JP3115603B2 - カーボンブラックの製造方法 - Google Patents
カーボンブラックの製造方法Info
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- 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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、ファーネスカーボンブラックの新規な製造
方法及び装置に関する。
方法及び装置に関する。
背景 カーボンブラックは、インキ組成物、塗料などの顔料
として、ゴム組成物やプラスチック組成物の配合や調製
におけるフィラーや強化用顔料として、及びこの他の各
種用途に広範囲に使用されている。カーボンブラック
は、限定されるものではないが、一般に、その表面積、
表面化学性、凝集サイズ、及び粒子サイズを基にして特
性評価される。カーボンブラックの特性は、当該技術に
公知の試験法によって分析評価される。
として、ゴム組成物やプラスチック組成物の配合や調製
におけるフィラーや強化用顔料として、及びこの他の各
種用途に広範囲に使用されている。カーボンブラック
は、限定されるものではないが、一般に、その表面積、
表面化学性、凝集サイズ、及び粒子サイズを基にして特
性評価される。カーボンブラックの特性は、当該技術に
公知の試験法によって分析評価される。
カーボンブラックは、一般に、炭化水素原料と高温燃
焼ガスを反応させ、粒子状カーボンブラックを含む燃焼
生成物を生成させることによって製造される。カーボン
ブラックの関係文献において、燃焼ガスと炭化水素原料
とのこの反応は、一般に熱分解と称されている。
焼ガスを反応させ、粒子状カーボンブラックを含む燃焼
生成物を生成させることによって製造される。カーボン
ブラックの関係文献において、燃焼ガスと炭化水素原料
とのこの反応は、一般に熱分解と称されている。
カーボンブラックを製造するための各種の方法が広く
知られている。Kesterらの米国特許第3401020号やPollo
ckの米国特許第2785964号（以降はそれぞれKester特
許、Pollock特許と称する）に示されているようなカー
ボンブラックファーネスリアクターの１つの型式におい
て、好ましくは炭化水素の燃料と好ましくは空気の酸化
剤を第１ゾーンに注入し、反応させ、高温燃焼ガスを生
成させる。ガス又は液体の形態の炭化水素原料もまた第
１ゾーンに注入され、すると直ぐに炭化水素原料の反応
が開始する。その中で反応が生じている得られた燃焼ガ
ス混合物は、反応ゾーンに入り、そこでカーボンブラッ
ク生成反応の完結が起きる。
知られている。Kesterらの米国特許第3401020号やPollo
ckの米国特許第2785964号（以降はそれぞれKester特
許、Pollock特許と称する）に示されているようなカー
ボンブラックファーネスリアクターの１つの型式におい
て、好ましくは炭化水素の燃料と好ましくは空気の酸化
剤を第１ゾーンに注入し、反応させ、高温燃焼ガスを生
成させる。ガス又は液体の形態の炭化水素原料もまた第
１ゾーンに注入され、すると直ぐに炭化水素原料の反応
が開始する。その中で反応が生じている得られた燃焼ガ
ス混合物は、反応ゾーンに入り、そこでカーボンブラッ
ク生成反応の完結が起きる。
もう１つの型式のカーボンブラックファーネスリアク
ターにおいて、液体又はガスの燃料が、好ましくは空気
である酸化剤と第１ゾーンにおいて反応し、高温燃焼ガ
スを発生する。この高温燃焼ガスは第１ゾーンから下流
のリアクター、反応ゾーン、さらにその先へと流れる。
カーボンブラックを生成させるため、カーボンブラック
原料が高温燃焼ガス流の通路に１以上の箇所から注入さ
れる。この炭化水素原料は液体、ガス、又は蒸気でよ
く、燃焼ガス流を生成させるために使用される燃料と同
じでも異なってもよい。一般に炭化水素原料は炭化水素
オイル又は天然ガスである。第１（又は燃焼）ゾーンと
反応ゾーンは、燃焼ゾーン又は反応ゾーンより横断面が
小さい特定の直径のチョーク又はゾーンによって分ける
ことができる。原料は、特定の直径のゾーンの上流、下
流、又はその中の燃焼ガス通路に注入することができ
る。炭化水素原料は、燃焼ガス流の中から及び／又は燃
焼ガス流の外側から、霧化して又は霧化せずに導入する
ことができる。この型式のカーボンブラックファーネス
リアクターはMorganらの米国再発行特許第28974号とJor
danらの米国特許第3922335号に広く開示されており、こ
れらの開示事項は本願でも取り入れられている。
ターにおいて、液体又はガスの燃料が、好ましくは空気
である酸化剤と第１ゾーンにおいて反応し、高温燃焼ガ
スを発生する。この高温燃焼ガスは第１ゾーンから下流
のリアクター、反応ゾーン、さらにその先へと流れる。
カーボンブラックを生成させるため、カーボンブラック
原料が高温燃焼ガス流の通路に１以上の箇所から注入さ
れる。この炭化水素原料は液体、ガス、又は蒸気でよ
く、燃焼ガス流を生成させるために使用される燃料と同
じでも異なってもよい。一般に炭化水素原料は炭化水素
オイル又は天然ガスである。第１（又は燃焼）ゾーンと
反応ゾーンは、燃焼ゾーン又は反応ゾーンより横断面が
小さい特定の直径のチョーク又はゾーンによって分ける
ことができる。原料は、特定の直径のゾーンの上流、下
流、又はその中の燃焼ガス通路に注入することができ
る。炭化水素原料は、燃焼ガス流の中から及び／又は燃
焼ガス流の外側から、霧化して又は霧化せずに導入する
ことができる。この型式のカーボンブラックファーネス
リアクターはMorganらの米国再発行特許第28974号とJor
danらの米国特許第3922335号に広く開示されており、こ
れらの開示事項は本願でも取り入れられている。
一般に知られるリアクターと方法において、高温燃焼
ガスは、燃焼ガス流に注入された炭化水素原料の反応を
もたらすに十分な温度である。Kester特許に開示された
ような型式の特許において、燃焼ガスが生成していると
同じゾーンに１以上の箇所から原料が注入される。別の
型式のリアクター又は方法において、原料の注入は、燃
焼ガス流が生成した後の１以上の箇所より行われる。本
明細書を通じて、反応が生じている原料と燃焼ガスの混
合物を、以降では「反応流（reaction stream）」と称
する。リアクターの反応ゾーン内の反応流の滞留時間
は、所望のカーボンブラックの生成を可能にするに十分
な時間である。いずれの型式のリアクターにおいても、
高温燃焼ガス流はリアクターを通って下流に流れるた
め、原料と燃焼ガスの混合物が反応ゾーンを通過しなが
ら反応が生じる。所望の特性を有するカーボンブラック
が生成した後、反応流の温度は、反応が停止する温度ま
で下げられる。
ガスは、燃焼ガス流に注入された炭化水素原料の反応を
もたらすに十分な温度である。Kester特許に開示された
ような型式の特許において、燃焼ガスが生成していると
同じゾーンに１以上の箇所から原料が注入される。別の
型式のリアクター又は方法において、原料の注入は、燃
焼ガス流が生成した後の１以上の箇所より行われる。本
明細書を通じて、反応が生じている原料と燃焼ガスの混
合物を、以降では「反応流（reaction stream）」と称
する。リアクターの反応ゾーン内の反応流の滞留時間
は、所望のカーボンブラックの生成を可能にするに十分
な時間である。いずれの型式のリアクターにおいても、
高温燃焼ガス流はリアクターを通って下流に流れるた
め、原料と燃焼ガスの混合物が反応ゾーンを通過しなが
ら反応が生じる。所望の特性を有するカーボンブラック
が生成した後、反応流の温度は、反応が停止する温度ま
で下げられる。
Chengの米国特許第4327069号とその分割の米国特許第
4383973号は、２つのカーボンブラックリアクターを用
いて、低いTint残差を有するカーボンブラックを製造す
るファーネス炉と方法を開示している。Chengの米国特
許第4383973号は、４欄の16〜19行で、「カーボンブラ
ックリアクターの各々は、予備燃焼区域、反応区域、炭
化水素注入手段、及び高温燃焼ガス注入手段を有する」
と開示している。Chengの米国特許第4383973号の要約書
で、「リアクターの一方は高ストラクチャーカーボンブ
ラック用のリアクターであり、他方のリアクターは低ス
トラクチャーカーボンブラック用のリアクターである」
と記載している。Chengの米国特許第4383973号の２欄19
行より、「第２の燃料の流れと酸素を含む第２の流れの
燃焼によって生成した第２高温燃焼ガスの流れが、第２
のカーボンブラック生成ゾーンの中で形成される。炭化
水素原料の第２流れが、炉の第２カーボンブラック生成
ゾーンの中の、その中で形成された高温燃焼ガスの第２
流れと、炉の第１カーボンブラック生成ゾーンから来る
第１カーボンブラック生成混合物との混合状態の中に導
入される。」と開示している。
4383973号は、２つのカーボンブラックリアクターを用
いて、低いTint残差を有するカーボンブラックを製造す
るファーネス炉と方法を開示している。Chengの米国特
許第4383973号は、４欄の16〜19行で、「カーボンブラ
ックリアクターの各々は、予備燃焼区域、反応区域、炭
化水素注入手段、及び高温燃焼ガス注入手段を有する」
と開示している。Chengの米国特許第4383973号の要約書
で、「リアクターの一方は高ストラクチャーカーボンブ
ラック用のリアクターであり、他方のリアクターは低ス
トラクチャーカーボンブラック用のリアクターである」
と記載している。Chengの米国特許第4383973号の２欄19
行より、「第２の燃料の流れと酸素を含む第２の流れの
燃焼によって生成した第２高温燃焼ガスの流れが、第２
のカーボンブラック生成ゾーンの中で形成される。炭化
水素原料の第２流れが、炉の第２カーボンブラック生成
ゾーンの中の、その中で形成された高温燃焼ガスの第２
流れと、炉の第１カーボンブラック生成ゾーンから来る
第１カーボンブラック生成混合物との混合状態の中に導
入される。」と開示している。
発明の要旨 本発明者は、上流（prior）のカーボンブラック製造
プロセスの反応流に酸化剤を反応させ、カーボンブラッ
クを生成するカーボンブラック生成原料と反応する燃焼
生成物の流れを発生させることにより、カーボンブラッ
クを生成させるために使用する燃料の量を削減可能なこ
とを見出した。この燃焼生成物の流れの発生は、任意の
酸素含有物質、例えば空気、酸素、空気と酸素の混合
物、又は他の類似物質であることができる任意の適切な
酸化剤を反応流に導入することによって行うことができ
る。燃焼生成物の得られた流れは、追加のカーボンブラ
ック生成原料と反応し、カーボンブラックを生成する。
その結果、カーボンブラックを生成させるために使用さ
れる燃料の量が低下する。
プロセスの反応流に酸化剤を反応させ、カーボンブラッ
クを生成するカーボンブラック生成原料と反応する燃焼
生成物の流れを発生させることにより、カーボンブラッ
クを生成させるために使用する燃料の量を削減可能なこ
とを見出した。この燃焼生成物の流れの発生は、任意の
酸素含有物質、例えば空気、酸素、空気と酸素の混合
物、又は他の類似物質であることができる任意の適切な
酸化剤を反応流に導入することによって行うことができ
る。燃焼生成物の得られた流れは、追加のカーボンブラ
ック生成原料と反応し、カーボンブラックを生成する。
その結果、カーボンブラックを生成させるために使用さ
れる燃料の量が低下する。
従って、本発明の方法は、カーボンブラックの製造方
法であって、上流のカーボンブラック生成過程によって
生成される反応流に、酸化剤及びカーボンブラック生成
原料を反応させ、カーボンブラックを生成させ、そのカ
ーボンブラックを冷却し、分離し、回収することを含
む。
法であって、上流のカーボンブラック生成過程によって
生成される反応流に、酸化剤及びカーボンブラック生成
原料を反応させ、カーボンブラックを生成させ、そのカ
ーボンブラックを冷却し、分離し、回収することを含
む。
好ましくは、この方法は、燃料に酸化剤とカーボンブ
ラック生成原料を反応させることを含む過程によって反
応流を生成させ、そして、その反応流に、この方法によ
って製造されるカーボンブラックの全体量を製造するに
使用される燃料の量を低下させる条件下で、酸化剤とカ
ーボンブラック生成原料を反応させることをさらに含
む。
ラック生成原料を反応させることを含む過程によって反
応流を生成させ、そして、その反応流に、この方法によ
って製造されるカーボンブラックの全体量を製造するに
使用される燃料の量を低下させる条件下で、酸化剤とカ
ーボンブラック生成原料を反応させることをさらに含
む。
燃料の低下は、反応流を生成させるためにカーボンブ
ラックの１ポンドあたりに使用された燃料の量に比較し
た、この方法によって製造されるカーボンブラックの１
ポンドあたりに使用される燃料の量によって求められ
る。より詳しくは、この方法によって製造されるカーボ
ンブラックの全量を製造するためのカーボンブラックの
１ポンドあたりに使用される燃料の量は、反応流を生成
する過程によって製造される実質的に同じCTAB表面積の
カーボンブラックを製造するために使用されるカーボン
ブラックの１ポンドあたりの燃料の量よりも少ない。所
与のCTAB表面積のカーボンブラックを製造するために典
型的なカーボンブラック製造プロセスを行い、カーボン
ブラックの冷却と分離と回収の前に、本発明のプロセス
に従って酸化剤とカーボンブラック生成原料にその反応
流を反応させると、反応流と酸化剤とカーボンブラック
生成原料の反応前の典型的なカーボンブラック生成プロ
セスより低い固有の燃料消費（BTU/カーボンブラックの
ポンド）において、実質的に同じCTAB表面積より高いカ
ーボンブラックを全体でより多く製造することが可能で
あり且つ実施できる。好ましくは、燃料の低下量は少な
くとも２％である。
ラックの１ポンドあたりに使用された燃料の量に比較し
た、この方法によって製造されるカーボンブラックの１
ポンドあたりに使用される燃料の量によって求められ
る。より詳しくは、この方法によって製造されるカーボ
ンブラックの全量を製造するためのカーボンブラックの
１ポンドあたりに使用される燃料の量は、反応流を生成
する過程によって製造される実質的に同じCTAB表面積の
カーボンブラックを製造するために使用されるカーボン
ブラックの１ポンドあたりの燃料の量よりも少ない。所
与のCTAB表面積のカーボンブラックを製造するために典
型的なカーボンブラック製造プロセスを行い、カーボン
ブラックの冷却と分離と回収の前に、本発明のプロセス
に従って酸化剤とカーボンブラック生成原料にその反応
流を反応させると、反応流と酸化剤とカーボンブラック
生成原料の反応前の典型的なカーボンブラック生成プロ
セスより低い固有の燃料消費（BTU/カーボンブラックの
ポンド）において、実質的に同じCTAB表面積より高いカ
ーボンブラックを全体でより多く製造することが可能で
あり且つ実施できる。好ましくは、燃料の低下量は少な
くとも２％である。
当業者には理解できるであろうが、反応流と酸化剤及
びカーボンブラック生成原料とのカーボンブラック生成
反応のプロセス過程は、実施可能な限り数多く、カーボ
ンブラックの冷却・分離・回収の前に繰り返すことがで
きる。
びカーボンブラック生成原料とのカーボンブラック生成
反応のプロセス過程は、実施可能な限り数多く、カーボ
ンブラックの冷却・分離・回収の前に繰り返すことがで
きる。
下記の本明細書に記載の例と表４と５より、カーボン
ブラック分野の当業者は、本発明の実施によって顕著な
燃料削減が達成できていることが明らかであろう。例に
おいて、反応流は、Morganらの米国再発行特許第28974
号とJordanらの米国特許第3922335号に開示のものと同
様なカーボンブラックファーネスリアクターで発生させ
た。ここで、本発明のプロセスは、任意の反応流生成手
段を用いて行うことができる。例えば、本発明のプロセ
スは、次のような広く知られた型式のリアクター、即ち
米国特許第2641534号に開示の型式の典型的なカーボン
ブラックファーネスリアクター、及び実質的に連続な反
応流を生成するように適切に系統化し且つ弁で流れを調
節したサーマルカーボンブラックリアクターの設置によ
って生成された反応流を使用して行うことができ、有益
な燃料削減を達成することができる。
ブラック分野の当業者は、本発明の実施によって顕著な
燃料削減が達成できていることが明らかであろう。例に
おいて、反応流は、Morganらの米国再発行特許第28974
号とJordanらの米国特許第3922335号に開示のものと同
様なカーボンブラックファーネスリアクターで発生させ
た。ここで、本発明のプロセスは、任意の反応流生成手
段を用いて行うことができる。例えば、本発明のプロセ
スは、次のような広く知られた型式のリアクター、即ち
米国特許第2641534号に開示の型式の典型的なカーボン
ブラックファーネスリアクター、及び実質的に連続な反
応流を生成するように適切に系統化し且つ弁で流れを調
節したサーマルカーボンブラックリアクターの設置によ
って生成された反応流を使用して行うことができ、有益
な燃料削減を達成することができる。
本明細書における用語「酸化剤（oxidant）」は、火
炎を維持するに適切な任意の酸化性物質を言い、例えば
空気、酸素、それらの混合物であり、空気が好ましい酸
化剤である。本発明のプロセスは、酸素含有率が低い空
気であっても首尾よく実施することができる。また、添
加剤の導入によって酸化剤の組成を変化させることも本
発明の範囲内である。
炎を維持するに適切な任意の酸化性物質を言い、例えば
空気、酸素、それらの混合物であり、空気が好ましい酸
化剤である。本発明のプロセスは、酸素含有率が低い空
気であっても首尾よく実施することができる。また、添
加剤の導入によって酸化剤の組成を変化させることも本
発明の範囲内である。
酸化剤は当該技術で公知の任意の仕方で反応流に導入
することができる。例えば、好ましくは、リアクター壁
を貫く入口に導管を取り付けることによって酸化剤を導
入することができる。ここで、酸化剤が反応流と迅速に
混合れるような仕方で、酸化剤を導入するかリアクター
を構成すべきである。反応流への酸化剤の混入は、限定
されるものではないが、次の方法、即ち反応流に侵入す
るに十分な圧力で酸化剤を導入する、又は酸化剤の反応
流への混合を可能にする再循環ゾーンを含むリアクター
に構成することによって達成することができる。
することができる。例えば、好ましくは、リアクター壁
を貫く入口に導管を取り付けることによって酸化剤を導
入することができる。ここで、酸化剤が反応流と迅速に
混合れるような仕方で、酸化剤を導入するかリアクター
を構成すべきである。反応流への酸化剤の混入は、限定
されるものではないが、次の方法、即ち反応流に侵入す
るに十分な圧力で酸化剤を導入する、又は酸化剤の反応
流への混合を可能にする再循環ゾーンを含むリアクター
に構成することによって達成することができる。
リアクターの条件下で容易に蒸発可能なカーボンブラ
ック生成用炭化水素原料には、アセチレンのような不飽
和炭化水素、エチレン、プロピレン、ブチレンのような
オレフィン、ベンゼン、トルエン、キシレンのような芳
香族、特定の飽和炭化水素、及び揮発された炭化水素、
例えばケロシン、ナフタレン、テルペン、エチレンター
ル、芳香サイクル原料などがある。
ック生成用炭化水素原料には、アセチレンのような不飽
和炭化水素、エチレン、プロピレン、ブチレンのような
オレフィン、ベンゼン、トルエン、キシレンのような芳
香族、特定の飽和炭化水素、及び揮発された炭化水素、
例えばケロシン、ナフタレン、テルペン、エチレンター
ル、芳香サイクル原料などがある。
カーボンブラック生成原料は、酸化剤の導入と同時に
又はその後に反応流に導入することができる。この原料
は、反応流の中から及び／又は反応流の外部から、霧化
して及び／又は霧化しない状態で導入することができ
る。酸化剤の導入と、カーボンブラック生成原料の導入
の時間間隔は、酸化剤と反応流の混合のための十分な時
間を提供し、酸化剤と反応流の間の反応が、カーボンブ
ラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを生成する
ようにすべきである。
又はその後に反応流に導入することができる。この原料
は、反応流の中から及び／又は反応流の外部から、霧化
して及び／又は霧化しない状態で導入することができ
る。酸化剤の導入と、カーボンブラック生成原料の導入
の時間間隔は、酸化剤と反応流の混合のための十分な時
間を提供し、酸化剤と反応流の間の反応が、カーボンブ
ラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを生成する
ようにすべきである。
好ましくは、本発明のプロセスにおいて、酸化剤の導
入とカーボンブラック生成原料の導入の間の時間間隔
は、30ミリ秒未満、より好ましくは10ミリ秒未満、最も
好ましくは５ミリ秒未満である。
入とカーボンブラック生成原料の導入の間の時間間隔
は、30ミリ秒未満、より好ましくは10ミリ秒未満、最も
好ましくは５ミリ秒未満である。
反応流への酸化剤の導入は、カーボンブラック生成原
料と反応するに十分な熱を発生させる。次いでこの反応
流は、もう１つの反応ゾーンに流入し、本発明のプロセ
スによる追加の酸化剤と追加のカーボンブラック生成原
料の導入を可能にすることができる。
料と反応するに十分な熱を発生させる。次いでこの反応
流は、もう１つの反応ゾーンに流入し、本発明のプロセ
スによる追加の酸化剤と追加のカーボンブラック生成原
料の導入を可能にすることができる。
所望の特性を有するカーボンブラックが生成した後、
クエンチを通して反応流に急冷用流体を注入することに
よるような、当該技術で公知の任意の仕方で反応流の温
度を下げることができる。反応を停止すべき時期を決め
る１つの方法は、反応流をサンプリングし、そのトルエ
ン着色レベルを測定することによる。トルエン着色は、
ASTM D1618−83の「カーボンブラック抽出物−トルエ
ン着色」によって測定する。クエンチは、製造している
所望のカーボンブラック生成物にとって許容できるレベ
ルに反応流のトルエン着色レベルが到達する箇所に一般
に位置する。反応流を冷やした後、その反応流はバッグ
フィルター装置を通過し、カーボンブラックを分離・捕
集することができる。
クエンチを通して反応流に急冷用流体を注入することに
よるような、当該技術で公知の任意の仕方で反応流の温
度を下げることができる。反応を停止すべき時期を決め
る１つの方法は、反応流をサンプリングし、そのトルエ
ン着色レベルを測定することによる。トルエン着色は、
ASTM D1618−83の「カーボンブラック抽出物−トルエ
ン着色」によって測定する。クエンチは、製造している
所望のカーボンブラック生成物にとって許容できるレベ
ルに反応流のトルエン着色レベルが到達する箇所に一般
に位置する。反応流を冷やした後、その反応流はバッグ
フィルター装置を通過し、カーボンブラックを分離・捕
集することができる。
本発明のプロセスを実施するための装置は、上流のカ
ーボンブラック生成プロセスによって生成した反応流
を、酸化剤及びカーボンブラック生成原料に反応させ、
カーボンブラックを生成させる手段と、カーボンブラッ
クを冷却・分離・回収するための手段を含んでなる。好
ましくは、この装置は複数のリアクターゾーンを含み、
反応流が第１反応ゾーンで生成し、次いで以降の少なく
とも１つの反応ゾーンに流入し、そこで酸化剤とカーボ
ンブラック生成原料が導入され、カーボンブラックを生
成する。カーボンブラックの生成の後、反応流を冷却
し、カーボンブラックを分離・回収する。従って、さら
なる酸化剤とカーボンブラック生成原料の導入のため、
下流の追加の反応ゾーンに反応流を流入させることは、
本発明の範囲内である。
ーボンブラック生成プロセスによって生成した反応流
を、酸化剤及びカーボンブラック生成原料に反応させ、
カーボンブラックを生成させる手段と、カーボンブラッ
クを冷却・分離・回収するための手段を含んでなる。好
ましくは、この装置は複数のリアクターゾーンを含み、
反応流が第１反応ゾーンで生成し、次いで以降の少なく
とも１つの反応ゾーンに流入し、そこで酸化剤とカーボ
ンブラック生成原料が導入され、カーボンブラックを生
成する。カーボンブラックの生成の後、反応流を冷却
し、カーボンブラックを分離・回収する。従って、さら
なる酸化剤とカーボンブラック生成原料の導入のため、
下流の追加の反応ゾーンに反応流を流入させることは、
本発明の範囲内である。
本発明のプロセスと装置のこの他の詳細と長所は、次
の詳細な説明より明らかになるであろう。
の詳細な説明より明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明のプロセスを実施するために使用する
ことができる、本発明のカーボンブラックリアクターの
横断面図である。
ことができる、本発明のカーボンブラックリアクターの
横断面図である。
発明の詳細な説明 上記のように、本発明のプロセスと装置は、上流のカ
ーボンブラック生成プロセスの反応流に酸化剤を反応さ
せ、カーボンブラック生成原料と反応することができる
燃焼生成物の流れを発生させ、カーボンブラックを生成
させることにより、カーボンブラックを生成させるため
に使用される燃料の量を削減することができるといった
本発明者の発見に由来する。酸化剤を反応流に混入させ
ることにより、酸化剤の導入と同時に又はその後に導入
される追加のカーボンブラック生成原料と反応する燃焼
生成物の流れを発生させることができる。
ーボンブラック生成プロセスの反応流に酸化剤を反応さ
せ、カーボンブラック生成原料と反応することができる
燃焼生成物の流れを発生させ、カーボンブラックを生成
させることにより、カーボンブラックを生成させるため
に使用される燃料の量を削減することができるといった
本発明者の発見に由来する。酸化剤を反応流に混入させ
ることにより、酸化剤の導入と同時に又はその後に導入
される追加のカーボンブラック生成原料と反応する燃焼
生成物の流れを発生させることができる。
本発明のプロセスを実施するために使用することがで
きるカーボンブラックリアクターを図１に示している。
１つの型式のカーボンブラックリアクターを図１に描い
ているが、本発明は、炭化水素の反応によってカーボン
ブラックを生成する任意のカーボンブラックファーネス
リアクターを使用することができると理解すべきであ
る。
きるカーボンブラックリアクターを図１に示している。
１つの型式のカーボンブラックリアクターを図１に描い
ているが、本発明は、炭化水素の反応によってカーボン
ブラックを生成する任意のカーボンブラックファーネス
リアクターを使用することができると理解すべきであ
る。
また、図１に示すカーボンブラックリアクターは、本
発明の装置を構成することが認識されるであろう。ここ
で、本発明の装置は、図１に示す構造に限定されるもの
ではない。
発明の装置を構成することが認識されるであろう。ここ
で、本発明の装置は、図１に示す構造に限定されるもの
ではない。
図１に関し、本発明のプロセスは、先細直径ゾーン11
を有する燃焼ゾーン10、原料注入ゾーン12、及び反応ゾ
ーン18を有するカーボンブラックファーネスリアクター
２を用いて実施することができる。図１に示す態様にお
いて、反応ゾーン18は、反応ゾーン18より小さい直径を
有する原料注入ゾーン22と通じる先細直径ゾーン20に接
続する比較的小さい内側直径のゾーン19を備える。原料
注入ゾーン22は、反応ゾーン32に取り付けられている。
図１に示す態様において、反応ゾーン32は先太直径ゾー
ン30を備える。
を有する燃焼ゾーン10、原料注入ゾーン12、及び反応ゾ
ーン18を有するカーボンブラックファーネスリアクター
２を用いて実施することができる。図１に示す態様にお
いて、反応ゾーン18は、反応ゾーン18より小さい直径を
有する原料注入ゾーン22と通じる先細直径ゾーン20に接
続する比較的小さい内側直径のゾーン19を備える。原料
注入ゾーン22は、反応ゾーン32に取り付けられている。
図１に示す態様において、反応ゾーン32は先太直径ゾー
ン30を備える。
この例を下記に説明するため、先細直径ゾーン11が始
まる箇所までの燃焼ゾーン10の直径をＤ−１と示し、最
も狭い箇所の先細ゾーン11の直径をＤ−２と示し、ゾー
ン12の直径をＤ−３と、ゾーン18の直径をＤ−４と、ゾ
ーン19の直径をＤ−５と、最も狭い箇所の先細ゾーン20
の直径をＤ−６と、ゾーン22の直径をＤ−７と、最も狭
い箇所のゾーン30の直径をＤ−７と、ゾーン32の直径を
Ｄ−８と示している。同様に、この例を下記に説明する
ため、先細直径ゾーンが始まる箇所までの燃焼ゾーン10
の長さをＬ−１と示しており、先細直径ゾーン11の長さ
をＬ−２と示しており、原料注入ゾーン12の長さをＬ−
３と示しており、比較的小さい直径のゾーン19までの反
応ゾーン18の長さをＬ−４と示しており、ゾーン19の長
さをＬ−５と示しており、先細直径ゾーン20の長さをＬ
−６と示しており、遷移ゾーン22の長さをＬ−７と示し
ており、先太直径ゾーン18の長さをＬ−８と示してい
る。Ｌ−９は酸化剤導入箇所（50）の中央平面（midpla
ne）から先細直径ゾーン（20）の始まりまでの反応区域
の長さである。
まる箇所までの燃焼ゾーン10の直径をＤ−１と示し、最
も狭い箇所の先細ゾーン11の直径をＤ−２と示し、ゾー
ン12の直径をＤ−３と、ゾーン18の直径をＤ−４と、ゾ
ーン19の直径をＤ−５と、最も狭い箇所の先細ゾーン20
の直径をＤ−６と、ゾーン22の直径をＤ−７と、最も狭
い箇所のゾーン30の直径をＤ−７と、ゾーン32の直径を
Ｄ−８と示している。同様に、この例を下記に説明する
ため、先細直径ゾーンが始まる箇所までの燃焼ゾーン10
の長さをＬ−１と示しており、先細直径ゾーン11の長さ
をＬ−２と示しており、原料注入ゾーン12の長さをＬ−
３と示しており、比較的小さい直径のゾーン19までの反
応ゾーン18の長さをＬ−４と示しており、ゾーン19の長
さをＬ−５と示しており、先細直径ゾーン20の長さをＬ
−６と示しており、遷移ゾーン22の長さをＬ−７と示し
ており、先太直径ゾーン18の長さをＬ−８と示してい
る。Ｌ−９は酸化剤導入箇所（50）の中央平面（midpla
ne）から先細直径ゾーン（20）の始まりまでの反応区域
の長さである。
本発明のプロセスの実施において、液体又はガス燃料
と、空気、酸素、空気と酸素の混合物などのような適切
な酸化剤を接触させることにより、高温燃焼ガスがゾー
ン10で発生する。高温燃焼ガスを発生させるため燃焼ゾ
ーン10内で酸化剤流との接触に使用するに適切な燃料
は、任意の易燃焼性ガス、蒸気、又は液体の流れであ
り、例えば天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセ
チレン、アルコール、ケトンがある。ここで、炭素含有
成分を高い含有率で有する燃料、特には炭化水素を使用
することが一般に好ましい。第１ゾーンの燃焼反応にお
いて空気を酸化剤として使用した場合、10〜125％の燃
料当量比の運転が一般に好ましい。当業者であれば理解
するように、高温燃焼ガスの発生を容易にするため、酸
化剤流を予熱することができる。
と、空気、酸素、空気と酸素の混合物などのような適切
な酸化剤を接触させることにより、高温燃焼ガスがゾー
ン10で発生する。高温燃焼ガスを発生させるため燃焼ゾ
ーン10内で酸化剤流との接触に使用するに適切な燃料
は、任意の易燃焼性ガス、蒸気、又は液体の流れであ
り、例えば天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセ
チレン、アルコール、ケトンがある。ここで、炭素含有
成分を高い含有率で有する燃料、特には炭化水素を使用
することが一般に好ましい。第１ゾーンの燃焼反応にお
いて空気を酸化剤として使用した場合、10〜125％の燃
料当量比の運転が一般に好ましい。当業者であれば理解
するように、高温燃焼ガスの発生を容易にするため、酸
化剤流を予熱することができる。
高温燃焼ガス流は、ゾーン10と11からゾーン12とさら
に18へと流下する。カーボンブラック生成原料40は、ゾ
ーン12に位置する第１箇所42で導入する。カーボンブラ
ック生成炭化水素原料として使用するに適切なものは、
反応条件下で容易に揮発することができる炭化水素であ
り、アセチレンなどの不飽和炭化水素、エチレン、プロ
ピレン、ブチレンなどのオレフィン、ベンゼン、トルエ
ン、キシレンなどの芳香族、特定の飽和炭化水素、及び
揮発した炭化水素、例えばケロシン、ナフタレン、テル
ペン、エチレンタール、芳香族サイクル原料油などであ
る。ここで説明する例において、カーボンブラック生成
原料40は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複数の
小さな噴射の形態で、高温燃焼ガス流の周囲から実質的
に横方向に注入し、原料を分解・転化させてカーボンブ
ラックを生成させるための、高温燃焼ガスによるカーボ
ンブラック生成原料の高速の混合・剪断を確保した。先
細直径ゾーン11の端部から第１原料注入箇所42までの長
さをＦ−１と示している。
に18へと流下する。カーボンブラック生成原料40は、ゾ
ーン12に位置する第１箇所42で導入する。カーボンブラ
ック生成炭化水素原料として使用するに適切なものは、
反応条件下で容易に揮発することができる炭化水素であ
り、アセチレンなどの不飽和炭化水素、エチレン、プロ
ピレン、ブチレンなどのオレフィン、ベンゼン、トルエ
ン、キシレンなどの芳香族、特定の飽和炭化水素、及び
揮発した炭化水素、例えばケロシン、ナフタレン、テル
ペン、エチレンタール、芳香族サイクル原料油などであ
る。ここで説明する例において、カーボンブラック生成
原料40は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複数の
小さな噴射の形態で、高温燃焼ガス流の周囲から実質的
に横方向に注入し、原料を分解・転化させてカーボンブ
ラックを生成させるための、高温燃焼ガスによるカーボ
ンブラック生成原料の高速の混合・剪断を確保した。先
細直径ゾーン11の端部から第１原料注入箇所42までの長
さをＦ−１と示している。
カーボンブラック生成原料と高温燃焼ガスの混合物
は、ゾーン12から反応ゾーン18へと流れる。カーボンブ
ラック生成原料の反応は原料注入箇所から開始する。従
って、ゾーン18を流れる反応流は、本発明のプロセスと
装置の説明において指称する反応流である。
は、ゾーン12から反応ゾーン18へと流れる。カーボンブ
ラック生成原料の反応は原料注入箇所から開始する。従
って、ゾーン18を流れる反応流は、本発明のプロセスと
装置の説明において指称する反応流である。
本発明のプロセスに従うと、酸化剤が反応流中に導入
される。図１に示す態様における酸化剤注入箇所を50に
示している。ゾーン18の開始から酸化剤注入箇所50まで
の長さをＸ−１と示している。
される。図１に示す態様における酸化剤注入箇所を50に
示している。ゾーン18の開始から酸化剤注入箇所50まで
の長さをＸ−１と示している。
酸化剤は、当該技術で公知の任意の仕方で反応流に導
入することができる。例えば、リアクター壁を貫く１つ
以上の入口に導管を接続することによって酸化剤を導入
することができる。この入口は、ゾーン19の周囲の環状
リングに配置することができる。酸化剤は、カーボンブ
ラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させ
るため、酸化剤と反応流の迅速な混合を確保する仕方で
導入することが好ましい。
入することができる。例えば、リアクター壁を貫く１つ
以上の入口に導管を接続することによって酸化剤を導入
することができる。この入口は、ゾーン19の周囲の環状
リングに配置することができる。酸化剤は、カーボンブ
ラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させ
るため、酸化剤と反応流の迅速な混合を確保する仕方で
導入することが好ましい。
下記に説明する例において、酸化剤は、リアクターの
周りを囲んで配置された複数の放射状入口を通して反応
流に導入した。追加のカーボンブラック生成原料60は、
酸化剤と実質的に同時に又は酸化剤の導入後に反応流に
導入する。下記に説明する例において、原料は、酸化剤
の導入後に導入した。追加のカーボンブラック生成原料
は、第１原料注入箇所42で導入するカーボンブラック生
成原料40と同じでも違ってもよい。
周りを囲んで配置された複数の放射状入口を通して反応
流に導入した。追加のカーボンブラック生成原料60は、
酸化剤と実質的に同時に又は酸化剤の導入後に反応流に
導入する。下記に説明する例において、原料は、酸化剤
の導入後に導入した。追加のカーボンブラック生成原料
は、第１原料注入箇所42で導入するカーボンブラック生
成原料40と同じでも違ってもよい。
追加の原料導入箇所を図１に62で示している。酸化剤
導入箇所50と追加の原料導入箇所62の間の長さをＦ−２
と示す。下記に説明する例において、カーボンブラック
生成原料60は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複
数の小さな噴射の形態で、高温燃焼ガス流の周囲から実
質的に横方向に注入し、原料を分解・転化させて追加の
カーボンブラックを生成させるための、高温燃焼ガスに
よるカーボンブラック生成原料の高速の混合・剪断を確
保した。
導入箇所50と追加の原料導入箇所62の間の長さをＦ−２
と示す。下記に説明する例において、カーボンブラック
生成原料60は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複
数の小さな噴射の形態で、高温燃焼ガス流の周囲から実
質的に横方向に注入し、原料を分解・転化させて追加の
カーボンブラックを生成させるための、高温燃焼ガスに
よるカーボンブラック生成原料の高速の混合・剪断を確
保した。
酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入の時
間間隔は、酸化剤と反応流の混合を可能にするに十分な
時間であることが必要である。好ましくは、本発明のプ
ロセスにおいて、この時間は30ミリ秒未満、より好まし
くは10ミリ秒未満、最も好ましくは５ミリ秒未満であ
る。従って、本発明のプロセスにおいてＦ−２の長さは
この時間が30ミリ秒未満であるように選択することが好
ましい。当業者であれば理解できるであろうが、この時
間と距離Ｆ−２との関係は、本発明のプロセスの実施の
ために使用される注入量のレベルと共に、リアクターの
構造と寸法に依存する。
間間隔は、酸化剤と反応流の混合を可能にするに十分な
時間であることが必要である。好ましくは、本発明のプ
ロセスにおいて、この時間は30ミリ秒未満、より好まし
くは10ミリ秒未満、最も好ましくは５ミリ秒未満であ
る。従って、本発明のプロセスにおいてＦ−２の長さは
この時間が30ミリ秒未満であるように選択することが好
ましい。当業者であれば理解できるであろうが、この時
間と距離Ｆ−２との関係は、本発明のプロセスの実施の
ために使用される注入量のレベルと共に、リアクターの
構造と寸法に依存する。
追加のカーボンブラック生成原料を含む反応流は、ゾ
ーン30と32に流入する。ゾーン32で反応流を急冷する代
りに、追加の酸化剤と原料をこの反応流に導入すること
ができ、さらに先のリアクターゾーン内で追加のカーボ
ンブラック生成原料と反応する焼成生成物の流れを発生
させ、追加のカーボンブラックを製造する。これらの過
程は実施可能な限り数多く繰り返すことができる。
ーン30と32に流入する。ゾーン32で反応流を急冷する代
りに、追加の酸化剤と原料をこの反応流に導入すること
ができ、さらに先のリアクターゾーン内で追加のカーボ
ンブラック生成原料と反応する焼成生成物の流れを発生
させ、追加のカーボンブラックを製造する。これらの過
程は実施可能な限り数多く繰り返すことができる。
図１に示す態様において、72の箇所に位置して急冷用
流体80を注入するクエンチ70は、カーボンブラック生成
原料の反応を停止させるために使用する。Ｑは段階32の
開始から箇所72までの長さであり、クエンチの位置によ
って変えることができる。
流体80を注入するクエンチ70は、カーボンブラック生成
原料の反応を停止させるために使用する。Ｑは段階32の
開始から箇所72までの長さであり、クエンチの位置によ
って変えることができる。
反応流を急冷させた後、本発明のカーボンブラックを
含有する冷却されたガスは、任意の通常の冷却・分離装
置に流下し、そこで本発明のカーボンブラックが回収さ
れる。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵
機、サイクロン分離機、バッグフィルターのような通常
の装置によって容易に行われる。この分離の後、例えば
湿式造粒機を用いて造粒することができる。
含有する冷却されたガスは、任意の通常の冷却・分離装
置に流下し、そこで本発明のカーボンブラックが回収さ
れる。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵
機、サイクロン分離機、バッグフィルターのような通常
の装置によって容易に行われる。この分離の後、例えば
湿式造粒機を用いて造粒することができる。
本発明の効果と長所は次の例によってさらに理解され
るであろう。ここで、セチル−トリメチルアンモニウム
ブロミド吸着量（CTAB）はASTM試験法D3765−85に従っ
て測定した。
るであろう。ここで、セチル−トリメチルアンモニウム
ブロミド吸着量（CTAB）はASTM試験法D3765−85に従っ
て測定した。
例１〜６ 本発明のプロセスを用い、実験例１〜５の５通りの代
表的なリアクター実験でカーボンブラックを製造した。
実験例１〜５を行うにおいて、リアクター第２ゾーンの
反応流には追加の燃料を全く導入しなかった。比較のた
め、対照標準実験を行い、実験例６で酸化剤と追加の原
料を反応流に導入せずにカーボンブラックを製造した。
表的なリアクター実験でカーボンブラックを製造した。
実験例１〜５を行うにおいて、リアクター第２ゾーンの
反応流には追加の燃料を全く導入しなかった。比較のた
め、対照標準実験を行い、実験例６で酸化剤と追加の原
料を反応流に導入せずにカーボンブラックを製造した。
各々の実施例と対照標準実験で使用したリアクター
は、本明細書で広く説明し且つ図１に示したリアクター
と同等であり、第２に示したリアクター条件と寸法形状
を用いた。各々の例の燃焼反応に使用した燃料は天然ガ
スであった。各々の実験例で使用した原料は、次の表１
に示す特性を有した。
は、本明細書で広く説明し且つ図１に示したリアクター
と同等であり、第２に示したリアクター条件と寸法形状
を用いた。各々の例の燃焼反応に使用した燃料は天然ガ
スであった。各々の実験例で使用した原料は、次の表１
に示す特性を有した。
実験例１〜５の反応流に導入した酸化剤は空気であっ
た。酸化剤は、周囲に配置した複数の放射状入口を通し
て反応流に注入した。例１〜４において、３個の直径１
インチの入口、６個の直径1/2インチの入口、及び６個
の直径1/4インチの入口を使用し、約3.8平方インチの合
計空気導入面積を提供した。例５においては、３個の直
径１インチの入口、３個の直径3/4インチの入口、12個
の直径1/2インチの入口、及び６個の直径1/4インチの入
口を使用し、約６平方インチの合計空気導入面積を提供
した。
た。酸化剤は、周囲に配置した複数の放射状入口を通し
て反応流に注入した。例１〜４において、３個の直径１
インチの入口、６個の直径1/2インチの入口、及び６個
の直径1/4インチの入口を使用し、約3.8平方インチの合
計空気導入面積を提供した。例５においては、３個の直
径１インチの入口、３個の直径3/4インチの入口、12個
の直径1/2インチの入口、及び６個の直径1/4インチの入
口を使用し、約６平方インチの合計空気導入面積を提供
した。
リアクター条件と寸法形状を下記の表６に示す。実施
例５において、合計で25gのK2CO3を含む水溶液10ポンド
/hで第２原料流に添加した。
例５において、合計で25gのK2CO3を含む水溶液10ポンド
/hで第２原料流に添加した。
対照標準実験６において、単一リアクター段階18を使
用した。
用した。
反応流はこのリアクター段階の末端でクエンチし、即
ちＬ−４＝Ｑである。
ちＬ−４＝Ｑである。
第１ゾーンとは、第２ゾーンの酸化剤導入箇所から上
流のリアクター部分を言う。
流のリアクター部分を言う。
第２ゾーンとは、第２ゾーンの酸化剤導入箇所を含ん
でその下流の部分を言う。
でその下流の部分を言う。
空気入口面積とは、第２ゾーンの反応流に導入する酸
化剤が通る環状リングの入口の合計面積を言う。
化剤が通る環状リングの入口の合計面積を言う。
42:図１の箇所42、62:図１の箇所62、pgh:ガロン/h、 psi:ポンド／平方インチ、 kscfh:標準立方フィート/h×1000 クエンチの後、このプロセスの流れは、カーボンブラ
ック製造設備に典型的に使用される下流の装置を通過さ
せ、反応流をさらに冷却させた。各々の実験で製造した
カーボンブラックは、バッグフィルターを使用する通常
の装置を用いて分離・捕集され、湿式造粒機を用いて通
常の仕方で造粒された。
ック製造設備に典型的に使用される下流の装置を通過さ
せ、反応流をさらに冷却させた。各々の実験で製造した
カーボンブラックは、バッグフィルターを使用する通常
の装置を用いて分離・捕集され、湿式造粒機を用いて通
常の仕方で造粒された。
表２に示すように、酸化剤導入の入口面の中心線（図
１の50）と第２原料導入の入口面の中心線（図１の60）
の間の長さＦ−２は、実験例１〜４においては６インチ
であった。実験例１〜４におけるこれら２つの面の間の
リアクター内部体積は約247立方インチであった。酸化
剤導入と原料導入の間の推算時間は、実験例１〜４にお
いては約0.6ミリ秒であり、上流で生成した反応流の可
燃性ガスは直ちに燃焼してCO2と水になったと仮定し
た。実験例５において、長さＦ−２は16.5インチであ
り、例における酸化剤導入面と原料導入面の間のリアク
ター内部体積は約788立方インチであった。例５におい
て、酸化剤導入と原料導入の間の推算時間は、実験例５
においては約２ミリ秒であり、上流で生成した反応流の
可燃性ガスは直ちに燃焼してCO2と水になったと仮定し
た。
１の50）と第２原料導入の入口面の中心線（図１の60）
の間の長さＦ−２は、実験例１〜４においては６インチ
であった。実験例１〜４におけるこれら２つの面の間の
リアクター内部体積は約247立方インチであった。酸化
剤導入と原料導入の間の推算時間は、実験例１〜４にお
いては約0.6ミリ秒であり、上流で生成した反応流の可
燃性ガスは直ちに燃焼してCO2と水になったと仮定し
た。実験例５において、長さＦ−２は16.5インチであ
り、例における酸化剤導入面と原料導入面の間のリアク
ター内部体積は約788立方インチであった。例５におい
て、酸化剤導入と原料導入の間の推算時間は、実験例５
においては約２ミリ秒であり、上流で生成した反応流の
可燃性ガスは直ちに燃焼してCO2と水になったと仮定し
た。
上記の説明は１つの型式のリアクターに特定されてい
るが、本発明は、カーボンブラック生成原料と反応して
カーボンブラックを生成させる燃焼生成物の流れを発生
する、酸化剤と反応流の混合によって達成されることを
認識すべきである。
るが、本発明は、カーボンブラック生成原料と反応して
カーボンブラックを生成させる燃焼生成物の流れを発生
する、酸化剤と反応流の混合によって達成されることを
認識すべきである。
各々の代表的な実験において製造した乾燥カーボンブ
ラックのCTAB値を、前述の試験法によって測定した。各
々の実験のカーボンブラック収率（１ガロンの原料あた
りのカーボンブラックのポンド値）を、バッグフィルタ
ーを出る送管ガスのガスクロマトグラフィー分析と間欠
的な重量チェックを用いて測定した。また、得られた１
ポンドとカーボンブラックあたりのB.T.U.で表した各々
の実験に使用した燃料を各々の実験例について計算し
た。その結果を表３に示す。
ラックのCTAB値を、前述の試験法によって測定した。各
々の実験のカーボンブラック収率（１ガロンの原料あた
りのカーボンブラックのポンド値）を、バッグフィルタ
ーを出る送管ガスのガスクロマトグラフィー分析と間欠
的な重量チェックを用いて測定した。また、得られた１
ポンドとカーボンブラックあたりのB.T.U.で表した各々
の実験に使用した燃料を各々の実験例について計算し
た。その結果を表３に示す。
これらの結果は、本発明のプロセスを使用した実験例
１と３の各々の燃料使用量が、実験例６の対照標準の実
験例の燃料使用量に比較して顕著に少ないことを示して
いる。
１と３の各々の燃料使用量が、実験例６の対照標準の実
験例の燃料使用量に比較して顕著に少ないことを示して
いる。
実験例１〜５の本発明の多数ゾーンプロセスと単一反
応ゾーンプロセスの比較を下記の表４と５に示す。
応ゾーンプロセスの比較を下記の表４と５に示す。
実験例１〜５で示したと同じ収率と処理量を、それぞ
れ同じCTAB表面積のカーボンブラック製造する単一段階
プロセスで達成するためには、表５に示す空気、ガス、
及び原料の量が必要と推定される。表５に空気、ガス、
及び原料の推定値に基づく推定の燃料使用量もまた示
す。燃料使用量の低下割合もまた表５に示す。
れ同じCTAB表面積のカーボンブラック製造する単一段階
プロセスで達成するためには、表５に示す空気、ガス、
及び原料の量が必要と推定される。表５に空気、ガス、
及び原料の推定値に基づく推定の燃料使用量もまた示
す。燃料使用量の低下割合もまた表５に示す。
表５に示す結果の比較と、表５の推定値は、本発明の
代表的プロセスである表４の実験例１〜５が、同様なカ
ーボンブラックを製造する単一反応ゾーンプロセスに比
較し、８〜15％のレベルのエネルギー効率における有益
な向上を達成していることを示す。
代表的プロセスである表４の実験例１〜５が、同様なカ
ーボンブラックを製造する単一反応ゾーンプロセスに比
較し、８〜15％のレベルのエネルギー効率における有益
な向上を達成していることを示す。
本明細書で説明した本発明の態様は単なる例示であ
り、本発明の範囲を限定するものではないことを明確に
理解されたい。
り、本発明の範囲を限定するものではないことを明確に
理解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−33167（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−304271（ＪＰ，Ａ) 米国特許4213939（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09C 1/50
Claims (20)
- 【請求項１】カーボンブラックの製造において、 （ａ）燃料を第１酸化剤と反応させることによって燃焼
ガス流を生成させ、 （ｂ）第１カーボンブラック生成原料をその燃焼ガス流
と反応させ、第１カーボンブラックを含む反応流を生成
させ、 （ｃ）工程（ｂ）の反応流を、下流で、第２酸化剤及び
第２カーボンブラック生成原料と反応させ、追加のカー
ボンブラックを生成させ、 （ｄ）工程（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）によって生成す
るカーボンブラックの単位重量あたりに使用される燃料
の量が、工程（ａ）と（ｂ）によって得られる第１カー
ボンブラックを生成させるための単位重量あたりのカー
ボンブラックに使用される燃料の量よりも少ないように
工程（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を行い、 （ｅ）工程（ａ）〜（ｄ）によって生成したカーボンブ
ラックを冷却、分離、回収する、 各工程を含む、燃料消費量に対するカーボンブラックの
収率を改良する方法。 - 【請求項２】燃料の低下量が少なくとも２％である請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】燃料を第１酸化剤と反応させ、その燃焼ガ
スによって第１カーボンブラック生成原料が霧化される
仕方で第１カーボンブラック生成原料をその燃焼ガス流
に導入することにより工程（ａ）と（ｂ）を行う請求項
１に記載の方法。 - 【請求項４】第２酸化剤と第２カーボンブラック生成原
料を、第２酸化剤が反応流と反応して第２カーボンブラ
ック生成原料と反応する燃焼生成物流を発生させるのに
十分な時間で、上流で生成した反応流の中に導入する請
求項１に記載の方法。 - 【請求項５】第２カーボンブラック生成原料を、第２酸
化剤の反応流への導入から下流の反応流の中に導入する
請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】第２酸化剤の導入と第２カーボンブラック
生成原料の導入を、30ミリ秒未満の時間内で行う請求項
４に記載の方法。 - 【請求項７】第２酸化剤の導入と第２カーボンブラック
生成原料の導入を、10ミリ秒未満の時間内で行う請求項
４に記載の方法。 - 【請求項８】第２酸化剤の導入と第２カーボンブラック
生成原料の導入を、５ミリ秒未満の時間内で行う請求項
４に記載の方法。 - 【請求項９】カーボンブラックファーネスリアクターに
おけるカーボンブラック製造において、 （ａ）燃料を第１酸化剤と反応させることによって燃焼
ガス流を生成させ、 （ｂ）工程（ａ）の燃焼ガス流の中に第１カーボンブラ
ック生成原料を導入し、反応流を生成させ、 （ｃ）工程（ｂ）の反応流の中で第１カーボンブラック
を生成させ、 （ｄ）工程（ｃ）の反応流の中に下流で第２酸化剤を導
入し、燃料として作用する反応流と反応させ、燃焼生成
物流を生成させ、 （ｅ）工程（ｄ）の反応燃焼流の中に第２カーボンブラ
ック生成原料を導入し、さらなるカーボンブラック生成
を開始させ、 （ｆ）カーボンブラックを生成させ、 （ｇ）工程（ａ）〜（ｆ）によって得られるカーボンブ
ラックの単位重量あたりに使用される燃料量が、工程
（ａ）〜（ｃ）によって得られる第１カーボンブラック
を生成させるためのカーボンブラックの単位重量あたり
に使用される燃料量よりも少ないように工程（ａ）〜
（ｆ）を行い、 （ｈ）工程（ａ）〜（ｇ）によって生成したカーボンブ
ラックを冷却、分離、回収する、 各工程を含む、燃料消費量に対するカーボンブラックの
収率を改良する方法。 - 【請求項１０】（ａ）燃料を第１酸化剤と反応させるこ
とによって燃焼ガス流を生成させ、 （ｂ）第１カーボンブラック生成原料をその燃焼ガス流
と反応させ、第１カーボンブラックを含む反応流を生成
させ、 （ｃ）工程（ｂ）の反応流を、下流で、第２酸化剤と第
２カーボンブラック生成原料と反応させ、追加のカーボ
ンブラックを生成させ、 （ｄ）工程（ａ），（ｂ），及び（ｃ）によって生成す
るカーボンブラックの単位重量あたりに使用される燃料
量が、工程（ａ）と（ｂ）によって得られる第１カーボ
ンブラックを生成させるためのカーボンブラックの単位
重量あたりに使用される燃料量よりも少ないように工程
（ａ），（ｂ），及び（ｃ）を行い、 （ｅ）工程（ａ）〜（ｄ）によって生成したカーボンブ
ラックを冷却、分離、回収する、 各工程を含み、 カーボンブラックを冷却、分離、回収する前に、付加的
な酸化剤と付加的なカーボンブラック生成原料を導入
し、付加的なカーボンブラックを生成させることをさら
に含む、カーボンブラックの製造方法。 - 【請求項１１】（ａ）リアクターの第１ゾーンにおい
て、燃料を第１酸化剤と反応させることによって燃焼ガ
ス流を生成させ、 （ｂ）リアクターの第２ゾーンにおいて、その燃焼ガス
流の中に第１カーボンブラック生成原料を導入し、反応
流を生成させ、 （ｃ）リアクターの第３ゾーンにおいて、工程（ｂ）の
反応流の中で第１カーボンブラックを生成させ、 （ｄ）下流のリアクター第４ゾーンにおいて、工程
（ｃ）の反応流の中に第２酸化剤を導入し、燃料として
作用する反応流と反応させ、燃焼生成物流を生成させ、 （ｅ）リアクター第５ゾーンにおいて、工程（ｄ）の反
応燃焼流の中に第２カーボンブラック生成原料を導入
し、追加のカーボンブラックの生成を開始させ、 （ｆ）リアクターの第６ゾーンにおいて、カーボンブラ
ックを生成させ、 （ｇ）工程（ａ）〜（ｆ）によって得られるカーボンブ
ラックの単位重量あたりに使用される燃料量が、工程
（ａ）〜（ｃ）によって得られる第１カーボンブラック
を生成させるためのカーボンブラックの単位重量あたり
に使用される燃料量よりも少ないように工程（ａ）〜
（ｆ）を行い、 （ｈ）工程（ａ）〜（ｇ）によって生成したカーボンブ
ラックを冷却、分離、回収する、 各工程を含み、 工程（ａ）〜（ｇ）によって得られるカーボンブラック
が、工程（ａ）〜（ｃ）によって得られるカーボンブラ
ックのCTAB比表面積を実質的に下回らない、カーボンブ
ラックファーネスリアクターでカーボンブラックを製造
する方法。 - 【請求項１２】燃料の低下量が少なくとも２％である請
求項11の方法。 - 【請求項１３】（ａ）燃料を第１酸化剤と反応させるこ
とによって燃焼ガス流を生成させ、 （ｂ）第１カーボンブラック生成原料をその燃焼ガス流
と反応させ、第１カーボンブラックを含む反応流を生成
させ、 （ｃ）工程（ｂ）の反応流を、下流で、第２酸化剤及び
第２カーボンブラック生成原料と反応させ、追加のカー
ボンブラックを生成させ、 （ｄ）工程（ａ），（ｂ），及び（ｃ）によって得られ
るカーボンブラックの単位重量あたりに使用される燃料
量が、工程（ａ）と（ｂ）によって得られる第１カーボ
ンブラックを生成させるためのカーボンブラックの単位
重量あたりに使用される燃料量よりも少ないように工程
（ａ），（ｂ），及び（ｃ）を行い、 （ｅ）工程（ａ）〜（ｄ）によって生成したカーボンブ
ラックを冷却、分離、回収する、 各工程を含み、 工程（ａ）〜（ｄ）によって得られるカーボンブラック
が、工程（ａ）と（ｂ）によって得られるカーボンブラ
ックのCTAB比表面積を実質的に下回らない、カーボンブ
ラックを製造する方法。 - 【請求項１４】反応流が第２酸化剤と反応して燃焼生成
物流を生成し、次いで、反応流中の燃焼生成物が第２カ
ーボンブラック生成原料と反応し、追加のカーボンブラ
ックを生成する請求項13に記載の方法。 - 【請求項１５】第１燃料、第１酸化剤、及び第１カーボ
ンブラック生成原料を反応させ、上流側で、第１カーボ
ンブラックと反応性ガスを含む反応流を生成させる手
段、 その反応流を、第２酸化剤及び第２カーボンブラック生
成原料と反応させ、第２カーボンブラックを生成させる
手段、 全カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段、
及び 全カーボンブラックの単位重量あたりに使用される全燃
料量が、第１カーボンブラックの単位重量あたりに使用
される第１燃料の量よりも少なく、全カーボンブラック
のCTAB表面積が、第１カーボンブラックのCTAB表面積よ
りも実質的に低くない条件下で、その反応流を第２酸化
剤及び第２カーボンブラック生成原料と反応させる手
段、 を含んでなるカーボンブラック製造装置。 - 【請求項１６】第２酸化剤の導入と第２カーボンブラッ
ク生成原料の導入が、第２酸化剤が反応流と反応して、
第２カーボンブラック生成原料と反応する燃焼生成物流
を発生するのに十分な時間内に生じるような位置で、第
２酸化剤を反応流に導入する手段、及び反応流の中に第
２カーボンブラック生成原料を導入する手段、をさらに
含む請求項15に記載の装置。 - 【請求項１７】第２酸化剤を反応流の中に導入する手
段、及び第２カーボンブラック生成原料を反応流の中に
導入する手段が、第２酸化剤と第２カーボンブラック生
成原料導入箇所の間の滞留時間が、30ミリ秒を下回るよ
うに配置された請求項16に記載の装置。 - 【請求項１８】第１燃料、第１酸化剤、及び第１カーボ
ンブラック生成原料を反応させ、第１カーボンブラック
と反応性ガスを含む反応流を生成させる手段、 第２酸化剤を反応流の中に導入する手段、 全カーボンブラックの単位重量あたりに使用される全燃
料量が、第１カーボンブラックの単位重量あたりに使用
される第１燃料の量よりも少なく、全カーボンブラック
のCTAB表面積が、第１カーボンブラックのCTAB表面積よ
りも実質的に低くない条件下で、その反応流を第２酸化
剤及び第２カーボンブラック生成原料を反応させる手
段、及び 全カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段、 を具備したカーボンブラックの製造装置。 - 【請求項１９】酸化剤を反応流の中に導入する付加的手
段及びカーボンブラック生成原料を反応流の中に導入す
る付加的手段をさらに備え、 各付加的手段が、カーボンブラックを冷却、分離、及び
回収する手段の前に配置された、請求項18に記載の装
置。 - 【請求項２０】リアクターの第１ゾーンにおける、第１
燃料と第１酸化剤を反応させて燃料ガス流を生成させる
手段、 リアクターの第２ゾーンにおける、その燃料ガス流の中
に第１カーボンブラック生成原料を導入し、反応流を生
成させる手段、 リアクターの第３ゾーンにおける、その反応流の中に第
１カーボンブラックを生成させて継続させる手段、 リアクターの第４ゾーンにおける、第２酸化剤を反応流
と反応させ、第２カーボンブラック生成原料と反応する
燃焼生成物流を発生させる手段、 リアクターの第５ゾーンにおける、第２カーボンブラッ
ク生成原料を反応流と反応させる手段、 リアクターの第６ゾーンにおける、全カーボンブラック
の単位重量あたりに使用される全燃料量が、第１カーボ
ンブラックの単位重量あたりに使用される第１燃料の量
よりも少なく、全カーボンブラックのCTAB表面積が、第
１カーボンブラックのCTAB表面積よりも実質的に低くな
い条件下で、その反応流に第２酸化剤と第２カーボンブ
ラック生成原料を反応させる手段、及び 全カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段、 を備え、 リアクターの第２ゾーンが、リアクターの第１ゾーンと
第３ゾーンよりも小さい直径を有し、リアクターの第５
ゾーンが、リアクターの第４ゾーンと第６ゾーンよりも
小さい直径を有する、 カーボンブラックファーネスリアクターにおけるカーボ
ンブラック製造装置。
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