JPH0841377A - Production of carbon black - Google Patents
Production of carbon blackInfo
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- JPH0841377A JPH0841377A JP12409695A JP12409695A JPH0841377A JP H0841377 A JPH0841377 A JP H0841377A JP 12409695 A JP12409695 A JP 12409695A JP 12409695 A JP12409695 A JP 12409695A JP H0841377 A JPH0841377 A JP H0841377A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、カーボンブラックを効
率良く工業生産するための方法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for efficiently industrially producing carbon black.
【０００２】[0002]
【従来の技術】熱分解反応によりカーボンブラックを製
造する方法としては、一般に高温燃焼ガス流に原料炭化
水素を導入し、熱分解反応によりカーボンブラックに転
化させた後、反応ガスを急冷して停止させるファーネス
式製造法が良く知られている。かかる製造法において、
従来から高品質、高効率を目的として製造法、装置等の
改良が図られてきた。2. Description of the Related Art As a method for producing carbon black by a thermal decomposition reaction, generally, a raw material hydrocarbon is introduced into a high-temperature combustion gas stream, converted into carbon black by a thermal decomposition reaction, and then the reaction gas is rapidly cooled and stopped. Furnace-type manufacturing methods are well known. In such a manufacturing method,
Conventionally, improvements have been made in manufacturing methods, devices, etc. for the purpose of high quality and high efficiency.
【０００３】具体的には、原料炭化水素と高温燃焼ガス
流とを効率よく混合させる目的から、反応ゾーンでの流
速の高速化、高温化の試みや原料の導入方法等の多くの
提案がなされている。例えば、特公昭５４−１０３５８
号公報では、原料油を少なくともマッハ０．３５の高流
速域へ分割導入するカーボンブラックの製造技術が開示
されている。Specifically, for the purpose of efficiently mixing the raw material hydrocarbons and the high temperature combustion gas stream, many proposals have been made to increase the flow velocity in the reaction zone, attempt to increase the temperature and introduce the raw material. ing. For example, Japanese Patent Publication Sho 54-10358
The publication discloses a carbon black manufacturing technique in which a feedstock oil is dividedly introduced into a high flow velocity region of at least Mach 0.35.
【０００４】また、特公昭４９−１４４７５号公報では
酸素富化酸化ガスを用いて高温燃焼ガス環境下でのカー
ボンブラックの製造において、３ｐｓｉｇ（０．２ｋｇ
／ｃｍ2 Ｇ）の圧力に等しい運動ヘッドに達する箇所へ
多数の侵入ジェットから、原料油を導入する製造技術が
開示されている。また、米国特許第４５８２６９５号明
細書では、絞り部径と燃焼ガス流量等を規定したガス内
部に原料を垂直に導入するカーボンブラックの製造技術
が開示されている。In Japanese Patent Publication No. 49-14475, 3 psig (0.2 kg) is used in the production of carbon black in an environment of high temperature combustion gas using oxygen-rich oxidizing gas.
A manufacturing technique is disclosed in which the feedstock oil is introduced from a number of penetrating jets to a location reaching a moving head equal to a pressure of / cm 2 G). Further, US Pat. No. 4,582,695 discloses a carbon black manufacturing technique in which a raw material is vertically introduced into a gas in which a diameter of a throttle portion, a flow rate of a combustion gas and the like are defined.
【０００５】また、特開昭４７−５６３号公報には、燃
焼工程を反応工程より少なくとも１．０ｐｓｉｇ（約
０．０７ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）以上高い圧力で燃焼させるこ
とを開示しているが、上記いずれの公知例も反応工程を
加圧する事は開示されていない。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-563 discloses that the combustion process is performed at a pressure higher than the reaction process by at least 1.0 psig (about 0.07 kg / cm 2 G) or more. None of the above-mentioned known examples discloses that the reaction step is pressurized.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】目的とする効率の良い
カーボンブラックの理想は、原料炭化水素が燃焼ガス中
の過剰酸素と反応する一部のものを除く原料炭化水素が
全てカーボンブラックに転化する事であり、ＩＳＡＦク
ラスのカーボンブラックを生産した場合を例にとると、
原料収率で７５％程度が理論収率となる。The ideal ideal carbon black with high efficiency is to convert all the raw material hydrocarbons to carbon black except for some of the raw material hydrocarbons that react with excess oxygen in the combustion gas. In the case of producing ISAF class carbon black,
The theoretical yield is about 75% in raw material yield.
【０００７】これに対して、従来技術において、ＩＳＡ
Ｆクラスのカーボンブラックを実際に生産した場合の収
率は、原料収率で５０〜５５％程度が限界であった。一
方、カーボンブラックの、ストラクチャーと呼ばれる凝
集体（アグリゲート）の調節は、炉内で生成した基本粒
子やアグリゲートが相互に衝突する頻度をコントロール
することにより行われている。例えば、アグリゲートサ
イズ、分布を小さくするには、エチレンボトムのような
軽質で方向族性の低い原料油を使用したり、或いはアル
カリ金属塩を原料油に添加したり反応域に導入すること
により行われている。On the other hand, in the prior art, ISA
The actual yield of F class carbon black was limited to about 50 to 55% in terms of raw material yield. On the other hand, the adjustment of aggregates called aggregates of carbon black is performed by controlling the frequency with which basic particles and aggregates generated in the furnace collide with each other. For example, in order to reduce the aggregate size and distribution, use a light feedstock such as ethylene bottom that has low directionality, or add an alkali metal salt to the feedstock or introduce it into the reaction zone. Has been done.
【０００８】また、アグリゲートサイズを大きくするに
は、上記と逆の手段、或いは、原料油の噴霧油滴径やそ
の分布を調製したり、炉への原料油供給量を増やす、反
応炉内に絞り部を設ける等の手段により行われている。
そしてその分布の調整は、原料油を多段、複数導入する
といった、導入方法の変更、或いは絞り部を複数箇所設
ける、等の手段により行われている。これらの従来技術
は、別原料の入取、ラインの併設の必要性、添加装置と
いった付帯設備の必要性、原料添加バーナーの変更、炉
型の変更といった設備の変更を伴い、多大なコストと時
間とを要することになる。又、原料油の増量は、炉壁に
原料油が衝突してコークス発生の原因となることから工
業的な生産を継続するのが困難となる。In order to increase the aggregate size, the reverse of the above, or to adjust the spray oil droplet size of the feed oil and its distribution, or to increase the feed oil supply amount to the furnace, It is carried out by means such as providing a narrowed portion on the.
The distribution is adjusted by changing the introduction method, such as introducing a plurality of stock oils in multiple stages, or by providing a plurality of throttle portions. These conventional technologies are accompanied by a large amount of cost and time due to the change of the equipment such as the intake of another raw material, the necessity of installing a line, the additional equipment such as an addition device, the change of the raw material addition burner, and the change of the furnace type. Will be required. In addition, increasing the amount of the raw material oil makes it difficult to continue industrial production because the raw material oil collides with the furnace wall and causes coke generation.
【０００９】本発明は従来より高品質で且つ、高収率な
製造方法を提案することを課題としてなされたものであ
る。本発明の他の目的は、高い比表面積のカ−ボンブラ
ックを得ることである。また、本発明の他の目的は、カ
−ボンブラックのアグリゲ−トサイズ分布が容易に制御
出来るカ−ボンブラックの製造方法を提供するものであ
る。The present invention has been made with the object of proposing a manufacturing method of higher quality and higher yield than ever before. Another object of the present invention is to obtain a carbon black having a high specific surface area. Another object of the present invention is to provide a method for producing carbon black in which the aggregate size distribution of carbon black can be easily controlled.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
かかる課題を解決すべく、従来より高品質で且つ、高収
率なカーボンブラックが得られ、品質の制御ができる製
造方法を種々検討した結果、燃焼、反応及び反応停止工
程からなるカーボンブラックの製造方法において、該反
応工程を加圧して製造することによって上記目的が達成
できることを見いだし、本発明に至った。Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
In order to solve such a problem, as a result of various studies on a production method capable of obtaining a carbon black having a higher quality and a higher yield than ever before and controlling the quality, production of carbon black comprising combustion, reaction and reaction termination steps In the method, it was found that the above object can be achieved by producing the reaction step by pressurizing, and the present invention was completed.
【００１１】すなわち、本発明は高温燃焼ガスを生成さ
せる燃焼工程、高温燃焼ガス流に原料炭化水素を導入
し、この原料炭化水素を熱分解反応によりカーボンブラ
ックに転化させる反応工程、反応ガスを急冷して反応を
停止させる反応停止工程からなるカーボンブラックの製
造方法において、少なくとも反応工程を加圧下に保つこ
とを特徴とする。以下、本発明を詳細に説明する。That is, the present invention is a combustion process for producing a high-temperature combustion gas, a reaction process for introducing a raw material hydrocarbon into a high-temperature combustion gas stream, and converting this raw material hydrocarbon into carbon black by a thermal decomposition reaction, and the reaction gas is rapidly cooled. In the method for producing carbon black, which comprises a reaction stopping step of stopping the reaction, at least the reaction step is kept under pressure. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１２】本発明の燃焼工程、反応工程、反応停止工
程からなるプロセス自体は従来技術と同様の方法を採る
ことができる。具体的には、燃焼工程は高温燃焼ガスを
形成させる為、酸素含有ガスとして空気、酸素又はそれ
らの混合物とガス状又は液体の燃料炭化水素と混合燃焼
させる（この帯域を燃焼帯域と言う）。燃料炭化水素と
しては、水素、一酸化炭素、天然ガス、石炭ガス、石油
ガス並びに重油等の石油系液体燃料、クレオソート油等
の石炭系液体燃料が使用される。The process itself including the combustion process, the reaction process and the reaction stopping process of the present invention can adopt the same method as the conventional technique. Specifically, in the combustion process, high temperature combustion gas is formed, so that air, oxygen or a mixture thereof as oxygen-containing gas and gaseous or liquid fuel hydrocarbons are mixed and combusted (this zone is referred to as a combustion zone). As the fuel hydrocarbon, petroleum-based liquid fuel such as hydrogen, carbon monoxide, natural gas, coal gas, petroleum gas and heavy oil, and coal-based liquid fuel such as creosote oil are used.
【００１３】反応工程は燃焼工程で得られた高温燃焼ガ
ス流に並流又は横方向に設けたバーナーから原料炭化水
素を噴霧導入し、原料炭化水素を熱分解させてカーボン
ブラックに転化させる（この帯域を反応帯域と言う）。
反応効率を向上させるため、反応ゾーンに絞り部を設け
るのが一般的であり、その絞りの程度は、絞り部径／絞
り部上流域径の比が０．２〜０．８である。In the reaction step, the raw material hydrocarbon is spray-introduced into the high temperature combustion gas stream obtained in the combustion step from a burner provided in a co-current or in a lateral direction, and the raw material hydrocarbon is thermally decomposed and converted into carbon black. The zone is called the reaction zone).
In order to improve the reaction efficiency, it is general to provide a narrowed portion in the reaction zone, and the degree of narrowing is such that the ratio of the diameter of the narrowed portion / the diameter of the upstream region of the narrowed portion is 0.2 to 0.8.
【００１４】原料炭化水素としては、アントラセン等の
芳香族炭化水素クレオソート油等の石炭系炭化水素、Ｅ
ＨＥオイル（エチレン製造時の副生油）、ＦＣＣオイル
（流動接触分解残渣油）等の石油系重質油が使用され
る。反応停止工程は高温反応ガスを１０００〜８００℃
以下に冷却する為、水スプレー等により行う（この帯域
を反応停止帯域と言う）。冷却されたカーボンブラック
は、補集バッグフィルター等でガスと分離し回収する等
公知のプロセスを採ることができる。As the raw material hydrocarbons, aromatic hydrocarbons such as anthracene, coal-based hydrocarbons such as creosote oil, and E
Heavy petroleum oils such as HE oil (by-product oil during ethylene production) and FCC oil (fluid catalytic cracking residual oil) are used. In the reaction stop step, the high temperature reaction gas is 1000 to 800 ° C.
For cooling to below, water spray or the like is used (this zone is referred to as a reaction termination zone). The cooled carbon black can be subjected to a known process such as being separated from the gas by a collecting bag filter or the like and being collected.
【００１５】本発明において、反応工程を加圧下にする
とは、０．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以上の圧力を意味し、更に
は０．７ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以上、より好ましくは０．８ｋ
ｇ／ｃｍ2 Ｇ以上、更に工業生産を考えた場合は、０．
８〜９．９ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、さらには１．５〜９．９ｋ
ｇ／ｃｍ2 Ｇの範囲が最適である。In the present invention, "pressurizing the reaction step" means a pressure of 0.5 kg / cm 2 G or more, further 0.7 kg / cm 2 G or more, more preferably 0.8 k / g.
g / cm 2 G or more, and when considering industrial production, it is 0.
8 to 9.9 kg / cm 2 G, and further 1.5 to 9.9 k
The optimum range is g / cm 2 G.
【００１６】加圧下に保つ手段としては、加圧に保つ領
域を耐圧構造とし、反応停止工程後部に圧力調整の絞り
機構（コントロールバルブ）を設ける方法、或いは、該
プロセス全体を加圧容器に設計・設置する方法等が考え
られるが、これらに限定されるものではない。しかしな
がら、いずれの場合も少なくとも反応工程を０．５ｋｇ
／ｃｍ2 Ｇ以上の加圧下に保つことが必要であるが、特
に該プロセス全体を加圧下に保つことによって、本発明
は前記効果をより良く再現出来る。この理由は明らかで
はないが、燃焼工程及び反応工程のみでなく、反応停止
工程までも加圧下に保つことによって、生成したカーボ
ンブラックの一部分が下記反応等で分解する事が抑制さ
れているものと考えられる。As means for maintaining the pressure, a pressure-resistant structure is provided in the area kept under pressure, and a throttle mechanism (control valve) for pressure adjustment is provided at the rear of the reaction stopping step, or the entire process is designed as a pressure vessel.・ Installation methods are possible, but not limited to these. However, in any case, at least 0.5 kg of reaction step
It is necessary to keep under a pressure of not less than / cm 2 G, and the present invention can better reproduce the above effects, especially by keeping the whole process under a pressure. Although the reason for this is not clear, not only in the combustion step and the reaction step, but also by maintaining the pressure up to the reaction stop step, it is suppressed that a part of the carbon black produced is decomposed by the following reaction and the like. Conceivable.
【００１７】[0017]
【化１】Ｃ＋ＣＯ2 ──→２ＣＯ Ｃ＋Ｈ2 Ｏ──→ＣＯ＋Ｈ2 [Chemical 1] C + CO 2- > 2CO C + H 2 O-> CO + H 2
【００１８】上記反応工程の流速を、マッハ０．２以上
にすると高比表面積のカ−ボンブラックが得られる。こ
れは、圧力領域と原料油の微細化との関係から生じるも
のと推定される。上記流速は、マッハ０．９以上になる
とその効果はあまり高くならない。エネルギ−効率と高
比表面積との関係からマッハ０．３〜０．５が好まし
い。また、高い比表面積を得る点からは、マッハ０．５
〜０．９が好ましい。この流速と比表面積との関係の一
例を表３に示す。Carbon black having a high specific surface area can be obtained by setting the flow rate in the above reaction step to Mach 0.2 or more. It is estimated that this is caused by the relationship between the pressure region and the refinement of the feedstock oil. When the flow velocity is Mach 0.9 or higher, the effect is not so high. From the relationship between energy efficiency and high specific surface area, Mach 0.3 to 0.5 is preferable. Further, from the viewpoint of obtaining a high specific surface area, Mach 0.5
~ 0.9 is preferred. Table 3 shows an example of the relationship between the flow velocity and the specific surface area.
【００１９】また、本発明において、反応工程をアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属の雰囲気にすることによ
っても、高比表面積のカ−ボンブラックが得られる。本
発明に於いて、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の
雰囲気を造りだす方法としては、少なくとも反応工程を
これらの雰囲気とすることが必要であり、例えばアルカ
リ金属化合物やアルカリ土類金属化合物を（１）燃焼工
程に直接微細状に噴霧して添加する（２）燃焼空気中に
添加する（３）燃料油中に添加する（４）原料油中に添
加する等の方法が有る。前記アルカリ金属化合物として
は、元素周期律表Ｉ族ａ亜族に属するリチウム、ナトリ
ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム
等のアルカリ金属の水酸化物、塩化物、硫酸塩、炭酸塩
等の無機塩類、脂肪酸も含めた有機酸塩類、金属アルキ
ルの様な有機金属化合物が掲げられる。また、アルカリ
土類金属としては、元素周期律表ＩＩ族ａ亜族に属する
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
等のアルカリ土類金属の水酸化物、塩化物、硫酸塩、炭
酸塩等の無機塩類、脂肪酸も含めた有機酸塩類、金属ア
ルキルの様な有機金属化合物が掲げられる。これらアル
カリ土類金属又はアルカリ金属の雰囲気は、通常１００
〜５０００ｐｐｍ、より好ましくは１００〜３０００ｐ
ｐｍである。In the present invention, carbon black having a high specific surface area can also be obtained by subjecting the reaction step to an atmosphere of alkali metal or alkaline earth metal. In the present invention, as a method of creating an atmosphere of an alkali metal or an alkaline earth metal, it is necessary to set at least the reaction step in these atmospheres. For example, an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound (1 ) There are methods such as directly spraying finely in the combustion step (2) adding in combustion air (3) adding in fuel oil (4) adding in feed oil. Examples of the alkali metal compound include inorganic salts such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, and other alkali metal hydroxides, chlorides, sulfates, carbonates, etc. Examples thereof include organic acid salts including fatty acids, and organic metal compounds such as metal alkyls. Examples of the alkaline earth metal include inorganic salts such as hydroxides, chlorides, sulfates, and carbonates of alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium, and barium, which belong to Group IIa subgroup of the periodic table. Examples thereof include organic acid salts including fatty acids, and organic metal compounds such as metal alkyls. The atmosphere of these alkaline earth metals or alkali metals is usually 100
~ 5000 ppm, more preferably 100-3000 p
pm.
【００２０】本発明においてはその効果から、アルカリ
金属雰囲気がより好ましい。この雰囲気と比表面積との
関係を表４に示す。本発明に於いて、コントロ−ルバル
ブを用いることが好ましい。これは、ファ−ネス式製造
法による炉型反応器の反応条件（温度、流速、圧力、時
間等）の設定は、一般に炉形状並びに、その反応器に供
給する燃料、原料、反応停止流体の量及び供給位置で決
定される。In the present invention, an alkali metal atmosphere is more preferable because of its effect. Table 4 shows the relationship between this atmosphere and the specific surface area. In the present invention, it is preferable to use a control valve. This is because the reaction conditions (temperature, flow rate, pressure, time, etc.) of the furnace-type reactor by the furnace-type manufacturing method are generally set according to the shape of the furnace, the fuel to be supplied to the reactor, the raw material, and the reaction stopping fluid. Determined by quantity and feed location.
【００２１】例えば、圧力を変更する場合においては、
炉型の変更（絞り部の縮小や拡大）、燃料、原料の増減
を必要とし、炉型の変更は、生産系列の停止、工事、立
ち上げを必要とする。また燃料や原料の増加は、炉壁に
これらが衝突して、コ−クス発生の原因となることや、
排ガスの増加を招き、実質上生産が困難となる。前記コ
ントロ−ルバルブを用い、その径を調整する事によっ
て、炉型の変更や燃料・原料の増減を必要とせず、容易
に圧力等がコントロ−ル出来、工業生産上極めて有用で
ある。この様なコントロ−ルバルブとしては、流体の通
過量をコントロ−ル出来れば、いずれのバルブでも使用
出来るが、例えばボ−ルバルブ、チョ−クバルブ、スピ
−ンバルブ、バタフライ弁、サンダ−ス弁、ベンチュリ
−スロ−ト弁、仕切り弁等が有るが、カ−ボンブラック
の閉塞等を少なくするためには、サンダ−ス弁等の如く
管央の流速を制限しない機構の物が好ましい。特にカメ
ラの露出の絞り機構の様な構造を有する弁が最適であ
る。For example, when changing the pressure,
The furnace type must be changed (reduction or expansion of the throttle part), fuel and raw materials must be increased or decreased, and the change of the furnace type must stop the production line, perform construction, or start up. In addition, an increase in fuel and raw materials causes them to collide with the furnace wall and cause coke generation.
This causes an increase in exhaust gas and makes production virtually difficult. By using the control valve and adjusting the diameter thereof, it is possible to easily control the pressure and the like without changing the furnace type and increasing / decreasing the amount of fuel and raw materials, which is extremely useful in industrial production. As such a control valve, any valve can be used as long as it can control the passage amount of fluid, for example, a ball valve, a choke valve, a spin valve, a butterfly valve, a sander valve, a venturi valve. Although there are a throttle valve and a sluice valve, a mechanism such as a sander valve that does not limit the central flow velocity is preferable in order to reduce the blockage of the carbon black. In particular, a valve having a structure such as a camera exposure diaphragm mechanism is most suitable.
【００２２】このコントロ−ルバルブを用いて圧力を変
化させた時の、カ−ボンブラックのアグリゲ−トサイズ
分布との関係の一例を表６に示す。また、図２にコント
ロ−ルバルブにバタフライ弁を用いた例を示す。図２に
おいて、１は耐火物製炉、２は反応用空気導入ノズル、
３は燃料導入用ノズル、４は原料油導入用ノズル、５は
反応停止流体導入用ノズル、６はコントロールバルブ、
７はバーナー、９は圧力計、１０は温度計、Ａは燃焼
域、Ｂは反応域、Ｃは反応停止域である。Table 6 shows an example of the relationship with the aggregate size distribution of carbon black when the pressure is changed by using this control valve. Further, FIG. 2 shows an example in which a butterfly valve is used as the control valve. In FIG. 2, 1 is a refractory furnace, 2 is a reaction air introduction nozzle,
3 is a nozzle for introducing fuel, 4 is a nozzle for introducing raw material oil, 5 is a nozzle for introducing reaction stopping fluid, 6 is a control valve,
7 is a burner, 9 is a pressure gauge, 10 is a thermometer, A is a combustion zone, B is a reaction zone, and C is a reaction stop zone.
【００２３】本発明において、前記反応帯域及び反応停
止帯域が、その内壁面をアルミナ含有量９５％以上のア
ルミナ質耐火レンガで構成されていると、極めて良好な
耐摩耗性を示す。従来のカ−ボンブラック製造炉は、ス
ポ−リング、溶損といったトラブル現象防止の為、最高
温度部位の内張り耐火材として、アルミナ系レンガを使
用する。その耐火温度以下の温度であれば、短期間での
スポ−リング、溶損といった現象は起きないことから，
炉レンガの張り替えを１年〜２年程度の周期で実施して
いる。本発明の製造方法では、反応速度の増大により、
より高い耐摩耗性が必要となる。この実験例を表５に示
す。In the present invention, if the inner wall surfaces of the reaction zone and the reaction termination zone are made of alumina refractory bricks having an alumina content of 95% or more, extremely good wear resistance is exhibited. A conventional carbon black manufacturing furnace uses alumina bricks as a lining refractory material in the highest temperature region in order to prevent troubles such as spooling and melting damage. At temperatures below the refractory temperature, phenomena such as sporing and melting in a short period of time do not occur.
Refurbishment of furnace bricks is carried out every 1 to 2 years. In the production method of the present invention, by increasing the reaction rate,
Higher wear resistance is required. An example of this experiment is shown in Table 5.
【００２４】本発明で用いることのできる加圧炉の例と
しては、その圧力と温度を検出し、その値をフィ−ドバ
ックする事によって、反応工程の圧力、高温燃焼ガスの
生成量および原料炭化水素の導入量の少なくとも１つを
制御することができるものが望ましい。すなわち、かか
る加圧炉を用い、反応工程において検出された圧力と温
度の値により、反応工程の圧力、高温燃焼ガスの生成量
及び原料炭化水素の導入量の少なくとも１つを制御する
ことによって本発明を実施することもでき、容易に本発
明の目的を達成することができるので好適である。As an example of a pressurizing furnace that can be used in the present invention, the pressure and temperature are detected, and the values are fed back to determine the pressure in the reaction step, the amount of high temperature combustion gas produced, and the raw material carbonization. It is desirable that at least one of the introduced amounts of hydrogen can be controlled. That is, by using such a pressurizing furnace, by controlling at least one of the pressure in the reaction process, the amount of high-temperature combustion gas produced, and the amount of feedstock hydrocarbon introduced by the pressure and temperature values detected in the reaction process. The present invention can be carried out and the object of the present invention can be easily achieved, which is preferable.
【００２５】従来の非加圧タイプ（反応工程の圧力が
０．２ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以下）のカ−ボンブラック製造方
法に於いては、カ−ボンブラック生成制御は、入力変数
の制御（例えば、空気の湿度、燃料・原料のカロリ−及
び組成補正等を制御し、変動を出来るだけ小さくする制
御。）や、出力変数の制御（生成したカ−ボンブラック
のヨウ素吸着量やＤＢＰ吸油量を測定し、目標値との偏
差から、その偏差に見合った制御。）にておこなってい
たが、これらの制御では炉の変形（経時〜経年による炉
の変化）による物理パラメ−タの変動（圧力、温度、流
速とその分布）を制御出来ない事や、出力値フィ−ドバ
ックによる、サンプリング、分析、入力変数変更操作に
おける時間の遅れが生じていた。しかし、本発明のカ−
ボンブラックの製造に際しては、例えば図２に示すよう
に、圧力計と温度計を設け、検出結果を演算し、コント
ロ−ルバルブを制御して炉内圧力を変化させることによ
り、極めて簡単に均質なカ−ボンブラックが得られる。
なお図２に示すように、圧力計と温度計は、一組とし、
反応帯域に少なくとも一組設けるものとし、特に反応帯
域には、図２に示すように少なくとも２箇所以上設ける
ことが推奨される。具体的条件の例は下記の実施例に示
す。In the conventional non-pressurized type (the pressure in the reaction step is 0.2 kg / cm 2 G or less) carbon black production method, the carbon black production control is performed by controlling the input variables (for example, , Air humidity, fuel / raw material calories, composition correction, etc. to minimize fluctuations, and output variable control (such as iodine adsorption amount of carbon black produced and DBP oil absorption amount). The measurement was performed and the deviation from the target value was controlled according to the deviation.) In these controls, fluctuations in physical parameters (pressure) due to the deformation of the furnace (change of the furnace over time to age) , Temperature, flow velocity and its distribution) could not be controlled, and there was a delay in sampling, analysis and input variable changing operations due to output value feedback. However, the card of the present invention
In the production of the bonblack, for example, as shown in FIG. 2, a pressure gauge and a thermometer are provided, the detection result is calculated, and the control valve is controlled to change the pressure in the furnace, so that it is extremely easy to obtain a homogeneous mixture. Carbon black is obtained.
As shown in FIG. 2, the pressure gauge and the thermometer are in one set,
At least one set should be provided in the reaction zone, and it is particularly recommended to provide at least two locations in the reaction zone as shown in FIG. Examples of specific conditions are shown in the examples below.
【００２６】[0026]
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。 〔実施例１〜５、比較例１〕空気導入ダクトと燃焼バー
ナーを備える内径５００ｍｍ、長さ１４００ｍｍの燃焼
域、該燃焼域から連接され、周辺から原料ノズルを貫設
した内径１００ｍｍ、長さ４１０ｍｍの狭径部からなる
原料導入域、クエンチ装置を備えた内径１００ｍｍ、長
さ６０００ｍｍの後部反応域、及び絞り機構として内弁
径８０ｍｍのコントロールバルブを順次結合した構造の
カーボンブラック炉を設置した。この炉は、１０ｋｇ／
ｃｍ2 Ｇの圧力にも耐える耐圧構造である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
The present invention is not limited to this. [Examples 1 to 5 and Comparative Example 1] Combustion region having an inner diameter of 500 mm and a length of 1400 mm equipped with an air introduction duct and a combustion burner, an inner diameter of 100 mm and a length of 410 mm connected from the combustion region and having a raw material nozzle penetrating from the periphery. A carbon black furnace having a structure in which a raw material introduction region having a narrow diameter portion, an inner diameter of 100 mm equipped with a quenching device, a rear reaction region of 6000 mm in length, and a control valve having an inner valve diameter of 80 mm as a throttling mechanism were sequentially connected was installed. This furnace is 10kg /
It has a pressure resistant structure that can withstand a pressure of cm 2 G.
【００２７】上記の炉により燃料及び、原料炭化水素に
クレオソート油を使用し、表１に示す各条件によりＩＳ
ＡＦクラスのカーボンブラックを製造した。得られたカ
ーボンブラックの各種特性及び収率、製品製出量を表１
に併記した。（比表面積とＤＢＰ吸油量は、ＡＳＴＭ
Ｄ３０３７−８８とＡＳＴＭ Ｄ２４１４−８８による
値である。）原料収率は次式により算出した。Creosote oil was used as the fuel and the raw material hydrocarbons in the above furnace, and IS under the respective conditions shown in Table 1.
AF class carbon black was produced. Table 1 shows various characteristics and yields of the obtained carbon black, and the amount of products produced.
Also described in. (Specific surface area and DBP oil absorption are
It is a value according to D3037-88 and ASTM D2414-88. ) The raw material yield was calculated by the following formula.
【００２８】[0028]
【数１】 [Equation 1]
【００２９】収率比は、比較例１の原料収率を１００と
した時の各実施例での原料収率の値を示す。また、生産
性は、原料クレオソート油の装入量に歩留、すなわち原
料収率をかけた値である。The yield ratio indicates the value of the raw material yield in each example when the raw material yield of Comparative Example 1 is 100. The productivity is a value obtained by multiplying the charging amount of the raw material creosote oil by the yield, that is, the raw material yield.
【００３０】[0030]
【表１】 [Table 1]
【００３１】表１に示すように、実施例１〜４の収率は
比較例１に比べ、約９〜１７％アップしていることが認
められる。又生産性も比較例１に比べ、約１１〜４３％
アップしていることが認められる。As shown in Table 1, it is recognized that the yields of Examples 1 to 4 are increased by about 9 to 17% as compared with Comparative Example 1. Also, the productivity is about 11-43% compared to Comparative Example 1.
It is recognized that it is up.
【００３２】〔実施例６〜１０、比較例２〕表２に示す
条件でカーボンブラックを製造し、得られたカーボンブ
ラックの各特性を表２に示した。[Examples 6 to 10 and Comparative Example 2] Carbon black was produced under the conditions shown in Table 2, and each characteristic of the obtained carbon black is shown in Table 2.
【００３３】[0033]
【表２】 [Table 2]
【００３４】表２の結果から、実施例１〜４の比表面積
は比較例に比べ、約４〜３０％アップしていることが認
められる。又ＤＢＰも比較例１に比べ、約１〜３８％ア
ップしていることが認められる。これらのことは、本発
明に従えば、比較例に比べ高比表面積、高ストラクチャ
ー化したカーボンブラックを得ることが可能であり、比
表面積、ストラクチャーといった品質の制御が簡単に操
作出来ることを示している。From the results shown in Table 2, it is recognized that the specific surface areas of Examples 1 to 4 are increased by about 4 to 30% as compared with the Comparative Example. It is also recognized that the DBP is increased by about 1 to 38% as compared with Comparative Example 1. These facts show that according to the present invention, it is possible to obtain a carbon black having a higher specific surface area and a higher structure as compared with the comparative example, and it is possible to easily control the quality such as the specific surface area and the structure. There is.
【００３５】次に、図１に圧力と反応時間の関係を示
す。圧力を変更することで反応時間を、クエンチ装置の
位置を変更することなく自由にかえることができ、また
同一反応時間においては、加圧にすることで設備のコン
パクト化が図れる。Next, FIG. 1 shows the relationship between pressure and reaction time. By changing the pressure, the reaction time can be freely changed without changing the position of the quenching device, and at the same reaction time, the equipment can be made compact by applying pressure.
【００３６】〔実施例１１〜１４、参考例１、２〕表３
に示す条件でカ−ボンブラックを製造し、得られたカ−
ボンブラックの各種特性を表３に示した。即ち反応工程
の流速を変更し、マッハ数とカ−ボンブラック生成との
関係を確認した。なお、マッハ数の変更即ち流速の変更
は、反応領域の内径および燃焼ガス量を変化させて調整
した。これらの例はいずれも燃焼ガス量に対する原料ク
レオソ−ト油量を一定にして実験を実施した。[Examples 11 to 14, Reference Examples 1 and 2] Table 3
Carbon black was produced under the conditions shown in
Various properties of Bonblack are shown in Table 3. That is, the flow rate in the reaction step was changed to confirm the relationship between Mach number and carbon black formation. The change of the Mach number, that is, the change of the flow velocity was adjusted by changing the inner diameter of the reaction region and the amount of combustion gas. In each of these examples, the experiment was carried out with the amount of the raw creosote oil being constant with respect to the amount of combustion gas.
【００３７】[0037]
【表３】 [Table 3]
【００３８】マッハ数の算定：高温でのマッハ数（Ｍ
Ａ）を８８０ｍ／ｓｅｃ（１６００℃）とし、各実施例
の流速を下記式により算出した。 マッハ数＝反応部流速（ｍ／ｓｅｃ）／ＭＡ（ｍ／ｓｅ
ｃ）Calculation of Mach number: Mach number (M
A) was set to 880 m / sec (1600 ° C.), and the flow velocity of each example was calculated by the following formula. Mach number = flow velocity of reaction part (m / sec) / MA (m / se
c)
【００３９】〔実施例１５〜１７、参考例３〜６〕表４
に示す条件でカ−ボンブラックを製造し、得られたカ−
ボンブラックの各種特性を表４に示した。即ちアルカリ
金属雰囲気を造りだす方法としては、原料油へ予め水酸
化カリウム（ＫＯＨ）を定量ポンプで、定量供給し、実
験を実施した。[Examples 15 to 17, Reference Examples 3 to 6] Table 4
Carbon black was produced under the conditions shown in
Various properties of Bonblack are shown in Table 4. That is, as a method of creating an alkali metal atmosphere, potassium hydroxide (KOH) was previously supplied to the raw material oil in a fixed amount by a constant pump, and the experiment was carried out.
【００４０】[0040]
【表４】 [Table 4]
【００４１】〔実施例１８、比較例３、参考例７〕表５
に示す条件でカ−ボンブラックを製造し、反応帯域の内
壁面に設けられたアルミナ質耐火レンガの摩耗を調べ
た。即ちアルミナ含有量の異なる耐火レンガを用い、圧
力条件のみを変更し、他条件は一定とし、７２時間の連
続運転後、降温し、炉内のレンガを点検し、反応帯域の
摩耗（減肉量）を測定した。[Example 18, Comparative Example 3, Reference Example 7] Table 5
Carbon black was produced under the conditions shown in (1), and the wear of the alumina refractory bricks provided on the inner wall surface of the reaction zone was examined. That is, using refractory bricks with different alumina contents, changing only the pressure conditions, keeping the other conditions constant, after 72 hours of continuous operation, lowering the temperature, inspecting the bricks in the furnace, wear in the reaction zone (thinning amount) ) Was measured.
【００４２】[0042]
【表５】 [Table 5]
【００４３】〔実施例１９〜２２〕表６に示す条件で行
った以外は、実施例１〜５と同様の操作によりカーボン
ブラックを製造した。得られたカーボンブラックの特性
も実施例１〜５と同様の操作により測定し、表６に示し
た。なお、ＤMOD とＤ50は、スピン液として２０％エタ
ノール溶液を用い、遠心沈降式の粒度分布測定装置（Ｊ
Ｌオートメーション社製 ＤＣＦ３型）により測定した
値である。[Examples 19 to 22] Carbon black was produced in the same manner as in Examples 1 to 5, except that the conditions were as shown in Table 6. The characteristics of the obtained carbon black were also measured by the same operations as in Examples 1 to 5, and are shown in Table 6. For D MOD and D 50 , a 20% ethanol solution was used as a spin solution, and a centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring device (J
It is a value measured by DC Automation Model 3 manufactured by L Automation.
【００４４】[0044]
【表６】 [Table 6]
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上の通り、本発明によるカーボンブラ
ックの製造法によれば、 （１）高収率、高生産性で工業生産できる。 （２）設備のコンパクト化が図れ、設備が経済的に構築
できる。 （３）広範囲の操作条件が簡単に制御できる。 （４）タイヤ、ゴム製品に於ける耐摩耗性、着色剤、ト
ナー等に於ける高黒度性に優れた性能を発揮する高比表
面積なカーボンブラックが容易に得られる。 （５）比表面積、ストラクチャーといった品質の制御が
簡単にできる。As described above, according to the method for producing carbon black of the present invention, (1) industrial production can be performed with high yield and high productivity. (2) The equipment can be made compact and the equipment can be constructed economically. (3) A wide range of operating conditions can be easily controlled. (4) A carbon black having a high specific surface area, which exhibits excellent wear resistance in tires and rubber products and high blackness in colorants and toners, can be easily obtained. (5) The quality of the specific surface area and structure can be easily controlled.
【図１】本発明における圧力の反応時間の一例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of a reaction time of pressure in the present invention.
【図２】本発明におけるカ−ボンブラック製造装置の一
例を示す図FIG. 2 is a diagram showing an example of a carbon black manufacturing apparatus according to the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 康司 神奈川県茅ヶ崎市円蔵370 三菱化学株式 会社茅ヶ崎事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Koji Honda 370 Enzo, Chigasaki City, Kanagawa Mitsubishi Chemical Co., Ltd. Chigasaki Plant
Claims (7)
温燃焼ガス流に原料炭化水素を導入し、この原料炭化水
素を熱分解反応によりカーボンブラックに転化させる反
応工程及び反応ガスを急冷して反応を停止させる反応停
止工程からなるカーボンブラックの製造方法において、
少なくとも該反応工程を加圧下に保つことを特徴とする
カーボンブラックの製造方法。1. A combustion process for producing a high temperature combustion gas, a reaction process for introducing a raw material hydrocarbon into a high temperature combustion gas stream and converting the raw material hydrocarbon into carbon black by a thermal decomposition reaction, and a reaction for rapidly cooling the reaction gas. In the method for producing carbon black, which comprises a reaction stopping step of stopping
A method for producing carbon black, which comprises maintaining at least the reaction step under pressure.
ことを特徴とする請求項１記載のカーボンブラックの製
造方法。2. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein the pressure is 0.8 kg / cm 2 G or more.
範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のカー
ボンブラックの製造方法。3. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein the pressure is in the range of 0.8 to 9.9 kg / cm 2 G.
上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載のカ−ボンブラックの製造方法。4. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein the flow rate in the reaction step is Mach 0.2 or more.
アルカリ土類金属雰囲気の少なくとも一方であることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカ−ボンブ
ラックの製造方法。5. The method for producing carbon black according to any one of claims 1 to 4, wherein the reaction step is at least one of an alkali metal atmosphere and an alkaline earth metal atmosphere.
圧力と温度の値により、反応工程の圧力、高温燃焼ガス
の生成量および原料炭化水素の導入量の少なくとも１つ
を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載のカ−ボンブラックの製造方法。6. At least one of the pressure in the reaction step, the amount of high-temperature combustion gas produced, and the amount of feedstock hydrocarbon introduced is controlled by at least the pressure and temperature values detected in the reaction step. A method for producing the carbon black according to claim 1.
に設けられた流量のコントロ−ルバルブにより制御され
ることを特徴とする請求項６記載のカ−ボンブラックの
製造方法。7. The method for producing carbon black according to claim 6, wherein the pressure of the reaction step is controlled by a control valve having a flow rate provided after the reaction stopping step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12409695A JPH0841377A (en) | 1994-05-23 | 1995-05-23 | Production of carbon black |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10826294 | 1994-05-23 | ||
| JP6-108262 | 1994-05-23 | ||
| JP12409695A JPH0841377A (en) | 1994-05-23 | 1995-05-23 | Production of carbon black |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0841377A true JPH0841377A (en) | 1996-02-13 |
Family
ID=26448191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12409695A Pending JPH0841377A (en) | 1994-05-23 | 1995-05-23 | Production of carbon black |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0841377A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013136782A (en) * | 2004-05-04 | 2013-07-11 | Cabot Corp | Method for producing carbon black product |
-
1995
- 1995-05-23 JP JP12409695A patent/JPH0841377A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013136782A (en) * | 2004-05-04 | 2013-07-11 | Cabot Corp | Method for producing carbon black product |
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