JP2588840B2 - カーボンブラックの製造のためのシステム - Google Patents

カーボンブラックの製造のためのシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化水素の分解によるカーボンブラックと
水素の製造のためのシステムに関する。
欧州特許公開番号第0315442号、欧州特許公開番号第0
392121号、米国特許第4213939号、英国特許公開番号第1
150362号からは、クラッキングによる炭化水素の一部の
分解によって達成されるガス形式及び／又は液状形式の
炭化水素の不完全燃焼によるカーボンブラックの製造方
法とシステムが公知である。しかしながら、ガス状の副
産物の主成分は、カーボンオキサイドである。
英国特許公開番号第1492346号からは、反応室内の炭
化水素の熱分解によるカーボンブラックの熱分解製造方
法が公知である。しかしながら、水蒸気がガス状の熱搬
送体であるプラズマ流に導入され、炭化水素は炭素とガ
ス状の副産物に分解されるが、水素はその副産物の単な
る１成分である。
炭化水素ガスからカーボンブラックを製造するための
多くの様々なシステムと方法が、先行技術において公知
である。これらの方法のうちの１つのグループは、プラ
ズマトーチを用いて炭化水素をカーボンブラックと水素
成分に熱分解することを利用する。しかし、現在までに
使用された方法は、通常は、例えば、アセチレンのよう
な他のガス状の炭化水素生成物になるという結果だけに
終わった。現在迄に、カーボンブラックと水素の連続製
造の実施を可能にするようなシステムは、開発されなか
った。というのは、堆積物の形成のために、以前のシス
テムは短い作動期間の後に停止されて、該システムが再
稼働される前にトーチと反応器が清掃されねばならなか
ったからである。これらの不利益は、結果的にシステム
を非常に効果なものにし、その分だけ最終生成物にとっ
ては高コストでの稼働となっていた。
公知のシステムに関しての別の不利益は、最終生成
物、即ち、製造されるカーボンブラックと水素の完全な
る調節を該システムが達成できなかったことである。と
いうのは、物理的特性に関して、カーボンブラックの標
準的品質しか生み出すことができず、その結果、得られ
たカーボンブラックに基いて更なる処理が必要になるか
らである。水素は、大体は、燃え尽きてしまうものであ
った。
本発明の目的は、連続的方法で作動される、炭化水素
ガスの分解によるカーボンブラックと水素の製造のため
のシステムを提供するすることであり、該システムは、
カーボンブラックが所定の物理的特性を有して製造でき
るようなプロセス条件を予め設定することを可能にする
ものである。この目的は、提出された特許請求の範囲の
特徴によって、特徴付けられたシステムによって達成さ
れる。
本発明によるシステムによって、更なる加工のための
カーボンブラックの合理的で且つ連続的な製造が可能と
なるが、該システムにおいては、カーボンブラックはそ
れがその後の用途に適応するように正確に調節されるよ
う所望の粒径と構造で製造される。更に、製造された水
素の部分がプラズマトーチに還流され、そこでプラズマ
ガスとして使用されるので、非常に合理的で且つ経済的
な作業が達成される。次いで、水素は、供給ガス中の炭
化水素と共にプラズマトーチ内で使用され、電極の消耗
を減少させ、それによって、結果的に更なる節約とな
る。このシステムにおいては、望ましくない粒径の粒子
と粗い断片は濾過されて取り除かれるので、均一で精細
な最終生成物が得られる。そして更に、このことには、
反応器が使用されて、そこにおいて、混合と加熱領域の
調節によって、製造されるカーボンブラックが所望の構
造を有することが確実になされるという事実が加えられ
る。該システムに使用される循環によって並びに出発物
質としての天然ガス若しくはメタンの使用と共に水素の
還流によって、汚染の非常に少ない炭化水素の分解が達
成され、反応器システムにおける閉塞や詰まりが回避さ
れ、それによって、連続した方法が達成される。
本発明は、本発明のシステムにとっての単純化された
プロセスの流れを示す、図面中に純粋に略式図示された
実施例を用いて、以下により詳細に記載される。
添付の図面に概略図示されたシステムは、本発明にと
って重要な原理的特徴と通常使用されるが、明確さのた
めに省略されてきたこの種のシステムに存在する他の全
てのパイプラインと配管を図示している。この様に、図
面は、本発明に利用されたこれらの原理のみを示すもの
である。
該システムの主要部は、反応室２を取り付けたプラズ
マトーチ１から成る。該プラズマトーチにはプラズマガ
スが供給されるが、該プラズマガスは、パイプ11を通じ
ての水素と、貯蔵タンク16から又はパイプ17を介してガ
スパイプラインから直接に供給される、例えば、メタン
である炭化水素ガスである。安全装置として、例えば、
アルゴン供給器14と窒素供給器15からのパイプが、該パ
イプ17と接続されており、これらの分岐パイプは通常バ
ルブによって閉鎖されている。
プラズマトーチ１において、炭化水素ガスが分解され
るが、実施例の場合、メタンがカーボンブラックと水素
に分解され、それらは結果として生じたカーボンブラッ
クにとっての望ましい物理的特性を得るために反応器２
内で更に処理される。このことは、反応器内の領域の温
度を制御することと、反応室に通じており18として略式
に示された各分岐パイプを通してのメタンとそれぞれの
混合物の制御された供給によってなされる。該反応器の
設計は、出願人の継続中のノールウェイ国特許出願第92
1360号とPCT第92/00196号により詳細に記載されてい
る。製造されたカーボンブラックは、冷却パイプ３を通
して、例えば、サイクロン装置４、５で構成され、そこ
で粗い粒子が以後の処理にとって望ましくない場合には
それが分離される分離装置に、水素と共に該反応器から
移動するが、その時のカーボンブラックは、すでに所望
の物理的特性を有している。冷却システムにおいて、例
えば、800℃乃至1600℃である反応器からの出口温度
が、例えば、50℃乃至160℃である温度に冷却される。
生成物の流れから取り除かれた熱は、19で、エネルギー
最適化のために供給ガス及びプラズマガスと熱交換され
る。反応器内のプラズマトーチからの出口温度は、3000
−8000℃程度である。
冷却サイクロン４において粗い粒子を分離した後、該
粗い粒子は、スラッグサイロ５内に集められ、そこから
それ以後取り除かれて、特別に製造されたカーボンブラ
ックと比べると余り重要でない目的に使用される。水素
とカーボンブラクは、パイプ６を通って、余分な成分を
濾過して取り除く主フィルター７に移行され、フィルタ
ーサイロ８において、反応器セクションにおいて達成さ
れた望ましい精細な範囲内の粒径と特別な構造を有する
カーボンブラックのみが集められる。該特別なカーボン
ブラックは、その後以後の処理のためにフィルターサイ
ロ８から取り出すことができる。残った水素は、該フィ
ルターから回収され、パイプからの水素と混合される。
この水素は、化学処理工業に直接供給されるか、又は、
以後の使用のために貯蔵され、エネルギー搬送体として
使用され、更に、例えば、発電においても、使用される
が、所望の部分はパイプ11を通じてプラズマトーチに還
流されそこでプラズマガスとして使用される。安全のた
めに、該システムは、そこでガスが燃焼され尽くす火災
排気管10に接続される。従って、該システムにおいて実
施されたプロセスの最終生成物のうちの一方は、現実の
プロセスのための作動手段として使用される。このこと
は、汚染のない完全に純粋なガスがプラズマガスとして
も使用されると同時に、結果的にトーチの汚染を最小限
にしつつも、エネルギー消費を減少させるという利益を
提供する。出発期間においては、供給器から余分な水素
を供給することが必要であろう。トーチから供給された
水素ガスを制御するときには、反応器とトーチの作動を
制御して、それによって該システムがある程度の自動調
節を達成するようにすることもできる。通常の作動時に
は、該システムは、プラズマガスを完全に自給自足とす
る。
上記の該システムの記載においては、主な構成要素の
みが記載されているが、本発明の範囲内において多くの
変更が可能であることは全く自明である。本発明のシス
テムに関しては、製造されたカーボンブラックが、供給
ガス内に存在する物質以外の又は反応器内に加えるのが
望ましい物質及び反応器内に加えることのできる物質以
外の物質により汚染されなくなるという利点も達成され
る。
本発明の好適な実施例においては、プラズマガスとし
て使用される水素ガスが、更に、炭化水素ガスと共に供
給されるが、それは、燃焼若しくは電極の消耗に関して
好適な効果を有し、それによって、早急な消耗がより抑
制される。プラズマトーチへの水素の供給の制御は、プ
ラズマアーク内の状況に関連させた制御バルブによって
提供される。
フロントページの続き (72)発明者 ラングェイ ユスタイン ノールウェイ国 エヌ―3430 スピッケ スタ ビョルケリヴァイエン 31 (56)参考文献 特開 平３−33167（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230677（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−11275（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4213939（ＵＳ，Ａ) 米国特許4289743（ＵＳ，Ａ) 英国特許1400266（ＧＢ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱分解反応器としてプラズマトーチ（１）
    が使用され、該プラズマトーチ（１）は、使用時におい
    て、供給ガスとしての予熱された炭化水素ガスとプラズ
    マガスとしての予熱された炭化水素ガス及び／又は予熱
    された水素が供給されるが、そこでは、生成された水素
    の少なくとも一部がリサイクルされプラズマガスとして
    利用されることと、該熱分解反応器（１）に関連して、
    カーボンの特性に影響を与えると共にそれを制御するた
    めの、並びに、カーボンの表面と構造を変更するため
    の、調節可能な温度領域を有する更なる反応器（２）を
    設け、該反応器が該各温度領域に各種のガスや物質を供
    給する手段を有することと、該反応器の下流に、反応生
    成物のための冷却器（３）を設け、そこにおいて供給ガ
    スとプラズマガスが予熱されると共に、炭素成分から粗
    い粒子を分離するための、好ましくは、サイクロン
    （４）で構成される分離手段（４）、（７）がそれに続
    き、該サイクロン（４）がフィルター装置（７）に接続
    され、そこで、所望の粒径と構造のカーボンブラックが
    濾過されて、以後の処理のために、サイロ（８）に取り
    出されることと、エネルギー搬送体として、水素を一部
    化学処理工業に転送すると共に還流パイプ（11）を介し
    て熱分解反応器（４）に戻すためのパイプ（９）が装備
    されていることを特徴とする、特に、メタンである炭化
    水素ガスの熱分解によるカーボンと水素の連続構造のた
    めのシステム。
  2. 【請求項２】該冷却器（３）が、供給ガスとプラズマガ
    スを予熱するための冷却パイプであることを特徴とする
    前記請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】プラズマトーチ（１）に対して、プラズマ
    ガスとして水素と炭化水素ガスの組み合わせが使用され
    ることと、プラズマガスに供給される炭化水素ガスの量
    が、プラズマトーチ（１）に加えられる影響によって制
    御されることを特徴とする前記請求項１及び２に記載の
    システムの作動方法。
  4. 【請求項４】使用されるプラズマガスが、供給ガス又は
    フィルター装置（４）、（７）からの分解ガスのみで構
    成されることと、プラズマガスとして還流される水素の
    量が、プラズマアークに連結された制御バルブによるプ
    ラズマトーチ（１）加えられる影響によって制御される
    ことを特徴とする前記請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】該システムが、供給ガス以外の如何なる物
    質も供給されることなしに稼働することを特徴とする前
    記請求項４に記載の方法。
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