JP7000398B2 - カーボンブラックの空隙率(Porosity)を制御するプロセス - Google Patents
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Description
- O2含有ガス流、可燃性材料を含む燃料流および、所望により、1つ以上の更なるガス流をファーネス反応器へ供給する工程;
- 高温の煙道ガス(flue gas)流を供給するためえに、燃焼工程において、可燃性材料を、燃焼に付する工程;ここで、前記O2含有ガス流、可燃性材料を含有する、燃料流、および、所望により、一つ以上の更なるガス流を、1.2未満のk-ファクターを提供する量で、燃焼工程に提供され、前記k-ファクターは、燃焼工程へ供給される合計のO2に対する、燃焼工程における全ての可燃性材料の化学量論的な燃焼のために理論的に必要なO2の比として定義される。
- カーボンブラックを形成するための反応工程において、カーボンブラック供給原料を、高温の煙道ガス(flue gas)流と接触させる工程;
- 停止工程において、カーボンブラック形成反応を停止させる工程;
ここで、燃焼工程に供給された、結合流は、燃焼工程に供給された可燃性成分を除いた、ガス状成分の全容量に基づいて、20.5体積%未満のO2および、3.5体積%未満二酸化炭素を含有し、および/または、
多くとも16体積%の酸素含有化合物から選択された成分の合計量を含む不活性ガス流が、少なくとも1つの反応工程および停止工程に供給される。
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、130m2/gから150m2/gの範囲にある場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比は、1.1未満であり、
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、150m2/gより大きく180m2/gまでの場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比が、1.2未満であり、
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、180m2/gよりも大きい場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比が、1.3未満であり;そして、
前記統計的厚さ比表面積(STSA表面積)およびBET表面積は、ASTM D 6556に従って測定される。
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、140m2/gから150m2/gの範囲にある場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比が、1.1未満、好ましくは、1.09未満であり、
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、150m2/gより大きく180m2/gまでの場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比は、1.2未満、好ましくは、1.15未満であり、
- 統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、180m2/gよりも大きい場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比が、1.3未満、好ましくは、1.25未満である。
a)以下を含む、ファーネス反応器
- 高温の煙道ガス(flue gas)流を生成するための第一の反応領域、および、第一の反応領域に、O2含有ガス流を供給するために、第一の反応領域と流入接続(in flow connection)(in flow connection)された、少なくとも一つのライン、および、第一の反応領域に、可燃性材料を含む燃料流を供給するために、第一の反応領域と流入接続(in flow connection)(in flow connection)する、少なくとも1つのライン;
- 高温の煙道ガス(flue gas)流と、第一の反応領域の下流で、且つ、それと流入接続(in flow connection)(in flow connection)する、カーボンブラック供給原料とを、接触させるための第二の反応領域、および、第二の反応領域に、カーボンブラック供給原料を供給するための、第二の反応領域と流入接続(in flow connection)(in flow connection)する、少なくとも1つのライン;そして、
- 前記カーボンブラック形成反応を急冷するため手段を含む、第二の反応領域の下流で、かつ、それと流入接続(in flow connection)(in flow connection)する、カーボンブラック形成反応を停止させるための、第三の反応領域;および
b)不活性ガスの供給ユニット;および、
c)不活性ガス供給ユニットと、反応器、または、反応器に、不活性ガス流を供給するために、反応器に材料を供給するための供給ラインのいずれかとを接続する、少なくとも1つのライン;
ここで、不活性ガス供給ユニット(9)は、外部不活性ガス生成設備と、装置、貯蔵ユニット(9)または空気分離ユニット(9)とを接続する供給ラインから選択される。
-統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、130m2/gから150m2/gまたは140m2/gから150m2/gの範囲内にある場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比は、1.09未満である。
-統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、150m2/gより大きく180m2/gまでの場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比は、1.15未満である。
-統計的厚さ比表面積(STSA表面積)が、180m2/gより大きい場合、統計的厚さ比表面積(STSA表面積)に対する、BET表面積の比は、1.25未満である。
そして、100-150ml/100gの範囲のOAN値である。
Claims (14)
- 以下を含む、カーボンブラックの製造のためのファーネスプロセスであって、
- O2含有ガス流、可燃性材料を含有する燃料流、および、任意に1つ以上の更なるガス流を、ファーネス反応器へ供給する工程;
- 高温の煙道ガス流を提供するために、燃焼工程において、可燃性材料を、燃焼に付す工程;ここで、前記O2含有ガス流、可燃性材料を含有する燃料流、および、任意の1つ以上の更なるガス流は、1.2未満のk-ファクターを提供する量で、燃焼工程に供給され、前記k-ファクターは、燃焼工程に供給される合計O2量に対する、燃焼工程における、全ての可燃性材料の化学量論的な燃焼のために理論的に必要なO2の比として定義される。
- カーボンブラックを形成するための反応工程において、ファーネス反応器の直径の狭い部分のみからカーボンブラック供給原料を供給し、カーボンブラック供給原料を、高温の煙道ガス流と接触させる工程;
- 停止工程において、カーボンブラック形成反応を停止させる工程;
ここで、下記要件(i)および(ii)の少なくとも1つを満たす;
(i)燃焼工程に供給された、前記O 2 含有ガス流、前記燃料流、および前記任意の1つ以上の更なるガス流が統合された流れである結合流は、前記燃焼工程における燃焼前に、燃焼工程に供給された可燃性成分を除いたガス状成分の全体量に基づいて、20.5体積%未満のO2および、3.5体積%未満の二酸化炭素を含有する;および
(ii)最大16体積%の酸素含有化合物から選択された成分の合計量を含む不活性ガス流であって、前記任意の1つ以上の更なるガス流の1つである不活性ガス流が、反応工程および停止工程の少なくとも1つに供給される、ファーネスプロセス。 - k-ファクターが、0.15から1.2、0.3から1.15、0.75から1.15、0.85から1.1、または0.95から1.05である、請求項1のプロセス。
- 請求項1または2のプロセスであって、ここで、燃焼工程に供給される可燃性成分を除いたガス状成分の全体量に基づいて、燃焼工程に供給される結合流が、1.0から20.0、2.5から19.5、もしくは5.0から19.0体積%のO2および/または、2.0未満、1.0未満、もしくは0.5体積%未満の二酸化炭素を含有する、プロセス。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプロセスであって、ここで、O2含有ガス流が、空気、酸素富化空気または酸素のない空気である、プロセス。
- 燃料流が、天然ガスを含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプロセス。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のプロセスであって、ここで、最大で16体積%の酸素含有化合物から選択された成分の合計量を含む不活性ガス流が、任意の、燃焼工程、反応工程、停止工程、O2含有ガス流、燃料流、カーボンブラック供給原料のための任意の供給ラインに供給されるか、または、急冷材料が、停止工程において、使用される場合、当該急冷材料またはその組み合わせに供給される、プロセス。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のプロセスであって、O 2含有ガス流のための予熱器がさらに使用され、
前記不活性ガス流が、前記予熱器に入る前に、O2含有ガス流の供給ラインに供給される、プロセス。 - 請求項7に記載のプロセスであって、前記予熱器が、熱交換ユニットであり、
前記O 2 含有ガス流が、前記熱交換ユニットにおいて、ファーネス反応器を出た反応混合物から除去した熱により予熱される、プロセス。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のプロセスであって、ここで、不活性ガスは、少なくとも84体積%のN2を含むN2含有ガスおよびアンモニアから選択されるか、または、不活性ガス流は、84-99.9999体積%のN2、90-99.99体積%のN2、92-99.99体積%のN2、もしくは95-99体積%のN2を含有する、プロセス。
- 空気分離ユニットにおいて、または、窒素含有ガス流および酸素富化ガス流の中への、圧力変動吸着ユニットもしくは膜分離ユニットにおいて、空気を分離することをさらに含む、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のプロセスであって、ここで、窒素含有ガス流は、不活性ガス流として用いられ、そして、酸素富化ガス流は、任意に、カーボンブラックを製造するためのプロセスにおいて利用される、プロセス。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載のプロセスを稼働させるための装置であって、
a)以下を含むファーネス反応器(1)
- 高温の煙道ガス流を生成する第一の反応領域(2)および
O2含有ガス流を、第一の反応領域(2)に供給するための、第一の反応領域(2)と流入接続された少なくとも1つのライン(6)、および、第一の反応領域(2)に、可燃性材料を含む燃料流を供給するための、第一の反応領域(2)と流入接続された、少なくとも1つのライン(5)。
- ファーネス反応器の直径の狭い部分により形成される第二の反応領域(3)であって、第一の反応領域(2)の下流で、流入接続された、カーボンブラック供給原料と、高温の煙道ガス流とを接触するための第二の反応領域(3)、および、第二の反応領域(3)に、カーボンブラック供給原料を前記狭い部分のみから供給するための、第二の反応領域(3)と流入接続された、少なくとも1つのライン(7);および
- カーボンブラック生成反応を急冷するための手段(8)を含む、第二の反応領域(3)の下流で、流入接続された、カーボンブラック生成反応を停止するための第三の反応領域(4);および、
b)不活性ガス供給ユニット(9);および
c)不活性ガス供給ユニット(9)と、反応器(1)または、不活性ガス流を反応器に供給するために、反応器に材料を供給するための任意の供給ライン(5,6,7,8)とを接続する少なくとも1つのライン(10)、
ここで、不活性ガス供給ユニット(9)は、外部不活性ガス製造設備と、前記装置、貯蔵ユニット(9)または空気分離ユニット(9)とを接続する、供給ラインから選択される、
を含む、装置。 - 請求項11に記載の装置であって、下記構成(iii)および(iv)の少なくとも1つをさらに含む装置;
(iii)O 2 含有ガス流を予熱するための予熱器(11)、および
(iv)第三の反応領域に急冷材料を供給するために、第三の反応領域と流入接続された、少なくとも一つの供給ライン(8)。 - 請求項12に記載の装置であって、構成(iii)における前記予熱器が、熱交換ユニットであり、
前記O 2 含有ガス流が、前記熱交換ユニットにおいて、ファーネス反応器を出た反応混合物から除去した熱により予熱される、装置。 - 請求項11乃至13のいずれか1項に記載の装置であって、ここで、空気分離ユニット(9)は、圧力変動吸着ユニットまたは膜分離ユニット(9)であり、そして、不活性ガス供給ユニット(9)は、不活性ガス流を供給するための少なくとも一つのライン(10)を介して 以下のいずれかに接続されている、装置。
- 予熱器(11)に入る前に、O2含有ガス流を供給するためのライン(13);
- 予熱器(11)下流で、O2含有ガス流を供給するためのライン(6);
- 燃料流を供給するためのライン(5);
- カーボンブラック供給原料を供給するためのライン(7);
- カーボンブラック生成反応を急冷するための手段が、急冷材料を供給するためのライン(8)に、急冷材料を供給するためのラインである場合;
- 第一の反応領域(2);
- 第二の反応領域(3);
- 第三の反応領域(4);または
これらの組み合わせ。
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