will be described with reference to FIGS.
[0030]
The exhaust gas chamber 20 shown in FIG. 1 is connected to a fiber collection tank 21 via a passage pipe 20a, and a filter medium 22 is provided in the fiber collection tank 21. As shown in FIG. 2, the filter medium 22 is disposed in the fiber collecting tank 21 so as to be orthogonal to the airflow passing through the passage pipe 20a and at a predetermined interval from each other. It consists of a base filter medium 22-1 and a filter medium 22-2. In the fiber collecting layer 21, two scrapers 28-1 and 28-2 are further provided on the front surfaces of the filter media 22-1 and 22-2 so as to be vertically movable.
[0031]
The filter medium 22 is a member for filtering the vapor-grown carbon fiber produced by the continuous production apparatus, and its form and material are not particularly limited. However, it is usually in the form of a wide net, made of metal or plastics. Filter media. Stainless steel is preferably used in terms of heat resistance, corrosion resistance, and strength. The opening of the filter medium 22 is 1 to 20 mm square, preferably 2 to 15 mm square.
[0032]
The vapor-grown carbon fiber produced by the continuous production apparatus is introduced into the fiber collecting tank 21 via the exhaust gas chamber 20 while being accompanied by a driving source gas, and is supplied to the filter medium 22-1 and the filter medium 22-2. At that time, a part of the vapor-grown carbon fiber passes through the filter medium 22-1 and the filter medium 22-2, and the desired vapor-grown carbon fiber adheres to and remains on the front surfaces of the filter medium 22-1 and the filter medium 22-2.
[0033]
In FIG. 2, the filter medium 22 is provided with two stages of the filter medium 22-1 and the filter medium 22-2. However, the number may be one, or three or more. By providing a plurality of filter media having different openings, vapor-grown carbon fibers of a desired size can be attached and left, and pressure fluctuations of the driving source gas circulation system and the reaction system can be reduced. .
[0034]
The vapor-grown carbon fibers adhering and remaining on the filter media 22-1 and 22-2 are scraped off by moving the scrapers 28-1 and 28-2 up and down. The vertical driving of the scraper 28 may be manual, electric, or pressure. For continuous and efficient scraping, motorized or pressure driven is preferred.
[0035]
Each of the scrapers 28-1 and 28-2 has a plate body having the same width as the width of the filter medium 22 at its tip. This plate serves as a member for scraping off fibers remaining on the filter media 22-1 and 22-2. The plate is preferably made of metal, particularly preferably a stainless plate. An elastic body such as silicon rubber can be attached to the plate to increase the scraping function.
[0036]
The scraped fibers fall onto an endless transport device 30 arranged in a transport device chamber 29. The form of the endless transport device 30 is not limited, as long as the transport path surface receives and transports the vapor-grown carbon fibers falling on the transport surface circulating on the endless track by an appropriate driving means, Usually, a belt conveyor is used, and a belt conveyor formed of an elastic body such as rubber is preferable in terms of handling. The transport speed of the endless transport machine 30 is not particularly limited, but is usually 1 to 50 m / min, preferably 2 to 30 m / min.
[0037]
It is preferable that a partition plate 31 is provided on the endless transport device 30. The partition plate 31 is a member for preventing a large amount of vapor-grown carbon fibers from dropping and accumulating on the endless conveyor 30 and preventing the accumulated fibers from scattering and hindering smooth conveyance of the fibers. By providing the partition plate 31, an appropriate amount of fibers can be sorted, collected, and transported. The material of the partition plate 31 may be any of rubber, plastics, and metal, but is preferably rubber that can be elastically deformed. The size and interval of the provided partition plate 31 are appropriately determined depending on the production speed and production amount of the fiber.
[0038]
The vapor-grown carbon fiber transported by the endless transporter 30 is taken out from the open gate valve 32, falls into the take-out container 33, and is collected. The take-out container 33 is preferably in a drum shape. When the vapor-grown carbon fiber is sufficiently collected in the take-out container 33, the gate valve 32 is closed, and an inert gas such as nitrogen gas is introduced from the gas return port 35, and the vapor-grown carbon fiber is taken out from the take-out port 34. Take out the fiber. The suction port of the vacuum cleaner may be connected to the take-out port 34, and the exhaust port of the vacuum cleaner may be connected to the gas return port 35. After closing the gate valve 32, it can be replaced with a new take-out container.
[0039]
After taking out the vapor grown carbon fiber, the oxygen concentration in the take-out container 33 is measured, and when the concentration is 5% or less, the gate valve 32 is opened. When air is mixed and the oxygen concentration in the take-out container 33 is high, it is desirable to introduce nitrogen from the nitrogen inlet 36-2 to reduce the oxygen concentration to 5% or less. This is because the presence of a large amount of oxygen prevents the vapor-grown carbon fiber from being altered, and in some cases, igniting or exploding.
[0040]
The gate valve 32 is always opened, and a gas suction / exhaust device, for example, a suction port and an exhaust port of a vacuum cleaner are connected to the takeout port 34 and the gas return port 35 to take out the vapor grown carbon fiber. it can. However, in this case, special attention is required because pressure fluctuation is likely to occur. During the operation of the extraction device, a small amount of nitrogen is always introduced from the nitrogen inlet 36-1, and it is desirable that the circulating gas including the reaction product gas is not mixed into the extraction container 33.
[0041]
When there is the partition plate 31, by introducing a small amount of nitrogen through the nitrogen inlet 36-1, the circulating gas containing the reaction product gas is mixed into the transfer machine chamber 29 at a speed higher than the partition plate feed speed. In addition, since nitrogen is diluted between the partition plates 31 and the concentration of the circulating gas including the reaction product gas in the transfer machine chamber 29 becomes extremely low, the safety of the take-out container 33 is further enhanced.
[0042]
The partition plate 31 also serves as a member for reducing the influence of the pressure fluctuation accompanying the opening and closing of the gate valve 32 or the opening and closing of the take-out port 34 on the circulating gas system and, in turn, on the vapor growth carbon fiber production reaction system.
[0043]
Further, in the method for removing vapor-grown carbon fiber and the apparatus for removing vapor-grown carbon fiber according to the present invention, as shown in FIG. A net 37 may be provided, and a gas containing vapor-grown carbon fibers may be introduced from the direction A shown in FIG.
[0044]
The vapor-grown carbon fiber that has been rotated and collected in the rotating net 37 located below the partition plate is backwashed with B (inert gas or water) shown in FIG. It is collected in the fiber collection tank 21 by brushing off with a brush.
[0045]
FIG. 4 shows the rotating net 37, but is not limited to a rotating net, and may be a net that moves horizontally, vertically, or horizontally.
[0046]
The vapor-grown carbon fiber removal method and the vapor-grown carbon fiber removal device according to the present invention minimize the amount of exhaust gas discharged into the atmosphere obtained by removing the vapor-grown carbon fiber from the reaction gas. It also has the effect that it can be done, which is extremely significant from the viewpoint of environmental protection.
[0047]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by these Examples.
[0048]
Carbon nanofibers were produced under the following conditions using the continuous apparatus for vapor-phase grown carbon fibers shown in FIG.
(1) Reaction tube 12
・ Inner diameter: 190mm, outer diameter: 210mm, length: 2800mm
-Raw material gas supply nozzle: outer gas cooling with a 30 mm inner diameter (additional) heat-resistant metal double tube, wrapped in an inner cylinder using a heat-resistant metal honeycomb as a rectifier.
-Discharge tube: Heat-resistant metal tube with an inner diameter (addition) of 80 mm and a length of 800 mm
・ Length from source gas supply nozzle to discharge pipe upper end opening: 1800 mm
・ Temperature distribution in vertical core tube:
Temperature at source gas supply nozzle position: 1000 ° C
Temperature of soaking section: 1200 ° C
Temperature at the upper end of the discharge pipe: 1100 ° C
Raw material liquid composition: 2% by weight of ferrocene, 2% by weight of thiophene, 96% by weight of toluene
・ Raw material liquid supply: 24 ml / min
・ Hydrogen gas supply rate from source gas supply nozzle: 11.5 liter / min
・ Hydrogen gas supply via rectifier: 66.0 l / min
・ Hydrogen gas supply between inner cylinder outer wall / reactor tube inner wall: 16.5 l / min
Gas composition in the reaction region: ferrocene 0.05 mol%, thiophene 0.11 mol%, toluene 5.00 mol%, hydrogen 94.84 mol%
・ Nitrogen gas supply for exhaust gas guidance: 60.0 liter / min
The carbon nanofibers thus produced were taken out under the following conditions using the fiber takeout apparatus shown in FIG.
(2) Discharge means B and take-out device
・ Exhaust gas chamber: about 100 liters in volume
-Fiber collection tank: volume about 1000 liters, aperture 10 mm, aperture 3 mm, each area about 1 m ² Are provided at predetermined intervals.
-Fiber supply to the net: about 8.5 g / min
-The vertical movement speed of the scraper: 0.3 m / sec. Move up and down once every minute.
・ Conveyance speed of belt conveyor: 0.05m / sec
・ Pitch of partition: every 0.3m
The diameter of the extracted carbon nanofiber is 20 nm, the inner diameter is 5 nm, d ₀₀₂ Was 0.360 nm. If the scraping operation is not performed, the pressure in the system increases due to clogging of the net, and the operation is limited to about 0.5 to 1 hour. Further, since the bulk density of the scraped-off fiber is as high as about 0.005 to 0.01 g / cm 3, even if a 180-liter drum can be taken out and prepared as a container, the maximum is 2 hours (weight 1 kg). . In this example, operation for 24 hours could be continued, and the yield of carbon nanofibers was about 12 kg.
[0049]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, vapor phase growth carbon fiber can be manufactured safely and in large quantities, while realizing efficient continuous production of vapor phase growth carbon fiber and achieving continuous operation of the apparatus for a long period of time. In addition, a vapor-grown carbon fiber extraction method and a vapor-grown carbon fiber extraction device capable of reducing the reactant gas leaking into the atmosphere as much as possible are provided, which greatly contribute to the carbon fiber production field. large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a continuous production apparatus for vapor-grown carbon fibers.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a vapor growth carbon fiber take-out apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an example of a fiber collecting tank used in the vapor growth carbon fiber take-out apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a rotating net used in the vapor growth carbon fiber take-out apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Continuous production equipment for vapor grown carbon fiber
2 Raw material tank
3 pump
4 Raw material preheater
5 Raw material heating vaporizer
6 Carrier gas supply line
7 Carrier gas flow meter
8 Carrier gas flow meter
9 Carrier gas flow meter
10. Heat tube
11 Source gas supply nozzle
12 Reaction tube (vertical core tube)
13 Electric furnace
14 Carrier gas rectifier
15 inner cylinder
16 Discharge pipe
17 Exhaust pipe guide gas supply chamber
18 Inert gas supply line
19 Inert gas flow meter for guide gas
20 Exhaust gas chamber
20a passage pipe
21 Fiber collection tank
22 Filter media
22-1 Filter media
22-2 Filter media
23 Cyclone
24 Exhaust gas circulation fan
25 discharge valve
26 Additional inert gas flow meter
27 Return piping
28 scraper
28-1 scraping machine
28-2 scraper
29 transfer machine room
30 Endless transfer machine
31 Divider
32 Gate valve
33 Take-out container
34 Outlet
35 Gas return
36-1 Nitrogen inlet
36-2 Nitrogen Inlet
37 rotating net
38 Net Wire Mesh

Claims

反応管内の気相中で浮遊状態のまま気相成長炭素繊維を生成させ、生成した気相成長炭素繊維を含むガスと前記ガスを囲繞する案内ガスとを反応管外に排出する縦型反応手段と、前記反応管内から縦型反応手段により形成された気相成長炭素繊維を駆動源ガスによって導出する排出手段とを備えた気相成長炭素繊維の連続製造装置により製造された気相成長炭素繊維を不活性ガス雰囲気下に濾材に供給し、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集することを特徴とする気相成長炭素繊維取出方法。Vertical reaction means for generating vapor-grown carbon fibers in a floating state in a gas phase in a reaction tube, and discharging a gas containing the generated vapor-grown carbon fibers and a guide gas surrounding the gas to the outside of the reaction tube Vapor-grown carbon fiber produced by a continuous apparatus for producing vapor-grown carbon fiber, the vapor-grown carbon fiber being provided with a drive source gas for discharging vapor-grown carbon fiber formed by a vertical reaction means from the inside of the reaction tube; Is supplied to the filter medium in an inert gas atmosphere, and the vapor-grown carbon fibers adhered to the surface of the filter medium are separated from the surface of the filter medium and collected.

前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させることが、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に気体又は液体を噴射することにより達成される前記請求項１に記載の気相成長炭素繊維取出方法。The vapor-grown carbon fibers attached to the filter medium surface are detached from the filter medium surface, and the vapor-grown carbon fibers attached to the filter medium surface are scraped off by a scraping machine that slidably contacts the filter medium surface. 2. The vapor-grown carbon fiber removal method according to claim 1, which is achieved by injecting a gas or a liquid onto the surface of the filter medium to which the phase-grown carbon fiber has adhered.

前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させることが、濾材面に気相成長炭素繊維が付着する濾材を、気相成長炭素繊維が濾材面に付着する位置から、不活性雰囲気下にある他の部所へと移動させ、該他の部所にて、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に気体又は液体を噴射することにより、濾材面から離脱させ、気相成長炭素繊維が離脱した濾材面を有する前記濾材を元の位置にもどすことからなる前記請求項１に記載の気相成長炭素繊維取出方法。The vapor-grown carbon fiber attached to the surface of the filter medium is separated from the surface of the filter medium to remove the filter medium to which the vapor-grown carbon fiber adheres from the surface of the filter medium from the position where the vapor-grown carbon fiber adheres to the surface of the filter medium. Moved to another part under the active atmosphere, and in the other part, the vapor-grown carbon fiber attached to the surface of the filter medium is scraped off by a scraper that slides on the surface of the filter medium, or By injecting a gas or a liquid onto the surface of the filter medium to which the vapor-grown carbon fibers are attached, the filter medium is separated from the surface of the filter medium, and the filter medium having the filter medium surface from which the vapor-grown carbon fibers have separated is returned to the original position. The method for removing a vapor-grown carbon fiber according to claim 1.

前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集することが、濾材面から離脱させた気相成長炭素繊維を無端搬送機上に移動させ、無端搬送機により気相成長炭素繊維を捕集部位に移送することにより達成される前記請求項１に記載の気相成長炭素繊維取出方法。Removing and collecting the vapor-grown carbon fibers attached to the filter medium surface from the filter medium surface is performed by moving the vapor-grown carbon fibers detached from the filter medium surface onto an endless conveyor, and removing the vapor-grown carbon fibers by the endless conveyor. The method for removing a vapor-grown carbon fiber according to claim 1, which is achieved by transferring the phase-grown carbon fiber to a collection site.

前記無端搬送機が、仕切板を備えてなる請求項４に記載の気相成長炭素繊維取出方法。The method for removing a vapor-grown carbon fiber according to claim 4, wherein the endless transporter includes a partition plate.

前記気相成長炭素繊維を、酸素濃度５％以下とした雰囲気を有する取り出し容器内に取り出す請求項１〜５のいずれか一項に記載の気相成長炭素繊維取出方法。The vapor-grown carbon fiber extraction method according to any one of claims 1 to 5, wherein the vapor-grown carbon fiber is taken out into a take-out container having an atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less.

反応管内の気相中で浮遊状態のまま気相成長炭素繊維を生成させ、生成した気相成長炭素繊維を含むガスと前記ガスを囲繞する案内ガスとを反応管外に排出する縦型反応手段と、前記反応管内から縦型反応手段にて形成された気相成長炭素繊維を駆動源ガスによって導出する排出手段とを備えて成る気相成長炭素繊維の連続製造装置に設けられたところの、導出された気相成長炭素繊維を不活性雰囲気下に濾材に供給し、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を前記濾材面から離脱させて捕集する捕集手段を有することを特徴とする気相成長炭素繊維取出装置。Vertical reaction means for generating vapor-grown carbon fibers in a floating state in a gas phase in a reaction tube, and discharging a gas containing the generated vapor-grown carbon fibers and a guide gas surrounding the gas to the outside of the reaction tube And, provided in the continuous apparatus for producing vapor-grown carbon fiber, comprising a vapor-grown carbon fiber formed by a vertical reaction means from the inside of the reaction tube, and a discharge means for leading out by a driving source gas, Supplying the derived vapor-grown carbon fiber to the filter medium under an inert atmosphere, and having collecting means for separating and collecting the vapor-grown carbon fiber attached to the filter medium surface from the filter medium surface. Vapor growth carbon fiber removal device.

前記捕集手段は、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接して掻き落とす掻き落とし機、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に流体を噴射して気相成長炭素繊維を離脱させる流体する流体噴射手段を備えて成る前記請求項７に記載の気相成長炭素繊維取出装置。The collection means is a scraping machine that scrapes the vapor-grown carbon fibers attached to the filter medium surface by sliding the filter medium surface, or sprays a fluid onto the filter medium surface to which the vapor-grown carbon fibers are attached. The vapor-grown carbon fiber take-out apparatus according to claim 7, further comprising a fluid ejecting means for performing a fluid for releasing the vapor-grown carbon fiber.

前記捕集手段は、濾材面に気相成長炭素繊維が付着する濾材を、気相成長炭素繊維が濾材面に付着する位置から、不活性雰囲気下にある他の部所へと移動させ、該他の部所にて、前記濾材面に付着した気相成長炭素繊維を、前記濾材面を摺接する掻き落とし機で掻き落とすこと、又は気相成長炭素繊維が付着した前記濾材面に流体を噴射することにより、濾材面から離脱させ、気相成長炭素繊維が離脱した濾材面を有する前記濾材を元の位置にもどすように形成されて成る前記請求項８に記載の気相成長炭素繊維取出装置。The collecting means moves the filter medium to which the vapor-grown carbon fiber adheres to the filter medium surface from a position where the vapor-grown carbon fiber adheres to the filter medium surface to another portion under an inert atmosphere, At another place, the vapor-grown carbon fibers adhered to the surface of the filter medium are scraped off by a scraper that slides the surface of the filter medium, or a fluid is sprayed onto the surface of the filter medium to which the vapor-grown carbon fibers adhere. 9. The vapor-grown carbon fiber removal device according to claim 8, wherein the vapor-grown carbon fiber is separated from the filter medium surface, and the vapor-grown carbon fiber is formed so as to return the separated filter medium having the separated filter medium surface to its original position. .

前記捕集手段が、濾材面から離脱させた気相成長炭素繊維を受けて、捕集部位に移送する無端搬送機を有して成る前記請求項８に記載の気相成長炭素繊維取出装置。9. The vapor-grown carbon fiber take-out apparatus according to claim 8, wherein the collecting means has an endless transporter for receiving the vapor-grown carbon fiber detached from the surface of the filter medium and transferring it to a collecting portion.

前記無端搬送機が、仕切板を備えてなる請求項１０に記載の気相成長炭素繊維取出装置。The vapor-grown carbon fiber removal device according to claim 10, wherein the endless transporter includes a partition plate.