JP2000297227A - Apparatus for producing carbon black and production of carbon black - Google Patents

Apparatus for producing carbon black and production of carbon black

Info

Publication number
JP2000297227A
JP2000297227A JP11106722A JP10672299A JP2000297227A JP 2000297227 A JP2000297227 A JP 2000297227A JP 11106722 A JP11106722 A JP 11106722A JP 10672299 A JP10672299 A JP 10672299A JP 2000297227 A JP2000297227 A JP 2000297227A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
producing
temperature
choke
reaction
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
JP11106722A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takaharu Yamamoto
隆晴 山本
Yutaka Fukuyama
裕 福山
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
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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 Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP11106722A priority Critical patent/JP2000297227A/en
Publication of JP2000297227A publication Critical patent/JP2000297227A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus by which operation especially at a higher temperature than 1,800 deg.C can be carried out and carbon black satisfying, e.g. both a higher blackness and better dispersibility than those of conventional carbon black can be produced, a raw material spraying burner and an apparatus for producing the carbon black capable of withstanding the production of the carbon black using a high-temperature gas. SOLUTION: This apparatus for producing carbon black comprises the inner wall surface of a choke part composed of a good heat conductive material having a coating made of a bad heat conductive material in the apparatus for producing the carbon black equipped with a first reactional zone for forming a combustion gas stream, a second reactional zone equipped with the choke part for mixing the resultant combustion gas stream with a raw material hydrocarbon and producing the carbon black and a third reactional zone located on the downstream side of the second reactional zone and capable of terminating the reaction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、充填材料・補強材
料・導電材料・及び着色顔料などの種々の用途に好適に
用いられるカーボンブラックの製造に関し、その物性を
制御する為の効果的な製造装置及び製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the production of carbon black suitably used for various uses such as a filling material, a reinforcing material, a conductive material, and a color pigment, and an effective production for controlling the physical properties thereof. The present invention relates to an apparatus and a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来技術】カーボンブラックは、顔料、充填材、補強
用顔料及び耐候性改善剤などとして広く使用されてお
り、その製法は、一般に円筒状のカーボンブラック製造
炉の第1反応帯域に、炉軸方向又は接線方向に酸素含有
ガスと燃料を導入して、これらの燃焼によって得られた
高温燃焼ガス流を、引き続いて炉軸方向に設置された第
2反応帯域に移動させながら、該ガス流中に原料炭化水
素を導入してカーボンブラックを生成させ、第3反応帯
域で残存炭化水素を炭化させた後、反応ガスを急冷して
反応を停止させるファーネス式製造法が広く知られてい
る。
2. Description of the Related Art Carbon black is widely used as a pigment, a filler, a reinforcing pigment, a weather resistance improving agent, and the like, and its production method is generally such that a furnace shaft is provided in a first reaction zone of a cylindrical carbon black production furnace. While the oxygen-containing gas and the fuel are introduced in the tangential or tangential direction, the high-temperature combustion gas stream obtained by these combustions is successively moved to a second reaction zone provided in the furnace axis direction, while the gas stream is heated. A furnace-type production method is known in which a raw material hydrocarbon is introduced into a reactor to produce carbon black, the remaining hydrocarbon is carbonized in a third reaction zone, and then the reaction gas is rapidly cooled to stop the reaction.

【0003】特に樹脂着色剤、印刷インキ、塗料におい
て着色剤として使用されるカーボンブラックにおいては
黒度、分散性、光沢、着色力に優れた物が求められ、ま
た自動車用タイヤの補強剤として使用されるカーボンブ
ラックとしては主として耐磨耗性やグリップ性に優れた
物が求められる。黒度・着色力の優れたカーボンブラッ
クとしては、一般に一次粒子径が小さいカーボンブラッ
クが適切と言われている(特開昭50−68992号公
報)。又、このような小粒子径のカーボンブラックは、
タイヤの補強剤として使用された場合には、高度の耐磨
耗性を示すことが知られている。また、一次粒子径の分
布もゴム特性、特に大きな耐摩耗性を要求されるタイヤ
トレッドゴム組成物には大きな影響を与え、その一次粒
子径分布も狭い方がより好ましいとされている。一般的
に平均粒子径の小さなものほどその分布は狭いが、一次
粒子径分布を狭くする方法の特許も開示されている。
In particular, carbon black used as a colorant in resin colorants, printing inks and paints is required to be excellent in blackness, dispersibility, gloss and coloring power, and is also used as a reinforcing agent for automobile tires. As the carbon black to be used, a material excellent in abrasion resistance and grip properties is mainly required. It is generally said that carbon black having a small primary particle diameter is suitable as carbon black having excellent blackness and coloring power (JP-A-50-68992). Also, such small particle size carbon black is
It is known to exhibit a high degree of wear resistance when used as a tire reinforcement. Further, the distribution of the primary particle diameter also has a significant effect on the rubber properties, particularly on the tire tread rubber composition which is required to have high abrasion resistance, and it is said that the narrower the primary particle diameter distribution is, the more preferable. In general, the smaller the average particle size, the narrower the distribution. However, patents for a method of narrowing the primary particle size distribution have also been disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】小粒子径のカーボンブ
ラックを得るためには、高温の燃焼ガス中に原料炭化水
素を導入して、カーボンブラックを高い温度条件下で製
造することが有効であることは知られている(特公昭4
4−14084号公報)。
In order to obtain carbon black having a small particle diameter, it is effective to introduce a raw material hydrocarbon into a high-temperature combustion gas to produce carbon black under high temperature conditions. It is known that
4-14084).

【0005】また、炉材一般として高温に耐えうる耐火
材として、高純度アルミナにクロミア・カルシア及びラ
ンタノイド元素酸化物を含有させた耐火物を用いること
が提案されている(特公平4−103670号公報)。
しかしながら、これら従来提案されてきた耐火材は何れ
も、1800℃以上の温度で高流速のガス流に接触させ
ると高温による軟化と高流速・高乱流ガスの衝突により
著しく損傷・変形を受け、カーボンブラック製造に適し
た形状を維持することが困難であることが本発明者らの
検討により判明した。
[0005] As a refractory material that can withstand high temperatures as a furnace material in general, it has been proposed to use a refractory material containing chromia calcia and lanthanoid element oxide in high-purity alumina (Japanese Patent Publication No. 4-103670). Gazette).
However, when any of these conventionally proposed refractory materials is brought into contact with a high-velocity gas flow at a temperature of 1800 ° C. or more, the refractory material is significantly damaged and deformed by softening due to high temperature and collision with a high-velocity / high-turbulence gas. The present inventors have found that it is difficult to maintain a shape suitable for carbon black production.

【0006】特に、原料炭化水素が導入されてカーボン
ブラック生成反応を行う反応域での条件が、得られるカ
ーボンブラックの物性を支配することから、この部位を
所望の温度条件及び形状に維持することは重要であると
考えられる。この反応域は、燃焼ガス流を発生させる燃
焼域の下流に設けられるが、燃焼域に比較して断面積の
急激に縮小したチョーク部を構成することが行われてお
り、この場合には乱流が増加し燃焼ガス流が内壁を直撃
して内壁を損傷する度合いが大きくなる。ここで、チョ
ーク部からなる原料導入域の温度制御手段としては、原
料導入域を、熱交換機能を備える金属製二重筒構造の冷
却セルで構成された狭径スロート部(いわゆるチョーク
部と考えられる)とし、熱交換で予熱された空気を燃料
の支燃ガスとして循環使用する方法(特開平5−940
4号公報)が提案されている。
In particular, since the conditions in the reaction zone where the raw material hydrocarbons are introduced to perform the carbon black formation reaction govern the physical properties of the obtained carbon black, it is necessary to maintain these sites at desired temperature conditions and shapes. Is considered important. This reaction zone is provided downstream of the combustion zone for generating the combustion gas flow, and a choke portion whose cross-sectional area is sharply reduced as compared with the combustion zone is performed. The flow increases, and the degree of the combustion gas flow directly hitting the inner wall and damaging the inner wall increases. Here, as the temperature control means of the raw material introduction region composed of a choke portion, the raw material introduction region is formed as a narrow-diameter throat portion (a so-called choke portion) constituted by a cooling cell having a metal double cylindrical structure having a heat exchange function. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-940).
No. 4) has been proposed.

【0007】特開平5−9404号公報に記載された構
造は、チョーク部を強制的に冷却することにより燃焼ガ
ス流に、炉断面方向に温度分布を形成することを図るも
のと考えられるが、このような冷却構造の場合、一般的
な二重管構造では、原料導入部位の燃焼ガスの温度を2
000℃前後とすると、チョーク部内のガスを、冷却セ
ル内に空気等の気体を冷却媒体として流通することによ
り冷却することは難しい。これは冷却媒体としてガス体
を用いた場合にはその密度が小さいため冷却能力を表す
伝熱係数を大きく採ることに限界が有るためである。一
般的な二重管構造ではこのような制約があるため、金属
製の二重管構造を安定的に維持するためには、この部位
での燃焼ガスの温度を1000℃以下として運転しなく
てはならない。これはインコネル、ハステロイ等の高温
耐熱金属を用いたとしても同様である。実際、特開平5
−9404号公報では原料導入部位で形成された断面方
向の温度分布(最高温度と最低温度の温度差)は記載さ
れているものの、具体的に何℃の燃焼ガス流が導入され
たのか、また二重管構造部の過熱による損傷の有無、安
定操業の可否(常に安定した炉操業で効率よく製造する
ことができる、と記載されているにすぎない)について
判断できる開示はない。
[0007] The structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-9404 is considered to aim at forming a temperature distribution in the furnace cross-sectional direction in the combustion gas flow by forcibly cooling the choke portion. In the case of such a cooling structure, in a general double pipe structure, the temperature of the combustion gas at the material introduction site is set at 2 ° C.
When the temperature is around 000 ° C., it is difficult to cool the gas in the choke portion by flowing a gas such as air into the cooling cell as a cooling medium. This is because there is a limit in adopting a large heat transfer coefficient representing the cooling capacity because the density of the gas body is small when the gas body is used as the cooling medium. In a general double-pipe structure, there is such a restriction. In order to stably maintain a metal double-pipe structure, it is not necessary to operate the combustion gas at a temperature of 1000 ° C. or less at this portion. Not be. This is the same even when a high-temperature heat-resistant metal such as Inconel or Hastelloy is used. In fact,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9404 discloses a temperature distribution (temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature) in the cross-sectional direction formed at the raw material introduction site. There is no disclosure that can judge whether there is damage due to overheating of the double-pipe structure, and whether or not stable operation is possible (it merely states that efficient production can always be performed with stable furnace operation).

【0008】また、特開平5−9404号公報には二重
管部分の具体的な構造は開示されておらず、セル内での
局部加熱を生じさせないため可及的にデッドスペースの
ない形状に設計することが好ましい、と一般的な願望を
記載するにとどまる。しかしながら、原料導入部位を冷
却するには、原料導入ノズル等を避けて冷却媒体の流路
を設計することが必要であり、デッドスペースを全く有
さないものとすることは困難である。特開平5−940
4号公報においては「その仕様は空気などの冷媒が効率
よく熱交換されるような管内流速などを勘案して適宜に
設計される」といった一般的な記載があるに止まり、そ
のような解決困難な条件を満たす具体的な構造は何ら示
されておらず如何にして、冷媒が効率良く熱交換されチ
ョーク部を所望の温度に保ちうる所望の流速を得るとい
う容易でない課題を解決できるのかは全く不明である。
ようするに、チョーク部内の燃焼ガスの温度を2000
℃前後の高温とした場合でも十分且つ均一にチョーク部
材の冷却を行いうるような冷却構造は、従来、見出され
てはいなかった。特に、冷却媒体として気体を用いる場
合には、上述のように一般的な方法では伝熱係数には限
界があるため、チョーク部内の燃焼ガス流が高温の場合
には、冷却不足による溶損、熱応力による溶接部の割れ
等がチョーク部に発生すると安定操業に支障を来すた
め、重篤な問題となる。
[0008] Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-9404 does not disclose a specific structure of the double tube portion, and does not cause local heating in the cell, so that the shape is as small as possible with no dead space. It is only to state the general desire that it is preferable to design. However, in order to cool the raw material introduction site, it is necessary to design the flow path of the cooling medium avoiding the raw material introduction nozzle and the like, and it is difficult to have no dead space at all. JP-A-5-940
No. 4, there is only a general description such as "the specification is appropriately designed in consideration of the flow velocity in a pipe such that a refrigerant such as air efficiently exchanges heat", and such a solution is difficult. There is no specific structure that satisfies the various conditions.However, it is not possible to solve the difficult problem that the refrigerant efficiently exchanges heat and obtains a desired flow rate that can keep the choke at a desired temperature. Unknown.
The temperature of the combustion gas in the choke is set to 2000
A cooling structure capable of sufficiently and uniformly cooling the choke member even at a high temperature of about ° C has not been found so far. In particular, when a gas is used as the cooling medium, since the heat transfer coefficient is limited in the general method as described above, when the combustion gas flow in the choke portion is at a high temperature, erosion due to insufficient cooling, If cracks or the like in the weld due to thermal stress occur in the choke, the stable operation is hindered, which is a serious problem.

【0009】以上説明したように、従来技術によるカー
ボンブラック製造炉ではいずれも、2000℃前後の高
温での操業を安定に継続することができ優れた品質バラ
ンスを発揮するカーボンブラックを効率的に生産するに
は充分とは言えなかった。
As described above, all of the carbon black manufacturing furnaces according to the prior art efficiently produce carbon black exhibiting an excellent quality balance by stably operating at a high temperature of about 2000 ° C. That was not enough.

【0010】さらに、特開平5−9404号公報に記載
されているような金属二重構造のチョーク部を冷却した
場合、炉断面方向に温度分布が形成される、つまり断面
中心付近がチョーク内壁近傍すなわち円周付近に比較し
てより高温となるという温度勾配が形成される。これ
は、特開平5−9404号公報にて目的としているよう
なアグリゲートサイズ分布のブロードなカーボンブラッ
クを製造するという目的には適しているかも知れない
が、黒度や分散性、光沢、着色力に優れたカーボンブラ
ックの製造には不適であることが本発明者らの検討によ
り判明した。つまり、カーボンブラック生成反応領域に
おいて1800℃以上の高温を保持するには、特開平5
−9404号公報記載のような単純な金属二重管構造で
は不十分であることがわかった。
Further, when a choke portion having a double metal structure as described in JP-A-5-9404 is cooled, a temperature distribution is formed in the furnace cross-sectional direction, that is, the vicinity of the center of the cross-section is near the inner wall of the choke. That is, a temperature gradient is formed in which the temperature becomes higher than that near the circumference. Although this may be suitable for the purpose of producing a broad carbon black having an aggregate size distribution as intended in JP-A-5-9404, the blackness, dispersibility, gloss, coloring, The present inventors have found that the carbon black is not suitable for producing carbon black having excellent power. In other words, in order to maintain a high temperature of 1800 ° C. or more in the carbon black formation reaction region, it is necessary to use the method disclosed in
It has been found that a simple metal double tube structure as described in JP-A-9404 is insufficient.

【0011】以上説明したように、従来技術によるカー
ボンブラック製造炉ではいずれも、黒度、分散性等の特
性において優れた品質バランスを発揮するカーボンブラ
ックを効率的に生産することは困難であったため、その
解決が望まれた。本発明は特に1800℃を超える高温
での操業を可能とし、例えば従来より高黒度と良分散性
の両方を満足するカーボンブラックを製造することので
きる方法及び装置を提供する。
As described above, it has been difficult for any of the conventional carbon black production furnaces to efficiently produce carbon black exhibiting an excellent quality balance in characteristics such as blackness and dispersibility. The solution was desired. The present invention particularly provides a method and an apparatus which can operate at a high temperature exceeding 1800 ° C. and can produce, for example, carbon black which satisfies both high blackness and good dispersibility as compared with the prior art.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、燃焼
ガス流を形成させる第1反応帯域と、得られた燃焼ガス
流に原料炭化水素を混合してカーボンブラックを生成さ
せるチョーク部を有する第2反応帯域と、第2反応帯域
の下流にある、反応を停止させる第3反応帯域とを有す
るカーボンブラックの製造装置であって、チョーク部の
内壁面が非良熱伝導材料製のコーティングを有する良熱
伝導性材料で構成されてなるカーボンブラック製造装
置、燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域と、得られた
燃焼ガス流に原料炭化水素を混合してカーボンブラック
を生成させるチョーク部を有する第2反応帯域と、第2
反応帯域の下流にある、反応を停止させる第3反応帯域
とを有するカーボンブラックの製造装置であって、チョ
ーク部の内壁面が、非良熱伝導性材料であって、該熱伝
導性材料が、非良熱伝導性材料製コーティングとの間に
該良熱伝導性材料と非良熱伝導性材料製コーティングの
中間の熱膨張率を有する部材からなる中間層を有するも
のであるカーボンブラック製造装置、及びこのようなカ
ーボンブラック製造装置を用いてカーボンブック生成反
応を行うことを特徴とするカーボンブラックの製造方
法、に存する。
That is, the present invention comprises a first reaction zone for forming a combustion gas stream and a choke section for mixing a raw material hydrocarbon with the obtained combustion gas stream to produce carbon black. An apparatus for producing carbon black having two reaction zones and a third reaction zone downstream of the second reaction zone for stopping the reaction, wherein the inner wall surface of the choke portion has a coating made of a poor heat conductive material. Apparatus for producing carbon black composed of a material having good thermal conductivity, a first reaction zone for forming a combustion gas stream, and a choke section for mixing a raw material hydrocarbon with the obtained combustion gas stream to produce carbon black. A second reaction zone, a second
An apparatus for producing carbon black having a third reaction zone for stopping a reaction downstream of a reaction zone, wherein the inner wall surface of the choke portion is a non-good heat conductive material, and the heat conductive material is , A carbon black producing apparatus having an intermediate layer comprising a member having a coefficient of thermal expansion intermediate between that of the good thermal conductive material and the coating of the poor thermal conductive material, between the coating made of the poor thermal conductive material And a method for producing carbon black, wherein a carbon book producing reaction is performed using such a carbon black producing apparatus.

【0013】本発明の製造装置においては、カーボンブ
ラック生成反応が行われる部位において特定の部位に特
定の材質でコーティングが施されていることにより、チ
ョーク部の内壁面すなわち燃焼ガス流と接触する面の温
度を高く保ち、その反対側の面すなわちチョーク部を構
成する管体(以下「チョーク管体」という)の外表面
(チョーク部がジャケットを有する場合にはジャケット
側の面)の温度を低く保つことが可能である。このた
め、1800℃を超える高温域を実際に保持しつつカー
ボンブラック生成反応の安定した操業を行うことが可能
となる。さらに、燃焼ガス流から原料炭化水素への移動
熱量を低減でき、また燃焼ガスと接するチョーク内壁面
の温度が高く保たれるため、耐火物の一部がチョーク内
表面に析出する等の現象も防止できる。さらに、燃焼ガ
ス流のエネルギーを有効に利用することができるため、
多くの原料を噴霧供給出来ることになる。また、ジャケ
ットを設けて冷却媒体を流通する場合、冷却媒体と接触
する面である、チョーク管体の外表面の温度も低く抑え
られるため、冷却媒体の温度も低く保ちつつ操業を行う
ことができる。
In the manufacturing apparatus according to the present invention, since the specific site is coated with the specific material at the site where the carbon black generation reaction is performed, the inner wall surface of the choke portion, that is, the surface in contact with the combustion gas flow. Of the outer surface of the tube on the opposite side, that is, the tube constituting the choke portion (hereinafter referred to as “choke tube”) (if the choke portion has a jacket, the temperature on the jacket side) is lowered. It is possible to keep. For this reason, it is possible to perform a stable operation of the carbon black generation reaction while actually maintaining a high temperature range exceeding 1800 ° C. Furthermore, the amount of heat transferred from the combustion gas stream to the raw hydrocarbon can be reduced, and the temperature of the inner wall surface of the choke in contact with the combustion gas is kept high. Can be prevented. Furthermore, since the energy of the combustion gas stream can be used effectively,
Many raw materials can be supplied by spraying. In addition, when the cooling medium is circulated by providing the jacket, the temperature of the outer surface of the choke pipe, which is the surface that comes into contact with the cooling medium, can be kept low, so that the operation can be performed while keeping the temperature of the cooling medium low. .

【0014】従来の製造装置におけるごとくチョーク部
を耐火レンガで形成した場合には、レンガの多層構造と
なるため施工費用、材料費が大きい。メンテナンスも重
量が有り、モルタル施工とアーチ状形状で組み上げてい
るため衝撃等を嫌い移設、設置等にも時間とコストが必
要となる。これに対して本発明の製造装置を形成する場
合におけるコーティング処理は、下地処理を施した金属
表面に溶融したセラミックス等を固溶接合する等の手段
を採ればよいため、施工時間もコストも低減できる。さ
らに、コーティング部材を選択してコーティング層の厚
みを所望のものにすることにより、コーティングの剥
離、脱落を防止できる。更にコーティング表面に垂直方
向すなわちコーティングの厚み方向に、層を貫通しない
程度のクラック(ヘアークラック)を施工すれば熱応力
を緩和することができ、更に安定的な操業が可能とな
る。
When the choke portion is made of fire-resistant bricks as in the conventional manufacturing apparatus, the construction cost and material cost are large because of the multilayer structure of the bricks. The maintenance is heavy, and the mortar construction and the arched shape make it difficult to avoid impacts, so relocation and installation require time and cost. On the other hand, in the case of forming the manufacturing apparatus of the present invention, the coating treatment may be carried out by means such as solid welding of ceramics or the like melted to the metal surface subjected to the base treatment, thereby reducing the construction time and cost. it can. Further, by selecting the coating member and setting the thickness of the coating layer to a desired value, the coating can be prevented from peeling off and falling off. Further, if a crack (hair crack) not penetrating the layer is formed in a direction perpendicular to the coating surface, that is, in the thickness direction of the coating, thermal stress can be reduced, and more stable operation can be performed.

【0015】なお、コーティング面にエッジ部がある
と、その部分のコーティング厚さが他の部位と異なり、
剥離等の原因となる場合がある。これを防止するには、
このようなエッジ部分を有さない構造とすること、又は
当エッジ部に所望の角度以上となるように面取り加工を
施すことにより、剥離等のない安定操業が可能となる。
If there is an edge on the coating surface, the coating thickness at that portion is different from other portions,
It may cause peeling or the like. To prevent this,
By adopting a structure without such an edge portion or by chamfering the edge portion so as to have a desired angle or more, a stable operation without separation or the like can be performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の製造装置及び製造
方法についての詳細を記述する。本発明は、第1反応帯
域、第2反応帯域及び第3反応帯域を有する製造炉にお
いて、原料炭化水素を導入することによりカーボンブラ
ックを得る、いわゆるファーネス法に関するものであ
る。本発明の構成を、図を用いて説明する。図1は本発
明のカーボンブラック製造装置の一例を示す要部縦断面
概略図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, details of a manufacturing apparatus and a manufacturing method of the present invention will be described. The present invention relates to a so-called furnace method for obtaining carbon black by introducing a raw material hydrocarbon in a production furnace having a first reaction zone, a second reaction zone, and a third reaction zone. The configuration of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a main part showing an example of the carbon black producing apparatus of the present invention.

【0017】(製造炉の全体構成)炉は長さ方向に、燃
焼ガス流を形成させる第1反応帯域1と、得られた燃焼
ガス流に原料炭化水素を混合してカーボンブラックを生
成させるチョーク部を有する第2反応帯域2と、第2反
応帯域に引き続いた下流にある、反応を停止させる第3
反応帯域3に区分される。各反応帯域のプロセス自体
は、基本的に従来技術と同様の方法を採ることができ
る。第1反応帯域では一般に燃焼ノズル4から燃料と酸
素含有ガスを導入し、燃焼ガス流を発生させる。酸素含
有ガスとしては空気、酸素またはそれらの混合物が用い
られ、燃料としては水素、一酸化炭素、天然ガス、石油
ガス並びに重油等の石油系液体燃料、クレオソート油等
の石炭系液体燃料が使用される。
(Overall Configuration of Production Furnace) The furnace has a first reaction zone 1 for forming a combustion gas flow in a longitudinal direction, and a choke for producing a carbon black by mixing a raw material hydrocarbon with the obtained combustion gas flow. A second reaction zone 2 having a portion and a third reaction-stopping downstream downstream of the second reaction zone.
The reaction zone is divided into three. The process itself in each reaction zone can basically adopt the same method as in the prior art. In the first reaction zone, fuel and oxygen-containing gas are generally introduced from the combustion nozzle 4 to generate a combustion gas flow. Air, oxygen, or a mixture thereof is used as the oxygen-containing gas, and hydrogen, carbon monoxide, natural gas, petroleum gas, petroleum liquid fuel such as heavy oil, and coal liquid fuel such as creosote oil are used as fuel. Is done.

【0018】燃焼域とも称される第1反応帯域での燃焼
ガスの温度は、第2反応帯域において原料炭化水素の気
化量、気化速度を向上し、均一な気化、熱分解を達成す
るために充分な高温雰囲気であることが望ましく、特に
好ましくは1600℃以上、さらに好ましくは1700
〜2400℃とする。このような高温化を達成すること
により原料炭化水素と混合するガス温度が上昇され、カ
ーボンブラックの生産量が向上すると同時に、より小粒
子径カーボンブラックの生産が可能となる。
The temperature of the combustion gas in the first reaction zone, also referred to as the combustion zone, is used to improve the amount and rate of vaporization of the raw material hydrocarbons in the second reaction zone to achieve uniform vaporization and thermal cracking. A sufficiently high temperature atmosphere is desirable, particularly preferably 1600 ° C. or higher, more preferably 1700 ° C.
22400 ° C. By achieving such a high temperature, the temperature of the gas mixed with the raw material hydrocarbon is increased, and the production amount of carbon black is improved, and at the same time, the production of carbon black having a smaller particle diameter becomes possible.

【0019】第2反応帯域では第1反応帯域で得られた
高温ガス流に並流又は横方向に設けた原料炭化水素導入
ノズル5から原料炭化水素をチョーク部へ噴霧導入し、
原料炭化水素を熱分解させてカーボンブラックに転化さ
せる。原料炭化水素としてはベンゼン、トルエン、キシ
レン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族炭化水素、
クレオソート油、カルボン酸油等の石炭系炭化水素、エ
チレンヘビーエンドオイル、FCCオイル等の石油系重
質油、アセチレン系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水
素、ペンタンやヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素などが
好適に使用される。図1中、2で示される第2反応帯域
はチョーク部からなり、冷却ジャケット6を有してい
る。又、図1中、8は耐火物を示す。
In the second reaction zone, the raw hydrocarbon is sprayed and introduced into the chalk portion from the raw hydrocarbon introduction nozzle 5 provided in parallel or in the horizontal direction with the high-temperature gas flow obtained in the first reaction zone.
The raw hydrocarbon is pyrolyzed and converted into carbon black. As raw material hydrocarbons, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene, and anthracene;
Coal hydrocarbons such as creosote oil and carboxylic acid oil, heavy petroleum oils such as ethylene heavy-end oil and FCC oil, acetylene unsaturated hydrocarbons, ethylene hydrocarbons, and aliphatic saturated carbons such as pentane and hexane. Hydrogen or the like is preferably used. In FIG. 1, the second reaction zone indicated by reference numeral 2 comprises a choke portion and has a cooling jacket 6. In FIG. 1, reference numeral 8 denotes a refractory.

【0020】(チョーク部の構造)本発明においては、
上述の第2反応帯域に於けるチョーク部として、特定の
ものを使用することを特徴とする。すなわち、その内壁
面に非良熱伝導材料がコーティングされたものとする。
チョーク部の材質は、良熱伝導性材料製とする。ここで
良熱伝導性の材料とは、所望のカーボンブラック生成反
応条件下においてチョーク部の温度を所望の範囲に維持
するに足る熱交換が、ジャケット内に流通させる媒体と
の間に可能な程度の熱伝導率を有する材質を指し、熱伝
導率として具体的には10kcal/mhr℃以上,好
ましくは140kcal/mhr℃以上、より好ましく
は300kcal/mhr℃以上、さらに好ましくは3
30kcal/mhr℃以上である。
(Structure of Choke Part) In the present invention,
A specific one is used as the choke portion in the second reaction zone. That is, it is assumed that the inner wall surface is coated with a poor heat conductive material.
The material of the choke portion is made of a good heat conductive material. Here, the material having good thermal conductivity means that heat exchange sufficient to maintain the temperature of the choke portion in a desired range under the desired carbon black generation reaction conditions is possible between the medium and the medium flowing through the jacket. The thermal conductivity is specifically 10 kcal / mhr ° C or more, preferably 140 kcal / mhr ° C or more, more preferably 300 kcal / mhr ° C or more, and further preferably 3 kcal / mhr ° C or more.
30 kcal / mhr ° C or higher.

【0021】また冷却媒体として気体を用いるときは、
さらに高温に耐えるものとするためにはチョーク部管体
を形成する材質としてハステロイ、インコネル等の高温
耐火性金属とすれば800〜1000℃付近の温度にも
耐えるものとすることができる。セラミックスは一般に
1200℃以下であれば使用可能なため、高温耐火性金
属にセラミックスコーティングを施して、チョーク部内
壁面の温度を極力上げた操業が可能となる。したがっ
て、金属部材を上記設計温度に冷却する構造を用いて高
温の燃焼ガスと接触するチョーク内壁面の温度を上げる
ことによりチョーク部内から外部への移動熱量を低減で
き効率の良い操業が可能となる。
When a gas is used as the cooling medium,
In order to withstand high temperatures, if a high-temperature refractory metal such as Hastelloy or Inconel is used as a material for forming the choke tube, it can withstand temperatures around 800 to 1000 ° C. Since ceramics can generally be used at a temperature of 1200 ° C. or lower, it is possible to apply ceramic coating to a high-temperature refractory metal and to operate with the temperature of the inner wall surface of the choke part raised as much as possible. Therefore, by increasing the temperature of the inner wall surface of the choke that comes into contact with the high-temperature combustion gas by using a structure that cools the metal member to the design temperature, the amount of heat transferred from the inside of the choke portion to the outside can be reduced, and efficient operation becomes possible. .

【0022】材質としてより具体的には高熱伝導率の金
属である銅、アルミニウム、あるいはこれらを含有する
合金等が挙げられる。特に好ましくは、例えばリン脱酸
銅等の高純度銅等が挙げられる。金属以外の材料として
は例えばSiC、ダイヤモンド、窒化アルミ、窒化珪素
等が有る。これら金属以外の材料は薄く出来ない、割れ
やすいと言った欠点があり本発明におけるチョーク部と
して用いるには成型方法、冷却構造等を工夫することが
必要である。このように良熱伝導性の材料を用いること
により、カーボンブラック生成反応を高温で行い所望の
物性を得るために炉内を高温に保持すること、さらには
そのような高温でのカーボンブラックの製造を長期間に
わたって炉内壁の状態が変化することなく一定の条件に
継続しつつ行うことが可能となる。したがって、200
0℃以上の高温下においても耐久性を保持しチョーク内
の高温ガス流等の内容物が漏れたり吹き出したりするこ
とがなく、またチョーク内面としての好ましい程度の形
状及び平滑性を維持することが可能となるために高品質
のカーボンブラックの生産が可能となるのである。
More specifically, examples of the material include copper and aluminum, which are metals having high thermal conductivity, and alloys containing them. Particularly preferred is, for example, high-purity copper such as phosphorus-deoxidized copper. Materials other than metals include, for example, SiC, diamond, aluminum nitride, silicon nitride, and the like. Materials other than these metals have the drawback that they cannot be thinned and are liable to be broken, so that a molding method, a cooling structure, and the like need to be devised in order to use them as a choke in the present invention. By using such a material having good thermal conductivity, it is possible to carry out the carbon black generation reaction at a high temperature and to maintain the inside of the furnace at a high temperature in order to obtain desired physical properties, and further to produce the carbon black at such a high temperature. For a long period of time without changing the state of the inner wall of the furnace. Therefore, 200
It maintains durability even at a high temperature of 0 ° C. or more, does not leak or blow out contents such as a high-temperature gas flow in the chalk, and maintains a desirable degree of shape and smoothness as an inner surface of the chalk. This makes it possible to produce high-quality carbon black.

【0023】(コーティング)本発明においては、チョ
ーク部の内壁面に非良熱伝導性材料でコーティングが施
されている。非良熱伝導性材料とは、上述した良熱伝導
性材料以外の材料を指し、そのような材料であれば特に
限定されない。ただし後述するように熱伝導率と必要な
コーティングの厚さとは関係があるため、一般には熱伝
導率として8kcal/mhr℃以下が好ましく、特に
好ましくは1kcal/mhr℃以下、さらに好ましく
は0.5kcal/mhr℃以下である。
(Coating) In the present invention, the inner wall surface of the choke portion is coated with a poor heat conductive material. The non-good heat conductive material refers to a material other than the above-described good heat conductive material, and is not particularly limited as long as it is such a material. However, since there is a relationship between the thermal conductivity and the required thickness of the coating as described later, the thermal conductivity is generally preferably 8 kcal / mhr ° C or less, particularly preferably 1 kcal / mhr ° C or less, more preferably 0.5 kcal or less. / Mhr ° C or lower.

【0024】コーティング材の熱伝導率が大きければ大
きいほど、チョーク部の内外壁温度差が小さくなり熱応
力が小さい構造で設計が可能となる。非良熱伝導性材料
としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック
ス材料を用いればよく、均一にコーティングできる非良
熱伝導材料で有ればさらに好ましい。なお、ここでコー
ティングとは所望の厚さを有する層を形成し表面を覆う
ものであればその形成方法は限定されず塗布と融着によ
るものが代表的であるが蒸着、化学メッキによるものも
挙げられる。
The greater the thermal conductivity of the coating material, the smaller the temperature difference between the inner and outer walls of the choke portion, and the smaller the thermal stress, the more the design becomes possible. A ceramic material such as alumina, silica, or zirconia may be used as the non-good heat conductive material, and a non-good heat conductive material that can be uniformly coated is more preferable. Here, the coating is not limited to a forming method as long as it forms a layer having a desired thickness and covers the surface, and is typically formed by coating and fusing, but also by vapor deposition and chemical plating. No.

【0025】コーティングの厚さは限定されないが、5
mm以下が好ましい。さらに好ましくは3mm以下とす
る。コーティング層の厚みは厚ければ厚いほどコーティ
ング効果は増すが、その反面剥離等の問題が生じやす
い。特に、コーティング層の厚みは厚いほどコーティン
グ壁の高温側(燃焼ガス流と接触する側)の面(コーテ
ィング表面)と低温側(チョーク管体を形成する材質と
接触する側)の面(低温側面)との温度差が大きくな
る。従って両面間に熱応力等が生じるため、熱伝導率が
低い材質でコーティングした場合は温度勾配が大きくな
り、このために剥離、脱落等の問題が生じやすくなる。
このため、一般には厚みとしては3mm以下、好ましく
は0.3mm以下が望ましい。熱伝導率の異なる部材、
厚みを調整すること、またチョークにジャケットを設け
て冷却媒体を流通させ冷却媒体の流量を調整することに
より、チョーク部内壁面の温度を制御することができ
る。コーティング方法は限定されないが代表的には大き
く分けて塗布によるもの、コーティング母材を溶融させ
て溶着させる溶射法の2つがある。溶射法の方が密着性
がよく好ましい。溶射法はスプレーガンの種類、母材の
供給方法によって以下の3種類がある。プラズマ・パウ
ダー・スプレイ法、ローカイド・ロッド・スプレイ法、
サーモ・スプレイ法がありいずれの方法でも所望の性能
が出せれば問題ない。好ましくは母材の種類の多様性、
溶射コスト等からプラズマ・パウダー・スプレイ法が好
ましい。いずれの方法も被コーティング材表面にサンド
ブラスト等を施し、表面積を上げることにより密着強度
を上げる下地処理が必要である。次に被コーティング材
とコーティング材の中間の熱膨張率を有する部材を被コ
ーティング材表面にコーティングし、この上に所望のコ
ーティング材をコーティングするのが望ましい。この中
間層により腐食防止効果を付与することができ、また熱
応力による割れを防止するのに効果的である。腐食防止
効果に優れる中間層としてはNi、Cr系合金等の層が
好ましい。中間層の厚みは200μm以下が好ましく、
さらに好ましくは100μm以下である。中間層の形成
方法は、吹き付け塗装が代表的である。コーティングの
表面仕上げは研磨により所望の粗度に加工することがで
きる。
The thickness of the coating is not limited,
mm or less is preferable. More preferably, it is 3 mm or less. As the thickness of the coating layer increases, the coating effect increases, but on the other hand, problems such as peeling tend to occur. In particular, as the thickness of the coating layer increases, the surface on the high-temperature side (side in contact with the combustion gas flow) of the coating wall (coating surface) and the surface on the low-temperature side (side in contact with the material forming the choke pipe) (low-temperature side) ) Increases. Therefore, since thermal stress or the like is generated between both surfaces, when coated with a material having a low thermal conductivity, the temperature gradient becomes large, and problems such as peeling and falling off are likely to occur.
Therefore, in general, the thickness is desirably 3 mm or less, preferably 0.3 mm or less. Members with different thermal conductivity,
The temperature of the inner wall surface of the choke can be controlled by adjusting the thickness, or by providing a jacket on the choke to allow the cooling medium to flow and adjust the flow rate of the cooling medium. Although the coating method is not limited, there are typically two types: a coating method and a thermal spraying method in which a coating base material is melted and welded. The thermal spraying method is preferred because it has better adhesion. There are the following three types of thermal spraying methods depending on the type of spray gun and the method of supplying the base material. Plasma powder spray method, locide rod spray method,
There is no problem as long as the desired performance can be obtained by any of the thermospray methods. Preferably a variety of base material types,
The plasma powder spray method is preferable from the viewpoint of thermal spraying cost and the like. Both methods require a base treatment to increase adhesion by increasing the surface area by sandblasting the surface of the material to be coated. Next, it is desirable to coat a member having a coefficient of thermal expansion between the material to be coated and the coating material on the surface of the material to be coated, and then coat a desired coating material thereon. This intermediate layer can provide a corrosion prevention effect and is effective in preventing cracks due to thermal stress. As the intermediate layer having an excellent corrosion prevention effect, a layer made of Ni, Cr-based alloy or the like is preferable. The thickness of the intermediate layer is preferably 200 μm or less,
More preferably, it is 100 μm or less. A typical method of forming the intermediate layer is spray coating. The surface finish of the coating can be processed to a desired roughness by polishing.

【0026】チョーク部に耐火レンガを内張りする等の
方法を採ったとした場合には、レンガ一層の厚みで内張
りするとレンガ内外の温度勾配が大きくなり、熱応力等
で亀裂、脱落等が生じる。よって耐火レンガを冷却する
場合は各層のレンガ厚みに対する温度差つまり温度勾配
を使用する耐火材に合ったものとする必要がある。レン
ガ層が多層になると施工も煩雑となりコストもかかるこ
とが考えられる。これに対して本発明により上述のよう
な極薄のコーティングを施すことにより、金属等の良熱
伝導性材質製のチョーク部を用いた場合でもチョーク部
が急冷することもなくチョーク部内の燃焼ガス流の温度
を1800℃を超える高温下に安定に保つという未だか
つて達成し得なかった運転条件を達成したのであり、そ
の工業的意義は大きい。
When a method such as refractory brick lining is adopted for the chalk portion, if the thickness of the brick is one layer, the temperature gradient between the inside and outside of the brick becomes large, and cracks and falling off occur due to thermal stress and the like. Therefore, when cooling a refractory brick, it is necessary to make the temperature difference with the brick thickness of each layer, that is, a temperature gradient suitable for the refractory material used. When the brick layers are multi-layered, the construction is complicated and the cost may be high. On the other hand, by applying the ultra-thin coating as described above according to the present invention, the combustion gas in the choke portion is not rapidly cooled even when the chalk portion made of a good heat conductive material such as metal is used. This achieves the operating condition, which has not been achieved before, of maintaining the temperature of the stream stably at a high temperature exceeding 1800 ° C., and its industrial significance is great.

【0027】コーティングの厚みに差があると部分的に
温度差が生じ、上記同様に剥離、コーティング部材の脱
落が生じやすくなるため、実質的に均一なコーティング
層を形成するのが望ましい。すなわちコーティング表面
は、滑らかな状態とするのがよい。滑らかさの程度とし
ては好ましくはRmax=100S以下、さらに好ましく
はRmax=25S以下とするのが良い。Rmaxの値はJI
S B 0601による測定値である。さらに、コーテ
ィング表面に厚み方向すなわち内壁に対して垂直方向
に、層を貫通しないクラック(ヘアークラック)を入れ
ておくことが好ましい。こうすることにより、熱応力が
緩和され、剥離が防止できるため更に安定的な操業が可
能となるためである。コーティングされた部位は、90
゜以下のエッジを有さないことが好ましい。例えばチョ
ーク部入口のエッジについてはコーティングの均一性を
確保するための加工をする必要がある。これをしないと
剥離、欠けの原因となり安定的な操業ができなくなるこ
とがあるためである。この部分の加工はC1またはR1
以上の面取りをするのが好ましい。なお、JIS B
0001等にあるように、R1及びC1は各々、エッジ
部が半径1mm以上の円弧を成す、隣接する2辺の各々
が1mm以上を45゜で切り落として面取りすることを
意味する。
[0027] If there is a difference in the thickness of the coating, a temperature difference occurs partially, and peeling and falling off of the coating member easily occur as described above. Therefore, it is desirable to form a substantially uniform coating layer. That is, the coating surface should be smooth. The degree of smoothness is preferably R max = 100S or less, and more preferably R max = 25S or less. The value of R max is JI
This is a measured value according to SB0601. Further, it is preferable to form cracks (hair cracks) that do not penetrate the layer in the thickness direction, that is, the direction perpendicular to the inner wall, on the coating surface. By doing so, thermal stress is reduced, and peeling can be prevented, so that more stable operation is possible. The coated area is 90
こ と が It is preferable not to have the following edges. For example, it is necessary to process the edge of the chalk entrance to ensure uniformity of the coating. If this is not done, peeling and chipping may be caused, and stable operation may not be performed. Processing of this part is C1 or R1
It is preferable to perform the above chamfering. JIS B
As in 0001 and the like, R1 and C1 each mean that an edge portion forms an arc having a radius of 1 mm or more, and each of two adjacent sides is chamfered by cutting 1 mm or more at 45 °.

【0028】冷媒として気体を用いる場合には、好まし
くは、コーティングの表面の温度が500〜1600
℃、さらに好ましくは800〜1600℃となるように
コーティング厚み及び/又はコーティング材の熱伝導率
を調整するのが良い。冷媒として液体を用いる場合に
は、好ましくは、コーティングの表面の温度が300〜
800℃、さらに好ましくは500〜800℃となるよ
うにコーティング厚み及び/又はコーティング材の熱伝
導率を調整するのが良い。これは、上述のように水等の
液体を用いた場合には、チョーク管体の外表面すなわち
冷却側の壁面が冷却媒体である液体の沸点を超える温度
とならないようにすることが好ましいからである。
When a gas is used as the cooling medium, the temperature of the surface of the coating is preferably 500 to 1600.
It is preferable to adjust the coating thickness and / or the thermal conductivity of the coating material so that the temperature is in the range of 800C to 1600C. When using a liquid as a coolant, preferably, the temperature of the surface of the coating is 300 to
It is preferable to adjust the coating thickness and / or the thermal conductivity of the coating material to be 800 ° C., more preferably 500 to 800 ° C. This is because, when a liquid such as water is used as described above, it is preferable that the outer surface of the choke tube, that is, the wall surface on the cooling side does not reach a temperature exceeding the boiling point of the liquid as the cooling medium. is there.

【0029】(ジャケットの構成)チョーク部にはジャ
ケットを設けることが望ましい。そして該ジャケットに
冷却媒体を流通させることにより、チョーク部を所望の
温度に保つのが望ましい。ジャケットの材質は特に制限
されず、ジャケットという構造体としての耐久性が維持
できればよい。すなわち、冷却水等の冷却媒体を流通さ
せ、チョーク部との間で熱交換をしうる構造としうるた
めに、例えば冷却媒体が水である場合にはジャケットに
要求される特性は、水圧に耐えること、水に溶けないこ
と、設置できること等が挙げられる。冷却に用いる冷却
媒体は特に限定されず、空気、窒素等の各種の気体、水
等の液体を適宜選択して用いればよい。ジャケットに流
通させる冷媒の温度は特に限定されないが、冷媒として
液体を用いる場合には一般には20〜50℃、より好ま
しくは30〜40℃で流通させれば良い。冷媒として気
体を用いる場合にも温度は特に限定されず、流通量と目
的温度との兼ね合いで選択すれば良いが、大気をそのま
ま用いれば最も簡便である。
(Construction of Jacket) It is desirable to provide a jacket at the choke portion. It is desirable to keep the choke at a desired temperature by flowing a cooling medium through the jacket. The material of the jacket is not particularly limited as long as the durability of the structure as the jacket can be maintained. That is, in order to allow a cooling medium such as cooling water to flow therethrough so that heat can be exchanged between the cooling medium and the choke portion, for example, when the cooling medium is water, the characteristics required for the jacket withstand water pressure. , Insolubility in water, installation, etc. The cooling medium used for cooling is not particularly limited, and various gases such as air and nitrogen, and liquids such as water may be appropriately selected and used. The temperature of the refrigerant flowing through the jacket is not particularly limited, but when a liquid is used as the refrigerant, the temperature may be generally 20 to 50 ° C, more preferably 30 to 40 ° C. When a gas is used as the refrigerant, the temperature is not particularly limited, and may be selected in consideration of the flow rate and the target temperature. However, it is simplest to use the air as it is.

【0030】ジャケットを構成するフランジの高温側表
面にも又、コーティングを施すのが望ましい。フランジ
は燃焼ガス流路上流側すなわち第一反応帯域側と、下流
側すなわち第三反応帯域側とに各々あり、上流側がより
高温となるため、この面にコーティングを施すのが特に
望ましいが、チョーク部を上述したような高温下として
運転を行う場合には、下流側であっても相当の高温とな
るため、この側にもコーティングを施すのが望ましい。
なお、以上説明したジャケットは、必要に応じて長さ方
向に分割する、すなわち後述する図2に示すように複数
層のジャケット構造とする等、適宜構造を設計すること
ができる。
It is also desirable to apply a coating to the hot side surface of the flange constituting the jacket. The flanges are located on the upstream side of the combustion gas flow path, that is, on the first reaction zone side, and on the downstream side, that is, on the third reaction zone side. Since the upstream side has a higher temperature, it is particularly desirable to apply a coating to this surface. When the operation is performed under the high temperature as described above, the temperature is considerably high even on the downstream side, so it is desirable to apply the coating on this side as well.
The above-described jacket can be appropriately designed by dividing it in the length direction as necessary, that is, by employing a jacket structure having a plurality of layers as shown in FIG. 2 described later.

【0031】ここで、チョークの構造の具体例を、図2
に示す概略図をを用いて以下に説明する。なお、図2−
aはチョーク部断面、図2−bは図2−aに示すチョー
ク部を、図2−aにおけるA方向から見た矢視図であ
る。9はチョークのジャケットを構成するフランジであ
る。フランジのうち特に炉の中心軸近傍は、より高温と
なるため、この高温となる部分は良熱伝導部材で製作す
るのが望ましい。具体的には、600℃以上となる部
分、より好ましくは400℃以上となる部分、さらに好
ましくは250℃以上となる部分を、良熱伝導性部材で
構成するのが良い。図中、フランジは外周にガスケット
が取り付けられボルトナットで固定できる構造である。
9aはフランジの高温側表面である。すなわち、燃焼ガ
ス流路上流側のフランジではフランジの両面のうち燃焼
ガス流路上流側が、燃焼ガス流路下流側のフランジでは
フランジの両面のうち燃焼ガス流路下流側が、より高温
になる高温側表面である。
Here, a specific example of the structure of the chalk is shown in FIG.
This will be described below with reference to the schematic diagram shown in FIG. FIG.
FIG. 2A is a cross-sectional view of the choke portion, and FIG. 2B is a view of the choke portion illustrated in FIG. Reference numeral 9 denotes a flange which forms a chalk jacket. Since the temperature of the flange, especially in the vicinity of the central axis of the furnace, becomes higher, it is desirable that the high temperature portion is made of a good heat conducting member. Specifically, a portion having a temperature of 600 ° C. or higher, more preferably a portion having a temperature of 400 ° C. or higher, and still more preferably a portion having a temperature of 250 ° C. or higher may be formed of a good heat conductive member. In the figure, the flange has a structure in which a gasket is attached to the outer periphery and can be fixed with a bolt and nut.
9a is a high-temperature side surface of the flange. That is, in the flange on the upstream side of the combustion gas flow path, the upstream side of the combustion gas flow path out of the two surfaces of the flange, and on the flange on the downstream side of the combustion gas flow path, the downstream side of the combustion gas flow path out of the two surfaces of the flange has a higher temperature. Surface.

【0032】10はチョーク管体である。10aはチョ
ーク内壁面である。10bはチョーク管体の外表面であ
る。11、12は非良熱伝導性材料のコーティング層で
ある。11はチョーク部内壁面に施されたコーティング
層であり、12はフランジの高温側表面に施されたコー
ティング層である。11a、12aはコーティング表面
であり、11bはコーティングの低温側面である。
Reference numeral 10 denotes a choke tube. 10a is a chalk inner wall surface. 10b is the outer surface of the choke tube. Numerals 11 and 12 are coating layers of a poor heat conductive material. Reference numeral 11 denotes a coating layer applied to the inner wall surface of the choke portion, and reference numeral 12 denotes a coating layer applied to the high-temperature side surface of the flange. 11a and 12a are the coating surfaces, and 11b is the cold side of the coating.

【0033】13(13a、13b、13c)は冷却媒
体の流路である。13aは冷却媒体の流路のうちの最も
燃焼ガス流側に近い層(以下、流路第一層という)、1
3bは燃焼ガス流側に二番目に近い層(以下、流路第二
層という)、13cは燃焼ガス流から最も遠い層(以
下、流路第三層という)である。流路第一層に導入され
た冷却媒体は、チョーク管体を冷却しながらチョーク部
内の燃焼ガス流と交流方向に流路第一層を通過した後、
順次流路第二層、流路第三層を通過し、排出される。流
路第二層及び流路第三層に流通する冷却媒体により、主
にフランジ部が冷却される。各々の層は、更に区切りを
設けて断面積を調節した流路を構成することにより所望
の流速を得ることができる。14(14a、14b)は
仕切管である。14aは流路第一層と流路第二層とを区
切り、14bは流路第二層と流路第三層とを区切り、チ
ョーク管体及びジャケット外筒と同じ同心円状に設置さ
れている。15は、ジャケット外筒である。
Reference numeral 13 (13a, 13b, 13c) denotes a flow path for the cooling medium. 13a is a layer closest to the combustion gas flow side in the flow path of the cooling medium (hereinafter, referred to as a flow path first layer), 1
Reference numeral 3b denotes a layer second closest to the combustion gas flow side (hereinafter, referred to as a flow path second layer), and reference numeral 13c denotes a layer furthest from the combustion gas flow (hereinafter, referred to as a flow path third layer). The cooling medium introduced into the flow path first layer, after passing through the flow path first layer in the AC direction with the combustion gas flow in the choke portion while cooling the choke pipe,
The liquid passes through the second layer of the flow path and the third layer of the flow path sequentially and is discharged. The flange portion is mainly cooled by the cooling medium flowing through the flow path second layer and the flow path third layer. A desired flow rate can be obtained for each layer by forming a channel having a cross section adjusted by further providing a partition. 14 (14a, 14b) is a partition tube. 14a separates the flow path first layer and the flow path second layer, 14b separates the flow path second layer and the flow path third layer, and is installed concentrically with the choke tube and the jacket outer cylinder. . Reference numeral 15 denotes a jacket outer cylinder.

【0034】(本発明のおける冷却方法についての説
明)以上説明したジャケットに冷却媒体を流通させる。
冷媒としては液体又は気体が挙げられ、いずれでもよ
い。ただし、コーティングするチョーク管体の材質が非
良熱伝導性材料の場合には冷却側の壁面であるチョーク
管体の外表面の温度が水の沸点以上となり、局部加熱等
が生じチョーク管体の溶損、破損に繋がるため、安定的
な操業が困難となる。冷却水等の液体で冷却すると移動
した熱の再利用が困難である。また冷却媒体として水等
の液体を用いた場合には反応域壁面のうち内側の高温の
燃焼ガス流と接する側の温度を所望の温度以上に保ち且
つ壁面のうち外側の冷却水と接する側の温度を水の沸点
以下の温度になるように各材質、厚さ、冷却側の伝熱係
数を設定することには限界がある。燃焼ガス流と接触す
る壁面の温度が低下することは燃焼ガス流と反応域壁面
との間の熱交換量が大きくなることとなり、燃焼ガス流
の温度は低下し、カーボンブラック生成反応の温度が低
下し、所望の高温での反応を持続できず所望の品質のカ
ーボンブラックを得ることができない上、熱損失量等が
大きく経済的でない。
(Description of Cooling Method in the Present Invention) A cooling medium is circulated through the jacket described above.
The refrigerant may be a liquid or a gas, and may be any. However, if the material of the choke tube to be coated is a non-good heat conductive material, the temperature of the outer surface of the choke tube, which is the wall on the cooling side, becomes higher than the boiling point of water, causing local heating, etc. Stable operation is difficult because it leads to melting and damage. When cooled with a liquid such as cooling water, it is difficult to reuse the transferred heat. When a liquid such as water is used as the cooling medium, the temperature on the side of the reaction zone wall that contacts the high-temperature combustion gas flow is maintained at a desired temperature or higher, and the temperature on the side of the wall that contacts the outer cooling water is maintained. There is a limit in setting each material, thickness, and heat transfer coefficient on the cooling side so that the temperature is lower than the boiling point of water. A decrease in the temperature of the wall in contact with the combustion gas flow results in an increase in the amount of heat exchange between the combustion gas flow and the wall of the reaction zone. As a result, the reaction at a desired high temperature cannot be sustained, so that carbon black of a desired quality cannot be obtained.

【0035】冷却媒体として気体を用いれば、このよう
な問題は解決できる。冷却媒体を流通する条件は、上述
のように、チョーク管体の直接外側を流通する冷却媒体
の境膜係数が、200kcal/m2hr℃以上となるように流
通する。このうち特に望ましい流通条件は、冷却媒体が
気体と液体の場合で各々、以下の通りである。気体によ
る冷却の場合には、境膜係数が200kcal/m2hr℃以
上、好ましくは300kcal/m2hr℃以上、更に好ましく
は500kcal/m2hr℃以上である。境膜係数が200kca
l/m2hr℃未満では、チョーク部を過熱から防ぐのが困難
である。冷却媒体として液体を用いた場合には、上述の
ように、管体壁面温度がその液体の沸点以上となること
は望ましくないことから、境膜係数は、2000kcal/m
2hr℃以上、特に好ましくは7000kcal/m2hr℃以上、
更に好ましくは10000kcal/m2hr℃以上とするのが
好適である。
If gas is used as the cooling medium,
Problems can be solved. The conditions for flowing the cooling medium are as described above.
Cooling medium flowing directly outside the choke tube
Film coefficient is 200kcal / mTwoFlow over hr ° C
Pass. Among these, particularly desirable distribution conditions are that the cooling medium is
The gas and liquid cases are as follows, respectively. By gas
Cooling, the film coefficient is 200 kcal / mTwohr ℃ or less
Above, preferably 300kcal / mTwohr ℃ or more, more preferable
Is 500kcal / mTwohr ℃ or more. Film coefficient is 200kca
l / mTwoBelow hr ° C, it is difficult to prevent the chalk from overheating
It is. When a liquid is used as the cooling medium,
The pipe wall temperature must be higher than the boiling point of the liquid.
Is undesirable, the film coefficient is 2000 kcal / m
Twohr ° C or higher, particularly preferably 7000 kcal / mTwohr ℃ or more,
More preferably 10,000 kcal / mTwohr ℃ or more
It is suitable.

【0036】上記の境膜係数は以下の計算により算出で
きる。 h=0.023×Re0.8×Pr0.4×(λ/De) ・・・(I) (ただしReはレイノルズ数、Prはプラントル数であ
り、Re=ρvDe/η、Pr=Cpη/λ、ρは流体の
密度、vは流体の流速、Deは流路の断面の相対径、η
は流体の粘度、Cpは流体の比熱、λは流体の熱伝導
率) 境膜係数hは、上に示した式で表されるように冷却媒体
の流速、流路断面の相当径の関数であり、これらを選択
して所定の境膜係数を得ればよい。
The film coefficient can be calculated by the following calculation. h = 0.023 × Re 0.8 × Pr 0.4 × (λ / D e ) (I) (where Re is Reynolds number, Pr is Prandtl number, Re = ρvD e / η, Pr = C p η) / lambda, [rho is the density of the fluid, v is the flow velocity of the fluid, D e is the relative size of the cross section of the flow channel, eta
Is the viscosity of the fluid, C p is the specific heat of the fluid, λ is the thermal conductivity of the fluid) The film coefficient h is a function of the flow velocity of the cooling medium and the equivalent diameter of the cross section of the flow path as expressed by the above equation. These may be selected to obtain a predetermined film coefficient.

【0037】冷却媒体の流速は冷却媒体側の境膜係数に
大きく影響する。好適な流速は冷却媒体の流体密度、粘
度、熱伝導率、比熱及び流体が流れる断面形状等によっ
ても異なるが、冷却媒体が水等の液体であれば、断面に
おける平均流速で流速0.5m/sec以上、3m/sec以上、
8m/sec以上が好適である。流速の上限は特に限定され
ないが、流速を上げることにより圧力損失が急激に増加
して流体を流すためのエネルギーが増大してくるため、
このエネルギーと得られた境膜係数とを考慮して流速を
決定すれば良い。過度にチョーク管体を冷却すると燃焼
ガス流から奪われる熱量が増大するためカーボンブラッ
ク生成反応に使われるエネルギーの損失につながること
になるため、この点も考慮すれば良い。冷却媒体が空気
等の気体の場合は、液体に比較して密度が小さいので液
体の場合より高流速で冷却媒体を流すことになる。具体
的には、流速15m/sec以上、40m/sec以上、100m/
sec以上が適切である。流速が15m/sec未満の場合に
は、本発明で必要とする境膜係数を所定の範囲に維持す
るためには流路を極めて細分化して断面積を小さくする
ことが必要となり、実用可能な装置を設計するのが非常
に困難である。
The flow velocity of the cooling medium has a great influence on the film coefficient on the cooling medium side. The preferred flow rate varies depending on the fluid density of the cooling medium, viscosity, thermal conductivity, specific heat and the cross-sectional shape through which the fluid flows, but if the cooling medium is a liquid such as water, the average flow velocity in the cross section is 0.5 m / flow rate. sec or more, 3m / sec or more,
8 m / sec or more is preferable. The upper limit of the flow velocity is not particularly limited, but as the flow velocity is increased, the pressure loss sharply increases, and the energy for flowing the fluid increases.
The flow velocity may be determined in consideration of this energy and the obtained film coefficient. Excessive cooling of the choke tube increases the amount of heat deprived of the combustion gas flow, which leads to a loss of energy used for the carbon black generation reaction. When the cooling medium is a gas such as air, the density of the cooling medium is smaller than that of the liquid, so that the cooling medium flows at a higher flow rate than that of the liquid. Specifically, the flow velocity is 15 m / sec or more, 40 m / sec or more, 100 m / sec.
More than sec is appropriate. When the flow velocity is less than 15 m / sec, it is necessary to extremely divide the flow path to reduce the cross-sectional area in order to maintain the film coefficient required in the present invention within a predetermined range, which is practically applicable. It is very difficult to design the device.

【0038】流路断面の相当径は、0.00075〜
1.25m、より好ましくは0.002〜0.01m、
さらに好ましくは0.0025〜0.0038mとす
る。0.00075m未満の場合、必要な冷却条件を得
るための流量を確保するには圧力損失が増大する。1.
25mを超える場合、装置が極めて大規模となり経済的
に得策でない上格別の利益もない。なお、流路断面の相
当径は、断面積を断面の周長で割った値で表され、例え
ば矩形の場合は2辺の長さを各々a及びb、断面積をS
とすると、相当径はS/(a+b)で表せる。
The equivalent diameter of the cross section of the flow path is 0.000075-
1.25 m, more preferably 0.002 to 0.01 m,
More preferably, it is 0.0025 to 0.0038 m. If it is less than 0.00075 m, the pressure loss increases in order to secure a flow rate for obtaining necessary cooling conditions. 1.
If it exceeds 25 m, the apparatus becomes very large and there is no special advantage that is not economically feasible. The equivalent diameter of the flow path cross section is represented by a value obtained by dividing the cross sectional area by the perimeter of the cross section. For example, in the case of a rectangle, the lengths of two sides are a and b, and the cross sectional area is S.
Then, the equivalent diameter can be expressed by S / (a + b).

【0039】(本発明におけるカーボンブラックの製
造)本発明のカーボンブラックの製造方法は、以上説明
した本発明の製造装置を用いてカーボンブラック生成反
応を行えばよいのであるが、特に原料炭化水素導入位置
の温度は、好ましくは1600〜2400℃、より好ま
しくは1700〜2400℃、さらに好ましくは180
0〜2400℃が良い。この範囲で特に、原料炭化水素
が均一に気化、熱分解し、小粒径かつ粒子径分布がシャ
ープなカーボンブラックを得ることができることが、本
発明者らに見出されている。また、チョーク内のガス流
速は速いほど良い。原料炭化水素は導入後、燃焼ガスの
運動及び熱エネルギーにより微粒化されるが、その時の
燃焼ガスの速度は速い程良く、250m/s以上が好ま
しく、300〜500m/sが好適である。
(Production of carbon black in the present invention) In the method for producing carbon black of the present invention, the carbon black producing reaction may be carried out using the production apparatus of the present invention described above. The temperature at the position is preferably 1600 to 2400 ° C., more preferably 1700 to 2400 ° C., and further preferably 180 ° C.
0 to 2400 ° C is good. The present inventors have found that, particularly in this range, the raw material hydrocarbon is uniformly vaporized and thermally decomposed, and carbon black having a small particle size and a sharp particle size distribution can be obtained. The faster the gas flow rate in the choke is, the better. After introduction of the raw material hydrocarbons, they are atomized by the motion and thermal energy of the combustion gas. The speed of the combustion gas at that time is preferably as high as possible, preferably 250 m / s or more, and more preferably 300 to 500 m / s.

【0040】また原料炭化水素を炉内に均一に分散させ
るために、原料炭化水素は2個以上のノズルから炉内に
導入することが好ましい。チョーク内のガスを高速に保
つことにより燃焼ガスの持つ運動エネルギー及び熱エネ
ルギーを原料炭化水素の微細化に利用できるため結果的
に小粒子径のカーボンブラックが得られると同時に、チ
ョーク内の乱流混合によりカーボンブラック生成反応が
起こる雰囲気が一様となり粒子径分布の幅の小さなカー
ボンブラックが得られる。また、燃焼ガスの持つ熱エネ
ルギーを効率良くカーボンブラック生成反応に利用する
事ができるため、反応の速度が上がり、また反応場が均
一となり、その結果凝集体径の小さなカーボンブラック
を容易に得ることに寄与しているものと考えられる。
In order to uniformly disperse the starting hydrocarbons in the furnace, the starting hydrocarbons are preferably introduced into the furnace from two or more nozzles. By keeping the gas in the chalk at high speed, the kinetic energy and heat energy of the combustion gas can be used for the refinement of the raw material hydrocarbons, resulting in a carbon black with a small particle size and the turbulence in the chalk. By mixing, the atmosphere in which the carbon black generation reaction occurs becomes uniform, and carbon black having a small particle size distribution width can be obtained. In addition, since the thermal energy of the combustion gas can be efficiently used for the carbon black generation reaction, the reaction speed is increased and the reaction field is uniform, so that carbon black having a small aggregate diameter can be easily obtained. It is thought that it contributes to.

【0041】第3反応帯域は高温反応ガスを1000〜
800℃以下に冷却するため、反応停止流体導入用ノズ
ル7から水等を噴霧する。冷却されたカーボンブラック
は、捕集バッグフィルター等でガスと分離し回収する等
公知の一般的プロセスをとる。
In the third reaction zone, the high-temperature reaction gas is
Water or the like is sprayed from the reaction stop fluid introduction nozzle 7 in order to cool it to 800 ° C. or less. The cooled carbon black is subjected to a known general process such as separation and recovery from gas with a collecting bag filter or the like.

【0042】[0042]

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。
The present invention will be described below with reference to examples of the present invention.
The present invention is not limited to this.

【0043】(実施例1) [炉の全体構造]空気導入ダクトと燃焼バーナーを備え
る内径500mm、長さ1400mmの第1反応帯域、
周辺から複数の原料ノズルを貫設した内径50mm、長
さ800mmのチョーク部からなる第2反応帯域、クエ
ンチ装置を備えた内径200mm、長さ6000mmの
第3反応帯域、及び絞り機構として内弁径80mmのコ
ントロールバルブを順次結合した構造のカーボンブラッ
ク製造炉を設置した。チョーク部は図2に示すように冷
却構造及びコーティングを有し、材質としてリン脱酸銅
製の肉厚15mmの円筒管から成るものである。コーテ
ィングは、リン脱酸銅の円筒管内壁にニッケルクロム系
の下地コーティング(組成:Ni 80wt%、Cr
20wt%)を100μm施工して中間層を形成し、こ
の外面にアルミナ系セラミックス(組成:Al23
00%、熱伝導率:0.4kcal/mhr・℃)のコ
ーティングを300μm厚さで施工してある。
(Example 1) [Overall structure of furnace] A first reaction zone having an inner diameter of 500 mm and a length of 1400 mm provided with an air introduction duct and a combustion burner,
A second reaction zone consisting of a choke portion having an inner diameter of 50 mm and a length of 800 mm penetrating a plurality of raw material nozzles from the periphery, a third reaction zone having an inner diameter of 200 mm equipped with a quench device and a length of 6000 mm, and an inner valve diameter as a throttle mechanism A carbon black manufacturing furnace having a structure in which control valves of 80 mm were sequentially connected was installed. As shown in FIG. 2, the choke section has a cooling structure and a coating, and is formed of a 15 mm-thick cylindrical tube made of phosphor-deoxidized copper as a material. The coating is a nickel-chromium base coating (composition: Ni 80 wt%, Cr
(20 wt%) was applied to 100 μm to form an intermediate layer, and an alumina-based ceramic (composition: Al 2 O 3 1
A coating having a thickness of 300 μm and a coating rate of 00%, thermal conductivity: 0.4 kcal / mhr · ° C.) is applied.

【0044】[温度測定]第1反応帯域の炉壁内の2箇
所A点及びB点に熱電対を埋め込み(A点は炉内壁面か
ら75mm内側、B点は炉内壁面から220mm内側の
位置である)、コンピューターを用いてガスの流動と伝
熱の解析を実施し、炉内ガス温度及び炉内壁温度と測定
点(A点及びB点)の温度の関係を明らかにし、温度シ
ミュレーションプログラムを作成した。第1反応帯域の
炉壁はマグネシアレンガ、マグネシアクロムレンガ、ハ
イアルミナレンガ、断熱レンガ、断熱ボード、鉄皮等か
ら成り、これらの材質が使われている部分の寸法を正確
にモデル化し、これらの材質ね熱伝導率の温度依存性を
調べ、それぞれの物性値として入力してシミュレーショ
ンプログラムの作成を行った。このシミュレーションプ
ログラムを用いて、熱電対で実測可能な温度(1780
℃)の燃焼ガス流をチョーク部に導入してシミュレーシ
ョン結果とチョーク部入口に埋め込んだ熱電対による実
測値とを照合したところ、シミュレーション結果は実測
値と差がなく、本シミュレーションプログラムの有効性
が検証された。
[Temperature measurement] Thermocouples are embedded at two points A and B in the furnace wall of the first reaction zone (point A is 75 mm inside the furnace inner wall surface, and point B is 220 mm inside the furnace inner wall surface). The analysis of gas flow and heat transfer was performed using a computer, and the relationship between the gas temperature in the furnace, the furnace wall temperature, and the temperature at the measurement points (points A and B) was clarified. Created. The furnace wall of the first reaction zone is composed of magnesia brick, magnesia chrome brick, high alumina brick, heat insulating brick, heat insulating board, iron shell, etc., and accurately models the dimensions of the parts where these materials are used. The temperature dependence of the thermal conductivity of the material was investigated, and a simulation program was created by inputting the physical properties of each material. Using this simulation program, the temperature (1780) that can be measured with a thermocouple
° C) was introduced into the choke section and the simulation results were compared with the measured values by the thermocouple embedded in the choke inlet. The simulation results showed no difference from the measured values, demonstrating the effectiveness of the simulation program. Verified.

【0045】[カーボンブラックの生成]第1反応帯域
で、ブタン21.9Nm3/hr、燃焼空気酸素濃度2
4.9vol%、空気量450Nm3の範囲で導入し
て、高温燃焼ガス流を形成した。第1反応帯域で形成し
た燃焼ガス流を、流速452m/secでチョーク部内
に導入し、この燃焼ガス流中に原料炭化水素としてクレ
オソート油を原料噴霧ノズルより噴霧して、カーボンブ
ラック生成反応を行った。炉の運転中、冷却媒体をジャ
ケットに流してチョーク部を冷却した。冷却媒体の流路
の、チョーク部を冷却する部分の断面の相当径は0.0
17m、冷媒の流速は9.6m/secである。冷却水側の
境膜係数は25600kcal/m2hr℃である。チョーク部
内の燃焼ガス流の温度を、上記のシミュレーションプロ
グラムにより求めたところ、1857℃であった。な
お、上記のチョーク部内の燃焼ガス流速は、このシミュ
レーションプログラムにより求めた温度により求めた値
である。原料炭化水素を導入する位置における燃焼ガス
酸素濃度は0.5vol%であった。
[Formation of carbon black] In the first reaction zone, butane 21.9 Nm 3 / hr, combustion air oxygen concentration 2
A high-temperature combustion gas stream was formed by introducing 4.9 vol% and an air amount of 450 Nm 3 . The combustion gas stream formed in the first reaction zone is introduced into the choke section at a flow rate of 452 m / sec, and creosote oil is sprayed into the combustion gas stream as a raw material hydrocarbon from a raw material spray nozzle to perform a carbon black generation reaction. went. During operation of the furnace, a cooling medium was flowed through the jacket to cool the chalk. The equivalent diameter of the cross section of the portion of the cooling medium passage that cools the choke portion is 0.0
17 m, and the flow rate of the refrigerant is 9.6 m / sec. The film coefficient on the cooling water side is 25600 kcal / m 2 hr ° C. The temperature of the combustion gas flow in the choke portion was 1857 ° C. as determined by the above simulation program. The combustion gas flow velocity in the choke section is a value obtained from the temperature obtained by the simulation program. The combustion gas oxygen concentration at the position where the raw material hydrocarbon was introduced was 0.5 vol%.

【0046】チョーク入口より10.5mm下流、チョ
ーク管内壁面より8mm管壁内側の位置に熱電対を設置
したところ、上記の運転中、この部位での温度の実測値
は99.1℃であった。これはチョーク管体を構成する
リン脱酸銅の許容温度範囲である。上記の運転を3ヶ月
連続して行った後、チョーク部に10kg/m2の圧力
で水を流して水圧検査によりチョーク部の破損の有無を
確認したが、破損、割れもないことが確認できた。
When a thermocouple was installed at a position 10.5 mm downstream from the chalk inlet and 8 mm inside the wall of the choke pipe, the measured value of the temperature at this location during the above operation was 99.1 ° C. . This is the allowable temperature range of the phosphorous deoxidized copper constituting the choke tube. After the above operation was performed for three consecutive months, water was flowed through the choke at a pressure of 10 kg / m 2 , and the presence or absence of breakage of the choke was confirmed by a water pressure test. Was.

【0047】得られたカーボンブラックの物性値及び、
テスト後のチョーク部の構造検査結果を各々、表−2及
び表−3に示す。カーボンブラックの粒子径は15nm
で、小粒子径で高黒度のものが安定的に得られている。
これは、チョーク壁は材質に応じて維持可能な温度に保
持しつつ、チョーク部を流通する燃焼ガス流として、高
温且つ高流速のガス流を流通することが可能となったた
め、このように高品質のカーボンブラックを得ることが
できたものと考えられる。尚、表−2における各物性の
測定方法は、以下の通りである。
The physical properties of the obtained carbon black,
Tables 2 and 3 show the results of the structural inspection of the chalk after the test. Particle size of carbon black is 15 nm
Thus, a particle having a small particle size and high blackness is stably obtained.
This is because it is possible to flow a high-temperature and high-velocity gas flow as a combustion gas flow flowing through the choke portion while maintaining the chalk wall at a temperature that can be maintained according to the material. It is considered that high quality carbon black was obtained. In addition, the measuring method of each physical property in Table 2 is as follows.

【0048】(粒子径)電子顕微鏡法による。電子顕微
鏡法とは、以下に示す方法である。カーボンブラックを
クロロホルムに投入し、200KHzの超音波を20分
照射して分散させた後、分散試料を支持膜に固定する。
これを透過型電子顕微鏡で写真撮影し、写真上の直径と
写真の拡大倍率により粒子径を計算する。この操作を1
500回にわたって実施し、それらの値の算術平均によ
り求める。 (比表面積)比表面積(N2SA)はASTM D30
37−88に従って決定した。 (CrDBP)破砕DBP吸収数(CrDBP)はAS
TM D−3493−88に従って決定した。
(Particle Size) According to electron microscopy. Electron microscopy is a method described below. The carbon black is put into chloroform, irradiated with ultrasonic waves of 200 KHz for 20 minutes to be dispersed, and then the dispersed sample is fixed to a supporting film.
This is photographed with a transmission electron microscope, and the particle diameter is calculated from the diameter on the photograph and the magnification of the photograph. This operation is 1
The measurement is performed 500 times, and an arithmetic average of those values is obtained. (Specific surface area) The specific surface area (N 2 SA) is ASTM D30
37-88. (CrDBP) Crushed DBP absorption number (CrDBP) is AS
Determined according to TM D-3493-88.

【0049】(Dmod、D1/2)最大頻度ストークス相当
径(Dmod)及びストークス相当径半値幅(D1/2)は、
次の様にして決定した。スピン液として20%エタノー
ル溶液を用い、遠心沈降式の粒度分布測定装置(JLオ
ートメーション社製 DCF3型)により、ストークス
相当径を測定し、ストークス相当径を測定し、ストーク
ス相当径対与えられた試料中の相対的発生頻度のヒスト
グラムを作る。ヒストグラムのピークから直線Lを、Y
軸に平行にX軸まで引き、ヒストグラムのX軸上の点で
終わらせる。このヒストグラムのX軸の点でのストーク
ス相当径が最大頻度ストークス相当径Dmodである。ま
た、直線Lの中点を通りX軸に平行に線Mを引く。線M
はヒストグラムの分布曲線と2点O及びPで交わるが、
カーボンブラック粒子の2点O及びPでの2つのストー
クス相当径の差の絶対値がストークス相当径半値幅D
1/2値である。
(D mod , D 1/2 ) The maximum frequency Stokes equivalent diameter (D mod ) and the Stokes equivalent diameter half width (D 1/2 ) are:
The decision was made as follows. Using a 20% ethanol solution as a spin solution, a Stokes equivalent diameter is measured by a centrifugal sedimentation type particle size distribution analyzer (DCF3 type manufactured by JL Automation), a Stokes equivalent diameter is measured, and a Stokes equivalent diameter versus a given sample is measured. Make a histogram of the relative frequency of occurrence in A straight line L is drawn from the histogram peak to Y
Draw parallel to the axis to the X axis and end at a point on the X axis of the histogram. The Stokes equivalent diameter at the X-axis point of this histogram is the maximum frequency Stokes equivalent diameter D mod . Further, a line M is drawn in parallel with the X axis through the midpoint of the straight line L. Line M
Intersects the distribution curve of the histogram at two points O and P,
The absolute value of the difference between the two Stokes equivalent diameters at the two points O and P of the carbon black particles is the Stokes equivalent diameter half width D
1/2 value.

【0050】(D75)体積75%径(D75)は次の様に
して決定した。上記最大頻度ストークス径を決定する方
法に於いて、ストークス相当径対試料の相対的発生頻度
のヒストグラムから、それぞれのストークス相当径と頻
度から体積を求め、ストークス相当径対その相当径まで
の得られた試料の体積総和を表すグラフを作る。このグ
ラフ上、体積総和の75%の値の点よりX軸に垂線を引
き、X軸と交わった点での径が体積75%径(D75)で
ある。 (PVC黒度)PVC黒度は、試料カーボンブラック1
重量部をPVC樹脂100重量部に添加し、2本ロール
により分散、シート化し、三菱化学(株)カーボンブラ
ック「#40」「#45」の黒度を各々1点、10点と
基準値を定め、試料の黒度を視感判定により評価した。
(D 75 ) The volume 75% diameter (D 75 ) was determined as follows. In the method of determining the maximum frequency Stokes diameter, from the histogram of the Stokes equivalent diameter versus the relative frequency of occurrence of the sample, obtain the volume from each Stokes equivalent diameter and frequency, and obtain the Stokes equivalent diameter versus its equivalent diameter. Make a graph showing the total volume of the sample. On this graph, a perpendicular line is drawn from the point of 75% of the total volume to the X axis, and the diameter at the point of intersection with the X axis is the volume 75% diameter (D 75 ). (PVC blackness) The PVC blackness was measured using the sample carbon black 1
Parts by weight were added to 100 parts by weight of the PVC resin, dispersed and sheeted by two rolls, and the blackness of carbon black “# 40” and “# 45” of Mitsubishi Chemical Corporation was set to 1 point, 10 points and the reference value, respectively. Then, the blackness of the sample was evaluated by visual evaluation.

【0051】(分散指数)分散指数は次の方法により評
価した。LDPE樹脂中の分散状態を観察し、未分散凝
集塊の数をカウントし、その数の多い、すなわち、分散
指数が大きいほど、分散性は悪いと評価した。250c
cバンバリーミキサーにてLDEP樹脂に試料カーボン
ブラックを40重量%配合 し、115℃、4分混練す
る。 配合条件 LDPE樹脂 101.89g ステアリン酸カルシウム 1.39g イルガノックス1010 0.87g 試料カーボンブラック 69.43g 次に120℃で、2本ロールミルにてカーボンブラック
濃度が1重量%になるように希釈する。 希釈コンパウンド作成条件 LDPE樹脂 58.3g ステアリン酸カルシウム 0.2g カーボンブラック40%配合樹脂 1.5%
(Dispersion index) The dispersion index was evaluated by the following method. The state of dispersion in the LDPE resin was observed, the number of undispersed aggregates was counted, and the larger the number, that is, the higher the dispersion index, the worse the dispersibility was evaluated. 250c
c Using a Banbury mixer, mix 40% by weight of the sample carbon black with the LDEP resin and knead at 115 ° C for 4 minutes. Mixing conditions LDPE resin 101.89 g Calcium stearate 1.39 g Irganox 1010 0.87 g Sample carbon black 69.43 g Next, the mixture is diluted with a two-roll mill at 120 ° C. so that the carbon black concentration becomes 1% by weight. Diluting compound preparation conditions LDPE resin 58.3 g Calcium stearate 0.2 g Carbon black 40% compounding resin 1.5%

【0052】スリット幅0.3mmでシート化し、この
シートをチップに切断、240℃のホットプレート上で
65±3μmのフィルムに成形する。倍率20倍の光学
顕微鏡にて3.6mm×47mmの視野中の0.2mm
以上の直径の未分散塊の直径分布を測定し、その総面積
を計算する。この面積を0.35mm径の未分散凝集塊
の面積を基準に、総面積を基準面積で割り、基準粒子の
個数とし計算する。これを16視野以上観察し、平均値
を分散指数とする。
The sheet is formed into a sheet with a slit width of 0.3 mm, cut into chips, and formed into a film of 65 ± 3 μm on a hot plate at 240 ° C. 0.2 mm in a visual field of 3.6 mm x 47 mm with an optical microscope with a magnification of 20 times.
The diameter distribution of the undispersed mass having the above diameter is measured, and the total area is calculated. This area is calculated by dividing the total area by the reference area based on the area of the undispersed aggregate having a diameter of 0.35 mm as the number of reference particles. This is observed in 16 or more visual fields, and the average value is used as the dispersion index.

【0053】(実施例2)実施例1で用いたチョーク部
内壁面に中間層としてニッケルクロム系の下地コーティ
ングを施工せずに、アルミナ系セラミックスのコーティ
ングを施工した製造炉を用い、ブタン供給量、燃焼ガス
温度(上記シミュレーションプログラムによる値)を、
表−1に示すものとし、原料炭化水素中にはKOHを添
加した以外は実施例1と同様な操作を行い、カーボンブ
ラックの製造を行った。原料炭化水素中のKOHの添加
量は表−1中に「カリウム濃度」として記載した。炉の
運転中、チョーク入口より10.5mm下流、チョーク
管内壁面より8mm管内壁面側の位置の熱電対での温度
の実測値は122.8℃であった。得られたカーボンブ
ラックの物性値及び、テスト後のチョーク部の構造検査
結果を各々、表−2及び表−3に示す。カーボンブラッ
クの粒子径は15nmで、小粒子径で高黒度のものが安
定的に得られている。これは、チョーク壁は材質に応じ
て維持可能な温度に保持しつつ、チョーク部を流通する
燃焼ガス流として、高温且つ高流速のガス流を流通する
ことが可能となったため、このように高品質のカーボン
ブラックを得ることができたものと考えられる。
(Example 2) A production furnace in which an alumina ceramic coating was applied without using a nickel-chromium base coating as an intermediate layer on the inner wall surface of the chalk portion used in the first embodiment, butane supply amount, Combustion gas temperature (value from the above simulation program)
As shown in Table 1, carbon black was produced by performing the same operation as in Example 1 except that KOH was added to the raw material hydrocarbon. The amount of KOH added in the raw material hydrocarbon is described as "potassium concentration" in Table 1. During operation of the furnace, the measured value of the temperature of the thermocouple at a position 10.5 mm downstream from the chalk inlet and 8 mm from the inner wall surface of the choke tube to the inner wall surface of the tube was 122.8 ° C. The physical properties of the obtained carbon black and the structural inspection results of the chalk portion after the test are shown in Tables 2 and 3, respectively. Carbon black has a particle size of 15 nm, and a small particle size and high blackness are stably obtained. This is because it is possible to flow a high-temperature and high-velocity gas flow as a combustion gas flow flowing through the choke portion while maintaining the chalk wall at a temperature that can be maintained according to the material. It is considered that high quality carbon black was obtained.

【0054】(比較例1)コーティングを施していない
以外は実施例1と同様の製造炉を用いた以外は実施例1
と同様の操作を行った。得られたカーボンブラックの物
性値及び、テスト後のチョーク部の構造検査結果を各
々、表−2及び表−3に示す。得られたカーボンブラッ
クを実施例で得られたものと比較すると、PVC黒度が
低く分散性も劣っている。これは、良熱伝導性材料製の
チョーク部を外側から冷却することによってチョーク部
内の燃焼ガス流の熱エネルギーが奪われ、チョーク部内
の燃焼ガス流の温度が低下したためと考えられる。ま
た、外観検査では磨耗の発生が見られている。これは、
生成したカーボンブラックによるエロージョンと考えら
れる。実施例及び比較例を比べれば、本発明によりコー
ティングを施すことによりチョーク部内をより高温に保
つと同時にエロージョン防止の作用も有することがわか
る。
Comparative Example 1 Example 1 was repeated except that the same manufacturing furnace as in Example 1 was used except that no coating was applied.
The same operation as described above was performed. The physical properties of the obtained carbon black and the structural inspection results of the chalk portion after the test are shown in Tables 2 and 3, respectively. When the obtained carbon black is compared with those obtained in Examples, the PVC blackness is low and the dispersibility is inferior. This is considered to be because the heat energy of the combustion gas flow in the choke portion was deprived by cooling the choke portion made of the good heat conductive material from the outside, and the temperature of the combustion gas flow in the choke portion decreased. In addition, the appearance inspection shows that abrasion occurs. this is,
It is considered to be erosion due to the generated carbon black. By comparing the examples and comparative examples, it is understood that the coating according to the present invention keeps the inside of the choke at a higher temperature and also has the effect of preventing erosion.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】[0056]

【表2】 [Table 2]

【0057】[0057]

【表3】 [Table 3]

【0058】引き続き更に3ヶ月の運転を継続して行
い、外観検査を実施したところ実施例1の製造炉は相変
わらず剥離、割れ、摩耗等もなく健全であった。実施例
2の製造炉は微小な割れが増加していた。比較例1の製
造炉は更に摩耗が進行していた。
The operation was further continued for three months, and the appearance inspection was carried out. As a result, the production furnace of Example 1 was still sound without peeling, cracking, abrasion and the like. In the production furnace of Example 2, minute cracks were increased. The production furnace of Comparative Example 1 was further worn.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のカーボンブ
ラック製造装置を用いることにより、樹脂着色剤、印刷
インキ、塗料において黒色顔料として使用した際に従来
二律背反の関係にあり両立が困難とされていた黒色度と
分散性を満足するカーボンブラックを得ることができ
る。従って、樹脂着色剤、印刷インキ、塗料において黒
色顔料として大変有用なカーボンブラックの製造を行う
ことができ、工業的に非常に有用である。
As described above, by using the carbon black producing apparatus of the present invention, it has been considered that the use of the carbon black producing apparatus as a black pigment in a resin colorant, a printing ink, or a paint is inconsistent with the prior art, and it is difficult to achieve both. Carbon black satisfying the desired blackness and dispersibility can be obtained. Therefore, carbon black, which is very useful as a black pigment in resin colorants, printing inks and paints, can be produced, which is industrially very useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】カーボンブラック製造装置の一例を示す要部縦
断面概略図
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a main part showing an example of an apparatus for producing carbon black.

【図2】本発明のカーボンブラック製造装置のチョーク
部の具体例を示す概略図
FIG. 2 is a schematic view showing a specific example of a choke section of the carbon black producing apparatus of the present invention.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域
と、得られた燃焼ガス流に原料炭化水素を混合してカー
ボンブラックを生成させるチョーク部を有する第2反応
帯域と、第2反応帯域の下流にある、反応を停止させる
第3反応帯域とを有するカーボンブラックの製造装置で
あって、チョーク部の内壁面が非良熱伝導材料製のコー
ティングを有する良熱伝導性材料で構成されてなるカー
ボンブラック製造装置。
1. A first reaction zone for forming a combustion gas flow, a second reaction zone having a choke section for mixing a raw material hydrocarbon with the obtained combustion gas flow to generate carbon black, and a second reaction zone. A carbon black producing apparatus having a third reaction zone for stopping the reaction, which is located downstream of the apparatus, wherein the inner wall surface of the choke portion is formed of a good heat conductive material having a coating made of a poor heat conductive material. Carbon black production equipment.
【請求項2】 燃焼ガス流を形成させる第1反応帯域
と、得られた燃焼ガス流に原料炭化水素を混合してカー
ボンブラックを生成させるチョーク部を有する第2反応
帯域と、第2反応帯域の下流にある、反応を停止させる
第3反応帯域とを有するカーボンブラックの製造装置で
あって、チョーク部の内壁面が、非良熱伝導性材料であ
って、該熱伝導性材料が、非良熱伝導性材料製コーティ
ングとの間に該良熱伝導性材料と非良熱伝導性材料製コ
ーティングの中間の熱膨張率を有する部材からなる中間
層を有するものであるカーボンブラック製造装置。
2. A first reaction zone for forming a combustion gas stream, a second reaction zone having a choke section for mixing a raw material hydrocarbon with the obtained combustion gas stream to produce carbon black, and a second reaction zone. A carbon black producing apparatus having a third reaction zone for stopping a reaction, which is located downstream of the apparatus, wherein the inner wall surface of the choke portion is a non-good heat conductive material, and the heat conductive material is a non-good heat conductive material. An apparatus for producing carbon black, comprising an intermediate layer made of a member having a coefficient of thermal expansion intermediate between that of the good thermal conductive material and the coating of the poor thermal conductive material, between the coating made of the good thermal conductive material.
【請求項3】 チョーク部がジャケットを有することを
特徴とする請求項1又は2記載のカーボンブラック製造
装置。
3. The carbon black producing apparatus according to claim 1, wherein the choke portion has a jacket.
【請求項4】 ジャケットを構成するフランジの高温側
表面が非良熱伝導材料でコーティングされてなる請求項
3記載のカーボンブラック製造装置。
4. The apparatus for producing carbon black according to claim 3, wherein the high-temperature side surface of the flange constituting the jacket is coated with a poor heat conductive material.
【請求項5】 チョーク部が金属製である請求項1〜4
のいずれかに記載のカーボンブラック製造装置。
5. The choke portion is made of metal.
The carbon black production apparatus according to any one of the above.
【請求項6】 コーティングの厚さが5mm以下である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のカー
ボンブラック製造装置。
6. The carbon black producing apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the coating is 5 mm or less.
【請求項7】 コーティング表面が滑らかな状態であ
り、且つコーティング表面に厚み方向にクラックを入れ
た加工をしてなる請求項1〜6のいずれかに記載のカー
ボンブラック製造装置。
7. The carbon black producing apparatus according to claim 1, wherein the coating surface is smooth, and the coating surface is cracked in a thickness direction.
【請求項8】 コーティングされた部位が90度以下の
エッジを有さないことを特徴とする1〜7のいずれかに
記載のカーボンブラック製造装置。
8. The carbon black producing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the coated portion does not have an edge of 90 degrees or less.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載のカーボ
ンブラック製造装置内でカーボンブック生成反応を行う
ことを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
9. A method for producing carbon black, comprising performing a carbon book forming reaction in the apparatus for producing carbon black according to any one of claims 1 to 8.
【請求項10】 請求項1〜8のいずれかに記載のカー
ボンブラック製造装置を用い、カーボンブラック生成反
応時にチョーク部のジャケットに液体を流通させること
を特徴とするカーボンブラックの製造方法。
10. A method for producing carbon black, comprising using the apparatus for producing carbon black according to any one of claims 1 to 8 to allow a liquid to flow through a jacket of a chalk portion during a carbon black generation reaction.
【請求項11】 請求項1〜8のいずれかに記載のカー
ボンブラック製造装置を用い、カーボンブラック生成反
応時にチョーク部のジャケットに気体を流通させること
を特徴とするカーボンブラックの製造方法。
11. A method for producing carbon black, comprising using the apparatus for producing carbon black according to any one of claims 1 to 8 to flow a gas through a jacket of a choke portion during a carbon black production reaction.
【請求項12】 コーティング表面の温度が500〜1
600℃となる条件下でカーボンブラック生成反応を行
うことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の
カーボンブラックの製造方法。
12. The temperature of the coating surface is 500 to 1
The method for producing carbon black according to any one of claims 9 to 11, wherein the carbon black production reaction is performed under a temperature of 600 ° C.
【請求項13】 冷却媒体側の境膜係数が2000kcal
/m2hr℃以上となる条件下でカーボンブラック生成反応
を行うことを特徴とする請求項10又は12記載のカー
ボンブラックの製造方法。
13. The film coefficient on the cooling medium side is 2000 kcal.
The method for producing carbon black according to claim 10 or 12, wherein the carbon black formation reaction is carried out under a condition of not less than / m 2 hr ° C.
【請求項14】 冷却媒体側の境膜係数が200kcal/m
2hr℃以上となる条件下でカーボンブラック生成反応を
行うことを特徴とする請求項11又は12記載のカーボ
ンブラックの製造方法。
14. The film coefficient on the cooling medium side is 200 kcal / m.
13. The method for producing carbon black according to claim 11, wherein the carbon black formation reaction is performed under a condition of 2 hr ° C. or higher.
JP11106722A 1999-04-14 1999-04-14 Apparatus for producing carbon black and production of carbon black Pending JP2000297227A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11106722A JP2000297227A (en) 1999-04-14 1999-04-14 Apparatus for producing carbon black and production of carbon black

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11106722A JP2000297227A (en) 1999-04-14 1999-04-14 Apparatus for producing carbon black and production of carbon black

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000297227A true JP2000297227A (en) 2000-10-24

Family

ID=14440852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11106722A Pending JP2000297227A (en) 1999-04-14 1999-04-14 Apparatus for producing carbon black and production of carbon black

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000297227A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6207131B1 (en) Method and apparatus for producing titanium dioxide
US6358487B1 (en) Carbon black and process for producing the same
WO1999011722A1 (en) Carbon black and process for producing the same
TW201109429A (en) Pyrolysis reactor materials and methods
EP0852568B1 (en) Method and apparatus for producing titanium dioxide
JPS58225139A (en) Rubber composition for tire
JP3071533B2 (en) Method and apparatus for producing carbon black
JPH10140033A (en) Production of carbon black
KR100737335B1 (en) Method and apparatus for producing carbon black, and method and apparatus for burning in furnace
JP2000297227A (en) Apparatus for producing carbon black and production of carbon black
JP2931117B2 (en) Apparatus and method for producing carbon black
JP2000345069A (en) Production of carbon black and equipment for producing carbon black
JP2013082776A (en) Method for manufacturing carbon black, and carbon black
JP4904629B2 (en) Carbon black manufacturing apparatus and manufacturing method, furnace combustion apparatus and furnace combustion method
JP3727161B2 (en) Carbon black manufacturing method and carbon black manufacturing apparatus
JP2000297229A (en) Production of carbon black and apparatus for producing carbon black
JPH059404A (en) Preparation of carbon black
JP2004203957A (en) Carbon black-producing installation and method for producing the carbon black
JPH11181321A (en) Carbon black production equipment and manufacture of carbon black
JP2009167288A (en) Carbon black production apparatus
JP2000297230A (en) Apparatus for producing carbon black and production of carbon black
JP2000345071A (en) Atomizer burner for carbon black material, and apparatus and method for producing carbon black
JPH11335579A (en) Preparation apparatus for carbon black and preparation of carbon black using same
JPH11349313A (en) Apparatus for producing carbon black and production of carbon black
JPH059403A (en) Furnace and method for producing carbon black