JP2003277645A - Apparatus and method for producing carbon black - Google Patents
Apparatus and method for producing carbon blackInfo
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Abstract
Description
【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等の各種用途にそれぞれ最適
な物性を有するカーボンブラックを製造する製造装置及
びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof for manufacturing carbon black having optimum physical properties for various uses such as a filling material, a reinforcing material, a conductive material and a coloring pigment.
【0002】[0002]
【従来の技術】カーボンブラックは顔料、充填剤、及び
補強用顔料、耐候性改善剤として広く使用されており、
その製造方法としては、円筒状の第1反応帯域の炉軸方
向又は接線方向に酸素含有ガスと燃料を導入し燃焼させ
て高温燃焼ガス流を形成し、この高温燃焼ガス流を第1
反応帯域の下流側に設けられた第2反応帯域(カーボン
ブラック生成領域ともいう)中に導入して移動させなが
ら、この高温燃焼ガス流中に、例えば液状の原料を噴霧
供給してカーボンブラックを生成させ、生成したカーボ
ンブラックを含有している高温燃焼ガス流を第2反応帯
域の下流側に設けられた第3反応帯域に導き急冷してカ
ーボンブラックの生成反応を停止させるファーネス式製
造方法が広く知られている。Carbon black is widely used as a pigment, a filler, a reinforcing pigment and a weather resistance improver.
The production method is as follows: the oxygen-containing gas and the fuel are introduced in the axial direction or the tangential direction of the cylindrical first reaction zone and burned to form a high temperature combustion gas flow.
While introducing and moving into a second reaction zone (also referred to as a carbon black production zone) provided on the downstream side of the reaction zone, for example, a liquid raw material is spray-supplied into the high temperature combustion gas stream to supply carbon black. A furnace-type manufacturing method for producing a high temperature combustion gas flow containing the produced carbon black, introducing the high temperature combustion gas flow to a third reaction zone provided on the downstream side of the second reaction zone, and quenching it to stop the carbon black production reaction is described. Widely known.
【0003】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は黒度、分散
性、光沢、着色力に優れたものが求められ、また主に自
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
クは耐摩耗性に優れたものが求められる。黒度、着色力
はカーボンブラックの1次粒子径への依存性が大きく、
1次粒子径が小さくなるほど高黒度となることが知られ
ている。黒度と1次粒子径との関係は、例えば、特開昭
50−68992号公報に開示されている。また、この
ような1次粒子径の小さなカーボンブラックをタイヤの
補強剤として使用した場合には、優れた耐摩耗性を示し
てタイヤの寿命が長くなることが知られている。Carbon black used as a colorant in resin colorants, printing inks and paints is required to have excellent blackness, dispersibility, gloss and tinting strength, and is mainly used as a reinforcing agent for automobile tires. The carbon black produced is required to have excellent abrasion resistance. Blackness and tinting strength are highly dependent on the primary particle size of carbon black,
It is known that the smaller the primary particle size, the higher the blackness. The relationship between the blackness and the primary particle size is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-68992. It is also known that when such carbon black having a small primary particle size is used as a reinforcing agent for a tire, it exhibits excellent wear resistance and the life of the tire is extended.
【0004】ここで、1次粒子径の小さなカーボンブラ
ックを得るには、高温燃焼ガス流を第2反応帯域に設け
たチョーク部に導いて高温、高流速の燃焼ガス流を形成
し、この燃焼ガス流中に原料を噴霧しこの燃焼ガス流の
有する運動及び熱エネルギーを利用して気化させて熱分
解させ、更に蒸発させて凝縮させることにより製造する
のが効果的であることはよく知られている。しかし、得
られる高温燃焼ガス流の温度には制約があり、多量の原
料を供給すると、原料を気化するために多くの熱エネル
ギーが消費されて燃焼ガス流の温度が低下するという問
題が生じる。このため、燃焼ガス流量に対して供給する
原料の量を少なくして燃焼ガス流の温度低下を防止し、
供給した原料の気化、熱分解、蒸発を促進して1次粒子
径の小さなカーボンブラックを得ることが行われてい
る。しかし、原料の供給量が少なくなるため、カーボン
ブラックの生産量が低下するという問題が生じる。Here, in order to obtain carbon black having a small primary particle diameter, a high temperature combustion gas flow is introduced into a choke portion provided in the second reaction zone to form a high temperature and high velocity combustion gas flow, and this combustion is performed. It is well known that it is effective to spray a raw material in a gas stream, vaporize it by utilizing the kinetic and thermal energy of this combustion gas stream to thermally decompose it, and further evaporate and condense it. ing. However, the temperature of the obtained high temperature combustion gas flow is limited, and when a large amount of the raw material is supplied, a large amount of thermal energy is consumed to vaporize the raw material, and the temperature of the combustion gas flow decreases. Therefore, the amount of the raw material to be supplied to the combustion gas flow rate is reduced to prevent the temperature of the combustion gas flow from decreasing.
Carbon black having a small primary particle size is obtained by promoting vaporization, thermal decomposition and evaporation of the supplied raw material. However, there is a problem that the production amount of carbon black decreases because the supply amount of the raw material decreases.
【0005】また、カーボンブラックは最終的には1次
粒子が何個も連なったストラクチャーと言われる集合体
で構成されている。また、これまで1次粒子径とストラ
クチャーに起因すると考えられていたカーボンブラック
の特性は、これらが凝集した凝集体の効果としてよりよ
く説明できる場合があることが明らかになってきた。こ
のため、凝集体のサイズを定量的に求める方法として、
遠心沈降法等により凝集体径とその分布を測定すること
が採用されている。例えば、着色力などの光学的性質や
配合ゴム組成物の動的粘弾性特性や補強性に対しては、
1次粒子径やストラクチャーと共に凝集体径とその分布
が大きな役割を果たしていると考えられる。樹脂着色用
途でみた場合は、凝集体径は小さいほど高黒度になるこ
とが知られている。また、凝集体径は、ゴムに配合した
場合の引張応力や押し出し特性、インキや塗料のビヒク
ル並びに樹脂に配合した場合の分散性や黒度、粘度など
に多大な影響を与える。従って、1次粒子径やストラク
チャーと共に凝集体径やその分布を制御することが、カ
ーボンブラックの特性そのものを制御することにつなが
る。Further, the carbon black is finally composed of an aggregate called a structure in which many primary particles are connected. Further, it has become clear that the characteristics of carbon black, which have been thought to be caused by the primary particle diameter and the structure, can be better explained as the effect of the aggregates in which they are aggregated. Therefore, as a method for quantitatively determining the size of the aggregate,
It is adopted to measure the aggregate size and its distribution by a centrifugal sedimentation method or the like. For example, for optical properties such as tinting strength and dynamic viscoelastic properties and reinforcing properties of the compounded rubber composition,
It is considered that the aggregate size and its distribution play a large role together with the primary particle size and structure. It is known that the smaller the aggregate diameter is, the higher the blackness is when it is used for resin coloring. In addition, the aggregate diameter has a great influence on tensile stress and extrusion characteristics when compounded with rubber, dispersibility, blackness, viscosity and the like when compounded with vehicle of ink or paint and resin. Therefore, controlling the diameter of the aggregate and the distribution thereof together with the primary particle diameter and the structure leads to controlling the characteristics of the carbon black itself.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、インク
ジェット用カーボンブラックの黒度に影響する因子を検
討した結果、1次粒子径が小さく(例えば、15〜30
nm)てストラクチャーが大きく(例えば、圧縮DBP
吸油量で100ミリリットル/100g〜130ミリリ
ットル/100g)、かつ凝集体径分布の幅が狭い(例
えば、D1/2 で30〜50nm)カーボンブラックが従
来に比して高い黒度をもたらす要因であることを見いだ
した。また、このような特性を有するカーボンブラック
は、タイヤの高耐摩耗性が要求されるトラック、バス、
レース車両等で使用するタイヤ補強材の分野で要求され
る特性を有するカーボンブラックと同一であることが判
明した。そのため、1次粒子径が小さく、ストラクチャ
ーが大きく、しかも凝集体径分布の幅が狭いカーボンブ
ラックを高精度、高効率で製造できる製造装置及び製造
方法の開発が大きな課題となっている。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have examined factors affecting the blackness of inkjet carbon black, and as a result, the primary particle size is small (for example, 15 to 30).
nm and a large structure (for example, compressed DBP
The reason is that carbon black having an oil absorption of 100 ml / 100 g to 130 ml / 100 g) and a narrow width of the aggregate size distribution (for example, 30 to 50 nm in D 1/2 ) brings about a higher blackness than the conventional one. I found something. Further, carbon black having such characteristics is used for trucks, buses, which require high wear resistance of tires,
It has been found to be the same as carbon black having the properties required in the field of tire reinforcements used in racing vehicles and the like. Therefore, development of a manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of manufacturing a carbon black having a small primary particle diameter, a large structure, and a narrow width of agglomerate diameter distribution with high accuracy and efficiency is a major issue.
【0007】カーボンブラックの生産性を確保して1次
粒子径の小さなカーボンブラックを製造する方法とし
て、例えば、第2反応帯域の原料供給部位における燃焼
ガス流中にある程度の残存酸素を残しておき、多量に供
給した原料の一部を燃焼させることにより熱エネルギー
を供給して多量の原料を供給しても燃焼ガス流の温度低
下を防止し、1次粒子径の小さなカーボンブラックを得
る方法が提案されている。しかしながら、この方法では
供給した原料の一部が燃焼反応で使用されるため、供給
した原料に対してのカーボンブラックの歩留まりが悪く
なるという問題が発生する。更に、原料の一部が燃焼す
ることにより、第2反応帯域の雰囲気温度が変動し、カ
ーボンブラックの均一な生成に悪影響を及ぼす。しか
も、この製造方法では、ストラクチャーの大きなカーボ
ンブラックを得ることに関しては顕著な効果が望めな
い。一方、ストラクチャーを大きくするには、生成した
1次粒子同士を高頻度で衝突させねばならず、そのため
には第2反応帯域での燃焼ガス流の状態を強乱流状態に
する必要がある。しかしながら、燃焼ガス流の状態を強
乱流状態にすると、ストラクチャーは大きくなるが、そ
れと同時に凝集体径分布の幅も大きくなるという問題が
生じ、ストラクチャーが大きく、しかも凝集体径分布の
幅が狭いという条件が達成されないことになる。本発明
はかかる事情に鑑みてなされたもので、1次粒子径が小
さくてストラクチャーが大きく、かつ凝集体径分布が狭
いカーボンブラックを効率的に製造するための製造装置
及び製造方法を提供することを目的とする。As a method for producing carbon black having a small primary particle size while ensuring the productivity of carbon black, for example, some residual oxygen is left in the combustion gas flow at the raw material supply site in the second reaction zone. A method of obtaining a carbon black having a small primary particle size by preventing the temperature of the combustion gas stream from decreasing even when a large amount of raw material is supplied by burning a part of the large amount of supplied raw material Proposed. However, in this method, since a part of the supplied raw material is used in the combustion reaction, there arises a problem that the yield of carbon black with respect to the supplied raw material deteriorates. Furthermore, the burning of a part of the raw material causes the ambient temperature in the second reaction zone to fluctuate, which adversely affects the uniform production of carbon black. Moreover, with this production method, no remarkable effect can be expected in obtaining carbon black having a large structure. On the other hand, in order to make the structure large, the generated primary particles must collide with each other at high frequency, and for that purpose, the state of the combustion gas flow in the second reaction zone needs to be in a strongly turbulent state. However, when the state of the combustion gas flow is set to a strong turbulent state, the structure becomes large, but at the same time, the width of the aggregate diameter distribution also becomes large, and the structure is large and the width of the aggregate diameter distribution is narrow. That condition will not be achieved. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a manufacturing apparatus and a manufacturing method for efficiently manufacturing carbon black having a small primary particle diameter, a large structure, and a narrow aggregate diameter distribution. With the goal.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う第1の発
明に係るカーボンブラックの製造装置は、燃焼ガス流を
形成させる第1反応帯域と、前記燃焼ガス流にノズルか
ら原料を供給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、該第2反応帯域の下流側
に設けられカーボンブラックの生成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、前記チョーク部を小径かつ長尺にすると共に、前
記ノズルは該チョーク部に軸方向の異なる2箇所以上の
位置に多段にわたって設けられている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a carbon black producing apparatus according to the first aspect, wherein a raw material is supplied from a nozzle to a first reaction zone for forming a combustion gas stream and the combustion gas stream. An apparatus for producing carbon black, comprising: a second reaction zone having a choke part for producing carbon black; and a third reaction zone provided on the downstream side of the second reaction zone for stopping the carbon black production reaction, The choke portion has a small diameter and a long length, and the nozzles are provided on the choke portion at two or more positions in different axial directions in multiple stages.
【0009】チョーク部を小径かつ長尺にするとは、チ
ョーク部の直径をD、チョーク部の長さをLとしてその
比(L/D)を考えたときに、この比の値を、例えば、
5≦L/D≦100にし、拡大部を設けないことを特徴
とする。なお、チョーク部は、実質的に同一径の長尺部
からなっていても、また下流側に、更に径の小さい長尺
部を設ける等、下流に向かって絞り込まれている構造で
もよい。チョーク部を小径とすることにより、第1反応
帯域で形成した燃焼ガス流の流速を大きくすることがで
きる。そのため、燃焼ガス流の有する運動エネルギーを
増大させることができて燃焼ガス流の有する熱エネルギ
ーを効率的にノズルから供給した原料に伝達することが
でき、原料の気化、熱分解、蒸発、凝縮の一連の変化を
促進して、カーボンブラックの1次粒子径を小さくでき
る。また、チョーク部を長尺にし、拡大部を設けないこ
とにより、生成した1次粒子同士の相互衝突の時間を確
保することができ、1次粒子を相互に融着させて、多数
の大きさの小さな凝集体を効率的に形成させることがで
きる。また、チョーク部は、先述の通り、その下流側が
直径変化による縮小部となっていてもよい。この縮小比
は、凝集体形成に影響を与えない縮小比であれば、任意
の値を設定すればよいが、一般的には0.85〜0.9
5程度である。更に、ノズルをチョーク部に軸方向の異
なる2箇所以上の位置に多段にわたって設けることによ
り、上流側のノズルで供給された原料からカーボンブラ
ックの1次粒子の集合体である凝集体を形成し、下流側
のノズルから供給される原料で形成されるカーボンブラ
ックの1次粒子を、拡大部を持たない、バックフローを
抑制した形状の中で、その凝集体に効率的に融着させ
て、凝集体の大きさ(凝集体径)を徐々に成長させるこ
とができる。以上のように、原料供給用のノズルを多段
に設けることにより、凝集体の形成が主体となる過程
と、凝集体の成長が主体となる過程とを第2反応帯域中
に確保することができ、凝集体径の揃った凝集体を効率
的に形成することができる。To make the choke portion small in diameter and lengthy means that when the diameter of the choke portion is D and the length of the choke portion is L, and the ratio (L / D) is considered, the value of this ratio is, for example,
It is characterized in that 5 ≦ L / D ≦ 100 and no enlarged portion is provided. The choke portion may be a long portion having substantially the same diameter, or may have a structure in which the long portion having a smaller diameter is provided on the downstream side and the choke portion is narrowed toward the downstream side. By making the choke portion small in diameter, the flow velocity of the combustion gas flow formed in the first reaction zone can be increased. Therefore, the kinetic energy of the combustion gas flow can be increased, and the heat energy of the combustion gas flow can be efficiently transferred to the raw material supplied from the nozzle, resulting in vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation of the raw material. The primary particle size of carbon black can be reduced by promoting a series of changes. In addition, by making the choke part long and not providing the enlarged part, it is possible to secure a time for mutual collision of the generated primary particles, so that the primary particles are fused to each other to obtain a large number of sizes. It is possible to efficiently form small aggregates of Further, as described above, the choke portion may be a reduction portion due to a diameter change on the downstream side thereof. The reduction ratio may be set to any value as long as it does not affect the formation of aggregates, but generally 0.85 to 0.9.
It is about 5. Further, the nozzles are provided on the choke portion at two or more positions in different axial directions in multiple stages to form an aggregate which is an aggregate of primary particles of carbon black from the raw material supplied from the upstream nozzle, The primary particles of carbon black formed from the raw material supplied from the nozzle on the downstream side are efficiently fused to the agglomerates in a shape that does not have an enlarged portion and that suppresses backflow, and coagulates. The aggregate size (aggregate diameter) can be gradually grown. As described above, by providing the nozzles for supplying the raw material in multiple stages, it is possible to secure in the second reaction zone a process in which the agglomerate is mainly formed and a process in which the agglomerate is mainly grown. Thus, it is possible to efficiently form aggregates having uniform aggregate diameters.
【0010】第1の発明に係るカーボンブラックの製造
装置において、前記チョーク部の長さが800mm以
上、該チョーク部の直径が200mm以下であることが
好ましい。チョーク部の長さを800mm以上、チョー
ク部の直径を200mm以下とすることにより、多段に
わたって原料を供給するに際し、カーボンブラックの1
次粒子の生成及び凝集体の形成、得られた凝集体の成長
の各反応過程において、各反応条件の変動を抑えること
ができる。ここで、チョーク部の長さは、好ましくは8
00〜3000mmとすることがよい。なお、3000
mmを超えては格別の効果が得られないので、装置建設
の経済上は3000mm以下の長さとするのが望まし
い。また、チョーク部の直径は200mm以下が好適で
ある。好ましくは30〜200mm、更に好ましくは5
0〜150mmである。In the carbon black manufacturing apparatus according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the length of the choke portion is 800 mm or more and the diameter of the choke portion is 200 mm or less. By setting the length of the choke portion to 800 mm or more and the diameter of the choke portion to 200 mm or less, it is possible to reduce carbon black
In each reaction process of forming secondary particles, forming an aggregate, and growing the obtained aggregate, it is possible to suppress variations in each reaction condition. Here, the length of the choke portion is preferably 8
It is preferable to set it to 00 to 3000 mm. 3000
Since a special effect cannot be obtained when the length exceeds mm, it is desirable to set the length to 3000 mm or less from the economical viewpoint of equipment construction. The diameter of the choke portion is preferably 200 mm or less. Preferably 30 to 200 mm, more preferably 5
It is 0 to 150 mm.
【0011】第1の発明に係るカーボンブラックの製造
装置において、前記ノズルは前記チョーク部の下流側を
除く部位に設けられ、該チョーク部の下流側にカーボン
ブラックの生成領域を確保することが好ましい。チョー
ク部の下流側を除く部位に原料を供給するノズルを設け
ることにより、最終ノズルから供給された原料の気化、
熱分解、蒸発、凝縮の一連の変化に必要な時間、形成さ
れたカーボンブラックの1次粒子の凝集体への融着に必
要な時間を確保することができる。この最終ノズルから
チョーク部出口までの距離は、原料の噴霧条件や炉内で
の液滴の剪断条件等で適宜設定すればよく、中でも30
0mm以上、特に400mm以上が好ましい。In the carbon black manufacturing apparatus according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the nozzle is provided at a portion excluding the downstream side of the choke portion and a carbon black generation region is secured at the downstream side of the choke portion. . By providing a nozzle that supplies the raw material to the part excluding the downstream side of the choke part, the vaporization of the raw material supplied from the final nozzle,
It is possible to secure the time required for a series of changes of thermal decomposition, evaporation, and condensation, and the time required for fusing the formed carbon black to the agglomerates of the primary particles. The distance from the final nozzle to the outlet of the choke part may be appropriately set depending on the spraying conditions of the raw material, the shearing conditions of the liquid droplets in the furnace, and the like.
It is preferably 0 mm or more, and particularly preferably 400 mm or more.
【0012】前記目的に沿う第2の発明に係るカーボン
ブラックの製造方法は、第1反応帯域で形成された高温
燃焼ガス流を、第2反応帯域の小径かつ長尺のチョーク
部に導き高温、高流速かつ低酸素濃度の燃焼ガス流を形
成すると共に、前記チョーク部にノズルを介して原料を
供給してカーボンブラックを生成し、第3反応帯域でカ
ーボンブラックの生成反応を停止させるカーボンブラッ
クの製造方法において、前記チョーク部に軸方向の異な
る2箇所以上の位置に設けた前記ノズルから前記原料を
吹き込む。According to the second aspect of the present invention, which is directed to a method for producing carbon black, the high temperature combustion gas stream formed in the first reaction zone is introduced into a small diameter and long choke portion in the second reaction zone, and high temperature, A carbon black that forms a combustion gas flow with a high flow rate and a low oxygen concentration, supplies a raw material to the choke portion through a nozzle to generate carbon black, and stops the carbon black generation reaction in the third reaction zone. In the manufacturing method, the raw material is blown into the choke portion from the nozzles provided at two or more positions in different axial directions.
【0013】チョーク部を小径とすることにより、第1
反応帯域で形成した燃焼ガス流の流速を大きくして、燃
焼ガス流の有する運動エネルギーを増大させることがで
きる。そのため、最上流側の第1段目のノズルから供給
した原料は、高速の燃焼ガス流中に混入させながら燃焼
ガス流の有する熱エネルギーを効率よく吸収することが
可能となる。その結果、供給された原料ではチョーク部
内の移動と共に気化、熱分解、蒸発、凝縮の一連の変化
が効率的に生じて、カーボンブラックの核となる前駆体
が多数形成されて成長するため、1次粒子径は小さくな
る。チョーク部を長尺とすることにより、生成した1次
粒子同士の相互衝突の時間を確保することができ、1次
粒子の融着した凝集体を徐々に成長させることができ
る。更に、1次粒子が凝集体に融着するのに必要な時間
の間にわたって流路断面形状が変化しないか、又は極め
て変化が小さいため、燃焼ガス流に高撹乱場が発生せ
ず、得られる凝集体径分布の幅は狭くなる。By reducing the diameter of the choke portion, the first
The flow velocity of the combustion gas stream formed in the reaction zone can be increased to increase the kinetic energy of the combustion gas stream. Therefore, the raw material supplied from the first-stage nozzle on the most upstream side can efficiently absorb the thermal energy of the combustion gas flow while being mixed into the high-speed combustion gas flow. As a result, in the supplied raw material, a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation efficiently occur with movement in the choke portion, and a large number of precursors serving as nuclei of carbon black are formed and grown. The secondary particle size becomes smaller. By making the choke part long, it is possible to secure the time for mutual collision of the generated primary particles and to gradually grow the fused aggregate of the primary particles. Furthermore, since the cross-sectional shape of the flow path does not change or is extremely small during the time required for the primary particles to fuse to the agglomerate, a high turbulence field does not occur in the combustion gas flow, which is obtained. The width of the aggregate size distribution becomes narrow.
【0014】続いて、1段目で供給した原料から形成さ
れた凝集体の表面が活性である間に、2段目のノズルか
ら原料を供給すると、この供給された原料は燃焼ガス流
の有する熱エネルギーを吸収して、多数のカーボンブラ
ックの1次粒子となる。この1次粒子は、チョーク部内
を移動する間に、他の1次粒子との衝突、あるいは1段
目のノズルで供給した原料から形成された凝集体との衝
突を起こすが、1次粒子径に比較して凝集体径の方が大
きいため、1次粒子との衝突頻度よりも凝集体との衝突
頻度の方が高くなる。このため、凝集体は、燃焼ガス流
中を移動しながら衝突した1次粒子をその表面に融着し
ていくので、凝集体径は徐々に増大していく。そして、
2段目のノズルで供給された原料から形成された1次粒
子が融着している凝集体の表面の活性が維持されている
間に、3段目のノズルから原料を供給してカーボンブラ
ックの1次粒子を形成させ、凝集体の表面に融着させる
という操作を行うことにより、凝集体径を徐々に大きく
することができる。そして、凝集体径は原料を供給する
度に大きくなっていくので、新たに供給された原料から
形成されたカーボンブラックの1次粒子の凝集体への衝
突頻度はますます大きくなるので、新たに凝集体が形成
されるよりは、既存の凝集体が成長する現象が優勢とな
る。その結果、1次粒子径が小さく(例えば、15〜3
0nm)てストラクチャーが大きく(例えば、圧縮DB
P吸油量で100ミリリットル/100g〜130ミリ
リットル/100g)、かつ凝集体径分布の幅が狭い
(例えば、D1/2 で30〜50nm)カーボンブラック
を製造することができる。Then, when the raw material is fed from the nozzle of the second stage while the surface of the aggregate formed from the raw material fed in the first stage is active, the fed raw material has the combustion gas flow. It absorbs thermal energy and becomes many primary particles of carbon black. While moving in the choke section, the primary particles collide with other primary particles or collide with agglomerates formed from the raw material supplied by the first stage nozzle. Since the diameter of the agglomerates is larger than that of, the collision frequency with the agglomerates is higher than the collision frequency with the primary particles. For this reason, the agglomerates fuse the primary particles that have collided while moving in the combustion gas flow to the surface thereof, so that the agglomerate diameter gradually increases. And
Carbon black is obtained by supplying the raw material from the nozzle of the third stage while maintaining the activity of the surface of the aggregate in which the primary particles formed from the raw material supplied from the nozzle of the second stage are fused. The diameter of the aggregate can be gradually increased by performing the operation of forming the primary particles of 1 above and adhering them to the surface of the aggregate. Since the aggregate diameter increases as the raw material is supplied, the frequency of collision of the primary particles of carbon black formed from the newly supplied raw material with the agglomerates will increase. The phenomenon in which existing aggregates grow is predominant rather than the formation of aggregates. As a result, the primary particle size is small (for example, 15 to 3
0 nm) and large structure (eg compressed DB
It is possible to produce carbon black having a P oil absorption of 100 ml / 100 g to 130 ml / 100 g) and a narrow width of aggregate size distribution (for example, D 1/2 of 30 to 50 nm).
【0015】第2の発明に係るカーボンブラックの製造
方法において、前記チョーク部内で前記燃焼ガス流の酸
素濃度は特に限定されることはないが、多すぎると導入
された原料炭化水素を部分燃焼させ、生成雰囲気が不均
一になるため、狭い凝集体径分布のカーボンブラックが
得られ難くなる。よって通常は10体積%以下、中でも
8体積%以下、更には5体積%以下、特に3体積%以下
であることが好ましい。チョーク部内においては、燃焼
ガス流中の酸素濃度をできるだけ抑制することが望まし
い。これは、燃焼ガス流中の酸素濃度が高くなると、チ
ョーク部内で供給された原料の燃焼が活発化して、チョ
ーク部内に温度の不均一が生じるためである。このた
め、燃焼ガス中の酸素濃度を3体積%以下、好ましくは
0.05〜1体積%とする。これによって、カーボンブ
ラックの生成する領域の雰囲気温度を均一に保つことが
できる。なお、チョーク部内における酸素濃度の測定
は、チョーク部内の気体を採取し、例えばガスクロマト
グラフィー測定装置で窒素、酸素、二酸化炭素、一酸化
炭素、水素、メタン、アセチレンを測定することにより
求めることができる。なお燃焼で発生する水は計算には
入れない。In the method for producing carbon black according to the second aspect of the invention, the oxygen concentration of the combustion gas flow in the choke portion is not particularly limited, but if it is too high, the introduced raw material hydrocarbons are partially burned. However, since the generation atmosphere becomes non-uniform, it becomes difficult to obtain carbon black having a narrow agglomerate size distribution. Therefore, it is usually 10% by volume or less, preferably 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less, and particularly preferably 3% by volume or less. In the choke portion, it is desirable to suppress the oxygen concentration in the combustion gas flow as much as possible. This is because when the oxygen concentration in the combustion gas flow becomes high, the combustion of the raw material supplied in the choke portion becomes active, and the temperature becomes nonuniform in the choke portion. Therefore, the oxygen concentration in the combustion gas is 3% by volume or less, preferably 0.05 to 1% by volume. As a result, the ambient temperature in the region where carbon black is generated can be kept uniform. The measurement of the oxygen concentration in the choke portion can be obtained by sampling the gas in the choke portion and measuring nitrogen, oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, methane, or acetylene with a gas chromatography measuring device, for example. it can. The water generated by combustion is not included in the calculation.
【0016】第2の発明に係るカーボンブラックの製造
方法において、前記燃焼ガス流の温度が、前記チョーク
部内で1500℃以上であることが好ましい。チョーク
部内で1500℃以上、好ましくは1700〜2400
℃とすることにより、原料に気化、熱分解、蒸発、凝縮
の一連の変化を素早く、かつ、均一に生じさせることが
できる。また、1次粒子の相互の衝突、形成された凝集
体への1次粒子の衝突を活発とすることができる。In the method for producing carbon black according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the temperature of the combustion gas flow is 1500 ° C. or higher in the choke section. 1500 ° C or higher in the choke part, preferably 1700 to 2400
By setting the temperature to be ° C, a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation can be rapidly and uniformly caused in the raw material. Further, mutual collision of the primary particles and collision of the primary particles with the formed aggregate can be activated.
【0017】第2の発明に係るカーボンブラックの製造
方法において、前記燃焼ガス流の流速が、前記チョーク
部内で250m/s以上であることが好ましい。チョー
ク部内での燃焼ガス流の流速を250m/s以上、好ま
しくは、500〜1000m/sとすることにより、チ
ョーク部内に供給された原料が燃焼ガス流中に混入する
際の大きさを極力小さくすることができる。これによっ
て、原料に気化、熱分解、蒸発、凝縮の一連の変化を均
一に生じさせることができる。ここで、原料を燃焼ガス
流中に供給する際の原料の大きさは、燃焼ガス流の流速
と原料をノズルから噴出する際の噴出速度との相対速度
差、及び燃焼ガス流中に供給された原料が燃焼ガス流の
流速近くまで加速されるまでの時間に関係することが実
験から得られている。その結果、燃焼ガス流の流速が2
50m/sまでは燃焼ガス流の流速が大きくなるにつれ
て、燃焼ガス流中に混入する際の原料の大きさは急激に
減少するが、250m/s以上では緩やかにしか減少し
ないことが判明している。従って、チョーク部に導入す
る燃焼ガス流の流速は250m/s以上、望ましくは5
00m/s以上とした。また、燃焼ガス流の流速が25
0m/s以上では、燃焼ガス流中に混入する際の原料の
大きさは緩やかにしか減少せず、しかも、燃焼ガス流の
流速を1000m/sを超えて大きくすることは装置建
設の経済上の制約が大きい。そのため、上限を1000
m/sとした。In the method for producing carbon black according to the second invention, it is preferable that the flow velocity of the combustion gas flow is 250 m / s or more in the choke portion. By setting the flow velocity of the combustion gas flow in the choke portion to 250 m / s or more, preferably 500 to 1000 m / s, the size when the raw material supplied into the choke portion is mixed into the combustion gas flow is minimized. can do. Thereby, a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation and condensation can be uniformly generated in the raw material. Here, the size of the raw material when the raw material is supplied into the combustion gas flow is determined by the relative speed difference between the flow velocity of the combustion gas flow and the ejection speed when the raw material is ejected from the nozzle, and the size of the raw material supplied into the combustion gas flow. Experiments have shown that this is related to the time it takes for the feedstock to accelerate to near the velocity of the combustion gas stream. As a result, the velocity of the combustion gas flow is 2
It was found that as the flow velocity of the combustion gas flow increases up to 50 m / s, the size of the raw material when mixed into the combustion gas flow sharply decreases, but at 250 m / s or more, it gradually decreases. There is. Therefore, the flow velocity of the combustion gas flow introduced into the choke part is 250 m / s or more, preferably 5 m / s or more.
It was set to 00 m / s or more. In addition, the flow velocity of the combustion gas flow is 25
At 0 m / s or more, the size of the raw material when mixed in the combustion gas flow decreases only moderately, and increasing the flow velocity of the combustion gas flow to more than 1000 m / s is economical for equipment construction. There are a lot of restrictions. Therefore, the upper limit is 1000
m / s.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図1は本発明の一実施の形
態に係るカーボンブラックの製造装置の全体概略断面
図、図2は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 )の求め方の説明図、図
3は体積75%径(D75)の求め方の説明図である。図
1に示すように、本発明の一実施の形態に係るカーボン
ブラックの製造装置10は、高温燃焼ガス流を形成させ
る第1反応帯域11と、第1反応帯域11より下流側に
設けられ流入する高温燃焼ガス流に原料を混合してカー
ボンブラックを生成させる第2反応帯域12と、第2反
応帯域12より下流に設けられカーボンブラックの生成
反応を停止させる第3反応帯域13とを有している。以
下、これらについて詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, referring to the attached drawings, an embodiment in which the present invention is embodied will be described to provide an understanding of the present invention. Here, FIG. 1 is an overall schematic sectional view of a carbon black manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a maximum frequency Stokes equivalent diameter (D mod ) and Stokes equivalent diameter half- value width (D 1/2 ). FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for obtaining a volume 75% diameter (D 75 ). As shown in FIG. 1, a carbon black manufacturing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention is provided with a first reaction zone 11 for forming a high temperature combustion gas flow and an inflow provided downstream of the first reaction zone 11. A second reaction zone 12 for producing a carbon black by mixing the raw materials with the high temperature combustion gas stream and a third reaction zone 13 provided downstream of the second reaction zone 12 for stopping the carbon black production reaction. ing. Hereinafter, these will be described in detail.
【0019】第1反応帯域11は、燃焼ノズル14と、
燃焼ノズル14から供給された燃料と酸素含有ガスが燃
焼反応を起こす燃焼室15と、燃焼反応により形成され
た燃焼ガス流を第2反応帯域12に導入する導入部16
とを有している。なお、燃焼室15と導入部16の内側
は1500℃以上の高温に耐えられる高温用耐火物17
で構成されており、高温用耐火物17の外側には更に一
般用耐火物18が配置され、その外側には鉄皮19が設
けられている。燃焼ノズル14から供給する燃料として
は、一般に水素、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
液体燃料が使用できる。また、酸素含有ガスとしては一
般に空気、酸素又はそれらの混合物を使用できる。この
ような構成とすることにより、燃料を燃焼させて高温の
燃焼ガス流を形成させ、このガス流を第2反応帯域12
に導入することができる。The first reaction zone 11 includes a combustion nozzle 14 and
The combustion chamber 15 in which the fuel supplied from the combustion nozzle 14 and the oxygen-containing gas undergo a combustion reaction, and the introduction part 16 for introducing the combustion gas flow formed by the combustion reaction into the second reaction zone 12.
And have. In addition, the inside of the combustion chamber 15 and the introduction part 16 is a refractory material 17 for high temperature that can withstand a high temperature of 1500 ° C. or higher.
The general-purpose refractory 18 is further arranged outside the high-temperature refractory 17, and the iron skin 19 is provided on the outside thereof. As the fuel supplied from the combustion nozzle 14, generally, hydrogen, carbon monoxide, natural gas, petroleum gas, petroleum liquid fuel such as heavy oil, and coal liquid fuel such as creosote oil can be used. As the oxygen-containing gas, air, oxygen or a mixture thereof can be generally used. With such a configuration, the fuel is burned to form a high temperature combustion gas flow, and this gas flow is supplied to the second reaction zone 12
Can be introduced to.
【0020】第2反応帯域12は、導入部16を介して
流入した燃焼ガス流が通過するチョーク部20と、チョ
ーク部20の軸方向の異なる位置、例えば2箇所の位置
に設けられ、カーボンブラックの原料を供給するノズル
21とを有している。チョーク部20は断面積が急激に
狭くなっている部分であり、その長さは800mm以
上、好ましくは900〜3000mmとするのが望まし
い。なお、ここでチョーク部20の開始部位(入口2
5)は、流路の最も狭い部分を含み、流路の縮小する軸
方向に対する角度が5°を超える値から5°以下の値に
変化するまでの部位をいう。一方、チョーク部20の終
端(出口)は、流路の拡大する軸方向に対する角度が5
°を超える値となる部位をいう。また、チョーク部20
の直径は200mm以下が好適である。好ましくは30
〜200mm、更に好ましくは50〜150mmであ
る。なお、チョーク部20の内側は1500℃以上の高
温に耐えられる高温用耐火物17で構成されており、高
温用耐火物17の外側には更に一般用耐火物18が配置
され、その外側には鉄皮19が設けられている。The second reaction zone 12 is provided at different positions in the axial direction of the choke part 20, for example, at two positions, and the choke part 20 through which the combustion gas flow flowing in through the introduction part 16 passes, and carbon black is provided. And a nozzle 21 for supplying the raw material. The choke portion 20 is a portion whose cross-sectional area is sharply narrowed, and the length thereof is 800 mm or more, preferably 900 to 3000 mm. Here, the starting portion of the choke portion 20 (the entrance 2
5) refers to the part including the narrowest part of the flow path, and the angle of the flow path from the value exceeding 5 ° to the value of 5 ° or less from the angle with respect to the axial direction of contraction. On the other hand, the end (outlet) of the choke portion 20 has an angle of 5 with respect to the axial direction in which the flow passage expands.
The part where the value exceeds °. Also, the choke section 20
The diameter of is preferably 200 mm or less. Preferably 30
˜200 mm, more preferably 50 to 150 mm. In addition, the inside of the choke portion 20 is composed of a high temperature refractory 17 capable of withstanding a high temperature of 1500 ° C. or higher, and a general refractory 18 is disposed outside the high temperature refractory 17 and outside thereof. The iron skin 19 is provided.
【0021】ノズル21は、チョーク部20の内周面側
に、例えば、周方向を3、4、6、又は8等分のように
分割する位置にそれぞれ設けられている。分割した位置
にノズル21を設けることにより、燃焼ガス流の流れ方
向に対して垂直方向から、燃焼ガス流の流れを乱さない
で、燃焼ガス流に対して原料を均一に供給することがで
きる。なお、ノズル21から供給する原料としては、一
般にベンゼン、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。ノズ
ル21をチョーク部20の内側面に軸方向にわたって設
ける場合、最上流側1段目)のノズル21の位置は、チ
ョーク部20の入口から燃焼ガス流の断面平均流速基準
で1ms以内の範囲とすることが好適である。より好ま
しくは、0.6ms以内の範囲とする。この位置で原料
を導入することにより、特に小粒子径で凝集体径の均一
なカーボンブラックを得ることができる。また、2段目
のノズル21は、1段目のノズル21で供給した原料か
ら形成され燃焼ガス流中を移動している凝集体の表面の
活性が維持されている間に、新たなカーボンブラックの
1次粒子を形成することができ、更にこの1次粒子が凝
集体に融着して反応する(カーボンブラックを生成す
る)のに必要な時間が確保できるように、チョーク部2
0の下流側を除く部位に設ける。この最終ノズルからチ
ョーク部20の出口までの距離は、原料の噴霧条件や炉
内での液滴の剪断条件等で適宜設定すればよく、中でも
300mm以上、特に400mm以上が好ましい。The nozzles 21 are provided on the inner peripheral surface side of the choke portion 20, for example, at positions where the peripheral direction is divided into 3, 4, 6, or 8 equal parts. By providing the nozzles 21 at the divided positions, the raw material can be uniformly supplied to the combustion gas flow from the direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas flow without disturbing the flow of the combustion gas flow. The raw materials supplied from the nozzle 21 are generally aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene and anthracene, coal-based hydrocarbons such as creosote oil and carboxylic acid oil, ethylene heavy end oil, FCC oil and the like. Petroleum heavy oils, acetylene unsaturated hydrocarbons, ethylene hydrocarbons, saturated aliphatic hydrocarbons such as pentane and hexane are preferably used. When the nozzle 21 is provided on the inner side surface of the choke portion 20 over the axial direction, the position of the nozzle 21 at the uppermost stream side (first stage) is within a range of 1 ms from the inlet of the choke portion 20 based on the average cross-sectional flow velocity of the combustion gas flow. Is preferred. The range is more preferably within 0.6 ms. By introducing the raw material at this position, it is possible to obtain carbon black having a particularly small particle size and a uniform aggregate size. In addition, the second stage nozzle 21 uses a new carbon black while the surface activity of the agglomerates formed from the raw material supplied by the first stage nozzle 21 and moving in the combustion gas flow is maintained. In order to secure the time required for forming the primary particles of the above, and for ensuring the time required for the primary particles to fuse with the agglomerates and react (generate carbon black), the choke portion 2
It is provided in the region except 0 on the downstream side. The distance from the final nozzle to the outlet of the choke section 20 may be appropriately set depending on the spraying conditions of the raw material, the shearing conditions of the liquid droplets in the furnace, and the like, and is preferably 300 mm or more, particularly 400 mm or more.
【0022】以上のように、チョーク部20の直径を2
00mm以下とすることにより、チョーク部20内で燃
焼ガス流の流速を高速に保つことができ、チョーク部2
0内の燃焼ガス流の持つ乱流混合の作用を大きくして、
ノズル21から供給した原料の微粒化を促進することが
できる。更に、燃焼ガス流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ことができ、カ
ーボンブラック生成反応の速度を向上させることができ
る。また、チョーク部20の長さを800mm以上とす
ることにより、カーボンブラック生成反応が生じるチョ
ーク部20内の雰囲気を一様に保つことができ、反応場
を均一とすることができる。その結果、均一な大きさの
凝集体を効率的に形成することができる。形成された凝
集体の表面活性が維持されている間に2段目のノズル2
1から原料が供給されるので、2段目のノズル21で供
給した原料から形成されるカーボンブラックの1次粒子
を確実に凝集体に融着させることができる。その結果、
凝集体を確実に大きくすることができる。As described above, the diameter of the choke portion 20 is set to 2
By setting the thickness to be equal to or less than 00 mm, the flow velocity of the combustion gas flow can be maintained at a high speed in the choke portion 20.
By increasing the effect of turbulent mixing of the combustion gas flow in 0,
The atomization of the raw material supplied from the nozzle 21 can be promoted. Further, the thermal energy of the combustion gas stream can be efficiently utilized for the carbon black forming reaction, and the rate of the carbon black forming reaction can be improved. Further, by setting the length of the choke portion 20 to 800 mm or more, the atmosphere in the choke portion 20 in which the carbon black formation reaction occurs can be kept uniform, and the reaction field can be made uniform. As a result, it is possible to efficiently form an aggregate having a uniform size. While the surface activity of the formed aggregate is maintained, the second stage nozzle 2
Since the raw material is supplied from No. 1, the primary particles of carbon black formed from the raw material supplied from the second stage nozzle 21 can be reliably fused to the aggregate. as a result,
The aggregate can be surely enlarged.
【0023】第3反応帯域13は、第2反応帯域12か
ら流入した燃焼ガス流の温度を低下させる冷却室22
と、冷却室22の軸方向の異なる位置に多段にわたって
設けられ燃焼ガス流に対して冷媒を供給するノズル23
とを有している。冷却室22の内側は一般用耐火物18
で構成され、その外側には鉄皮19が設けられている。
また、ノズル23は、冷却室22の内周面側に、例え
ば、周方向を3、4、6、又は8等分のように分割する
位置にそれぞれ設けられている。分割した位置にノズル
23を設けることにより、燃焼ガス流の流れ方向に対し
て垂直方向から、燃焼ガス流に対して冷媒を均一に供給
することができる。ここで、ノズル23から供給する冷
媒としては、水などの液体、窒素ガス等の非酸化性ガス
を使用することができる。このような構成とすることに
より、冷却室22内に導入した燃焼ガス流の温度を急冷
することができ、最終的には200〜300℃にまで低
下させることができる。このため、カーボンブラックの
生成反応を急速に停止することができる。カーボンブラ
ックを含んだ急冷された燃焼ガス流は、第3反応帯域の
出口24からカーボンブラックの製造装置10の外部に
放出され、図示しない捕集バッグフィルター等でガスと
分離し回収する。The third reaction zone 13 has a cooling chamber 22 for lowering the temperature of the combustion gas stream flowing from the second reaction zone 12.
And a nozzle 23 that is provided in multiple stages at different positions in the axial direction of the cooling chamber 22 and that supplies a refrigerant to the combustion gas flow.
And have. The refractory 18 for general use is inside the cooling chamber 22.
And a steel skin 19 is provided on the outside thereof.
The nozzles 23 are provided on the inner peripheral surface side of the cooling chamber 22, for example, at positions where the circumferential direction is divided into 3, 4, 6, or 8 equal parts. By providing the nozzles 23 at the divided positions, the refrigerant can be uniformly supplied to the combustion gas flow from the direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas flow. Here, as the coolant supplied from the nozzle 23, a liquid such as water or a non-oxidizing gas such as nitrogen gas can be used. With such a configuration, the temperature of the combustion gas flow introduced into the cooling chamber 22 can be rapidly cooled, and finally can be lowered to 200 to 300 ° C. Therefore, the carbon black production reaction can be rapidly stopped. The rapidly cooled combustion gas flow containing carbon black is discharged from the outlet 24 of the third reaction zone to the outside of the carbon black production apparatus 10 and separated from the gas by a collection bag filter (not shown) or the like and collected.
【0024】次に、本発明の一実施の形態に係るカーボ
ンブラックの製造方法について詳細に説明する。第1反
応帯域11の燃焼室15で形成した高温の燃焼ガス流
を、第2反応帯域12に設けられたチョーク部20に導
く。このとき、チョーク部20の直径を200mm以下
とすることにより、チョーク部20に導入した高温、か
つ低酸素濃度の燃焼ガス流の流速を大きくすることがで
きる。そして、この燃焼ガス流中に、チョーク部20に
軸方向の異なる2箇所以上の位置(本実施の形態では2
箇所)に設けたノズル21から原料を吹き込む。チョー
ク部20の上流側に設けられたノズル21から供給した
原料は、燃焼ガスの有する熱エネルギーを吸収して気
化、熱分解、蒸発、凝縮の一連の変化を起し、核となる
前駆体を形成しカーボンブラックの1次粒子が生成す
る。その後、1次粒子同士が衝突して凝集体が形成され
る。そして、形成されたストラクチャーに、下流側に設
けられたノズル21で供給した原料から生成する1次粒
子が融着して、凝集体径が増大する。この際、チョーク
部20の長さを800mm以上とすることにより、2段
にわたって原料を供給するときに、カーボンブラックの
1次粒子の生成及び凝集体の形成、凝集体の成長の各反
応条件の変動を抑えることができる。Next, the method for producing carbon black according to one embodiment of the present invention will be described in detail. The high temperature combustion gas flow formed in the combustion chamber 15 of the first reaction zone 11 is guided to the choke section 20 provided in the second reaction zone 12. At this time, by setting the diameter of the choke portion 20 to 200 mm or less, it is possible to increase the flow velocity of the combustion gas flow introduced into the choke portion 20 and having a high temperature and a low oxygen concentration. Then, in the combustion gas flow, the choke portion 20 has two or more positions (two in the present embodiment) in different axial directions.
The raw material is blown in from a nozzle 21 provided at the location). The raw material supplied from the nozzle 21 provided on the upstream side of the choke section 20 absorbs the thermal energy of the combustion gas and undergoes a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation and condensation to form a core precursor. The primary particles of carbon black are formed. Then, the primary particles collide with each other to form an aggregate. Then, the formed particles are fused with the primary particles generated from the raw material supplied by the nozzle 21 provided on the downstream side, and the aggregate diameter is increased. At this time, by setting the length of the choke portion 20 to 800 mm or more, when the raw material is supplied in two stages, the reaction conditions of the generation of primary particles of carbon black, the formation of aggregates, and the growth of aggregates can be improved. Fluctuations can be suppressed.
【0025】このとき、チョーク部20内における燃焼
ガス流の酸素濃度を通常は10体積%以下、中でも8体
積%以下、更には5体積%以下、特に3体積%以下とな
るように、燃焼ノズル14から供給する燃料と酸素含有
ガスの割合を調整する。チョーク部20における燃焼ガ
ス流中の酸素濃度が小さいことにより、供給された原料
の燃焼が生じにくく、チョーク部20内の温度を均一に
保つことができる。その結果、供給した原料の気化、熱
分解、蒸発、凝縮の一連の変化が均一に生じ、核となる
前駆体が均一に形成されて1次粒子が均一に生成する。At this time, the oxygen concentration of the combustion gas flow in the choke portion 20 is usually 10% by volume or less, particularly 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less, and particularly 3% by volume or less. The ratio of the fuel supplied from 14 and the oxygen-containing gas is adjusted. Since the oxygen concentration in the combustion gas flow in the choke portion 20 is low, the supplied raw material is less likely to burn, and the temperature in the choke portion 20 can be kept uniform. As a result, a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation of the supplied raw material are uniformly generated, a precursor serving as a nucleus is uniformly formed, and primary particles are uniformly produced.
【0026】また、チョーク部20内に流入した燃焼ガ
ス流の温度は1500℃以上、好ましくは1700〜2
400℃となるように、例えば第1反応帯域11におい
て燃焼ガス流を形成させる際に、空気に酸素を添加して
燃焼する。なお、燃焼ガス流の温度を高める方法は酸素
の添加に限定されず、空気を予熱する等の方法をとるこ
とによっても可能である。なお、チョーク部20内の燃
焼ガス流の酸素濃度を通常10体積%以下、好ましくは
8体積%以下、更に好ましくは5体積%以下、より好ま
しくは3体積%以下となるように燃焼させることは、C
O2 の発生割合が増加し、燃焼反応における発熱量が大
きくなって燃焼ガス流の高温化に寄与している。チョー
ク部20内での燃焼ガス流の温度を1500℃以上とす
ることにより、供給した原料の気化、熱分解、蒸発、凝
縮の一連の変化速度が向上し、核となる前駆体の形成速
度、及び1次粒子の生成速度を向上させることができ
る。The temperature of the combustion gas flow flowing into the choke section 20 is 1500 ° C. or higher, preferably 1700-2.
When forming a combustion gas flow in the first reaction zone 11, for example, at 400 ° C., oxygen is added to air and combustion is performed. The method of raising the temperature of the combustion gas flow is not limited to the addition of oxygen, and it is also possible to take a method of preheating air or the like. It should be noted that the combustion gas stream in the choke portion 20 is burned so that the oxygen concentration is usually 10% by volume or less, preferably 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less, and further preferably 3% by volume or less. , C
The proportion of O 2 generated increases and the amount of heat generated in the combustion reaction increases, which contributes to raising the temperature of the combustion gas flow. By setting the temperature of the combustion gas flow in the choke portion 20 to 1500 ° C. or higher, the rate of change in a series of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation of the supplied raw material is improved, and the formation rate of a precursor serving as a core, And the generation rate of primary particles can be improved.
【0027】更に、燃焼ガス流の温度を1500℃以上
とし、更に、燃焼室15から導入部16を介して、直径
が200mm以下、好ましくは30〜200mm、更に
好ましくは50〜150mmのチョーク部20内に導入
することにより、チョーク部20内で燃焼ガス流の流速
を250m/s以上、好ましくは500〜1000m/
sとする。これによって、燃焼ガス流中に原料をノズル
21から噴霧した際に、原料を効果的に微粒化して燃焼
ガス流中により均一に混合することができる。これによ
って、供給した原料の気化、熱分解、蒸発、凝縮の一連
の変化速度が向上し、核となる前駆体の形成速度、及び
1次粒子の生成速度を向上させることができる。Further, the temperature of the combustion gas stream is set to 1500 ° C. or higher, and further, the diameter of the choke portion 20 is 200 mm or less, preferably 30 to 200 mm, more preferably 50 to 150 mm, from the combustion chamber 15 through the introduction portion 16. By introducing into the choke portion 20, the flow velocity of the combustion gas flow is 250 m / s or more, preferably 500 to 1000 m / s.
Let s. As a result, when the raw material is sprayed from the nozzle 21 into the combustion gas flow, the raw material can be effectively atomized and more uniformly mixed in the combustion gas flow. As a result, the rate of change in a series of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation of the supplied raw material is improved, and the formation rate of the precursor serving as a core and the production rate of primary particles can be improved.
【0028】以上のように、チョーク部20内での燃焼
ガス流中の酸素濃度、燃焼ガス流の温度、及び流速を調
整することにより、チョーク部20の上流側に設けられ
たノズル21から供給した原料の気化、熱分解、蒸発、
凝縮の一連の変化を均一、かつ高速に行うことができ
て、多数の核形成することができて多くの1次粒子を生
成することができ、その結果、生成する一次粒子も小さ
くなる。また、生成した1次粒子は相互の衝突を経て融
着し凝集体を形成していくが、高温のため1次粒子間の
衝突頻度が高く、多くの凝集体が急速に形成する。この
ため、凝集体径が小さく、かつ、凝集体径分布の幅が狭
い凝集体が形成される。As described above, the oxygen concentration in the combustion gas flow in the choke portion 20, the temperature of the combustion gas flow, and the flow velocity are adjusted to supply from the nozzle 21 provided on the upstream side of the choke portion 20. Vaporization, pyrolysis, evaporation of
A series of changes of condensation can be performed uniformly and at high speed, a large number of nuclei can be formed, and many primary particles can be generated, and as a result, the generated primary particles are also small. Further, the generated primary particles fuse with each other to be fused and form aggregates, but due to the high temperature, the collision frequency between the primary particles is high, and many aggregates are rapidly formed. Therefore, an aggregate having a small aggregate diameter and a narrow aggregate diameter distribution is formed.
【0029】続いて、上流側のノズル21で供給した原
料から形成された凝集体の表面が活性である間に、下流
側のノズル21から原料を供給すると、供給された原料
は燃焼ガス流から伝達された熱エネルギーにより、多数
のカーボンブラックの1次粒子となる。形成されたこの
1次粒子は、チョーク部内を移動する際に、1次粒子同
士の衝突、あるいは1段目で供給した原料から形成され
た凝集体との衝突が生じるが、凝集体と1次粒子との衝
突の頻度が1次粒子同士の衝突の頻度よりも高くなる。
このため、凝集体は、燃焼ガス流中を移動しながら衝突
した1次粒子をその表面に融着していくので、凝集体径
は徐々に増大していく。ここで、凝集体は衝突する1次
粒子を融着してその径を大きくしていくので、1次粒子
の凝集体への衝突頻度はますます大きくなって、新たに
凝集体が形成されるよりは、既存の凝集体が成長する現
象が優勢となる。このため、形成される凝集体の凝集体
径分布の幅は狭くなる。Subsequently, when the raw material is supplied from the downstream nozzle 21 while the surface of the aggregate formed from the raw material supplied from the upstream nozzle 21 is active, the supplied raw material is removed from the combustion gas flow. The transferred thermal energy becomes a large number of primary particles of carbon black. The formed primary particles collide with each other when moving in the choke portion, or collide with the agglomerates formed from the raw material supplied in the first stage. The frequency of collisions with particles is higher than the frequency of collisions between primary particles.
For this reason, the agglomerates fuse the primary particles that have collided while moving in the combustion gas flow to the surface thereof, so that the agglomerate diameter gradually increases. Here, since the agglomerates fuse the colliding primary particles and increase the diameter thereof, the frequency of collision of the primary particles with the agglomerates further increases and new agglomerates are formed. Rather, the phenomenon of growth of existing aggregates becomes dominant. Therefore, the width of the aggregate diameter distribution of the aggregates formed is narrowed.
【0030】チョーク部20内の通過中に形成されたカ
ーボンブラックの凝集体を含んだ高温、高流速の燃焼ガ
ス流は、チョーク部20の出口から冷却室22に流出す
る。冷却室22の直径はチョーク部20の直径と比較し
て拡径しているので、燃焼ガス流の流速は低下する。更
に、冷却室22の内周面側には、例えば、周方向を4、
6、又は8等分のような位置に、例えば水を噴出するノ
ズル23が多段にわたって設けられている。これらのノ
ズル23から、燃焼ガス流の流れ方向に対して垂直方向
から水を噴出させることにより、燃焼ガス流の温度を急
冷してカーボンブラックの生成反応を急速に停止させ
る。そして、燃焼ガス流の温度を最終的には200〜3
00℃にまで低下させる。その結果、燃焼ガス流中に含
まれていたカーボンブラックの凝集体は、冷却用に噴出
した水から形成された水蒸気と燃焼ガスとの混合ガス流
中に含有されて第3反応帯域13の出口24からカーボ
ンブラックの製造装置10の外部に放出され、図示しな
い捕集バッグフィルター等で混合ガスと分離して回収さ
れる。The high-temperature, high-velocity combustion gas flow containing the agglomerates of carbon black formed during passage in the choke portion 20 flows into the cooling chamber 22 from the outlet of the choke portion 20. Since the diameter of the cooling chamber 22 is larger than the diameter of the choke portion 20, the flow velocity of the combustion gas flow decreases. Further, on the inner peripheral surface side of the cooling chamber 22, for example, in the circumferential direction 4,
Nozzles 23 that eject water, for example, are provided in multiple stages at positions such as 6 or 8 equal parts. By jetting water from these nozzles 23 in a direction perpendicular to the flow direction of the combustion gas flow, the temperature of the combustion gas flow is rapidly cooled and the carbon black production reaction is rapidly stopped. Then, the temperature of the combustion gas flow is finally set to 200 to 3
Decrease to 00 ° C. As a result, the carbon black agglomerates contained in the combustion gas flow are contained in the mixed gas flow of the steam and the combustion gas formed from the water ejected for cooling, and are discharged from the outlet of the third reaction zone 13. It is discharged from the carbon black manufacturing apparatus 10 from 24, separated from the mixed gas by a collection bag filter (not shown), and collected.
【0031】[0031]
【実施例】本発明のカーボンブラックの製造装置及びそ
の方法に係る実施例1、実施例2では、燃焼ノズル14
を備える内径500mm、長さ1500mmの燃焼室1
5を有する第1反応帯域11、第1反応帯域11に連接
され、周辺から複数の原料供給用のノズル21を貫設し
た内径50mm、長さ1400mmのチョーク部20を
有する第2反応帯域12、周辺から複数の水供給用のノ
ズル23貫設した内径200mm、長さ1500mmの
冷却室22を有する第3反応帯域13を順次結合した構
造のカーボンブラックの製造装置10を設置した。な
お、最上流の原料供給用のノズル位置は、チョーク部2
0の入口25から200mmである。上記のカーボンブ
ラックの製造装置10を用い、表1及び表2に示す各条
件によりカーボンブラックを製造した。燃料は天然ガス
を、また原料炭化水素としてはクレオソート油を使用し
た。表1及び表2中、燃焼ガス流の温度、燃焼ガス流の
酸素濃度、及び炉内圧力は原料を供給するチョーク部2
0内におけるものである。EXAMPLES In Examples 1 and 2 relating to the carbon black producing apparatus and method according to the present invention, the combustion nozzle 14 is used.
Combustion chamber 1 with inner diameter of 500 mm and length of 1500 mm
5, a first reaction zone 11 having a second reaction zone 12 connected to the first reaction zone 11 and having a choke portion 20 having an inner diameter of 50 mm and a length of 1400 mm connected to a plurality of raw material supplying nozzles 21 from the periphery. A carbon black manufacturing apparatus 10 having a structure in which a third reaction zone 13 having a cooling chamber 22 having an inner diameter of 200 mm and a length of 1,500 mm, which is provided through a plurality of nozzles 23 for supplying water from the periphery, was sequentially connected was installed. In addition, the nozzle position for supplying the most upstream raw material is the choke part 2
0 entrance 25 to 200 mm. Using the carbon black production apparatus 10 described above, carbon black was produced under the conditions shown in Tables 1 and 2. Natural gas was used as the fuel, and creosote oil was used as the raw material hydrocarbon. In Tables 1 and 2, the temperature of the combustion gas flow, the oxygen concentration of the combustion gas flow, and the furnace pressure are the choke part 2 for supplying the raw material.
It is within 0.
【0032】得られたカーボンブラックの各特性を表3
に示す。なお、各特性値は、以下の方法で求めた。
窒素吸着法で求める比表面積(SN2 )
予め加熱操作を行ったカーボンブラックをサンプルとし
てU字管内にセットし、このU字管を液体窒素中に浸漬
してカーボンブラックを冷却した。次いで、純窒素ガス
のキャリアガスと、窒素ガス15体積%及びヘリウムガ
ス85体積%の割合で混合したサンプルガスをU字管内
に導入し、キャリアガス中の窒素ガスをカーボンブラッ
クに吸着させる。この脱着信号をカウントし、次の式に
て比表面積を求める。
SN2 =(1/W)・(1−P/P0 )・(A/AC )
・VC ・1188Pa /(273+T)
Pa :大気圧、P0 :飽和蒸気圧、AC :検量信号値、
A:表面積信号値、VC:検量ガス量、W:試料質量、
T:温度
破砕DBP吸収数(CrDBP)
カーボンブラック25gをシリンダーに入れ、ピストン
を差し込み、油圧プレスで24000psi(1687
kg/cm2 )の圧力を5秒間加える。その加圧後、得
られたカーボンブラック塊を取り出し、1000μmの
篩に移してカーボンブラック塊をほぐし、篩を通過させ
る。この操作を4回繰り返して得られた試料をJISK
6221に準拠してDBP吸油量を測定し、破砕DBP
吸収数とする。最大頻度ストークス相当径(Dmod )、
ストークス相当径半値幅(D1/2 )、及び体積75%径
(D75)
界面活性剤(SIGMA CHEMICAL社製「NO
NIDET P−40」を3滴加えた20%エタノール
水溶液に精秤したカーボンブラックを加えて、カーボン
ブラック濃度が0.01重量%の試料液を調製した。こ
の試料液を超音波分散機(超音波工業製「超音波発生装
置USV−500V」)を用いて、振動数200kH
z、出力100Wとして5分間分散処理することによ
り、カーボンブラックスラリーとなした。一方、遠心沈
降式の流度分布測定装置(BROOKHAVEN IN
STRUMENTS社製「BI−DCP PARTIC
LSIZER」)にスピン液(純水)10ミリリットル
を注入し、更にバッファー液(20%エタノール水溶
液)1ミリリットルを注入した後、前記調製したカーボ
ンブラックスラリー各1ミリリットルを注入し、回転数
10000rpmで遠心沈降させることによりストーク
ス相当径を測定し、図2に示すように、ストークス相当
径に対して相対的な発生頻度のヒストグラムを作る。ヒ
ストグラムのピーク(A)から直線BをY軸に平行に引
き、ヒストグラムのX軸との交点をCとする。このとき
のCでのストークス直径が、最大頻度ストークス相当径
(Dmod )となる。また、直線Bの中点をFとして、F
を通りX軸に平行に直線Gを引く。直線Gは、ヒストグ
ラムの分布曲線と2点D及びEで交わる。このとき、D
及びEでの各ストークス直径の差の絶対値が、ストーク
ス相当径半値幅(D1/2 )値である。体積75%径(D
75)は次のように決定した。図2のヒストグラムから、
それぞれのストークス直径とそのときの頻度から、各ス
トークス直径の凝集体の体積を求め、ストークス直径に
対してそのストークス直径までの累積体積の関係を算出
する。その関係を曲線Rとして、図3に示す。なお、図
3において、Pは各ストークス直径の凝集体の体積の総
和値を表す。ここで、この体積総和値の75%の値の点
をQとし、QよりX軸に平行に直線を引いて曲線Rとの
交点をSとする。そして、SからY軸に平行に直線を引
き、X軸との交点をTとする。このときのTの値が、体
積75%径(D75)である。Table 3 shows the respective characteristics of the obtained carbon black.
Shown in. Each characteristic value was obtained by the following method. Specific Surface Area (SN 2 ) Obtained by Nitrogen Adsorption Method As a sample, carbon black that was previously heated was set in a U-shaped tube, and this U-shaped tube was immersed in liquid nitrogen to cool the carbon black. Then, a sample gas mixed with a carrier gas of pure nitrogen gas at a ratio of 15% by volume of nitrogen gas and 85% by volume of helium gas is introduced into the U-shaped tube, and the nitrogen gas in the carrier gas is adsorbed on the carbon black. This desorption signal is counted and the specific surface area is calculated by the following formula. SN 2 = (1 / W) ・ (1-P / P 0 ) ・ (A / AC )
V C 1188P a / (273 + T) P a : atmospheric pressure, P 0 : saturated vapor pressure, A C : calibration signal value,
A: surface area signal value, V C : calibration gas amount, W: sample mass,
T: Temperature crushed DBP absorption number (CrDBP) 25 g of carbon black was put in a cylinder, a piston was inserted, and 24000 psi (1687) with a hydraulic press.
A pressure of kg / cm 2 ) is applied for 5 seconds. After the pressurization, the obtained carbon black lump is taken out, transferred to a 1000 μm sieve to loosen the carbon black lump, and passed through the sieve. The sample obtained by repeating this operation 4 times is JISK
Measure DBP oil absorption according to 6221 and crush DBP
The absorption number. Maximum frequency Stokes equivalent diameter (D mod ),
Stokes equivalent diameter half- value width (D 1/2 ) and volume 75% diameter (D 75 ) Surfactant (“NO manufactured by SIGMA CHEMICAL”
A precisely-measured carbon black was added to a 20% aqueous ethanol solution containing 3 drops of NIDET P-40 "to prepare a sample solution having a carbon black concentration of 0.01% by weight. This sample solution is ultrasonically dispersed using an ultrasonic disperser (“Ultrasonic generator USV-500V” manufactured by Ultrasonics Co., Ltd.) with a frequency of 200 kH.
A carbon black slurry was obtained by performing a dispersion treatment for 5 minutes at an output of 100 W. On the other hand, a centrifugal sedimentation type flow rate distribution measuring device (BROOKHAVEN IN
"BI-DCP PARTIC" manufactured by STRUMENTS
10 ml of the spin liquid (pure water) is further injected into the LSIZER "), 1 ml of the buffer liquid (20% ethanol aqueous solution) is further injected, and then 1 ml of each of the carbon black slurry prepared above is injected, and the spin is performed at a rotation speed of 10000 rpm. The Stokes equivalent diameter is measured by sedimentation, and as shown in FIG. 2, a histogram of the occurrence frequency relative to the Stokes equivalent diameter is created. A straight line B is drawn parallel to the Y-axis from the peak (A) of the histogram, and the intersection with the X-axis of the histogram is C. The Stokes diameter at C at this time is the maximum frequency Stokes equivalent diameter (D mod ). Also, let F be the midpoint of line B and F
Draw a straight line G parallel to the X-axis. The straight line G intersects the distribution curve of the histogram at two points D and E. At this time, D
The absolute value of the difference between the Stokes diameters at E and E is the Stokes equivalent diameter half- value width (D 1/2 ) value. Volume 75% diameter (D
75 ) was determined as follows. From the histogram of Figure 2,
The volume of the aggregate of each Stokes diameter is obtained from each Stokes diameter and the frequency at that time, and the relation of the cumulative volume up to the Stokes diameter to the Stokes diameter is calculated. The relationship is shown as a curve R in FIG. In addition, in FIG. 3, P represents the sum total value of the volume of the aggregate of each Stokes diameter. Here, a point having a value of 75% of the total volume value is designated as Q, a straight line is drawn from Q in parallel with the X axis, and an intersection with the curve R is designated as S. Then, a straight line is drawn from S in parallel with the Y axis, and the point of intersection with the X axis is T. The value of T at this time is the volume 75% diameter (D 75 ).
【0033】カーボンブラックの1次粒子の粒子径は、
電子顕微鏡法により求めた。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中に
投入し200KHzの超音波を20分間照射し分散させ
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。この操作を約1500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。The particle size of the primary particles of carbon black is
Determined by electron microscopy. Electron microscopy is the method described below. Carbon black is put into chloroform, and ultrasonic waves of 200 KHz are irradiated for 20 minutes to disperse the carbon black, and then the dispersed sample is fixed to a support 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 performed about 1500 times, and it calculates | requires by the arithmetic mean of those values.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】[0035]
【表2】 [Table 2]
【0036】[0036]
【表3】 [Table 3]
【0037】実施例で用いたカーボンブラックの製造装
置を用い、表1の条件で比較例1〜3を実施した。得ら
れたカーボンブラック物性を表2に示した。比較例1
は、原料を炉軸方向に分割導入せず、導入点からチョー
ク出口までの距離を十分確保しないで、比表面積が約3
00m2 /gのカーボンブラックを製造した例である
が、出口部の乱流によりCrDBPは増大しているが、
凝集体径分布のD1/2 /Dmod やD75が大きな値を示し
ている。比較例2は、同様に原料を炉軸方向に分割導入
せず、導入点からチョーク出口までの距離を十分確保し
て、比表面積が約300m2 /gのカーボンブラックを
得た製造例であるが、凝集体径分布のD1/2 /Dmod や
D75は比較例1に対して小さな値になったものの、Cr
DBPは低い値となった。比較例3は、比較例2と同様
な導入点から、比表面積が230m2 /gのカーボンブ
ラックを製造した例であるが、比較例2と同様、CrD
BPは低い。これらの例より、高いCrDBPと狭い凝
集体径分布は両立できないことが判る。これに対して、
実施例1は、1段目の原料導入点を長さ1400mmの
長尺のチョーク上流から200mm下流側とし、2段目
の原料導入点をチョーク出口から500mm離した位置
として、比表面積が約290m2 /gのカーボンブラッ
クを製造した例であるが、比較例1と対比して、同等の
CrDBPであるにも係わらず、凝集体径分布が極めて
シャープになっていることが判る。また、ほぼ同等の比
表面積である比較例2と対比しても判るように、高いC
rDBPが、極めて低いD1/2 /Dmod やD75で得られ
ている。実施例2は、実施例1と同様の製造方法で、比
表面積が約190m2 /gのカーボンブラックを製造し
た例であるが、比較例3と比べ、低い比表面積であるに
も係わらず、高いCrDBPが、低いD1/2 /Dmod や
D75で得られていることが判る。従って、このようなカ
ーボンブラックをインクジェット用のカーボンブラック
用途として用いた場合、従来に比して高い黒度をもたら
すことができる。またこのような特性を有するカーボン
ブラックをトラック、バス、レース用車両で使用するタ
イヤ補強材として用いた場合、極めて高い耐摩耗性を得
ることができる。Comparative Examples 1 to 3 were carried out under the conditions shown in Table 1 using the carbon black production apparatus used in the examples. The physical properties of the obtained carbon black are shown in Table 2. Comparative Example 1
Does not divide the raw material in the axial direction of the furnace and does not secure a sufficient distance from the introduction point to the choke outlet.
This is an example of producing carbon black of 00 m 2 / g. CrDBP is increased due to turbulent flow at the outlet,
D 1/2 / D mod and D 75 of the aggregate size distribution show large values. Comparative Example 2 is a production example in which carbonaceous material having a specific surface area of about 300 m 2 / g was obtained by similarly not dividingly introducing the raw material in the axial direction of the furnace and ensuring a sufficient distance from the introduction point to the choke outlet. However, D 1/2 / D mod and D 75 of the aggregate size distribution were smaller than those of Comparative Example 1, but Cr
DBP was low. Comparative Example 3 is an example in which carbon black having a specific surface area of 230 m 2 / g was produced from the same introduction point as that of Comparative Example 2.
BP is low. From these examples, it can be seen that high CrDBP and narrow aggregate size distribution are not compatible. On the contrary,
In Example 1, the first-stage raw material introduction point was set to be 200 mm downstream from the long choke having a length of 1400 mm, and the second-stage raw material introduction point was set 500 mm away from the choke outlet, and the specific surface area was about 290 m. Although this is an example of producing 2 / g of carbon black, it can be seen that the aggregate diameter distribution is extremely sharp in comparison with Comparative Example 1 despite the fact that CrDBP is equivalent. Further, as can be seen by comparing with Comparative Example 2 which has almost the same specific surface area, high C
rDBP has been obtained with extremely low D 1/2 / D mod and D 75 . Example 2 is an example in which carbon black having a specific surface area of about 190 m 2 / g was produced by the same production method as in Example 1, but it has a lower specific surface area than Comparative Example 3, It can be seen that high CrDBP is obtained with low D 1/2 / D mod and D 75 . Therefore, when such a carbon black is used for carbon black for inkjet, it is possible to provide a higher blackness than the conventional one. Further, when carbon black having such characteristics is used as a tire reinforcing material used in trucks, buses and racing vehicles, extremely high wear resistance can be obtained.
【0038】以上、本発明は前記した実施の形態で説明
したが、本発明は、この実施の形態に限定されるもので
はなく、例えば、原料供給用のノズルの設置位置を2箇
所としたが、3箇所以上としてもよい。更に、発明の要
旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそ
れぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わ
せて、本発明のカーボンブラックの製造装置及びその製
造方法を構成する場合にも本発明は適用される。Although the present invention has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the nozzles for supplying the raw material are installed at two positions. The number may be three or more. Further, changes can be made without changing the gist of the invention, and a part or all of the above-described respective embodiments and modifications are combined to configure the carbon black manufacturing apparatus and the manufacturing method thereof. The present invention is also applied to the case.
【0039】[0039]
【発明の効果】請求項1〜3記載のカーボンブラックの
製造装置においては、チョーク部を小径かつ長尺にする
と共に、ノズルはチョーク部に軸方向の異なる2箇所以
上の位置に多段にわたって設けられているので、1次粒
子径が小さくて凝集体径が大きく、かつ凝集体径分布の
幅が狭いカーボンブラックを製造することができる。In the carbon black manufacturing apparatus according to the first to third aspects of the present invention, the choke portion has a small diameter and a long length, and the nozzles are provided on the choke portion in two or more axially different positions in multiple stages. Therefore, it is possible to produce carbon black having a small primary particle diameter, a large aggregate diameter, and a narrow width of the aggregate diameter distribution.
【0040】特に、請求項2記載のカーボンブラックの
製造装置においては、チョーク部の長さが800mm以
上、チョーク部の直径が200mm以下であるので、1
次粒子径が小さく、凝集体径分布の幅が狭いカーボンブ
ラックを容易に得ることが可能となる。Particularly, in the carbon black producing apparatus according to the second aspect, since the length of the choke portion is 800 mm or more and the diameter of the choke portion is 200 mm or less, 1
It is possible to easily obtain carbon black having a small secondary particle size and a narrow width of the aggregate size distribution.
【0041】請求項3記載のカーボンブラックの製造装
置においては、ノズルはチョーク部の下流側を除く部位
に設けられ、チョーク部の下流側にカーボンブラックの
生成領域を確保するので、カーボンブラックの製造歩留
りを向上させることができる。In the apparatus for producing carbon black according to the third aspect, the nozzle is provided at a portion other than the downstream side of the choke portion, and a carbon black generation region is secured on the downstream side of the choke portion. The yield can be improved.
【0042】請求項4〜7記載のカーボンブラックの製
造方法においては、チョーク部に軸方向の異なる2箇所
以上の位置に設けたノズルから原料を吹き込み、1次粒
子径が小さくてストラクチャーが大きく、かつ凝集体径
分布の幅が狭いカーボンブラックを製造することがで
き、そのカーボンブラックをインクジェット用インキ、
樹脂着色、ペイント、ラッカー等の着色顔料に用いるこ
とで高黒度化が可能となる。更に、タイヤ補強材として
の使用により、トラック、バス、レース車両等で用いる
高耐摩耗性タイヤの製造が可能となる。In the method for producing carbon black according to claims 4 to 7, the raw material is blown into the choke portion from nozzles provided at two or more positions in different axial directions, and the primary particle diameter is small and the structure is large. In addition, it is possible to produce carbon black having a narrow width of aggregate size distribution.
High blackness can be achieved by using it as a coloring pigment for resin coloring, paint, lacquer and the like. Furthermore, by using it as a tire reinforcing material, it becomes possible to manufacture a highly wear-resistant tire for use in trucks, buses, race vehicles and the like.
【0043】特に、請求項5記載のカーボンブラックの
製造方法においては、チョーク部内で燃焼ガス流の酸素
濃度が8体積%以下であるので、カーボンブラックの生
成する領域の雰囲気温度が均一に保たれ、1次粒子径が
小さく、しかも、凝集体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。更に、供給された原料の部
分燃焼が抑制されるので、カーボンブラックの製造歩留
りが向上する。Particularly, in the method for producing carbon black according to the fifth aspect, since the oxygen concentration of the combustion gas flow is 8% by volume or less in the choke portion, the atmospheric temperature in the region where carbon black is generated is kept uniform. It is possible to obtain carbon black having a small primary particle size and a sharp aggregate size distribution. Further, since the partial combustion of the supplied raw material is suppressed, the production yield of carbon black is improved.
【0044】請求項6記載のカーボンブラックの製造方
法においては、燃焼ガス流の温度が、チョーク部内で1
500℃以上であるので、原料の気化、熱分解、蒸発、
凝縮の一連の変化を均一に生じさせて、1次粒子径の小
さなカーボンブラックを製造することが可能となる。更
に、1次粒子の相互の衝突が活発となって多数の凝集体
の生成が可能になると共に、生成した凝集体と1次粒子
との衝突が活発となって凝集体の成長を促進することが
可能となる。In the method for producing carbon black according to claim 6, the temperature of the combustion gas flow is 1 in the choke portion.
Since the temperature is 500 ° C or higher, vaporization, thermal decomposition, evaporation of raw materials,
It is possible to produce carbon black having a small primary particle size by uniformly causing a series of changes in condensation. Further, the mutual collision of the primary particles becomes active to allow the formation of a large number of aggregates, and the collision between the formed aggregates and the primary particles becomes active to promote the growth of the aggregates. Is possible.
【0045】請求項7記載のカーボンブラックの製造方
法においては、燃焼ガス流の流速が、チョーク部内で2
50m/s以上であるので、ノズルから供給した原料の
大きさを小さくして原料の気化、熱分解、蒸発、凝縮の
一連の変化を均一に生じさせることができ、1次粒子径
の小さなカーボンブラックを製造することが可能とな
る。In the method for producing carbon black according to claim 7, the flow velocity of the combustion gas flow is 2 in the choke portion.
Since it is 50 m / s or more, the size of the raw material supplied from the nozzle can be reduced to uniformly generate a series of changes of vaporization, thermal decomposition, evaporation, and condensation of the raw material, and a carbon having a small primary particle diameter. It becomes possible to manufacture black.
【図1】発明の一実施の形態に係るカーボンブラックの
製造装置の全体概略断面図である。FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a carbon black manufacturing apparatus according to an embodiment of the invention.
【図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 )の求め方の説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of how to determine a maximum frequency Stokes equivalent diameter (D mod ) and a Stokes equivalent diameter half- value width (D 1/2 ).
【図3】体積75%径(D75)の求め方の説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram of how to determine a volume 75% diameter (D 75 ).
10:カーボンブラックの製造装置、11:第1反応帯
域、12:第2反応帯域、13:第3反応帯域、14:
燃焼ノズル、15:燃焼室、16:導入部、17:高温
用耐火物、18:一般用耐火物、19:鉄皮、20:チ
ョーク部、21:ノズル、22:冷却室、23:ノズ
ル、24:出口、25:入口10: carbon black production apparatus, 11: first reaction zone, 12: second reaction zone, 13: third reaction zone, 14:
Combustion nozzle, 15: combustion chamber, 16: introduction part, 17: high temperature refractory, 18: general refractory, 19: iron skin, 20: choke part, 21: nozzle, 22: cooling chamber, 23: nozzle, 24: Exit, 25: Entrance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 隆晴 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱化学株式会社内 (72)発明者 吾妻 誉正 三重県四日市市東邦町1番地 三菱化学株 式会社内 Fターム(参考) 4J037 AA02 BB18 BB25 BB29 BB33 BB37 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takaharu Yamamoto 1-1 Kurosaki Shiroishi, Hachiman Nishi Ward, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture Within Mitsubishi Chemical Corporation (72) Inventor Azuma Tsunemasa 1 Toho-cho, Yokkaichi-shi, Mie Mitsubishi Chemical Corporation Inside the company F term (reference) 4J037 AA02 BB18 BB25 BB29 BB33 BB37
Claims (7)
と、前記燃焼ガス流にノズルから原料を供給してカーボ
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、該第2反応帯域の下流側に設けられカーボンブラ
ックの生成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、前記チョーク部を
小径かつ長尺にすると共に、前記ノズルは該チョーク部
に軸方向の異なる2箇所以上の位置に多段にわたって設
けられていることを特徴とするカーボンブラックの製造
装置。1. A first reaction zone for forming a combustion gas stream, a second reaction zone having a choke portion for supplying a raw material from the nozzle to the combustion gas stream to produce carbon black, and a second reaction zone of the second reaction zone. An apparatus for producing carbon black having a third reaction zone which is provided on a downstream side and which stops a reaction of producing carbon black, wherein the choke portion has a small diameter and a long length, and the nozzle is axially provided to the choke portion. An apparatus for producing carbon black, characterized in that the carbon black is provided in multiple stages at two or more different positions.
装置において、前記チョーク部の長さが800mm以
上、該チョーク部の直径が200mm以下であることを
特徴とするカーボンブラックの製造装置。2. The carbon black manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the length of the choke portion is 800 mm or more and the diameter of the choke portion is 200 mm or less.
の製造装置において、前記ノズルは前記チョーク部の下
流側を除く部位に設けられ、該チョーク部の下流側にカ
ーボンブラックの生成領域を確保することを特徴とする
カーボンブラックの製造装置。3. The carbon black manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the nozzle is provided at a site other than the downstream side of the choke portion, and a carbon black generation region is secured on the downstream side of the choke portion. An apparatus for producing carbon black, which is characterized in that
流を、第2反応帯域の小径かつ長尺のチョーク部に導き
高温、高流速かつ低酸素濃度の燃焼ガス流を形成すると
共に、前記チョーク部にノズルを介して原料を供給して
カーボンブラックを生成し、第3反応帯域でカーボンブ
ラックの生成反応を停止させるカーボンブラックの製造
方法において、前記チョーク部に軸方向の異なる2箇所
以上の位置に設けた前記ノズルから前記原料を吹き込む
ことを特徴とするカーボンブラックの製造方法。4. The high temperature combustion gas stream formed in the first reaction zone is introduced into a small diameter and long choke portion of the second reaction zone to form a high temperature, high velocity and low oxygen concentration combustion gas stream, In the method for producing carbon black, in which a raw material is supplied to the choke portion through a nozzle to generate carbon black and the carbon black production reaction is stopped in the third reaction zone, the choke portion is provided at two or more locations in different axial directions. The method for producing carbon black, characterized in that the raw material is blown from the nozzle provided at the position.
方法において、前記チョーク部内で前記燃焼ガス流の酸
素濃度が8体積%以下であることを特徴とするカーボン
ブラックの製造方法。5. The method for producing carbon black according to claim 4, wherein the oxygen concentration of the combustion gas stream in the choke portion is 8% by volume or less.
の製造方法において、前記燃焼ガス流の温度が、前記チ
ョーク部内で1500℃以上であることを特徴とするカ
ーボンブラックの製造方法。6. The method for producing carbon black according to claim 4 or 5, wherein the temperature of the combustion gas flow is 1500 ° C. or higher in the choke section.
ーボンブラックの製造方法において、前記燃焼ガス流の
流速が、前記チョーク部内で250m/s以上であるこ
とを特徴とするカーボンブラックの製造方法。7. The method for producing carbon black according to claim 4, wherein the flow rate of the combustion gas flow is 250 m / s or more in the choke portion. Manufacturing method.
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