(57)【要約】      （修正有）【課題】木質材料等の有機系の処理対象物を原料として用いて、高い比表面積と電気二重層キャパシタに適した細孔構造を有する活性炭、及びその製造方法を提供する。【解決手段】木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理、賦活化処理を過熱水蒸気雰囲気中において連続して行うことで製造され、全比表面積が６００ｍ２／ｇ以上を有するとともに、外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占める細孔分布構造を有する活性炭である。【選択図】図１
2009179485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理と賦活処理とを過熱水蒸気雰囲気中において連続して行うことで製造され、全比表面積が６００ｍ２／ｇ以上を有するとともに、外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占める細孔分布構造を有することを特徴とする活性炭。
【請求項２】
木質材料を主成分とした処理対象物を乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程において乾燥された処理対象物を４００℃〜９５０℃の過熱水蒸気雰囲気中に所定時間滞留させることにより炭化処理及び賦活処理を連続して行う炭化・賦活処理工程とを有することを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法において、炭化・賦活処理工程は、炭化・賦活処理を開始する際の過熱水蒸気の温度が４００℃〜７００℃であり、炭化・賦活処理を終了する際の過熱水蒸気の温度が８００℃〜９２０℃であるとともに、炭化・賦活処理の開始から終了まで過熱水蒸気の温度を上昇させて行われることを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項４】
過熱水蒸気を導入するための水蒸気導入口を備え、木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理及び賦活処理を行う炭化炉を有する活性炭製造装置であって、前記炭化炉は、木質材料を主成分とした処理対象物を過熱水蒸気に接触することによって炭化させる炭化部と、前記炭化部で炭化処理された処理対象物を連続して過熱水蒸気に接触することによって賦活処理を行う賦活部とを有し、前記水蒸気導入口が前記賦活部に少なくとも二つ以上設けられた活性炭製造装置。
【請求項５】
請求項４記載の活性炭製造装置において、水蒸気導入口のいずれか一以上に過熱水蒸気の流量を制御するための流量制御弁が設けられたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の活性炭製造装置において、炭化部には１５０〜３００℃のガスを追加的に導入する低温ガス導入口が設けられたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか記載の活性炭製造装置において、炭化炉が炭化部から賦活部に向かって０．１〜１０°下方に傾斜するように配置されたことを特徴とする活性炭製造装置。
【請求項８】
請求項７記載の活性炭製造装置において、炭化炉の傾斜角度を調整する傾斜角度制御装置を設けたことを特徴とする活性炭製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系材料を原料に用いて、乾燥、乾留、賦活等の炭化処理を行うことで得られる活性炭及びその製造方法、並びに製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気二重層キャパシタ電極に用いる活性炭の有力候補の一つとして、フェノール樹脂等の石油系炭素前駆体を炭化、賦活処理して得られるものが挙げられる。そして、このような活性炭については、電気二重層キャパシタに用いる際に適した細孔分布構造として孔径の小さなミクロ孔の分布を抑制する試みが有機電解液系の電気二重層キャパシタ用分野で行われている。
【０００３】
例えば、（特許文献１）では、電解液として有機系電解液を使用する活性炭が開示されており、石油系炭素前駆体に所定の粒径を有する金属化合物の粒子を混合し、アルゴンや窒素等の非酸化性雰囲気中で７００〜２０００℃の温度で長時間温度を保持した後に、水蒸気又は二酸化炭素等の酸化性ガス中で加熱することで活性炭を製造する方法が開示されている。そして、得られた活性炭は、窒素吸着等温線からｔ−ｐｌｏｔ法により算出されるミクロポアに基づく比表面積が全比表面積の７０％以下であることが示されている。
【０００４】
また、（特許文献２）では、炭素化物原料に対して４５０℃〜５５０℃で１〜１０時間の第１次空気賦活処理を行い、その後、３５０〜４３０℃で１０〜６０時間の第二次空気賦活処理を行うことを特徴とする活性炭の製造方法が開示されている。そして、メソ孔の容積が比較的大きい活性炭が得られることが示されている。
【０００５】
さらに、（特許文献３）では、合成樹脂、石油系ピッチ、石油系ピッチ（原料）を熱処理（焼成）したコークス等の炭素化物にアルカリ土類金属化合物の粉末を添加して高温熱処理することにより所定の活性炭を製造する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４０４７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２８６１７０号公報
【特許文献３】特開２００４−１７５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、（特許文献１〜３）に記載の活性炭の製造方法は、木質材料を出発原料とするものではなく、いずれも合成樹脂、石炭系ピッチ、石油系ピッチ等を原料として用いたものであった。そして、従来、木質材料等の原料は、合成樹脂、石炭系ピッチ、石油系ピッチ等と比較して比表面積や細孔構造を制御することが難しく、電気二重層キャパシタとして用いるには性能を適合させにくいという問題があった。また、（特許文献１、３）は電解液としてイオン径の大きい有機系電解液を用いることを想定したものであり、イオン径の小さな水系電解液を想定したものではなかった。
【０００８】
上記従来の状況に鑑み、本発明では、木質材料を原料として用いて、大きい比表面積と、水系電解液の電気二重層キャパシタに適した細孔構造を有する活性炭、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の活性炭では請求項１として、木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理、賦活処理を過熱水蒸気雰囲気中において連続して行うことで製造され、全比表面積が６００ｍ２／ｇ以上を有するとともに、外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占める細孔分布構造を有することを特徴とする。なお、全比表面積は、活性炭に対する窒素ガスの吸着量からαＳプロット法を用いて算出された活性炭１ｇ当たりの表面積を表す。また、外比表面積は、同様にαＳプロット法を用いて算出される数値であり、ミクロ孔（細孔径が２ｎｍ以下のものをいう）以外の大きさの細孔に対する活性炭１ｇ当たりの表面積を表し、外比表面積の多くはメソ孔によるものである。
【００１０】
また、本発明の活性炭の製造方法は、請求項２として、木質材料を主成分とした処理対象物を乾燥する工程と、前記乾燥工程において乾燥された処理対象物を４００℃〜９５０℃の過熱水蒸気雰囲気中に所定時間滞留させることにより炭化処理、賦活処理を連続して行う炭化・賦活処理工程とを有することを特徴とする。また、請求項３では、請求項２記載の製造方法において、炭化・賦活処理工程は、炭化・賦活処理を開始する際の過熱水蒸気の温度が４００℃〜７００であり、炭化・賦活処理を終了する際の過熱水蒸気の温度が７５０℃〜９５０℃であるとともに、炭化・賦活処理の開始からまで過熱水蒸気の温度を上昇させて行われることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の活性炭の製造装置は、請求項４として、過熱水蒸気を導入するための水蒸気導入口を備え、木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理及び賦活処理を行う炭化炉を有する活性炭製造装置であって、前記炭化炉は、木質材料を主成分とした処理対象物を過熱水蒸気に接触することによって炭化させる炭化部と、前記炭化部で炭化処理された処理対象物を連続して過熱水蒸気に接触することによって賦活処理を行う賦活部とを有し、前記水蒸気導入口が前記賦活部に少なくとも二つ以上設けられたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５として、請求項４記載の活性炭製造装置において、水蒸気導入口のいずれか一以上に過熱水蒸気の流量を制御するための流量制御弁が設けられたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６として、請求項４又は５記載の活性炭製造装置において、炭化部には１５０〜３００℃のガスを追加的に導入する低温ガス導入口が設けられたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７として、請求項４〜６のいずれか記載の活性炭製造装置において、炭化炉が炭化部から賦活部に向かって０．１〜１０°下方に傾斜するように配置されたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８として、請求項７記載の活性炭製造装置において、炭化炉の傾斜角度を調整する傾斜角度制御装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の活性炭によれば、木質材料を主成分とした処理対象物を原料として用いるとともに、大きな比表面積を有するとともに、さらには全比表面積に対して高い外比表面積の割合を有する。そして、外比表面積の大きさは電気二重層キャパシタの静電容量の向上に大きく寄与するものであり、電気二重層キャパシタに好適に用いることができる。さらには、木質材料を出発原料に用いているので、近年森林に大量に放置されている間伐材を電気二重層キャパシタの電極材料など付加価値の高い活性炭として利用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。本発明の活性炭は、木質材料を主成分とした処理対象物に対して炭化処理、賦活処理を過熱水蒸気雰囲気中において連続して行うことで製造され、全比表面積が６００ｍ２／ｇ以上を有するとともに、外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占める細孔分布構造を有する。そして、本発明の活性炭は、全比表面積が８００ｍ２／ｇ以上を有することが好ましく、１０００ｍ２／ｇ以上を有することが特に好ましい。また、外比表面積の全比表面積に占める割合は、３５％以上７５％以下であることが好ましく、５０％以上７５％以下であることが特に好ましい。
【００１８】
本発明者らは、木質材料を主成分とした処理対象物に対して過熱水蒸気雰囲気中において炭化処理、賦活処理を連続して行うことで全比表面積が６００ｍ２／ｇ以上という表面積を有し、さらには外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占める細孔分布構造を有する活性炭を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の活性炭は、細孔径が２ｎｍ以下のミクロ孔を除いた比表面積である外比表面積が全比表面積の２０％以上７５％以下を占めており、そのほとんどが細孔径が２〜５０ｎｍのメソ孔によるものである。
【００１９】
なお、本発明における活性炭の全比表面積、及び外比表面積は、窒素吸着測定装置を用いて以下の手法で測定した。全比表面積の算出に当たっては、Ｓｉｎｇにより提唱されたαＳプロット法を用いた。具体的には、低相対圧における窒素ガスの吸着量データからαＳ値に対する窒素ガスの吸着量をプロットしたαＳプロットを作成した。なお、αＳ値とは、式１に示すように、各相対圧での吸着量Ｗを吸着等温線上のＰ／Ｐ０＝０．４における吸着量（ＷＰ／Ｐ０＝０．４）で割った値を示す。
αＳ＝Ｗ／ＷＰ／Ｐ０＝０．４      ・・・（１）
そして、作成したαＳプロットに基づき、全比表面積Ｓtotalは、αＳプロット中の原点を通る一本の右上がりの直線部分の傾きから求めた。また、外比表面積Ｓextはミクロ孔以外の比表面積であり、αＳプロット中の上部の勾配が小さい直線の傾きから算出した。そして、ミクロ孔比表面積Ｓmicroは全比表面積Ｓtotalから求めた。
【００２０】
また、本発明における活性炭は、ＢＥＴ法により算出されたＢＥＴ比表面積ＳBETを用いて表した場合５５０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有する。なお、ＢＥＴ比表面積については、活性炭に対する窒素ガスの吸着量からＢＥＴ式を用いて算出した。
【００２１】
続いて、上述のような活性炭を製造するための活性炭製造装置について詳しく説明する。
図１は、本発明に実施の形態（１）係る活性炭製造用炭化装置の全体構成図である。また、図２は、活性炭製造用炭化装置に用いる炭化炉を示す図である。図１に示すように、活性炭製造用炭化装置１０には、木材チップなどの原料を乾燥炉３０に供給する処理対象物供給手段２０と、炭化炉４０が排出した水蒸気を導入して処理対象物を乾燥させて乾燥済みの処理対象物と使用済みの水蒸気とを排出する乾燥工程を行う乾燥炉３０と、乾燥炉３０にて乾燥させた処理対象物を供給し高温水蒸気発生装置６０から過熱水蒸気を導入して処理対象物を炭化処理、賦活処理させて炭化済みの活性炭と使用済みの水蒸気とを排出する炭化・賦活処理を行う炭化炉４０と、炭化炉４０にて炭化した活性炭を冷却して貯蔵する排出装置５０とを設けてある。
【００２２】
また、活性炭製造用炭化装置１０には、廃熱ボイラ８０から水蒸気を導入して炭化炉４０に供給する高温の過熱水蒸気を生成する高温水蒸気発生装置６０と、乾燥炉３０から排出された使用済みの水蒸気に含まれる不純物を加熱して脱臭燃焼させ高温の排気を排出する脱臭炉７０と、脱臭炉７０から排出される高温の排気を用いて水を加熱し高温水蒸気発生装置６０に供給するための水蒸気を生成する廃熱ボイラ８０と、廃熱ボイラ８０に水を供給する水供給装置９０と、脱臭炉７０から排出された後に廃熱ボイラ８０で熱交換を行なった後の排気に含まれる粉塵や水分を、サイクロン等を用いて集塵するとともに無臭化、無煙化する集塵装置９６と、集塵した後の排気を大気に放出する排気筒９８とを設けている。
【００２３】
処理対象物供給手段２０には、木材チップなどの原料処理対象物を貯蔵するホッパ２２と、ホッパ２２に貯蔵してある処理対象物をフィーダ２６に供給するコンベア２４と、乾燥炉３０に処理対象物を計量供給するフィーダ２６とを設けている。
【００２４】
乾燥炉３０の円筒シェル３１には、フィーダ２６が計量した処理対象物を供給する処理対象物供給口３２と、処理対象物を乾燥、乾留させつつ攪拌移動させる円筒部３３と、円筒シェル３１内で処理対象物を乾燥、乾留させつつ攪拌移動させるための１乃至複数の回転可能なプロペラフィーダ等の攪拌羽根３４と、乾燥、乾留済みの処理対象物を排出する排出口３５と、炭化炉４０から排出された使用済みの水蒸気を円筒部３３外側から攪拌羽根３４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向（タンジェンシャル方向）に導入する水蒸気導入口３６と、円筒シェル３１内で処理対象物を加熱した後の使用済み水蒸気を円筒部３３内面から円筒部外側へ円筒部３３内面の接線方向（タンジェンシャル方向）に排出する水蒸気排出口３７を設けている。
【００２５】
炭化炉４０の円筒シェル４１には、乾燥炉３０の排出口３５から排出されてきた乾燥済みの処理対象物を供給する処理対象物供給口４２と、処理対象物を炭化、賦活させつつ攪拌移動させる円筒部４３と、円筒シェル４１内の低酸素状態で処理対象物を炭化、賦活させつつ攪拌移動させるための１乃至複数の回転可能なスクリュー型コンベア、プロペラフィーダ等の攪拌羽根４４と、炭化、賦活済みの処理対象物を排出する排出口４５と、高温水蒸気発生装置６０から排出された７００〜９２０（℃）の過熱水蒸気を円筒部４３外側から攪拌羽根４４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向（タンジェンシャル方向）に導入する水蒸気導入口４６と、円筒シェル４１内で処理対象物を加熱した後の使用済み水蒸気を円筒部４３内面から円筒部外側へ円筒部４３内面の接線方向（タンジェンシャル方向）に排出する水蒸気排出口４７を設けている。なお、回転可能に構成された撹拌羽根の回転軸は円筒部４３と平行となるように設けられている。また、炭化炉４０は、処理対象物供給口４２から排出口４５に向かって下方に傾斜するように配置されており、その傾斜角度は０．１°〜１０°であることが好ましく、０．５°〜２°であることが特に好ましい。炭化炉４０が処理対象物供給口４２から排出口４５に向かって下方に傾斜しているので、撹拌羽根４４による移動と相俟って処理対象物を確実かつ安定的に移動させることが可能となる。なお、炭化炉４０を傾斜させるための角度制御装置を設けることが好ましい。そして、炭化炉４０の円筒シェル４１は、木質材料を主成分とした処理対象物を過熱水蒸気に接触することによって炭化させる炭化部と、前記炭化部で炭化処理された処理対象物を連続して過熱水蒸気に接触することによって賦活処理を行う賦活部とに区分される。
【００２６】
この際、図２に示すように、過熱水蒸気は炭化炉４０に設けた１箇所の水蒸気導入口４６から集中的に導入されるので、水蒸気導入口４６から水蒸気排出口４７へ向かって過熱水蒸気の温度は低下する。一方、処理対象物側から見た場合には、処理対象物供給口４２から排出口４５へ向かって撹拌移動されるが、接触する過熱水蒸気の温度は排出口４５へ向かって上昇することとなる。なお、処理対象物供給口４２における過熱水蒸気の温度は、炭化処理を開始する際の炭化処理開始温度であり４００℃〜７００℃が好ましく、５００℃〜６５０℃であることが特に好ましい。また、排出口４５における過熱水蒸気の温度は賦活処理を終了する際の賦活処理終了温度であり８００℃〜９２０℃であることが好ましく、８００〜８８０℃であることが特に好ましい。また、炭化炉４０に供給する過熱水蒸気又は使用済みの水蒸気の流速は、処理対象物への熱伝達を進める上で、５（ｍ／ｓ）以上の流速であることが望ましい。しかし、２０（ｍ／ｓ）以上にすると炭化炉４０の内部で使用している部品にエロージョン等の問題が発生するので、適切な流速の範囲が存在する。水蒸気導入口４６には、水蒸気導入口の開口面積等を圧力調節機構又は絞りによって調節することで過熱水蒸気の流量を制御する流量制御弁を設けることが好ましい。
【００２７】
排出装置５０には、炭化炉４０にて炭化、賦活した高温の活性炭を水で冷却する冷却ジャケット５２と、出来上がった活性炭を冷却しつつ製品タンク５４に送る水冷ジャケット付のスクリューコンベア５６とを設けてある。
【００２８】
高温水蒸気発生装置６０は、廃熱ボイラ８０から水蒸気を、ＬＰＧ等をバーナで燃焼させている雰囲気中に導入して過熱水蒸気を生成する。高温水蒸気発生装置６０にて生成した過熱水蒸気は、炭化炉４０に供給し、処理対象物を乾留、炭化、賦活させて活性炭を生成する。
【００２９】
脱臭炉７０は、炭化炉４０から排出された使用済みの水蒸気を石油バーナ等の燃焼雰囲気中に供給して、使用済みの水蒸気に含まれる、アンモニア、メルカブタン、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、トリメチルアミン、アセトアルデヒド、スチレン等の不純物を脱臭燃焼させ、高温の排気を排出する。
【００３０】
廃熱ボイラ８０は、脱臭炉７０から排出される高温の排気を用いて水を多段階に加熱して水蒸気（ドライスチーム）を生成し、高温水蒸気発生装置６０に供給する。
【００３１】
集塵装置９６は、脱臭炉７０から排出された後に廃熱ボイラ８０で熱交換を行なった後の排気に含まれる粉塵（固形物など）や水分を、サイクロン等を用いて集塵するとともに、無煙化する処理を行なう。また、排気筒９８は、集塵した後のクリーンな排気を大気に放出する。
【００３２】
続いて、活性炭製造用炭化装置１０を用いた活性炭の製造方法について説明する。
先ず脱臭炉ブロワー７２を動作させて脱臭炉７０に燃焼用の空気を供給する。次に灯油タンク７４から灯油ポンプ７６を用いて灯油を脱臭炉７０に供給して燃焼を開始させる。脱臭炉７０からは、８００乃至１２００(℃）の排気が排出され、この高温の排気は廃熱ボイラ８０に供給する。
【００３３】
廃熱ボイラ８０の温度が上昇したら、水供給装置９０の軟水器９２を経由して軟水タンク９４に貯蔵されている軟水を給水ポンプ９５にて圧送して廃熱ボイラ８０に供給する。廃熱ボイラ８０の後段では、供給した軟水を高温に加熱する。そして、更に廃熱ボイラ８０の前段に供給して１５０乃至３００（℃）の過熱水蒸気（ドライスチーム）を生成して高温水蒸気発生装置６０に供給する。
【００３４】
高温水蒸気発生装置６０では、送風機６２を動作させて燃焼用の空気を高温水蒸気発生装置６０に供給する。次に、水蒸気を加熱するために、ＬＰＧボンベ６４からガバナ６６を介してＬＰＧをバーナ６８に供給して点火する。すると、廃熱ボイラ８０から導入した１５０℃〜３００℃の水蒸気を更に加熱して７５０℃〜９５０℃の過熱水蒸気、より好ましくは８８０℃〜９２０℃の過熱水蒸気を生成し、炭化炉４０に供給する。
【００３５】
一方、活性炭のもとになる木質材料等の処理対象物は、予め処理対象物供給手段２０のホッパ２２に投入して貯蔵しておく。ホッパ２２内に貯蔵された処理対象物は、処理対象物供給手段２０に設けてあるコンベア２４にてフィーダ２６に供給する。フィーダ２６は、所定の量の処理対象物を適宜乾燥炉３０に計量供給する。
【００３６】
処理対象物は、乾燥炉３０の円筒シェル３１に設けられている処理対象物供給口３２から円筒シェル３１内部に供給される。円筒シェル３１内部では攪拌羽根３４が回転しているので、円筒シェル３１内の円筒部３３において処理対象物が攪拌されつつ排出口３５の方向へ徐々に移動する。
【００３７】
なお、水蒸気導入口３６からは、炭化炉４０から排出された使用済みの７５０℃〜９５０℃の過熱水蒸気が、円筒部３３外側から攪拌羽根３４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向（タンジェンシャル方向）に導入されて、強い渦を発生している。したがって過熱水蒸気は、攪拌羽根３４にて攪拌移動されている処理対象物とよく混合しながら加熱分解又は加水分解等の反応を行なう。
【００３８】
過熱水蒸気によって処理対象物は、加熱、乾燥、乾留の反応を行いつつ円筒部３３を水蒸気排出口３７に向かって進み、使用済み過熱水蒸気は円筒部３３内面から円筒部外側へ円筒部３３内面の接線方向（タンジェンシャル方向）に排出される。ここでも円筒部３３内面の接線方向に使用済みの過熱水蒸気が排出されるように水蒸気排出口３７を設けているので、円筒部３３内の過熱水蒸気の旋回流れを維持し処理対象物との相対流速を高く保ち、伝熱を促進する。
【００３９】
なお、過熱水蒸気は、円筒部３３の外側から５乃至２０（ｍ／ｓ）の流速にて攪拌羽根３４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向に導入して、強い水蒸気の渦を発生するようにしている。またこの過熱水蒸気は、円筒部３３の製品の排出口３５に近い側面から円周接線方向に５乃至２０（ｍ／ｓ）の流速をもって吹き付け、処理対象物供給口３２の入口近くに設けた水蒸気排出口３７から、攪拌羽根３４と同一の回転方向の円周接線方向に向かって排出する。この構造によって、水蒸気は旋回流を伴って被処理物質との大きな相対速度をある程度継続して持ちながら反応炉内を移動するために、処理対象物に対する熱の伝達が促進され、処理対象物の温度が水蒸気の温度に近づき、乾燥、乾留等の各種反応が促進される。なお、処理対象物供給口３２あるいは水蒸気排出口３７付近における使用済の過熱水蒸気は、２５０℃〜６００℃の温度を有していることが好ましく、３００℃〜５００℃の温度を有していることが特に好ましい。この使用済みの水蒸気には、窒素化合物等の有害な物質や臭気を含まれており、脱臭炉７０内において使用済みの水蒸気中に含まれた有害な物質を灯油等とともに燃焼させて８００℃〜１２００℃の温度に加熱して、有害物質が分解される。
【００４０】
続いて、乾燥炉３０にて乾燥させた処理対象物は排出口３５から排出され、次の処理工程の炭化炉４０に供給される。乾燥炉３０から排出された処理対象物は、乾燥炉４０の円筒シェル４１に設けられている処理対象物供給口４２から円筒シェル４１内部に供給される。円筒シェル４１内部では攪拌羽根４４が回転しているので、円筒シェル４１内の円筒部４３において処理対象物が攪拌されつつ排出口４５の方向へ徐々に移動する。
【００４１】
水蒸気導入口４６からは、高温水蒸気発生装置６０から供給される過熱水蒸気が、円筒部４３外側から攪拌羽根４４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向（タンジェンシャル方向）に導入されて、水蒸気の強い旋回流を発生するようにしている。したがって過熱水蒸気は、攪拌羽根４４にて攪拌移動されている処理対象物とよく混合して反応し、処理対象物を炭化、賦活させつつ円筒部４３を水蒸気排出口４７に向かって進み、使用済み水蒸気は円筒部３４内面から円筒部外側へ円筒部４３内面の接線方向（タンジェンシャル方向）に排出される。ここでも円筒部４３内面の接線方向に使用済みの水蒸気が排出されるように水蒸気排出口４７を設けているので、処理対象物とよく混合しながら加熱分解又は加水分解等の反応が促進される。
【００４２】
続いて、図３に、本発明の実施の形態（１）に係る炭化炉内での温度分布を示す。図３に示すように炭化炉４０の処理対象物供給口４２から排出口４５に向かって温度が上昇し、炭化・賦活処理の開始から終了まで過熱水蒸気の温度が上昇するような炉内温度分布となるように過熱水蒸気の温度が設定されている。具体的には、木質材料を主成分とした処理対象物を炭化させる炭化部において過熱水蒸気の温度が４００℃〜７００℃であり、炭化部で炭化処理された処理対象物を連続して賦活処理を行う賦活部における過熱水蒸気の平均温度が７５０℃〜９００℃となるように設定することが好ましく、７５０℃〜８５０℃であることが特に好ましい。このように炭化・賦活処理工程における温度を設定することで、全比表面積が大きく、かつ外比表面積の割合が高い活性炭を得ることができる。また、炭化部及び賦活部において上述のような過熱水蒸気の温度を得るためには、炭化処理を開始する際の処理対象物供給口４２における過熱水蒸気の温度を４００℃〜７００℃とすることが好ましく、賦活処理を終了する際の排出口４５における過熱水蒸気の温度を８００℃〜９２０℃とすることが好ましく、８００℃〜８８０℃であることが特に好ましい。また、装置内で処理対象物の炭化から引続き移行して行われる賦活部における滞留時間は１０分から３０分程度が好ましい。滞留時間が不足すれば細孔の発生が不十分となり長過ぎれば細孔の大きさが発達し過ぎて比表面積が低下する場合がある。
【００４３】
続いて、炭化炉４０にて炭化、賦活させた結果生成した活性炭は排出口４５から排出され、排出装置５０に供給される。炭化炉４０から排出された高温の活性炭を酸素雰囲気中に置くと再燃焼してしまう場合があるので、排出装置５０に設けた冷却ジャケット５２にて冷却する。更に水冷ジャケット付のスクリューコンベア５６によって活性炭を冷却しつつ製品タンク５４に送り貯蔵する。
【００４４】
上記実施の形態では、乾燥炉３０（第１の反応炉）と炭化炉４０（第２の反応炉）との２種類の反応炉を用いて、有機系の処理対象物を乾燥、乾留、賦活等の炭化処理を行なう活性炭製造用炭化装置について説明したが、本発明は２種類の反応炉を用いて炭化処理を行なう例に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、処理対象物の種類や処理量に応じて、脱臭炉７０から排出される高温の排気から熱回収を行なった過熱水蒸気を用いて高温の過熱水蒸気を生成し、この高温の過熱水蒸気を乾燥炭化炉（第１の反応炉）に導入して処理対象物を乾燥させるとともに炭化し、使用済みの水蒸気を排出する処理を行なっても本発明の目的を達成することが可能である。
【００４６】
また、過熱水蒸気を導入して処理対象物の炭化を促進させて使用済みの水蒸気を排出する炭化促進炉（第３の反応炉）と、炭化促進炉から排出した水蒸気を導入して処理対象物を炭化させて使用済みの水蒸気を排出する炭化炉（第２の反応炉）と、炭化炉から排出した水蒸気を導入して処理対象物を乾燥させて使用済みの水蒸気を排出する乾燥炉（第１の反応炉）と、水蒸気を導入して炭化炉に供給するための高温の過熱水蒸気を生成する高温水蒸気発生装置と、乾燥炉から排出された使用済みの水蒸気に含まれる不純物を加熱して脱臭燃焼させて高温の排気を排出する脱臭炉と、脱臭炉から排出される高温の排気を用いて水を加熱して高温水蒸気発生装置に供給する水蒸気を生成する廃熱ボイラとを備え、複数段の反応炉をカスケード状に利用して処理対象物を炭化させる活性炭製造用炭化装置としても本発明の目的を達成することが可能である。
【００４７】
続いて、本発明の実施の形態（２）に係る活性炭製造用炭化装置の炭化炉について図４及び図５に基づき説明する。図４は、本発明の実施の形態（２）に係る活性炭製造用炭化装置の炭化炉を示す。また、図５に、実施の形態（２）に係る炭化炉内における炉内温度分布を示す。
【００４８】
上記実施の形態（２）では、図２に示すように炭化炉４０に水蒸気導入口４６を１箇所設けた例で説明したが、図４に示すように、炭化炉４０の賦活部にのみ水蒸気導入口４６、４６Ａ、４６Ｂを複数設けるようにしてもよい。炭化炉４０に複数の水蒸気導入口４６、４６Ａ、４６Ｂを設けることで賦活部において処理対象物を均質な状態で高温に加温することが可能となる。この場合、炭化炉４０の賦活部内における過熱水蒸気の平均温度は７５０℃〜９００℃であることが好ましく、７５０℃〜８５０℃であることが特に好ましい。また、各水蒸気導入口４６、４６Ａ、４６Ｂからの過熱水蒸気は、処理対象物供給口４２側に向かって水蒸気導入口４６、４６Ａ、４６Ｂの順で導入量を多くすることが好ましい。これにより排出口４５側の水蒸気導入口４６、４６Ａから供給された過熱水蒸気の温度が賦活部において降下することをより効果的に抑制でき、賦活部における過熱水蒸気の温度を一定に保つことができる。また、炭化部の処理対象物供給口４２付近には、１５０〜３００℃の低温ガスを追加的に導入する低温ガス導入口４８が設けられている。低温ガス導入口４８から低温ガスを導入することで炭化部における過熱水蒸気の温度が過度に上昇しないようにして、処理対象物の炭化初期における炭化を緩やかに進行させることができる。これにより偏りの少ない均質な炭化処理を行うことができ、その後の賦活処理において大きい全比表面積を有し、高い外表面積の割合を有する活性炭を製造するのに最適な炭化状態に制御することが可能となる。また、これらの各水蒸気導入口４６、４６Ａ、４６Ｂは、高温水蒸気発生装置６０から排出された過熱水蒸気を、円筒部４３外側から攪拌羽根４４の回転方向と同じ方向の円筒内面接線方向（タンジェンシャル方向）に導入する。なお、必要以上に水蒸気導入口を増やしてしまうと、水蒸気導入口１つ当たりの過熱水蒸気流の力が弱まって過熱水蒸気の旋回流が弱くなることも考えられる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例に基づいて本発明について具体的に説明する。
（実施例１）
・活性炭の製造
処理可能な大きさに加工された檜間伐材チップを予め処理対象物供給手段２０のホッパ２２に投入して貯蔵しておく。ホッパ２２内に貯蔵された処理対象物は、処理対象物供給手段２０に設けてあるコンベア２４にてフィーダ２６に供給する。乾燥炉３０に供給された処理対象物は、円筒シェル３１内部で攪拌羽根３４により処理対象物が攪拌されつつ排出口３５の方向へ徐々に移動し乾燥される。続いて、乾燥炉３０にて乾燥させた処理対象物は排出口３５から排出され、次の処理工程の炭化炉４０に供給され、炭化、賦活が行われる。そして、炭化炉４０の内部には、水蒸気導入口３６より８００℃の過熱水蒸気を導入し、攪拌羽根３４にて攪拌移動されている処理対象物とよく混合しながら炭化又は賦活等の反応を行なった。なお、導入した過熱水蒸気は炭化炉４０内の賦活工程における過熱水蒸気の平均温度が７６０℃となるように設定した。また、炭化炉４０にて炭化、賦活させた結果生成した活性炭は排出口４５から排出され、得られた活性炭について比表面積、細孔構造評価、電気二重層キャパシタ容量を測定した。
【００５０】
（実施例２）
水蒸気導入口より導入する過熱水蒸気の温度を８７４℃と設定し、炭化炉４０内の賦活工程における過熱水蒸気の平均温度を８４０℃とした以外は、（実施例１）と同様に行った。
【００５１】
（比較例１）
水蒸気導入口より導入する過熱水蒸気の温度を７８０℃と設定し、炭化炉４０内の賦活工程における過熱水蒸気の平均温度を７４５℃とした以外は、（実施例１）と同様に行った。
【００５２】
（比較例２）
水蒸気導入口より導入する過熱水蒸気の温度を９４０℃と設定し、炭化炉４０内の賦活工程における過熱水蒸気の平均温度を９０５℃とした以外は、（実施例１）と同様に行った。
【００５３】
・比表面積の測定
各実施例、比較例において製造された活性炭をメノウ乳鉢中で粉砕して活性炭粉末を得て、得られた活性炭粉末を窒素気流中で９００℃に１時間加熱処理する。その後、ガス吸着測定用シリンダー中で真空中３００℃で数時間乾燥を行って、活性炭粉末を秤量した。なお、真空中での飛散を防ぐため活性炭粉末はアルミ箔容器の中に入れた。そして、７７Ｋにおいて高純度窒素ガスの吸着曲線を測定した。そして、得られた窒素ガスの吸着曲線の窒素ガス相対圧Ｐ／Ｐ０＜０．３における窒素ガスの吸着量からＢＥＴ比表面積ＳＢＥＴを多点法により測定した。
【００５４】
・細孔構造評価
ミクロポアの比表面積はＳｉｎｇにより提唱されたαＳプロット法により算出した。低相対圧における窒素ガスの吸着量データからαＳプロットを作成し、作成したαｓプロットに基づき、全比表面積Ｓtotal、外比表面積Ｓext，ミクロ孔比表面積Ｓmicroを求めた。
【００５５】
（実施例１、２）及び（比較例１、２）で得られた活性炭の比表面積に関するデータを表１に示す。
【００５６】
【表１】
2009179485.tif 000003
【００５７】
表１からも明らかなように、実施例１及び２で得られた活性炭はＢＥＴ比表面積及び全比表面積が大きいだけではなく、外比表面積の全比表面積に対する割合がそれぞれ０．５３、０．５０と非常に大きいことが分かる。
【００５８】
・電気二重層キャパシタ容量
活性炭について電気二重層キャパシタを測定した。測定については、３極式のセルを用いて、１ＭＨ２ＳＯ４電解液中で、電流密度を５０ｍＡから１０００ｍＡで変化させて電流密度を測定した。実施例１、２で得られた活性炭についてそれぞれ測定した結果を表２に示す。また、参考例１として市販のキャパシタ用ヤシ殻活性炭について測定を行った結果を併せて表２に示す。なお、測定用の試料には、活性炭をメノウ乳鉢中で粉砕して得られた活性炭粉末とアセチレンブラックとＰＴＦＥ粉末とを８０：１０：１０の割合で混合し、フィルム状に成形したものを用いた、なお、フィルムの厚さは約１００μｍとした。
【００５９】
【表２】
2009179485.tif 000004
【００６０】
表２に示すように、実施例１、２で得られた活性炭は、市販の活性炭と比較しても非常に大きなRate Performanceを有しており、電気二重層キャパシタの電極として好適に用いることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態（１）に係る活性炭を製造するための活性炭製造用炭化装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態（１）に係る活性炭製造用炭化装置の炭化炉を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態（１）に係る炭化炉内での温度分布を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態（２）に係る活性炭製造用炭化装置の炭化炉を示す図である。
【図５】実施の形態（２）に係る炭化炉内での温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  活性炭製造用炭化装置
２０  処理対象物供給手段
２２  ホッパ
２４  コンベア
２６  フィーダ
３０  乾燥炉
３１  円筒シェル
３２  処理対象物供給口
３３  円筒部
３４  攪拌羽根
３５  排出口
３６  水蒸気導入口
３７  水蒸気排出口
４０  炭化炉
４１  円筒シェル
４２  処理対象物供給口
４３  円筒部
４４  攪拌羽根
４５  排出口
４６、４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ…水蒸気導入口
４７  水蒸気排出口
５０  排出装置
５２  冷却ジャケット
５４  製品タンク
５６  スクリューコンベア
６０  高温水蒸気発生装置
６２  送風機
６４  ＬＰＧボンベ
６６  ガバナ
６８  バーナ
７０  脱臭炉
７２  脱臭炉ブロワー
７４  灯油タンク
７６  灯油ポンプ
８０  廃熱ボイラ
９０  水供給装置
９２  軟水器
９４  軟水タンク
９５  給水ポンプ
９６  集塵装置
９８  排気筒
【図１】
2009179485.tif 000005
【図２】
2009179485.tif 000006
【図３】
2009179485.tif 000007
【図４】
2009179485.tif 000008
【図５】
2009179485.tif 000009