JPS5938992B2 - アセチレンブラツクの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アセチレンブラックの恒温的製造法に関する
。

アセチレンブラックは高い導電率と追好な吸着性を有す
る優れたカーボンブラックとして工業的価値が高い。

しかし、所望の品質のアセチレンブラックを得ろ為には
、アセチレンの発熱分解反応の温度が一定の範囲に保た
れねばならない。ところでアセチレンの熱分解による理
論的温度は約２５００℃以上にも達する。しかし、２４
００℃を超える温度ではアセチレンブラックの重要な特
性の１つである構造が著しく低下するために２４００’
Ｃ以下に冷却する必要がある。

一方アセチレンは概ね８００℃以上の温度で熱分解を開
始するが、１７００℃未満の温度では得られるアセチレ
ンブラックの構造が弱くなり機械的作用によつて容易に
破壊され、また揮発分として測定されるブラック中のタ
ール状物質の量が増加するため好ましくない。従つてア
セチレンブラックの製造は１７００〜２４００℃好まし
くは１９００〜２３００℃の温度範囲で、所望のアセチ
レンブラックの品質に応じた温度を保持するようにして
行なわれねばならない。従来、アセチレンブラックの製
造は、アセチレンのみを原料とする場合は、アセチレン
ブラックの生成領域の温度を所望の範囲に保つために、
アセチレンの熱分解を行なわ甘しめる熱分解炉の外部冷
却による放熱特性を、製造しようとするアセチレンブラ
ックの量にあわせて設定することが行なわれている。

しかしながら、このようなアセチレンブラックの製造炉
においては生成したアセチレンブラックが炉内壁へ付着
したり、また、アセチレンの熱分解の過程で生成する炭
化水素類が炉内壁表面において、熱分解して炭素が析出
し、炉内壁に形成された炭素層の厚みや熱伝導率等が時
間とともに変化するので、これに伴い炉の放熱特性や炉
内の温度が変化し、得られるアセチレンブラックの品質
が安定しない。さらに、従来法は分解炉の外部より冷却
する型式であるために熱分解領域の中心部と周辺部の温
度差が大きくブラックの品質が不均一となる欠点がある
。

又、アセチレンと他の炭化水素を併用するアセチレンブ
ラツクの製造法もいくつか提案されている。

しかし、例えば特公昭４３−３０３１４号に開示されて
いる方法は、まず、他の炭化水素類を部分燃焼および熱
分解させて生成したカーボンブラツクエーロゾル中に補
充量のアセチレンを二次的に装入しカーボンブラツクの
構造を改善しようとするものでゐる。また、特許第１６
２０２９号は、アセチレンと各種炭化水素の混合物を前
述のアセチレンのみの熱分解と同様、外部冷却式の熱分
解炉を用いてカーボンブラツクを製造する方法を開示し
ている。しかしこのような炉によるカーボンブラツクの
製造は前述したような欠点を有している。しかも、該文
献は混合する炭化水素として吸熱分解性のものとの違い
の意義を見出していない。本発明はこれらの欠点を解決
することを目的とするもので、原料が２５℃であるとき
、水素ガス及び炭素からなる分解反応により発生する反
応熱により得られる理論到達温度が約２５００℃である
アセチレンの熱分解反応によるアセチレンブラツクの製
造において、分解反応により発生ずる反応熱により得ら
れる理論到達温度がアセチレンより低い発熱分解性炭化
水素をアセチレンに気体状態で混合してその混合気体の
理論的到達温度を１７００〜２４００℃となる割合で供
給し、更に反応炉の自然放熱量に応じて予熱―又はアセ
チレンの混合比率を増した混合気体を反応炉内で分解さ
せ１７００〜２４００℃の範囲内の一定温度で恒温的に
分解させるアセチレンブラツクの製造法である。

本発明において、理論到達温度とは炭化水素が定圧化学
反応による自らの分解により発生する反応熱によつて、
その分解反応生成物が到達する計算上の温度である。

具体的には下記の算出方法によつて求めることができる
。

（１）アセチレン又は炭化水素の理論到達温度。

反応式（１）の反応熱刀）ら化学量論的に次式により算
出される。乙 （式中、ＣｎＨｍはアセチレン又は炭化水素、Ｃは炭素
、Ｈは水素、ΔＨは反応熱、ｍ及びｎはそそぞれ整数を
示す。

）Ｆｉ応式（１）において、 （生成物エンタルピー）−（原料エンタルピー＝反応熱
の関係から次の式（２）が成立する。

〔式中、Δルは標準反応熱、ＴＯは基準状態の温度（２
９８準Ｋ）、Ｔ１は原料温度、Ｔ２は理論到達温度、Ｃ
ｐ（ｃ）．Ｃｐ（Ｈ２）、Ｃｐ（ＣｎＨｍ）まアセチレ
ン又は炭化水素の熱分解反応によつて生成する各々の炭
素、水素、アセチレン又は炭化水素の定圧比熱を示ｕ通
常温度の函数としてＣｐ−ａ＋ＢＴ＋ＣＴ２＋ＤＴ３（
但し、Ａ．ｂ．ｃ．ｄは定数）から求められる。

〕上記（２）式は温度Ｔの函数式となり、理論到達温度
Ｔ２を求めることができる。

！）アセチレンと炭化水素との混合気体の理論到達温度
．反応式（３｝の反応熱から化学量論的に次式により算
出される。

（式中、ｘはモル分率、ＣｃｔＨβは炭化水素、α及び
βは整数、その他の記号は式（１）と同じ意義を示す。

）反応式（３）において （生成物エンタルピー）一（原料エンタルピー）一反応
熱の関係から次の式（４）が成立する。

上記（４式は（２）式と同様にモル分率ｘと温度Ｔの函
数式となり理論到達温度Ｔ２を求めることができる。す
なわち、本発明は、発熱分解反応によるアセチレンブラ
ツクを製造する際の炭化水素分解温度を一定に保つ方法
として、原料炭化水素類が炭素と水素とに分解される際
に放出されるエネルギー量を基礎として、理論到達温度
が１７００〜２４００℃となるようにアセチレンと発熱
分解性炭化水素との混合原料組成を決定するものである
。

更に外部から人口的に冷却しない本発明に用いる炉にお
いても、自然放熱があるので、その熱量に見合うように
原料は予熱される。又アセチレンの比率を増加してもよ
い。用いられる他の炭化水素は、理論到達温度を調節さ
れる為には吸熱分解性のものでも良いようにみえるが、
発熱分解性のものでなければならない。

分解反応をミクロ的にみる時、アセチレン分子の分解点
と、他の炭化水素の分解点の温度の間に温度差があるこ
とは生成するカーボンブラツクの構造に好ましくないか
らである。従つて、発熱分解性のものとしても、分解発
熱量がある程度高いものの方がより好ましい結果を与え
る。又、発熱分解反応をスムーズに継続させる点からも
、発熱分解性のものが良い。このような炭化水素として
はエチレン系不飽和炭化水素、芳香族不飽和炭化水素、
単環式不飽和炭化水素および多環式不飽和炭化水素等が
適当である。

生成カーボンブラツクの品質、分解発熱量、人手の容易
さ、経済性等を考えるとき工業的には、ベンゼン、トル
エン、エチレン、ブタジエン等が好ましい。

第１表にいくつかの炭化水素の分解反応における理論的
到達温度、生成熱を示す。

第１表の理論到達温度はいずれも式（２）より算出した
値である。などの効果がある。以下実施例をあげてさら
に本発明を説明する。

実施例 １内径０．４ｍ１炉長２．４ｍの垂直型分解炉
の炉頂部のノズルからアセチレンガス４０Ｎｄ／Ｈｒと
、温度１２０℃に予熱した蒸気状のベンゼン４．５ｋｇ
／Ｈｒとの混合物を熱分解炉１こ供給した。

生成したアセチレンブラツクを６時間毎に採取し、塩酸
吸液量および電気抵抗率を測定し、その品質に応じてベ
ンゼンの混入量を４．５〜］２．４ｋ９／Ｈｒの範囲で
調節しながら操作し、その混合ガスの供給線速度を２６
，６〜２８．０ｍ／Ｓｅｃとした。炉内温度は炉の頂部
より０．６ｍの位置に設σた測定口から炉中心軸まで保
護管を入れその先端温度を光高温計で測定した。

その温度は２０４０〜２１３０℃であつた。このような
条件下において、７日間操業を行つた結果、生成したア
セチレンブラツクの塩酸吸液量は従来のものに比べて大
きく、その変動は小であつた。

また電気抵抗率も同様であつた。これらの結果を第２表
に示した。実施例 ２ ベンゼンの代りにエチレンを２．６〜６．８Ｎｄ／Ｈｒ
とした以外は、実施例１と同様に行つた。

なおアセチレンとエチレンの混合ガスの供給線速度は２
７．４〜３０．１ｍ／Ｓｅｃであつた。また炉内温度は
２０６０〜２１４０℃であつた。比較例外部をジャケツ
ト方式で水冷した以外は実施例１と同様の炉を用い、ア
セチレンガスの供給量を３４〜４０Ｎｄ／Ｈｒとｕ不飽
和炭化水素の添加はしなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はベンゼンのＭＯｌ分率と分解温度の関係を示す
グラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アセチレンの熱分解反応によるアセチレンブラック
   の製造において、分解反応により発生する反応熱により
   得られる理論到達温度がアセチレンより低い発熱分解性
   炭化水素をアセチレンに気体状態で混合してその混合気
   体の理論到達温度が１７００〜２４００℃となる割合で
   供給し、更に反応炉の自然放熱量に応じて予熱した混合
   気体を反応炉内で分解させ１７００〜２４００℃の範囲
   内の一定温度で恒温的に分解させることを特徴とするア
   セチレンブラックの製造法。