JP5300403B2 - Nanocarbon generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを効率的に製造するナノカーボン生成システム、及び、ナノカーボンを、特に化石資源に由来しない木質系バイオマス、繊維質バイオマス、下水汚泥等のバイオマス資源から製造するナノカーボン製造システムに関する。 The present invention relates to a nanocarbon generation system for efficiently producing highly useful fibrous nanocarbons such as carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils, and woody biomass that is not derived from fossil resources. The present invention relates to a nanocarbon production system that produces from biomass resources such as fiber biomass and sewage sludge.
カーボンナノチューブ等の高機能カーボンの生成法には、例えばアーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法）が挙げられる。
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。
一般に、アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいとされる。
Examples of the method for producing high-performance carbon such as carbon nanotubes include an arc discharge method, a laser vapor deposition method, and a chemical vapor deposition method (CVD method).
The arc discharge method is a method in which graphite is evaporated by causing an arc discharge between positive and negative graphite electrodes, and carbon nanotubes are generated in a carbon deposit condensed at the tip of the cathode (see, for example, Patent Document 1). ). The laser vapor deposition method is a method of generating a carbon nanotube by putting a graphite sample mixed with a metal catalyst in an inert gas heated to a high temperature and irradiating it with a laser (see, for example, Patent Document 2).
Generally, carbon nanotubes with good crystallinity can be produced by the arc discharge method or laser evaporation method, but the amount of carbon nanotubes to be produced is small and it is difficult to produce them in large quantities.
ＣＶＤ法には、反応炉の中に入れた基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。 The CVD method includes a vapor phase growth substrate method in which carbon nanotubes are generated on a substrate placed in a reaction furnace (see, for example, Patent Document 3), and a carbon nanotube by flowing a catalyst metal and a carbon source together in a high-temperature furnace. There are two methods such as a fluidized gas phase method (see, for example, Patent Document 4).
気相成長法について、図１１を参照して説明する。図中の符番１は、内部に触媒２を担持する触媒担持基板３が配置された反応管を示す。反応管１の外周外側部には電気ヒータ４が配置されている。こうした構成の反応管１内に、該反応管１の一方側から原料（炭化水素）５を流し、他方側から排気するようにすると、反応管１内部で炭化水素ガス６が発生し、カーボンナノチューブ７が形成される。
The vapor phase growth method will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 in the figure indicates a reaction tube in which a catalyst-carrying
次に、図１２を用いて流動気相法について説明する。但し、図１１と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１２では、反応管１の一方側から原料である炭化水素５とともにキャリアガス８を流すことを特徴とする。これにより、電気ヒータ４が配置された部位に相当する反応管１内で炭化水素ガス６が発生し、カーボンナノチューブ７が形成される。
Next, the fluidized gas phase method will be described with reference to FIG. However, the same members as those in FIG. In FIG. 12, the
一方、気相成長基板法はバッジ処理であるので大量生産に難しい。また、流動気相法は温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されているが、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。 On the other hand, since the vapor phase growth substrate method is a badge process, it is difficult for mass production. In addition, the fluidized gas phase method is said to be difficult to produce carbon nanotubes with low temperature uniformity and good crystallinity. Furthermore, as a development type of the fluidized gas phase method, a method has been proposed in which a fluidized bed is formed with a fluid material also serving as a catalyst in a high-temperature furnace and a carbon raw material is supplied to generate fibrous nanocarbon. It is considered difficult to produce carbon nanotubes with low uniformity of temperature in the furnace and good crystallinity.
純度および安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。 If carbon nanotubes with high purity and stability can be mass-produced efficiently at low cost, it becomes possible to supply a large amount of nanotechnology products utilizing the characteristics of carbon nanotubes at low cost.
しかし、アーク放電法、レーザー蒸着法ではアーク放電、レーザー蒸着用の電気、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素、化学気相成長法では加熱するための電気或いはガス等の燃料、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素を必要とし、いずれのナノカーボンを製造する装置においても、ナノカーボンを製造するのに大量の化石資源由来のエネルギーを使用している。地球温暖化防止の対策が急務である今、高機能カーボンであるカーボンナノチューブを始めとするナノカーボンを生成する為に大量の二酸化炭素を排出しているということは大きな問題である。 However, arc discharge and laser deposition methods use arc discharge, electricity for laser deposition, hydrocarbons derived from fossil resources such as LPG gas as raw material, and fuel or raw materials such as electricity or gas for heating in chemical vapor deposition method. This requires a hydrocarbon derived from fossil resources such as LPG gas, and any nanocarbon producing apparatus uses a large amount of energy derived from fossil resources to produce nanocarbon. Now that there is an urgent need to prevent global warming, it is a big problem that a large amount of carbon dioxide is emitted in order to produce nanocarbons such as carbon nanotubes, which are highly functional carbons.
また、ナノカーボンを製造するのに大量の炭化水素原料を使用しており、ナノカーボン生成工程終了後のガス中には未反応の炭化水素成分が残留しており、これをそのまま排出しており、これも温暖効果ガスの排出の原因となっている。
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、カーボンナノチューブ，カーボンファイバー，カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンをナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えることにより効率的に製造するナノカーボン生成システムを提供することを目的とする。また、本発明は、カーボンナノチューブ等の高機能ナノカーボンを生成するのに化石資源由来のエネルギーを使用せず、特に化石資源に由来しない木質系バイオマス，繊維質バイオマス，下水汚泥等のバイオマス資源から製造するナノカーボン生成システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and changes the properties of highly useful fibrous nanocarbons such as carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils in a stepwise manner in accordance with the nanocarbon generation temperature range. It aims at providing the nanocarbon production | generation system manufactured efficiently by this. In addition, the present invention does not use fossil resource-derived energy to produce highly functional nanocarbons such as carbon nanotubes, and in particular from biomass resources such as woody biomass, fiber biomass, and sewage sludge that are not derived from fossil resources. It aims at providing the nanocarbon production system to manufacture.
本発明に係るナノカーボン生成システム(第１の発明)は、有機物を原料とするナノカーボン生成において、低温レベルの第１のナノカーボン生成装置と、内部温度を前記第１のナノカーボン生成装置における内部設定温度以上に設定した高温レベルの第２のナノカーボン生成装置とを具備し、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。 A nanocarbon generation system according to the present invention (first invention) includes a first nanocarbon generation device at a low temperature level and an internal temperature in the first nanocarbon generation device. A high-temperature level second nanocarbon generating device set to an internal set temperature or higher, and the nanocarbon generation is performed in two stages: nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level. By putting unreacted hydrocarbons discharged from the nanocarbon generator into the second nanocarbon generator, both the nanocarbon generated at a low temperature level and the nanocarbon generated at a high temperature level are recovered. .
また、本発明に係るナノカーボン生成システム（第２の発明）は、有機物を原料とするナノカーボン生成において、低温レベルの第１のナノカーボン生成装置と、内部温度を前記第１のナノカーボン生成装置における内部設定温度以上に設定した高温レベルの第２のナノカーボン生成装置と、有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備し、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解ガスを第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。 The nanocarbon generation system according to the present invention (second invention) includes a first nanocarbon generation device at a low temperature level and an internal temperature of the first nanocarbon generation in nanocarbon generation using an organic material as a raw material. A second nanocarbon generating device having a high temperature level set to be equal to or higher than the internal set temperature in the device, and a pyrolyzing device for thermally decomposing the organic material, and the pyrolysis gas generated by pyrolyzing the pyrolyzing device is By collecting the unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator together with the second nanocarbon generator, both the nanocarbon generated at the low temperature level and the nanocarbon generated at the high temperature level are recovered. And
更に、本発明に係るナノカーボン生成システム（第３の発明）は、有機物を原料とするナノカーボン生成において、低温レベルの第１のナノカーボン生成装置と、内部温度を前記第１のナノカーボン生成装置における内部設定温度以上に設定した高温レベルの第２のナノカーボン生成装置と、有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備し、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解残渣を第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。 Furthermore, the nanocarbon generation system according to the present invention (third invention) includes a first nanocarbon generation device at a low temperature level and an internal temperature of the first nanocarbon generation in the generation of nanocarbon using an organic material as a raw material. A second nanocarbon generator having a high temperature level set to be equal to or higher than the internal set temperature in the apparatus, and a pyrolyzer for thermally decomposing the organic raw material, and the pyrolysis residue generated by pyrolyzing the pyrolyzer By collecting the unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator together with the second nanocarbon generator, both the nanocarbon generated at the low temperature level and the nanocarbon generated at the high temperature level are recovered. And
本発明によれば、カーボンナノチューブ，カーボンファイバー，カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンをナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えることにより効率的に製造するナノカーボン生成システムが得られる。また、本発明によれば、カーボンナノチューブ等の高機能ナノカーボンを生成するのに化石資源由来のエネルギーを使用せず、特に化石資源に由来しない木質系バイオマス，繊維質バイオマス，下水汚泥等のバイオマス資源から製造するナノカーボン生成システムが得られる。 According to the present invention, nano-sized carbon nanotubes, carbon fibers, carbon nanocoils, etc. that can be manufactured efficiently by changing the properties of fibrous nanocarbons that are highly useful in accordance with the nanocarbon generation temperature range in stages. A carbon production system is obtained. In addition, according to the present invention, energy derived from fossil resources is not used to generate highly functional nanocarbons such as carbon nanotubes, and in particular biomass such as woody biomass, fiber biomass, sewage sludge, etc. not derived from fossil resources A nanocarbon production system manufactured from resources is obtained.
以下、本発明のナノカーボン生成システムについて更に詳しく説明する。
1) 第１の発明は、上述したように、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置とを具備し、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。
Hereinafter, the nanocarbon generation system of the present invention will be described in more detail.
1) As described above, the first invention includes the first nanocarbon generation device and the second nanocarbon generation device, and the nanocarbon generation is performed at a low temperature level, and at a high temperature level. By performing unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generating device in the second nanocarbon generating device in two stages of carbon generation, nanocarbon generated at a low temperature level and nanocarbon generated at a high temperature level. It is characterized by recovering both carbon.
2) 第２の発明は、上述したように、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置とバイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備し、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解ガスを第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。 2) As described above, the second invention comprises the first nanocarbon generating device, the second nanocarbon generating device, and the thermal decomposition device for thermally decomposing organic materials such as biomass. Pyrolysis gas generated by pyrolysis is put into the second nanocarbon generator together with unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator, so that nanocarbon generated at a low temperature level is generated at a high temperature level. It is characterized by recovering both nanocarbons.
3) 第３の発明は、上述したように、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置とバイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備し、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解残渣（炭化物）を第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とする。 3) As described above, the third invention comprises the first nanocarbon generating device, the second nanocarbon generating device, and the thermal decomposition device for thermally decomposing organic raw materials such as biomass. Nanocarbon produced at a low temperature level by putting pyrolysis residue (carbide) generated by pyrolysis into the second nanocarbon generator together with unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator, high temperature It is characterized by recovering both nanocarbons produced at the level.
4) 上記１）〜３）において、第１のナノカーボン生成装置でのナノカーボン生成装置内部設定温度を５００〜８００℃、第２のナノカーボン生成装置でのナノカーボン生成装置内部設定温度を８００〜１２００℃とすることが好ましい。
5) 上記１）〜４）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置に夫々水素を添加することが好ましい。
6) 上記１）〜５）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置に夫々水蒸気を添加することが好ましい。
4) In the above 1) to 3), the nanocarbon generating device internal set temperature in the first nanocarbon generating device is 500 to 800 ° C., and the nanocarbon generating device internal set temperature in the second nanocarbon generating device is 800 It is preferable to set it to -1200 degreeC.
5) In the above 1) to 4), it is preferable to add hydrogen to each of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator.
6) In the above 1) to 5), it is preferable to add water vapor to the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator, respectively.
7) 上記１）〜６）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の夫々に投入する原料に触媒を添加することが好ましい。
8) 上記７）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置に添加する触媒は種類を変えることが好ましい。
9) 上記８）において、第１のナノカーボン生成装置に添加する触媒としてはＦｅ系触媒を、第２のナノカーボン生成装置に添加する触媒としてはＮｉ系触媒を添加することが好ましい。
7) In the above 1) to 6), it is preferable to add a catalyst to the raw material charged into each of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator.
8) In the above 7), it is preferable to change the type of the catalyst added to the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator.
9) In the above 8), it is preferable to add an Fe-based catalyst as a catalyst to be added to the first nanocarbon generating device and an Ni-based catalyst as a catalyst to be added to the second nanocarbon generating device.
10) 上記１）〜９）において、第２のナノカーボン生成装置にオイルを添加することができる。
11) 上記１）〜９）において、第２のナノカーボン生成装置にバイオマスオイルを添加することができる。
12) 上記11）において、前記バイオマスオイルとしては、木材、草、生ごみ、下水汚泥等を熱分解して得られるオイルが挙げられる。
13) 上記11）において、前記バイオマスオイルとしては、木材、草、生ごみ、下水汚泥等をメタン発酵して得られるオイルが挙げられる。
10) In the above 1) to 9), oil can be added to the second nanocarbon generator.
11) In the above 1) to 9), biomass oil can be added to the second nanocarbon generator.
12) In the above 11), examples of the biomass oil include oil obtained by pyrolyzing wood, grass, garbage, sewage sludge and the like.
13) In the above 11), the biomass oil includes oil obtained by methane fermentation of wood, grass, garbage, sewage sludge and the like.
14) 上記2）〜13）において、前記バイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置に投入するバイオマスとしては、木材、草、生ごみ、下水汚泥、これらを熱分解して得られる炭化物（残渣）、これらをメタン発酵して得られる炭化物（残渣）等が挙げられる。
15) 上記１）〜13）において、第１のナノカーボン生成装置で得られる回収ナノカーボンと、第２のナノカーボン生成装置で得られる回収ナノカーボンとの生成ナノカーボンの使用用途を区別できる構成にすることが好ましい。
16) 上記１）〜15）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の加熱源は電気ヒータとし、夫々の設定温度を投入原料（液体、ガス）の性状により制御することができることが好ましい。
14) In the above 2) to 13), the biomass to be input to the pyrolysis apparatus for pyrolyzing the organic material such as biomass is wood, grass, garbage, sewage sludge, and carbide obtained by pyrolyzing these ( Residue), and carbide (residue) obtained by subjecting these to methane fermentation.
15) In 1) to 13) above, a configuration capable of distinguishing the usage of the generated nanocarbon from the recovered nanocarbon obtained by the first nanocarbon generator and the recovered nanocarbon obtained by the second nanocarbon generator. It is preferable to make it.
16) In the above 1) to 15), the heating source of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator is an electric heater, and the respective set temperatures are controlled by the properties of the input raw materials (liquid, gas). It is preferable that it is possible.
17) 上記１）〜16）において、第２のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機を稼動し、その発生電気を第２のナノカーボン生成装置，第１のナノカーボン生成装置の電気ヒータの電源とすることができることが好ましい。
18) 上記１）〜17）において、第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置のどちらかのみしか稼動しない場合は、何れかのナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機を稼動し、その発生電気を何れかのナノカーボン生成装置の電気ヒータの電源とすることができることが好ましい。
17) In the above 1) to 16), the generator is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the second nanocarbon generator as fuel, and the generated electricity is supplied to the second nanocarbon generator, first It is preferable that the power source of the electric heater of the nanocarbon generating apparatus can be used.
18) In the above 1) to 17), when only one of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator is operated, the unreacted surplus discharged from any of the nanocarbon generators It is preferable that a generator is operated using hydrocarbons as fuel, and the generated electricity can be used as a power source for an electric heater of any nanocarbon generator.
19) 上記１）〜18）において、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の加熱源は熱風とし、夫々の設定温度を投入原料（液体、ガス）の性状により制御することができる。
20) 上記１）〜19）において、第２のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として加熱炉バーナを稼動し、その発生熱風を第２のナノカーボン生成装置，第１のナノカーボン生成装置の加熱源とすることができる。
21) 上記１）〜20）において、第１のナノカーボン生成装置のみしか稼動しない場合は、第１のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として加熱炉バーナを稼動し、その発生熱風を第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置の加熱源電とすることができる。
19) In the above 1) to 18), the heating source of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator is hot air, and the respective set temperatures are controlled by the properties of the input raw materials (liquid, gas). Can do.
20) In 1) to 19) above, the furnace burner is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the second nanocarbon generator as fuel, and the generated hot air is used as the second nanocarbon generator, It can be used as a heating source of one nanocarbon generating apparatus.
21) In the above 1) to 20), when only the first nanocarbon generator is operated, the furnace burner is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator as fuel. The generated hot air can be used as a heating power source for the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１及び図２(Ａ)，(Ｂ)は、請求項１の実施形態に対応する説明である。図１は、有機物を原料とするナノカーボン生成において、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収するナノカーボン生成システムの概略フロー図である。図２（Ａ）は図１のシステムの一構成である第１のナノカーボン生成装置の概略図、図２（Ｂ）は図１のシステムの一構成である第２のナノカーボン生成装置の概略図を示す。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present embodiment is not limited to the following description.
(First embodiment)
1 and FIGS. 2A and 2B are descriptions corresponding to the embodiment of claim 1. FIG. 1 is a schematic flow diagram of a nanocarbon generation system that recovers both nanocarbons generated at a low temperature level and nanocarbons generated at a high temperature level in the generation of nanocarbons using organic materials as raw materials. FIG. 2A is a schematic diagram of a first nanocarbon generating device that is one configuration of the system of FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic diagram of a second nanocarbon generating device that is one configuration of the system of FIG. The figure is shown.
図中の符番１１は、低温レベルの第１のナノカーボン生成装置を示す。この第１のナノカーボン生成装置１１の上流側には、原料投入ホッパー１２が配置されている。この原料投入ホッパー１２には、有機物原料（例えば液体のエタノール）及び低温レベルナノカーボン生成用触媒粉が導入される。原料投入ホッパー１２と第１のナノカーボン生成装置１１とは、該装置１１の加熱炉容器１５内に金属触媒粉混合原料(炭化水素成分を有する有機物原料と触媒粉）を連続的又は間欠的に注入するための原料供給配管１３により接続されている。第１のナノカーボン生成装置１１の下流側には、低温レベルの生成ナノカーボンを回収するための第１の回収容器１４が配置されている。
前記ナノカーボン生成装置１１は、図２（Ａ）に示すように、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器１５と、この加熱炉容器１５内に配置された円錐状金属基板１６と、この円錐状金属基板１６の外側に該基板１６と接して配置された基板加熱ヒータ（加熱源）１７と、混合原料噴霧ノズル（図示せず）を備えた原料供給ヘッダー１８と、生成したナノカーボン１９を第１の回収容器１４に供給するナノカーボン排出ノズル２０を備えている。前記円錐状金属基板１６は、加熱炉容器１５と同心円状で３０°〜６０°の傾斜角度（θ）となっている。円錐状金属基板１６には、低温レベルナノカーボン生成用触媒の機能を持たせることが可能であり、例えばその-基板１６を鉄基板とすることにより基板自体に触媒機能を持たせることができる。原料噴霧ノズルは、加熱炉容器１５内に金属触媒粉混合原料（有機物原料と触媒粉）を連続的又は間欠的に噴霧する機能を有する。なお、図２中の符号Ｘは噴霧される原料を示す。また、円錐状金属基板１６の代わりに、加熱炉容器１５と同心円状で円筒状の金属基板を加熱炉容器１５に密着させて使用してもよい。前記円錐状金属基板１６は、基板加熱ヒータ１６により均一に加熱される。基板加熱ヒータ１６の代わりに加熱ジャケット等の加熱源を用いて円錐状金属基板１６を均一に加熱してもよい。
As shown in FIG. 2A, the
図中の符番３１は、内部温度を第１のナノカーボン生成装置１１における内部設定温度以上に設定した高温レベルの第２のナノカーボン生成装置を示す。この第２のナノカーボン生成装置３１の上流側には、高温レベルナノカーボン生成用触媒粉を投入するための投入ホッパー３２が配置されている。この投入ホッパー３２には、高温レベルナノカーボン生成用触媒が導入される。投入ホッパー３２と第２のナノカーボン生成装置３１とは、触媒粉供給配管３３により接続されている。第２のナノカーボン生成装置３１の下流側には、高温レベルの生成ナノカーボンを回収するための第２の回収容器３４が配置されている。
前記ナノカーボン生成装置３１は、図２（Ｂ）に示すように、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器３５と、この加熱炉容器３５内に配置された円錐状金属基板３６と、この円錐状金属基板３６の外側に該基板３６と接して配置された基板加熱ヒータ（加熱源）３７と、触媒粉噴霧ノズル（図示せず）を備えた触媒粉供給ヘッダー３８と、生成したナノカーボン３９を第１の回収容器３４に供給するナノカーボン排出ノズル４０を備えている。前記円錐状金属基板３６は、加熱炉容器３５と同心円状で、前記円錐状金属基板１６と同様に３０°〜６０°の傾斜角度（θ）となっている。円錐状金属基板３６には、高温レベルナノカーボン生成用触媒の機能を持たせることが可能であり、例えばその基板３６をニッケル板とすることにより基板自体に触媒機能を持たせることができる。基板加熱ヒータ３６の代わりに加熱ジャケット等の加熱源を用いて円錐状金属基板３６を均一に加熱してもよい。
As shown in FIG. 2B, the
原料粉噴霧ノズルは、加熱炉容器３５内に生成用触媒を連続的又は間欠的に噴霧する機能を有する。なお、図２（Ｂ）中の符号Ｙは噴霧される生成用触媒を示す。また、円錐状金属基板３６の代わりに、加熱炉容器３５と同心円状で円筒状の金属基板を加熱炉容器３５に密着させて使用してもよい。前記円錐状金属基板３６は、加熱源４０により均一に加熱される。図１中の符番４１は、加熱炉容器３５の底部に接続された余剰炭化水素供給配管を示す。第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とは、第１のナノカーボン生成装置１１で発生した未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に供給するための未反応炭化水素供給配管４２より接続されている。この供給配管４２の先端には、加熱炉容器３５内に未反応炭化水素を連続的又は間欠的に注入するための未反応炭化水素噴霧ノズル（図示せず）を備えている。
The raw material powder spray nozzle has a function of spraying the production catalyst continuously or intermittently in the
図１のナノカーボン生成システムでは、まず炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー１２に投入して一時貯留した後、その原料を定量的に原料供給配管１３を経由して第１のナノカーボン生成装置１１に供給する。
低温レベルナノカーボン生成用触媒粉としては微量の金属触媒粉を用い、これを有機物原料と混合して金属触媒粉混合原料とする。この金属触媒粉混合原料は、原料供給配管１３を経て混合原料噴霧ノズルから第１のナノカーボン生成装置１１の加熱炉容器１５内に噴霧する。これにより、円錐状金属基板１６は常時金属触媒の機能を保持する必要をなくすこともできる。
In the nanocarbon generation system of FIG. 1, first, an organic raw material having a hydrocarbon component is put into a raw
As a catalyst powder for producing low-temperature level nanocarbon, a small amount of metal catalyst powder is used, and this is mixed with an organic material to obtain a metal catalyst powder mixed material. This metal catalyst powder mixed raw material is sprayed from the mixed raw material spray nozzle into the
この金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合原料中に混合する金属触媒粉は、ナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよく、炭化水素成分を有する有機物原料に比べて十分に微量なレベルである。炭化水素成分を有する有機物原料との混合に際しては、炭化水素成分を有する有機物原料が液体である場合、例えば炭化水素液中に微量の金属触媒粉を注入し、攪拌、混合させることで、炭化水素等の原料中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。 The metal catalyst powder mixed in the metal catalyst powder mixed raw material mixed with the metal catalyst powder may be mixed in a small amount to have a function as a core of nanocarbon generation, compared with an organic raw material having a hydrocarbon component. The level is sufficiently small. When mixing with an organic raw material having a hydrocarbon component, if the organic raw material having a hydrocarbon component is a liquid, for example, a small amount of metal catalyst powder is injected into the hydrocarbon liquid, and the mixture is stirred and mixed. The metal catalyst powder injected into the raw material is sufficiently uniformly diffused and mixed.
炭化水素等の原料中に混合する金属触媒粉の量としては、炭化水素成分を有する有機物原料に対する低温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１／１０００万程度の微小レベルで十分である。特に、炭化水素等の原料が液体の場合、炭化水素等の原料の容器に微小レベルの金属触媒粉を添加し均一攪拌する程度で十分である。なお、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、炭化水素成分を有する有機物原料の種類と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。 The amount of the metal catalyst powder to be mixed in the raw material such as hydrocarbon is such that the ratio of the metal catalyst powder for low temperature level nanocarbon generation to the organic material raw material having a hydrocarbon component is about 1 / 100,000 to 1/1000 million. Level is enough. In particular, when the raw material such as hydrocarbon is liquid, it is sufficient to add a minute level of metal catalyst powder to a container of the raw material such as hydrocarbon and uniformly agitate it. In addition, when there is much addition amount of a metal catalyst powder, the production amount of nanocarbon will increase, but there exists a problem that metal catalyst powder is contained in production | generation nanocarbon, and purity falls locally. For this reason, the addition ratio of the metal catalyst powder is lowered as much as possible, and the type of organic raw material having hydrocarbon components and the type of metal catalyst powder to be added so that highly pure nanocarbon containing almost no metal catalyst powder is generated. Therefore, it is important to determine the optimum metal catalyst powder addition ratio under the combination conditions.
これにより、前記加熱炉容器１５の容器材料は、金属基板自体が低温レベルナノカーボン生成用触媒としての機能を有しなくても、耐熱性を有し且つある程度表面が滑らかで熱変形しない材質でありさえすれば問題なく、金属触媒粉混合原料を供給するのみで、安定的にナノカーボンを生成することができる。
As a result, the container material of the
上記のように、第１のナノカーボン生成装置１１では安定的にナノカーボンが生成できるものの、ナノカーボン生成に関わる原料中の炭化水素分は全体の炭化水素分の一部であり、未反応炭化水素の割合が高く、未反応炭化水素は第１のナノカーボン生成装置１１の下流側から排出される。例えば、原料としてエタノール液体中に微量の金属触媒粉を混合して第１のナノカーボン生成装置１１内の金属基板自体の温度を５００℃レベルに設定すると、純度の高い良質なナノカーボンが生成できる。しかし、投入するエタノール液体が気化して投入する炭化水素に対してナノカーボン生成に寄与する炭化水素比率は約２割であり、残りの約８割の炭化水素は未反応なまま、第１のナノカーボン生成装置１１から排出されてしまう。この未反応炭化水素は既に温度６００℃レベルの雰囲気で炭化水素自体の熱分解が進行し、メタン、水素等の成分が多くなる。その結果、金属基板自体の設定温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１ではこれ以上反応しないものの、金属基板自体の設定温度を更に高めた雰囲気においてはナノカーボンを生成することができる。
As described above, although the first
即ち、これらのガス成分は温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１内ではナノカーボンは生成しない。しかし、温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１内ではナノカーボンは生成する。従って、前記加熱炉容器１５内に低温レベルナノカーボン生成領域と高温レベルナノカーボン生成領域を設置することで、低温レベル領域と高温レベル領域のナノカーボンを夫々生成することも可能である。しかし、低温レベル領域から高温レベル領域に昇温する温度変動領域ではナノカーボンは生成せず、煤が生成してしまい、生成ナノカーボンの純度が低下してしまうという問題がある。
That is, these gas components do not generate nanocarbon in the first
第１の実施形態では、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に未反応炭化水素供給配管４２を経由してそのまま供給し、ここで更にナノカーボンを生成するようにしている。これにより、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができる。
In the first embodiment, unreacted hydrocarbons discharged from the first
第２のナノカーボン生成装置３１には、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素をそのまま導入するだけでなく、第２のナノカーボン生成装置３１までの未反応炭化水素供給配管４２、或いは導入部で再加熱し、第２のナノカーボン生成装置３１内部温度まで高めるようにすると更に効率的である。また、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成反応温度は高く、第１のナノカーボン生成装置１１内雰囲気での反応に最適な触媒とは異なる触媒を使用することで、ナノカーボン生成効率を高めることができる。従って、第２のナノカーボン生成装置３１に導入する未反応炭化水素に最適な触媒を微量混同投入することで、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成効率を高めることができる。
Not only the unreacted hydrocarbons discharged from the first
前記未反応炭化水素供給配管４３に接続する未反応炭化水素噴霧ノズルから金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合未反応炭化水素を注入するようにし、注入する未反応炭化水素中には微量の金属触媒粉を混合することにより、金属基板は常時金属触媒の機能を保持する必要をなくすこともできる。この金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合原料中に混合する金属触媒粉は、ナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよく、未反応炭化水素に比べて十分に微量なレベルである。従って、未反応炭化水素との混合に際しては、触媒粉投入ホッパー３２内で攪拌、混合させることで、未反応炭化水素中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。
Metal catalyst powder mixed unreacted hydrocarbon mixed with metal catalyst powder is injected from an unreacted hydrocarbon spray nozzle connected to the unreacted hydrocarbon supply pipe 43, and a trace amount of metal is injected into the injected unreacted hydrocarbon. By mixing the catalyst powder, it is possible to eliminate the need for the metal substrate to always maintain the function of the metal catalyst. The metal catalyst powder mixed in the metal catalyst powder mixed raw material mixed with this metal catalyst powder may be mixed in a minute amount so as to have a function as a core of nanocarbon generation, and is sufficiently small compared with unreacted hydrocarbon. The level. Accordingly, when mixing with the unreacted hydrocarbon, the metal catalyst powder injected into the unreacted hydrocarbon is sufficiently uniformly diffused and mixed by stirring and mixing in the catalyst
未反応炭化水素中に混合する金属触媒粉の量としては、未反応炭化水素に対する高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１／１０００万程度の微小レベルで十分である。なお、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、未反応炭化水素の成分と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。 As the amount of the metal catalyst powder to be mixed in the unreacted hydrocarbon, the ratio of the metal catalyst powder for high temperature level nanocarbon generation to the unreacted hydrocarbon is sufficient at a minute level of about 1 / 100,000 to 1/1000 million. is there. In addition, when there is much addition amount of a metal catalyst powder, the production amount of nanocarbon will increase, but there exists a problem that metal catalyst powder is contained in production | generation nanocarbon, and purity falls locally. For this reason, the addition ratio of the metal catalyst powder is lowered as much as possible, depending on the combination of the components of the unreacted hydrocarbon and the type of metal catalyst powder to be added so that highly pure nanocarbon containing almost no metal catalyst powder is produced. It is important to determine the optimum metal catalyst powder addition ratio under the combination conditions.
これにより、第１のナノカーボン生成装置３１の加熱炉容器３５の材料は、金属基板自体が高温レベルナノカーボン生成用触媒としての機能を有しなくても、耐熱性を有し且つある程度表面が滑らかで熱変形しない材質でありさえすれば問題なく、金属触媒粉混合原料を供給するのみで、安定的にナノカーボンを生成することができる。
Thereby, even if the metal substrate itself does not have a function as a catalyst for high temperature level nanocarbon generation, the material of the
上記のように、第１のナノカーボン生成装置１１から排出された未反応炭化水素を原料として微量の高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉を混合して第２のナノカーボン生成装置３１内の金属基板自体の温度を９００℃レベルに設定すると純度の高い良質なナノカーボンを生成することができる。
As described above, a small amount of metal catalyst powder for generating high-temperature nanocarbon is mixed using unreacted hydrocarbons discharged from the
第１の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行うことで、ナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えたナノカーボンを回収することができ、また、低温レベルナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素を高温レベルナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができ、効率的にナノカーボンを製造するナノカーボン生成システムを提供することができる。
According to the nanocarbon generation system of the first embodiment, nanocarbon generation is performed in two stages of nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level, so that the stage can be adjusted in accordance with the nanocarbon generation temperature range. In addition, it is possible to recover nanocarbons whose characteristics have been changed and to generate unreacted hydrocarbons discharged from the low-temperature
なお、第１の実施形態では、原料投入ホッパー内には炭化水素成分を有する有機物原料として液体のエタノールを供給する例を説明したが、これに限らず、気体のメタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、バイオマスガス等、液体のバイオエタノール、エタノール、各種炭化水素含有廃液等、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料として投入することもできる。 In the first embodiment, an example in which liquid ethanol is supplied as an organic raw material having a hydrocarbon component in the raw material charging hopper has been described. However, the present invention is not limited thereto, and gaseous methane gas, ethylene gas, acetylene gas, Solid wood, grass, straw, sludge, etc., such as biomass gas, liquid bioethanol, ethanol, various hydrocarbon-containing waste liquids, etc., can also be input as organic materials.
また、第１の実施形態では、第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置の基本構造としては、縦型に限らず、例えば横型、斜め設置型にしてもよい。なお、上記実施形態の場合、低温レベル，高温レベル用のナノカーボン生成との２段階としたが、例えば低温レベル，中温レベル及び高温レベル用のナノカーボン生成の３段階等のように、３段階以上の配置構成としてもよい。
更に、第１の実施形態では、第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置からナノカーボンを夫々第１の回収容器、第２の回収容器に排出される際に、空気が各容器内に混入しないように、各容器との間にダブルダンパやロータリーバルブ等を設置したり、不活性ガスを封入するような設計配慮も当然必要である。これにより、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパーに連続投入しつつ、低温レベル生成ナノカーボン、高温レベル生成ナノカーボンは安定的に回収される。
In the first embodiment, the basic structure of the first nanocarbon generation device and the second nanocarbon generation device is not limited to the vertical type, and may be a horizontal type or an oblique installation type, for example. In the case of the above embodiment, the two stages of nanocarbon generation for the low temperature level and the high temperature level are used. However, there are three stages such as three stages of nanocarbon generation for the low temperature level, the medium temperature level, and the high temperature level. It is good also as the above arrangement structure.
Furthermore, in the first embodiment, when the nanocarbon is discharged from the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator to the first recovery container and the second recovery container, respectively, Of course, design considerations such as installing a double damper or a rotary valve between each container or enclosing an inert gas are also necessary so as not to be mixed into the container. Accordingly, the low temperature level generated nanocarbon and the high temperature level generated nanocarbon are stably recovered while continuously supplying the organic material having a hydrocarbon component to the raw material charging hopper.
（第２の実施形態）
図３は、請求項２の実施形態に対応する説明である。図３は、有機物を原料とするナノカーボン生成において低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンだけでなく、バイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備するナノカーボン生成システムの概略フロー図である。即ち、図３では、熱分解装置で熱分解して発生する熱分解ガスを、熱分解ガス供給配管を経由して第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに、第２のナノカーボン生成装置に入れるようにしていることを特徴とする。但し、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an explanation corresponding to the embodiment of
図３中の符番５１は、熱分解装置を示す。この熱分解装置５１には、該装置５１からの熱分解残渣（炭化物）が供給される熱分解残渣回収容器５２が接続されている。熱分解装置５１には、熱分解ガス供給配管５３を介して前記第２のナノカーボン生成装置３１に接続されている。熱分解残渣回収容器５２には、熱分解残渣供給配管５４を介して第２のナノカーボン生成装置３１に接続されている。熱分解装置５１には、原料供給配管５６を介して原料投入ホッパー５５が接続されている。この原料投入ホッパー５５には、バイオマス等の有機物原料が投入される。
第２の実施形態のナノカーボン生成システムは、まず炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー１２に投入して一時貯留した後、その原料を定量的に原料供給配管１３を経由して第１のナノカーボン生成装置１１に供給する。
第１のナノカーボン生成装置１１の構造としては、第１の実施形態に対応する説明と同様に、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器としている。この加熱炉容器内の構造例、機能等については、第１の実施形態に対応する説明と同様である。また、図１と同様に、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に未反応炭化水素供給配管４２を経由してそのまま供給し、ここで更にナノカーボンを生成するようにしている。これにより、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができる。
In the nanocarbon generation system according to the second embodiment, first, an organic material having a hydrocarbon component is introduced into a raw
The structure of the
更に、第２の実施形態においては、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー５５に投入して一時貯留した後、その原料を定量的に原料供給配管５６を経由して熱分解装置５１に供給する。熱分解装置５１においては、投入された有機物原料が高温で熱分解され、熱分解ガスを発生する。熱分解装置５１の構造としてはキルン式として原料を連続投入する方式とするのが好ましいが、他の流動床方式、容器外部加熱方式等とすることでも対応可能できる。熱分解装置５１内部設定温度は、処理する有機物原料によるが５００〜８００℃程度とする。熱分解装置５１で発生する熱分解ガスは、熱分解ガス供給配管５３を経由して、第２のナノカーボン生成装置３１に供給する。特に、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料から短時間で簡易的に液体の炭化水素成分が多いバイオエタノール等を生成するのは困難である。
Furthermore, in the second embodiment, an organic raw material having a hydrocarbon component is put into the raw
また、熱分解装置５１にて熱分解したガスを凝縮させると、回収液中に多少のタール分も混入し、これがナノカーボン生成装置内に入るとナノカーボンが生成しないだけでなく、内部閉塞の原因にもなる。しかし、熱分解装置５１にて熱分解することにより、短時間で容易にナノカーボン生成に寄与する気体のメタンガス、エタンガス、エチレンガス、一酸化炭素等を生成することができる。これらの熱分解ガス成分は温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１ではナノカーボンは生成しないが、温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１ではナノカーボンは生成する。なお、有機物原料から熱分解して熱分解ガスにならない成分は、熱分解残渣（炭化物）となり熱分解装置５１から排出される。
Further, when the pyrolyzed gas is condensed by the pyrolyzing
前記第２のナノカーボン生成装置３１には、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、熱分解装置５１から発生する熱分解ガスも熱分解ガス供給配管５３を経由して導入する。これにより、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、熱分解装置５１から発生する熱分解ガスを原料としてまとめて同時に高温レベルナノカーボンを生成することができる。
The second
図３のシステムにおいて、第２のナノカーボン生成装置３１までの熱分解ガス供給配管５３、未反応炭化水素供給配管４２、あるいは導入部で再加熱し、第２のナノカーボン生成装置３１の内部温度まで高めるようにすると更に効率的である。また、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成反応温度は高く、第１のナノカーボン生成装置１１内雰囲気での反応に最適な触媒とは異なる触媒を使用することで、ナノカーボン生成効率を高めることができる。従って、第２のナノカーボン生成装置３１に導入する未反応炭化水素に最適な触媒を微量混同投入することで、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成効率を高めることができる。
In the system of FIG. 3, the internal temperature of the
第２のナノカーボン生成装置３１の構造としては、第１の実施形態に対応する説明と同様に、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器としている。この加熱炉容器内の構造例、機能等については、図１の第１の実施形態に対応する説明と同様である。また、触媒粉投入ホッパー３２内には触媒粉のみを供給するだけでなく、未反応炭化水素、熱分解装置５１で発生する熱分解ガスも混合供給するようにし、第２のナノカーボン生成装置３１の加熱炉容器内に未反応炭化水素、熱分解ガスを供給するだけでなく、金属触媒粉混合原料(未反応炭化水素＋熱分解ガス＋触媒)を連続的又は間欠的に注入するための金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解ガス供給配管、金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解ガス噴霧ノズルを配置し、金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解ガスを供給できるようにしてもよい。
As the structure of the second
前記金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合原料中に混合する金属触媒粉は、ナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよく、未反応炭化水素＋熱分解ガスに比べて十分に微量なレベルである。従って、金属触媒粉は未反応炭化水素＋熱分解ガスとの混合に際しては、触媒粉投入ホッパー３２内で攪拌、混合させることで、未反応炭化水素＋熱分解ガス中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。未反応炭化水素＋熱分解ガス中に混合する金属触媒粉の量としては、未反応炭化水素＋熱分解ガスに対する金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１／１０００万程度の微小レベルで十分である。なお、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。このため、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、未反応炭化水素＋熱分解ガスの成分と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。
The metal catalyst powder mixed in the metal catalyst powder mixed raw material mixed with the metal catalyst powder may be mixed in a minute amount in order to have a function as a core of nanocarbon generation, compared with unreacted hydrocarbon + pyrolysis gas. The level is sufficiently small. Therefore, when the metal catalyst powder is mixed with the unreacted hydrocarbon + pyrolysis gas, the metal catalyst powder injected into the unreacted hydrocarbon + pyrolysis gas is mixed by stirring and mixing in the catalyst
第２の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行うことで、ナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えたナノカーボンを回収することができる。また、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく熱分解装置５１で発生する熱分解ガスも第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができ、効率的にナノカーボンを製造するナノカーボン生成システムを提供することができる。
According to the nanocarbon generation system of the second embodiment, the nanocarbon generation is performed in two stages of nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level, so that it can be performed in accordance with the nanocarbon generation temperature range. It is possible to recover nanocarbons whose characteristics have been changed. Further, not only the unreacted hydrocarbons discharged from the
なお、第２の実施形態では、原料投入ホッパー１２内には炭化水素成分を有する有機物原料として液体のエタノールを供給する例を説明したが、これに限らず、気体のメタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、バイオマスガス等、液体のバイオエタノール、エタノール、各種炭化水素含有廃液等、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料として投入することもできる。また、原料投入ホッパー５５内には固体の木質、草、わら、汚泥等の有機物原料を供給する例を説明したが、これに限らず、液体のバイオエタノール、エタノール、各種炭化水素含有廃液等を第１のナノカーボン生成装置１１として投入したり、固体の有機物原料と液体の有機物原料を混合して投入することもできる。
In the second embodiment, the example in which liquid ethanol is supplied into the raw
また、第２の実施形態において、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１の基本構造としては、縦型に限らず、例えば横型、斜め設置型にしてもよい。なお、上記実施形態の場合、低温レベル，高温レベル用のナノカーボン生成との２段階としたが、例えば低温レベル，中温レベル及び高温レベル用のナノカーボン生成の３段階等のように、３段階以上の配置構成としてもよい。
In the second embodiment, the basic structure of the first
更に、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１からナノカーボンを夫々第１の回収容器１４、第２の回収容器３４に排出される際や、原料投入ホッパー１１から有機物原料を第１のナノカーボン生成装置１１に供給する際、原料投入ホッパー５５から有機物原料を熱分解装置５１に供給する際等に、空気が各容器内に混入しないように、各容器との間にダブルダンパやローラリーバルブ等を設置したり、不活性ガスを封入するような設計配慮も当然必要である。これにより、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー１１に連続投入しつつ、低温レベル生成ナノカーボン、高温レベル生成ナノカーボンは安定的に回収される。
Further, when the nanocarbon is discharged from the
（第３の実施形態）
第３の実施形態は請求項３に対応する。本実施形態についても上述した図３を参照して説明する。本実施形態は、有機物を原料とするナノカーボン生成において低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンだけでなく、バイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備する。図３は、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解残渣を、熱分解残渣供給配管を経由して第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れるようにしていることを特徴とする。なお、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
The third embodiment corresponds to claim 3. This embodiment will also be described with reference to FIG. 3 described above. The present embodiment includes not only nanocarbon generated at a low temperature level in the production of nanocarbon using an organic material as a raw material, but also a pyrolysis apparatus that thermally decomposes an organic material raw material such as biomass. FIG. 3 shows the second nanocarbon generation, together with the unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator via the pyrolysis residue supply pipe through the pyrolysis residue generated by pyrolysis in the pyrolysis apparatus. It is characterized by being placed in the device. The same members as those in FIG. 1 and FIG.
第３の実施形態のナノカーボン生成システムでは、まず炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー１２に投入して一時貯留した後、その原料を定量的に原料供給配管１３を経由して第２のナノカーボン生成装置３１に供給する。
第１のナノカーボン生成装置１１の構造としては、図１，２の第１の実施形態に対応する説明と同様に、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器としている。第１のナノカーボン生成装置１１の構造例、機能等については、第１の実施形態に対応する説明と同様である。また、図１と同様に、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を、第２のナノカーボン生成装置３１に未反応炭化水素供給配管４２を経由してそのまま供給し、ここで更にナノカーボンを生成するようにしている。これにより、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができる。
In the nanocarbon generation system according to the third embodiment, first, an organic material having a hydrocarbon component is introduced into a raw
The structure of the
更に、第３の実施形態においては、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー５５に投入して一時貯留した後、その原料を定量的に原料供給配管５６を経由して熱分解装置５１に供給する。熱分解装置５１においては、投入された有機物原料が高温で熱分解され熱分解ガスとともに熱分解残渣（炭化物）を発生する。熱分解装置５１の構造としてはキルン式として原料を連続投入する方式とするのが好ましいが、他の流動床方式、容器外部加熱方式等とすることでも対応可能できる。熱分解装置５１内部の設定温度は、処理する有機物原料によるが５００〜８００℃程度とする。そして、発生する熱分解ガスとともに熱分解残渣（炭化物）を熱分解残渣回収容器５２に貯留した後、熱分解残渣供給配管５４を経由して、第２のナノカーボン生成装置３１に供給する。特に、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料から短時間で簡易的に液体の炭化水素成分が多いバイオエタノール等を生成するのは困難である。
Furthermore, in the third embodiment, after an organic material having a hydrocarbon component is introduced into the raw
また、熱分解装置５１にて熱分解したガスを凝縮させると、回収液中に多少のタール分も混入し、これがナノカーボン生成装置内に入るとナノカーボンが生成しないだけでなく、内部閉塞の原因にもなる。しかし、熱分解装置５１にて熱分解することにより、短時間で容易にナノカーボン生成に寄与する固体の炭素を生成することができる。この炭素から温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１ではナノカーボンは生成しないが、温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１ではナノカーボンは生成する。
Further, when the pyrolyzed gas is condensed by the pyrolyzing
なお、有機物原料から熱分解して発生する熱分解ガスも、熱分解残渣（炭化物）とともに第２のナノカーボン生成装置３１に供給することにより、ナノカーボンの生成効率を高めることができる。
これにより、第２のナノカーボン生成装置３１には、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、熱分解装置５１から発生する熱分解残渣（炭化物）も導入することになる。従って、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素と熱分解装置５１から発生する熱分解残渣（炭化物）からまとめて同時に高温レベルナノカーボンを生成することができる。
Note that the pyrolysis gas generated by pyrolysis from the organic material raw material is also supplied to the
As a result, not only unreacted hydrocarbons discharged from the
また、第２のナノカーボン生成装置３１までの熱分解ガス供給配管５３、未反応炭化水素供給配管４２、あるいは導入部で再加熱し、第２のナノカーボン生成装置３１内部温度まで高めるようにすると更に効率的である。また、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成反応温度は高く、第１のナノカーボン生成装置１１内雰囲気での反応に最適な触媒とは異なる触媒を使用することで、ナノカーボン生成効率を高めることができる。従って、第２のナノカーボン生成装置３１に導入する未反応炭化水素に最適な触媒を微量混同投入することで、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成効率を高めることができる。
Further, when reheated in the pyrolysis
第２のナノカーボン生成装置３１の構造としては、図１，２の第１の実施形態に対応する説明と同様に、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器としている。第２のナノカーボン生成装置３１内の構造例、機能等については、第１の実施形態に対応する説明と同様である。
The structure of the second
なお、触媒粉投入ホッパー３２内には触媒粉のみを供給するだけでなく、未反応炭化水素、熱分解装置５１で発生する熱分解残渣（炭化物）も混合供給するようにし、第２のナノカーボン生成装置３１に加熱炉容器３５内に未反応炭化水素、熱分解残渣を供給するだけでなく、金属触媒粉混合原料(未反応炭化水素＋熱分解残渣＋触媒)を連続的又は間欠的に注入するための金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解残渣供給配管、金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解残渣噴霧ノズルを配置し、金属触媒粉混合未反応炭化水素＋熱分解残渣を供給できるようにしてもよい。
Not only the catalyst powder is supplied into the catalyst
前記金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合原料中に混合する金属触媒粉はナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよく、未反応炭化水素＋熱分解残渣に比べて十分に微量なレベルである。従って、未反応炭化水素＋熱分解残渣との混合に際しては、触媒粉投入ホッパー３２内で攪拌、混合させることで、未反応炭化水素＋熱分解残渣中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。未反応炭化水素＋熱分解残渣中に混合する金属触媒粉の量としては、未反応炭化水素＋熱分解残渣に対する金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１／１０００万程度の微小レベルで十分である。尚、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、未反応炭化水素＋熱分解残渣（炭化物）の成分と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。
The metal catalyst powder mixed in the metal catalyst powder mixed raw material mixed with the metal catalyst powder may be mixed in a minute amount in order to have a function as a core of nanocarbon generation, compared with unreacted hydrocarbon + pyrolysis residue. The level is sufficiently small. Therefore, when mixing with unreacted hydrocarbon + pyrolysis residue, stirring and mixing in the catalyst
第３の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行うことで、ナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えたナノカーボンを回収することができる。また、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、熱分解装置５１で発生する熱分解残渣も第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができ、効率的にナノカーボンを製造するナノカーボン生成システムを提供することができる。
According to the nanocarbon generation system of the third embodiment, nanocarbon generation is performed in two stages of nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level, so that the stage can be adjusted in accordance with the nanocarbon generation temperature range. It is possible to recover nanocarbons whose characteristics have been changed. Further, not only unreacted hydrocarbons discharged from the
勿論、図３に示すように、第２のナノカーボン生成装置３１内に第１のナノカーボン生成装置３１から排出された未反応炭化水素と熱分解装置５１から発生する熱分解ガスと熱分解装置５１で発生する熱分解残渣をまとめて投入することで、より多くの高温レベルでのナノカーボンを生成することができる。
Of course, as shown in FIG. 3, the unreacted hydrocarbons discharged from the
なお、第３の実施形態では、原料投入ホッパー１１内には炭化水素成分を有する有機物原料として液体のエタノールを供給する例を説明したが、これに限らず、気体のメタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、バイオマスガス等、液体のバイオエタノール、エタノール、各種炭化水素含有廃液等、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料として投入することもできる。
In the third embodiment, an example in which liquid ethanol is supplied as an organic material having a hydrocarbon component in the raw
また、第３の実施形態では、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１の基本構造としては、縦型に限らず、例えば横型、斜め設置型にしてもよい。なお、上記実施形態の場合、低温レベル，高温レベル用のナノカーボン生成との２段階としたが、例えば低温レベル，中温レベル及び高温レベル用のナノカーボン生成の３段階等のように、３段階以上の配置構成としてもよい。
In the third embodiment, the basic structure of the first
更に、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１からナノカーボンを第１の回収容器１４、第２の回収容器３４に排出される際や、原料投入ホッパー１２から有機物原料を第１のナノカーボン生成装置１１に供給する際、原料投入ホッパー５５から有機物原料を熱分解装置５１に供給する際、熱分解残渣回収容器５２から熱分解残渣を第２のナノカーボン生成装置３１に供給する際、原料投入ホッパー５５から有機物原料を熱分解装置５１に供給する際等に、空気が各容器内に混入しないように、各容器との間にダブルダンパやロータリーバルブ等を設置したり、不活性ガスを封入するような設計配慮も当然必要である。これにより、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー１２に連続投入しつつ、低温レベル生成ナノカーボン、高温レベル生成ナノカーボンは安定的に回収される。
Further, when the nanocarbon is discharged from the
（第４の実施形態）
第４の実施形態のナノカーボン生成システムについて図３を参照して説明する。本システムは、有機物を原料とするナノカーボン生成において低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンだけでなく、バイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置とを具備することを特徴とする。具体的には、熱分解装置で熱分解して生成した熱分解ガスと熱分解残渣（炭化物）を、第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れるようにしているおり、第１のナノカーボン生成装置でのナノカーボン生成装置内部設定温度を５００〜８００℃、第２のナノカーボン生成装置でのナノカーボン生成装置内部設定温度を８００〜１２００℃とすることを特徴とする。
(Fourth embodiment)
A nanocarbon generation system according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. This system is equipped with a pyrolysis device that pyrolyzes organic materials such as biomass as well as nanocarbons generated at low temperatures in the production of nanocarbons using organic materials as raw materials, and nanocarbons generated at high temperatures. Features. Specifically, the second nanocarbon generation device generates pyrolysis gas and pyrolysis residue (carbide) generated by thermal decomposition in the pyrolysis device together with unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generation device. In the first nanocarbon generator, the nanocarbon generator internal set temperature is 500 to 800 ° C., and in the second nanocarbon generator, the nanocarbon generator internal set temperature is 800 to 1200. It is characterized by being ℃.
これまでの説明のように、第１のナノカーボン生成装置１１では、特にエタノール等の炭化水素を原料とする場合、安定的に良質のナノカーボンが生成できる。しかし、ナノカーボン生成に関わる原料中の炭化水素分は全体の炭化水素分の一部であり、未反応炭化水素の割合が高く、未反応炭化水素は第１のナノカーボン生成装置１１の下流側から排出される。例えば、原料としてエタノール液体中に微量の金属触媒粉を混合して第１のナノカーボン生成装置１１内の金属基板自体の温度を６００℃レベルに設定すると、純度の高い良質なナノカーボンが生成できる。
As described so far, in the
しかし、投入するエタノール液体が気化して投入する炭化水素に対してナノカーボン生成に寄与する炭化水素比率は約２割であり、残りの約８割の炭化水素は未反応なまま、第１のナノカーボン生成装置１１から排出されてしまう。この未反応炭化水素は既に温度６００℃レベルの雰囲気で炭化水素自体の熱分解が進行し、メタン、水素等の成分が多くなり、金属基板自体の設定温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１ではこれ以上反応しないものの、金属基板自体の設定温度を更に高めた温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１においてはナノカーボンを生成することができる。
However, the ratio of hydrocarbons contributing to nanocarbon generation is approximately 20% of the hydrocarbons injected after the ethanol liquid to be injected is vaporized, and the remaining approximately 80% of the hydrocarbons remain unreacted. It will be discharged from the
また、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料から短時間で簡易的に液体の炭化水素成分が多いバイオエタノール等を生成するのは困難である。また、熱分解装置５１にて熱分解したガスを凝縮させると回収液中に多少のタール分も混入し、これがナノカーボン生成装置内に入るとナノカーボンが生成しないだけでなく、内部閉塞の原因にもなる。しかし、熱分解装置５１にて熱分解することにより、短時間で容易にナノカーボン生成に寄与する気体のメタンガス、エタンガス、エチレンガス、一酸化炭素等を生成することができ、この熱分解ガスを温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１においてはナノカーボンを生成することができる。
In addition, it is difficult to easily produce bioethanol having a large amount of liquid hydrocarbon components in a short time from organic raw materials such as solid wood, grass, straw, and sludge. Further, when the pyrolyzed gas is condensed in the
これにより、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができる。
As a result, nanocarbon generation is performed in two stages: nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level, and unreacted hydrocarbons discharged by the first
更に、炭化水素成分を有する有機物原料を原料投入ホッパー５５に投入して一時貯留した後、その原料を、定量的に原料供給配管５６を経由して熱分解装置５１に供給する。熱分解装置５１においては、投入された有機物原料が高温で熱分解され熱分解ガスとともに熱分解残渣（炭化物）を発生する。特に、固体の木質、草、わら、汚泥等を有機物原料から短時間で簡易的に液体の炭化水素成分が多いバイオエタノール等を生成するのは困難である。また、熱分解装置５１にて熱分解したガスを凝縮させると回収液中に多少のタール分も混入し、これがナノカーボン生成装置内に入るとナノカーボンが生成しないだけでなく、内部閉塞の原因にもなる。しかし、熱分解装置５１にて熱分解することにより、短時間で容易にナノカーボン生成に寄与する固体の炭素を生成することができる。この炭素から温度６００℃レベルの第１のナノカーボン生成装置１１ではナノカーボンは生成しないが、温度９００℃レベルの第２のナノカーボン生成装置３１ではナノカーボンは生成する。
Further, after an organic material having a hydrocarbon component is introduced into the raw
なお、有機物原料から熱分解して発生する熱分解ガスも熱分解残渣（炭化物）とともに第２のナノカーボン生成装置３１に供給することにより、ナノカーボンの生成効率を高めることができる。これにより、第２のナノカーボン生成装置３１には、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、熱分解装置５１から発生する熱分解残渣（炭化物）も導入することで、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素と熱分解装置５１から発生する熱分解残渣（炭化物）からまとめて同時に高温レベルナノカーボンを生成することができる。
Note that the pyrolysis gas generated by pyrolysis from the organic material raw material is also supplied to the
また、第２のナノカーボン生成装置３１までの熱分解ガス供給配管５３、未反応炭化素供給配管４２、あるいは導入部で再加熱し、第２のナノカーボン生成装置３１の内部温度まで高めるようにすると更に効率的である。また、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成反応温度は高く、第１のナノカーボン生成装置１１内雰囲気での反応に最適な触媒とは異なる触媒を使用することで、ナノカーボン生成効率を高めることができる。従って、第２のナノカーボン生成装置３１に導入する未反応炭化水素に最適な触媒を微量混同投入することで、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成効率を高めることができ、連続して安定的にナノカーボンを回収することができる。
In addition, reheating is performed in the pyrolysis
（第５の実施形態）
第５の実施形態（請求項５に対応）について図４を参照して説明する。図４は、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置に夫々水素を注入するナノカーボン生成システムの概略フロー図である。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図４中の符番６１は、第１のノカーボン生成装置１１内に水素を連続的にあるいは間欠的に注入するための水素供給配管を示す。また、符番６２は、第２のナノカーボン生成装置３１内に水素を連続的にあるいは間欠的に注入するための水素注入配管を示す。一方の水素供給配管６１は原料供給配管１３の近くに配置され、他方の水素供給配管６２は熱分解ガス供給配管５３の近くに配置されている。各水素供給配管６１，６２の先端には図示しない水素噴霧ノズルが設けられている。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment (corresponding to claim 5) will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic flow diagram of a nanocarbon generation system that injects hydrogen into the first nanocarbon generation apparatus and the second nanocarbon generation apparatus, respectively. However, the same members as those in FIGS.
Reference numeral 61 in FIG. 4 indicates a hydrogen supply pipe for injecting hydrogen into the
図４のナノカーボン生成システムでは、還元雰囲気の第１のナノカーボン生成装置１１内と第２のナノカーボン生成装置３１内に原料、未反応炭化水素、熱分解ガス等を供給するだけでなく、水素も水素供給配管６１，６２の水素噴霧ノズルから噴霧することで金属触媒粉を活性化させている。
In the nanocarbon generation system of FIG. 4, not only the raw materials, unreacted hydrocarbons, pyrolysis gas and the like are supplied into the first
前記水素噴霧ノズルの位置は、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１の設計形状によるが、夫々の加熱炉容器内上側とし、加熱炉容器内の上部から噴霧された金属触媒粉混合炭化水素、水素がナノカーボン生成炉内の加熱炉容器内にそれぞれ単独で注入しても加熱炉容器内で混合した後に反応してナノカーボンを成長させるに最適な位置を調整できるようにするとよい。
The position of the hydrogen spray nozzle depends on the design shape of the first
第５の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり炭化水素だけでなく水素も噴霧され高温状態で反応することで、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボンが生成、成長する。加熱炉容器内は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水素が均一に噴霧されることで、加熱炉容器内で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長できる。これにより、ナノカーボンを連続的に効率よく製造することができる。 According to the nanocarbon generation system of the fifth embodiment, the catalyst particles constituting the metal catalyst powder in the mixed metal catalyst powder mixed hydrocarbon are used as nuclei, and not only hydrocarbons but also hydrogen are sprayed and reacted in a high temperature state. In comparison with the case where only hydrocarbons are sprayed and reacted in a high temperature state, nanocarbons are generated and grown more efficiently by the vapor phase growth method. The inside of the heating furnace vessel is uniformly heated, and the hydrocarbon and hydrogen are sprayed uniformly, so that nanocarbon can be generated and grown uniformly without any spots in the heating furnace vessel. Thereby, nanocarbon can be manufactured continuously and efficiently.
（第６の実施形態）
第６の実施形態（請求項６に対応）について図５を参照して説明する。図５は、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置に夫々水蒸気を添加するナノカーボン生成システムの概略フロー図である。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図５中の符番６３は、第１のノカーボン生成装置１１内に水蒸気を連続的にあるいは間欠的に注入するための水蒸気供給配管を示す。また、符番６４は、第２のナノカーボン生成装置３１内に水蒸気を連続的にあるいは間欠的に注入するための水蒸気注入配管を示す。一方の水蒸気供給配管６３は原料供給配管１３の近くに配置され、他方の水蒸気供給配管６４は熱分解ガス供給配管５３の近くに配置されている。各水素供給配管６３，６４の先端には図示しない水蒸気注入ノズルが設けられている。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment (corresponding to claim 6) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic flow diagram of a nanocarbon generation system in which water vapor is added to each of the first nanocarbon generation apparatus and the second nanocarbon generation apparatus. However, the same members as those in FIGS.
図５のナノカーボン生成システムでは、還元雰囲気の第１のナノカーボン生成装置１１内、第２のナノカーボン生成装置３１内に原料、未反応炭化水素、熱分解ガス等を供給するだけでなく、水蒸気も各水蒸気注入ノズルから噴霧することで金属触媒粉を活性化させることを特徴とする。
In the nanocarbon generation system of FIG. 5, not only the raw materials, unreacted hydrocarbons, pyrolysis gas and the like are supplied into the first
各水蒸気注入ノズルの位置は、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１の設計形状によるが、夫々のナノカーボン生成装置の加熱炉容器内上側とし、加熱炉容器内の上部から噴霧された金属触媒粉混合炭化水素、水蒸気がナノカーボン生成炉内の加熱炉容器内にそれぞれ単独で注入しても加熱炉容器内で混合した後に反応してナノカーボンを成長させるに最適な位置を調整できるようにするとよい。
The position of each water vapor injection nozzle depends on the design shape of the first
第６の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり炭化水素だけでなく水蒸気も噴霧され高温状態で反応することで、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボンが生成、成長する。加熱炉容器内は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水蒸気が均一に噴霧されることで、加熱炉容器内で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長できる。これにより、ナノカーボンを連続的に効率よく製造することができる。 According to the nanocarbon generation system of the sixth embodiment, the catalyst particles constituting the metal catalyst powder in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon to be sprayed serve as a nucleus to spray not only hydrocarbon but also water vapor and react in a high temperature state. In comparison with the case where only hydrocarbons are sprayed and reacted in a high temperature state, nanocarbons are generated and grown more efficiently by the vapor phase growth method. The inside of the heating furnace container is uniformly heated, and hydrocarbons and water vapor are uniformly sprayed, so that nanocarbon can be generated and grown uniformly without any spots in the heating furnace container. Thereby, nanocarbon can be manufactured continuously and efficiently.
（第７の実施形態）
第７の実施形態（請求項７に対応）について前述した図５を参照して説明である。同実施形態は、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の夫々に投入する原料に触媒を添加するナノカーボン生成システムに関する。
図５中の符番６５は、低温レベルナノカーボン生成用触媒を原料投入ホッパー１２に投入するための触媒粉供給配管を示す。低温レベルナノカーボン生成用触媒は、触媒粉供給配管６５，原料投入ホッパー１２及び原料供給配管１３を経て第１のナノカーボン生成装置１１に連続的に或いは間欠的に投入される。高温レベルナノカーボン生成用触媒は、触媒粉投入ホッパー３２及び触媒粉供給配管３３を経て第２のナノカーボン生成装置３１に連続的に或いは間欠的に投入される。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment (corresponding to claim 7) will be described with reference to FIG. The embodiment relates to a nanocarbon generation system in which a catalyst is added to a raw material charged into each of a first nanocarbon generation apparatus and a second nanocarbon generation apparatus.
上記第７の実施形態のシステムでは、還元雰囲気の第１のナノカーボン生成装置１１内と第２のナノカーボン生成装置３１内に原料、未反応炭化水素、熱分解ガス、水素等を供給するだけでなく、触媒も触媒粉供給配管６５，触媒粉供給配管３３を夫々経由して原料に混合して第１のナノカーボン生成装置１１内と第２のナノカーボン生成装置３１内に噴霧することでこの金属触媒粉を核として、ナノカーボンを効率的に生成させることができる。
In the system of the seventh embodiment, only raw materials, unreacted hydrocarbons, pyrolysis gas, hydrogen, and the like are supplied into the
金属触媒粉の投入方法は、このように原料に微量混ぜて投入する方法の他、原料以外の例えばエタノールに微量混合させ、原料とは別に投入する方法もある。また、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１の設計構造により、各装置の上部から投入するだけでなく、各装置の内部に金属触媒粉投入ノズルを設置し、各装置内部の金属基板上に直接散布する方式とすることもできる。更に、ナノカーボンの生成に合わせて、例えばナノカーボンが大量に生成した後、生成したナノカーボンを払い落とし、その後、金属基板上に金属触媒粉を投入することで、金属触媒粉を連続投入せずに間欠的に投入することで、純度の高いナノカーボンを安定的に生成することもできる。
As a method for charging the metal catalyst powder, there is a method in which a small amount is mixed with the raw material in this way and a small amount is mixed with, for example, ethanol other than the raw material, and the raw material is charged separately from the raw material. Further, according to the design structure of the first
第７の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１の夫々に投入する原料に触媒を添加することでナノカーボンを連続的に生成することができ、原料と触媒が均一に噴霧されることで、加熱炉容器内で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長できる。これにより、ナノカーボンを連続的に効率よく製造することができる。
According to the nanocarbon generating system of the seventh embodiment, the nanocarbon is continuously added by adding a catalyst to the raw material charged into each of the first
（第８の実施形態）
第８の実施形態（請求項８，９に対応）について上述した図５を参照して説明する。本実施形態は第７の実施形態に比べて、第１のナノカーボン生成装置及び第２のナノカーボン生成装置に添加する触媒の種類を変えた点が異なる。但し、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
具体的には、第１のナノカーボン生成装置１１の温度６００℃レベルの雰囲気で添加するに触媒に最適なＦｅ系触媒を、第２のナノカーボン生成装置３１の温度９００℃レベルで添加するに触媒に最適なＮｉ系触媒を添加した。これにより、夫々のナノカーボン生成装置の温度レベルに合ったナノカーボンをより効率的に生成することができる。
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment (corresponding to
Specifically, an Fe-based catalyst that is most suitable as a catalyst to be added in an atmosphere at a temperature of 600 ° C. in the
（第９の実施形態）
第９の実施形態（請求項１０に対応）について図６を参照して説明する。図６は、第２のナノカーボン生成装置にオイル或いはバイオマスオイルを添加するナノカーボン生成システムの概略フロー図である。但し、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図６中の符番６６は、オイル投入ホッパーを示す。オイル投入ホッパー６６にはオイルが一旦貯留された後、オイルは高温レベルナノカーボン生成用触媒粉とともに、その下部のオイル及び触媒粉投入ホッパー６７に定量的に流下する。このホッパー６７内でオイルと触媒粉は攪拌され、オイル中に微量の触媒粉が斑無く均一に混合する。均一に混合した触媒粉混じりのオイルは、オイル及び触媒粉供給配管６８を経由して高温レベルナノカーボン生成用オイル噴霧ノズル（図示せず）から第２のナノカーボン生成装置３１内に噴霧される。
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment (corresponding to claim 10) will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic flow diagram of a nanocarbon generation system in which oil or biomass oil is added to the second nanocarbon generation apparatus. However, the same members as those in FIGS.
Reference numeral 66 in FIG. 6 indicates an oil charging hopper. After the oil is once stored in the oil charging hopper 66, the oil quantitatively flows down to the oil and catalyst
これにより、第２のナノカーボン生成装置３１には、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく、オイルと触媒粉もオイル及び触媒粉供給配管６８を経由して導入することで、第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなくオイルを原料としてまとめて同時に高温レベルナノカーボンを生成することができる。
As a result, not only the unreacted hydrocarbons discharged from the
なお、第２のナノカーボン生成装置３１までのオイル及び触媒粉供給配管６８、未反応炭化水素供給配管４２、或いは導入部で再加熱し、第２のナノカーボン生成装置３１の内部温度まで高めるようにすると更に効率的である。また、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成反応温度は高く、第１のナノカーボン生成装置１１内雰囲気での反応に最適な触媒とは異なる触媒を使用することで、ナノカーボン生成効率を高めることができる。従って、第２のナノカーボン生成装置３１に導入する未反応炭化水素に最適な触媒を微量混同投入することで、第２のナノカーボン生成装置３１内でのナノカーボン生成効率を高めることができる。
The oil and catalyst
第９の実施形態では、第２のナノカーボン生成装置３１の構造としては、図１と同様に、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器としている。この加熱炉容器内の構造例、機能等については、第１の実施形態に対応する説明と同様である。
In the ninth embodiment, the structure of the second
また、加熱炉容器内部に設置する金属基板には、高温レベルナノカーボン生成用触媒の機能を持たせることも可能である。例えば、金属基板をニッケル基板とすることでこの基板に触媒機能を持たせることができる。このように、第２のナノカーボン生成装置３１の上流側に該生成装置３１内に未反応炭化水素＋オイルと微量の金属触媒粉とを混合噴霧することで、加熱炉容器内部の金属基板は常時金属触媒の機能を保持する必要性をなくすこともできる。この金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合原料中に混合する金属触媒粉は、ナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよい。従って、未反応炭化水素＋オイルに比べて十分に微量なレベルであり、未反応炭化水素＋オイルとの混合に際しては、オイル及び触媒粉投入ホッパー６７内で攪拌、混合させることで、未反応炭化水素＋オイル中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。
In addition, the metal substrate installed inside the heating furnace container can have a function of a catalyst for generating high-temperature nanocarbon. For example, when the metal substrate is a nickel substrate, the substrate can have a catalytic function. In this way, by mixing and spraying unreacted hydrocarbon + oil and a small amount of metal catalyst powder in the
未反応炭化水素＋オイル中に混合する金属触媒粉の量としては、未反応炭化水素＋オイルに対する金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１／１０００万程度の微小レベルで十分である。ここで、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、未反応炭化水素＋オイルの成分と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。 As the amount of the metal catalyst powder mixed in the unreacted hydrocarbon + oil, a minute level of about 1 / 100,000 to 1/1000 million is sufficient for the ratio of the metal catalyst powder to the unreacted hydrocarbon + oil. Here, if the amount of the metal catalyst powder added is large, the amount of nanocarbon produced increases, but the metal catalyst powder is contained in the produced nanocarbon, and there is a problem that the purity is locally lowered. For this reason, the addition ratio of the metal catalyst powder is lowered as much as possible, and the components of the unreacted hydrocarbon + oil and the type of the metal catalyst powder to be added are generated so that high-purity nanocarbon containing almost no metal catalyst powder is generated. Depending on the combination, it is important to determine the optimum addition ratio of the metal catalyst powder for generating high-temperature level nanocarbon under the combination conditions.
これにより、前記加熱炉容器内面の円筒状の容器材料は、金属基板自体が触媒としての機能を有しなくても、耐熱性を有し且つある程度表面が滑らかで熱変形しない材質でありさえすれば問題なく、高温レベルナノカーボン生成用触媒粉混合原料を供給するのみで、安定的にナノカーボンを生成することができる。
上記のように、第１のナノカーボン生成装置１１から排出された未反応炭化水素を原料として、微量の高温レベルナノカーボン生成用金属触媒粉を混合して第２のナノカーボン生成装置３１内の金属基板自体の温度を９００℃レベルに設定すると、純度の高い良質なナノカーボンを生成することができる。
As a result, the cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container may be a material having heat resistance and a surface that is smooth to some extent and does not thermally deform even if the metal substrate itself does not function as a catalyst. If there is no problem, the nanocarbon can be stably generated only by supplying the catalyst powder mixed raw material for generating high-temperature level nanocarbon.
As described above, the unreacted hydrocarbons discharged from the first
第９の実施形態のナノカーボン生成システムによれば、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行うことで、ナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えたナノカーボンを回収することができ、更に第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなくオイルも第２のナノカーボン生成装置３１に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができ、効率的にナノカーボンを製造するナノカーボン生成システムを提供することができる。
According to the nanocarbon generation system of the ninth embodiment, nanocarbon generation is performed in two stages of nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level, so that the stage can be matched to the nanocarbon generation temperature range. In addition, it is possible to recover the nanocarbon whose characteristics have been changed, and by putting not only unreacted hydrocarbons discharged from the
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態（請求項１１に対応）のナノカーボン生成システムは、前記オイルとしてバイオマスオイルとするものである。
ナノカーボン生成の原料として化石資源由来のオイル（炭化水素油）を使用するのではなく、バイオマスオイルを使用することで、化石資源の使用、燃焼によるＣＯ２排出を抑制でき地球温暖化を防止しつつ、高機能カーボンであるナノカーボンを生成することができる。第１０の実施形態によれば、第９の実施形態と同様な効果が得られる。
(Tenth embodiment)
A nanocarbon generation system according to a tenth embodiment (corresponding to claim 11) uses biomass oil as the oil.
Instead of using the fossil resource-derived oil as a raw material of the nanocarbon product (hydrocarbon oil), the use of biomass oils, the use of fossil resources, it is possible to suppress CO 2 emissions from burning to prevent global warming Meanwhile, nanocarbon, which is a highly functional carbon, can be generated. According to the tenth embodiment, the same effect as in the ninth embodiment can be obtained.
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態（請求項１２に対応）のナノカーボン生成システムは、前記バイオマスオイルとして、木材、草、生ごみ、下水汚泥等をメタン発酵して得られるオイルとするものである。
バイオマス資源をメタン発酵しメタンガスを発生させ燃料として利用する形態が広まりつつあるが、バイオマス資源をメタン発酵して発生したメタンガスを高機能カーボンであるナノカーボンの生成原料として活用するものである。メタン発酵させるバイオマス資源としては木材、草、生ごみ、下水汚泥等が挙げられる。第１１の実施形態によれば、第９の実施形態と同様な効果が得られる。
(Eleventh embodiment)
The nanocarbon generation system according to the eleventh embodiment (corresponding to claim 12) is an oil obtained by methane fermentation of wood, grass, garbage, sewage sludge and the like as the biomass oil.
The form of methane fermentation of biomass resources to generate methane gas and use it as fuel is spreading. However, methane gas generated by methane fermentation of biomass resources is used as a raw material for producing nanocarbon, which is a high-performance carbon. Examples of biomass resources to be subjected to methane fermentation include wood, grass, garbage, and sewage sludge. According to the eleventh embodiment, the same effect as in the ninth embodiment can be obtained.
（第１２の実施形態）
第１２の実施形態（請求項１３に対応）のナノカーボン生成システムは、前記バイオマスオイルとして、木材、草、生ごみ、下水汚泥等を熱分解して得られるオイルとするものである。
バイオマス資源を熱分解し熱分解ガスを発生させ燃料として利用する形態も広まりつつあるが、バイオマス資源を熱分解して発生した熱分解ガスを高機能カーボンであるナノカーボンの生成原料として活用するものである。熱分解させるバイオマス資源としては木材、草、生ごみ、下水汚泥等が挙げられる。熱分解はメタン発酵に比べて短時間で熱分解ガスが生成でき、そのガス或いはオイルをそのまま直ぐにナノカーボン生成に利用できるというメリットがある。第１２の実施形態によれば、第９の実施形態と同様な効果が得られる。
(Twelfth embodiment)
A nanocarbon production system according to a twelfth embodiment (corresponding to claim 13) is an oil obtained by thermally decomposing wood, grass, garbage, sewage sludge, etc. as the biomass oil.
The form of pyrolyzing biomass resources to generate pyrolysis gas and using it as fuel is becoming widespread, but the pyrolysis gas generated by pyrolyzing biomass resources is used as a raw material for producing nanocarbon, which is a highly functional carbon. It is. Examples of biomass resources to be pyrolyzed include wood, grass, garbage, and sewage sludge. Pyrolysis has the merit that pyrolysis gas can be generated in a shorter time than methane fermentation, and that gas or oil can be used immediately for nanocarbon generation as it is. According to the twelfth embodiment, the same effect as in the ninth embodiment can be obtained.
（第１３の実施形態）
第１３の実施形態（請求項１４に対応）のナノカーボン生成システムは、前記バイオマス等の有機物原料を熱分解する熱分解装置に投入するバイオマスとして、木材、草、生ごみ、下水汚泥、これらを熱分解して得られる炭化物（残渣）、これらをメタン発酵、熱分解して得られる炭化物（残渣）等とするものである。
(13th Embodiment)
A nanocarbon generation system according to a thirteenth embodiment (corresponding to claim 14) is made of wood, grass, garbage, sewage sludge, and the like as biomass to be input to a thermal decomposition apparatus that thermally decomposes organic materials such as biomass. Carbides (residues) obtained by pyrolysis, carbides (residues) obtained by methane fermentation and pyrolysis, and the like.
上記のバイオマスオイルをナノカーボン生成に利用するだけでなく、熱分解して得られる炭化物（残渣）、メタン発酵、熱分解して得られる炭化物（残渣）等をもナノカーボン生成に利用することで、資源を有効利用できるだけでなく、ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行うことで、ナノカーボン生成温度領域に合わせて段階的にその特性を変えたナノカーボンを回収することができ、更に第１のナノカーボン生成装置１１で排出される未反応炭化水素だけでなく熱分解装置で発生する熱分解残渣（炭化物）や、他のシステムでメタン発酵、熱分解して得られた炭化物（残渣）等も第２のナノカーボン生成装置３１に受け入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することができ、効率的にナノカーボンを製造するナノカーボン生成システムを提供することができる。
Not only using the above biomass oil for nanocarbon production, but also using carbide (residue) obtained by pyrolysis, carbide (residue) obtained by methane fermentation, pyrolysis, etc. for nanocarbon production. In addition to effective use of resources, nanocarbon generation is performed in two stages: nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level. The changed nanocarbon can be recovered, and not only unreacted hydrocarbons discharged from the
勿論、図６に示すように、第２のナノカーボン生成装置３１内に第１のナノカーボン生成装置１１から排出された未反応炭化水素と熱分解装置５１から発生する熱分解ガスと熱分解装置５１で発生する熱分解残渣（炭化物）、他のシステムでメタン発酵、熱分解して得られた炭化物（残渣）等もまとめて投入することで、より多くの高温レベルでのナノカーボンを生成することができる。
Of course, as shown in FIG. 6, unreacted hydrocarbons discharged from the
（第１４の実施形態）
第１４の実施形態（請求項１５に対応）について図７を参照して説明である。図７は、第１のナノカーボン生成装置１１で得られる低温レベル生成ナノカーボンと、第２のナノカーボン生成装置３１で得られる高温レベル生成ナノカーボンとの夫々の生成ナノカーボンの使用用途を区別して活用できるナノカーボン生成システムの概略フロー図である。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
(Fourteenth embodiment)
A fourteenth embodiment (corresponding to claim 15) will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the use applications of the generated nanocarbons of the low temperature level generated nanocarbon obtained by the
図７中、第１のナノカーボン生成装置１１で得られる回収ナノカーボンは第１の回収容器１４に、第２のナノカーボン生成装置３１で得られる高温レベル生成ナノカーボンは第２の回収容器３４に夫々回収される。回収された夫々のナノカーボンは、生成温度、触媒、反応ガス組成の違い等により、生成ナノカーボンの特性が異なる。例えば、低温レベルで生成したナノカーボンは導電性が優れており、樹脂にナノカーボンを僅かに混合することで導電性を保持できる優れた特性を有している。一方、高温レベルで生成したナノカーボンは電磁波吸収性等が優れており、フィルム樹脂等にナノカーボンを僅かに混合することで電磁波遮断性を保持できる優れた特性を有している。
In FIG. 7, the recovered nanocarbon obtained by the
図７では、夫々の生成ナノカーボンの特性を生かすべく、第１の回収容器１４と第２の回収容器３４とを別々に回収し、夫々の使用用途先に輸送することで、ナノカーボンの使用用途別に区別して活用することができる。第１の回収容器１４と第２の回収容器３４は例えば一般的なドラム缶に回収するようにし、低温レベル生成ナノカーボンのドラム缶と高温レベル生成ナノカーボンのドラム缶とを判別できるようにすることで、間違いなく夫々の利用先に輸送・出荷することができる。
In FIG. 7, in order to take advantage of the characteristics of each produced nanocarbon, the
（第１５の実施形態）
第１５の実施形態について図８を参照して説明する。本実施形態は、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とは互換性があり、相互に入れ替えて使用することができることができるナノカーボン生成システムに関する。図８中に示すように、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とは同一形状で、配管・ノズル等の取り合い形状も全く同じくしてある。
(Fifteenth embodiment)
A fifteenth embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a nanocarbon generation system in which the first
第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１との構造上の違いはなく、何れも温度９００℃レベルの温度設定が可能である。従って、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置とは、各ナノカーボン生成装置の処理原料等の条件が変わった場合でも、夫々の設定温度を多少変えることで、最適な温度設定を行うことができる。
There is no structural difference between the
例えば、第１のナノカーボン生成装置１１に原料として、液体の炭化水素を投入する場合には６００℃レベルでも比較的低めの６００℃近傍に設定できるが、気体の炭化水素ガスを投入する場合には比較的高めの７００℃近傍に設定する必要がある。同様に、第２のナノカーボン生成装置３１に原料として、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を比較的多く投入する場合には、比較的温度を低めの８００℃近傍に設定できる。しかし、有機物を熱分解した熱分解ガスを比較的多く投入する場合には、比較的高めの９００℃近傍に温度を設定する必要がある。
For example, when a liquid hydrocarbon is introduced as a raw material into the first
第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とは互換性があり、相互に入れ替えて使用することができることにより、各生成装置の設定温度だけを処理原料等の条件にあわせて変化させるようにすることで、夫々の生成装置を夫々別な形態で設計しなくてもまとめて統一を取った設計を行うことができる。また、これにより、ナノカーボン生成システム内の第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１の機器の互換性が図られ、ナノカーボン生成システムのシンプル化、汎用性の拡大、メンテナンス性の向上等を図ることができる。
The
（第１６の実施形態）
第１６の実施形態について図８を参照して説明する。本実施形態は、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とはどちらかだけを選択して単独運転することができるナノカーボン生成システムに関する。図８に示すように、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１は夫々独立して、単独でも運転できるようにしている。
(Sixteenth embodiment)
A sixteenth embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a nanocarbon generation system that can be operated independently by selecting only one of the first
第１のナノカーボン生成装置１１だけの単独運転を行う場合には、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を、例えば熱分解装置の加熱用バーナの燃料として供給するようにし熱分解装置５１の加熱源とするとともに、その燃焼ガスを第１のナノカーボン生成装置１１の加熱源として活用する。或いは、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応炭化水素を別システムの加熱炉の加熱用バーナの燃料として供給すること等により、第２のナノカーボン生成装置３１に未反応炭化水素を供給しなくても、第１のナノカーボン生成装置１１だけの単独運転を行うことが可能である。熱分解装置５１で発生する熱分解ガスを第１のナノカーボン生成装置１１の原料として導入するラインも設置し、原料投入ホッパー１２から導入する原料とともに第１のナノカーボン生成装置１１にて低温レベルでナノカーボンを生成する。
When the
一方、第２のナノカーボン生成装置３１だけの単独運転を行う場合には、例えば、第２のナノカーボン生成装置３１の上部からオイルを投入する原料投入ホッパー５５よりオイルを供給し、ここにオイルが一旦貯留された後、オイルは高温レベルナノカーボン生成用触媒粉とともに、その下部のオイル及び触媒粉投入ホッパー６７に定量的に流下する。このホッパー６７内でオイルと触媒粉は攪拌され、オイル中に微量の触媒粉が斑無く均一に混合する。均一に混合した触媒粉混じりのオイルは、オイル及び触媒粉供給配管６８を経由して高温レベルナノカーボン生成用オイル噴霧ノズルから第２のナノカーボン生成装置３１内に噴霧される。あるいは、前記熱分解装置５１で発生する熱分解ガスを第２のナノカーボン生成装置３１に供給することで、未反応炭化水素を供給しなくても、第２のナノカーボン生成装置３１だけの単独運転を行うことが可能である。
On the other hand, when performing the independent operation of only the second
このように、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１とはどちらかだけを選択して単独運転することができることで、生成したいナノカーボンの性状に合わせた単独運転を行うことができ、ナノカーボン生成システムの運転のシンプル化、汎用性の拡大、メンテナンス性の向上等を図ることができる。
Thus, since only the first
（第１７の実施形態）
第１７の実施形態（請求項１６に対応）に説明する。本実施形態は、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の加熱源は電気ヒータとし、夫々の設定温度を投入原料（液体、ガス）の性状により制御することを特徴とする。なお、本実施形態は、上述した図１〜図８が適用できる。これまでの概略フローについても説明のように、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の温度制御は良質で安定したナノカーボン生成に極めて重要である。
(Seventeenth embodiment)
A seventeenth embodiment (corresponding to claim 16) will be described. The present embodiment is characterized in that the heating source of the first nanocarbon generating device and the second nanocarbon generating device is an electric heater, and the respective set temperatures are controlled by the properties of the input raw materials (liquid, gas). . The above-described FIGS. 1 to 8 can be applied to this embodiment. As described for the general flow up to now, the temperature control of the first nanocarbon generating device and the second nanocarbon generating device is extremely important for producing good quality and stable nanocarbon.
第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の加熱源を電気ヒータとし、夫々の設定温度を投入原料（液体、ガス）の性状によりきめ細かな制御することにより、短時間で設定温度に追従した温度コントロールが可能となる。これにより、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の夫々で安定的にナノカーボンを生成することができる。 The heating source of the first nanocarbon generating device and the second nanocarbon generating device is an electric heater, and the set temperatures can be set in a short time by finely controlling the set temperatures according to the properties of the raw materials (liquid and gas). Temperature control that follows is possible. Thereby, nanocarbon can be stably produced | generated by each of a 1st nanocarbon production | generation apparatus and a 2nd nanocarbon production | generation apparatus.
また、第１のナノカーボン生成装置から排出される未反応炭化水素、第２のナノカーボン生成装置から排出される余剰炭化水素等を熱分解装置或いは別システムの加熱炉の加熱用バーナの燃料として供給し、その燃焼ガスを利用して第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置を加熱する場合においても、加熱源に電気ヒータを併用する方式にすることでも、短時間で設定温度に追従した温度コントロールが可能となる。これにより、第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の夫々で安定的にナノカーボンを生成することができる。 In addition, unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator, surplus hydrocarbons discharged from the second nanocarbon generator, etc., as fuel for the burner for heating in the thermal decomposition apparatus or heating furnace of another system Even when the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator are heated using the combustion gas supplied, it can be set in a short time by using an electric heater as a heating source. Temperature control following the temperature becomes possible. Thereby, nanocarbon can be stably produced | generated by each of a 1st nanocarbon production | generation apparatus and a 2nd nanocarbon production | generation apparatus.
（第１８の実施形態）
第１８の実施形態（請求項１７に対応）について図９を参照して説明する。本実施形態では、第２のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機を稼動し、その発生電気を第２のナノカーボン生成装置、第１のナノカーボン生成装置の夫々の電気ヒータの電源とすることができる。但し、図１〜図８と同部材は同符番を付して説明を省略する。
(Eighteenth embodiment)
An eighteenth embodiment (corresponding to claim 17) will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the generator is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the second nanocarbon generator as fuel, and the generated electricity is supplied to the second nanocarbon generator and the first nanocarbon generator. Each of the electric heaters can be a power source. However, the same members as those in FIGS.
図９中の符番７１は発電機を示す。発電機７１は、第１のナノカーボン生成装置１１，第２のナノカーボン生成装置３１に電気的に接続されている。図９に図示するように、第２のナノカーボン生成装置３１から排出される未反応の余剰炭化水素は、余剰炭化水素供給配管７２を経由して、発電機７１に燃料として供給される。
発電機７１は、この未反応の余剰炭化水素を燃料として発電する。未反応の余剰炭化水素はカロリーが変動することもあり、バックアップとして都市ガス、プロパンガスを発電機61の助燃ガスとして供給するようにしてもよい。発電機７１で発電した電気は、第１の
ナノカーボン生成装置１１の電気ヒータ用電源、第２のナノカーボン生成装置３１の電気ヒータ用電源として供給される。この他にも、発電機７１で発電した電気をナノカーボン生成システム内の機器、配管ヒータ等の電源、ナノカーボン生成システム外の機器等の電源として供給することもできる。
The
このように、ナノカーボン生成システムから排出される未反応の余剰炭化水素を活用して発電することで、ナノカーボン生成システムのシステム効率を高めた運転を行うことができる。これにより、第１のナノカーボン生成装置１１と第２のナノカーボン生成装置３１の温度制御も良好に行うことができる。
Thus, the operation | movement which improved the system efficiency of a nanocarbon production | generation system can be performed by utilizing the unreacted surplus hydrocarbon discharged | emitted from a nanocarbon production | generation system, and generating electric power. Thereby, temperature control of the 1st nanocarbon production |
（第１９の実施形態）
第１９の実施形態（請求項１８に対応）について図１０を参照して説明する。同実施形態は、第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置のどちらかのみしか稼動しない場合に、何れかのナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機を稼動し、その発生電気を何れかのナノカーボン生成装置の電気ヒータの電源とすることができることを特徴とする。なお、図１〜図９と同部材は同符番を付して説明を省略する。
(Nineteenth embodiment)
A nineteenth embodiment (corresponding to claim 18) will be described with reference to FIG. In the embodiment, when only one of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator is operated, unreacted surplus hydrocarbons discharged from any nanocarbon generator are used as fuel. The generator is operated, and the generated electricity can be used as a power source for an electric heater of any nanocarbon generating device. In addition, the same member as FIGS. 1-9 attaches | subjects the same number, and abbreviate | omits description.
図１０では、第１のナノカーボン生成装置１１のみしか稼動しない場合に、第１のナノカーボン生成装置１１から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機７１を稼動し、第２のナノカーボン生成装置３１のみしか稼動しない場合は、第２のナノカーボン生成装置３１から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として発電機を稼動するようにしている。発電機７１は、夫々の未反応の余剰炭化水素を燃料として発電する。
In FIG. 10, when only the first
未反応の余剰炭化水素はカロリーが変動することもあり、バックアップとして都市ガス、プロパンガスを発電機７１の助燃ガスとして供給するようにしてもよい。発電機７１で発電した電気は、第１のナノカーボン生成装置１１の電気ヒータ用電源、または第２のナノカーボン生成装置３１の電気ヒータ用電源の何れかに供給される。この他にも、発電機７１で発電した電気を、ナノカーボン生成システム内の機器、配管ヒータ等の電源、ナノカーボン生成システム外の機器等の電源として供給することもできる。
Unreacted surplus hydrocarbons may fluctuate in calories, and city gas and propane gas may be supplied as auxiliary combustion gas for the
このように、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１のどちらかのみしか稼動しない場合においても、ナノカーボン生成システムから排出される未反応の余剰炭化水素を活用して発電することで、ナノカーボン生成システムのシステム効率を高めた運転を行うことができる。これにより、第１のナノカーボン生成装置１１、第２のナノカーボン生成装置３１のどちらかのみしか稼動しない場合においても、第１のナノカーボン生成装置或いは第２のナノカーボン生成装置３１の温度制御を良好に行うことができる。
Thus, even when only one of the first
なお、上記第１９の実施形態において、第１のナノカーボン生成装置、第２のナノカーボン生成装置を有するナノカーボン生成システムの効率的な加熱方法として、他にも、次のようなケースが挙げられる。
(1) 第１のナノカーボン生成装置と第２のナノカーボン生成装置の加熱源は熱風とし、夫々の設定温度を投入原料（液体、ガス）の性状により制御することができるようにする場合。
(2) 第２のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として加熱炉バーナを稼動し、その発生熱風を第１のナノカーボン生成装置，第２のナノカーボン生成装置の加熱源とするようにする場合。
(3) 第１のナノカーボン生成装置のみしか稼動しない場合は、第１のナノカーボン生成装置から排出される未反応の余剰炭化水素を燃料として加熱炉バーナを稼動し、その発生熱風を第１のナノカーボン生成装置，第２のナノカーボン生成装置の加熱源とすることができるようにする場合。
In the nineteenth embodiment, as an efficient heating method for the nanocarbon generation system having the first nanocarbon generation device and the second nanocarbon generation device, the following cases are given as well. It is done.
(1) The heating source of the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator is hot air so that the set temperatures can be controlled by the properties of the input raw materials (liquid and gas).
(2) The furnace burner is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the second nanocarbon generator as fuel, and the generated hot air is sent to the first nanocarbon generator and the second nanocarbon generator. When using as a heating source.
(3) When only the first nanocarbon generator is operated, the furnace burner is operated using unreacted surplus hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator as fuel, and the generated hot air is used as the first hot air. When making it possible to use as a heating source for the second nanocarbon generation device.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
１１…低温レベルの第１のナノカーボン生成装置、１２…原料投入ホッパー、１３…原料供給配管、１４…第１の回収容器、１５，３５…加熱炉容器、１６，３６…円錐状金属基板、１７，３７…基板加熱ヒータ（加熱源）、３１…高温レベルの第２のナノカーボン生成装置、４１…余剰炭化水素供給配管、４２…未反応炭化水素供給配管、５１…熱分解装置、５２…熱分解残渣回収容器、５３…熱分解ガス供給配管、５４…熱分解残渣供給配管、６１，６２…水素供給配管、６３，６４…水蒸気供給配管、６５…触媒供給配管、６６…オイル投入ホッパー、６７…オイル及び触媒投入ホッパー、６８…オイル及び触媒粉供給配管、７１…発電機、７２…余剰炭化水素供給配管。
DESCRIPTION OF
Claims (21)
ナノカーボン生成を低温レベルでのナノカーボン生成、高温レベルでのナノカーボン生成の２段階で行い、
第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素を第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とするナノカーボン生成システム。 In nanocarbon generation using organic matter as a raw material, a first nanocarbon generation device at a low temperature level and a second nanocarbon generation at a high temperature level in which the internal temperature is set to be equal to or higher than the internal set temperature in the first nanocarbon generation device A device,
Nanocarbon generation is performed in two stages: nanocarbon generation at a low temperature level and nanocarbon generation at a high temperature level.
By collecting unreacted hydrocarbons discharged from the first nanocarbon generator into the second nanocarbon generator, it is possible to recover both nanocarbon generated at a low temperature level and nanocarbon generated at a high temperature level. Characteristic nanocarbon generation system.
熱分解装置で熱分解して生成した熱分解ガスを第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とするナノカーボン生成システム。 In nanocarbon generation using organic matter as a raw material, a first nanocarbon generation device at a low temperature level and a second nanocarbon generation at a high temperature level in which the internal temperature is set to be equal to or higher than the internal set temperature in the first nanocarbon generation device An apparatus, and a thermal decomposition apparatus for thermally decomposing organic raw materials,
Nanocarbon generated at a low temperature level by putting the pyrolysis gas generated by pyrolysis in the pyrolysis apparatus into the second nanocarbon generation apparatus together with unreacted hydrocarbons discharged in the first nanocarbon generation apparatus, A nanocarbon production system that collects both nanocarbons produced at high temperatures.
熱分解装置で熱分解して生成した熱分解残渣を第１のナノカーボン生成装置で排出される未反応炭化水素とともに第２のナノカーボン生成装置に入れることにより、低温レベルで生成するナノカーボン、高温レベルで生成するナノカーボンの両方を回収することを特徴とするナノカーボン生成システム。 In nanocarbon generation using organic matter as a raw material, a first nanocarbon generation device at a low temperature level and a second nanocarbon generation at a high temperature level in which the internal temperature is set to be equal to or higher than the internal set temperature in the first nanocarbon generation device An apparatus, and a thermal decomposition apparatus for thermally decomposing organic raw materials,
Nanocarbon generated at a low temperature level by putting the pyrolysis residue generated by thermal decomposition in the thermal decomposition apparatus into the second nanocarbon generation apparatus together with unreacted hydrocarbons discharged in the first nanocarbon generation apparatus, A nanocarbon production system that collects both nanocarbons produced at high temperatures.
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