JP3771881B2

JP3771881B2 - Method and apparatus for producing carbon nanofiber

Info

Publication number: JP3771881B2
Application number: JP2002237843A
Authority: JP
Inventors: 和也末永; 稔彦瀬戸口; 祐一藤岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: JP2004075457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層方式によるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、黒鉛（グラファイト）シートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体である。このカーボンナノチューブには、黒鉛シートが円筒状に閉じた多層構造を有する多層ナノチューブと、黒鉛シートが円筒状に閉じた単層構造を有する単層ナノチューブとがある。
【０００３】
一方の多層ナノチューブは、１９９１年に飯島により発見された。すなわち、アーク放電法の陰極に堆積した炭素の塊の中に、多層ナノチューブが存在することが発見された。その後、多層ナノチューブの研究が積極的になされ、近年は多層ナノチューブを多量に合成できるまでにもなった。
【０００４】
これに対して、単層ナノチューブは概ね０．４〜１００ナノメータ（ｎｍ）程度の内径を有しており、その合成は、１９９３年に飯島とＩＢＭのグループにより同時に報告された。単層ナノチューブの電子状態は理論的に予測されており、ラセンの巻き方により電子物性が金属的性質から半導体的性質まで変化すると考えられている。従って、このような単層ナノチューブは、未来の電子材料として有望視されている。
【０００５】
単層ナノチューブのその他の用途としては、ナノエレクトロニクス材料、電界電子放出エミッタ、高指向性放射源、軟Ｘ線源、一次元伝導材、高熱伝導材、水素貯蔵材等が考えられている。また、表面の官能基化、金属被覆、異物質内包により、単層ナノチューブの用途はさらに広がると考えられている。
【０００６】
従来、上述した単層ナノチューブは、鉄、コバルト、ニッケル、ランタン等の金属を陽極の炭素棒に混入し、アーク放電を行うことにより製造されている。しかし、この製造方法では、生成物中に、単層ナノチューブの他、多層ナノチューブ、黒鉛、アモルファスカーボンが混在し、収率が低いだけでなく、単層ナノチューブの糸径・糸長にもばらつきがあり、糸径・糸長の比較的揃った単層ナノチューブを高収率で製造することは困難であった。
【０００７】
なお、カーボンナノチューブの製造方法としては、上述したアーク法の他、気相熱分解法、レーザー昇華法、凝縮相の電解法などが提案されている。
【０００８】
ところで、これらの製造方法はいずれも実験室レベルの製造方法であり、特に炭素材料の収率が低い、という問題がある。
【０００９】
また、上述した方法では、連続して製造することができないなど、安定した大量生産を行うことは困難であった。
【００１０】
一方、近年ナノ単位の炭素材料（いわゆるカーボンナノファイバー）は多方面において、その有用性が嘱望され、工業的な大量製造できることが望まれている。
【００１１】
そこで、カーボンナノファイバーを大量製造の方法として、流動材を用いた流動層反応手段による製造方法が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流動層反応手段を用いてカーボンナノファイバーを製造する場合には、流動層内でのガス滞留時間を十分にとる必要があるので、流速を抑えている。この結果、原料ガスである有機化合物の急激な熱分解による閉塞が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑み、ナノ単位の炭素材料であるカーボンナノファイバーを効率よく連続的に大量生産することができるカーボンナノファイバーの製造方法及び装置を提供をすることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する第１の発明は、流動層反応手段に炭素原料と触媒金属成分と流動ガスとを供給し、流動材を用いたカーボンナノファイバーを製造するカーボンナノファイバーの方法であって、上記流動層反応手段を上下２段構造とし、上部流動炉内の流速を流動材の流動開始速度の２〜９０倍の流速を保持すると共に、下部流動炉の流速を上部流動炉の１．５倍として、上記流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持したことを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法にある。
【００１６】
第２の発明は、内部に流動材を充填した流動層反応部と、炭素原料を上記流動層反応部内に供給する原料供給手段と、触媒金属を上記流動層反応部内に供給する触媒供給手段と、上記流動層反応部に導入し、内部の流動材を流動させる流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、上記流動層反応部を加熱する加熱手段とを具備すると共に、上記流動層反応部を上部流動炉と下部流動炉の上下２段とし、下部流動炉の内径を上部流動炉の内径よりも小さくすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、上記原料ガス供給手段の供給管が２重管であり、２重管内部を原料ガス通路とすると共に、２重管外部を温度制御媒体通路とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明によるカーボンナノファイバーの製造方法の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１にカーボンナノファイバーを製造する装置の一例を示す。
図１に示すように、カーボンナノファイバーの製造装置は、内部に流動材１１を充填した上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２と、炭素原料１３を上記流動層反応部１２内に供給する原料供給手段１４と、触媒金属１５を上記流動層反応部１２内に供給する触媒供給手段１６と、上記流動層反応部１２内の流動材１１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部１７と、上記流動層反応部１２に導入し、内部の流動材１１を流動させる流動ガス１８を供給する流動ガス供給手段１９と、流動層反応部１２を加熱する加熱手段２０と、該フリーボード部１７から飛散されたカーボンナノファイバー２２及び流動材１１を回収する回収ライン２３と、回収ライン２３で回収された流動材１１とカーボンナノファイバー２２とを分離する分離手段２４とを具備するものである。
【００２０】
上記上部流動炉１２Ａと下部流動炉１２Ｂからなる上下２段式の流動層反応部１２において、上部流動炉１２Ａを流動層反応部とし、その流速を流動開始速度の２〜９０倍、より好ましくは２〜６０倍としている。
また、下部流動炉１２Ｂを流動層攪拌部とし、その流速は上部流動層の流速の１．５倍とし、流動開始速度の３〜１５０程度としている。
また、上部流動炉１２Ａはその内径ｄ₁を下部流動炉１２Ｂの内径ｄ₂よりも広くしている。
【００２１】
流動開始速度は流動材の粒径に大きく依存するので、粒径を規定する場合には、例えば３００μｍの流動材の場合には、図２に示すように、流動化開始速度が０．０３ｍ／ｓ、終端速度は３ｍ／ｓとなる。
上部流動炉と下部流動炉とを合わせた流動層反応部１２の層高さＨ（ｈ₁＋ｈ₂）は、上記流動層内の流速を満足するように、適宜設定することができる。
【００２２】
上記流動層反応部１２の流動床反応形式には気泡型流動層型と噴流型流動層型とがあるが、本発明ではいずれのものを用いてもよい。
本実施の形態では、流動層反応部１２とフリーボード部１７とから流動層反応器２５を構成している。
また、フリーボード部１７は、流動層反応部１２よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。
【００２３】
上記炭素材料供給手段１４より供給される炭素原料１３は、炭素を含有する化合物であれば、いずれのものでもよく、例えばＣＯ、ＣＯ₂の他、メタン，エタン，プロパン及びヘキサンなどのアルカン類、エチレン，プロピレン及びアセチレン等の不飽和有機化合物、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料、又は石油や石炭（石炭転換ガスを含む）等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、Ｃ、Ｈの他にＳ成分やＣｌ成分を含有する有機化合物を用いるようにしてもよい。
【００２４】
この炭素原料１３は、流動層反応部１２内にガス状態で供給し、流動材１１による攪拌により均一な反応が行われ、カーボンナノファイバーを成長させている。この際、所定の流動条件となるように、別途流動ガスとしてガス供給手段２０により不活性ガスを流動層反応部１７内に導入している。
【００２５】
上記触媒金属１５としては、例えば鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）に代表される転移金属を単独またはこれら金属からなる合金を挙げることができる。
上記合金としては、例えばＣｏ−Ｍｏ系の触媒金属成分を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
そして、上記触媒金属１５を用い、４００℃から１２００℃の温度範囲でベンゼン等の炭素原料を、水素分圧０％乃至90％の混合ガス中で一定時間触媒に接触することによってカーボンファイバを合成している。
【００２７】
上記流動材１１の粒度は特に限定されるものではないが、例えば０．０２〜２０ｍｍの範囲のものを用いることができる。
この流動材としては、公知のケイ砂、アルミナ、シリカ、アルミノシリート、ゼオライト等の酸化物粒子等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
上記分離手段２４としてサイクロン以外の分離手段としては、例えばバグフィルタ、セラミックフィルタ、篩等の公知の分離手段を用いることができる。
【００２９】
また、回収された流動材１１は分離手段２４により分離され、再利用するために、新規流動材１１と混合して流動材供給手段２６により流動層反応部１２内に供給するようにしている。
【００３０】
そして、流動層反応部１２内に、炭素原料１０と触媒金属１５及び流動材１１とを各々供給し、流動材ガス１９を供給することで、流動材１１を流動させ、所定の圧力及び温度とすることで、流動層による均一な反応を行うことにより、カーボンナノファイバー２４を製造することになる。
【００３１】
上記構成の流動層反応手段によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属１５とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３にカーボンナノファイバーを製造する装置の部分拡大図を示す。
図３に示すように、図１に示したカーボンナノファイバーの製造装置において、複数の細孔３２を設け、該細孔３２から炭素原料１３及び流動ガス１８を炉内部に供給している。
なお、図３中、符号３５は、所定時間反応させた後に、流動材１１を抜き出す抜出管を図示する。
【００３３】
また、この際、ガスを旋回させるように供給するようにしてもよい。これにより、炉周壁にガスが当接するので炉全体での攪拌効率が向上する。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図４に炭素原料を炉内に供給する供給管の斜視図を示す。
図４に示すように、炭素原料１３を炉内に供給する供給管を内管４１と外管４２とからなる２重管４３とし、内管４１内に炭素原料１３を供給すると共に、外管４２内に温度制御媒体４４を供給するようにして、温度制御媒体４４により、適宜温度制御（加熱又は冷却）することで、熱分解を防止するようにしている。
【００３５】
上記温度制御媒体４４は、水、水蒸気、空気、窒素等を用いることができる。
また、水は加圧して使用するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持することができるので、炭素原料と触媒金属とが激しく混合されるので、炭素原料が熱分解する以前に反応することができ、閉塞等が生じることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるカーボンナノファイバーの製造装置の概略を示す図である。
【図２】流動材の粒径と流動化開始速度、終端速度との関係を示す図である。
【図３】下部流動炉の概略図である。
【図４】原料供給管の概略図である。
【符号の説明】
１１流動材
１２流動層反応部
１２Ａ上部流動炉
１２Ｂ下部流動炉
１３炭素原料
１４原料供給手段
１５触媒金属
１６触媒供給手段
１７フリーボード部
１８流動ガス
１９流動ガス供給手段
２０加熱手段
２２カーボンナノファイバー
２３回収ライン
２４分離手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for producing carbon nanofibers by a fluidized bed system.
[0002]
[Prior art]
The carbon nanotube is a tubular carbon polyhedron having a structure in which a graphite (graphite) sheet is closed in a cylindrical shape. The carbon nanotube includes a multi-layer nanotube having a multilayer structure in which a graphite sheet is closed in a cylindrical shape, and a single-wall nanotube having a single-layer structure in which a graphite sheet is closed in a cylindrical shape.
[0003]
One multi-walled nanotube was discovered by Iijima in 1991. That is, it was discovered that multi-walled nanotubes exist in the carbon mass deposited on the cathode of the arc discharge method. Since then, research on multi-walled nanotubes has been actively conducted, and in recent years, it has become possible to synthesize a large number of multi-walled nanotubes.
[0004]
In contrast, single-walled nanotubes have an inner diameter of approximately 0.4 to 100 nanometers (nm), and their synthesis was simultaneously reported in 1993 by a group of Iijima and IBM. The electronic state of single-walled nanotubes has been predicted theoretically, and it is thought that the electronic properties change from metallic properties to semiconducting properties depending on how the spiral is wound. Therefore, such single-walled nanotubes are considered promising as future electronic materials.
[0005]
Other applications of single-walled nanotubes include nanoelectronic materials, field electron emitters, highly directional radiation sources, soft X-ray sources, one-dimensional conducting materials, high thermal conducting materials, hydrogen storage materials, and the like. Further, it is considered that the use of single-walled nanotubes is further expanded by functionalization of the surface, metal coating, and inclusion of foreign substances.
[0006]
Conventionally, the single-walled nanotubes described above are manufactured by mixing a metal such as iron, cobalt, nickel, or lanthanum into a carbon rod of an anode and performing arc discharge. However, in this production method, in addition to single-walled nanotubes, multi-walled nanotubes, graphite, and amorphous carbon are mixed in the product, and not only the yield is low, but also the yarn diameter and thread length of single-walled nanotubes vary. In addition, it was difficult to produce single-walled nanotubes with relatively uniform yarn diameter and yarn length in high yield.
[0007]
In addition to the arc method described above, a vapor phase pyrolysis method, a laser sublimation method, a condensed phase electrolysis method, and the like have been proposed as methods for producing carbon nanotubes.
[0008]
By the way, all these manufacturing methods are laboratory-level manufacturing methods, and there is a problem that the yield of carbon materials is particularly low.
[0009]
Further, in the above-described method, etc. can not be produced in succession, to perform a stable mass production is difficult.
[0010]
On the other hand, nano-unit carbon materials (so-called carbon nanofibers) have recently been desired for their usefulness in various fields, and it is desired that they can be industrially manufactured in large quantities.
[0011]
Then, the manufacturing method by the fluidized bed reaction means using a fluidized material is proposed as a method of mass-producing carbon nanofiber.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, when producing carbon nanofibers using a fluidized bed reaction means, it is necessary to take a sufficient gas residence time in the fluidized bed, so the flow rate is suppressed. As a result, there is a problem that the organic compound which is the raw material gas is clogged due to rapid thermal decomposition.
[0013]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a carbon nanofiber manufacturing method and apparatus capable of efficiently and continuously mass-producing carbon nanofibers, which are nano-unit carbon materials.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
First invention for solving the above problems is to provide a fluidizing gas and the carbon source and the catalyst metal component into the fluidized bed reaction unit, a carbon nanofiber of a method for producing carbon nanofibers over using a fluidized material The fluidized bed reaction means has a two-stage upper and lower structure, the flow rate in the upper fluidizing furnace is maintained at a flow rate 2 to 90 times the flow starting speed of the fluidized material, and the flow rate in the lower fluidizing furnace is 1. as 5-fold, upon producing carbon nanofibers above the fluidized bed reaction unit, in the production method of carbon nanofibers, characterized in that holding the 2-150 times the flow rate of the flow starting rate of flow material.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fluidized bed reaction section filled with a fluidized material, a raw material supply means for supplying a carbon raw material into the fluidized bed reaction section, and a catalyst supply means for supplying a catalytic metal into the fluidized bed reaction section. And a fluidized gas supply means for supplying a fluidized gas introduced into the fluidized bed reaction section to flow the fluidized material therein, and a heating means for heating the fluidized bed reaction section. An apparatus for producing carbon nanofibers is characterized in that the upper fluidized furnace and the lower fluidized furnace have two upper and lower stages, and the inner diameter of the lower fluidized furnace is made smaller than the inner diameter of the upper fluidized furnace.
[0017]
According to a third invention, in the second invention, the supply pipe of the source gas supply means is a double pipe, the inside of the double pipe is a source gas passage, and the outside of the double pipe is a temperature control medium passage. It is in the manufacturing apparatus of the carbon nanofiber characterized by this.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the method for producing carbon nanofibers according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0019]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an example of an apparatus for producing carbon nanofibers.
As shown in FIG. 1, the carbon nanofiber manufacturing apparatus includes an upper and lower two-stage fluidized bed reaction section 12 composed of an upper fluidizing furnace 12A and a lower fluidizing furnace 12B filled with a fluidizing material 11, and a carbon raw material 13. The raw material supply means 14 for supplying the fluidized bed reaction section 12, the catalyst supply means 16 for supplying the catalytic metal 15 into the fluidized bed reaction section 12, and the fluidized material 11 in the fluidized bed reaction section 12 are scattered. The free board part 17 having a space to flow down, the fluidized gas supply means 19 for supplying the fluidized gas 18 introduced into the fluidized bed reaction part 12 and fluidizing the fluidized material 11 inside, and the fluidized bed reaction part 12 are heated. The heating means 20, the recovery line 23 for recovering the carbon nanofibers 22 and the fluidized material 11 scattered from the free board portion 17, and the fluidized material 11 and carbon recovered in the recovery line 23 A nanofiber 22 is for and a separating means 24 for separating.
[0020]
In the upper and lower two-stage fluidized bed reaction section 12 comprising the upper fluidized furnace 12A and the lower fluidized furnace 12B, the upper fluidized furnace 12A is a fluidized bed reaction section, and the flow rate is 2 to 90 times the flow start speed, more preferably 2-60 times.
The lower fluidized furnace 12B is a fluidized bed agitating unit, and the flow rate thereof is 1.5 times the flow velocity of the upper fluidized bed, and is about 3 to 150 of the flow start speed.
Also, widely than the upper fluidized reactor 12A is the inner diameter d ₂ of the inner diameter d ₁ of the lower fluidized furnace 12B.
[0021]
Since the flow start speed greatly depends on the particle size of the fluidized material, when defining the particle size, for example, in the case of a 300 μm fluidized material, as shown in FIG. 2, the fluidization start speed is 0.03 m / s, the termination speed is 3 m / s.
The bed height H (h ₁ + h ₂ ) of the fluidized bed reaction section 12 that combines the upper fluidized furnace and the lower fluidized furnace can be appropriately set so as to satisfy the flow velocity in the fluidized bed.
[0022]
The fluidized bed reaction mode of the fluidized bed reaction section 12 includes a bubble type fluidized bed type and a jet type fluidized bed type, and any of them may be used in the present invention.
In the present embodiment, a fluidized bed reactor 25 is composed of the fluidized bed reaction unit 12 and the free board unit 17.
The free board portion 17 preferably has a larger channel cross-sectional area than the fluidized bed reaction portion 12.
[0023]
The carbon raw material 13 supplied from the carbon material supply means 14 may be any carbon-containing compound, for example, CO, CO ₂ , alkanes such as methane, ethane, propane and hexane, Examples include unsaturated organic compounds such as ethylene, propylene and acetylene, aromatic compounds such as benzene and toluene, polymer materials such as polyethylene and polypropylene, and petroleum and coal (including coal conversion gas). The invention is not limited to these examples.
In addition to C and H, an organic compound containing an S component or a Cl component may be used.
[0024]
The carbon material 13, supplied in a gaseous state into the fluidized bed reaction unit 12, a uniform reaction is performed by stirring by flowing material 11, thereby growing the carbon nanofibers over. At this time, an inert gas is separately introduced into the fluidized bed reaction section 17 by the gas supply means 20 as a fluidized gas so as to satisfy predetermined fluidity conditions.
[0025]
Examples of the catalyst metal 15 include transition metals typified by iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni), or alloys made of these metals.
Examples of the alloy include a Co—Mo based catalytic metal component, but the present invention is not limited thereto.
[0026]
Then, using the catalytic metal 15, carbon fiber is synthesized by contacting a carbon raw material such as benzene at a temperature range of 400 ° C. to 1200 ° C. with a catalyst in a mixed gas having a hydrogen partial pressure of 0% to 90% for a certain period of time. is doing.
[0027]
Although the particle size of the fluidizing material 11 is not particularly limited, for example, a material in the range of 0.02 to 20 mm can be used.
Examples of the fluidizing material include known silica particles, alumina, silica, aluminosilicate, oxide particles such as zeolite, and the like, but the present invention is not limited thereto.
[0028]
The separating means other than cyclone as the separating means 24, it is possible to use, for example a bag filter, ceramic filter, known separation means sieve like.
[0029]
The recovered fluidized material 11 is separated by the separation means 24 and mixed with the new fluidized material 11 and supplied to the fluidized bed reaction section 12 by the fluidized material supply means 26 for reuse.
[0030]
Then, the carbon raw material 10, the catalyst metal 15, and the fluidizing material 11 are respectively supplied into the fluidized bed reaction unit 12, and the fluidizing material gas 19 is supplied to cause the fluidizing material 11 to flow, and a predetermined pressure and temperature are set. By doing so, the carbon nanofiber 24 is manufactured by performing a uniform reaction in the fluidized bed.
[0031]
According to the fluidized bed reaction means having the above configuration, when producing carbon nanofibers by the fluidized bed reaction means, it is possible to maintain a flow rate of 2 to 150 times the flow start speed of the fluidized material. 15 is vigorously mixed, so that the carbon raw material can react before being thermally decomposed to prevent clogging and the like.
[0032]
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a partially enlarged view of an apparatus for producing carbon nanofibers.
As shown in FIG. 3, in the carbon nanofiber manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a plurality of pores 32 are provided, and the carbon raw material 13 and the flowing gas 18 are supplied into the furnace from the pores 32.
In FIG. 3, reference numeral 35 denotes an extraction pipe for extracting the fluidized material 11 after reacting for a predetermined time.
[0033]
At this time, the gas may be supplied so as to be swirled. Thereby, since gas contacts the furnace peripheral wall, the stirring efficiency in the whole furnace improves.
[0034]
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a perspective view of a supply pipe for supplying the carbon raw material into the furnace.
As shown in FIG. 4, a supply pipe for supplying the carbon raw material 13 into the furnace is a double pipe 43 composed of an inner pipe 41 and an outer pipe 42, and the carbon raw material 13 is supplied into the inner pipe 41 and the outer pipe The temperature control medium 44 is supplied into the inside 42, and the temperature control medium 44 appropriately controls the temperature (heating or cooling) to prevent thermal decomposition.
[0035]
The temperature control medium 44 can use water, water vapor, air, nitrogen, or the like.
Further, water may be used under pressure.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the carbon nanofibers are produced by the fluidized bed reaction means, the flow rate of 2 to 150 times the flow start speed of the fluidized material can be maintained. Since the metal is vigorously mixed, it can react before the carbon raw material is thermally decomposed, and blockage and the like are prevented from occurring.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a carbon nanofiber manufacturing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the particle size of a fluidized material, the fluidization start speed, and the terminal speed.
FIG. 3 is a schematic view of a lower fluidized furnace.
FIG. 4 is a schematic view of a raw material supply pipe.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fluidized material 12 Fluidized bed reaction part 12A Upper fluidized furnace 12B Lower fluidized furnace 13 Carbon raw material 14 Raw material supply means 15 Catalyst metal 16 Catalyst supply means 17 Free board part 18 Fluid gas 19 Fluid gas supply means 20 Heating means 22 Carbon nanofiber 23 Collection line 24 Separation means

Claims

流動層反応手段に炭素原料と触媒金属成分と流動ガスとを供給し、流動材を用いたカーボンナノファイバーを製造するカーボンナノファイバーの方法であって、
上記流動層反応手段を上下２段構造とし、上部流動炉内の流速を流動材の流動開始速度の２〜９０倍の流速を保持すると共に、下部流動炉の流速を上部流動炉の１．５倍として、上記流動層反応手段でカーボンナノファイバーを製造するに際し、流動材の流動開始速度の２〜１５０倍の流速を保持したことを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法。Supplying a fluidizing gas with the carbon raw material and the catalytic metal component in the fluidized bed reaction unit, a carbon nanofiber of a method for producing carbon nanofibers over using a fluidized material,
The fluidized bed reaction means has a two-stage structure, and the flow rate in the upper fluidizing furnace is maintained at a flow rate of 2 to 90 times the flow starting speed of the fluidized material, and the flow rate in the lower fluidizing furnace is 1.5 times that of the upper fluidizing furnace. as fold, upon producing carbon nanofibers above the fluidized bed reaction unit, the production method of carbon nanofibers, characterized in that holding the 2-150 times the flow rate of the flow starting rate of flow material.

内部に流動材を充填した流動層反応部と、
炭素原料を上記流動層反応部内に供給する原料供給手段と、
触媒金属を上記流動層反応部内に供給する触媒供給手段と、
上記流動層反応部に導入し、内部の流動材を流動させる流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、
上記流動層反応部を加熱する加熱手段とを具備すると共に、
上記流動層反応部を上部流動炉と下部流動炉の上下２段とし、下部流動炉の内径を上部流動炉の内径よりも小さくすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置。A fluidized bed reaction section filled with a fluidizing material;
A raw material supply means for supplying a carbon raw material into the fluidized bed reaction section;
Catalyst supply means for supplying a catalyst metal into the fluidized bed reaction section;
Fluidized gas supply means for introducing a fluidized gas that is introduced into the fluidized bed reaction section and fluidizes the fluidized material inside;
A heating means for heating the fluidized bed reaction section,
An apparatus for producing carbon nanofibers, characterized in that the fluidized bed reaction section has two stages, an upper fluidized furnace and a lower fluidized furnace, and the inner diameter of the lower fluidized furnace is smaller than the inner diameter of the upper fluidized furnace.

請求項２において、
上記原料ガス供給手段の供給管が２重管であり、２重管内部を原料ガス通路とすると共に、２重管外部を温度制御媒体通路とすることを特徴とするカーボンナノファイバーの製造装置。In claim 2 ,
An apparatus for producing carbon nanofibers, characterized in that a supply pipe of the raw material gas supply means is a double pipe, the inside of the double pipe is a raw material gas passage, and the outside of the double pipe is a temperature control medium passage.