JPH02225572A

JPH02225572A - カーボンブラックの製造方法

Info

Publication number: JPH02225572A
Application number: JP29642989A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Baba; 裕幸馬場; Norio Miura; 三浦　紀雄
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1990-09-07

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、炭化水素を熱分解して高純度のカーボンブラ
ックを製造する方法に関する。

〈従来の技術〉カーボンブラックを製造する方法としては、例えば特公
昭６０−２２３８６５号公報、ＪＩＳに　１４６９（１
９６１１）　：アセチレンブラックおよびＮｏｒｔａｎ
　Ｒ，Ｇ、：Ｒｕｂｂｅｒ　Ｗｏｒｌｄ、１５４．７５
（１９６６）　　に示される方法が一般に知られている
。

〈発明が解決しようとする課題〉特公昭６０−２２３８６５号公報の製造方法は、原料ガ
スを部分的に燃焼させ、その熱により炭化水素を熱分解
するため、カーボンブラックの収率が１０〜３０％と低
く、かつ前記燃焼に空気を用いると、空気中のダストに
より汚染されて製品純度が低下するなどの欠点がある。

また、ＪＩＳに１４６９（１９６６）　：アセチレンブ
ラックに示されるアセチレンを原料とする製造方法は、
アセチレンが分解時に発熱するため、収率がほぼ１００
％に達し、製品汚染も少ない。

しかし、原料のアセチレンが高価なため、低コストで高
純度のカーボンブラックを製造する方法としては不向き
である。

さらに、Ｎｏｒｔｏｎ　Ｒ，Ｇ、：Ｒｕｂｂｅｒ　Ｗｏ
ｒｌｄ、Ｌ５４，７５（１９８８）に示されるサーマル
法は、熱分解により製造したカーボンブラックがチエッ
カ−れんかに付着するため、定期的に燃焼させて付着炭
素を取り除く必要がある。　　また、チエッカ−れんが
を使用するため、製品への不純物の混入が避けられず、
高純度のカーボンブラック製造には向かない方法である
。

本発明は、安価な炭化水素を外熱式の熱分解装置により
分解し、連続的に、高い収率で、低コストで、高純度の
カーボンブラックを製造する方法を提供することを目的
としている。

く課題を解決するための手段〉上記目的を達成するために、本発明第一の態様によれば
、炭化水素ガスを熱分解してカーボンブラックを製造す
る方法において、前記炭化水素ガスに熱媒体粒子を混合
して反応部に供給することを特徴とするカーボンブラッ
クの製造方法が提供される。

前記熱媒体粒子は、炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラ
ック粉末または酸化物粉末であるのが好ましい。

また、本発明第二の態様によれば、吸熱反応で熱分解す
る炭化水素ガスを熱分解してカーボンブラックを製造す
る方法において、該炭化水素ガスに、該炭化水素ガスの
熱分解に先立ち、発熱反応で分解して炭素を生成する熱
媒体を混合して反応部に供給することを特徴とするカー
ボンブラックの製造方法が提供される。

前記熱媒体は、アセチレンガスであるのが好ましい。

また、前記反応部の材質は、黒鉛または炭素であるのが
好ましい。

以下に、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明に用いる原料は、脂肪族あるいは芳香族の炭化水
素であって、吸熱反応により熱分解するものであればよ
く、常温・大気圧下で気体の場合はそのまま、液体の場
合は予熱・気化させて用いる。　気体では、天然ガス、
メタン、プロパン、ブタン、液体では、精製コールター
ル、ナフサ、分解ガソリン等の石油化学原料および精製
された燃料油などを挙げることができる。

また、本発明第一の態様に用いる熱媒体粒子は、原料で
ある気体状態の前記炭化水素に比べ、輻射率が高く、熱
容量の小さいものが好ましい、　すなわち、輻射率が低
く、熱容量が大きいと、熱媒体粒子の昇温速度が小さく
なるため、気相中での炭化水素ガスの分解を促進する効
果が小さく、かつ相対的に反応部壁面への炭素付着量が
増え、カーボンブラックの収率が低下する。

従って、熱媒体粒子としては、炭素粉末、黒鉛粉末、カ
ーボンブラック粉末または酸化物粉末が好ましく、特に
、分解によって得られたカーボンブラックは高純度であ
るため、これをリサイクルして用いるのが好ましい。　
このような高純度カーボンブラック粉末を熱媒体粒子と
して用いれば、得られる製品も高純度であり、かつ分解
生成物から熱媒体粒子を篩分なとで分離する必要がない
ので非常に有利である。

なお、前記炭素粉末には、黒鉛粉末およびカーボンブラ
ック粉末以外の全ての炭素粉末が包含され、例えば微粉
炭、熱分解炭素粉末（ｐｙｒｏｌｙＨｃ　ｃａｒｂｏｎ
）等があげられる。　また、前記酸化物粉末としては、
例えば、シリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア等の
酸化物があげられるが、酸化物粉末を用いる場合、これ
の選択は、製造されたカーボンブラックの用途に応じて
、混入しても悪影響を与えない元素の酸化物が用いられ
、単独でも炭素粉末等と混合して用いてもよい。

原料炭化水素への熱媒体粒子の混合比は、熱媒体粒子比
率が低いと熱媒体としての効果が下り、熱媒体粒子比率
が高いと効果は上るが、高すぎると熱媒体粒子への顕熱
が増加するため、熱的に不利になる。　このため、通常
、熱媒体粒子の混合比は、製品に対して重量比で１〜２
０％程度の範囲がよい。

本発明第二の態様に用いる熱媒体は、炭化水素ガスの熱
分解に先立ち、発熱反応で分解して炭素を生成するもの
である。　このような熱媒体としては、発熱しながら分
解してカーボンブラックを生ずるアセチレンガスが好ま
しい。

すなわち、原料である気体状態の炭化水素（以下、原料
炭化水素ガスという）にアセチレンガスを混合して反応
部に供給すると、アセチレンガスは、原料炭化水素ガス
より先に分解し、この際発熱するので、高温のカーボン
ブラックが生ずる。　このため、熱媒体としてアセチレ
ンガスを用いると、原料炭化水素ガスの分解を著しく促
進する。

原料炭化水素ガスへのアセチレンガスの混合比は、１〜
１５　Ｖ　／　Ｖ％の範囲が適当である。　アセチレン
ガス比率が低いと、原料炭化水素ガスの分解を促進する
効果が不十分となり、アセチレンガス比率が高いと、効
果は上がるが、アセチレンガス比率が高すぎると、アセ
チレンが高価なため、コスト的に不利になる。

次に、本発明に係るカーボンブラックの製造方法を実施
するのに用いられる装置を、添付の図面に示す好適実施
例につぎ、詳細に説明する。

第１図は、本発明を実施してカーボンブラックを製造す
るのに使用される外熱式熱分解装置の一例を示す概略図
である。

外熱式熱分解装置１は、装置本体１０、原料供給装置２
０、捕集装置３０等から構成されている。

装置本体１０は、反応部となる反応管１１を有している
。　　１２は、反応管１１の外周に設けた保護管であり
、その外側には、加熱装置１３が配設されている。　ま
た、反応管１１の下方には、分解ガス冷却部！４が連設
されている。

ここで、反応管１１の材質としては、熱媒体粒子あるい
は熱媒体２２への熱量供給を有利に行なわせるため、熱
伝導率が高く、放射率の大きいものが望ましい。　また
、反応管１１材料から製品へ、不純物が混入しないもの
が望ましい、　通常、炭素、黒鉛またはムライト、アル
ミナ等が用いられるが、炭素または黒鉛が望ましく、高
純度黒鉛が最も望ましい。

熱源としては、特に限定されず、供給された原料炭化水
素ガスの熱分解に必要な８００〜１５００℃程度の温度
まで反応管１１内を加熱できるものであれば何でもよい
。

装置本体１０の上方には、原料供給装置２０がある。　
原料供給装置２０は、原料炭化水素２１の供給部、熱媒
体粒子あるいは熱媒体２２の供給部、および原料炭化水
素ガスと熱媒体粒子あるいは熱媒体２２を混合する混合
部２３があり、混合部２３の出側に原料供給用のノズル
２３ａが形成されて、前記反応管１１上部にノズル２３
ａの先端を挿入している。

２４は、熱媒体粒子あるいは熱媒体２２の定量供給装置
である。　また、２５は、原料炭化水素２１が液体の場
合に、これを予熱・気化させるための気化装置である。

装置本体１０の下方には、捕集装置３０がある。　捕集
装置３０は、装置本体１０の分解ガス冷却部１４の下方
から反応生成物を取り出し、カーボンブラック捕集装置
本体３１．へ挿入するための接続管１５およびカーボン
ブラック捕集装置本体３１等から構成されている。

カーボンブラック捕集装置本体３１は、送られてきた反
応生成物（カーボンブラックとガスの混合物）を、フィ
ルター３２等によって固気分離し、カーボンブラック３
４は下部のホッパー３３に捕集するようになっている。

　ここで、熱媒体粒子２２として、炭素、カーボンブラ
ックおよび黒鉛以外のものを用いた場合、あるいは熱媒
体２２として発熱反応で分解して炭素を生成する熱媒体
以外のものを用いた場合は、用いた熱媒体粒子２２、あ
るいは熱媒体２２の分解生成物が、カーボンブラックと
同時にホッパー３３に捕集されるので、図示しない分離
装置で分離すればよい。

必要に応じてリサイクルライン３５を設け、ホッパー３
３から抜出されたカーボンブラック３４の一部を、熱媒
体粒子２２として再使用するようにすれば、前記分離は
不要となる。

前記フィルター３２で分離された排出ガスは、カーボン
ブラック捕集装置本体３１上部から排出される。

また、前記フィルター３２で分離された排出ガスには、
水素および未分解炭化水素が多量に含まれているので、
例えば第２図に示すように、前記加熱装置１３の部分を
仕切って排出ガス燃焼室１６とし、ここに、前記排出ガ
スを排出ガス吹込管１７から吹込むと同時に空気吹込管
１８から空気を吹込むようにすれば、熱源として活用す
ることができる。　なお、３６はガス分析装置、３７は
排出ガス貯蔵装置、３８および３９はバルブである。

以上、本発明の方法を実施するのに用いられる外熱式熱
分解装置について詳細に説明したが、本発明の方法を実
施するのに用いられる装置はこれに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
善並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

く作用〉本発明に係るカーボンブラックの製造方法を実施するの
に用いられる外熱式熱分解装置は、基本的には以上のよ
うに構成されるものであるが、その作用について説明す
る。

原料供給装置２０の混合部２３で所定の比率に混合され
た原料炭化水素ガスと熱媒体粒子あるいは熱媒体２２の
混合物は、加熱装置１３で前記原料炭化水素ガスの熱分
解に必要な８００〜１５００℃程度の温度に加熱された
反応管１１の上方から供給され、反応管１１内を降下す
る間に熱分解反応により炭素となり、それがカーボンブ
ラックとな７て析出する。

反応管１１内に原料炭化水素ガスと熱媒体粒子２２の混
合物を供給する場合、原料炭化水素ガスに比べて熱吸収
効率の高い熱媒体粒子２２は、反応管１１壁面からの輻
射熱によって急激に温度が上昇し、これにより、熱媒体
粒子２２は、共存する原料炭化水素ガスへの熱供給を加
速する働きと同時に、高温になった熱媒体粒子２２が分
解反応の核となる働きをする。

反応管ｌｌ内に原料炭化水素ガスとアセチレンガス等の
熱媒体２２との混合ガスを供給する場合、該熱媒体２２
は、発熱反応で熱分解し、高温のカーボンブラックを生
じる。　こ　の　ため、熱媒体２２は原料炭化水素ガス
に分解熱を供給し、反応管１１壁面から原料炭化水素ガ
スへの輻射熱の供給を加速すると同時に、熱媒体２２の
分解生成物である高温のカーボンブラックが、原料炭化
水素ガスの分解反応の核となる働きをする。

従って、熱媒体２２を用いる場合、加熱装置１３からの
熱量供給を減らすこともできる。

ちなみに、熱媒体２２がアセチレンガスの場合、アセチ
レンガスの熱分解により、４．８ｋｃａｌ／＠ｏｌ！の
熱量が供給される。

この結果、原料炭化水素ガスの分解は、気相中で選択的
に進み、反応管１１壁面でのカーボンブラックの付着率
が低下（すなわち付着しないで粒子のまま捕集゛される
カーボンブラックの収率が向上）する。

また、生成したカーボンブラックは、熱媒体粒子２２あ
るいは熱媒体２２の分解生成物の表面に付着堆積し、次
第に成長して粒径および重量を増して反応管１１下部に
移動し、最後に分解ガス玲却部１４を経て装置本体１０
より取り出される。

この時、本発明法では、原料炭化水素ガスと熱媒体粒子
あるいは熱媒体２２の混合物をノズル２３ａから反応管
１１上部へ供給する量を調節することにより、所望の粒
子径に成長したカーボンブラックを得ることもできるの
で、従来法におけるような複雑な捕集装置や造粒工程を
簡略化することもできる。

また、反応管１１は、特別の構造とする必要はなく、か
つ固定相や流動相とする必要もない。

〈実施例〉以下に、本発明を、実施例に基づき具体的に説明する。

装置は、第１図に示すものを用いた。　反応管は、内径
８０ｍｍ、長さ１５８０ｍｍであり、実施例１〜６．９
．１０および比較例１では高純度黒鉛管を、また、実施
例７．８および比較例２ではムライト質のものを用いた
。　炉温は１５００℃で、原料の炭化水素には市販のプ
ロパンガスを用い、実施例１〜１０は、第１表に示す各
種の熱媒体粒子あるいは熱媒体と混合して供給して、ま
た、比較例１．２は、熱媒体粒子あるいは熱媒体を配合
しないでカーボンブラックを製造した。

第１表にその製造結果を示す。

第１表に示すように、熱媒体粒子あるいは熱媒体のない
場合（比較例１．２）に比べて、熱媒体粒子あるいは熱
媒体を供給したとき〈実施例１〜１０）は、カーボンブ
ラックの収率が５２．１ｗｔ％および４７．５ｗｔ％か
らほぼ９０ｗｔ％へと大幅に上昇しており、本発明の有
効なことがわかる。

また、得られた製品の分析値を第２表に示す。　第２表
に示すように、熱媒体粒子として高純度（純度９９．９
９９％）のカーボンブラックを用い、反応管に高純度黒
鉛管を用いた場合（実施例６）、熱媒体としてアセチレ
ンガスを用い、反応管に高純度黒鉛管を用いた場合（実
施例１０）は、純度９９．９９９％以上の高純度カーボ
ンブラックを製造できた。

なお、熱媒体粒子として用いたカーボンブラックは、市
販品であって、純度は（Ａ）が９９．９５％、（Ｂ）が
９９．９９９％のものである。

また、熱媒体粒子としてシリカ粉末を用いた実施例１で
は、カーボンブラックに混在するシリカは、比重分路に
より、製品カーボンブラックより分離した。

〈発明の効果〉本発明は、以上説明したように構成されており、極めて
容易な方法で、製造速度を高め、かつカーボンブラック
の収率の向上を図ることができるため、低コストで高純
度のカーボンブラックを製造することができる。

また、本発明のカーボンブラックの製造方法は、原料炭
化水素ガスに熱媒体粒子あるいは熱媒体を混合して反応
部に供給するため、■反応部として特別の構造とする必
要がなく、かつ固定相や流動相とする必要もない。

■冷却水が不要である。

■反応管の材質を炭素あるいは黒鉛とすれば、装置材料
による汚染の可能性が少ない。

という特徴を有する。

また、本発明の方法により得られるカーボンブラックは
、従来法によるものより純度が高く、精製などの後処理
を必要としない。

また、本発明によれば、原料炭化水素ガスと熱媒体粒子
あるいは熱媒体の混合物をノズルから反応部へ供給する
ので、反応部壁面へのカーボンブラックの付着防止と収
率向上が図れる。

また、前記混合物の供給量を調節することにより、所望
の粒子径に成長した高純度カーボンブラックを得ること
ができる。　このため、従来法におけるような、複雑な
捕集装置や造粒工程を要せず、使用時のハンドリング性
のよい高純度カーボンブラックを得ることができる。

従って、本発明法によるカーボンブラックは、特に高純
度が必要とされる高純度金属または金属炭化物製造用原
料として好適である６さらに、本発明によれば、製造工
程が簡単であり、安価に高純度カーボンブラックを製造
できる。

以上に述べたとおり、本発明によれば、高純度金属また
は金属炭化物その他原材料の製造において、高性能化お
よび低コスト化を図ることができるばかりでなく、条件
を適当にコントロールすることにより、導電性材料等の
用途にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法によりカーボンブラックを製造
するのに使用される製造装置の一例を示す線図である。第２図は、本発明の方法によりカーボンブラックを製造
するのに使用される製造装置の他の例を示す線図である
。符号の説明！・・・外熱式熱分解装置、１０・・・装置本体、１１・・・反応管、１２・・・保護管、１３・・・加熱装置、１４・・・分解ガス冷却部、１５・・・接続管、１６・・・、排出ガス燃焼室、１７・・・排出ガス吹込管、１８・・・空気吹込管、２０・・・原料供給装置、２１・・・原料炭化水素、２２・・・熱媒体粒子あるいは熱媒体、２３・・・混合
部、２３ａ・・・ノズル、２４・・・定量供給装置、２５・・・気化装置、３０・・・捕集装置、３１・・・カーボンブラック捕集装置本体、３２・・・
フィルター３３・・・ホッパー３４・・・カーボンブラック、３５・・・リサイクルライン、３６・・・ガス分析装置、３７・・・排出ガス貯蔵装置、３８．３９・φ・バルブＦＩＧ、１ＦＩＧ、２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吸熱反応で熱分解する炭化水素ガスを熱分解して
カーボンブラックを製造する方法において、該炭化水素
ガスに熱媒体粒子を混合して反応部に供給することを特
徴とするカーボンブラックの製造方法。
（２）前記熱媒体粒子が、炭素粉末、黒鉛粉末、カーボ
ンブラック粉末または酸化物粉末である請求項１に記載
のカーボンブラックの製造方法。
（３）吸熱反応で熱分解する炭化水素ガスを熱分解して
カーボンブラックを製造する方法において、該炭化水素
ガスに、該炭化水素ガスの熱分解に先立ち、発熱反応で
分解して炭素を生成する熱媒体を混合して反応部に供給
することを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
（４）前記熱媒体がアセチレンガスである請求項３に記
載のカーボンブラックの製造方法。
（５）前記反応部の材質が、炭素または黒鉛である請求
項１〜４のいずれかに記載のカーボンブラックの製造方
法。