JP2699195B2 - カーポンブラックの製造方法及びその装置 - Google Patents
カーポンブラックの製造方法及びその装置Info
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- JP2699195B2 JP2699195B2 JP1127949A JP12794989A JP2699195B2 JP 2699195 B2 JP2699195 B2 JP 2699195B2 JP 1127949 A JP1127949 A JP 1127949A JP 12794989 A JP12794989 A JP 12794989A JP 2699195 B2 JP2699195 B2 JP 2699195B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
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- Organic Chemistry (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Beans For Foods Or Fodder (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （ａ） 発明の目的 （産業上の利用分野） 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用いられるファーネス法カーボン
ブラックの製造方法及びその製造装置に関する。
料などの種々の用途に用いられるファーネス法カーボン
ブラックの製造方法及びその製造装置に関する。
（従来の技術） ファーネス法によりカーボンブラックを製造するに
は、一般に円筒状のカーボンブラック製造装置の第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混
合物流を、引続いて設置された第２反応帯域に移動させ
ながら、該混合物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ている。しかし、所望の物理化学
的特性を有するカーボンブラックを高収率で製造するこ
とは、その熱分解反応が複雑であるので、極めて難し
い。
は、一般に円筒状のカーボンブラック製造装置の第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混
合物流を、引続いて設置された第２反応帯域に移動させ
ながら、該混合物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ている。しかし、所望の物理化学
的特性を有するカーボンブラックを高収率で製造するこ
とは、その熱分解反応が複雑であるので、極めて難し
い。
特に、第１反応帯域において形成された高温燃焼混合
物流に、第２反応帯域において如何にして原料炭化水素
を混合してカーボンブラックを生成させるかは、生成カ
ーボンブラックの物性（品種）及び収量等に重大な影響
を与えるものであるが、従来、一般的には高温燃焼混合
物流に強い旋回を与えて運動エネルギーを増加させた
り、或いは反応停止域である第３反応帯域の近辺に種々
の形状の絞り部を形成させたりするなどの工夫が、試行
錯誤的に試みられてきた。しかし、まだ充分に満足でき
るカーボンブラック製造法及びその装置は開発されてい
ない。
物流に、第２反応帯域において如何にして原料炭化水素
を混合してカーボンブラックを生成させるかは、生成カ
ーボンブラックの物性（品種）及び収量等に重大な影響
を与えるものであるが、従来、一般的には高温燃焼混合
物流に強い旋回を与えて運動エネルギーを増加させた
り、或いは反応停止域である第３反応帯域の近辺に種々
の形状の絞り部を形成させたりするなどの工夫が、試行
錯誤的に試みられてきた。しかし、まだ充分に満足でき
るカーボンブラック製造法及びその装置は開発されてい
ない。
また、特公昭47-6203号公報には、炉軸線に対して10
度〜80度の角度で取付けられた複数個の燃焼器を配置す
ることにより攪乱を発生させ、これに原料炭化水素を交
差するように供給してカーボンブラックを製造する方法
が記載されている。しかし、その燃焼器が取付けられた
炉の形状が絞り部（ダイヤフラム）に向って断面積が増
加する円錐台形状の形状になっているため、燃焼混合物
流の交差によって得られる乱流は、絞り部に近づくにつ
れて減少することになるから、燃焼混合物流の有する乱
流エネルギー及び絞り部形状から得られる乱流エネルギ
ーが有効に活用されない。また、原料炭化水素の導入が
炉軸方向であることからして、導入された原料炭化水素
が炉半径方向へ拡散しなければならず、最も乱流エネル
ギーの大きい領域へ集中的に原料炭化水素を速やかに導
入することができないので、任意所望の物性を有するカ
ーボンブラックを得るための制御がむつかしく、特に小
粒径のカーボンブラックの製造が困難である。
度〜80度の角度で取付けられた複数個の燃焼器を配置す
ることにより攪乱を発生させ、これに原料炭化水素を交
差するように供給してカーボンブラックを製造する方法
が記載されている。しかし、その燃焼器が取付けられた
炉の形状が絞り部（ダイヤフラム）に向って断面積が増
加する円錐台形状の形状になっているため、燃焼混合物
流の交差によって得られる乱流は、絞り部に近づくにつ
れて減少することになるから、燃焼混合物流の有する乱
流エネルギー及び絞り部形状から得られる乱流エネルギ
ーが有効に活用されない。また、原料炭化水素の導入が
炉軸方向であることからして、導入された原料炭化水素
が炉半径方向へ拡散しなければならず、最も乱流エネル
ギーの大きい領域へ集中的に原料炭化水素を速やかに導
入することができないので、任意所望の物性を有するカ
ーボンブラックを得るための制御がむつかしく、特に小
粒径のカーボンブラックの製造が困難である。
さらに、特公昭62-10581号公報においては、別系列で
発生させた複数のカーボンブラック中間生成ガス流を相
互に衝突させている。しかし、この場合の衝突が原料炭
化水素を導入した後のカーボンブラック中間生成ガス流
どうしの衝突であるので、その衝突による乱流エネルギ
ーは、カーボンブラックの効率的な生成に役立っていな
い。また、カーボンブラック中間生成ガス流の収斂が、
２個以上の第１及び第２反応帯域の集合で行なわれてお
り、その集合以前に既にカーボンブラック中間生成物が
形成されているおそれがあり、結果として生成カーボン
ブラックの物性（品位）の変動が著しくなるし、また集
合させる系列数が多くなると、製造炉本体表面積の増加
が避けられないので、製造炉表面より逸散する損失熱量
が多くなり、エネルギー効率が低下する。
発生させた複数のカーボンブラック中間生成ガス流を相
互に衝突させている。しかし、この場合の衝突が原料炭
化水素を導入した後のカーボンブラック中間生成ガス流
どうしの衝突であるので、その衝突による乱流エネルギ
ーは、カーボンブラックの効率的な生成に役立っていな
い。また、カーボンブラック中間生成ガス流の収斂が、
２個以上の第１及び第２反応帯域の集合で行なわれてお
り、その集合以前に既にカーボンブラック中間生成物が
形成されているおそれがあり、結果として生成カーボン
ブラックの物性（品位）の変動が著しくなるし、また集
合させる系列数が多くなると、製造炉本体表面積の増加
が避けられないので、製造炉表面より逸散する損失熱量
が多くなり、エネルギー効率が低下する。
（発明の課題） 本発明は、所望の種々の物性を有する、したがって種
々の用途に使用できる種々の品種のカーボンブラックを
任意に効率よく製造することができるカーボンブラック
の製造方法及びその製造装置を提供しようとするもので
ある。
々の用途に使用できる種々の品種のカーボンブラックを
任意に効率よく製造することができるカーボンブラック
の製造方法及びその製造装置を提供しようとするもので
ある。
（ｂ） 発明の構成 （課題の解決手段） 本発明のカーボンブラックの製造方法は、高温燃焼混
合物発生機構により、酸素含有ガスと燃料とを混合して
高温燃焼混合物流を形成させる第１反応帯域と、引続い
て得られた高温燃焼混合物流と原料炭化水素とを混合し
てカーボンブラックを生成させる第２反応帯域と、第２
反応帯域に引続いた下流側にあって、冷却水を噴霧して
反応を停止させる第３反応帯域において反応を行なわせ
てカーボンブラックを製造する方法において、 前記の高温燃焼混合物流を、複数個の高温燃焼混合
物発生機構によってそれぞれ形成されたほぼ軸流方向の
複数個の分割流として導入し、 該複数個の高温燃焼混合物の分割流を、炉軸方向に
細長く収斂させた形状の第１反応帯域又は絞り部を有す
る第２反応帯域において相互に衝突させ、 原料炭化水素を第２反応帯域において高温燃焼混合
物流を横切る方向から導入することを 特徴とする方法である。 また、本発明のカーボンブラ
ック製造装置は、高温燃焼混合物発生機構により酸素含
有ガスと燃料とを混合して高温燃焼混合物流を形成させ
る第１反応帯域と、引続き得られた高温燃焼混合物流と
原料炭化水素とを混合してカーボンブラックを生成させ
る第２反応帯域と、第２反応帯域に引続いた下流にあっ
て、冷却水を噴霧して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製造装置において、前記の複
数個の高温燃焼混合物発生機構がその各高温燃焼混合物
流を第１反応帯域と第２反応帯域における任意の位置に
噴射可能に設けられ、第２反応帯域が同反応帯域を実質
的に炉軸方向に細長く収斂させる形状であり、かつ原料
炭化水素導入ノズルが第２反応帯域の高温燃焼混合物流
を横切る方向に設けられたことを特徴とする装置であ
る。
合物発生機構により、酸素含有ガスと燃料とを混合して
高温燃焼混合物流を形成させる第１反応帯域と、引続い
て得られた高温燃焼混合物流と原料炭化水素とを混合し
てカーボンブラックを生成させる第２反応帯域と、第２
反応帯域に引続いた下流側にあって、冷却水を噴霧して
反応を停止させる第３反応帯域において反応を行なわせ
てカーボンブラックを製造する方法において、 前記の高温燃焼混合物流を、複数個の高温燃焼混合
物発生機構によってそれぞれ形成されたほぼ軸流方向の
複数個の分割流として導入し、 該複数個の高温燃焼混合物の分割流を、炉軸方向に
細長く収斂させた形状の第１反応帯域又は絞り部を有す
る第２反応帯域において相互に衝突させ、 原料炭化水素を第２反応帯域において高温燃焼混合
物流を横切る方向から導入することを 特徴とする方法である。 また、本発明のカーボンブラ
ック製造装置は、高温燃焼混合物発生機構により酸素含
有ガスと燃料とを混合して高温燃焼混合物流を形成させ
る第１反応帯域と、引続き得られた高温燃焼混合物流と
原料炭化水素とを混合してカーボンブラックを生成させ
る第２反応帯域と、第２反応帯域に引続いた下流にあっ
て、冷却水を噴霧して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製造装置において、前記の複
数個の高温燃焼混合物発生機構がその各高温燃焼混合物
流を第１反応帯域と第２反応帯域における任意の位置に
噴射可能に設けられ、第２反応帯域が同反応帯域を実質
的に炉軸方向に細長く収斂させる形状であり、かつ原料
炭化水素導入ノズルが第２反応帯域の高温燃焼混合物流
を横切る方向に設けられたことを特徴とする装置であ
る。
カーボンブラック製造反応において、所望の物性、す
なわち所望形態のカーボンブラックを製造するには、コ
ロモゴロフ（Kolomogorov）の最小渦直径ｌKの最小値で
ある（ｌK）min、その分布、及び（ｌK）minの存在する
領域を通過する原料炭化水素流量である（Ｑ）ｌKと供
給炭化水素原料の総量Ｑとの割合（Ｑ）ｌK/Qの三つの
因子を任意に制御する必要がある。ここにいうコロモゴ
ロフの最小渦直径ｌKとは、流体力学における乱流理論
で導かれる乱流特性スケールを表わすパラメーターであ
り、自体公知のものである。
なわち所望形態のカーボンブラックを製造するには、コ
ロモゴロフ（Kolomogorov）の最小渦直径ｌKの最小値で
ある（ｌK）min、その分布、及び（ｌK）minの存在する
領域を通過する原料炭化水素流量である（Ｑ）ｌKと供
給炭化水素原料の総量Ｑとの割合（Ｑ）ｌK/Qの三つの
因子を任意に制御する必要がある。ここにいうコロモゴ
ロフの最小渦直径ｌKとは、流体力学における乱流理論
で導かれる乱流特性スケールを表わすパラメーターであ
り、自体公知のものである。
本発明においては、第１反応帯域における高温燃焼混
合物流を、複数個の高温燃焼混合物発生機構を用いて発
生させた複数個の分割流として導入し、その複数個の分
割流を、炉軸方向に細長く収斂させた形状の第１反応帯
域と第２反応帯域において適宜に相互に衝突させること
によって、前記の（ｌK）minの絶対値と、その分布を制
御するとともに、この（ｌK）minの存在する領域である
第２反応帯域において、原料炭化水素を高温燃焼混合物
流を横切る方向から導入するので、その導入された原料
炭化水素を速やかに容易に（ｌK）minの存在する領域全
体に拡散させて混合できるから、カーボンブラックの物
性制御が容易であると同時に、効率よくカーボンブラッ
クを生成させることができるのである。
合物流を、複数個の高温燃焼混合物発生機構を用いて発
生させた複数個の分割流として導入し、その複数個の分
割流を、炉軸方向に細長く収斂させた形状の第１反応帯
域と第２反応帯域において適宜に相互に衝突させること
によって、前記の（ｌK）minの絶対値と、その分布を制
御するとともに、この（ｌK）minの存在する領域である
第２反応帯域において、原料炭化水素を高温燃焼混合物
流を横切る方向から導入するので、その導入された原料
炭化水素を速やかに容易に（ｌK）minの存在する領域全
体に拡散させて混合できるから、カーボンブラックの物
性制御が容易であると同時に、効率よくカーボンブラッ
クを生成させることができるのである。
特に、高温燃焼混合物流の分割態様や分割流の衝突態
様の制御（変化）、各分割流の燃料や酸素含有ガス流量
の制御（変化）、さらには分割態様や衝突態様に対応す
る原料炭化水素供給位置の制御（変化）等の各種の制御
を組合わせて行なわせることによって、生成カーボンブ
ラックの物性、したがって品種を任意に効率よく制御で
きるのである。
様の制御（変化）、各分割流の燃料や酸素含有ガス流量
の制御（変化）、さらには分割態様や衝突態様に対応す
る原料炭化水素供給位置の制御（変化）等の各種の制御
を組合わせて行なわせることによって、生成カーボンブ
ラックの物性、したがって品種を任意に効率よく制御で
きるのである。
本発明における高温燃焼混合物は、第１反応帯域にお
いてガス状又は液状燃料を、空気、酸素又はそれらの混
合物などのような酸素含有ガスと混合して燃焼させるこ
とにより得られる。その燃料としては、水素、一酸化炭
素、メタン、天然ガス、石炭ガス、石油ガス等のガス状
燃料、灯油、ガソリン、重油等の石油系液体燃料、クレ
オソート油、ナフタレン油、カルボン酸油等の石炭系燃
料が好適に使用される。
いてガス状又は液状燃料を、空気、酸素又はそれらの混
合物などのような酸素含有ガスと混合して燃焼させるこ
とにより得られる。その燃料としては、水素、一酸化炭
素、メタン、天然ガス、石炭ガス、石油ガス等のガス状
燃料、灯油、ガソリン、重油等の石油系液体燃料、クレ
オソート油、ナフタレン油、カルボン酸油等の石炭系燃
料が好適に使用される。
また、本発明におけ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。
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。
次に、本発明の実施態例を説明するための製造装置を
例示して、さらに詳細に説明をする。
例示して、さらに詳細に説明をする。
添付の第１図は、本発明において使用されるカーボン
ブラック製造装置の一例を示す要部縦断概略図であり、
第２図は第１図のＡ−Ａ線断面概略図、第３図は第１図
のＢ−Ｂ線断面概略図、そして第４図は第１図Ｃ−Ｃ線
断面概略図であり、１は製造炉の本体、２は絞り部、３
は第１反応帯域、４は第２反応帯域、５は第３反応帯域
である。また、第５図Ａは第１図〜第４図に示すカーボ
ンブラック製造装置の操業中の第１反応帯域の断面概略
図であり、（イ）〜（ニ）はそれぞれの高温燃焼混合物
の分割流である。
ブラック製造装置の一例を示す要部縦断概略図であり、
第２図は第１図のＡ−Ａ線断面概略図、第３図は第１図
のＢ−Ｂ線断面概略図、そして第４図は第１図Ｃ−Ｃ線
断面概略図であり、１は製造炉の本体、２は絞り部、３
は第１反応帯域、４は第２反応帯域、５は第３反応帯域
である。また、第５図Ａは第１図〜第４図に示すカーボ
ンブラック製造装置の操業中の第１反応帯域の断面概略
図であり、（イ）〜（ニ）はそれぞれの高温燃焼混合物
の分割流である。
この第１図〜第５図Ａに示されたカーボンブラック製
造装置には、高温燃焼混合物発生機構が４個設けられて
いて各発生機構の燃料導入ノズル９A〜９Dは、第１反応
帯域３と第２反応帯域４における任意の位置に高温燃焼
混合物を噴射できるように構成されている。したがっ
て、各導入ノズル９A〜９Dよりの噴出で形成される高温
燃焼混合物（分割流）は、第１反応帯域３又は第２反応
帯域４の適宜の位置において相互に衝突（交差）させる
ことができる。その衝突位置は、好ましくは反応炉の中
心軸上で、かつ原料炭化水素導入位置と同じか、又はそ
の下流側である。衝突（交差）角度は、第１図に符号10
で示されている。その角度10は、通常15度〜30度である
が、この範囲のみに限定されない。
造装置には、高温燃焼混合物発生機構が４個設けられて
いて各発生機構の燃料導入ノズル９A〜９Dは、第１反応
帯域３と第２反応帯域４における任意の位置に高温燃焼
混合物を噴射できるように構成されている。したがっ
て、各導入ノズル９A〜９Dよりの噴出で形成される高温
燃焼混合物（分割流）は、第１反応帯域３又は第２反応
帯域４の適宜の位置において相互に衝突（交差）させる
ことができる。その衝突位置は、好ましくは反応炉の中
心軸上で、かつ原料炭化水素導入位置と同じか、又はそ
の下流側である。衝突（交差）角度は、第１図に符号10
で示されている。その角度10は、通常15度〜30度である
が、この範囲のみに限定されない。
また、第２反応帯域４の炉壁は、同反応帯域４を次第
に細長く収斂させるような形状になっている。この場合
の炉壁の炉軸に対する収斂角度（第１図に符号11で示さ
れる角度）は、通常５度〜80度、好ましくは10度〜40度
である。
に細長く収斂させるような形状になっている。この場合
の炉壁の炉軸に対する収斂角度（第１図に符号11で示さ
れる角度）は、通常５度〜80度、好ましくは10度〜40度
である。
第１図に示されたカーボンブラック製造装置を使用し
てカーボンブラックを製造するには、まず各燃料導入ノ
ズル９A〜９Dより燃料を導入し、また酸素含有ガス（た
とえば空気）を酸素含有ガス導入口８及び酸素含有ガス
噴出口13（第２図参照）を経て導入し、この両者の燃焼
によって形成された各高温燃焼混合物流（分割流）を第
２反応帯域４における炉軸芯上で衝突（交差）させる
と、その衝突個所の近辺には乱流が発生し、（ｌK）min
の存在する領域が容易に形成される。第５図Ａはこの場
合の各分割流（イ）〜（ニ）を図示したものである。分
割流の形成及びその衝突は、図示したように４個の分割
流（イ）〜（ニ）を発生させて、衝突させてもよいし、
分割流（イ）と（ハ）を発生させて衝突させてもよい
し、さらに分割流（ロ）と（ニ）を発生させて衝突させ
てもよい。
てカーボンブラックを製造するには、まず各燃料導入ノ
ズル９A〜９Dより燃料を導入し、また酸素含有ガス（た
とえば空気）を酸素含有ガス導入口８及び酸素含有ガス
噴出口13（第２図参照）を経て導入し、この両者の燃焼
によって形成された各高温燃焼混合物流（分割流）を第
２反応帯域４における炉軸芯上で衝突（交差）させる
と、その衝突個所の近辺には乱流が発生し、（ｌK）min
の存在する領域が容易に形成される。第５図Ａはこの場
合の各分割流（イ）〜（ニ）を図示したものである。分
割流の形成及びその衝突は、図示したように４個の分割
流（イ）〜（ニ）を発生させて、衝突させてもよいし、
分割流（イ）と（ハ）を発生させて衝突させてもよい
し、さらに分割流（ロ）と（ニ）を発生させて衝突させ
てもよい。
また、分割流の形成及びその衝突態様には、さらに種
々の態様がある。第５図Ｂ、第５図Ｃ及び第５図Ｄは分
割流の他の態様例を示したものである。また、分割流の
衝突の態様も、炉軸線上の１個所での衝突のほかに、炉
軸線上の２個所又はそれ以上の個所での衝突、或いは炉
軸線外の２個所又はそれ以上の個所での衝突等の態様も
可能である。
々の態様がある。第５図Ｂ、第５図Ｃ及び第５図Ｄは分
割流の他の態様例を示したものである。また、分割流の
衝突の態様も、炉軸線上の１個所での衝突のほかに、炉
軸線上の２個所又はそれ以上の個所での衝突、或いは炉
軸線外の２個所又はそれ以上の個所での衝突等の態様も
可能である。
また、第１図に示されているように、第２反応帯域４
の炉壁は、同反応帯域４を絞り部２に向って次第に細長
く収斂させるような形状に構成されている。そのため
に、分割流の衝突によって生じる乱流をより効果的に発
生させることができるようになる。
の炉壁は、同反応帯域４を絞り部２に向って次第に細長
く収斂させるような形状に構成されている。そのため
に、分割流の衝突によって生じる乱流をより効果的に発
生させることができるようになる。
次に、第１図及び第３図に示されるように、第２反応
帯域４には、原料炭化水素導入ノズルが合計12個設けら
れている。すなわち、高温燃焼混合物流の上流、中流及
び下流の３段にわたって、しかも各段毎に上下及び左右
から計４個、合計12個のノズル（詳しくはノズル６A 1〜
６D 1,6A 2〜６D 2，及び６A 3〜６D 3の合計12個）が設けら
れており、各ノズルは第２反応帯域の高温燃焼混合物流
を横切る方向から原料炭化水素を導入できるようになっ
ている。したがって、前記の分割流の衝突及び収斂形状
の反応帯域によって形成された（ｌK）minの存在する第
２反応帯域の領域に、これらの導入ノズルより原料炭化
水素を、燃焼混合物流を横切る方向から導入することが
でき、その導入された原料炭化水素は、（ｌK）minの存
在する全領域に速やかに拡散し、混合して極めて効果的
にカーボンブラックを生成させるとともに、そのカーボ
ンブラックの生成反応の制御が容易となる。
帯域４には、原料炭化水素導入ノズルが合計12個設けら
れている。すなわち、高温燃焼混合物流の上流、中流及
び下流の３段にわたって、しかも各段毎に上下及び左右
から計４個、合計12個のノズル（詳しくはノズル６A 1〜
６D 1,6A 2〜６D 2，及び６A 3〜６D 3の合計12個）が設けら
れており、各ノズルは第２反応帯域の高温燃焼混合物流
を横切る方向から原料炭化水素を導入できるようになっ
ている。したがって、前記の分割流の衝突及び収斂形状
の反応帯域によって形成された（ｌK）minの存在する第
２反応帯域の領域に、これらの導入ノズルより原料炭化
水素を、燃焼混合物流を横切る方向から導入することが
でき、その導入された原料炭化水素は、（ｌK）minの存
在する全領域に速やかに拡散し、混合して極めて効果的
にカーボンブラックを生成させるとともに、そのカーボ
ンブラックの生成反応の制御が容易となる。
第１図及び第２図に示した12個の原料炭化水素ノズル
は、その全ノズルを使用して原料を導入してもよいし、
上流のノズル（６A 1〜６D 1）、中流のノズル（６A 2〜６
D 2）、又は下流のノズル（６A 3〜６D 3）をそれぞれ単独
で使用して原料を導入してもよい。さらには、上流のノ
ズルと中流のノズルの組合わせ、上流のノズルと下流の
ノズルの組合わせ、又は中流のノズルと下流のノズルの
組合わせをそれぞれ用いて原料を導入してもよい。分割
流の分割態様や衝突態様、或いは燃料や酸素含有ガス流
量などの他の条件との関連における原料炭化水素の導入
態様等を制御することによっても、生成カーボンブラッ
クの物性（品種）の制御を行うことができる。
は、その全ノズルを使用して原料を導入してもよいし、
上流のノズル（６A 1〜６D 1）、中流のノズル（６A 2〜６
D 2）、又は下流のノズル（６A 3〜６D 3）をそれぞれ単独
で使用して原料を導入してもよい。さらには、上流のノ
ズルと中流のノズルの組合わせ、上流のノズルと下流の
ノズルの組合わせ、又は中流のノズルと下流のノズルの
組合わせをそれぞれ用いて原料を導入してもよい。分割
流の分割態様や衝突態様、或いは燃料や酸素含有ガス流
量などの他の条件との関連における原料炭化水素の導入
態様等を制御することによっても、生成カーボンブラッ
クの物性（品種）の制御を行うことができる。
原料炭化水素ノズルよりの原料の導入方向は、高温燃
焼混合物流を横切る方向であるが、その横切る方向と
は、必ずしも高温燃焼混合物流に対して直角の方向のみ
をさすわけではない。第６図に示したように、原料炭化
水素の導入方向は、炉軸に対して20度〜150度の広い範
囲内から適宜に選択できる。
焼混合物流を横切る方向であるが、その横切る方向と
は、必ずしも高温燃焼混合物流に対して直角の方向のみ
をさすわけではない。第６図に示したように、原料炭化
水素の導入方向は、炉軸に対して20度〜150度の広い範
囲内から適宜に選択できる。
また、原料炭化水素ノズルは、第１図〜第３図に示し
たよりも、炉内に深く挿入したり、又は浅く挿入したり
任意に調節できるように構成しておくのが望ましい。原
料ノズルの炉内挿入位置を制御することによって、生成
カーボンブラックの物性を或る程度制御できる場合もあ
る、からである。
たよりも、炉内に深く挿入したり、又は浅く挿入したり
任意に調節できるように構成しておくのが望ましい。原
料ノズルの炉内挿入位置を制御することによって、生成
カーボンブラックの物性を或る程度制御できる場合もあ
る、からである。
以上のようにして、第２反応帯域においてカーボンブ
ラックを生成させた反応混合物流は、次いで絞り部２を
経て第３反応帯域５に導入する。第３反応帯域５には、
常法にしたがって冷却水噴霧ノズル７が設けられてお
り、この冷却水噴霧ノズル７から冷却水を噴霧して反応
混合物を冷却し、反応停止させる。反応を停止させた反
応生成物は、さらにサイクロン、バグフィルター等の捕
集装置に送られ、生成カーボンブラックが捕集・回収さ
れる。
ラックを生成させた反応混合物流は、次いで絞り部２を
経て第３反応帯域５に導入する。第３反応帯域５には、
常法にしたがって冷却水噴霧ノズル７が設けられてお
り、この冷却水噴霧ノズル７から冷却水を噴霧して反応
混合物を冷却し、反応停止させる。反応を停止させた反
応生成物は、さらにサイクロン、バグフィルター等の捕
集装置に送られ、生成カーボンブラックが捕集・回収さ
れる。
本発明の製造方法及び製造装置を使用すると、第２反
応帯域に（ｌK）minの存在する領域を効果的に発生する
ことができき、その（ｌK）minの存在する領域である第
２反応帯域に、原料炭化水素を高温燃焼混合物流を横切
る方向から導入することによって、カーボンブラック生
成反応を効率よく行なわせることができる。しかも、特
に高温燃焼混合物流の分割態様や衝突態様の制御（変
化）、燃料流量や酸素含有ガス流量の制御（変化）、さ
らにはこれらの制御に対応して原料炭化水素の導入位置
等の他の条件を制御することによって、生成カーボンブ
ラックの物性（したがって品種）の制御が容易となる。
たとえば生成カーボンブラックの粒子径、粒子径分布、
業種体の大きさ、凝集体分布等を任意に制御して、黒度
や色調において優れた塗料や樹脂等の配合に適するカー
ホンブラックを製造したり、或いはゴム等の補強性に優
れたカーボンブラックを製造したりすることが極めて容
易となる。
応帯域に（ｌK）minの存在する領域を効果的に発生する
ことができき、その（ｌK）minの存在する領域である第
２反応帯域に、原料炭化水素を高温燃焼混合物流を横切
る方向から導入することによって、カーボンブラック生
成反応を効率よく行なわせることができる。しかも、特
に高温燃焼混合物流の分割態様や衝突態様の制御（変
化）、燃料流量や酸素含有ガス流量の制御（変化）、さ
らにはこれらの制御に対応して原料炭化水素の導入位置
等の他の条件を制御することによって、生成カーボンブ
ラックの物性（したがって品種）の制御が容易となる。
たとえば生成カーボンブラックの粒子径、粒子径分布、
業種体の大きさ、凝集体分布等を任意に制御して、黒度
や色調において優れた塗料や樹脂等の配合に適するカー
ホンブラックを製造したり、或いはゴム等の補強性に優
れたカーボンブラックを製造したりすることが極めて容
易となる。
（実施例） 以下に、実施例をあげてさらに詳述するが、本発明は
これらの実施例によってなんら限定されるものでない。
これらの実施例によってなんら限定されるものでない。
なお、この実施例に記載のカーボンブラックの物理化
学特性の試験（測定）は、下記の方法によった。
学特性の試験（測定）は、下記の方法によった。
よう素吸着量 JIS K 6221-1982に準拠する。
DBP吸油量 JIS K 6221-1982に準拠する。なおDBPはジブチルフタ
レートを意味する。
レートを意味する。
粒子径及び粒子径分布 試料カーボンブラックをクロロホルムに投入し、200k
Hzの超音波を20分間照射し分散させたのち、分散試料を
支持膜に固定する。これを電子顕微鏡で観察し、算術平
均による粒子径と標準偏差を算出し、Å（オングストロ
ーム）で表示する。
Hzの超音波を20分間照射し分散させたのち、分散試料を
支持膜に固定する。これを電子顕微鏡で観察し、算術平
均による粒子径と標準偏差を算出し、Å（オングストロ
ーム）で表示する。
凝集体径及び凝集体分布 使用機器はDisk Centrifuge（英国Joyce Loebl社製）
を使用する。
を使用する。
若干量の分散剤を加えた20％エタノール水溶液中に5m
gのカーボンブラックを加え、超音波処理して完全に分
散させる。スピン液（水）10mlを注加した回転ディスク
を8000ppmに設定し、上記の分散液0.5mlを注入する。光
電法により検出した濁度を時間に対するヒストグラムと
して記録し、これより得られた頻度分布曲線の最多頻度
粒径を凝集体径、また頻度分布曲線の半径巾を凝縮体分
布としてÅ（オングストローム）で表わす。
gのカーボンブラックを加え、超音波処理して完全に分
散させる。スピン液（水）10mlを注加した回転ディスク
を8000ppmに設定し、上記の分散液0.5mlを注入する。光
電法により検出した濁度を時間に対するヒストグラムと
して記録し、これより得られた頻度分布曲線の最多頻度
粒径を凝集体径、また頻度分布曲線の半径巾を凝縮体分
布としてÅ（オングストローム）で表わす。
実施例１ 第１図、第２図、第３図、第４図及び第５図Ａに示し
たカーボンブラック製造装置を使用した。この製造装置
の主要な各部の寸法は次のとおりであった。
たカーボンブラック製造装置を使用した。この製造装置
の主要な各部の寸法は次のとおりであった。
第１反応帯域３ 長さ 900mm 燃料導入ノズル間距離（９Aと９C間距離） 500mm 第２反応帯域４ 入口内径 400mm 絞り部直径 70mm 絞り部長さ 330mm 原料導入ノズル間距離（６A 1と６A 3間の距離）500m
m 炉壁の収斂角度（第１図の11） 15° 第３反応帯域５ 内径 250mm スプレーノズル位置 絞り部出口急拡大部から110mm,340mm,570mm,800m
m及び1100mmの各位置 上記製造装置、下記の第１表に示す燃料及び第２表に
示す原料炭化水素を使用し、かつ第３表に示す製造条件
を用いてカーボンブラックを製造した。
m 炉壁の収斂角度（第１図の11） 15° 第３反応帯域５ 内径 250mm スプレーノズル位置 絞り部出口急拡大部から110mm,340mm,570mm,800m
m及び1100mmの各位置 上記製造装置、下記の第１表に示す燃料及び第２表に
示す原料炭化水素を使用し、かつ第３表に示す製造条件
を用いてカーボンブラックを製造した。
第 １ 表 燃料の種類 石炭ガス 組成（容量％） CO2 2.0 Ｏ2 0.5 ＣnＨm 3.0 CO 6.6 Ｈ2 54.0 CH4 28.7 Ｎ2 5.2 第 ２ 表 原料の種類 クレオソート油 比重（15℃） 1.100 炭素分（重量％） 90.5 水素分（重量％） 6.3 粘度（50℃） 10 cp この実施例１では原料の導入は、第３段目のノズル、
すなわちノズル６A 3〜６D 3の４個のノズルを用いて行な
った。
すなわちノズル６A 3〜６D 3の４個のノズルを用いて行な
った。
この実施例１は、カーボンブラック便覧〔昭和46年11
月25日（初版）、株式会社図書出版社発行、カーボンブ
ラック協会編〕の第155頁の表第８・１（カーボンブラ
ックの物理化学特性）に記載されたISAF級品種のカーボ
ンブラックを製造する目的で操業したのであるが、得ら
れたカーボンブラックの物性は第３表に示すとおりであ
り、前記便覧のISAF級品種と較べて小粒子径のものが得
られた。
月25日（初版）、株式会社図書出版社発行、カーボンブ
ラック協会編〕の第155頁の表第８・１（カーボンブラ
ックの物理化学特性）に記載されたISAF級品種のカーボ
ンブラックを製造する目的で操業したのであるが、得ら
れたカーボンブラックの物性は第３表に示すとおりであ
り、前記便覧のISAF級品種と較べて小粒子径のものが得
られた。
実施例２ この例もISAF級カーボンブラックの製造を目的に操業
した。操業条件は第３表に示すように変更したほかは、
実施例１と同様の条件を用いた。特に、原料炭化水素の
導入位置よりも上流に（ｌK）min領域を発生させるため
に、分割流の衝突角度を29°に変更して操業した。
した。操業条件は第３表に示すように変更したほかは、
実施例１と同様の条件を用いた。特に、原料炭化水素の
導入位置よりも上流に（ｌK）min領域を発生させるため
に、分割流の衝突角度を29°に変更して操業した。
得られたカーボンブラックの物理化学的特性は第３表
に示すとおりであり、実施例１で得られたカーボンブラ
ックと較べて、粒子径がほぼ同じであったが、粒子径分
布が増加した。
に示すとおりであり、実施例１で得られたカーボンブラ
ックと較べて、粒子径がほぼ同じであったが、粒子径分
布が増加した。
実施例３ この例は、第３表に示すような条件を用いたほかは、
実施例１と同様の条件を用いた。特に、この例では、燃
料導入ノズルは２個のみ（ノズル９Aと９C）を使用し
た。
実施例１と同様の条件を用いた。特に、この例では、燃
料導入ノズルは２個のみ（ノズル９Aと９C）を使用し
た。
得られたカーボンブラックの特性は第３表に示すとお
りであり、実施例１で得られたカーボンブラックと較べ
て凝集体径及び凝集体分布が増加した。
りであり、実施例１で得られたカーボンブラックと較べ
て凝集体径及び凝集体分布が増加した。
実施例４ この例は、原料炭化水素の分解時間を増加させるため
に原料の導入位置を上流に変更した。すなわち原料導入
ノズルとして、第１段目のノズル、すなわちノズル６A 1
〜６D 1の４個のノズルを使用した。また、その他の条件
も第３表に示すように変更し、その他は実施例２と同様
の条件を用いた。
に原料の導入位置を上流に変更した。すなわち原料導入
ノズルとして、第１段目のノズル、すなわちノズル６A 1
〜６D 1の４個のノズルを使用した。また、その他の条件
も第３表に示すように変更し、その他は実施例２と同様
の条件を用いた。
得られたカーボンブラックの物性は第３表に示すとお
りであった。
りであった。
得られたカーボンブラックは、実施例２で得られたも
のと較べて、よう素吸着量が殆んど同じであったが、粒
子径が増加した。
のと較べて、よう素吸着量が殆んど同じであったが、粒
子径が増加した。
各実施例（第３表）の対比から明らかなように、第１
反応帯域で形成された複数個の高温燃焼混合物の分割流
を第２反応帯域において衝突させ、その衝突及び第２反
応帯域の収斂形状にもとづき形成される（ｌK）minの存
在する領域である第２反応帯域に、高温燃焼混合物流を
横切る方向から原料を導入して反応させ、その際の分割
流や分割流の衝突の態様を種々制御（変更）したり、或
いはその分割流やその衝突の態様等に対応して原料の供
給態様を制御（変更）することによって、生成カーボン
ブラックの物理化学的特性（品種）を種々に制御でき
た。このように、本発明の製造方法及び製造装置を用い
れば、種々の用途に適する種々の品種のカーボンブラッ
クを任意に、容易に、効率よく製造することができる。
反応帯域で形成された複数個の高温燃焼混合物の分割流
を第２反応帯域において衝突させ、その衝突及び第２反
応帯域の収斂形状にもとづき形成される（ｌK）minの存
在する領域である第２反応帯域に、高温燃焼混合物流を
横切る方向から原料を導入して反応させ、その際の分割
流や分割流の衝突の態様を種々制御（変更）したり、或
いはその分割流やその衝突の態様等に対応して原料の供
給態様を制御（変更）することによって、生成カーボン
ブラックの物理化学的特性（品種）を種々に制御でき
た。このように、本発明の製造方法及び製造装置を用い
れば、種々の用途に適する種々の品種のカーボンブラッ
クを任意に、容易に、効率よく製造することができる。
（発明の効果） 本発明の製造方法及び製造装置は、生成カーボンブラ
ックの物理化学的特性（品種）の制御が容易である。
ックの物理化学的特性（品種）の制御が容易である。
第１図は本発明の実施態様例を説明するカーボンブラッ
ク製造装置の要部縦断概略図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線断面概略図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面概略図、
第４図は第１図のＣ−Ｃ線断面概略図である。また、第
５図Ａは高温燃焼混合物の分割態様例を示す第１図の装
置における第１反応帯域の操業中の断面概略図であり、
第５図Ｂ〜第５図Ｄは、高温燃焼混合物の別の分割例を
示す第１反応帯域の断面概略図であり、第６図は原料炭
化水素の導入方向の説明図である。 図中の各符号は下記のとおりである。 １……カーボンブラック製造炉本体、２……第２反応帯
域の絞り部、３……第１反応帯域、４……第２反応帯
域、５……第３反応帯域、６……原料炭化水素導入ノズ
ル、７……反応停止用冷却水スプレー、８……酸素含有
ガス導入口、９……燃料導入ノズル、10……分割流の衝
突角度、11……炉壁の炉軸に対する絞り角度、12……覗
き窓、（イ），（ロ），（ハ），（ニ）……分割流。
ク製造装置の要部縦断概略図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線断面概略図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面概略図、
第４図は第１図のＣ−Ｃ線断面概略図である。また、第
５図Ａは高温燃焼混合物の分割態様例を示す第１図の装
置における第１反応帯域の操業中の断面概略図であり、
第５図Ｂ〜第５図Ｄは、高温燃焼混合物の別の分割例を
示す第１反応帯域の断面概略図であり、第６図は原料炭
化水素の導入方向の説明図である。 図中の各符号は下記のとおりである。 １……カーボンブラック製造炉本体、２……第２反応帯
域の絞り部、３……第１反応帯域、４……第２反応帯
域、５……第３反応帯域、６……原料炭化水素導入ノズ
ル、７……反応停止用冷却水スプレー、８……酸素含有
ガス導入口、９……燃料導入ノズル、10……分割流の衝
突角度、11……炉壁の炉軸に対する絞り角度、12……覗
き窓、（イ），（ロ），（ハ），（ニ）……分割流。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐津 正典 東京都千代田区丸の内２丁目５番２号 三菱化成株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−163170（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−5728（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (2)
- 【請求項１】高温燃焼混合物発生機構により酸素含有ガ
スと燃料とを混合して高温燃焼混合物流を形成させる第
１反応帯域と、引続き得られた高温燃焼混合物流と原料
炭化水素とを混合してカーボンブラックを生成させる絞
り部を有する第２反応帯域と、第２反応帯域に引続いた
下流側にあって、冷却水を噴霧して反応を停止させる第
３反応帯域において反応を行なわせてカーボンブラック
を製造する方法において、 前記の高温燃焼混合物流を、複数個の高温燃焼混合
物発生機構によってそれぞれ形成されたほぼ軸流方向の
複数個の分割流として導入し、 該複数個の高温燃焼混合物の分割流を、炉軸方向に
細長く収斂させた形状の第１反応帯域又は絞り部を有す
る第２反応帯域において相互に衝突させ、 原料炭化水素を第２反応帯域において高温燃焼混合
物流を横切る方向から導入することを特徴とするカーボ
ンブラックの製造方法。 - 【請求項２】高温燃焼混合物発生機構により酸素含有ガ
スと燃料とを混合して高温燃焼混合物流を形成させる第
１反応帯域と、引続き得られた高温燃焼混合物流と原料
炭化水素とを混合してカーボンブラックを生成させる第
２反応帯域と、第２反応帯域に引続いた下流にあって、
冷却水を噴霧して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製造装置において、前記の複数個
の高温燃焼混合物発生機構がその各高温燃焼混合物流を
第１反応帯域と第２反応帯域における任意の位置に噴射
可能に設けられ、第２反応帯域が同反応帯域を実質的に
炉軸方向に細長く収斂させる形状であり、かつ原料炭化
水素導入ノズルが第２反応帯域の高温燃焼混合物流を横
切る方向に設けられたことを特徴とするカーボンブラッ
ク製造装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127949A JP2699195B2 (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | カーポンブラックの製造方法及びその装置 |
| EP19900104098 EP0386655B1 (en) | 1989-03-04 | 1990-03-02 | Process and apparatus for producing carbon black |
| DE1990606050 DE69006050T2 (de) | 1989-03-04 | 1990-03-02 | Verfahren und Apparat zur Erzeugung von Russ. |
| CA002011322A CA2011322A1 (en) | 1989-03-04 | 1990-03-02 | Process and apparatus for producing carbon black |
| IT20367A IT1241929B (it) | 1989-05-23 | 1990-05-18 | Procedimento ed apparecchiatura per produrre nerofumo |
| BR909002405A BR9002405A (pt) | 1989-05-23 | 1990-05-22 | Processo e aparelho para a producao de negro de fumo |
| ES9001422A ES2024801A6 (es) | 1989-05-23 | 1990-05-22 | Procedimiento y aparato para producir negro de humo. |
| KR1019900007437A KR0153262B1 (ko) | 1989-05-23 | 1990-05-23 | 카본블랙 제조공정 및 그 장치 |
| US07/940,790 US5264199A (en) | 1989-03-04 | 1992-09-04 | Process for producing carbon black |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127949A JP2699195B2 (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | カーポンブラックの製造方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02308868A JPH02308868A (ja) | 1990-12-21 |
| JP2699195B2 true JP2699195B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=14972627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1127949A Expired - Lifetime JP2699195B2 (ja) | 1989-03-04 | 1989-05-23 | カーポンブラックの製造方法及びその装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR (1) | KR0153262B1 (ja) |
| BR (1) | BR9002405A (ja) |
| ES (1) | ES2024801A6 (ja) |
| IT (1) | IT1241929B (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010144003A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Asahi Carbon Kk | カーボンブラックの製造方法、それより得られたカーボンブラックおよびそれを含有するゴム組成物 |
| JP2010144011A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Asahi Carbon Kk | タイヤトレッドゴム配合用カーボンブラック、それを用いたタイヤ用ゴム組成物および自動車用タイヤ |
| JP5697304B2 (ja) * | 2008-12-17 | 2015-04-08 | 旭カーボン株式会社 | カーボンブラックの製造方法 |
-
1989
- 1989-05-23 JP JP1127949A patent/JP2699195B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-05-18 IT IT20367A patent/IT1241929B/it active IP Right Grant
- 1990-05-22 BR BR909002405A patent/BR9002405A/pt not_active Application Discontinuation
- 1990-05-22 ES ES9001422A patent/ES2024801A6/es not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-23 KR KR1019900007437A patent/KR0153262B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| IT1241929B (it) | 1994-02-01 |
| JPH02308868A (ja) | 1990-12-21 |
| KR0153262B1 (ko) | 1998-11-02 |
| BR9002405A (pt) | 1991-08-06 |
| KR900018300A (ko) | 1990-12-21 |
| IT9020367A0 (it) | 1990-05-18 |
| ES2024801A6 (es) | 1992-03-01 |
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| JPS6143391B2 (ja) |
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