JP2003183667A

JP2003183667A - 活性炭の製造方法

Info

Publication number: JP2003183667A
Application number: JP2001389635A
Authority: JP
Inventors: Takashi Anyashiki; 孝思庵屋敷; Jun Ishii; 純石井; Toshihiko Okada; 敏彦岡田; Tatsuro Ariyama; 達郎有山; Kazumasa Wakimoto; 一政脇元; Hirokatsu Masuoka; 弘勝舛岡
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】廃木材、廃竹材、古紙、トウモロコシの芯部
破砕品、使用済みプラスチック等の有機系廃棄物を用い
て、石炭を原料とする活性炭と同等の強度並びに性能を
有する活性炭を安価に且つ安定して製造する。【解決手段】有機系廃棄物を予備乾留する予備乾留工
程と、予備乾留工程で得られた炭化物を混練して成形す
る混練・成形工程と、混練・成形工程で得られた成形物
を乾留する乾留工程とにより活性炭を製造する方法であ
って、前記混練・成形工程では、予備乾留工程で得られ
た炭化物に水を添加して混練し、次いでバインダーを添
加して混練し、その後ダブルロール成形機にて成形す
る。この場合、バインダーの添加量を前記炭化物１００
重量部に対して１８〜４２重量部とすること、及び、水
の添加量を、前記炭化物とこの炭化物へ添加するバイン
ダーとを合計した原料１００重量部に対して１５〜３５
重量部とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃木材、廃竹材、
古紙、トウモロコシの芯部破砕品、使用済みプラスチッ
ク等の有機系廃棄物を原料として用い、これら有機系廃
棄物から活性炭を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硫黄酸化物や窒素酸化物を含有する各種
排ガスから硫黄酸化物や窒素酸化物を除去する方法とし
て、乾式脱硫脱硝設備が広く用いられている。この乾式
脱硫脱硝設備では各種の吸着剤や触媒が使用されてお
り、特に炭素質の吸着剤は硫黄酸化物の吸着能力及び窒
素酸化物の還元分解触媒としての性能に優れており、活
性炭或いは活性コークスが脱硫脱硝用炭素質吸着剤とし
て広く用いられている。

【０００３】石炭を原料として活性炭或いは活性コーク
スを製造する方法は多数提案されている。例えば特公平
２−４８２９４号公報には、石炭から半成コークスを製
造し、これにロガ指数が所定の範囲になるように結合剤
を加えて成形し、この成形物を乾留した後に硫酸で処理
して成形活性コークスを製造する方法が開示されてい
る。特開平５−１０５４１５号公報には、酸素濃度及び
温度を所定範囲に調整した予備乾留により製造した半成
コークスを主原料とし、これに粘結炭を加えて成形し、
得られた成形物を乾留して成形活性コークスを製造する
方法が開示されている。特開平１０−２９６０７８号公
報には、コークス表層に石炭粉を付着させた２層構造の
混合炭を形成し、この混合炭を加圧成形して活性コーク
スを製造する方法が開示されている。

【０００４】又、廃棄物を原料として活性炭を製造する
技術も開示されており、例えば特公平６−６９８８３号
公報には、破砕した木材片を炭化し、得られた炭化物に
水及びバインダーを加えて混練し、混練物を成形した後
に乾留して製造される分子篩炭素材が開示されており、
又、特開平９−５３０８５号公報には、都市ごみを破砕
・成形した固形物を炭化して活性炭を製造する方法が開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
２−４８２９４号公報、特開平５−１０５４１５号公報
及び特開平１０−２９６０７８号公報に開示された技術
は石炭を原料にしているため、活性炭及び活性コークス
の製造コストが高く、排ガス処理設備や排水処理設備等
に使用した際、莫大なランニングコストが必要という問
題点がある。

【０００６】これに対して、特開平９−５３０８５号公
報では廃棄物を原料としているので、製造される活性炭
は相対的に安価であるが、同号公報では活性度（比表面
積）を上昇させるために炭化時若しくは炭化後、炭化物
に対して水蒸気添加等の活性賦化を行う必要があり、製
造工程が複雑になり、活性炭製造コストの上昇を招く等
の問題点がある。

【０００７】又、特公平６−６９８８３号公報に開示さ
れた活性炭の製造方法は、成形前段階の混練工程におい
て原料炭化物の微粉砕が必要であり、又、原料炭化物へ
水の添加を行っているが、成形後に予備乾燥を行う必要
がある等々、付加的な処理工程が必要であり、製造コス
トの上昇を余儀なくされ、必ずしも安価な原料を利用す
るメリットはない。又、原料炭化物へ水を添加すること
の目的や効果等については何ら記載していない。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、廃木材、廃竹材、古
紙、トウモロコシの芯部破砕品、使用済みプラスチック
等の有機系廃棄物を原料として用い、石炭を原料とする
活性炭と同等の強度並びに性能を有する活性炭を安価に
且つ安定して製造する方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、有機系廃
棄物を予備乾留により炭化する予備乾留工程と、得られ
た炭化物を混練して成形する混練・成形工程と、この成
形物を乾留する乾留工程とにより活性炭を製造する方法
において、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。そ
の結果、以下の知見が得られた。即ち、混練・成形工程
において、予備乾留で得られた炭化物にバインダーを添
加するのみならず、水を添加して混練することにより、
活性炭の強度及び比表面積を向上させることができると
の知見が得られた。以下、検討結果を説明する。

【００１０】ダブルロール成形機を用いて予備乾留で得
られた炭化物（以下「予備乾留炭化物」とも記す）を成
形する場合、予備乾留炭化物に水を添加することにより
ロール圧を被成形物に効率良く伝えることができる。そ
れ故、水の添加により、成形圧による成形物の反発割れ
が防止され、ダブルロール成形機にしては比較的低い成
形圧で冷間強度の高い成形物を得ることができる。

【００１１】又、水の添加は、予備乾留炭化物が有する
高い比表面積を保護する役割を果たすが、その効果を得
るためには、バインダーと水との添加順序が極めて重要
となる。予備乾留炭化物の細孔の閉塞を保護するために
は、混練・成形工程において、先ず水を添加して毛細現
象により予備乾留炭化物の細孔に水分を含浸させた後、
所要量のバインダーを添加することが重要である。即
ち、細孔を水で充填させておき、細孔へのバインダーの
侵入を防止することが重要である。この際、水の添加は
細孔閉塞を防ぐための手段であり、このようにして製造
された製品炭化物の比表面積は、予備乾留炭化物と同
等、若しくは僅かに低い値を示すに留まり、予備乾留炭
化物の性状が十分に活用される。

【００１２】このように、ダブルロール成形機による成
形時の水添加は、成形圧の制御及び成形物の強度等の成
形性に大きな影響を与えることを見出した。

【００１３】この場合、バインダー添加量は予備乾留炭
化物１００重量部に対して１８〜４２重量部とすること
が好ましい。１８重量部未満では、成形後の冷間強度及
び乾留後の炭化物製品強度を向上させることが望めず、
一方、４２重量部を超えるとロールからの型離れが悪く
なり、良質の成形物が得られない。又、水の添加量は、
予備乾留炭化物にバインダーを添加した原料１００重量
部に対して、１５〜３５重量部とすることが好ましい。
１５重量部未満では、成形圧の制御が困難となり、成形
物に反発割れが多発し、一方、３５重量部より多くなる
と反発割れはなくなるものの成形物強度が弱くなり、後
工程の乾留工程で急激な水分の蒸発によるバーステイン
グが生じる虞がある。

【００１４】本発明は上記検討結果に基づきなされたも
ので、第１の発明に係る活性炭の製造方法は、有機系廃
棄物を予備乾留する予備乾留工程と、予備乾留工程で得
られた炭化物を混練して成形する混練・成形工程と、混
練・成形工程で得られた成形物を乾留する乾留工程とに
より活性炭を製造する方法であって、前記混練・成形工
程では、予備乾留工程で得られた炭化物に水を添加して
混練し、次いで、バインダーを添加して混練し、その
後、ダブルロール成形機にて成形することを特徴とし、
第２の発明に係る活性炭の製造方法は、第１の発明にお
いて、前記バインダーの添加量は、予備乾留工程で得ら
れた炭化物１００重量部に対して１８〜４２重量部とす
ることを特徴とし、第３の発明に係る活性炭の製造方法
は、第１の発明又は第２の発明において、前記水の添加
量は、予備乾留工程で得られた炭化物と、この炭化物へ
添加するバインダーとを合計した原料１００重量部に対
して１５〜３５重量部とすることを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例につ
いて、詳細に説明する。

【００１６】本発明に用いる有機系廃棄物は、廃木材、
廃竹材、古紙、トウモロコシの芯部粉砕物、使用済みプ
ラスチック等である。本発明は、使用済みの有機系廃棄
物を原料とするものであるが、未使用のまま廃棄された
ものを原料として使用できることはいうまでもない。

【００１７】予備乾留工程の予備乾留処理は原則的には
不活性雰囲気で行う。本発明の方法においては、予備乾
留時に酸素が存在してもよいが、不活性雰囲気で処理す
ることにより炭素質の燃焼を制御し、その結果、予備乾
留炭化物の歩留や予備乾留炭化物中の炭素質の比率を高
くすることができるので、不活性雰囲気で予備乾留する
ことが好ましい。又、不活性雰囲気で予備乾留すること
により、ダイオキシンの生成を抑制することができる。
このように、予備乾留時の雰囲気は非酸化性の不活性ガ
ス雰囲気で行うことが好ましいが、８％以下の低酸素濃
度雰囲気でも行うことができる。但し、雰囲気酸素濃度
と予備乾留歩留まりは相反する関係にあることから、酸
素含有雰囲気下で行う場合には、５％以下の酸素濃度雰
囲気で乾留することが望ましい。

【００１８】予備乾留は、廃木材、廃竹材、古紙、トウ
モロコシの芯部粉砕物、使用済みプラスチック等の有機
系廃棄物の予備乾留炭化物の比表面積が１５０ｍ² ／ｇ
以上となる乾留条件で乾留する。この乾留条件は、有機
系廃棄物の種類や乾留設備の型式によって異なるため、
予め個々の条件で試験を行い、満足する乾留条件を把握
しておくことが好ましい。単独で用いた場合に１５０ｍ
² ／ｇ以上の比表面積が得られない有機系廃棄物は、高
比表面積が得られる有機系廃棄物との混合により、その
比表面積がおよそ１５０ｍ² ／ｇ以上になるように配合
し、原料として使用することが好ましい。

【００１９】予備乾留する有機系廃棄物は、有機系廃棄
物の水分や揮発分等の違いによる乾留条件のばらつきを
最小限に抑えるために、破砕等により直径が１０ｍｍ、
長さが５０ｍｍ以下の粒径に揃えることが好ましく、更
に望ましくは直径５ｍｍ、長さ３０ｍｍ以下とすること
が好ましい。直径が１０ｍｍ、長さが５０ｍｍより大き
な粒径では、有機系廃棄物の種類によっては乾留不足と
なり、目標とする１５０ｍ² ／ｇ以上の比表面積を得る
ことができない。但し、微粉砕物が予備乾留炭化物の大
半を占めると後工程の混練時、添加するバインダー量が
多く必要となり、製造コストの上昇を招くので好ましく
ない。

【００２０】予備乾留処理に用いる乾留炉は一般的な工
業炉が利用できる。例えば、内熱式或いは外熱式ロータ
リーキルン、流動床炉、コークス炉、連続式炭化炉、バ
ッチ式炭化炉等でよい。

【００２１】予備乾留により得られた高比表面積の予備
乾留炭化物は不活性雰囲気で冷却され、次工程の混練・
成形工程へ搬送される。混練は一般的な混練機を用いる
こともできるが、加熱水蒸気で加温可能な二重ジャケッ
トタイプの高速回転混練機を用いることが好ましい。高
速回転混練機に投入された予備乾留炭化物は、水蒸気に
より調湿され、所定量の水が添加されて攪拌された後、
所定量のバインダーが添加されて高速攪拌される。この
場合に、水添加後の攪拌により、添加した水が予備乾留
炭化物中にほぼ均一に分散するようにしてからバインダ
ーを添加する。

【００２２】前述したように、水の添加量は、予備乾留
工程で得られた炭化物と、この炭化物へ添加する予定の
バインダーとを合計した原料１００重量部に対して１５
〜３５重量部とすることが好ましく、特に２０〜３０重
量部とすることが望ましく、又、バインダーの添加量
は、予備乾留炭化物１００重量部に対して１８〜４２重
量部とすることが好ましく、特に２２〜３８重量部とす
ることが望ましい。

【００２３】予備乾留炭化物にバインダーを添加するこ
とにより、成形後の冷間強度を向上させるだけでなく、
乾留後の炭化物製品強度までも向上させることができ
る。バインダーについて例示すれば、無機系バインダー
としてはセメント等、又、有機系バインダーとしては、
コールタール系の重質油、ピッチ、石炭液化油、特定の
油系からの石油系の減圧残油、エチレンボトム油、改質
油等が挙げられる。これら油の何れか、或いは混合物で
あってもよい。

【００２４】混練終了後、ダブルロール成形機にて成形
する。成形形状は、目的用途に応じてマセック型、卵
型、印篭型等に成形する。

【００２５】そして、成形物を次工程の乾留工程に搬送
し、乾留炉による乾留処理により炭化させる。乾留温度
は６００℃〜１０００℃で行うことが好ましい。６００
℃未満の温度では、揮発性成分の残留があり、製品炭化
物の強度及び性状に悪影響を及ぼす。又、１０００℃以
上の炭化温度では、廃木材、廃竹材等の予備乾留炭化物
の比表面積が小さくなる現象が生じ、吸着能に悪影響を
及ぼす。目標乾留温度での滞留時間は、原料の種類及び
製品性能等に応じて適宜定めることができる。

【００２６】以上のようにして有機廃棄物から活性炭を
製造することにより、石炭を原料として製造される活性
炭と同等の強度並びに品質を有する活性炭を安価に且つ
安定して製造することが可能となる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明について実施例により具体的に
説明する。本発明に係る製造方法を用いて、廃木材、廃
竹材、トウモロコシの芯部粉砕物、及び使用済みプラス
チックを原料として活性炭を製造した。

【００２８】図１に、本実施例で用いた活性炭の製造フ
ローの概略図を示す。廃木材・古紙類廃棄物ピット１及
び使用済みプラスチック類廃棄物ピット２から所定の比
率で廃棄物を取り出して解砕機３に入れ、破砕機４を通
した後、ベルトコンベアー５で搬送し、途中、磁選機６
を通過させて磁性物を除去した。その後、風力選別機７
を通して非磁性金属その他重量物を除去した後、分離機
８、貯留槽９を通して、造粒機１０によって所定の固形
サイズに成形した。成形された固形物Ａは、ベルトコン
ベアー２５によって固形物受入れホッパー１１に搬送さ
れる。固形物受入れホッパー１１では所定量の貯蔵が可
能である。

【００２９】得られた固形物Ａをロータリーキルンから
なる予備乾留炉１２に供給した。得られた予備乾留炭化
物を粉砕機１３で簡易粉砕して整粒し、風力選別機１４
にて再度、非鉄、金属を除去後、篩１５を通してベルト
コンベアー２６によって計量ホッパー１７に搬送した。
その後、ベルトコンベアー２７によって高速回転混練機
１８に送り、そこで水タンク２９から供給される水と十
分に混合させた後、バインダータンク１９から供給され
るバインダーと十分に混合した。混合物をダブルロール
成形機２０により成形した後、篩２１により粉状物を除
去した。尚、篩１５にて除去された粒径の大きな予備乾
留炭化物は、再度、粉砕機１３に送られ整粒される。
又、使用済みプラスチック類廃棄物と所定比率での配合
を行わない場合には、風力選別機７を通して非磁性金属
及びその他重量物を除去した後、分離機８、貯留槽９及
び造粒機１０を通さず、直接、予備乾留炉１２に供給す
ることができる。

【００３０】得られた成形物Ｂをロータリーキルンから
なる乾留炉２２によって乾留した。乾留物を製品クーラ
ー２３及び冷却塔２４によって所定の温度まで冷却した
後、目的とする活性炭２８が得られた。乾留炉２２、製
品クーラー２３内で発生した粉状物Ｃは再生粉ホッパー
１６に送られ、成形用原料として使用される。

【００３１】表１に、非酸化雰囲気で予備乾留して得ら
れた予備乾留炭化物をダブルロール成形機２０により１
６ｍｍ×１６ｍｍ×８ｍｍのマセック型及び１６ｍｍ×
１２ｍｍ〜８ｍｍの卵型に成形し、この成形物を乾留温
度８５０℃、有効滞留時間６０分、非酸化雰囲気の条件
で乾留した合計１１回の試験結果を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】尚、表１に示す水添加量は、予備乾留工程
で得られた炭化物と、この炭化物へ添加する予定のバイ
ンダーとを合計した原料１００重量部に対する添加量で
あり、バインダー添加量は、予備乾留工程で得られた炭
化物１００重量部に対する添加量であり、予備乾留炭化
物の成形性は、ダブルロール成形機における成形性を目
視にて４段階（優：◎−○−△−×：劣）に評価したも
のである。又、ＤＩ強度は、製品を８ｍｍで篩分けし、
８ｍｍ上の製品５ｋｇを直径５００ｍｍ、長さ５００ｍ
ｍのトロンメルに装填し、３００回転（２５ｒｐｍ）し
た後の４ｍｍ上の残留率（百分率）で表示したもので、
総合評価は、成形性、強度及び比表面から４段階（優：
◎−○−△−×：劣）に評価したものである。

【００３４】試験Ｎo.１〜６は、予備乾留炭化物の混練
時、予備乾留炭化物と、この炭化物へ添加する予定のバ
インダーとを合計した原料１００重量部に対して水を予
め２３重量部になるように加えて攪拌し、その後、バイ
ンダーを予備乾留炭化物１００重量部に対して２５重量
部添加し、次いで、高速攪拌したものをダブルロール成
形機で成形した後に乾留したものである。廃木材／プラ
スチック及び廃竹材／プラスチックは、各単独原料を所
定の粒径にし、二軸押出機を用いて直径１５ｍｍ、長さ
３０〜５０ｍｍの円柱状に成形したものを予備乾留の原
料として使用した。

【００３５】試験Ｎo.７及び８は、予備乾留炭化物の混
練時、水添加量をそれぞれ１０重量部、４０重量部と
し、それ以外は試験Ｎo.１と同一の方法で製造したもの
で、試験Ｎo.９及び１０は、予備乾留炭化物の混練時、
バインダー添加量をそれぞれ１２重量部、４４重量部と
し、それ以外は試験Ｎo.１と同一の方法で製造したもの
で、試験Ｎo.１１は、水分及びバインダーの添加量は試
験Ｎo.１と同一であるが、添加順序としてバインダーを
予め添加し、その後、水を添加したものである。

【００３６】表１から明らかなように、水及びバインダ
ーの添加量が最適範囲に調整された試験Ｎo.１〜６にお
いては、予備乾留炭化物の成形性並びに製品の性状が良
好であることが分かる。これに対して、水又はバインダ
ーの添加量が好ましい範囲を外れた試験７〜９では、成
形性又は製品の性状が若干劣るものの、十分活性炭とし
て使用することができた。しかしながら、バインダー添
加量が多い試験Ｎo.１０、及び、水とバインダーとの添
加順序を逆にした試験Ｎo.１１では、比表面積が小さく
活性炭としては不十分であり、活性炭として使用する場
合には、更に水蒸気添加等の活性賦化を行う必要がある
ことが分かった。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、廃木材、廃竹材、古紙、トウモロコシの芯部粉砕
物、使用済みプラスチック等の有機系廃棄物を原料とし
て、石炭を原料とする活性炭と同等の強度並びに性能を
有する活性炭を安価に且つ安定して製造することが可能
であり、工業上有益な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例で用いた活性炭の製造フローの概略図
を示す図である。

【符号の説明】

１廃木材・古紙類廃棄物ピット２使用済みプラスチック類廃棄物ピット３解砕機４破砕機５ベルトコンベアー６磁選機７風力選別機８分離機９貯留槽１０造粒機１１固形物受入れホッパー１２予備乾留炉１３粉砕機１４風力選別機１５篩１６再生粉ホッパー１７計量ホッパー１８高速回転混練機１９バインダータンク２０ダブルロール成形機２１篩２２乾留炉２３製品クーラー２４冷却塔２５ベルトコンベアー２６ベルトコンベアー２７ベルトコンベアー２８活性炭２９水タンクＡ固形物Ｂ成形物Ｃ粉状物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田敏彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者有山達郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者脇元一政東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者舛岡弘勝広島県東広島市鏡山一丁目４番１号広島大学大学院工学研究科内Ｆターム(参考） 4H012 HA03 HB03 JA03 KA01 KA03 KA04 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機系廃棄物を予備乾留する予備乾留工
程と、予備乾留工程で得られた炭化物を混練して成形す
る混練・成形工程と、混練・成形工程で得られた成形物
を乾留する乾留工程とにより活性炭を製造する方法であ
って、前記混練・成形工程では、予備乾留工程で得られ
た炭化物に水を添加して混練し、次いで、バインダーを
添加して混練し、その後、ダブルロール成形機にて成形
することを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項２】前記バインダーの添加量は、予備乾留工
程で得られた炭化物１００重量部に対して１８〜４２重
量部とすることを特徴とする請求項１に記載の活性炭の
製造方法。
【請求項３】前記水の添加量は、予備乾留工程で得ら
れた炭化物と、この炭化物へ添加するバインダーとを合
計した原料１００重量部に対して１５〜３５重量部とす
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の活性
炭の製造方法。