CN1365380A - 炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法 - Google Patents

炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1365380A
CN1365380A CN01800669A CN01800669A CN1365380A CN 1365380 A CN1365380 A CN 1365380A CN 01800669 A CN01800669 A CN 01800669A CN 01800669 A CN01800669 A CN 01800669A CN 1365380 A CN1365380 A CN 1365380A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supply port
oxygen
containing gas
furnace
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN01800669A
Other languages
English (en)
Inventor
长谷川敏明
渡边良雄
福山裕
山泽达彦
武原弘明
山本隆晴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Kasei Corp
Nippon Furnace Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Nippon Furnace Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Kasei Corp, Nippon Furnace Co Ltd filed Critical Mitsubishi Kasei Corp
Publication of CN1365380A publication Critical patent/CN1365380A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

炭黑制造装置,该装置是在反应炉内具有供给且燃烧含氧气体和燃料并形成燃烧气体流的第1反应区域(1)、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气体流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域(2)、和在第2反应区域的下游且使反应停止的第3反应区域(3)的炭黑制造装置,其中,在第1反应区域(1)中将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在反应炉的同一侧开口。使用这样的炭黑制造装置在高效地制造具有以更小粒径凝集体径分布是锐陡的炭黑时,抑制燃烧部的反应炉壁建筑耐火物的损坏,在极高温且空气比1附近完全燃烧,且也抑制排出NOx。

Description

炭黑的制造装置及制造方法以及炉 内燃烧装置及炉内燃烧方法
技术领域
本发明涉及炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法。
技术背景
以往，炭黑是根据其表面积、粒径、吸油量、结构、pH、黑度、着色力、硬度等的诸特性，广泛地用于印刷的油墨、涂料颜料、充填剂、补强用添加剂、耐气候改善剂等。例如，在树脂着色剂、印刷油墨、涂料中，作为着色剂使用的炭黑要求黑度、分散性、光泽、着色力、分散性是优良的，另外，主要作为汽车用轮胎的橡胶组合物补强剂使用的炭黑要求耐摩耗性是优良的。
炭黑通常是由一次粒子和作为它们的集合体的凝集体构成，这些对于炭黑的特性有影响。例如，如特开昭50-68992号公报公开的那样，对于炭黑的一次粒径的依赖性很大，一次粒径越小越可得到高黑度，这是众所周知的。另外，已知在作为轮胎的补强剂使用这样的炭黑时，也显示高度的耐磨耗性。进而，也已知炭黑凝集体越小，一次粒径和凝集体径的分布越是锐陡、高黑度的分散性优良。
作为炭黑的制造方法，已知有炉法、烟道法、热法、乙炔法等，作为一般的制造方法可举出炉法。此法是使用例如园筒状的炭黑制造装置(反应炉)，在该反应炉的第1反应区域对于炉轴水平方向或垂直方向供给且燃烧含有空气等含氧气体和燃料，将得到的燃烧气体流移动到第2反应区域，该第2反应区域是设置在炉轴方向的下游并具有缩小的断面积，而后向该气流中供给原料烃(原料油)使之反应生成炭黑，进而，在其下游的第3反应区域向气流中进行冷却水喷雾等使气体急冷停止反应的方法。
更详细地说，向第2反应区域的气流中供给原料烃，用气体运动及热能雾化液状的原料烃，根据需要在第2反应区域中设置扼流部等，通过此扼流部或其前后生成的气流的湍流引起的混合等将燃烧气体的热能高效地用于炭黑生成反应。而且认为炭黑是如下生成，即，原料烃与燃烧气流进行接触，热分解后，缩合、向液滴凝集，形成成核前体，生成一次粒子。然后，通过这样的一次粒子的相互碰撞，熔融碳化生成炭黑(凝集体)。
可是，在上述的炉法中，为了得到小粒径的炭黑，减少对于燃烧气流注入的原料烃量。可是，若减少注入量，则炭黑的生产率降低，这是当然的事。因此，以往作为不降低生产率而得到小粒径的炭黑的方法，使用提高原料烃注入区域的气体温度而有效地生产的方法。
在炭黑的生成中，上述的一次粒子的形成，在高温下更快地进行，生成的一次粒径变小。另外，由于碳化速度也变快，一次粒子之间碰撞成为凝集体后，到变硬的时间也变短，凝集体也变小。因此，第2反应区域中的温度，为了使原料烃均匀气化·热分解，进而为了得到小粒径的炭黑，作成充分程度的高温氛围是重要的。
另外，在上述中，尽可能地控制燃烧气体中的氧浓度是重要的。这是因为在炉法中，原料烃的一部分燃烧(部分燃烧)往往收率降低，所以将燃烧气体中的氧浓度控制低到1～5％左右来抑制部分燃烧的缘故。也就是，氧浓度越小最终的排出气体中的一氧化碳(CO)的浓度越小，CO浓度变小，意味着在燃烧反应中，二氧化碳(CO2)的发生比例增加，燃烧反应的发热量增加，可使燃烧气体高温化。
另外，剩余氧成为CO2时的反应可用 表示或成为CO时的反应可用 表示，但从式中可以看出成为CO要消耗2倍的碳。因此，减少燃烧气体中残存氧浓度，降低生成的CO，可大幅度地提高收率。
如上述，在炭黑的生成反应中，若氧浓度小时，由于原料烃的部分燃烧少，提高收率的同时可均匀保持炭黑生成区域的氛围，从而可得到一次粒径或凝集体径分布是锐陡的炭黑。总而言之，在炭黑制造中，将原料烃供给位置的气体温度高温化的办法，是与不降低生产率地收率良好地制造小粒径且粒径分布或凝集体径分布锐陡的高质量产品相关联的。
为了使原料烃注入区域的气体温度高温度化，可以在第1反应区域的燃烧部进行更高温的燃烧，作为该方法，已知有在燃烧用空气中使用富氧化空气等的方法。可是，在用以往的方法燃烧时，燃烧部的绝热火焰温度成为比原料烃注入区域的气体温度更高的温度。例如，若想将原料烃注入区域的温度保持在1800℃以上，燃烧部的绝热火焰温度则成为2100℃以上的高温，损坏炉内的耐火物而不能稳定地连续运转。
另外，若降低氧浓度使第1反应区域的空气比达到1附近时，在燃烧部中，容易发生所谓“煤(烟灰)”，作为产品的炭黑粒径分布不均匀，产生质量降低之类的问题(在此，所说的空气比是指实际的供给空气量对于供给的燃料的理论燃烧空气量的比例)。进而若使燃烧温度高温度化也使排出气体中的氮氧化物(以下，称“NOx”。)浓度变高，产生环境污染的问题。
另一方面，对于燃烧方法本身，已知有称为高温空气燃烧法，在一般的工业用加热炉中，它与通常的燃烧比较，充分的发热速度伴随着低速的氧化放热反应，将平均热流束接近最大热流束来抑制NOx的燃烧方法。
例如，在特开平10-38215号公报中公开了如下方法，即至少在燃烧反应之前用比通常的空气远远低的氧浓度，且其氧浓度的混合气的燃烧稳定极限温度以上的高温稀释空气或与此相当的氧化剂在充分低速的氧化放热反应下进行扩散燃烧的喷烧器燃烧方法。具体地，如图所示，用氮气预先稀释高温空气后，从与高温预热空气流垂直方向流入燃料喷流的交叉流系进行。而且，作为燃烧用氧化剂的稀释空气的温度只要是高温度，即使氧的浓度低，燃烧也成立。
进而，若将燃烧用空气的温度提高到远远地高于以往的排出气体再循环燃烧方法的温度，同时不改变空气比，将作为燃烧用氧化剂的氧浓度降低到远远低于通常的空气浓度，在其达到某条件时，尽管氧化放热反应比使用通常的空气时非常慢，但是产生稳定燃烧的现象，此时，看到在火焰的可见发光色中发出绿色光谱成分的烃系燃料的燃烧反应中间生成物的比例的增加，其结果发现火焰从通常燃烧时的蓝色增加绿色(绿色化)的现象。
可是，在上述的公报中，没有关于炭黑的制造方法的记载，另外，作为产生高温空气燃烧的手段，采用预先预热到1000℃左右的高温，使用稀释的氧化剂进行燃烧的方法。在此，一般作为将供给到反应炉内的空气预热到高温的方法，已知有所谓的使用蓄热喷烧器的方法。具体地是在内部具有蓄热体的1对喷烧器中，通过将空气供给·排气吸引相互反复切换，用蓄热体将供给炉内的空气预先高温化的方法。另外，作为氧浓度稀释的方法，有使排气再循环，或用氮气等惰性气体稀释的方法，在该公报中，也用氮气预先将高温空气稀释后使用。
可是，作为上述方法，即得到高温的预热空气的方法，通过吸气切换的燃烧方法局部的燃烧气体的温度随时间进行变化。因此，在将这样的方法用于炭黑制造炉时，往往难以制造稳定质量的炭黑。另外，作为稀释氧浓度的方法，使排气再循环，或用氮气等惰性气体稀释的方法，在设备上增加成本，所以作为炭黑的制造炉是不理想的。
进而，在上述的特开平10-38215号公报的“0026”段落中，在规定的温度，将稀释到规定的氧浓度的高温稀释空气·氧化剂以经济且容易地供给的手段之一，可举出通过以高速将高温的空气喷射到炉内，卷入炉内排气，在与燃料接触之前稀释氧浓度的方法。可是，在此只是说明稀释高温的空气的方法，没有叙述通过高速喷射到炉内，将空气的温度加热到1000℃左右的高温，另外，如在该公报的“0027”段落中明确地叙述了“不能预测计算在高速的空气喷流中卷入多少排气，将燃烧反应之前的稀释空气的氧浓度及温度设定在规定值是困难的。”的记述，通过所谓的炉内燃烧直接喷射法产生高温空气燃烧，对炉和喷烧器的设计等上是非常困难的。
如上所述，作为在工业用加热炉中控制NOx的另一个燃烧方法，已知有炉内燃烧直接喷射法。详细地说是通过从独立的喷嘴将燃烧用空气和燃料喷射到炉内，通过其喷出能导致的自身排气再循环效果，吸引周围的燃烧气体而使燃烧用空气的氧浓度的降低和燃烧时的火焰温度的降低的方法。
作为上述的炉内燃烧直接喷射法，在专利第2683545号公报中记载了如下的方法，即将空气供给口和燃料供给口保持距离地各独立地在炉内相同方向开口的同时，从炉壁到空气供给口的开口直径的1.5倍以上的距离间隔并配置空气供给口，以便在空气流和周围炉壁之间形成再循环区域的炉内燃烧方法。
可是，在上述的公报中，只是记载在工业用加热炉中降低火焰温度控制NOx的生成的炉内燃烧方法，而对于不损坏构成炉的耐火物，并以极高温在空气比1附近燃烧的方法完全没有记载，即使对于用途，也只是记载玻璃熔融炉，完全没有记载炭黑制造炉。
另外，在上述的公报第5栏中，记载着“在炉内由于存在比周围炉壁低温的受热物(钢材、熔融金属等)，所以在炉内空间发生火焰的同时，放射传热到这些低温物体，降低火焰温度，从此方面也得到降低NOx发生量的效果”，但由于在炭黑的制造中，以极高温燃烧原料烃从提高效率看是重要的，所以可认为降低火焰温度，在炭黑的制造方法中是不理想的。
另外，在上述公报记载的炉内直接喷射法中，记载着从最初降低火焰温度抑制NOx发生，但完全没有看到关于高温空气燃烧的记载，对于炉内燃烧温度也就该实施例来说低到1500℃左右，只不过低到再现以往所知的燃料自燃温度(例如将天然气用于燃料时900℃左右)以上～1500℃左右的温度。
为了解决上述问题，也提出了如下提案，即在炉内燃料直接喷射法中，为了将燃烧用空气的温度达到燃料自燃温度以上，在炉内供给空气前，与预先通过在蓄热体储蓄的热预热空气的、所谓蓄热喷烧器的组合。
可是，对于上述的方法，即吸气切换的燃烧方法，如上述局部的燃烧气体的温度随时间进行变化。因此，在将这样的方法用于炭黑制造炉时，往往难以制造稳定量质的炭黑。
另一方面，在特公昭31-2167号公报中记载的在反应炉中独立地供给含氧气体和燃料的炭黑的制造方法。可是该公报是将高价的气体状原料烃作为原料的炭黑(气黑)的制造炉(反应炉)进行改造，使用廉价原料的液状烃的炭黑(油黑)的制造方法，完全没有记载关于不损坏反应炉或构成它的炉壁耐火物，在极高温，空气比1附近且抑制排出NOx量的炭黑制造方法。另外，对于该公报记载的燃烧方法，由于含氧气体和燃料的供给口的距离近，所以不产生作为炉内燃料直接喷射法的最大特征的自身排气再循环效果。
如上所述，在以高效率制造以更小粒径凝集体粒径锐陡的炭黑时，抑制燃烧部的反应炉壁结构耐火物的损坏，在极高温度且空气比1附近完全燃烧，且抑制排出NOx的炭黑的制造装置及制造方法便成为了课题。
图的说明
图1是表示本发明的炭黑制造装置的一个例子的总概略断面图、图2是表示导入含氧气体用喷嘴和导入燃料喷嘴的配置说明图、图3是表示本发明的炭黑制造装置的一个例子的部分概略断面图、图4是表示本发明的炭黑制造装置的另一个例子的部分概略断面图及本发明的炉内燃烧装置的一个例子的部分概略断面图、图5是表示以往的炭黑制造炉的概略图、图6是表示以往的炭黑制造炉的尺寸概略图、图7是表示为了计算最大频度斯托克斯当量径(Dmod)及斯托克斯当量径半值宽(D1/2)的辅助图、图8是表示为了计算体积75％径(D75)的辅助图。
发明的公开
本发明者们对于炭黑的制造最适宜的燃烧部的炉内结构的各种研究结果表明，得到以下的见解，即，通过在第1反应区域将空气供给口和燃料供给口隔开距离独立地配置，且在炉内向相同方向开口的结构，从上述空气供给口和燃料供给口将燃烧用空气和燃料分别独立地喷到炉内燃烧，可以不降低第1反应区域的燃烧温度而只是抑制温度分布的不均匀，即，降低燃烧峰温度，促进第1反应区域的燃烧状态分布的平滑化，不损坏反应炉内的构筑耐火物，且在2000℃以上的高温且空气比1附近，进而以低NOx稳定地完全燃烧。另外，通过在上述空气供给口内内藏其他的燃料供给口的结构，通过控制从上述燃料供给口供给的燃料和从空气供给口内的燃料供给口供给的燃料的比例可控制燃烧状态。
本发明的炭黑的制造装置及方法，是在其燃烧部的燃烧方法中同时具有高温空气燃烧法和燃料炉内直接喷射法两者的优点，不使用蓄热喷烧器等的切换式的装置，只是将空气和燃料向炉内独立供给，在燃烧用空气与燃料会合之前，将其空气的温度控制在燃料的自燃温度以上且降低氧浓度的、所谓的高温空气燃烧，它们的要点如以下(1)～(4)所述的。
(1)炭黑制造装置，它是在反应炉内具有供给且燃烧含氧气体和燃料来形成燃烧气流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域和、在第2反应区域的下游具有使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，其特征是在第1反应区域中将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地配置且在反应炉的同一侧开口。
(2)炭黑的制造方法，其特征是使用上述的制造装置。
(3)炭黑的制造方法，其特征是使用在反应炉内具有供给且燃烧含氧气体和燃料来形成燃烧气流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域和、在第2反应区域的下游使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，在第1反应区域中通过高温空气燃烧形成燃烧气流。
(4)炭黑的制造方法，其特征是使用具有从分别独立地隔开距离且优选在同一侧开口的燃料供给口及含氧气体供给口将燃料和含氧气体供给到反应炉内且燃烧来形成燃烧气流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气流中的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域和、在第2反应区域的下游具有使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，使第1反应区域的平均温度控制在燃料的着火温度以上且在含氧气体供给流和反应炉壁面之间一边形成再循环流一边燃烧。
另外，本发明者们对于燃烧部的炉内结构进行各种研究结果，得到如下见解，即通过在炉内将空气供给口和燃料供给口隔开距离独立地配置且在炉内向相同方向开口的结构，从上述空气供给口和燃料供给口，将燃烧用空气和燃料分别独立地喷到炉内燃烧的炉内燃料直接喷射法的改良，不使用切换式的蓄热喷烧器而可在炉内进行高温空气燃烧。另外，通过作成在上述空气供给口内藏有其他的燃料供给口的结构，控制从上述燃料供给口供给的燃料和从空气供给口内的燃料供给口供给的燃料比例，可控制燃烧状态。
本发明的炉内燃烧装置及炉内燃烧方法是同时采取高温空气燃烧法和燃料炉内直接喷射法两者的优点，不使用蓄热喷烧器等的切换式的装置，只是将空气和燃料向炉内独立供给，在燃烧用空气与燃料会合之前，将其空气的温度控制在燃料的自燃温度以上且降低氧浓度的、所谓的高温空气燃烧，它们的要点如以下(5)～(8)所述的。
(5)炉内燃烧装置，其特征是将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，(i)含氧气体供给口形状是非圆形或(ii)含氧气体供给口的开口直径(DL)、含氧气体供给口和反应炉内炉壁的最短距离(Dw)的关系是Dw＜1.5DL，连续供给燃料及含氧气体，从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口直径的2倍以上。
(6)炉内燃烧方法，其特征是使用上述的炉内燃烧装置。
(7)炉内燃烧方法，其特征是使用将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，连续供给燃料及含氧气体，从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口直径的2倍以上的炉内燃烧装置，将含氧气体流的流速控制在55m/s以上。
(8)炉内燃烧方法，其特征是使用将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离在炉内的同一侧开口，连续供给燃料及含氧气体，从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口直径的2倍以上的炉内燃烧装置，平均燃烧温度控制在1600℃以上。
以下，详细地说明本发明。首先对于本发明的炭黑制造装置及方法进行说明。本发明的炭黑制造装置是具有第1反应区域、第2反应区域及第3反应区域的炭黑制造装置，是通过导入原料烃制造炭黑的、所谓的炉法的。
本发明的炭黑制造装置(反应炉)具有形成燃烧气体流的第1反应区域(1)、在第1反应区域(1)形成的燃烧气体流方向(以下，称“轴方向”。)的下游，在此向形成的燃烧气体流中供给原料烃、进行反应，生成炭黑的第2反应区域(2)及在第2反应区域的下游，停止该反应的第3反应区域(3)的顺序。
关于第1反应区域
对于第1反应区域(1)，一般从燃料供给口(5)供给燃料烃，从含氧气体供给口(6)供给含氧气体，使其燃烧，向反应炉的下游发生高温的燃烧气流。作为含氧气体，可使用空气、氧气或在其中以任何比例混合了氮气等惰性气体的气体，从容易得到等理由看，优选的是空气。另外，特别是为了提高燃烧温度，也有使用在空气富氧了的富氧空气的场合。特别是为了抑制高温燃烧时产生NOx时，也可以使用纯氧。另一方面，为了维持稳定的高温空气燃烧，如后述地，也可在含氧气体供给口设置燃料供给口，通过通常燃烧含氧气体的一部分，提高含氧气体的温度且降低氧浓度。作为燃料烃，可使用氢、一氧化碳、天然气、石油气等的燃料气体、重油等的石油系液体燃料、杂酚油等的煤系液体燃料。其中，作为本发明使用的燃料烃，优选的是燃料气。
燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)是分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口的。在反应炉内开口的各供给口的形状是任意的，也可以是大致圆形、椭圆形、三角·四角状等的多角形状或葫芦形等不定形。根据本发明者们的见解，长圆径或长方形那样具有长径和短径的形状者比圆形，含氧气体的加热或稀释速度更快。因此，作为燃料供给口(5)，优选的是椭圆状或大致圆形，作为含氧气体供给口(6)，优选的是缝隙状等的长方形，最优选的是将它们组合的形状。
燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)的配置，只要是分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口的任何配置都可以。根据燃料的负荷或喷烧器根数等的炉设计条件，可采取如图2(A)～(E)所示的各种配置，但特别是如图2(D)，只要将各个供给口圆周方向相互配置在以反应炉的轴方向断面的中心作为圆心的同一或同心圆周上，炉内燃烧状态就更均匀，所以是理想的。此时，在含氧气体供给口(6)的形状具有长径和短径时，优选的是从长径延长的直线通过圆的中心地配置(参照图2(E))。另外，任何供给口的开口端部可在与反应炉内的壁面大致同一平面上，也可以突出于平面，但优选的是大致同一平面上。
燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)的各个开口直径Df和Da是任意的，但考虑燃烧的负荷和喷烧器的根数，燃料及含氧气体的出口流速决定如后述规定的流速。但是，各个供给口的形状不是圆形时，将各个形状的最长径作为开口径。
燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)的距离、角度、流速等非常重要。通过将这些因素调节在后述的范围内，可以满足高温空气燃烧的重要条件，即“至少在燃烧反应之前，用氧浓度比通常的空气远远低且其氧浓度的混合气的燃烧稳定界限温度以上的高温稀释空气或相当它的氧化剂在低速氧化放热反应下充分扩散燃烧”。
如图3及图4所示，燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)的距离(两开口部的中心间距离)Dx，优选的是作成Dx≥Da。Dx不足上述的范围时，有含氧气体供给到炉内后到与燃料混合的时间短，不能满足高温空气燃烧的要件的场合。
含氧气体供给口(6)的开口径Da和反应炉内的炉壁的最短距离Dw，从在燃烧气流和炉壁之间容易产生再循环气体流的观点看，优选的是如成为Dw≥1.5Da地配置。可是，在作为炉壁材质，使用在氧化镁系耐火物或氧化铬氧化镁系耐火物等在还原氛围中强度或耐磨耗性低的耐火物等的、炭黑制造炉等时，从耐火物保护的观点看，优选的是如将Dw作成Dw＜1.5Da地配置。另外，此时，若含氧气体供给口(6)的形状，长径(长边)DL和短径(短边)的比是2∶1以上的长方形或椭圆形且与长径(长边)DL比较，短径(短边)接近炉壁地、另外将含氧气体供给口(6)和炉壁的距离拉近成为Dw＜1.5DL地配置时，由于壁面附近成为氧化氛围，所以是理想的。这样的配置，只要通过使用的炉材、燃烧温度等条件适宜决定就可以。
从燃料供给口(5)及含氧气体供给口(6)供给到反应炉内的燃料流及含氧气体流，从各个开口端部对于配置各供给口的炉壁面可以任意角度供给，但优选的是成为大致垂直地、进而供给的燃料和/或含氧气体从开口端扩散到从流的中心大致同心圆状地供给(参照图3)。
上述场合，燃料与含氧气体碰撞的距离Lf和燃料供给口(5)的开口径Df，优选的是处于Lf≥30Df、特别是Lf≥35Df的关系。这样，在燃料与含氧气体会合前，通过炉内的燃烧气体改质成更容易燃烧的燃料，所以是理想的。但是，若Lf过大，由于有在炉内不燃烧的场合，所以优选的是Lf≤100Df。此时，一般燃料供给口(5)非常小，燃料流的扩散与含氧气体的扩散相比可以忽略，所以Lf可以沿着燃料中心线的距离考虑。另外，与燃料碰撞时的含氧气体存在的范围是指在与含氧气体的喷流中心线垂直的面内，中心轴方向的流速成为中心轴的流速的5％的范围。
在燃料流和含氧气流在反应炉内接触·混合时，从各个流的中心线的交点到含氧气体供给口(6)的顶端的距离La和含氧气体供给口(6)的开口径Da，优选的是处于La≥2Da的关系、特别是处于La≥3Da的关系(参照图4)。这样，可以满足高温空气燃烧的重要条件，即“至少在燃烧反应之前，用氧浓度比通常的空气远远低且其氧浓度的混合气的燃烧稳定界限温度以上的高温稀释空气或相当它的氧化剂在低速氧化放热反应下充分扩散燃烧”。但是，若Lf过大，由于有在炉内不燃烧的场合，所以优选的是La≤10Da。
另外，在满足本发明的要件的范围中，例如在含氧气体供给口(6)中进而也可设置燃料供给口(5)。这是在炉启动时等，炉内的温度低，不能产生充分的高温空气燃烧的条件时，或即使是高温也想控制炉内的燃烧温度等时，通过从设置在此含氧气体供给口(6)的燃料供给口(5)供给燃料，产生局部不是高温空气燃烧的通常燃烧，控制炉内的燃烧状态，可进行更稳定的操作的缘故。
适宜选择供给到反应炉内的含氧气体流及燃料流的流速的同时，只要根据反应炉内的温度变化等进行调整就可以，但从炉内气体引起的燃烧改质及高温空气燃烧的观点看，燃料流的流速，优选的是80～200m/s，另外，含氧气流的流速，通常是30～200m/s，优选的是55～150m/s。另外，炉内的燃烧温度也是重要的，至少是1600℃以上、优选的是1800℃以上、更优选的是2000℃以上。这样的高温下的燃烧，对于以往一般使用的氧化铝系耐火物等材料在耐热上存在问题时，此时，可以用氧化镁系耐火物或氧化铬氧化镁系耐火物等耐火温度更高的材料作成炉子。
若在上述条件下将燃料及含氧气体供给到炉内时，通过炉内燃料直接喷射法可在炉内作成高温空气燃烧状态。对于高温空气燃烧，在炉内含氧气体至少与燃料接触之前，必须卷入炉内排气，将含氧气体的温度控制在燃料自燃温度以上、氧浓度充分稀释的状态(5％左右以下)。在此，没有直接测定燃烧反应之前的含氧气体的实际的氧浓度及温度的手段，但通过使用计算机的数值模拟等的方法可确认。
另外，实际上是否发生高温空气燃烧，在火焰中出现绿色发光光谱成分的烃燃料的燃烧反应中间生成物对于蓝色发光光谱成分的燃烧反应中间生成物的比例急剧增加，在可视发光色中更多地看到，其结果，可认为形成加有绿色的火焰。此时，可推断至少在燃烧反应之前，氧浓度比通常的空气远远低、且在其氧浓度的燃烧稳定界限温度以上成为高温的规定的稀释空气和燃料被混合扩散后，在低速氧化放热反应下充分引起扩散燃烧(高温空气燃烧)。
另外，炭黑制造时的第1反应区域的平均温度只要根据要得到的目的的炭黑进行适宜调节就可以，但优选的是1800℃以上、更优选的是2000℃以上。这是由于燃烧气体的温度越是高温，炭黑的生产率越高的缘故。上限越高越好，但要在考虑反应炉的材质导致的耐热性的基础上做决定。
另外，将燃烧反应进行最激烈的第1反应区域中心部和第1反应区域出口部的燃烧温度差控制成200℃以下，特别是100℃以下，在炉壁的最高使用温度附近使炉内的温度分布变小地燃烧，可抑制对燃烧部的反应炉壁构筑耐火物的损坏，将原料烃供给位置的温度控制成极高温且抑制排出NOx高效地制造炭黑。为此，最好在第1反应区域形成的燃烧气体流是通过高温空气燃烧来形成的。为了进行高温空气燃烧，可以使用上述的本发明的装置进行操作。通过高温空气燃烧形成燃烧气体，进行上述的高温且燃烧温度差小的燃烧，进行高效的炭黑制造。
如本发明的炭黑制造装置那样，通过在第1反应区域中将燃料供给口(5)和含氧气体供给口(6)分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，燃料和含氧气体向反应炉内自身流入运动量，相互接触·反应燃烧更快，与在炉内生成的再循环气流接触、混合稀释且被加热。通过此稀释，含氧气体与燃料接触很快氧浓度降低，被加热到燃料自燃温度以上，可在炉内发生高温空气燃烧。由此，只是燃烧的峰温度降低，抑制燃烧时的温度不均匀，使整个第1反应区域的温度分布偏差变小。另外，与此同时，可稳定地燃烧，也可避免氧浓度降低引起的燃烧的不稳定化，所以可高效地制造稳定质量的炭黑。
关于第2反应区域
在第2反应区域，从原料烃供给口(喷嘴)将原料烃供给第1反应区域形成的燃烧气流中，通过使此原料烃进行主热分解反应生成炭黑。
在第2反应区域中，一般认为经过以下过程生成炭黑。即，供给到反应炉内的原料烃，首先气化，接着热分解碳化，由此成为炭黑。此时，反应炉内的第2反应区域的燃烧气体流速，根据炉内断面积是100～600[m/s]，用喷雾等供给到炉内的原料烃的液滴，通过此流动的气体的运动及热能使液体的原料烃雾化，在扼流部(4)产生的气流的湍流引起的混合等将燃烧气体的热能高效地用于炭黑的生成反应中。可认为炭黑是原料烃与燃烧气流接触热分解后，缩合，向液滴凝集，形成作为核的前体，生成一次粒子。然后，经过该一次粒子相互碰撞，熔融碳化生成。
第2反应区域的长度可根据反应炉的大小、制造的炭黑种类等进行适宜选择。第2反应区域的形状是任意的，也可以与第1反应区域是相同直径的反应炉，但一般是如图1所示的向着燃烧气体的进行方向减小直径的形状，在后述的第3反应区域中扩大直径前，成为具有直径小的扼流部(4)的结构。
扼流部(4)的长度可通过作为目的的炭黑的粒径等适宜选择。一般为了得到粒径大的炭黑时，大开口径、长的扼流部(4)是必要的。在一般的小粒径(12～13nm)的炭黑时，扼流部(4)的长度具有最低500mm以上是足够的，但在20nm左右的炭黑时，最低700mm以上、优选的是最低500mm～3000mm。通过作成此范围，在得到的炭黑中，可特别地减少是中心径1.3倍以上的大凝集体的含有率。另外，即使超过3000mm也得不到特别的效果，所以从装置建设的经济上看，优选的是3000mm以下的。
扼流部(4)的长度，优选的是作成400mm以上的。由此，在得到的炭黑中，可特别地减少大凝集体的含有率。其理由可认为是从喷雾原料烃到完成炭黑生成期间，不受流路断面形状改变引起流动的湍流影响的缘故。根据作为目的的炭黑的特性等可适宜地选择扼流部(4)的具体长度、从原料烃供给口到扼流部(4)的出口的距离。另外，所说的扼流部(4)的出口是指扼流部(4)的扩大部。
另外，扼流部内壁的平滑度越低，可得到作为凝集体及凝集体分布适宜范围的炭黑。扼流部内壁的平滑度，优选的是ε＝1mm以下、最优选的是0.3mm以下。在此，ε是指扼流部内壁的平滑度的指标，一般称为等价砂粗度(机械工学便览新版A5编流体工学第11章流路内的流动11.2直管的管摩擦系数)。此等价砂粗度是在管内流动中为了求出管摩擦系数而定义的值，是以砂粒的大小规定管内壁粗度表示的，由日本机械学会规定各种实用管的等价砂粗度(日本机械学会编、技术资料管路·通道的流体阻力、(昭54)、32，日本机械学会)。作为ε是1mm以下的平滑材料，作为代表的可举出不锈钢、铜等的各种金属。但是，在使用金属时，由于内部燃烧气体的温度在金属的耐热温度以上，所以必须通过采取水冷夹套结构等构造从外部冷却。作为金属以外的材料，例如可举出SiC、金钢石、氮化铝、氮化硅、陶瓷系耐火材料等。
第2反应区域的平均温度可根据制造的炭黑适宜选择，但为了使原料烃均匀气化、热分解，优选的是在充分的高温氛围内，优选的是1600～1800℃以上、最优选的是1700～2400℃。
另外，在第2反应区域中，优选的是尽可能地抑制燃烧气中的氧浓度。通过燃烧气中的氧的存在，发生在反应区域即第2反应区域的一部分原料烃燃烧，为此产生反应区域的不均匀。燃烧气中的氧浓度，优选的是3vol％以下、最优选的是0.05～1vol％。
在本发明中，可以从第1反应区域和第3反应区域之间的任意位置供给原料烃，例如在反应炉直径减少的部分设置原料烃供给口(7)。另外，在扼流部(4)也可设置原料烃供给口(7)。另外，也可将这些组合使用。通过原料烃供给口的位置可控制在导入原料烃的位置的气体流速、湍流的强度等。例如，若在扼流部(4)的入口部附近设置原料烃供给口，在湍流混合的强度最大的位置供给原料烃，可均匀快速进行炭黑生成反应，制造小粒径和凝集体径分布锐陡的炭黑。
作为原料烃，可使用以往公知的任意的，例如可举出苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等的芳香族系烃、杂酚油、羧酸油等的煤系烃、乙烯重油、FCC油(流动接触分解残渣油)等的石油系重质油、乙炔系不饱和烃、乙烯系烃、戊烷或己烷等的脂肪族饱和烃等，也可将它们以单独或任意比例混合使用。
在反应炉内的原料烃供给口的位置可多个地设置在燃烧气体流动方向的断面圆周上，进而也可将这样的在同一圆周上具有多个原料烃供给口的位置多个地设置在燃烧气流动方向上。为了使炭黑的生成反应时间均匀，得到粒径和凝集体直径分布锐陡的炭黑，最好是在同一圆周上设置尽可能多的原料烃供给口。
另外，可适宜选择在原料烃供给口使用的喷嘴的形式，但为了高效地得到小粒径的炭黑，为了更均匀微细地喷雾，最好选供给的液体与另外的流体同时喷射的2流体喷嘴等、这样从喷嘴喷雾后的原料烃的初期液滴直径可做得极小。
原料烃供给口的开口直径、形状、向炉内的突出形式、向燃烧气体流的供给角度、气液比等的原料烃供给方法、流速、流量、温度等可适宜进行选择，但优选的是喷雾在第2反应区域的原料烃蒸发之前以不附着在炉壁的条件进行喷雾。通过此喷雾可降低炭黑中的杂质。
第3反应区域
第3反应区域是为了将含有炭黑(也包括反应途中的)的燃烧气体流冷却到1000℃以下、优选的是800℃以下的。具体地是从反应停止流体供给口(喷嘴)(8)通过喷雾水等进行冷却的。被冷却的炭黑用设置在第3反应区域前的袋式过滤器等(未图示出)与气体分离回收。炭黑的采取方法可使用该袋滤器等、公知的一般的工艺。
通常第3反应区域与第2反应区域比较反应炉内的直径是扩大的。燃烧气体流动方向的扩大程度是任意的，也可急剧扩大，也可缓慢扩大，但为了抑制扩大部的激烈的湍流，优选的是缓慢扩大。
接着，对于本发明的炉内燃烧装置及炉内燃烧方法进行说明。上述图4是表示本发明的炉内燃烧装置的一个例子的断面部分说明图。即，本发明的炉内燃烧装置，其特征是将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，(i)含氧气体供给口形状是非圆形或(ii)含氧气体供给口的开口直径(DL：在图4中用Da表示)、含氧气体供给口和反应炉内炉壁的最短距离(Dw)的关系是Dw＜1.5DL，连续供给燃料及含氧气体，从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气体流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口直径的2倍以上。因此，本发明的炉内燃烧装置及炉内燃烧方法与基于图4的上述炭黑制造装置及制造方法相同。
按照上述本发明的炉内燃烧装置及炉内燃烧方法，如上所述，通过含氧气体和燃料向反应炉内分别各自流入运动量，相互接触·反应燃烧更快，与在炉内生成的再循环气体流接触、混合稀释且加热。通过此稀释，含氧气体与燃料接触时氧浓度更快降低，被加热到燃料自燃温度以上，可在炉内发生高温空气燃烧。由此，只是燃烧的峰温度降低，抑制燃烧时的温度不均匀。作为其结果，可抑制Nox低量地排出。
实施发明的最佳方案
以下举出本发明的实施例进行说明，但本发明不受这些实施例的限制。另外，在以下诸例子中，是试验制造作为炉法炭黑为代表的市售的三菱化学社制“#48”和“#960”的。得到的炭黑的物性测定及评价方法如下。
(1)比表面积(N2SA)：
按照ASTM D3037-88
(2)DBP吸油量(DBP)：
按照JIS K-6221A法
(3)最大频度斯托克斯当量径(Dmod)及斯托克斯当量径半值宽(D1/2)：
如下进行定义。即首先，作为旋转液使用20重量％乙醇溶液，通过离心沉降式的流度分布测定装置(JL自动化社制DCF3型)测定斯托克斯当量径，作成斯托克斯当量径对给予的试样中的相对发生频度的直方图(参照图7)。接着，从直方图的峰(A)将线(B)平行Y轴地引到X轴，在直方图的X轴的点(C)结束。点(C)的斯拖克斯直径是最大频度斯拖克斯当量径Dmod。另外，决定得到的线(B)的中点(F)，通过其中点(F)与X轴平行地引线(G)。线(G)与直方图的分布曲线相交在2点D及E。炭黑粒子的2点D及E的两个斯拖克斯直径的差的绝对值是斯拖克斯当量径半值宽D1/2值。
(4)体积75％径(D75)：
如下进行定义。即，在决定上述最大频度斯拖克斯径的方法中，从斯拖克斯当量径对试样的相对发生频度的直方图7，求出来自各个斯拖克斯直径和频度的体积，对斯拖克斯直径作表示到该直径得到的试样体积总合的曲线(参照图8)。在图8中，点(A)表示总试样的体积总合。在此，决定此体积总合的75％的值的点(B)，从点(B)平行X轴地引线与曲线相交。从点(C)平行Y轴地引线，与X轴相交的点(D)的值是体积75％径(D75)。
(5)PVC黑度：
如下进行定义。即，在PVC树脂中添加炭黑，用2根辊分散后平板化，作为标准值，将三菱化学(株)制的炭黑“#40”和“#45”的黑色度分别定为1、10点，用视觉判断评价试样的黑度。
(6)生产性：
可以用原料供给量×原料油收率/空气量表示。另外，全碳收率越高，燃料的消费比例变得越低。
实施例1及2
使用如图1表示的结构的炭黑制造炉。第1反应区域(1)是具有包括燃料供给口(5)和含氧气体供给口(6)的燃烧喷烧器，长度3370mm(同一内径部分：1900mm、渐渐缩小内径部分：1470mm)、同一内径部分的内径1042mm。第2反应区域(2)是具有扼流部(4)和多个原料烃供给口(喷嘴)(7)，长度1000mm、内径130mm。第3反应区域是具有作为急冷装置的反应停止流体供给口(8)，长度3000mm(渐渐扩大内径部分：1500mm、同一内径部分：1500mm)、同一内径部分的内径400mm。而且，对于成为高温的第1反应区域的炉内材料，使用氧化镁系耐火物(组成：MgO：99.4重量％、Fe2O3：0.1重量％以下、Al2O3：0.1重量％以下、SiO2：0.1重量％以下)。
对于第1反应区域(1)，在炉底面上分别均等地设置6个燃料供给口(5)和含氧气体供给口(6)。燃料供给口(5)的形状是圆形，含氧气体供给口(6)的形状是长边149mm、短边21mm的长方形，长径全部向着炉中心的方向配置。燃料供给口(5)配置在以炉中心轴作为中心的半径375.3mm的圆上，含氧气体供给口(6)配置在以炉中心轴作为中心的半径325mm的圆上，燃料供给口(5)配置在比含氧气体供给口(6)稍微外侧。另外，在含氧气体供给口(6)中设置升温用的燃料供给喷嘴(未图示出)。此炉在图3及图4中所示的各尺寸如下。
 表1燃料供给口(5)的开口径Df                               ：7.9mm含氧气体供给口(6)的开口径Da                            ：149mm燃料供给口(5)和含氧气体供给口(6)的距离(两开口部的中心间距离)Dx                         ：187.6mm含氧气体供给口(6)的长径DL                              ：149mm与反应炉内的炉壁的最短距离Dw                           ：196mm从燃料流和含氧气体流的各个流的中心线的交点到含氧气体供给口(6)的顶端的距离La                  ：464mm燃料与含氧气体碰撞前的距离Lf                           ：329mmDx和Da的关系                                           ：Dx＝1.26DaDw和DL的关系                                           ：Dw＝1.32DLLf和Df的关系                                           ：Lf＝41.6DfLa和Da的关系                                           ：La＝3.11D
使用上述的炉，对于燃料使用天然气、对于含氧气体使用空气、对于原料烃使用杂酚油，通过后述表3所示的条件制造炭黑。在后述表4中表示得到的炭黑的物性及评价结果。
比较例1及2
使用图5及6所示的结构的以往炭黑制造炉，对于燃料使用天然气、对于含氧气体使用空气、对于原料烃使用杂酚油，通过后述表3所示的条件制造具有与实施例相同的物性的炭黑。在后述表4中表示得到的炭黑的物性及评价结果。
如图5所示的以往的炉，在第1反应区域(1)，在切线方向连接2个喷射管(9)，在第1反应区域(1)的下游依次连接具有扼流部的第2反应区域(2)、停止反应的第3反应区域(3)。在各喷射管(9)的顶端设置为了发生高温燃烧气体的燃烧喷烧器(未图示出)。燃烧喷烧器一般是由燃料供给喷嘴和含氧气体供给喷嘴构成的。图6所示的各要素的尺寸(单位：mm)如下。
              表2
  比较例1   比较例2
    t1     1233     930
    t2     370     300
    t3     180     150
    t4     300     245
    t5     3100     2450
    t6     410     366
    t7     2450     2060
    t8     370     300
                                        表3
  单位 实施例1(#48)   实施例2(#960)  比较例1(#48)   比较例2(#960)
    燃料量     Nm3/H     271     271     346     338
    空气量     Nm3/H     3000     300     4500     4400
    空气预热温度     ℃     400     400     400     400
    绝热理论燃烧温度     ℃     2332     2332     2066     2065
    空气流速     m/s     75     75      -      -
    含氧气体中氧浓度     ％     0.9     0.9     3.67     3.68
    燃烧气     Nm3/H     3291     3291     4871     4762
    原料供给量     Kg/H     680     400     1040     750
    炉内压力     Kg/cm2     0.45     0.45     0.26     0.26
    钾浓度     ppm     539     315     150     200
                                     表4
    单位 实施例1(#48)   实施例2(#960)   比较例1(#48)   比较例2(#960)
 N2SA     m2/g     98.9     240.6     99.5     250
 DBP    cc/100g     59     68     66     71
 D1/2     nm     44     33     63     52
 D75     nm     89     52     400     85
 D mod     nm     60     39     70     45
(D1/2)D mod     0.73     0.85     0.9     1.16
 D75/D mod     1.48     1.33     5.71     1.89
原料油收率     ％     64.0     58.4     57.3     35.2
全碳收率     ％     55.4     42.7     51.4     29.7
生产性    Kg/Nm3    0.145    0.078    0.132     0.06
如表4所示的结果表明，实施例1和比较例1的炭黑的N2SA及DBP大致相同，两者相当于市售的炉黑的三菱化学社制“#48”。另外，实施例2和比较例2的炭黑的N2SA及DBP大致相同，两者相当于市售的炉黑的三菱化学社制“#960”。
如表3所示，本发明的炭黑制造方法(实施例)，与以往的方法(比较例)比较，绝热理论燃烧温度高。可是，此时，不像以往使用发生火焰燃烧喷烧器的燃烧炉那样产生局部的高温部分。因此，可在整个炉内大致均匀的温度分布状态下产生燃烧，所以不损坏炉内连续且稳定地运转。与此相反，在以往的方法中，以与实施例相同的绝热理论燃烧温度下燃烧时，喷烧器近边的火焰附近产生局部高温，损坏构成炉子的耐火物，不能连续运转。
如表4所示，实施例比比较例原料油收率及总碳收率高、生产率高。另外，实施例的炭黑比比较例的炭黑，(D1/2)/Dmod及D75/Dmod值小。即，炭黑的凝集体径分布是锐陡的，大粒径的比例少。这可认为是导入原料油的部分的燃烧气体的温度高，炭黑生成反应的速度加快的缘故。已知这样的炭黑分散性好且黑度也高。产业上的可利用性
按照以上说明的本发明，提供炭黑的制造装置及制造方法，其是在高效地制造具有以更小粒径凝集体径分布是锐陡的良好物性的炭黑时，抑制对燃烧部的反应炉壁建筑耐火物的损坏，在极高温且空气比1附近完全燃烧，且也抑制排出NOx。另外，按照本发明，提供炉内燃烧装置及炉内燃烧方法，其是在不使用切换式的蓄热喷烧器而在炉内进行NOx处于低水平的同时，可得到均匀的热流束分布的高温空气燃烧。

Claims (29)

1.一种炭黑制造装置，该装置是在反应炉内具有供给且燃烧含氧气体和燃料并形成燃烧气体流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气体流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域、和在第2反应区域的下游且使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，其特征是，在第1反应区域中将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在反应炉的同一侧开口。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在第2反应区域具有扼流部。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在含氧气体供给口中还具有燃料供给口。
4.根据权利要求1～3任何一项所述的装置，其中，在反应炉内开口的含氧气体供给口的形状是非圆形的。
5.根据权利要求1～4任何一项所述的装置，其中，含氧气体供给口的形状是圆形的，含氧气体供给口的开口径(Da)和含氧气体供给口和反应炉内炉壁的最短距离(Dw)的关系是Dw＜1.5Da。
6.根据权利要求1～4任何一项所述的装置，其中，含氧气体供给口的形状是非圆形的，含氧气体供给口的开口径(DL)和含氧气体供给口和反应炉内炉壁的最短距离(Dw)的关系是Dw＜1.5DL。
7.根据权利要求1～6任何一项所述的装置，其中，从从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气体流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口径的2倍以上。
8.一种炭黑的制造方法，其特征是，使用权利要求1～7中任何一项所述的制造装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，含氧气体的流速是55m/s以上。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，第1反应区域的平均温度是1600℃以上。
11.根据权利要求8～10的任何一项所述的方法，其中，原料烃供给口附近的燃烧气体流温度是1600℃以上。
12.根据权利要求8～11的任何一项所述的方法，其中，原料烃供给口附近的氧浓度是3％以下。
13.一种炭黑的制造方法，其特征是，使用在反应炉内具有供给且燃烧含氧气体和燃料并形成燃烧气体流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气体流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域、和在第2反应区域的下游且使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，在第1反应区域中通过高温空气燃烧形成燃烧气体流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，第1反应区域的平均温度是1600℃以上。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，原料烃供给口附近的燃烧气体流温度是1600℃以上。
16.根据权利要求13～15的任何一项所述的方法，其中，原料烃供给口附近的氧浓度是3％以下。
17.一种炭黑的制造方法，其特征是，使用具有从分别独立地隔开距离而开口的燃料供给口及含氧气体供给口将燃料和含氧气体供给到反应炉内且燃烧形成燃烧气体流的第1反应区域、在第1反应区域的下游具有将原料烃供给到燃烧气体流的原料烃供给口且使原料烃反应生成炭黑的第2反应区域、和在第2反应区域的下游且使反应停止的第3反应区域的炭黑制造装置，使第1反应区域的平均温度控制在燃料的着火温度以上且在含氧气体供给流和反应炉壁面之间一边形成再循环流一边燃烧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，使用在第1反应区域中燃料供给口及含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在同一侧开口的炭黑制造装置。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，第1反应区域内的反应炉壁面是氧化氛围。
20.根据权利要求17～19的任一项所述的方法，其中，第1反应区域的平均温度是1600℃以上。
21.根据权利要求17～20的任何一项所述的方法，其中，原料烃供给口附近的氧浓度是3％以下。
22.一种炉内燃烧装置，其特征是，将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，(i)含氧气体供给口形状是非圆形或(ii)含氧气体供给口的开口径(DL)和含氧气体供给口和反应炉内炉壁的最短距离(Dw)的关系是Dw＜1.5DL，连续供给燃料及含氧气体，从从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气体流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口径的2倍以上。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，在含氧气体供给口中还具有燃料供给口。
24.根据权利要求22或23所述的炉内燃烧装置，其中，燃料流和含氧气体流的交点和燃料供给口顶端的距离是燃料供给口的开口径的30倍以上。
25.根据权利要求22～24的任一项所述的装置，其中，至少炉内壁面的一部分是氧化镁系耐火物或氧化铬氧化镁系耐火物。
26.一种炉内燃烧方法，其特征是，使用权利要求22～25中任何一项所述的炉内燃烧装置。
27.一种炉内燃烧方法，其特征是，使用将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，连续供给燃料及含氧气体，从从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气体流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口径的2倍以上的炉内燃烧装置，使含氧气体流的流速控制在55m/s以上。
28.一种炉内燃烧方法，其特征是，使用将燃料供给口和含氧气体供给口分别独立地隔开距离地在炉内的同一侧开口，连续供给燃料及含氧气体，从从燃料供给口供给的燃料流的中心线和从含氧气体供给口供给的含氧气体流的中心线的交点到含氧气体供给口顶端的距离是含氧气体供给口的开口径的2倍以上的炉内燃烧装置，平均燃烧温度控制在1600℃以上。
29.根据权利要求26～28的任一项所述的炉内燃烧方法，其中，燃烧炉内壁面是氧化氛围。
CN01800669A 2000-03-29 2001-03-28 炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法 Pending CN1365380A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000091726 2000-03-29
JP91726/00 2000-03-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1365380A true CN1365380A (zh) 2002-08-21

Family

ID=18607155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN01800669A Pending CN1365380A (zh) 2000-03-29 2001-03-28 炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20020090325A1 (zh)
KR (1) KR100737335B1 (zh)
CN (1) CN1365380A (zh)
WO (1) WO2001072908A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831205A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 曲靖众一精细化工股份有限公司 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法
CN105073906A (zh) * 2013-03-15 2015-11-18 卡博特公司 使用增量剂流体的炭黑生产方法
CN109251559A (zh) * 2018-10-12 2019-01-22 江苏焕鑫新材料股份有限公司 一种多酚焦油的回收处理工艺
CN109312917A (zh) * 2016-05-26 2019-02-05 沙特基础工业全球技术公司 可缩放和稳健的燃烧器/燃烧室和反应器配置
CN111440463A (zh) * 2020-05-23 2020-07-24 邯郸黑猫炭黑有限责任公司 一种在炭黑生产中降低蒽油用量的方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0520123B1 (pt) * 2005-03-02 2017-03-14 Yara Int Asa reator tubular e instalação para a produção especialmente de sulfato de amônio e uréia
CN102869730B (zh) 2010-02-19 2015-01-07 卡博特公司 使用预热原料的炭黑生产方法以及用于该方法的装置
CN102964883A (zh) * 2012-12-13 2013-03-13 新疆雅克拉炭黑有限责任公司 富氢气气体助产的热裂法炭黑生产工艺
CN106661344B (zh) 2014-08-29 2021-03-26 欧励隆工程炭公司 控制炭黑孔隙率的方法
CN104448953B (zh) * 2014-11-17 2016-08-24 中橡集团炭黑工业研究设计院 一种利用油田伴生气生产炭黑的系统和方法
CN106905721A (zh) * 2017-02-17 2017-06-30 太原黑猫炭黑有限责任公司 一种硬质炭黑反应炉上的急冷装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4014654A (en) * 1972-12-20 1977-03-29 J. M. Huber Corporation Apparatus for producing carbon black
JP2683545B2 (ja) * 1988-05-25 1997-12-03 東京瓦斯 株式会社 炉内燃焼方法
US4925722A (en) * 1988-07-20 1990-05-15 International Paper Company Disposable semi-durable nonwoven fabric
US5264199A (en) * 1989-03-04 1993-11-23 Mitsubishi Kasei Corporation Process for producing carbon black
JP2832727B2 (ja) * 1989-08-09 1998-12-09 三菱化学株式会社 カーボンブラック製造方法及びその製造装置
JP2931117B2 (ja) * 1991-02-18 1999-08-09 旭カーボン株式会社 カーボンブラックの製造装置と製造方法
JP3879005B2 (ja) * 1996-02-02 2007-02-07 株式会社Ｎｆｋホールディングス バーナ燃焼方法
JP3727161B2 (ja) * 1997-12-24 2005-12-14 三菱化学株式会社 カーボンブラックの製造方法及びカーボンブラック製造装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831205A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 曲靖众一精细化工股份有限公司 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法
CN101831205B (zh) * 2010-04-30 2012-05-30 曲靖众一精细化工股份有限公司 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法
CN105073906A (zh) * 2013-03-15 2015-11-18 卡博特公司 使用增量剂流体的炭黑生产方法
CN109312917A (zh) * 2016-05-26 2019-02-05 沙特基础工业全球技术公司 可缩放和稳健的燃烧器/燃烧室和反应器配置
CN109251559A (zh) * 2018-10-12 2019-01-22 江苏焕鑫新材料股份有限公司 一种多酚焦油的回收处理工艺
CN111440463A (zh) * 2020-05-23 2020-07-24 邯郸黑猫炭黑有限责任公司 一种在炭黑生产中降低蒽油用量的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20020090325A1 (en) 2002-07-11
KR100737335B1 (ko) 2007-07-10
WO2001072908A1 (fr) 2001-10-04
KR20020033096A (ko) 2002-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240093035A1 (en) Particle systems and methods
CN1365380A (zh) 炭黑的制造装置及制造方法以及炉内燃烧装置及炉内燃烧方法
EP2563864B1 (en) Carbon black reactor
CN114072467A (zh) 一种生产炭黑的方法及相关的炉式反应器
KR950011798B1 (ko) 카본블랙의 제조방법
CN86104576A (zh) 生产炭黑的方法和设备
JP4129970B2 (ja) 高ストラクチャーカーボンブラックの製造方法
JP2835751B2 (ja) カーボンブラックの製造方法
JP2931117B2 (ja) カーボンブラックの製造装置と製造方法
JP4904629B2 (ja) カーボンブラックの製造装置および製造方法ならびに炉内燃焼装置および炉内燃焼方法
RU2394054C2 (ru) Способ получения полуактивного технического углерода и реактор для его осуществления
JPH059404A (ja) カーボンブラツクの製造方法
JP2000355662A (ja) カーボンブラックの製造方法
JP5530605B2 (ja) カーボンブラック製造炉
US3690831A (en) Method of preparing carbon black of large particle size and low structure
JP4068374B2 (ja) カーボンブラックの製造装置及びその方法
JP3458542B2 (ja) カ−ボンブラックの製造方法及びその装置
JP2004269659A (ja) カーボンブラック製造用原料油供給ノズル及びこれを用いたカーボンブラックの製造装置並びにカーボンブラックの製造方法
JP2002060649A (ja) カーボンブラック製造用原料油噴射ノズル
JP2006188572A (ja) カーボンブラックの製造プロセス
JPH06313123A (ja) カーボンブラックの製造方法
JPH02163170A (ja) 高表面活性を有するカーボンブラックの製造装置及び方法
WO2000020514A2 (en) An improved process for the manufacture of carbon black by furnace process and an improved high volume high temperature (hvht) reactor for carrying out said method
CN107304305A (zh) 一种改善橡胶性能的炭黑制备方法
JPH0578596A (ja) カーボンブラツクの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication