JPH02163169A - カーボンブラックの製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カーボンブラックを製造する方法及び反応装
置、より詳しくは、反応装置で製造されるカーボンブラ
ックの粒度分布を制御する方法及び軸方向流反応装置に
関する。

〔従来の技術〕

カーボンブラックは、高温燃焼ガス流中に典型的にはオ
イルの形で導入された炭化水素を熱分解することによっ
て製造される。熱分解反応は、反応装置として知られる
耐火性の円筒状構造物中で行われる。

カーボンブラックの商業的生産は、一般に接線方向流反
応装置及び軸方向流反応装置の２種の異なった反応装置
のいずれかで行われる。その名称は反応装置内の燃焼ガ
スの流れのパターンを表している。両種のカーボンブラ
ック反応装置とも当業者によく知られている。一般的に
言うと、軸方向流反応装置は特定の用途、特にカーボン
ブラック生成物の粒度分布制御が一定の比較的狭い範囲
内に維持されなければならないような用途を目的とする
カーボンブラックを作るのに適している。

例えば、タイヤ会社はレーシング用や高性能のタイヤを
製造するのに非常に粒度分布の狭いカーボンブラックを
必要とし、そこではタイヤの静止摩擦が先ず要求される
。レーシング用タイヤを作るためのカーボンブラックは
、それ故、比較的狭い粒度分布（数値ファクターである
着色性（ｔｉｎｔ）として又知られており、その数値は
粒度分布が小さくなるにつれて増加する）のものでなけ
ればならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

比較的狭い粒度分布を有するカーボンブラックは、これ
まで軸方向流反応装置によって１以上の原料オイル流を
高温燃焼ガス流の中へ半径方向に導入することによって
製造されている。この装置はガス流中にオイルの比較的
急速な拡散を引き起こし、それ故、全ての原料オイルは
実質的に同じ温度条件で、即ち実質的に反応装置内の同
じ位置で熱分解される。半径方向の導入は、オイルの高
温ガスとの迅速な混合を達成させて反応装置の頚部内で
短い火焔を生じさせるための一般的な方法である。それ
により、非常に狭い粒度分布のカーボンブラックがもた
らされ、即ちカーボン粒子の同じ構造及び表面積につい
て着色性がより高くなる。別のある種の用途に用いられ
るカーボンブラックはもっと低い着色性、つまり、より
広い粒度分布を有するであろう。その様なカーボンブラ
ックは原料の反応時間を短縮するよりむしろ増加させる
ように設計された反応装置で製造される。しかし、２種
類のカーボンブラックのために別々の反応装置を使用す
るのはコスト高になる。しかしながら、半径方向注入に
よる通常の軸方向反応装置で一般的に得られるより高い
着色性のカーボンブラックに対する需要がある。更に、
従来の円形断面の反応装置中への原料オイルの半径方向
注入は、もし注入圧と軸方向のガス速度とが適切につり
あっていなければ、反応装置内壁の浸食や粗粒物を生じ
させる。

従って、本発明の目的は、カーボンブラック製造のため
の改良装置を提供することである。

本発明の他の目的は、制御された方法で粒度分布を大き
く或いは小さくするような柔軟性をもたせた改良された
軸方向流反応装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、比較的狭い又は比較的広い粒
度分布でカーボンブラックを製造する改良された軸方向
流反応装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、反応装置の頚部中のガス流の
断面領域をより完全に利用し得るようにするカーボンブ
ラック反応装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、比較的狭い又は比較的広い粒
度分布を有するカーボンブラックを作る改良方法を提供
することである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕前述の目的及び
他の目的は本発明によって達成される。比較的一般的な
表現で述べると、この発明は、反応室中の高温ガス流の
方向と実質的に逆又は同方向に炭化水素原料噴霧物が反
応装置中へ導入されるカーボンブラック反応装置よりな
る。

炭化水素原料オイルの流れが逆方向であると、ガス流中
の炭化水素噴霧物の拡散速度が増加し、それによって、
反応装置で製造されるカーボンブラック粒子の粒度分布
が狭くなる。同方向の原料炭化水素流では拡散速度が減
少し、原料の反応時間が延び、粒度分布が大きくなる。

より具体的に述べると、本発明に係るカーボンブラック
反応装置は、反応室の内壁から内部へ半径分の距離を有
して設けられた噴霧ノズルを含んでいる。噴霧ノズルは
反応室の長手方向の軸とほぼ同軸の道筋に沿った方向に
オイルの噴霧を向ける。このオイル噴霧は、流れと逆方
向つまり反応室中の近づいてくる高温ガス流に面して上
流方向に、又はその反対に、ガス流と同方向つまり下流
方向のどちらかに向けられる。そしてこのオイル噴霧は
長手方向の軸に対して対称であるのが好ましい。このよ
うにすると、逆方向の噴霧は反応室中の高温ガス流の前
面領域のほぼ全体に及び、それによってオイル噴霧が及
ぶ高温ガスの前面断面領域が増大する。そのため、原料
の反応時間は減少し、生じるカーボンブラックの着色性
は増加する。逆方向への噴霧の流れと比べると、ガス流
と同方向へのオイル噴霧は概して高温ガス流の前面領域
全体より実質的に小さい範囲にしか及ばず、原料の反応
時間を増加させる。このようにして、本発明による反応
装置は、円形断面の反応装置中への半径方向のオイル注
入に結びついた欠点を有することなく、反応室内のオイ
ル噴霧と相補的な円形断面領域を有することができる。

本発明の性質は、他の目的及び利点と同様、以下の好適
な実施態様の記述からより容易に明らかになるであろう
。

〔実施例〕

第１図において、軸方向流カーボンブラック反応装置が
符号１０で概略的に図示されている。反応装置１０は燃
焼室１１を含んでおり、この燃焼室は適切な燃焼燃料を
燃料人口１２で受け入れ、燃焼室内の燃焼を維持するた
めにエアーを入口１３で受け入れる。燃焼室内での燃料
の燃焼によって形成された高温ガスは、円筒状の頚部１
７を有する反応室へ通じる収束領域１６を通過する。頚
部１７の出口端部は、通常、頚部に比べて直径が大きい
反応室１８に接続されており、その反応室で原料オイル
の熱分解が起こり、カーボンブラック生成物が生じる。

原料オイルは頚部内に設けられる噴霧ノズル２２によっ
て反応装置頚部１７へ導入される。噴霧ノズル２２は、
長手方向の中心線、即ち頚部１７及び反応装置１０全体
の軸と実質的に同軸状に設けられている。噴霧ノズル２
２はオイル給送管２３に接続され、適切な原料オイル源
を受け入れる。

このオイル供給は当業者によく知られているのでここに
は示されていない。噴霧ノズル２２は、頚部内にオイル
の噴霧を高温ガスの流れと逆方向に向けるようにして配
置されている。つまり噴霧は、反応装置の収束領域１６
から頚部へ流れている高温ガスに抗して上流方向に向け
られている。

反応装置１００頚部１７は第３図により詳しく示されて
いる。頚部１７は一対の同心円状の耐火性ライジング２
６を備えており、これは第３図に示されるように断面が
ほぼ円形の内壁２７を好適に有している。内壁周面全体
について内壁２７から噴霧ノズルが当距離に位置するよ
うに、噴霧ノズル２２は頚部１７の長手方向中心とほぼ
同軸状に設置されている。

反応装置１０の動作の際、当業者に知られているように
、燃焼室１１からの高温ガスは実質的に軸方向に頚部１
７中へ流れる。原料オイルは給送管２３を通してポンプ
で送られ、高温ガスの流れと逆方向に向いてノズル２２
から現れ、頚部１７の長手方向軸に対称なオイルの噴霧
パターンを描（。この噴霧パターン２８は、このように
して頚部１７を通る高温ガス流のほぼ断面領域全体に及
び、それによってオイル噴霧の高温ガス流との迅速な混
合を増進する。この迅速な混合によって短い火焔が得ら
れ、短い火焔により、カーボン粒子の同じ構造及び表面
活性について、非常に狭い粒度分布を有した、つまり高
い着色性のカーボンブラック粒子が生じる。対称な噴霧
パターンは、小さく即ち頚部の周部全域で内壁２７に接
触するのを避けるように調節することができる。それに
よって、比較的高温の内壁に接触する原料噴霧物の熱的
％Ｔｉｊ　’ＪＭによって通常生じる反応装置の粗粒物
を減少させ、或いは避けることができる。

本発明に従った軸方向の逆方向オイル噴霧器を有した試
験的な軸方向反応装置を組立て、操作した。その試験装
置の結果を以下の第１表に示す。

第１表において、「通常」の列は、耐火性内壁に直に付
設されて内壁から反応室の軸の方へ内方へ半径方向にオ
イル噴霧を注ぐ半径方向オイル噴霧器を有する従来の軸
方向流反応装置の通常の操作によるものを表示する。そ
の右側の列は本発明によって組立られた試験反応装置の
操作によるデータを示す。

第　　１　　表 このテストの結果は、着色性、つまり粒度分布の目安が
約５単位増加したしたことを示している。

これは、当業者に知られている方法で着色残差（ｔｉｎ
ｔ　ｒｅｓｉｄｕａｌ）を計算することによって得られ
る粒度分布が、狭くなっていることを表わす。この残差
は通常の反応装置においてはＯで、試験装置においては
＋４である。つまり、この数値が大きい程、粒度分布が
狭くなる。

ＣＴＡＢ値（粒径の目安）と粒子構造（ＤＢＰ吸収によ
って示される）は本質的に一定のままである。

両装置で製造されるカーボンブラック粒子は電子顕微鏡
で測定された。通常の反応装置で製造された粒子は表面
積値が高かったが、不均一指数（ＨＩ　）で示されるよ
うに、試験反応装置で製造された粒子は粒度分布が狭く
なった。不均一指数は１に近くなるほど分布が狭い。

オイル給送管２３は、管の上にオイルが付着するのを防
ぐための特別な設備が必要である。これは第５図から第
７図に示されるように、オイル噴霧器に沿って並んだ一
連の小孔を有するエアージャケット管を用いて、管の周
りにエアーカーテンを形成することによって達成される
。エアーカーテンは、オイルの小満をオイル管の周囲か
ら反らし、反応装置内でコークスを生じさせるもとにな
るオイルの付着を防止する。オイル給送管２３はエアー
パイプ３３の内側に同心状に配置されたオイル供給管３
２を備えている。オイル供給管３２は上述したように適
切な原料オイルの供給を受け、そのオイルを噴霧ノズル
２２に供給する。外側のエアーパイプ３３は圧力がかか
った適切なエアー供給部に接続されている。多数の出口
孔３４か反応装置中を通過する高温ガス流に対向するよ
うにエアーパイプ３３の側面に形成されている。噴霧ノ
ズル２２に隣接した端部で閉じられているエアーパイプ
３３に入ったエアーは出口孔３４を通って排出される。

この排出エアーは反応装置頚部に向かってくる高温ガス
流に対向し、エアーパイプの外側周囲を後に反らされて
、ノズル２２からのオイル噴′１ｆｉ２８の付近にエア
ーパイプの周囲を流れるエアーカーテン３７を形成する
。このエアーカーテン３７はオイルの小滴をオイルパイ
プの周りに反らせてオイルがパイプに衝突するのを防ぎ
、こうして、反応装置内にコークスを生じさせる原因と
なるオイルの付着を減少させ、あるいは無くする。エア
ーパイプ３５の出口孔３４は第６図に小さい円形の開口
部として示されているが、遮蔽された出口や細長いスリ
ットも出口開口部としての他の可能な形状である。

第４図は反応室の頚部１７を通過する高温ガス流の方向
と同じ方向に原料の流れを変更した場合の本発明の実施
態様を示す。ここでは、２２ａで示されている噴霧ノズ
ルは顕部１７内で１８０゜回転し、頚部内を下流の方へ
向けて頚部の長手方向の軸と同軸状にオイルスプレー２
８ａを導入する。頚部内の同方向のガス流の効果は、オ
イル噴霧物２８ａの拡散を少なくするので、そのオイル
噴霧はガス流の前面での領域全体より実質的に小さい範
囲にしか及ばない。結果として、原料オイルはガス流と
混合して第１図から第３図に示される逆方向流の実施態
様の場合より遅く反応する。

これにより、比較的広い粒度分布のカーボンブラック粒
子が製造される。第１図から第３図と第４図の実施態様
は、構造的には原料噴霧ノズル２２及び、２２ａの方向
のみが異なり、その方向は容易に同一反応装置内で変え
ることかできる。

前述のものは発明の最適な実施態様にのみ関するもので
あり、多数の修正及び変更か特許請求の範囲に規定され
る発明の範囲及び精神から逸脱すること無く成されるも
のであると解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施態様による軸方向流反応装
置の概略図である。 第２図は第１図の反応装置の反応室を示す拡大断面図で
ある。 第３図は第２図の３−３線に沿った断面図である。 第４図は第２図について本発明の同方向流の実施例を示
す図である。 第５図は本発明の好適な実施態様のエアージャケットを
有するオイル給送管の断面図である。 第６図は第５図のオイル給送管を図示する部分切欠き正
面図である。 第７図はエアージャケットを有する管の動作を概略的に
示す第６図の７−７線に沿った断面図である。 １１・・・燃焼室　　　　１７・・・頚部２２・・・噴
霧ノズル　　２３・・・オイル給送管２８．２８ａ・・
・オイル噴霧 ３７・・・エアーカーテン 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温ガス源と、高温ガス流を受け入れる入口を有し
   且つ高温ガス流が反応室を出るときに通過する出口開口
   部を有する反応室とを備えるカーボンブラック製造装置
   において、炭化水素噴霧を反応室内へ実質的に高温ガス
   流と平行且つ反対方向に導入する手段を備え、それによ
   り炭化水素噴霧物の高温ガス流への拡散速度を増加させ
   て製造されるカーボンブラック粒子の粒度分布を狭くす
   ることを特徴とする装置。 ２、上記噴霧導入手段が反応室の長手方向の軸と同軸の
   対称な噴霧パターンを生じさせ、それによって反応室中
   を流れる高温ガスの実質的に断面領域全体に噴霧物が及
   ぶ請求項１記載の装置。 ３、前記反応室が内壁で画成されており、 上記噴霧導入手段が、反応室表面から半径方向内方に十
   分な距離だけ離隔されている噴霧ノズルと、オイルの供
   給を受け且つ噴霧ノズルにつながるように内壁を貫通し
   て内方向に延びている管とを備えている 請求項１記載の装置。 ４、反応室を通る高温ガスがほぼ円形の断面領域を有す
   るように反応装置を画成する前記内壁が円形断面を有す
   る装置において、 噴霧ノズルが、対称な噴霧パターンを生じさせるように
   動作し、反応装置の長手方向軸と同軸状の道筋に沿って
   逆方向に対称なオイル噴霧を向けるように配置されるこ
   とにより、噴霧が反応室中を通る高温ガスの実質的に断
   面領域全体に及び、それによりオイル噴霧によるガス流
   領域の範囲が増大する 請求項３記載の装置。 ５、上記管にオイルが付着するのを防ぐために管の周囲
   にエアージャケットを供給するための、管と結合される
   手段を有する 請求項３記載の装置。 ６、反応室中に高温ガス流を供給する段階を有するカー
   ボンブラック製造方法において、ガス流と実質的に逆方
   向に炭化水素噴霧をガス流へ導入する段階を有し、それ
   によって炭化水素噴霧物のガス流への拡散速度を増加さ
   せて、得られるカーボンブラック粒子の粒度分布を狭く
   することを特徴とする方法。 ７、長手方向軸と同軸且つ対称な噴霧パターンを生じさ
   せ、それによって炭化水素噴霧が反応室中を流れる高温
   ガスの断面領域の実質的に全体に及ぶ請求項６記載の方
   法。 ８、高温ガス流の製造を動作可能な燃焼室と、反応室中
   を高温ガスが流れるように高温ガス流を受ける入口を有
   し且つ出口開口部を有する反応室とを有するカーボンブ
   ラック製造装置において、原料炭化水素の供給を受ける
   ように接続されて、反応室中へ半径方向に延びている管
   と、 反応室内で該管に接続され、原料炭化水素を高温ガス流
   とほぼ平行に軸方向に反応室中へ導入すべく動作可能な
   手段を備え、 それによって製造されるカーボンブラック粒子の粒度分
   布が制御される カーボンブラック製造装置。 ９、前記手段が反応室中を流れる高温ガス流と実質的に
   逆方向に原料炭化水素を導入し、そのために、導入され
   た原料炭化水素が高温ガスの前面の断面領域のほぼ全体
   に及び、それによってガス流中の炭化水素の拡散速度が
   増加して、得られるカーボンブラックの粒度分布が狭く
   なることをさらに特徴とする請求項８記載の装置。 １０、前記手段が反応室を流れる高温ガス流と実質的に
   同方向に原料炭化水素を導入し、そのために、導入され
   た原料炭化水素が高温ガスの前面の断面領域より実質的
   に小さい領域に及び、それによってガス流中の炭化水素
   噴霧物の拡散速度が減少し、得られるカーボンブラック
   の粒度分布が広くなることをさらに特徴とする請求項８
   記載の装置。 １１、上記反応室が内壁で画成されており、上記管が反
   応装置の外側から内壁を貫通して半径方向に延びており
   、 上記手段が、上記管に接続され且つ反応室の長手方向軸
   と同軸状に位置する噴霧ノズルを備える請求項８記載の
   装置。