JPH0157043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は非粘結炭チヤーを主剤とする粒状炭素
材からなる空気中窒素濃縮用酸素吸着材の製造方
法関するものである。 近年、ガスの精製、分離に分子篩を用する方法
が工業界において盛んに行われている。しかしそ
の多くはアルミノシリケートを主成分とする合成
ゼオライトである。合成ゼオライトは吸着および
分離性能が非常に優れているが、その反面、耐酸
性、耐アルカリ性に乏しく、熱安定性にも欠ける
という欠点をもつている。一方、炭素物質は耐酸
および耐アルカリ性に富み、かつ熱安定性にも優
れているので、分子篩炭素材の出現が望まれてい
る。 近年、分子篩炭素材（MSO）に関して、江口
が石油学会誌、13105（1970）に報告しているが出
発原料、製造方法に関して全く触れていない。ま
た西ドイツのBorgbau Forschung社で分子篩コ
ークスを用いて窒素富化ガスの製造法として出願
（公開特許公報、昭54−17595）されているが、こ
の場合用いる分子篩コークスの製造方法の詳細に
ついて触れていない。極めて最近、微粒状の粘結
炭に対し、造粒剤を配合したものを造粒し、これ
を炭化したのち、極めて少量の水蒸気を用いて
650〜800℃の温度で賦活することによつて分子篩
炭素材を製造する方法がある（公開特許公報、昭
55−7165）。 このような分子篩の場合、その成分組成や製造
条件等によつてガス成分に対する吸着能が大幅に
異なることから、吸着対象とするガスに応じた分
子篩を得ることが必要である。殊に、空気中酸素
を分子篩により吸着分離し、窒素の濃縮を行う場
合、酸素に対してすぐれた選択吸着性を有するこ
とはもちろんであるが、大量の空気を処理するた
めに、安価であることも重要な要件になる。 本発明の酸素吸着材の製造方法は、このような
観点から開発されたものである。即ち、本発明に
よれば、微粉状の非粘結炭チヤーに対し、亜硫酸
パルプ廃液、廃糖密などの如き常温で粘着性を示
す有機物質を造粒剤として配合し、これを造粒、
乾燥し、加熱して、該有機物質を炭化させること
によつて得られる。有機物質炭化物を含有する非
粘結炭チヤーの粒状物からなり、該非粘結炭チヤ
ー粒状物の細孔構造が該有機物質炭化物によつて
酸素吸着構造に調節されていることを特徴とする
空気中窒素濃縮用酸素吸着材が提供される。 本発明の酸素吸着材を好ましく製造するには、
100メツシユ以下に粉砕した非粘結炭チヤーに対
し、廃糖密、亜硫酸パル廃液などの常温で粘着性
を示す有機物質を造粒剤として配合し、造粒す
る。この場合、造粒剤の配合量は、一般には、全
配合物に対し、10〜20重量％になるように配合す
るのがよい。この配合量が少なすぎると、造粒乾
燥物の強度が充分とはいえず、また余りにも多す
ぎると造粒工程中に造粒物（ペレツト）同志が接
合し、団塊を形成する。 配合物の造粒化（ペレツト化）は、原料の混合
を円滑にするために若干量の水を加えてよく混合
したものを、造粒機を用いて所要の粒度範囲、例
えば、粒径１〜８mmに造粒することによつて行う
ことができる。 次に、この造粒物を乾燥し、加熱する。この場
合の加熱は、炭化炉を用い、造粒剤として用いた
有機物質が炭化する温度、通常、500℃以下、好
ましくは、温度300〜450℃にて１〜２時間程度行
う。この加熱により、造粒剤は炭化し、これによ
つて粒状化された石炭チヤーは酸素吸着に適した
細孔構造のものとなる。この加熱温度（炭化温
度）が余りにも低いと、粘結剤の炭化作用が不十
分のため造粒物の細孔構造の発達が乏しく、一
方、余りにも高温にすると、吸着性能の向上は期
待しがたく、かえつて酸素吸着能が低下するので
不利である。また、加熱時間は１〜２時間程度に
するのがよく、短かすぎると造粒剤の炭化作用が
不十分になり、長くしても吸着性能の向上は得ら
れない。 本発明の酸素吸着剤は、非粘結炭チヤー粒状物
からなるがその粒状物中には造粒剤として用いた
有機物質炭化物を含有し、この有機物質炭化物に
よつて、非粒結炭チヤー粒状物の細孔構造が、空
気中酸素吸着に適した構造に調節されていること
を特徴とする。 本発明の酸素吸着材は、前記したように、非粘
炭チヤーを主剤とするもので、安価である上、そ
の製造も簡単である。また、本発明の場合、酸素
吸着性の良好な製品を得るには、非粘結炭チヤー
を主剤とすることが必要であり、粘結炭チヤー
や、石炭粉末を用いても所期の目的を達成するこ
とができない。さらに、本発明の場合、その製造
は容易で、炭化温度が低くてすむので、省エネル
ギー的である。 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ 100メツシユ以下に粉砕した非粘結炭であるヤ
ルーン炭チヤー（650℃温度で炭化）に対し、造
粒剤として亜硫酸パルプ廃液10〜20％（重量）を
配合し、さらに少量の水を添加してよく混合した
ものをデイスク型ペレタイザーを用いて、適宜水
をスプレーしながら径１〜２mmφのものに造球し
た。この造球物（ペレツト）を110℃の温度で１
時間乾燥したのち、炭化炉を用いてロータリーキ
ルン方式で300〜450℃の温度で１〜２時間炭化す
ることによつて乾燥ペレツトに対し、約99〜95％
（重量）の収率で炭素材を製造した。 次に本発明の方法で製造した炭素材の吸着性能
を次のような実験方法で確めた。 すなわち、内径23mmφ、長さ500mmの耐圧吸着
カラムに炭素材を充填し、これを並列に２本連結
して、吸着カラム出口には質量制御器を取付けて
貫通ガス量を100Nm／分に制御した。吸着カ
ラム入口および出口に取付けた電磁弁を用いて１
分間隔で切換えるようにし、吸着カラム出口のガ
ス中の酸素濃度をベツクマンジヤパン製デイジタ
ル酸素分析計0260型を用いて連続的に測定が出来
るようにした。なお脱気操作は真空ポンプを用い
て排気した。さらに真空ポンプによる排気を行わ
ずに電磁弁の切換えのみで常圧に戻す方法でも実
験を行つた。このようにして５Kg／cm²に圧縮した
空気を吸着カラムに送り、１分間隔で吸着、脱着
の操作を自動的に切換える圧力変動吸着法
（PSA法）によつて、吸着カラム内に酸素が高濃
度に吸着されるので、吸着カラム出口より高濃度
の窒素ガスが連続的に得られる。本発明の方法で
得られる炭素材の製造条件と吸着性に関する実験
結果を表−１に示した。

【表】 表−１において、実験No.１〜No.12は非粘結炭チ
ヤーについての結果を示す。これらの実験のう
ち、実験No.１は造粒剤を用いないで得た炭素材に
ついての結果を示す。これらの実験結果を参照す
ることにより、非粘結炭チヤー単独で得た炭素材
では、良好な酸素吸着能を示さないことがわか
る。 実験No.13〜No.16は、非粘結炭チヤーの代りに、
粘結炭チヤー（赤平炭チヤー、750℃で炭化）を
用いて得られた炭素材についての結果、及び実験
No.17は、非粘結炭チヤーに代えて石炭（非粘結
炭：ヤルーン炭）を用いて得られた炭素材につい
ての結果を示すが、これらの実験結果を参照する
ことにより、石炭を主剤として酸素吸着性の酸素
吸着材を得る場合、通常の石炭微粉末自体や、粘
結炭チヤーを用いても良好な酸素吸着能を持つた
酸素吸着材を得ることが困難で、非粘結炭チヤー
の使用が有利であることがわかる。 実施例 ２ 表−１に示した実験No.６の炭素材を用いて、長
さ1460mmの吸着カラム２本を連結し、吸着カラム
出口のガス量を100〜300Nmに制御し、脱着操
作では真空ポンプを用いて排気した場合と排気し
ない場合の吸着性能試験を行つた結果を表−２に
示した。

【表】 ＊…脱着操作で真空ポンプによる排気を
行なわない場合
酸素吸着剤を用いて空気より濃縮窒素ガスを得
る場合において、圧力変動吸着法（PSA法）で
は、脱気操作で真空ポンプで排気する場合の動力
費の占める割合は可成り大きいとにわれている。
したがつて、真空脱気を行わない実験No.４の結果
が示す酸素濃度0.85％ということは特筆すべき性
能である。 以上の如く本発明の酸素吸着材で用いる製造原
料は安価で容易に入手でき、しかもその製造方法
も極めて簡単かつ容易であり省エネルギー的であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微粉状の非粘結炭チヤーに対し、亜硫酸パル
   プ廃液、廃糖蜜などの如き常温で粘着性を示す有
   機物質を造粒剤として配合し、これを造粒、乾燥
   し、加熱して該有機物質を炭化させることによつ
   て得られる有機物質炭化物を含有する非粘結炭チ
   ヤーの粒状物からなり、該非粘結炭チヤー粒状物
   の細孔構造が該有機物質炭化物によつて酸素吸着
   構造に調節されていることを特徴とする空気中窒
   素濃縮用酸素吸着材の製造方法。