JP2001342378A - Manufacturing apparatus, manufacturing method, in- furnace combustion device and in-furnace combustion method for carbon black - Google Patents
Manufacturing apparatus, manufacturing method, in- furnace combustion device and in-furnace combustion method for carbon blackInfo
- Publication number
- JP2001342378A JP2001342378A JP2001089841A JP2001089841A JP2001342378A JP 2001342378 A JP2001342378 A JP 2001342378A JP 2001089841 A JP2001089841 A JP 2001089841A JP 2001089841 A JP2001089841 A JP 2001089841A JP 2001342378 A JP2001342378 A JP 2001342378A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- supply port
- oxygen
- containing gas
- combustion
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンブラック
の製造装置および製造方法ならびに炉内燃焼装置および
炉内燃焼方法に関する。The present invention relates to an apparatus and method for producing carbon black, an in-furnace combustion apparatus, and an in-furnace combustion method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、カーボンブラックは、表面
積、粒径、吸油量、ストラクチャ構造、ｐＨ、黒度、着
色力、硬度などの諸特性に応じ、印刷用インク、塗料顔
料、充填剤、補強用添加剤、耐候性改善剤などに広く使
用されている。例えば、樹脂着色剤、印刷インキ、塗料
において、着色剤として使用されるカーボンブラック
は、黒度、分散性、光沢、着色力、分散性に優れたもの
が求められ、また、主に自動車用タイヤのゴム組成物補
強剤として使用されるカーボンブラックは耐摩耗性に優
れたものが求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, carbon black has been used in printing inks, paint pigments, fillers, reinforcing agents, and the like in accordance with various characteristics such as surface area, particle size, oil absorption, structure structure, pH, blackness, coloring power, and hardness. Widely used as additives for weathering and weatherability improvers. For example, carbon black used as a colorant in resin colorants, printing inks and paints is required to be excellent in blackness, dispersibility, gloss, coloring power and dispersibility, and is mainly used for automobile tires. Carbon black used as a rubber composition reinforcing agent of the above is required to have excellent abrasion resistance.
【０００３】カーボンブラックは、通常、一次粒子とそ
れらの集合体である凝集体で構成されており、これらが
カーボンブラックの特性に影響を与えている。例えば、
黒度、着色力などは、特開昭５０−６８９９２号公報な
どに開示されている様に、カーボンブラックの一次粒子
径への依存性が大きく、一次粒子径が小さくなる程に高
黒度となることが知られている。また、この様なカーボ
ンブラックをタイヤの補強剤として使用した場合には、
高度の耐摩耗性を示すことも知られている。更には、カ
ーボンブラック凝集体が小さく、一次粒子径や凝集体径
の分布がシャープである程に高黒度で分散性が良いこと
も知られている。[0003] Carbon black is usually composed of primary particles and agglomerates, which are aggregates thereof, and these affect the properties of carbon black. For example,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-68992, the degree of blackness, coloring power, and the like greatly depend on the primary particle size of carbon black, and the smaller the primary particle size, the higher the blackness. Is known to be. When such carbon black is used as a tire reinforcing agent,
It is also known to exhibit a high degree of wear resistance. Further, it is also known that the smaller the carbon black aggregate, the sharper the distribution of the primary particle diameter and the aggregate diameter, the higher the blackness and the better the dispersibility.
【０００４】カーボンブラックの製造方法としては、フ
ァーネス法、チャンネル法、サーマル法、アセチレン法
などが知られており、一般的な製造方法としてはファー
ネス法が挙げられる。この方法は、例えば円筒状のカー
ボンブラック製造装置（反応炉）を使用し、当該反応炉
の第１反応帯域に炉軸に対して水平方向または垂直方向
に空気などの酸素含有ガスと燃料を供給し且つ燃焼さ
せ、得られた燃焼ガス流を炉軸方向の下流に設置された
縮小された断面積を持つ第２反応帯域に移動させ、当該
ガス流中に原料炭化水素（原料油）を供給し反応させて
カーボンブラックを生成させ、更に、その下流にある第
３反応帯域でガス流に冷却水の噴霧などでガスを急冷し
て反応を停止させる方法である。[0004] As a method for producing carbon black, a furnace method, a channel method, a thermal method, an acetylene method and the like are known, and a furnace method is mentioned as a general production method. In this method, for example, a cylindrical carbon black production apparatus (reactor) is used, and an oxygen-containing gas such as air and a fuel are supplied to a first reaction zone of the reactor in a horizontal or vertical direction with respect to a furnace axis. And the resulting combustion gas stream is moved to a second reaction zone having a reduced cross-sectional area, which is provided downstream in the axial direction of the furnace, and supplies a raw hydrocarbon (feed oil) into the gas stream. Then, the reaction is stopped by producing carbon black, and further quenching the gas by spraying cooling water onto the gas stream in a third reaction zone located downstream thereof.
【０００５】より詳しく言えば、第２反応帯域中のガス
流中に原料炭化水素を供給し、ガスの運動および熱エネ
ルギーで液状の原料炭化水素を霧化させ、必要に応じて
第２反応帯域中にチョーク部などを設け、このチョーク
部やその前後にて生ずるガス流の乱流による混合などに
よって燃焼ガスの熱エネルギーを効率良くカーボンブラ
ック生成反応に利用する。そして、カーボンブラックは
次の様にして生成すると考えられている。すなわち、原
料炭化水素が燃焼ガス流と接触し熱分解した後、縮合
し、液滴へ凝集し、核となる前駆体が形成され、一次粒
子が生成する。その後、斯かる一次粒子の相互の衝突を
経て融着炭化することにより、カーボンブラック（凝集
体）が生成する。More specifically, the raw material hydrocarbon is supplied into the gas stream in the second reaction zone, and the liquid raw material hydrocarbon is atomized by the kinetic and thermal energy of the gas. A choke portion or the like is provided therein, and the heat energy of the combustion gas is efficiently used for the carbon black generation reaction by mixing due to turbulence of the gas flow generated before and after the choke portion. And it is thought that carbon black is produced as follows. That is, the raw hydrocarbon is contacted with the combustion gas stream and thermally decomposed, then condensed, aggregated into droplets, a nucleus precursor is formed, and primary particles are generated. Thereafter, the primary particles are fused and carbonized through mutual collision to generate carbon black (aggregate).
【０００６】ところで、例えば上述のファーネス法にお
いて小粒子径のカーボンブラックを得るためには、燃焼
ガス流に対して注入する原料炭化水素量を少なくするこ
とが知られている。しかしながら、当然のことながら、
注入量を少なくするとカーボンブラックの生産性が低下
する。そこで、従来から、生産性を低下させずに小粒子
径のカーボンブラックを得る方法として、原料炭化水素
注入域のガス温度を高くして効率的に生産する方法が行
われている。[0006] By the way, it is known that, for example, in order to obtain carbon black having a small particle diameter in the above-mentioned furnace method, the amount of raw material hydrocarbons injected into a combustion gas flow is reduced. However, of course,
If the injection amount is reduced, the productivity of carbon black decreases. Therefore, conventionally, as a method of obtaining carbon black having a small particle diameter without lowering the productivity, a method of efficiently producing the carbon black by increasing the gas temperature in the raw material hydrocarbon injection region has been performed.
【０００７】カーボンブラックの生成において、上述の
一次粒子の形成は高温でより速く進み、生成する一次粒
子径は小さくなる。また、炭化速度も速くなるため、一
次粒子同士が衝突し凝集体となって固まるまでの時間も
短くなり、凝集体も小さくなる。従って、第２反応帯域
の温度は原料炭化水素が均一に気化・熱分解するため
に、更には、小粒子径のカーボンブラックを得るため、
充分な程度の高温雰囲気とすることが重要である。In the formation of carbon black, the formation of the primary particles described above proceeds faster at a high temperature, and the diameter of the generated primary particles decreases. In addition, since the carbonization rate is increased, the time required for the primary particles to collide with each other to form an agglomerate is shortened, and the agglomerate is also reduced. Accordingly, the temperature of the second reaction zone is set so that the raw material hydrocarbon is uniformly vaporized and thermally decomposed, and further, to obtain carbon black having a small particle diameter,
It is important to have a sufficiently high temperature atmosphere.
【０００８】また、上記においては、燃焼ガス中の酸素
濃度を出来るだけ抑制することが重要である。これは、
ファーネス法においては原料炭化水素の一部が燃焼（部
分燃焼）して歩留まりが低下することがあるため、燃焼
ガス中の酸素濃度を１〜５％程度と低く抑えて部分燃焼
を抑制するからである。つまり、酸素濃度が少ない程に
最終的な排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が少なく
なり、ＣＯ濃度が少なくなるということは燃焼反応にお
いて二酸化炭素（ＣＯ2）の発生割合が増加しているこ
とを意味し、燃焼反応における発熱量が増加し、燃焼ガ
スの高温化が図れる。[0008] In the above, it is important to suppress the oxygen concentration in the combustion gas as much as possible. this is,
In the furnace method, since a part of raw material hydrocarbons may be burned (partial combustion) and the yield may be reduced, the oxygen concentration in the combustion gas is suppressed as low as about 1 to 5% to suppress the partial combustion. is there. In other words, the lower the oxygen concentration, the lower the concentration of carbon monoxide (CO) in the final exhaust gas, and the lower the CO concentration means that the rate of generation of carbon dioxide (CO 2 ) in the combustion reaction increases. Means that the amount of heat generated in the combustion reaction increases, and the temperature of the combustion gas can be increased.
【０００９】また、余剰酸素がＣＯ2になる場合の反応
はＣ＋Ｏ2→ＣＯ2又はＣＯになる場合の反応は２Ｃ＋Ｏ
2→２ＣＯで表されるが、式より明らかな様にＣＯにな
る方が２倍の炭素を消費する。よって、燃焼ガス中残存
酸素濃度を少なくし、生成するＣＯを減らすことによ
り、歩留まりも大幅に改善することが出来る。The reaction when the excess oxygen becomes CO 2 is C + O 2 → CO 2 or the reaction when CO becomes 2C + O
It is expressed as 2 → 2CO, but as is clear from the equation, CO becomes twice as large as carbon. Therefore, the yield can be significantly improved by reducing the residual oxygen concentration in the combustion gas and reducing the generated CO.
【００１０】上述の様に、カーボンブラックの生成反応
において、酸素濃度が少ないと、原料炭化水素の部分燃
焼が少ないため、歩留まりが向上すると共にカーボンブ
ラックが生成する領域の雰囲気が均一に保たれるため、
一次粒子径や凝集体径分布がシャープなカーボンブラッ
クを得ることができる。要するに、カーボンブラックの
製造においては、原料炭化水素供給位置におけるガスの
温度を高温化することが、小粒子径で且つ粒子径分布や
凝集体径分布がシャープな高品質な製品を生産性を落と
さずに、歩留まり良く製造することにつながるのであ
る。As described above, in the reaction for producing carbon black, when the oxygen concentration is low, the partial combustion of the raw material hydrocarbon is small, so that the yield is improved and the atmosphere in the region where carbon black is generated is kept uniform. For,
Carbon black having a sharp primary particle size and agglomerate size distribution can be obtained. In short, in the production of carbon black, increasing the temperature of the gas at the raw material hydrocarbon supply position reduces the productivity of high-quality products with a small particle size and a sharp particle size distribution or agglomerate size distribution. Instead, it leads to manufacturing with high yield.
【００１１】原料炭化水素注入域のガス温度を高温度化
するためには、第１反応帯域である燃焼部においてより
高温の燃焼を行わせれば良く、この方法として、燃焼用
空気に酸素富化空気を使用する等の方法がよく知られて
いる。しかしながら、従来の方法で燃焼させた場合、燃
焼部の断熱火炎温度は原料炭化水素注入域のガス温度よ
りも遥かに高い温度となる。例えば、原料炭化水素注入
域の温度を１８００℃以上に保とうとすると、燃焼部に
おける断熱火炎温度は２１００℃以上の高温となり、炉
を構成する耐火物が損傷し安定的な連続運転は不可能と
なってしまう。In order to raise the gas temperature in the raw material hydrocarbon injection zone, it is sufficient to carry out higher temperature combustion in the combustion section, which is the first reaction zone. Methods such as using air are well known. However, when the fuel is burned by the conventional method, the adiabatic flame temperature of the burning part is much higher than the gas temperature of the raw material hydrocarbon injection region. For example, if the temperature of the raw material hydrocarbon injection zone is to be maintained at 1800 ° C. or higher, the adiabatic flame temperature in the combustion section becomes higher than 2100 ° C., and the refractory constituting the furnace is damaged, and stable continuous operation is impossible. turn into.
【００１２】また、酸素濃度を低下させて第１反応帯域
の空気比を１付近にすると、燃焼部において、所謂「煤
（すす）」が発生し易くなり、製品であるカーボンブラ
ックの粒径分布がばらつき、品質が低下するという問題
が生ずる（ここで、空気比とは供給する燃料についての
理論燃焼空気量に対する実際の供給空気量の割合を示
す）。更には、燃焼温度を高温度化すると排出ガス中の
窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）濃度も高くな
り、環境上好ましくないという問題も生ずる。When the oxygen concentration is reduced to make the air ratio in the first reaction zone close to 1, so-called "soot" is easily generated in the combustion section, and the particle size distribution of carbon black as a product is increased. (The air ratio indicates the ratio of the actual supply air amount to the theoretical combustion air amount of the supplied fuel). Furthermore, when the combustion temperature is increased, the concentration of nitrogen oxides (hereinafter, referred to as "NOx") in the exhaust gas also increases, which causes a problem that it is environmentally unfriendly.
【００１３】一方、燃焼方法自体については、一般的な
工業用加熱炉において、通常の燃焼に比べて十分に熱発
生速度が低速な酸化発熱反応を伴い、平均熱流束を最大
熱流束に近づけてＮＯｘを抑制する燃焼方法として、い
わゆる高温空気燃焼法が知られている。On the other hand, the combustion method itself involves an oxidative exothermic reaction in which the rate of heat generation is sufficiently low in a general industrial heating furnace as compared with normal combustion, so that the average heat flux is close to the maximum heat flux. As a combustion method for suppressing NOx, a so-called high-temperature air combustion method is known.
【００１４】例えば、特開平１０−３８２１５号公報に
は、少なくとも燃焼反応直前には通常の空気よりも遥か
に酸素濃度が低く、かつその酸素濃度における混合気の
燃焼安定限界温度以上の高温希釈空気あるいはそれに相
当する酸化剤で十分に低速な酸化発熱反応下に拡散燃焼
させるバーナー燃焼方法が開示されている。具体的に
は、図示されている様に、予め高温空気を窒素で希釈
後、高温予熱空気流に直角方向から燃料噴流が流入する
交差流れ系が行われている。そして、燃焼用酸化剤であ
る希釈空気の温度が高温度であれば、酸素の濃度を低く
しても燃焼が成立することが記載されている。For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-38215 discloses that high-temperature diluted air having an oxygen concentration much lower than that of ordinary air at least immediately before a combustion reaction and higher than the combustion stability limit temperature of the air-fuel mixture at the oxygen concentration. Alternatively, there has been disclosed a burner combustion method in which diffusion combustion is carried out with an oxidizing agent corresponding thereto under sufficiently low-speed oxidative exothermic reaction. More specifically, as shown in the drawing, a cross flow system in which a high-temperature air is diluted with nitrogen in advance, and then a fuel jet flows into the high-temperature preheating air flow from a direction perpendicular to the high-temperature preheating air flow is performed. Further, it is described that if the temperature of the dilution air, which is the oxidizing agent for combustion, is high, combustion is established even if the concentration of oxygen is reduced.
【００１５】更に、燃焼用空気の温度を従来の排ガス再
循環燃焼方法で使用されていたよりも遥かに上げながら
空気比を変えず、燃焼用酸化剤としての酸素濃度を通常
の空気よりも遥かに低くして行くと、それがある条件に
達した際、酸化発熱反応が通常の空気を使用した場合に
比べて非常に遅いにも拘らず安定して燃焼する現象が起
こり、その際には火炎の可視発光色中に緑色のスペクト
ル成分を出す炭化水素系燃料の燃焼反応中間生成物の割
合の増加が認められる結果、火炎が通常燃焼時の青色よ
りも緑色がかる(緑色化する）という現象を知見するに
至っている。Further, while the temperature of the combustion air is much higher than that used in the conventional exhaust gas recirculation combustion method, the air ratio is not changed, and the oxygen concentration as the combustion oxidant is much higher than that of ordinary air. When the temperature is lowered, when a certain condition is reached, a phenomenon occurs in which the oxidative exothermic reaction burns stably despite the fact that it is much slower than when using normal air. As a result of the increase in the proportion of combustion reaction intermediate products of hydrocarbon fuels that emit green spectrum components in the visible emission color of the flame, the phenomenon that the flame becomes greener (greener) than blue during normal combustion Have come to know.
【００１６】しかしながら、上記の公報にはカーボンブ
ラックの製造方法に関する記載はなく、また、高温空気
燃焼を生じさせる手段として、予め１０００℃程度の高
温に予熱され希釈された酸化剤を使用して燃焼させる方
法が採用されている。ここで、一般的に反応炉内に供給
する空気を高温に予熱する方法としては、所謂リジェネ
レイティブバーナーを使用する方法が知られている。具
体的には、内部に蓄熱体を備えた１対のバーナーにおい
て、空気供給・排ガス吸引を交互に切替えて繰り返すこ
とにより、蓄熱体により炉内に供給する空気を予め高温
化する方法である。また、酸素濃度を希釈する方法とし
ては、排ガスを再循環させたり、窒素などの不活性ガス
で希釈する方法があり、同公報においても、予め高温空
気を窒素で希釈して使用している。However, the above-mentioned publication does not describe a method for producing carbon black, and uses a oxidizing agent which has been preheated to a high temperature of about 1000 ° C. and diluted as a means for causing high-temperature air combustion. The method of letting it be adopted. Here, a method using a so-called regenerative burner is generally known as a method for preheating the air supplied into the reaction furnace to a high temperature. Specifically, in a pair of burners each having a heat storage element therein, the air supply and the exhaust gas suction are alternately switched and repeated so that the temperature of the air supplied into the furnace by the heat storage element is raised in advance. Further, as a method of diluting the oxygen concentration, there are a method of recirculating exhaust gas and a method of diluting with an inert gas such as nitrogen. In this publication, high-temperature air is diluted with nitrogen in advance and used.
【００１７】しかしながら、上記の様な方法、つまり高
温の予熱空気を得る方法として、吸気切り替えによる燃
焼方法は、局所的な燃焼ガスの温度が時間的に変化す
る。従って、斯かる方法をカーボンブラック製造炉に適
用した際には、安定した品質のカーボンブラック製造が
困難となる場合がある。また、酸素濃度を希釈する方法
として、排ガスを再循環させたり、窒素などの不活性ガ
スで希釈する方法は、設備上コストが掛かりカーボンブ
ラックの製造炉として好ましくない。However, in the above-mentioned method, that is, as a method of obtaining high-temperature preheated air, in the combustion method by switching the intake air, the local temperature of the combustion gas changes with time. Therefore, when such a method is applied to a carbon black production furnace, it may be difficult to produce carbon black of stable quality. Further, as a method of diluting the oxygen concentration, a method of recirculating exhaust gas or diluting with an inert gas such as nitrogen is costly in terms of equipment and is not preferable as a furnace for producing carbon black.
【００１８】更に、前述の特開平１０−３８２１５号公
報の［００２６］段落には、所定の温度で且つ所定の酸
素濃度に希釈された高温希釈空気・酸化剤を経済的かつ
容易に供給する手段の一つとして、高温の空気を高速で
炉内へ噴射することによって炉内排ガスを巻き込み、燃
料と接触する前に酸素濃度を希釈する方法が挙げられて
はいる。しかしながら、ここでは高温の空気を希釈する
方法が述べられているだけであり、高速で炉内へ噴射す
ることにより、空気の温度を１０００℃程度の高温に加
熱することは述べられておらず、また、同公報の［００
２７］段落における「高速の空気噴流にどの程度の排ガ
スが巻き込まれているかは予測ないし計算できず、燃焼
反応直前の希釈空気の酸素濃度および温度を所定の値に
設定することは困難である。」という記述から明らかな
通り、いわゆる炉内燃料直接噴射法により、高温空気燃
焼を生じさせることは炉やバーナーの設定などでは大変
困難である。The paragraph [0026] of JP-A-10-38215 described above is a means for economically and easily supplying high-temperature diluted air / oxidizing agent diluted at a predetermined temperature and a predetermined oxygen concentration. As one of the methods, there is a method of injecting furnace exhaust gas by injecting high-temperature air into the furnace at a high speed to dilute the oxygen concentration before contacting the fuel. However, here, only a method of diluting high-temperature air is described, and it is not described that the temperature of air is heated to a high temperature of about 1000 ° C. by injecting into a furnace at a high speed. In addition, [00]
27] In the paragraph, "How much exhaust gas is caught in the high-speed air jet cannot be predicted or calculated, and it is difficult to set the oxygen concentration and the temperature of the dilution air immediately before the combustion reaction to predetermined values. As is clear from the description, it is very difficult to generate high-temperature air combustion by the so-called in-furnace fuel direct injection method in setting furnaces and burners.
【００１９】前述した様に、工業用加熱炉においてＮＯ
ｘを抑制する別の燃焼方法として、炉内燃料直接噴射法
が知られている。詳しくは、燃焼用空気と燃料を独立し
たノズルから炉内に噴射し、その噴出エネルギーによる
自己排ガス再循環効果によって、周囲の燃焼ガスを吸引
し燃焼用空気の酸素濃度の低減と、燃焼時の火炎温度の
低下をもたらせる方法である。As described above, in an industrial heating furnace, NO
As another combustion method for suppressing x, an in-furnace fuel direct injection method is known. Specifically, combustion air and fuel are injected into the furnace from independent nozzles, and the self-exhaust gas recirculation effect of the injected energy sucks the surrounding combustion gas to reduce the oxygen concentration of the combustion air and reduce the combustion time. This is a method that can reduce the flame temperature.
【００２０】上記の炉内燃料直接噴射法として、特許第
２６８３５４５号公報には空気供給口と燃料供給口とを
距離を持たせて各独立して炉内に同じ方向に開口させる
と共に、空気流と周囲炉壁との間に再循環領域が形成さ
れる様に、空気供給口を、炉壁から空気供給口の開口径
の１．５倍以上の距離を隔てて配置させる炉内燃焼方法
が記載されている。As the above-mentioned direct fuel injection method in the furnace, Japanese Patent No. 2683545 discloses that the air supply port and the fuel supply port are independently opened in the furnace in the same direction with a distance, and the air flow is controlled. An in-furnace combustion method in which an air supply port is disposed at a distance of 1.5 times or more the opening diameter of the air supply port from the furnace wall so that a recirculation region is formed between the furnace wall and the surrounding furnace wall. Has been described.
【００２１】しかしながら、上記の公報には、工業用加
熱炉において火炎温度を低下させてＮＯｘの生成を抑え
た炉内燃焼方法が記載されているのみであり、炉を構成
する耐火物を損傷させることなく、極力高温で、空気比
１付近で燃焼させる方法については全く記載がなく、用
途についてもガラス溶融炉について記載があるのみであ
り、カーボンブラック製造炉に関しては全く記載がな
い。However, the above-mentioned publication only describes an in-furnace combustion method in which the flame temperature is reduced in an industrial heating furnace to suppress the generation of NOx, and the refractory constituting the furnace is damaged. In addition, there is no description at all about the method of burning at as high a temperature as possible at an air ratio of about 1, and there is no description of the application only for the glass melting furnace, and there is no description for the carbon black production furnace.
【００２２】また、上記の公報第の５欄には、「炉内に
は周囲炉壁よりも低温の被熱物（鋼材、溶融金属など）
が存在しているため、炉内空間での火炎発生と同時にこ
れら低温物体に放射伝熱され、火炎温度が低下し、この
面からもＮＯｘ発生レベルを低下させる効果が得られ
る」との記述があるが、カーボンブラックの製造におい
ては極力高温で原料炭化水素を燃焼させることが効率向
上の面から重要であるため、火炎温度が低下することは
カーボンブラックの製造方法においては好ましくないと
考えられていた。In the fifth column of the above-mentioned publication, there is a description that "heated material (steel material, molten metal, etc.) having a lower temperature than the surrounding furnace wall in the furnace.
Exists, the radiant heat is transferred to these low-temperature objects at the same time as the flame is generated in the furnace space, the flame temperature is reduced, and the effect of lowering the NOx generation level is also obtained from this aspect. " However, in the production of carbon black, it is considered that burning the raw material hydrocarbons at as high a temperature as possible is important from the aspect of improving efficiency. Was.
【００２３】また、上記の公報に記載されている様な炉
内直接噴射法においては、そもそも火炎温度を低下させ
てＮＯｘ発生を抑えることは記載されてはいるが、高温
空気燃焼についての記載は全く見受けられず、炉内の燃
焼温度についても、その実施例を見る限りにおいて１５
００℃程度と低く、従来より知られている様な燃料の自
己着火温度（例えば天然ガスを燃料に使用した際は９０
０℃程度）以上〜１５００℃程度と低い温度しか再現で
きていない。Further, in the in-furnace direct injection method as described in the above-mentioned publication, although it is described to lower the flame temperature to suppress the generation of NOx in the first place, the description of high-temperature air combustion is described. It was not observed at all, and the combustion temperature in the furnace was 15
As low as about 00 ° C., the self-ignition temperature of fuel as conventionally known (for example, 90 ° C. when natural gas is used as fuel)
Only a temperature as low as about 0 ° C. or more and about 1500 ° C. can be reproduced.
【００２４】上記の問題を解決するため、炉内燃料直接
噴射法において、燃焼用空気の温度を燃料の自己着火温
度以上にするため、空気を炉内に供給する前に予め蓄熱
体に蓄えられた熱により空気を予熱する、所謂リジェネ
レイティブバーナーとの組合せも提案されている。In order to solve the above problem, in the in-furnace fuel direct injection method, in order to make the temperature of the combustion air higher than the self-ignition temperature of the fuel, the air is stored in a heat storage body before the air is supplied into the furnace. A combination with a so-called regenerative burner in which air is preheated by generated heat has also been proposed.
【００２５】しかしながら、上記の様な方法、つまり吸
気切り替えによる燃焼方法では、前述の様に、局所的な
燃焼ガスの温度が時間的に変化する。従って、斯かる方
法をカーボンブラック製造炉に適用した際には、安定し
た品質のカーボンブラック製造が困難となる場合があ
る。However, in the above-described method, that is, in the combustion method by switching the intake air, the local temperature of the combustion gas temporally changes as described above. Therefore, when such a method is applied to a carbon black production furnace, it may be difficult to produce carbon black of stable quality.
【００２６】一方、反応炉に酸素含有ガスと燃料とを独
立に供給するカーボンブラックの製造方法は、特公昭３
１−２１６７号公報に記載されている。しかしながら、
同公報は、高価なガス状原料炭化水素を原料とするカー
ボンブラック（ガスブラック）の製造炉（反応炉）を改
造し、安価な原料である液状炭化水素を使用したカーボ
ンブラック（オイルブラック）の製造方法であって、反
応炉やこれを構成する炉壁耐火物を損傷させることな
く、極力高温であり、空気比１付近で且つ排出ＮＯｘレ
ベルを抑えたカーボンブラックの製造方法に関しては全
く記載がない。また、同公報に記載の燃焼方法では、酸
素含有ガスと燃料の供給口の距離が近いために、炉内燃
料直接噴射法の最大の特徴である自己排ガス再循環効果
は生じない。On the other hand, a method for producing carbon black for independently supplying an oxygen-containing gas and a fuel to a reactor is disclosed in
No. 1-22167. However,
This publication discloses that a production furnace (reaction furnace) for carbon black (gas black) using expensive gaseous raw material hydrocarbons as a raw material is remodeled, and carbon black (oil black) using liquid hydrocarbons, which is an inexpensive raw material, is produced. There is no description about a method for producing carbon black, which is a high temperature as much as possible, has an air ratio of about 1 and suppresses the emission NOx level without damaging a reactor or a furnace wall refractory constituting the reactor. Absent. Further, in the combustion method described in the publication, since the distance between the oxygen-containing gas and the fuel supply port is short, the self-exhaust gas recirculation effect, which is the greatest feature of the in-furnace fuel direct injection method, does not occur.
【００２７】[0027]
【発明が解決しようとする課題】上述の様に、より小粒
子径で凝集体径のシャープなカーボンブラックを効率よ
く製造するに当たり、燃焼部における反応炉壁構築耐火
物の損傷を抑え、極力高温で且つ空気比１付近で燃料を
完全燃焼させ、しかも、排出ＮＯｘをも抑えたカーボン
ブラックの製造装置および製造方法を開発することが課
題となっていた。As described above, in order to efficiently produce carbon black having a smaller particle diameter and a sharp aggregate diameter, damage to the refractory material constituting the reactor wall in the combustion section is suppressed, and It has been an issue to develop a carbon black manufacturing apparatus and method that completely burns the fuel at an air ratio of about 1 and suppresses the emission NOx.
【００２８】[0028]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、カーボン
ブラックの製造に最適な燃焼部の炉内構造を種々検討し
た結果、第１反応帯域において空気供給口と燃料供給口
を距離を隔てて独立して配置し、且つ炉内に同じ方向に
開口させる構造とし、前記空気供給口と燃料供給口か
ら、燃焼用空気と燃料をそれぞれ独立して炉内に噴出さ
せて燃焼させることによって、第１反応帯域における燃
焼温度温度を下げずに温度分布ムラのみを抑制されるこ
と、つまり、燃焼のピーク温度を下げて第１反応帯域の
燃焼状態分布の平滑化が促進され、反応炉内の構築耐火
物を損傷させることなく、しかも、２０００℃以上の高
温で且つ空気比１付近で、更に低ＮＯｘで安定的に完全
燃焼させることが出来るとの知見を得た。また、前記空
気供給口内に別の燃料供給口を内蔵させる構造とし、前
記燃料供給口から供給する燃料と空気供給口内の燃料供
給口から供給する燃料の割合を制御することにより、燃
焼状態が制御できるとの知見を得た。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have studied various structures in the furnace of the combustion section most suitable for the production of carbon black. As a result, the air supply port and the fuel supply port were separated from each other in the first reaction zone. And independently arranged in the furnace and opened in the same direction in the furnace, by burning the combustion air and fuel from the air supply port and the fuel supply port independently into the furnace and burning. Suppressing only the temperature distribution unevenness without lowering the combustion temperature in the first reaction zone, that is, lowering the peak combustion temperature to promote smoothing of the combustion state distribution in the first reaction zone, It has been found that complete combustion can be performed stably at a high temperature of 2000 ° C. or higher and at an air ratio of about 1 with low NOx without damaging the refractory. Further, a structure in which another fuel supply port is incorporated in the air supply port, and by controlling the ratio of fuel supplied from the fuel supply port and fuel supplied from the fuel supply port in the air supply port, the combustion state is controlled. I got the knowledge that I can do it.
【００２９】本発明に係るカーボンブラックの製造装置
および方法は、その燃焼部の燃焼方法に高温空気燃焼法
と燃料炉内直接噴射法の両者の長所を同時に取り入れ、
リジェネレイティブバーナー等の切替式の装置を使用す
ることなく、空気と燃料の炉内への独立供給のみで、燃
焼用空気が燃料と出会う前に、その空気の温度を燃料の
自己着火温度以上で且つかつ酸素濃度を低減させる、い
わゆる高温空気燃焼を可能にしたものであり、それらの
要旨は次の（１）〜（４）に記載の通りである。The apparatus and method for producing carbon black according to the present invention incorporates the advantages of both the high-temperature air combustion method and the direct injection method in the fuel furnace into the combustion method of the combustion portion thereof.
Without the use of regenerative burners or other switchable devices, the air and fuel are supplied independently into the furnace, and the temperature of the air exceeds the self-ignition temperature of the fuel before the combustion air meets the fuel. In addition, the present invention enables so-called high-temperature air combustion to reduce the oxygen concentration, and the gist thereof is as described in the following (1) to (4).
【００３０】（１）反応炉内に酸素含有ガスと燃料とを
供給し且つ燃焼させて燃焼ガス流を形成させる第１反応
帯域と、第１反応帯域の下流にあり、燃焼ガス流に原料
炭化水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料
炭化水素を反応させてカーボンブラックを生成させる第
２反応帯域と、第２反応帯域の下流にあり且つ反応を停
止させる第３反応帯域とを有するカーボンブラック製造
装置であって、第１反応帯域において燃料供給口と酸素
含有ガス供給口とが各々独立に距離を隔てて反応炉の同
一側に開口していることを特徴とするカーボンブラック
製造装置。(1) A first reaction zone in which an oxygen-containing gas and a fuel are supplied into a reaction furnace and burned to form a combustion gas flow; A second reaction zone having a source hydrocarbon supply port for supplying hydrogen and reacting the source hydrocarbon to produce carbon black; and a third reaction zone downstream of the second reaction zone and stopping the reaction. An apparatus for producing carbon black, characterized in that a fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port in the first reaction zone are independently open to the same side of the reactor at a distance. apparatus.
【００３１】（２）上記の製造装置を使用することを特
徴とするカーボンブラックの製造方法。(2) A method for producing carbon black, comprising using the production apparatus described above.
【００３２】（３）反応炉内に酸素含有ガスと燃料とを
供給し且つ燃焼させて燃焼ガス流を形成させる第１反応
帯域と、第１反応帯域の下流にあり、燃焼ガス流に原料
炭化水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料
炭化水素を反応させてカーボンブラックを生成させる第
２反応帯域と、第２反応帯域の下流にあり且つ反応を停
止させる第３反応帯域とを有するカーボンブラック製造
装置を使用し、第１反応帯域において高温空気燃焼によ
って燃焼ガス流を形成することを特徴とするカーボンブ
ラックの製造方法。(3) A first reaction zone in which an oxygen-containing gas and a fuel are supplied into the reaction furnace and burned to form a combustion gas flow, and a first reaction zone downstream of the first reaction zone. A second reaction zone having a source hydrocarbon supply port for supplying hydrogen and reacting the source hydrocarbon to produce carbon black; and a third reaction zone downstream of the second reaction zone and stopping the reaction. A method for producing carbon black, characterized in that a combustion gas stream is formed by high-temperature air combustion in a first reaction zone using a carbon black producing apparatus having the same.
【００３３】（４）各々独立に距離を隔てて且つ好まし
くは同一側に開口した燃料供給口および酸素含有ガス供
給口より燃料と酸素含有ガスとを反応炉内に供給し且つ
燃焼させて燃焼ガス流を形成させる第１反応帯域と、第
１反応帯域の下流にあり、燃焼ガス流に原料炭化水素を
供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料炭化水素を
反応させてカーボンブラックを生成させる第２反応帯域
と、第２反応帯域の下流にあり且つ反応を停止させる第
３反応帯域とを有するカーボンブラック製造装置を使用
し、第１反応帯域の平均温度を燃料の着火温度以上とし
且つ酸素含有ガス供給流と反応炉壁面との間に再循環流
を形成しながら燃焼させることを特徴とするカーボンブ
ラックの製造方法。(4) Fuel and oxygen-containing gas are supplied into the reactor from the fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port which are independently and preferably separated from each other and open on the same side. A first reaction zone for forming a stream, and a source hydrocarbon feed port downstream of the first reaction zone for supplying the source gas to the combustion gas stream and reacting the source hydrocarbon to produce carbon black. Using a carbon black producing apparatus having a second reaction zone and a third reaction zone downstream of the second reaction zone and stopping the reaction, the average temperature of the first reaction zone is set to the ignition temperature of the fuel or higher, and oxygen A method for producing carbon black, characterized in that combustion is carried out while forming a recirculation flow between a gas supply flow and a reactor wall.
【００３４】また、本発明者らは、燃焼部の炉内構造を
種々検討した結果、炉内に空気供給口と燃料供給口を距
離を隔てて独立して配置し且つ炉内に同じ方向に開口さ
せる構造とし、前記空気供給口と燃料供給口から、燃焼
用空気と燃料をそれぞれ独立して炉内に噴出させて燃焼
させる炉内燃料直接噴射法を改良することによって、切
替式のリジェネレイティブバーナーを使用せず炉内に高
温空気燃焼を起こさせることが出来るとの知見を得た。
また、前記空気供給口内に別の燃料供給口を内蔵させる
構造とし、前記燃料供給口から供給する燃料と空気供給
口内の燃料供給口から供給する燃料の割合を制御するこ
とにより、燃焼状態が制御できるとの知見を得た。As a result of various studies on the internal structure of the furnace of the combustion section, the present inventors have found that the air supply port and the fuel supply port are independently disposed at a distance from each other in the furnace, and that the air supply port and the fuel supply port are arranged in the furnace in the same direction. A switchable regenerator by improving the in-furnace fuel direct injection method in which combustion air and fuel are independently injected from the air supply port and the fuel supply port into the furnace and burned from the air supply port and the fuel supply port, respectively. It has been found that high-temperature air combustion can be caused in a furnace without using a tib burner.
Further, a structure in which another fuel supply port is incorporated in the air supply port, and by controlling the ratio of fuel supplied from the fuel supply port and fuel supplied from the fuel supply port in the air supply port, the combustion state is controlled. I got the knowledge that I can do it.
【００３５】本発明の炉内燃焼装置および炉内燃焼方法
は、高温空気燃焼法と燃料炉内直接噴射法の両者の長所
を同時に取り入れ、リジェネレイティブバーナー等の切
替式の装置を使用することなく、空気と燃料の炉内への
独立供給のみで、燃焼用空気が燃料と出会う前に、その
空気の温度を燃料の自己着火温度以上で且つかつ酸素濃
度を低減させる、いわゆる高温空気燃焼を可能にしたも
のであり、それらの要旨は次の（５）〜（８）に記載の
通りである。The in-furnace combustion apparatus and the in-furnace combustion method of the present invention incorporate the advantages of both the high-temperature air combustion method and the direct injection method in the fuel furnace, and use a switchable apparatus such as a regenerative burner. In other words, the so-called high-temperature air combustion, in which the temperature of the air is equal to or higher than the self-ignition temperature of the fuel and the oxygen concentration is reduced before the combustion air meets the fuel only by independent supply of air and fuel into the furnace. This has been made possible, and the gist thereof is as described in the following (5) to (8).
【００３６】（５）燃料供給口と酸素含有ガス供給口と
を各々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、
（ｉ）酸素含有ガス供給口形状が非円形状か、または、
（ii）酸素含有ガス供給口の開口径（ＤＬ）と酸素含有
ガス供給口と反応炉内炉壁との最短距離（Ｄｗ）との関
係がＤｗ＜１．５ＤＬであり、燃料および酸素含有ガス
を連続して供給し、燃料供給口から供給される燃料流の
中心線と酸素含有ガス供給口から供給される酸素含有ガ
ス流の中心線との交点から酸素含有ガス供給口先端まで
の距離が、酸素含有ガス供給口の開口径の２倍以上であ
ることを特徴とする炉内燃焼装置。(5) Opening the fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port independently on the same side in the furnace at a distance from each other,
(I) the shape of the oxygen-containing gas supply port is non-circular, or
(Ii) The relationship between the opening diameter (DL) of the oxygen-containing gas supply port and the shortest distance (Dw) between the oxygen-containing gas supply port and the reactor inner wall is Dw <1.5DL, and the fuel and oxygen-containing gas Are continuously supplied, and the distance from the intersection of the center line of the fuel flow supplied from the fuel supply port and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is An in-furnace combustion apparatus, wherein the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port is twice or more.
【００３７】（６）上記の炉内燃焼装置を使用すること
を特徴とする炉内燃焼方法。(6) An in-furnace combustion method using the in-furnace combustion apparatus described above.
【００３８】（７）燃料供給口と酸素含有ガス供給口と
を各々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、燃
料および酸素含有ガスを連続して供給し、燃料供給口か
ら供給される燃料流の中心線と酸素含有ガス供給口から
供給される酸素含有ガス流の中心線との交点から酸素含
有ガス供給口先端までの距離が、酸素含有ガス供給口の
開口径の２倍以上である炉内燃焼装置を使用し、酸素含
有ガス流の流速を５５ｍ／ｓ以上にすることを特徴とす
る炉内燃焼方法。(7) The fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port are independently opened on the same side of the furnace at a distance from each other, and the fuel and the oxygen-containing gas are continuously supplied and supplied from the fuel supply port. The distance from the intersection of the center line of the fuel flow to be supplied and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is twice the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port. An in-furnace combustion method using the in-furnace combustion apparatus described above, wherein the flow rate of the oxygen-containing gas stream is set to 55 m / s or more.
【００３９】（８）燃料供給口と酸素含有ガス供給口と
を各々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、燃
料および酸素含有ガスを連続して供給し、燃料供給口か
ら供給される燃料流の中心線と酸素含有ガス供給口から
供給される酸素含有ガス流の中心線との交点から酸素含
有ガス供給口先端までの距離が、酸素含有ガス供給口の
開口径の２倍以上である炉内燃焼装置を使用し、平均燃
焼温度を１６００℃以上にすることを特徴とする炉内燃
焼方法。(8) The fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port are independently opened on the same side of the furnace at a distance from each other, and the fuel and the oxygen-containing gas are continuously supplied and supplied from the fuel supply port. The distance from the intersection of the center line of the fuel flow to be supplied and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is twice the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port. An in-furnace combustion method characterized by using the above-described in-furnace combustion apparatus and setting the average combustion temperature to 1600 ° C. or higher.
【００４０】[0040]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明に係るカーボンブラックの製造装置および
方法について説明する。図１は本発明に係るカーボンブ
ラック製造装置の一例の全体概略断面図、図２は酸素含
有ガス導入用ノズルと燃料導入ノズルの配置説明図、図
３は、本発明に係るカーボンブラックの一例の部分概略
断面図、図４は、本発明に係るカーボンブラックの他の
一例の部分概略断面図（及び後述する本発明に係る炉内
燃焼装置の一例の部分概略断面図）である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, an apparatus and a method for producing carbon black according to the present invention will be described. FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of one example of a carbon black producing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of the arrangement of an oxygen-containing gas introduction nozzle and a fuel introduction nozzle, and FIG. 3 is an example of the carbon black according to the present invention. FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of another example of the carbon black according to the present invention (and a partial schematic cross-sectional view of an example of an in-furnace combustion device according to the present invention described later).
【００４１】本発明に係るーボンブラックの製造装置
は、第１反応帯域、第２反応帯域および第３反応帯域を
有するカーボンブラック製造装置であって、原料炭化水
素を導入することによりカーボンブラックを製造する、
いわゆるファーネス法に関するものである。The apparatus for producing carbon black according to the present invention is a carbon black producing apparatus having a first reaction zone, a second reaction zone, and a third reaction zone, wherein carbon black is introduced by introducing a raw material hydrocarbon. Manufacture,
It relates to the so-called furnace method.
【００４２】本発明のカーボンブラック製造装置（反応
炉）は、燃焼ガス流を形成させる第１反応帯域（１）、
第１反応帯域（１）で形成された燃焼ガス流方向（以
下、「軸方向」ということがある。）の下流にあって、
そこで形成された燃焼ガス流に原料炭化水素を供給し、
反応させてカーボンブラックを生成させる第２反応帯域
（２）、更に、第２反応帯域の下流にあって該反応を停
止させる第３反応帯域（３）をこの順に有する。The apparatus (reactor) for producing carbon black of the present invention comprises a first reaction zone (1) for forming a combustion gas flow,
Downstream of the combustion gas flow direction (hereinafter, sometimes referred to as "axial direction") formed in the first reaction zone (1),
The raw material hydrocarbon is supplied to the combustion gas stream formed there,
A second reaction zone (2) for producing carbon black by reacting, and a third reaction zone (3) downstream of the second reaction zone for stopping the reaction are provided in this order.
【００４３】［第１反応帯域について］第１反応帯域
（１）では、一般に燃料供給口（５）から燃料炭化水素
を、酸素含有ガス供給口（６）から酸素含有ガスを供給
し、これらを燃焼させることで高温の燃焼ガス流を反応
炉の下流に向かって発生させる。酸素含有ガスとしては
空気、酸素ガスまたはこれらに窒素ガス等の不燃性ガス
を任意の割合で混合したガスを使用することが出来、入
手のし易さ等の理由から空気が好ましい。また、特に燃
焼温度を上げるため、空気に酸素を富化した酸素富化空
気を使用する場合もある。特に高温燃焼におけるＮＯｘ
の発生を抑えるためには、純酸素を使用してもよい。一
方、安定した高温空気燃焼を維持するため、後述する様
に酸素含有ガス供給口に燃料供給口を設け、酸素含有ガ
スの一部を通常燃焼させることにより、酸素含有ガスの
温度を上げ且つ酸素濃度を低下させてもよい。燃料炭化
水素としては、水素、一酸化炭素、天然ガス、石油ガス
等の燃料ガス、重油などの石油系液体燃料、クレオソー
ト油などの石炭系液体燃料を使用することが出来る。中
でも、本発明で使用する燃料炭化水素としては燃料ガス
が好ましい。[First Reaction Zone] In the first reaction zone (1), generally, a fuel hydrocarbon is supplied from a fuel supply port (5) and an oxygen-containing gas is supplied from an oxygen-containing gas supply port (6). The combustion produces a hot combustion gas stream downstream of the reactor. As the oxygen-containing gas, air, oxygen gas, or a gas obtained by mixing a nonflammable gas such as nitrogen gas with these at an arbitrary ratio can be used, and air is preferable from the viewpoint of easy availability. In addition, oxygen-enriched air in which air is enriched with oxygen is used in some cases to increase the combustion temperature. NOx especially in high temperature combustion
In order to suppress the generation of, pure oxygen may be used. On the other hand, in order to maintain stable high-temperature air combustion, a fuel supply port is provided in the oxygen-containing gas supply port as described later, and a part of the oxygen-containing gas is normally burned to raise the temperature of the oxygen-containing gas and increase the oxygen content. The concentration may be reduced. As the fuel hydrocarbon, hydrogen, carbon monoxide, natural gas, fuel gas such as petroleum gas, petroleum liquid fuel such as heavy oil, and coal liquid fuel such as creosote oil can be used. Among them, fuel gas is preferable as the fuel hydrocarbon used in the present invention.
【００４４】燃料供給口（５）及び酸素含有ガス供給口
（６）は、各々独立に距離を隔てて反応炉の同一側に開
口している。反応炉内に開口している各供給口の形状は
任意であり、略円形、楕円状、三角・四角状などの多角
形状やひょうたん型などの不定形であってもよい。本発
明者らの知見によれば、円形よりも、長円径や長方形の
様に長径と短径を持つ形状の方が、酸素含有ガスの加熱
や希釈の速度がより速まる。従って、燃料供給口（５）
としては、楕円状や略円形が好ましく、酸素含有ガス供
給口（６）としては、スリット状などの長方形状が好ま
しく、これらを組み合わせるのが特に好ましい。The fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) are each independently opened at a distance on the same side of the reactor. The shape of each supply port opened in the reactor is arbitrary, and may be a polygonal shape such as a substantially circular shape, an elliptical shape, a triangular shape or a square shape, or an irregular shape such as a gourd shape. According to the findings of the present inventors, the heating or dilution rate of the oxygen-containing gas is higher in a shape having a major axis and a minor axis such as an oblong diameter and a rectangle than in a circular shape. Therefore, the fuel supply port (5)
Is preferably an elliptical shape or a substantially circular shape, and the oxygen-containing gas supply port (6) is preferably a rectangular shape such as a slit shape, and it is particularly preferable to combine them.
【００４５】燃料供給口（５）と酸素含有ガス供給口
（６）の配置は、各々独立に距離を隔てて反応炉の同一
側に開口していれば任意である。燃料の負荷やバーナー
本数などの炉設計条件により、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示
す様ないろいろな配置を採ることが出来るが、特に、図
２（Ｄ）の様に、各々の供給口を反応炉の軸方向断面の
中心を円心とする同一または同心円周上に、周方向に交
互に配置するならば、炉内燃焼状態がより均一となるの
で好ましい。この際に、酸素ガス供給口（６）の形状が
長径および短径を持つ様な場合には、長径から延びた直
線が円の中心を通る様に配置するのが好ましい（図２
（Ｅ）参照）。また、何れの供給口も、その開口端部が
反応炉内の壁面と略同一平面上にあっても、突出してい
てもよいが好ましくは略同一平面上がよい。The arrangement of the fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) is arbitrary as long as they open independently on the same side of the reactor at a distance. Depending on the furnace design conditions such as the fuel load and the number of burners, various arrangements as shown in FIGS. 2A to 2E can be adopted. In particular, as shown in FIG. It is preferable to arrange the ports alternately in the circumferential direction on the same or concentric circles whose center is the center of the axial cross section of the reactor because the combustion state in the furnace becomes more uniform. At this time, when the shape of the oxygen gas supply port (6) has a major axis and a minor axis, it is preferable that the oxygen gas supply port (6) is arranged so that a straight line extending from the major axis passes through the center of the circle (FIG. 2).
(E)). Further, the opening end of each supply port may be substantially coplanar with or protruded from the wall surface in the reactor, but is preferably substantially coplanar.
【００４６】燃料供給口（５）及び酸素含有ガス供給口
（６）の各々の開口径ＤｆとＤａは任意であるが、燃焼
の負荷とバーナーの本数などを考慮し、燃料および酸素
含有ガスの出口流速が後述する所定の流速となる様に決
定する。ただし、それぞれの供給口の形状が円でない場
合は、それぞれの形状の最長径を開口径とする。Although the opening diameters Df and Da of the fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) are arbitrary, considering the load of combustion and the number of burners, etc. The outlet flow rate is determined so as to be a predetermined flow rate described later. However, when the shape of each supply port is not a circle, the longest diameter of each shape is defined as the opening diameter.
【００４７】燃料供給口（５）及び酸素含有ガス供給口
（６）の距離、角度、流速などは大変重要である。これ
らの要素を後述する範囲に調整することにより、「少な
くとも燃焼反応直前には通常の空気よりもはるかに酸素
濃度が低く且つその酸素濃度における混合気の燃焼安定
限界温度以上の高温希釈空気あるいはそれに相当する酸
化剤で十分に低速な酸化発熱反応下に拡散燃焼させる」
という高温空気燃焼の要件を満たすことが出来るのであ
る。The distance, angle, flow rate, etc. of the fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) are very important. By adjusting these factors to the ranges described below, `` at least immediately before the combustion reaction, the oxygen concentration is much lower than that of ordinary air, and the high-temperature dilution air or higher than the combustion stability limit temperature of the air-fuel mixture at the oxygen concentration. Diffusion combustion with a sufficiently slow oxidative exothermic reaction with a corresponding oxidant. ''
That is, the requirement of high-temperature air combustion can be satisfied.
【００４８】図３及び図４に示す、燃料供給口（５）及
び酸素含有ガス供給口（６）の距離（両開口部の中心間
距離）Ｄｘは、Ｄｘ≧Ｄａとすることが好ましい。Ｄｘ
が上記の範囲未満では、酸素含有ガスが炉内に供給され
てから燃料と混合するまでの時間が短く、高温空気燃焼
の要件を満たさない場合があるからである。The distance Dx between the fuel supply port 5 and the oxygen-containing gas supply port 6 shown in FIGS. 3 and 4 (the distance between the centers of both the openings) is preferably Dx ≧ Da. Dx
If the oxygen content is less than the above range, the time from when the oxygen-containing gas is supplied into the furnace to when it is mixed with the fuel is short, and the requirement for high-temperature air combustion may not be satisfied.
【００４９】酸素含有ガス供給口（６）の開口径Ｄａと
反応炉内の炉壁との最短距離Ｄｗは、燃焼ガス流と炉壁
との間に再循環ガス流を生じ易くなるという観点から、
Ｄｗ≧１．５Ｄａとなる様に配置することが好ましい。
しかしながら、炉壁材質としてマグネシア系耐火物また
はクロミアマグネシア系耐火物などの還元雰囲気におい
て強度や耐摩耗性が低下する耐火物などを使用する、カ
ーボンブラック製造炉等において場合には、耐火物保護
の観点からＤｗをＤｗ＜１．５Ｄａとなる様に配置する
ことが好ましい。また、この場合、特に酸素含有ガス供
給口（６）の形状が長径（長辺）ＤＬと短径（短辺）と
の比が２：１以上の長方形または楕円形で且つ長径（長
辺）ＤＬに比べて短径（短辺）が炉壁に近接する様に、
また、酸素含有ガス供給口（６）と炉壁との距離を近づ
け、Ｄｗ＜１．５ＤＬとなる様に配置すると、壁面近傍
が酸化雰囲気となるので好ましい。この様な配置は、使
用する炉材、燃焼温度などの条件によって適宜決めれば
よい。The shortest distance Dw between the opening diameter Da of the oxygen-containing gas supply port (6) and the furnace wall in the reaction furnace is determined from the viewpoint that a recirculated gas flow is easily generated between the combustion gas flow and the furnace wall. ,
It is preferable to arrange them so that Dw ≧ 1.5 Da.
However, in the case of a carbon black manufacturing furnace, etc., where the refractory whose strength and wear resistance decrease in a reducing atmosphere such as magnesia-based refractory or chromia-magnesia-based refractory is used as the furnace wall material, the refractory protection is From the viewpoint, it is preferable to arrange Dw such that Dw <1.5 Da. In this case, in particular, the shape of the oxygen-containing gas supply port (6) is a rectangle or ellipse having a ratio of the major axis (long side) DL to the minor axis (short side) of 2: 1 or more and the major axis (long side). As the short diameter (short side) is closer to the furnace wall compared to DL,
In addition, it is preferable that the distance between the oxygen-containing gas supply port (6) and the furnace wall be reduced so as to satisfy Dw <1.5DL, since the vicinity of the wall surface becomes an oxidizing atmosphere. Such an arrangement may be appropriately determined depending on conditions such as a furnace material to be used and a combustion temperature.
【００５０】燃料供給口（５）及び酸素含有ガス供給口
（６）から反応炉内に供給される燃料流および酸素含有
ガス流は、各々の開口端部から、各供給口が配置されて
いる炉壁面に対して任意の角度で供給してよいが、好ま
しくは略垂直となる様に、更には、供給される燃料およ
び／または酸素含有ガスが開口端部から流の中心から略
同心円状に拡散する様に供給するのが好ましい（図３参
照）。The fuel flow and the oxygen-containing gas flow supplied from the fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) into the reaction furnace are arranged from the respective open ends. The fuel and / or oxygen-containing gas to be supplied may be supplied at an arbitrary angle with respect to the wall of the furnace, preferably in a substantially concentric manner from the center of the flow from the open end so as to be substantially vertical. It is preferable to supply them in a diffused manner (see FIG. 3).
【００５１】上記の場合、燃料が酸素含有ガスと衝突す
る迄の距離Ｌｆと燃料供給口（５）の開口径Ｄｆとは、
Ｌｆ≧３０Ｄｆ、特にＬｆ≧３５Ｄｆの関係にあるのが
好ましい。この様にすることにより、燃料が酸素含有ガ
スと出会う前に、炉内の燃焼ガスによってより燃焼し易
い燃料に改質されるので好ましい。ただし、余りＬｆが
大き過ぎると、炉内において燃焼が行われない場合があ
るため、Ｌｆ≦１００Ｄｆがよい。このさい、一般的に
燃料供給口（５）は非常に小さく、燃料流の拡散は酸素
含有ガスの拡散に比べて無視できるため、Ｌｆは燃料流
中心線に沿った距離で考えてよい。なお、燃料と衝突す
る際の酸素含有ガスが存在する範囲は、酸素含有ガスの
噴流の中心線に垂直な面内において、中心軸方向の流速
が中心軸の流速の５％となる範囲を指す。In the above case, the distance Lf until the fuel collides with the oxygen-containing gas and the opening diameter Df of the fuel supply port (5) are:
It is preferable that Lf ≧ 30Df, especially Lf ≧ 35Df. This is preferable because the fuel is reformed into a more easily combustible fuel by the combustion gas in the furnace before the fuel encounters the oxygen-containing gas. However, if the remainder Lf is too large, combustion may not be performed in the furnace, so that Lf ≦ 100Df is preferred. At this time, since the fuel supply port (5) is generally very small and the diffusion of the fuel flow is negligible compared to the diffusion of the oxygen-containing gas, Lf may be considered as a distance along the center line of the fuel flow. The range in which the oxygen-containing gas is present when colliding with the fuel refers to a range in which the flow velocity in the direction of the central axis is 5% of the velocity of the central axis in a plane perpendicular to the center line of the jet of the oxygen-containing gas. .
【００５２】燃料流と酸素含有ガス流とが反応炉内で接
触・混合する場合においては、各々の流れの中心線の交
点から酸素含有ガス供給口（６）の先端までの距離Ｌａ
と、酸素含有ガス供給口（６）の開口径Ｄａとが、Ｌａ
≧２Ｄａの関係、特にＬａ≧３Ｄａの関係にあるのが好
ましい（図４参照）。こうすることにより、「少なくと
も燃焼反応直前には通常の空気よりも遥かに酸素濃度が
低く且つその酸素濃度における混合気の燃焼安定限界温
度以上の高温希釈空気あるいはそれに相当する酸化剤で
十分に低速な酸化発熱反応下に拡散燃焼させる」という
高温空気燃焼の要件を満たすことが出来る。ただし、余
りＬｆが大き過ぎると、炉内において燃焼が行われない
場合があるため、Ｌａ≦１０Ｄａがよい。In the case where the fuel flow and the oxygen-containing gas flow contact and mix in the reactor, the distance La from the intersection of the center lines of the respective flows to the tip of the oxygen-containing gas supply port (6).
And the opening diameter Da of the oxygen-containing gas supply port (6) is La.
It is preferable that a relationship of ≧ 2 Da, especially a relationship of La ≧ 3 Da (see FIG. 4). By doing so, "at least immediately before the combustion reaction, the oxygen concentration is much lower than that of ordinary air, and the high-speed dilution air having an oxygen concentration higher than the combustion stability limit temperature of the air-fuel mixture or an oxidizing agent corresponding thereto has a sufficiently low speed. It is possible to satisfy the requirement of high-temperature air combustion that "diffusive combustion occurs under an oxidative heat generation reaction". However, if Lf is too large, combustion may not be performed in the furnace, so that La ≦ 10 Da is preferable.
【００５３】また、本発明の要件を満たす範囲において
は、例えば酸素含有ガス供給口（６）中に更に燃料供給
口（５）を設けてもよい。これは、炉の立ち上げ時な
ど、炉内の温度が低温で十分な高温空気燃焼が起こらな
い条件の場合、または、高温であっても炉内の燃焼温度
などを制御したい場合などに、この酸素含有ガス供給口
（６）中に設置された燃料供給口（５）から燃料を供給
し、局所的に高温空気燃焼ではない、通常燃焼を起こさ
せることにより、炉内の燃焼状態を制御し、より安定な
操業を行うことが出来るからである。Further, within a range satisfying the requirements of the present invention, for example, a fuel supply port (5) may be further provided in the oxygen-containing gas supply port (6). This can be done under conditions where the temperature inside the furnace is low and sufficient high-temperature air combustion does not occur, such as when starting the furnace, or when it is desired to control the combustion temperature inside the furnace even when the temperature is high. Fuel is supplied from a fuel supply port (5) provided in an oxygen-containing gas supply port (6), and a normal combustion, not a high-temperature air combustion, is caused locally to control a combustion state in the furnace. This is because a more stable operation can be performed.
【００５４】反応炉内に供給される酸素含有ガス流およ
び燃料流の流速は適宜選択すると共に反応炉内の温度変
化などに応じて調整すればよいが、炉内ガスによる燃焼
改質および高温空気燃焼の観点から、燃料流の流速は好
ましくは８０〜２００ｍ／ｓ、また、酸素含有ガス流の
流速は、通常３０〜２００ｍ／ｓ、好ましくは５５〜１
５０ｍ／ｓとされる。また、炉内の燃焼温度も重要で、
少なくとも１６００℃以上、好ましくは１８００℃以
上、更には２０００℃以上とするのが好ましい。この様
な高温での燃焼は従来一般的に使用されているアルミナ
系耐火物などの材料では耐熱的に問題がある場合あり、
その様な場合はマグネシア系耐火物またはクロミアマグ
ネシア系耐火物などのより耐火温度の高い材料で炉を構
成すればよい。The flow rates of the oxygen-containing gas stream and the fuel stream supplied into the reaction furnace may be appropriately selected and adjusted according to the temperature change in the reaction furnace. From the viewpoint of combustion, the flow rate of the fuel stream is preferably 80 to 200 m / s, and the flow rate of the oxygen-containing gas stream is usually 30 to 200 m / s, preferably 55 to 1 m / s.
50 m / s. The combustion temperature inside the furnace is also important,
It is preferably at least 1600 ° C. or higher, preferably 1800 ° C. or higher, and more preferably 2000 ° C. or higher. Combustion at such a high temperature may have a problem in terms of heat resistance with materials such as alumina refractories which are conventionally generally used.
In such a case, the furnace may be made of a material having a higher refractory temperature such as a magnesia-based refractory or a chromia-magnesia-based refractory.
【００５５】上記の条件で燃料および酸素含有ガスを炉
内に供給すると、炉内燃料直接噴射法により、炉内に高
温空気燃焼の状態を作り出すことが出来る。高温空気燃
焼では、炉内において酸素含有ガスが少なくとも燃料と
接触する前に、炉内排ガスを巻き込んで、酸素含有ガス
の温度が燃料の自己着火温度以上、酸素濃度が十分に希
薄な状態（５％程度以下）にする必要がある。ここで、
燃焼反応直前の酸素含有ガスの実際の酸素濃度および温
度を測定する直接的な手段はないが、コンピュータを使
用した数値シミュレーション等の方法によって確認する
ことが出来る。When the fuel and the oxygen-containing gas are supplied into the furnace under the above conditions, a state of high-temperature air combustion can be created in the furnace by the in-furnace fuel direct injection method. In the high-temperature air combustion, before the oxygen-containing gas comes into contact with the fuel at least in the furnace, the exhaust gas in the furnace is involved, so that the temperature of the oxygen-containing gas is equal to or higher than the self-ignition temperature of the fuel and the oxygen concentration is sufficiently low (5). % Or less). here,
Although there is no direct means for measuring the actual oxygen concentration and temperature of the oxygen-containing gas immediately before the combustion reaction, it can be confirmed by a method such as numerical simulation using a computer.
【００５６】また、実際に高温空気燃焼が起こっている
か否かは、火炎中に緑色の発光スペクトル成分を出す炭
化水素燃料の燃焼反応中間生成物が青色の発光スペクト
ル成分の燃焼反応中間生成物に対する割合が急激に増加
して可視発光色中に多く認められる結果、緑色がかった
火炎が形成されことで確認することが出来る。この様な
場合は、少なくとも燃焼反応直前には通常の空気よりも
遥かに酸素濃度が低く、その酸素濃度における燃焼安定
限界温度以上に高温とされた所定の希釈空気と燃料とが
混合拡散されて十分に低速な酸化発熱反応下に拡散燃焼
（高温空気燃焼）を起こしていると推定できる。Whether or not high-temperature air combustion is actually occurring depends on whether the combustion reaction intermediate product of the hydrocarbon fuel which emits a green emission spectrum component in the flame is compared with the combustion reaction intermediate product of the blue emission spectrum component. As a result, the ratio is rapidly increased and is often observed in the visible light emission color. As a result, it can be confirmed that a greenish flame is formed. In such a case, at least immediately before the combustion reaction, the oxygen concentration is much lower than that of ordinary air, and the predetermined dilution air and the fuel whose temperature is higher than the combustion stability limit temperature at the oxygen concentration are mixed and diffused. It can be estimated that diffusion combustion (high-temperature air combustion) is occurring under a sufficiently low-speed oxidation exothermic reaction.
【００５７】また、カーボンブラック製造時の第１反応
帯域における平均温度は、得ようとする目的のカーボン
ブラックによって適宜調整すればよいが、好ましくは１
８００℃以上、更に好ましくは２０００℃以上とされ
る。これは、燃焼ガスの温度が高温である程にカーボン
ブラックの生産性が上がるからである。上限は高い程よ
いが、反応炉の材質による耐熱性を考慮の上決定すれば
よい。The average temperature in the first reaction zone during the production of carbon black may be appropriately adjusted depending on the desired carbon black to be obtained.
The temperature is 800 ° C. or higher, more preferably 2000 ° C. or higher. This is because the higher the temperature of the combustion gas, the higher the productivity of carbon black. The upper limit is preferably as high as possible, but may be determined in consideration of the heat resistance depending on the material of the reactor.
【００５８】また、最も燃焼反応が活発に行われている
第１反応帯域中心部と第１反応帯域出口部における燃焼
温度の差を２００℃以下、特に１００℃以下とし、炉壁
の最高使用温度付近で炉内の温度分布を小さく燃焼させ
ることにより、燃焼部における反応炉壁構築耐火物の損
傷を抑え、原料炭化水素供給位置における温度を極力高
温として且つ排出ＮＯｘをも抑えて効率的にカーボンブ
ラックを製造することが出来る。そのためには、第１反
応帯域にて形成される燃焼ガス流を、高温空気燃焼によ
って形成するのが好ましい。高温空気燃焼を行うために
は、前述の様な本発明の装置を使用して操作を行えばよ
い。高温空気燃焼によって燃焼ガスを形成することによ
り、上述した様な高温かつ燃焼温度差の小さい燃焼が行
え、効率的なカーボンブラックの製造が行えるのであ
る。The difference in combustion temperature between the center of the first reaction zone where the combustion reaction is most active and the outlet of the first reaction zone is 200 ° C. or less, particularly 100 ° C. or less. By reducing the temperature distribution inside the furnace in the vicinity, damage to the refractory building the reactor wall in the combustion section is suppressed, the temperature at the feed hydrocarbon feed position is made as high as possible, and the emission NOx is also suppressed to efficiently reduce carbon. Black can be manufactured. For this purpose, the combustion gas stream formed in the first reaction zone is preferably formed by high-temperature air combustion. In order to perform high-temperature air combustion, the operation may be performed using the apparatus of the present invention as described above. By forming the combustion gas by high-temperature air combustion, high-temperature combustion with a small difference in combustion temperature as described above can be performed, and efficient production of carbon black can be performed.
【００５９】本発明のカーボンブラック製造装置の様
に、第１反応帯域において燃料供給口（５）と酸素含有
ガス供給口（６）とが各々独立に距離を隔てて反応炉の
同一側に開口させることにより、燃料や酸素含有ガスが
反応炉内への自分自身の流入運動量により、お互いが接
触・反応して燃焼するより早く、炉内で生ずる再循環ガ
ス流と接触し、混合希釈かつ加熱される。この希釈によ
り、酸素含有ガスは、燃料と接触するより早く酸素濃度
が低下し、燃料の自己着火温度以上に加熱され、高温空
気燃焼を炉内に生じさせることが出来る。それにより、
燃焼のピーク温度のみが低下し、燃焼時の温度ムラが抑
制され、第１反応帯域全体の温度分布偏差が小さくな
る。また、それと同時に、安定的に燃焼することが可能
となり、酸素濃度が低下することによる燃焼の不安定性
化をも回避することが出来るため、安定した品質のカー
ボンブラックを効率よく製造することが出来るのであ
る。As in the carbon black producing apparatus of the present invention, in the first reaction zone, the fuel supply port (5) and the oxygen-containing gas supply port (6) open independently on the same side of the reactor at a distance. In this way, the fuel or oxygen-containing gas contacts the recirculated gas stream generated in the furnace earlier due to its own momentum flowing into the reaction furnace and contacts and reacts with each other and burns. Is done. This dilution causes the oxygen-containing gas to decrease in oxygen concentration faster than it comes into contact with the fuel, and is heated above the self-ignition temperature of the fuel, causing hot air combustion to occur in the furnace. Thereby,
Only the peak temperature of the combustion is reduced, the temperature unevenness during the combustion is suppressed, and the temperature distribution deviation of the entire first reaction zone is reduced. At the same time, it is possible to stably burn, and it is possible to avoid instability of combustion due to a decrease in oxygen concentration, so that carbon black of stable quality can be efficiently produced. It is.
【００６０】［第２反応帯域について］第２反応帯域で
は第１反応帯域で形成された燃焼ガス流に原料炭化水素
を原料炭化水素供給口（ノズル）から供給し、この原料
炭化水素を主に熱分解反応させることによってカーボン
ブラックを生成させる。[Regarding the second reaction zone] In the second reaction zone, the raw material hydrocarbon is supplied to the combustion gas stream formed in the first reaction zone from the raw material hydrocarbon supply port (nozzle), and this raw material hydrocarbon is mainly used. Carbon black is produced by a thermal decomposition reaction.
【００６１】第２反応帯域においては、大凡以下の過程
を経てカーボンブラックが生成すると考えられている。
即ち、反応炉内に供給された原料炭化水素は、先ず、気
化し、次いで、熱分解し炭化することにより、カーボン
ブラックとなる。この際、反応炉内の第２反応帯域にお
ける燃焼ガスの流速は、炉内断面積によって１００〜６
００［ｍ／ｓ］であり、噴霧などによって炉内に供給さ
れた原料炭化水素の液滴は、この流れのガスの運動およ
び熱エネルギーによって液状の原料炭化水素を霧化し、
チョーク部（４）に生ずるガス流の乱流による混合など
によって燃焼ガスの熱エネルギーを効率良くカーボンブ
ラック生成反応に利用するのである。カーボンブラック
は、原料炭化水素が燃焼ガス流と接触し熱分解した後、
縮合し、液滴へ凝集し、核となる前駆体が形成され一次
粒子が生成する。その後、この一次粒子の相互の衝突を
経て、融着炭化し生成すると考えられている。It is considered that carbon black is formed in the second reaction zone through the following process.
That is, the raw material hydrocarbon supplied into the reaction furnace is first vaporized, then thermally decomposed and carbonized to be carbon black. At this time, the flow rate of the combustion gas in the second reaction zone in the reactor is 100 to 6 depending on the sectional area in the furnace.
00 [m / s], and the droplets of the raw material hydrocarbon supplied into the furnace by spraying or the like atomize the liquid raw material hydrocarbon by the motion and thermal energy of the gas in this flow.
The heat energy of the combustion gas is efficiently used for the carbon black generation reaction by mixing the gas flow generated in the choke portion (4) by the turbulent flow. Carbon black is produced after the raw hydrocarbons come into contact with the combustion gas stream and pyrolyze,
It condenses, aggregates into droplets, forms a nucleus precursor, and produces primary particles. Thereafter, it is considered that the primary particles undergo fusion and carbonization through mutual collision to form.
【００６２】第２反応域の長さは、反応炉の大きさ、製
造するカーボンブラックの種類などによって適宜選択す
ればよい。第２反応帯域の形状は、任意であり、第１反
応帯域に引き続いて同様な径の反応炉であってもよい
が、一般的には図１に示す様な燃焼ガスの進行方向に向
かって径が減少する形状であり、後述する第３反応帯域
において径を拡大する前に、径の小さなチョーク部
（４）を有する構造となっている。The length of the second reaction zone may be appropriately selected depending on the size of the reaction furnace, the type of carbon black to be produced, and the like. The shape of the second reaction zone is arbitrary, and may be a reactor having the same diameter as that of the first reaction zone. It has a shape in which the diameter decreases, and has a structure in which a choke portion (4) having a small diameter is provided before the diameter is increased in a third reaction zone described later.
【００６３】チョーク部（４）の長さは、目的とするカ
ーボンブラックの粒子径などにより適宜選択することが
できる。一般に粒子径の大きいカーボンブラックを得る
場合ほど、大開口径、長いチョーク部（４）が必要であ
る。一般的な小粒子径（１２〜１３ｎｍ）のカーボンブ
ラックの場合は、チョーク部（４）の長さが最低５００
ｍｍ以上有れば充分であるが、２０ｎｍ程度のカーボン
ブラックの場合は、最低７００ｍｍ以上、好ましくは５
００ｍｍ〜３０００ｍｍである。この範囲とすることに
より、得られるカーボンブラックにおいては中心径に比
して１．３倍以上の大きな凝集体の含有率を特に小さく
することが出来る。なお、３０００ｍｍを超えても格別
の効果が得られるわけではないため、装置建設の経済上
は３０００ｍｍ以下の長さとすればよい。The length of the choke (4) can be appropriately selected depending on the intended particle size of carbon black and the like. In general, a carbon black having a larger particle size requires a larger opening diameter and a longer choke portion (4). In the case of carbon black having a general small particle diameter (12 to 13 nm), the length of the choke (4) is at least 500.
mm or more is sufficient, but in the case of carbon black of about 20 nm, at least 700 mm or more, preferably 5 mm or more.
It is from 00 mm to 3000 mm. By setting the content within this range, the content of aggregates which are 1.3 times or more larger than the center diameter of the obtained carbon black can be particularly reduced. Note that a special effect is not necessarily obtained even if the length exceeds 3000 mm, and therefore, the length may be 3000 mm or less from the economical point of construction of the apparatus.
【００６４】チョーク部（４）の長さは４００ｍｍ以上
とするのが好ましい。これにより、得られるカーボンブ
ラックにおいて大凝集体含有率を特に小さくすることが
出来る。その理由は、原料炭化水素が噴霧されカーボン
ブラックの生成が完了するまでの間に、流路の断面形状
が変化することによる流れの乱れの影響を受けずにすむ
ためであると考えられる。チョーク部（４）の具体的な
長さ、原料炭化水素供給口からチョーク部（４）の出口
までの距離は、目的とするカーボンブラックの特性など
に応じて適宜、選択すればよい。なお、チョーク部
（４）の出口とはチョーク部（４）の拡大部を指す。The length of the choke (4) is preferably at least 400 mm. This makes it possible to particularly reduce the content of large aggregates in the obtained carbon black. It is considered that the reason is that there is no influence of flow disturbance due to a change in the cross-sectional shape of the flow channel until the raw material hydrocarbon is sprayed and the generation of carbon black is completed. The specific length of the choke portion (4) and the distance from the raw material hydrocarbon supply port to the outlet of the choke portion (4) may be appropriately selected according to the characteristics of the target carbon black. The outlet of the choke (4) refers to an enlarged portion of the choke (4).
【００６５】また、チョーク内部の平滑度は低い程に凝
集体および凝集体分布として好適な範囲にあるカーボン
ブラックを得ることが可能となる。チョーク内壁の滑ら
かさは、ε＝１mm以下がよく、より好ましくは０．３ｍ
ｍ以下がよい。ここで、εはチョーク内壁の滑らかさを
あらわす指標で、一般的に、等価砂粗さと呼ばれるもの
である（機械工学便覧 新版 Ａ５編 流体工学 第１
１章 流路内の流れ１１・２ 直管の管摩擦係数）。こ
の等価砂粗さは管内流において管摩擦係数を求めるため
に定義される値であり、管内壁の粗さを砂粒の大きさで
規定して表すもので、日本機械学会により、各種の実用
管の等価砂粗さが求められている（日本機械学会編、技
術資料管路・ダクトの流体抵抗、（昭５４）、３２，日
本機械学会）。εが１ｍｍ以下の滑らかな材料として
は、代表的なものとして、ステンレス、銅などの各種金
属が挙げられる。ただし、金属を使用する場合は内部燃
焼ガスの温度が金属の耐熱温度以上になるため、水冷ジ
ャケット構造などの構造を採ることにより外部から冷却
する必要がある。金属以外の材料としては、例えば、Ｓ
ｉＣ、ダイヤモンド、窒化アルミ、窒化珪素、セラミッ
クス系耐火材などがある。In addition, the lower the smoothness inside the chalk, the more it is possible to obtain carbon black in a suitable range for aggregates and aggregate distribution. The smoothness of the inner wall of the chalk is preferably ε = 1 mm or less, more preferably 0.3 m.
m or less is good. Here, ε is an index indicating the smoothness of the inner wall of the chalk, and is generally called equivalent sand roughness (Mechanical Engineering Handbook, New Edition, A5, Fluid Engineering No. 1)
Chapter 1 Flow in flow channel 11.2 Pipe friction coefficient of straight pipe). This equivalent sand roughness is a value defined for obtaining the pipe friction coefficient in the pipe flow, and expresses the roughness of the pipe inner wall by the size of sand grains. (Japanese Society of Mechanical Engineers, Technical Data, Fluid Resistance of Pipes and Ducts, (Showa 54), 32, Japan Society of Mechanical Engineers). Typical examples of the smooth material having ε of 1 mm or less include various metals such as stainless steel and copper. However, when a metal is used, the temperature of the internal combustion gas is equal to or higher than the heat-resistant temperature of the metal. Therefore, it is necessary to externally cool by employing a structure such as a water-cooled jacket structure. Materials other than metals include, for example, S
Examples include iC, diamond, aluminum nitride, silicon nitride, and ceramic refractory materials.
【００６６】第２反応帯域の平均温度は、製造するカー
ボンブラックによって適宜選択すればよいが、原料炭化
水素が均一に気化、熱分解するために充分高温雰囲気で
あることが好ましく、１６００〜１８００℃以上が好ま
しく、より好ましくは１７００〜２４００℃である。The average temperature of the second reaction zone may be appropriately selected depending on the carbon black to be produced. However, the average temperature is preferably high enough to uniformly vaporize and thermally decompose the raw material hydrocarbons. The above is preferable, and the temperature is more preferably 1700 to 2400 ° C.
【００６７】また、第２反応帯域においては、燃焼ガス
中の酸素濃度をできるだけ抑制することが好ましい。燃
焼ガス中の酸素の存在により、反応帯域すなわち第２反
応帯域での原料炭化水素の一部燃焼が起こり、そのた
め、反応帯域の不均一が生じることがあるからである。
燃焼ガス中の酸素濃度は、好ましくは３ｖｏｌ％以下、
更に好ましくは０．０５〜１ｖｏｌ％である。In the second reaction zone, it is preferable to suppress the oxygen concentration in the combustion gas as much as possible. This is because the presence of oxygen in the combustion gas causes a partial combustion of the raw material hydrocarbons in the reaction zone, that is, the second reaction zone, which may cause unevenness in the reaction zone.
The oxygen concentration in the combustion gas is preferably 3 vol% or less,
More preferably, it is 0.05 to 1 vol%.
【００６８】本発明においては、第１反応帯域と第３反
応帯域の間の任意の位置から原料炭化水素を供給すれば
よく、例えば、反応炉の径が減少している部分に原料炭
化水素供給口（７）を設けてもよく、また、チョーク部
（４）に原料炭化水素供給口（７）を設けてもよい。ま
た、これらを組み合わせて使用してもよい。原料炭化水
素供給口の位置によって、原料炭化水素が導入される位
置でのガスの流速、乱流の強さなどを制御できる。例え
ば、チョーク部（４）入口部付近に原料炭化水素供給口
を設置すると、乱流混合の強さが最大の位置に原料炭化
水素を供給することになり、カーボンブラック生成反応
が均一に速く進み、小粒子径や凝集体径分布がシャープ
なカーボンブラックを製造するのに適している。In the present invention, the raw hydrocarbon may be supplied from any position between the first reaction zone and the third reaction zone. For example, the raw hydrocarbon may be supplied to a portion where the diameter of the reactor is reduced. A port (7) may be provided, and a raw material hydrocarbon supply port (7) may be provided in the choke section (4). Further, these may be used in combination. Depending on the position of the raw material hydrocarbon supply port, it is possible to control the gas flow rate, the turbulence intensity, and the like at the position where the raw material hydrocarbon is introduced. For example, when a raw material hydrocarbon supply port is installed near the inlet of the chalk portion (4), the raw material hydrocarbon is supplied to a position where the intensity of turbulent mixing is maximum, and the carbon black generation reaction proceeds uniformly and quickly. It is suitable for producing carbon black having a small particle size or agglomerate size distribution.
【００６９】原料炭化水素としては、従来公知の任意の
ものを使用することが出来、例えば、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族系
炭化水素、クレオソート油、カルボン酸油などの石炭系
炭化水素、エチレンヘビーエンドオイル、ＦＣＣオイル
（流動接触分解残渣油）等の石油系重質油、アセチレン
系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペンタンやヘ
キサン等の脂肪族飽和炭化水素などが挙げられ、これら
を単独または任意の割合で混合して使用してもよい。As the raw material hydrocarbon, any conventionally known one can be used. For example, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene and anthracene, creosote oil, carboxylic acid oil and the like can be used. Petroleum heavy oils such as coal-based hydrocarbons, ethylene heavy-end oil, FCC oil (fluid catalytic cracking residue), acetylene-based unsaturated hydrocarbons, ethylene-based hydrocarbons, and aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane and hexane. These may be used alone or as a mixture at an arbitrary ratio.
【００７０】反応炉内における原料炭化水素供給口の位
置は、燃焼ガスの流れ方向の断面円周上に複数設けても
よく、更には、この様な同一円周上に原料炭化水素供給
口を複数有する箇所を、燃焼ガスの流れ方向に複数設け
てもよい。カーボンブラックの生成反応時間を均一に
し、粒子径や凝集体径分布がシャープカーボンブラック
を得るためには、同一円周上になるべく多くの原料炭化
水素供給口を設置するのが好ましい。A plurality of positions of the raw hydrocarbon supply port in the reaction furnace may be provided on the cross-sectional circumference in the flow direction of the combustion gas, and further, the raw hydrocarbon supply port may be provided on the same circumference. A plurality of locations may be provided in the flow direction of the combustion gas. In order to make the reaction time for producing carbon black uniform and to obtain a carbon black having a sharp particle size and agglomerate size distribution, it is preferable to provide as many raw material hydrocarbon supply ports as possible on the same circumference.
【００７１】また、原料炭化水素供給口に使用するノズ
ルの型式は適宜選択することが出来るが、小粒子径のカ
ーボンブラックを効率よく得るために、原料炭化水素を
より均一に微細に噴霧するためには供給された液を別の
流体と共に噴射する２流体ノズル等、ノズルから噴霧さ
れた直後の原料炭化水素の初期液滴径が極力小さいもの
とするのが好ましい。The type of the nozzle used for the raw material hydrocarbon supply port can be appropriately selected. However, in order to efficiently obtain carbon black having a small particle diameter, the raw material hydrocarbon is sprayed more uniformly and finely. It is preferable that the initial droplet diameter of the raw material hydrocarbon immediately after being sprayed from the nozzle be as small as possible, such as a two-fluid nozzle that sprays the supplied liquid together with another fluid.
【００７２】原料炭化水素供給口の開口径、形、炉内へ
の突出具合、燃焼ガス流への供給角度、気液比などの原
料炭化水素供給方法、流速、流量、温度などは、適宜選
択すればよいが、第２反応帯域に噴霧された原料炭化水
素が蒸発する前に炉壁に付着しない様な条件で噴霧する
ことが好ましい。その様に噴霧することにより、カーボ
ンブラック中の異物を低減することが出来る。The raw material hydrocarbon supply method such as the opening diameter and shape of the raw material hydrocarbon supply port, the degree of protrusion into the furnace, the supply angle to the combustion gas flow, the gas-liquid ratio, the flow rate, the flow rate, and the temperature are appropriately selected. It is preferable that the raw material hydrocarbon sprayed in the second reaction zone is sprayed under conditions that do not adhere to the furnace wall before evaporating. By spraying in such a manner, foreign substances in the carbon black can be reduced.
【００７３】［第３反応帯域］第３反応帯域は、カーボ
ンブラック（反応途中のものも含む）を含んだ燃焼ガス
流を１０００℃以下、好ましくは８００℃以下に冷却す
るためのものである。具体的には、反応停止流体供給口
（ノズル）（８）から水などを噴霧することによって冷
却を行う。冷却されたカーボンブラックは、第３反応帯
域の先に設けられている捕集バッグフィルター等（図示
せず）でガスと分離されて回収される。カーボンブラッ
クの採取方法は、この様なバグフィルター等、公知の一
般的プロセスを使用することが出来る。[Third Reaction Zone] The third reaction zone is for cooling the combustion gas stream containing the carbon black (including those during the reaction) to 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower. Specifically, cooling is performed by spraying water or the like from the reaction stop fluid supply port (nozzle) (8). The cooled carbon black is separated from the gas and collected by a collecting bag filter or the like (not shown) provided at the end of the third reaction zone. As a method for collecting carbon black, a known general process such as such a bag filter can be used.
【００７４】第３反応帯域は通常、第２反応帯域に比べ
て反応炉内の径が拡大している。燃焼ガス流れ方向の拡
大の程度は任意であり、急激に拡大しても、また、緩や
かに拡大してもよいが、拡大部における急激な流れの乱
れを抑えるためには緩やかに拡大するのが好ましい。The third reaction zone usually has a larger diameter inside the reactor than the second reaction zone. The degree of expansion of the combustion gas flow direction is arbitrary, and it may be abruptly expanded or may be expanded gently. preferable.
【００７５】次に、本発明に係る炉内燃焼装置および炉
内燃焼方法について説明する。前述の図４は、本発明の
炉内燃焼装置の一例の断面部分説明図である。すなわ
ち、本発明に係る炉内燃焼装置は、燃料供給口と酸素含
有ガス供給口とを各々独立に距離を隔てて炉内の同一側
に開口させ、（ｉ）酸素含有ガス供給口形状が非円形状
か、または、（ii）酸素含有ガス供給口の開口径（Ｄ
Ｌ：図４ではＤａで表示）と酸素含有ガス供給口と反応
炉内炉壁との最短距離（Ｄｗ）との関係がＤｗ＜１．５
ＤＬであり、燃料および酸素含有ガスを連続して供給
し、燃料供給口から供給される燃料流の中心線と酸素含
有ガス供給口から供給される酸素含有ガス流の中心線と
の交点から酸素含有ガス供給口先端までの距離が、酸素
含有ガス供給口の開口径の２倍以上であることを特徴と
する。従って、本発明に係る炉内燃焼装置および炉内燃
焼方法は、図４に基づいてなされた前述のカーボンブラ
ックの製造装置および製造方法と同じである。Next, the in-furnace combustion apparatus and the in-furnace combustion method according to the present invention will be described. FIG. 4 described above is a partial cross-sectional explanatory view of an example of the in-furnace combustion apparatus of the present invention. That is, in the in-furnace combustion apparatus according to the present invention, the fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port are independently opened at the same distance from each other on the same side of the furnace. Circular or (ii) the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port (D
L: represented by Da in FIG. 4) and the shortest distance (Dw) between the oxygen-containing gas supply port and the furnace wall in the reactor is Dw <1.5.
DL, which continuously supplies the fuel and the oxygen-containing gas, and sets the oxygen from the intersection of the center line of the fuel flow supplied from the fuel supply port and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port. The distance to the tip of the content gas supply port is at least twice the opening diameter of the oxygen content gas supply port. Accordingly, the in-furnace combustion apparatus and the in-furnace combustion method according to the present invention are the same as the above-described apparatus and method for producing carbon black based on FIG.
【００７６】そして、上記の本発明に係る炉内燃焼装置
および炉内燃焼方法によれば、前述の通り、酸素含有ガ
スや燃料が反応炉内への自分自身の流入運動量により、
お互いが接触・反応して燃焼するより早く、炉内で生ず
る再循環ガス流と接触し、混合希釈かつ加熱される。こ
の希釈により、酸素含有ガスは、燃料と接触するより早
く酸素濃度が低下し、燃料の自己着火温度以上に加熱さ
れ、高温空気燃焼を炉内に生じさせることが出来る。そ
れにより、燃焼のピーク温度のみが低下し、燃焼時の温
度ムラが抑制される。そして、その結果として、ＮＯｘ
の排出レベルも低く抑えることが可能となるのである。According to the in-furnace combustion apparatus and the in-furnace combustion method according to the present invention, as described above, the oxygen-containing gas and the fuel are determined by their own momentum flowing into the reactor.
Shortly before they contact, react and burn, they come into contact with the recirculating gas stream generated in the furnace, and are mixed, diluted and heated. This dilution causes the oxygen-containing gas to decrease in oxygen concentration faster than it comes into contact with the fuel, and is heated above the self-ignition temperature of the fuel, causing hot air combustion to occur in the furnace. As a result, only the peak temperature of combustion is reduced, and temperature unevenness during combustion is suppressed. And as a result, NOx
Emission levels can be kept low.
【００７７】[0077]
【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。なお、以下の
諸例においては、代表的なファーネスカーボンブラック
である市販の三菱化学社製「＃４８」と「＃９６０」の
製造を試みた。得られたカーボンブラックの物性測定お
よび評価試方法は次の通りである。The present invention will be described below with reference to examples of the present invention.
The present invention is not limited to this. In the following examples, production of typical furnace carbon blacks “# 48” and “# 960” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was attempted. The physical property measurement and evaluation test method of the obtained carbon black are as follows.
【００７８】（１）比表面積（Ｎ2ＳＡ）：ＡＳＴＭ D
３０３７-８８に準拠(1) Specific surface area (N 2 SA): ASTM D
Complies with 3037-88
【００７９】（２）ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ）：ＪＩＳ
Ｋ−６２２１Ａ法に準拠(2) DBP oil absorption (DBP): JIS
Compliant with K-6221A law
【００８０】（３）最大頻度ストークス相当径（Ｄｍｏ
ｄ）及びストークス相当径半値幅（Ｄ１／２）：次の様
にして決定した。すなわち、先ず、スピン液として２０
重量％エタノール溶液を使用し、遠心沈降式の流度分布
測定装置（ＪＬオートメーション社製ＤＣＦ３型）によ
り、ストークス相当径を測定し、ストークス相当径対与
えられた試料中の相対的発生頻度のヒストグラム（図７
参照）を作る。次いで、ヒストグラムのピーク（Ａ）か
ら線（Ｂ）をＹ触に平行にＸ軸まで引き、ヒストグラム
のＸ軸の点（Ｃ）で終わらせる。点（Ｃ）でのストーク
ス直径が最大頻度ストークス相当径Ｄmodである。ま
た、得られた線（Ｂ）の中点（Ｆ）を決定し、その中点
（Ｆ）を通りＸ軸に平行に線（Ｇ）を引く。線（Ｇ）は
ヒストグラムの分布曲線と２点Ｄ及びＥで交わる．カー
ボンブラック粒子の２点Ｄ及びＥの二つのストークス直
径の差の絶対値がストークス相当径半値幅Ｄ１／２値で
ある。(3) Maximum frequency Stokes equivalent diameter (Dmo
d) and Stokes equivalent diameter half width (D1 / 2): determined as follows. That is, first, as a spin liquid, 20
A Stokes equivalent diameter was measured by a centrifugal sedimentation type flow rate distribution measuring device (Model DCF3 manufactured by JL Automation) using a weight% ethanol solution, and a histogram of the Stokes equivalent diameter versus the relative occurrence frequency in a given sample was used. (FIG. 7
See). Next, a line (B) is drawn from the peak (A) of the histogram to the X axis in parallel with the Y touch, and ends at a point (C) on the X axis of the histogram. The Stokes diameter at point (C) is the maximum frequency Stokes equivalent diameter Dmod. Further, the midpoint (F) of the obtained line (B) is determined, and a line (G) is drawn through the midpoint (F) and parallel to the X axis. The line (G) intersects the distribution curve of the histogram at two points D and E. The absolute value of the difference between the two Stokes diameters at the two points D and E of the carbon black particles is the Stokes equivalent diameter half width D1 / 2 value.
【００８１】（４）体積７５％径（Ｄ７５）：次の様に
して決定した。すなわち、上記の最大頻度ストークス径
を決定する方法において、ストークス相当径対試料の相
対的発生頻度のヒストグラム図７からそれぞれのストー
クス直径と頻度から体積を求め、ストークス直径対その
直径までの得られた試料の体積総和を表すグラフを作る
（図８参照）。図８中、点（Ａ）は、全試料の体積の総
和を表す。ここで、この体積総和の７５％の値の点
（Ｂ）を決定し、点（Ｂ）よりＸ軸に平衡に曲線と交わ
るまで線を引く。点（Ｃ）からＹ軸に平衡に線を引き、
Ｘ軸と交わった点（Ｄ）の値が体積７５％径（Ｄ７５）
である。(4) 75% volume diameter (D75): Determined as follows. That is, in the above method of determining the maximum frequency Stokes diameter, a volume was obtained from each Stokes diameter and frequency from the histogram of FIG. 7 showing the Stokes equivalent diameter versus the relative occurrence frequency of the sample, and the Stokes diameter was obtained up to the diameter. A graph representing the total volume of the sample is created (see FIG. 8). In FIG. 8, point (A) represents the sum of the volumes of all the samples. Here, a point (B) having a value of 75% of the total volume is determined, and a line is drawn from the point (B) to the X axis until the curve intersects the equilibrium. Draw a line equilibrium from point (C) to the Y axis,
The value of the point (D) crossing the X axis is the volume 75% diameter (D75)
It is.
【００８２】（５）ＰＶＣ黒度：次の様にして決定し
た。すなわち、ＰＶＣ樹脂にカーボンブラックを添加、
２本ロールにより分散させた後にシート化し、基準値と
して、三菱化学（株）製のカーボンブラック「＃４０」
と「＃４５」の黒色度をそれぞれ１、１０点と定め、試
料の黒度を視感判定により評価した。(5) PVC blackness: Determined as follows. That is, carbon black is added to the PVC resin,
After being dispersed by two rolls, it is made into a sheet, and the carbon black “# 40” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation is used as a reference value.
And the blackness of “# 45” were determined to be 1 and 10 points, respectively, and the blackness of the sample was evaluated by visual sensation determination.
【００８３】（６）生産性：原料供給量×原料油歩留ま
り／空気量で表すことが出来る。また、燃料の消費割合
は全炭素歩留が高いほど低くなる。(6) Productivity: It can be expressed by feedstock feed rate x feedstock yield / air quantity. Also, the fuel consumption ratio decreases as the total carbon yield increases.
【００８４】実施例１及び２ 第１図で示す構造のカーボンブラック製造炉を使用し
た。第１反応帯域（１）は燃料供給口（５）と酸素含有
ガス供給口（６）とを含む燃焼バーナーを備え、長さ３
３７０ｍｍ（同一内径部分：１９００ｍｍ、漸次縮小内
径部分：１４７０ｍｍ）、同一内径部分の内径１０４２
ｍｍである。第２反応帯域（２）は、チョーク部（４）
と複数の原料炭化水素供給口（ノズル）（７）を備え、
長さ１０００ｍｍ、内径１３０ｍｍである。第３反応帯
域は、クエンチ装置としての反応停止流体供給口（８）
を備え、長さ３０００ｍｍ、（漸次拡大内径部分：１５
００ｍｍ、同一内径部分：１５００ｍｍ）、同一内径部
分の内径４００ｍｍである。そして、高温となる第１反
応帯域の炉内材料には、マグネシア系耐火物（組成：Ｍ
ｇＯ：９９．４重量％、Ｆｅ2Ｏ3：０．１重量％以下、
Ａｌ2Ｏ3：０．１重量％以下、ＳｉＯ2：０．１重量％
以下）を使用した。Examples 1 and 2 A carbon black production furnace having the structure shown in FIG. 1 was used. The first reaction zone (1) is provided with a combustion burner including a fuel supply port (5) and an oxygen-containing gas supply port (6), and has a length of 3 mm.
370 mm (same inner diameter part: 1900 mm, gradually reduced inner diameter part: 1470 mm), inner diameter 1042 of the same inner diameter part
mm. The second reaction zone (2) is a choke section (4)
And a plurality of raw material hydrocarbon supply ports (nozzles) (7),
The length is 1000 mm and the inner diameter is 130 mm. The third reaction zone is a reaction stop fluid supply port (8) as a quench device.
, Length 3000 mm, (gradually enlarged inner diameter part: 15
00 mm, the same inner diameter portion: 1500 mm), and the same inner diameter portion has an inner diameter of 400 mm. The furnace material in the first reaction zone where the temperature is high includes magnesia refractories (composition: M
gO: 99.4% by weight, Fe 2 O 3 : 0.1% by weight or less,
Al 2 O 3 : 0.1% by weight or less, SiO 2 : 0.1% by weight
The following was used.
【００８５】第１反応帯域（１）では、燃料供給口
（５）及び酸素含有ガス供給口（６）を炉底面上にそれ
ぞれ６個づつ均等に設置した。燃料供給口（５）の形状
は円形であり、酸素含有ガス供給口（６）の形状は、長
辺１４９ｍｍ、短辺２１ｍｍの長方形であり、長径が全
て炉中心軸を向く方向に配置されている。燃料供給口
（５）は炉中心軸を中心とした半径３７５．３ｍｍの円
上に配置され、酸素含有ガス供給口（６）は炉中心軸を
中心とした半径３２５ｍｍの円上に配置され、燃料供給
口（５）は酸素含有ガス供給口（６）より僅か外側に配
置されている。また、酸素含有ガス供給口（６）中には
昇温用の燃料供給ノズル（図示せず）が設置されてい
る。この炉における図３及び図４に示す各寸法は次の通
りである。In the first reaction zone (1), six fuel supply ports (5) and six oxygen-containing gas supply ports (6) were equally provided on the bottom of the furnace. The shape of the fuel supply port (5) is circular, and the shape of the oxygen-containing gas supply port (6) is a rectangle with a long side of 149 mm and a short side of 21 mm, all of which are arranged in a direction facing the central axis of the furnace. I have. The fuel supply port (5) is arranged on a circle having a radius of 375.3 mm centered on the furnace central axis, the oxygen-containing gas supply port (6) is arranged on a circle having a radius of 325 mm centered on the furnace central axis, The fuel supply port (5) is located slightly outside the oxygen-containing gas supply port (6). A fuel supply nozzle (not shown) for raising the temperature is provided in the oxygen-containing gas supply port (6). The dimensions of this furnace shown in FIGS. 3 and 4 are as follows.
【００８６】[0086]
【表１】 燃料供給口（５）の開口径Ｄｆ ：７．９ｍｍ 酸素含有ガス供給口（６）の開口径Ｄａ ：１４９ｍｍ 燃料供給口（５）と酸素含有ガス供給口（６）の距離（両開口部の中心間距離 ）Ｄｘ ：１８７．６ｍｍ 酸素含有ガス供給口（６）の長径ＤＬ ：１４９ｍｍ 反応炉内の炉壁との最短距離Ｄｗ ：１９６ｍｍ 燃料流と酸素含有ガス流の各々の流れの中心線の交点から酸素含有ガス供給口 （６）の先端までの距離Ｌａ ：４６４ｍｍ 燃料が酸素含有ガスと衝突する迄の距離Ｌｆ ：３２９ｍｍ ＤｘとＤａとの関係 ：Ｄｘ＝１．２６Ｄａ ＤｗとＤＬとの関係 ：Ｄｗ＝１．３２ＤＬ ＬｆとＤｆとの関係 ：Ｌｆ＝４１．６Ｄｆ ＬａとＤａとの関係 ：Ｌａ＝３．１１Ｄ[Table 1] Opening diameter Df of fuel supply port (5): 7.9 mm Opening diameter Da of oxygen-containing gas supply port (6): 149 mm Distance between fuel supply port (5) and oxygen-containing gas supply port (6) ( The distance between the centers of both openings) Dx: 187.6 mm The major diameter DL of the oxygen-containing gas supply port (6): 149 mm The shortest distance Dw to the furnace wall in the reactor: 196 mm The flow of each of the fuel flow and the oxygen-containing gas flow Distance from the intersection of the center line of the above to the tip of the oxygen-containing gas supply port (6) La: 464 mm Distance Lf until the fuel collides with the oxygen-containing gas: 329 mm Relation between Dx and Da: Dx = 1.26 Da Dw Relationship with DL: Dw = 1.32DL Relationship between Lf and Df: Lf = 41.6Df Relationship between La and Da: La = 3.11D
【００８７】上記の炉を使用し、燃料に天然ガス、酸素
含有ガスに空気、原料炭化水素にクレオソート油を使用
し、後述の表３に示す条件によりカーボンブラックを製
造した。後述の表４に得られたカーボンブラックの物性
および評価結果を示した。Using the above furnace, carbon black was produced under the conditions shown in Table 3 below, using natural gas as fuel, air as oxygen-containing gas, and creosote oil as raw material hydrocarbon. Table 4 below shows the physical properties and evaluation results of the obtained carbon black.
【００８８】比較例１及び２ 図５及び６に示す構造の従来のカーボンブラック製造炉
を使用し、燃料に天然ガス、酸素含有ガスに空気、原料
炭化水素にクレオソート油を使用し、後述の表３に示す
条件により実施例と同等の物性を有するカーボンブラッ
クを製造した。後述の表４に得られたカーボンブラック
の物性および評価結果を示した。Comparative Examples 1 and 2 A conventional carbon black production furnace having the structure shown in FIGS. 5 and 6 was used. Natural gas was used as the fuel, air was used as the oxygen-containing gas, and creosote oil was used as the raw material hydrocarbon. Under the conditions shown in Table 3, carbon black having the same physical properties as the examples was produced. Table 4 below shows the physical properties and evaluation results of the obtained carbon black.
【００８９】図５に示す従来の炉は、第１反応帯域
（１）にブラストトンネル（９）が接線方向に２基接続
されており、第１反応帯域（１）の下流には、チョーク
部を備える第２反応帯域（２）、反応を停止させる第３
反応帯域（３）が順次に連結されている。各ブラストト
ンネル（９）の先端には、高温燃焼ガスを発生させるた
めの燃焼バーナー（図示せず）が設置されている。燃焼
バーナーは、燃料供給ノズルと酸素含有ガス供給ノズル
から構成されている一般的なものである。図６に示す各
要素の寸法（単位：ｍｍ）は次の通りである。In the conventional furnace shown in FIG. 5, two blast tunnels (9) are tangentially connected to the first reaction zone (1), and a choke section is provided downstream of the first reaction zone (1). A second reaction zone (2) comprising
The reaction zones (3) are connected sequentially. At the tip of each blast tunnel (9), a combustion burner (not shown) for generating high-temperature combustion gas is installed. The combustion burner is a general one composed of a fuel supply nozzle and an oxygen-containing gas supply nozzle. The dimensions (unit: mm) of each element shown in FIG. 6 are as follows.
【００９０】[0090]
【表２】 [Table 2]
【００９１】[0091]
【表３】 [Table 3]
【００９２】[0092]
【表４】 [Table 4]
【００９３】表４に示す結果から明らかな様に、実施例
１と比較例１のカーボンブラックのＮ2ＳＡ及びＤＢＰ
は略同等であり、両者は市販のファーネスブラックであ
る三菱化学社製「＃４８」に相当する。また、実施例２
と比較例２のカーボンブラックのＮ2ＳＡ及びＤＢＰは
略同等であり、両者は市販のファーネスブラックである
三菱化学社製「＃９６０」に相当する。As is clear from the results shown in Table 4, the carbon blacks of Example 1 and Comparative Example 1 were N 2 SA and DBP.
Are substantially equivalent, and both correspond to commercially available furnace black “# 48” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Example 2
And N 2 SA and DBP of the carbon black of Comparative Example 2 are substantially equal, both of which correspond to Mitsubishi Chemical Corporation is a commercially available furnace black "# 960".
【００９４】表３に示す様に、本発明のカーボンブラッ
ク製造方法（実施例）は、従来の方法（比較例）に比べ
て断熱理論燃焼温度が高い。しかしながら、この場合、
火焔が発生する従来の燃焼バーナーを使用する燃焼炉の
様に局所的な高温部分が生じない。従って、炉内全体が
略均一な温度分布状態で燃焼を生じさせることが出来る
ため、炉内を損傷させることなく連続的かつ安定的な運
転が可能である。これに対し、従来の方法において、実
施例と同じ様な断熱理論燃焼温度で燃焼させ場合は、バ
ーナー近辺の火炎付近が局所的に高温になり、炉を構成
している耐火物が損傷し、連続的な運転は不可能とな
る。As shown in Table 3, the carbon black production method of the present invention (Example) has a higher adiabatic theoretical combustion temperature than the conventional method (Comparative Example). However, in this case,
There is no localized hot spot as in a combustion furnace using a conventional combustion burner where a flame is generated. Therefore, combustion can be caused in a substantially uniform temperature distribution state in the entire furnace, so that continuous and stable operation can be performed without damaging the inside of the furnace. On the other hand, in the conventional method, when burning at the same adiabatic theoretical combustion temperature as in the example, the vicinity of the flame near the burner becomes locally high temperature, and the refractory constituting the furnace is damaged, Continuous operation is not possible.
【００９５】表４に示す様に、実施例は、比較例よりも
原料油歩留まり及び全炭素歩留まりが高く、生産性が高
い。また、実施例のカーボンブラックは比較例のカーボ
ンブラックと比べ、（Ｄ１／２）／Ｄｍｏｄ及びＤ７５
／Ｄｍｏｄ値が小さい。すなわち、カーボンブラックの
凝集体径分布がシャープであり、大粒子径の割合が少な
い。これは、原料油を導入する部分の燃焼ガスの温度が
高く、カーボンブラック生成反応の速度が速いためであ
ると考えられる。この様なカーボンブラックは分散性が
良好で黒度も高くなることが知られている。As shown in Table 4, the examples have higher feedstock yields and total carbon yields and higher productivity than the comparative examples. Further, the carbon black of the example was compared with the carbon black of the comparative example by (D1 / 2) / Dmod and D75.
/ Dmod value is small. That is, the aggregate size distribution of carbon black is sharp, and the ratio of large particle size is small. This is considered to be because the temperature of the combustion gas in the portion where the feedstock oil is introduced is high, and the speed of the carbon black generation reaction is high. It is known that such carbon black has good dispersibility and high blackness.
【００９６】[0096]
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、より小粒
子径で凝集体径がシャープである良好な物性を有するカ
ーボンブラックを効率よく製造するに当たり、燃焼部に
おける反応炉壁構築耐火物の損傷を抑え、極力高温で且
つ空気比１付近で燃料を完全燃焼させ、しかも、排出Ｎ
Ｏｘをも抑えたカーボンブラックの製造装置および製造
方法が提供される。また、本発明によれば、発生するNO
xが低レベルであると共に均一な熱流束分布を得ること
ができる高温空気燃焼を、切替式のリジェネレイティブ
バーナーを使用せず炉内で起こさせる炉内燃焼装置およ
び炉内燃焼方法が提供される。According to the present invention described above, in efficiently producing carbon black having smaller particle diameter and sharper aggregate diameter and good physical properties, the refractory material built in the reactor wall in the combustion part is required. The fuel is completely burned at the highest possible temperature and at an air ratio of about 1 while suppressing the damage.
An apparatus and a method for producing carbon black with reduced Ox are provided. Further, according to the present invention, the NO
Provided is an in-furnace combustion apparatus and an in-furnace combustion method for causing high-temperature air combustion capable of obtaining a uniform heat flux distribution while having a low x level in a furnace without using a switchable regenerative burner. You.
【図１】本発明に係るカーボンブラック製造装置の一例
の全体概略断面図FIG. 1 is an overall schematic sectional view of an example of a carbon black producing apparatus according to the present invention.
【図２】酸素含有ガス導入用ノズルと燃料導入ノズルの
配置説明図FIG. 2 is an explanatory view of the arrangement of an oxygen-containing gas introduction nozzle and a fuel introduction nozzle.
【図３】本発明に係るカーボンブラック製造装置の一例
の部分概略断面図FIG. 3 is a partial schematic sectional view of an example of a carbon black producing apparatus according to the present invention.
【図４】本発明に係るカーボンブラック製造装置の他の
一例の部分概略断面図（及び本発明に係る炉内燃焼装置
の一例の部分概略断面図）FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of another example of the carbon black producing apparatus according to the present invention (and a partial schematic cross-sectional view of an example of the in-furnace combustion apparatus according to the present invention).
【図５】従来のカーボンブラック製造炉の概略図FIG. 5 is a schematic view of a conventional carbon black production furnace.
【図６】従来のカーボンブラック製造炉の寸法概略図FIG. 6 is a schematic dimensional view of a conventional carbon black production furnace.
【図７】最大頻度ストークス相当径（Ｄｍｏｄ）及びス
トークス相当径半値幅（Ｄ１／２）算出のための補助図FIG. 7 is an auxiliary diagram for calculating the maximum frequency Stokes equivalent diameter (Dmod) and the Stokes equivalent diameter half width (D1 / 2).
【図８】体積７５％径（Ｄ７５）算出のための補助図FIG. 8 is an auxiliary diagram for calculating a volume 75% diameter (D75).
１：第１反応帯域 ２：第２反応帯域 ３：第３反応帯域 ４：チョーク部 ５：燃料供給口 ６：酸素含有ガス供給口 ７：原料炭化水素供給口 ８：反応停止流体供給口 ９：ブラストトンネル Ｄｆ：燃料供給口の開口径 Ｄａ：酸素含有ガス供給口の開口径 Ｄｘ：燃料供給口と酸素含有ガス供給口の距離（両開口
部の中心間距離） Ｄｗ：酸素含有ガス供給口の開口径Ｄａと反応炉内の炉
壁との最短距離 Ｌｆ：燃料が酸素含有ガスと衝突する迄の距離 Ｌａ：燃料流と酸素含有ガス流との流れの中心線の交点
から酸素含有ガス供給口先端までの距離1: First reaction zone 2: Second reaction zone 3: Third reaction zone 4: Choke section 5: Fuel supply port 6: Oxygen-containing gas supply port 7: Raw material hydrocarbon supply port 8: Reaction stop fluid supply port 9: Blast tunnel Df: opening diameter of fuel supply port Da: opening diameter of oxygen-containing gas supply port Dx: distance between fuel supply port and oxygen-containing gas supply port (distance between centers of both openings) Dw: oxygen-containing gas supply port The shortest distance between the opening diameter Da and the furnace wall in the reactor Lf: the distance until the fuel collides with the oxygen-containing gas La: the oxygen-containing gas supply port from the intersection of the center lines of the flow of the fuel flow and the oxygen-containing gas flow Distance to tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 良雄 神奈川県横浜市鶴見区尻手二丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 福山 裕 三重県四日市市東邦町１番地 三菱化学株 式会社四日市事業所内 (72)発明者 山澤 達彦 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱化学株式会社黒崎事業所内 (72)発明者 武原 弘明 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱化学株式会社黒崎事業所内 (72)発明者 山本 隆晴 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱化学株式会社黒崎事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Yoshio Watanabe 2-53-1, Shirite, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Japan Furness Industrial Co., Ltd. (72) Yutaka Fukuyama 1--1 Tohocho, Yokkaichi-shi, Mie Mitsubishi Chemical (72) Inventor: Tatsuhiko Yamazawa 1-1, Kurosaki Castle Stone, Yawatanishi-ku, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture Inside Mitsubishi Chemical Co., Ltd. No. Mitsubishi Chemical Corporation Kurosaki Office (72) Inventor Takaharu Yamamoto 1-1 Kurosaki Castle Stone, Yawatanishi-ku, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation Kurosaki Office
Claims (29)
し且つ燃焼させて燃焼ガス流を形成させる第１反応帯域
と、第１反応帯域の下流にあり、燃焼ガス流に原料炭化
水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料炭化
水素を反応させてカーボンブラックを生成させる第２反
応帯域と、第２反応帯域の下流にあり且つ反応を停止さ
せる第３反応帯域とを有するカーボンブラック製造装置
であって、第１反応帯域において燃料供給口と酸素含有
ガス供給口とが各々独立に距離を隔てて反応炉の同一側
に開口していることを特徴とするカーボンブラック製造
装置。1. A first reaction zone for supplying and burning an oxygen-containing gas and a fuel into a reactor to form a combustion gas stream, and a downstream of the first reaction zone, wherein the combustion gas stream contains raw hydrocarbons. And a third reaction zone downstream of the second reaction zone and stopping the reaction, the second reaction zone having a raw hydrocarbon supply port for supplying the raw material and reacting the raw hydrocarbon to produce carbon black. An apparatus for producing carbon black, characterized in that a fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port in the first reaction zone are each independently open to the same side of the reactor at a distance from each other. .
項１に記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising a choke in the second reaction zone.
を有する請求項１又は２に記載の装置。3. The apparatus according to claim 1, further comprising a fuel supply port in the oxygen-containing gas supply port.
の形状が非円形である請求項１〜３の何れかに記載の装
置。4. The apparatus according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas supply port opened into the reaction furnace has a non-circular shape.
り、酸素含有ガス供給口の開口径（Ｄａ）と酸素含有ガ
ス供給口と反応炉内炉壁との最短距離（Ｄｗ）との関係
がＤｗ＜１．５Ｄａである請求項１〜４の何れかに記載
の装置。5. The oxygen-containing gas supply port has a circular shape, and the relationship between the opening diameter (Da) of the oxygen-containing gas supply port and the shortest distance (Dw) between the oxygen-containing gas supply port and the furnace wall in the reactor. 5. The apparatus according to claim 1, wherein Dw <1.5 Da.
り、酸素含有ガス供給口の開口径（ＤＬ）と酸素含有ガ
ス供給口と反応炉内炉壁との最短距離（Ｄｗ）との関係
がＤｗ＜１．５ＤＬである請求項１〜４の何れかに記載
の装置。6. The shape of the oxygen-containing gas supply port is non-circular, and the difference between the opening diameter (DL) of the oxygen-containing gas supply port and the shortest distance (Dw) between the oxygen-containing gas supply port and the furnace wall in the reaction furnace is determined. Apparatus according to any of the preceding claims, wherein the relationship is Dw <1.5DL.
線と酸素含有ガス供給口から供給される酸素含有ガス流
の中心線との交点から酸素含有ガス供給口先端までの距
離が、酸素含有ガス供給口の開口径の２倍以上である請
求項１〜６の何れかに記載の装置。7. The distance from the intersection of the center line of the fuel flow supplied from the fuel supply port and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is oxygen. The apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the diameter is at least twice the opening diameter of the content gas supply port.
を使用することを特徴とするカーボンブラックの製造方
法。8. A method for producing carbon black, comprising using the production apparatus according to claim 1.
ある請求項８に記載の方法。9. The method according to claim 8, wherein the flow rate of the oxygen-containing gas is 55 m / s or more.
以上である請求項８又は９に記載の方法。10. The average temperature of the first reaction zone is 1600 ° C.
The method according to claim 8 or 9, which is the above.
温度が１６００℃以上である請求項８〜１０の何れかに
記載の方法。11. The method according to claim 8, wherein the temperature of the combustion gas flow near the raw material hydrocarbon supply port is 1600 ° C. or higher.
％以下である請求項８〜１１に記載の方法。12. An oxygen concentration in the vicinity of a feed hydrocarbon feed port of 3
% Or less.
し且つ燃焼させて燃焼ガス流を形成させる第１反応帯域
と、第１反応帯域の下流にあり、燃焼ガス流に原料炭化
水素を供給する原料炭化水素供給口を有し且つ原料炭化
水素を反応させてカーボンブラックを生成させる第２反
応帯域と、第２反応帯域の下流にあり且つ反応を停止さ
せる第３反応帯域とを有するカーボンブラック製造装置
を使用し、第１反応帯域において高温空気燃焼によって
燃焼ガス流を形成することを特徴とするカーボンブラッ
クの製造方法。13. A first reaction zone for supplying and burning an oxygen-containing gas and a fuel into a reactor to form a combustion gas flow, and a raw hydrocarbon downstream of the first reaction zone and comprising a combustion gas flow. And a third reaction zone downstream of the second reaction zone and stopping the reaction, the second reaction zone having a raw hydrocarbon supply port for supplying the raw material and reacting the raw hydrocarbon to produce carbon black. A method for producing carbon black, comprising forming a combustion gas stream by high-temperature air combustion in a first reaction zone using a carbon black production apparatus.
上である請求項１３に記載の方法。14. The method according to claim 13, wherein the average temperature of the first reaction zone is 1600 ° C. or higher.
度が１６００℃以上である請求項１３又は１４に記載の
方法。15. The method according to claim 13, wherein the temperature of the combustion gas in the vicinity of the raw material hydrocarbon supply port is 1600 ° C. or higher.
％以下である請求項１３〜１５の何れかに記載の方法。16. An oxygen concentration in the vicinity of a raw material hydrocarbon supply port of 3
% Or less.
給口および酸素含有ガス供給口より燃料と酸素含有ガス
とを反応炉内に供給し且つ燃焼させて燃焼ガス流を形成
させる第１反応帯域と、第１反応帯域の下流にあり、燃
焼ガス流に原料炭化水素を供給する原料炭化水素供給口
を有し且つ原料炭化水素を反応させてカーボンブラック
を生成させる第２反応帯域と、第２反応帯域の下流にあ
り且つ反応を停止させる第３反応帯域とを有するカーボ
ンブラック製造装置を使用し、第１反応帯域の平均温度
を燃料の着火温度以上とし且つ酸素含有ガス供給流と反
応炉壁面との間に再循環流を形成しながら燃焼させるこ
とを特徴とするカーボンブラックの製造方法。17. A first reaction in which fuel and oxygen-containing gas are supplied into a reaction furnace from a fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port which are independently opened at a distance, and burned to form a combustion gas flow. A second reaction zone downstream of the first reaction zone, having a source hydrocarbon supply port for supplying the source hydrocarbon to the combustion gas stream, and reacting the source hydrocarbon to produce carbon black; Using a carbon black producing apparatus having a second reaction zone downstream of the second reaction zone and having a third reaction zone for stopping the reaction, making the average temperature of the first reaction zone equal to or higher than the ignition temperature of the fuel, and supplying the oxygen-containing gas supply stream and the reactor A method for producing carbon black, characterized in that combustion is performed while forming a recirculating flow between the carbon black and a wall surface.
び酸素含有ガス供給口が各々独立に距離を隔てて同一側
に開口しているカーボンブラック製造装置を使用する請
求項１７に記載の方法。18. The method according to claim 17, wherein in the first reaction zone, a carbon black production apparatus is used in which the fuel supply port and the oxygen-containing gas supply port are each independently open to the same side at a distance.
気である請求項１７又は１８に記載の方法。19. The method according to claim 17, wherein the reactor wall in the first reaction zone is an oxidizing atmosphere.
上である請求項１７〜１９の何れかに記載の方法。20. The method according to claim 17, wherein the average temperature of the first reaction zone is 1600 ° C. or higher.
％以下である請求項１７〜２０の何れかに記載の方法。21. The oxygen concentration in the vicinity of the feed hydrocarbon feed port is 3
The method according to any one of claims 17 to 20, which is less than or equal to%.
々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、（ｉ）
酸素含有ガス供給口形状が非円形状か、または、（ii）
酸素含有ガス供給口の開口径（ＤＬ）と酸素含有ガス供
給口と反応炉内炉壁との最短距離（Ｄｗ）との関係がＤ
ｗ＜１．５ＤＬであり、燃料および酸素含有ガスを連続
して供給し、燃料供給口から供給される燃料流の中心線
と酸素含有ガス供給口から供給される酸素含有ガス流の
中心線との交点から酸素含有ガス供給口先端までの距離
が、酸素含有ガス供給口の開口径の２倍以上であること
を特徴とする炉内燃焼装置。22. A fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port are independently opened at the same distance from each other on the same side of the furnace, and (i)
The shape of the oxygen-containing gas supply port is non-circular, or (ii)
The relationship between the opening diameter (DL) of the oxygen-containing gas supply port and the shortest distance (Dw) between the oxygen-containing gas supply port and the furnace wall in the reactor is D
w <1.5 DL, and the fuel and the oxygen-containing gas are continuously supplied, and the center line of the fuel flow supplied from the fuel supply port and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port Wherein the distance from the intersection of the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is at least twice the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port.
を有する請求項２２に記載の装置。23. The apparatus according to claim 22, further comprising a fuel supply port in the oxygen-containing gas supply port.
料供給口先端との距離が燃料供給口の開口径の３０倍以
上である請求項２２又は２３に記載の炉内燃焼装置。24. The in-furnace combustion apparatus according to claim 22, wherein the distance between the intersection of the fuel flow and the oxygen-containing gas flow and the tip of the fuel supply port is 30 times or more the opening diameter of the fuel supply port.
系耐火物またはクロミアマグネシア系耐火物である請求
項２２〜２４の何れかに記載の装置25. The apparatus according to claim 22, wherein at least a part of the inner wall surface of the furnace is a magnesia-based refractory or a chromia-magnesia-based refractory.
燃焼装置を使用することを特徴とする炉内燃焼方法。26. An in-furnace combustion method using the in-furnace combustion apparatus according to any one of claims 22 to 25.
々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、燃料お
よび酸素含有ガスを連続して供給し、燃料供給口から供
給される燃料流の中心線と酸素含有ガス供給口から供給
される酸素含有ガス流の中心線との交点から酸素含有ガ
ス供給口先端までの距離が、酸素含有ガス供給口の開口
径の２倍以上である炉内燃焼装置を使用し、酸素含有ガ
ス流の流速を５５ｍ／ｓ以上にすることを特徴とする炉
内燃焼方法。27. A fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port are independently opened at the same side in the furnace at a distance from each other, and the fuel and the oxygen-containing gas are continuously supplied. The distance from the intersection of the center line of the fuel flow and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is at least twice the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port. An in-furnace combustion method, characterized in that the in-furnace combustion apparatus is used and the flow rate of the oxygen-containing gas stream is set to 55 m / s or more.
々独立に距離を隔てて炉内の同一側に開口させ、燃料お
よび酸素含有ガスを連続して供給し、燃料供給口から供
給される燃料流の中心線と酸素含有ガス供給口から供給
される酸素含有ガス流の中心線との交点から酸素含有ガ
ス供給口先端までの距離が、酸素含有ガス供給口の開口
径の２倍以上である炉内燃焼装置を使用し、平均燃焼温
度を１６００℃以上にすることを特徴とする炉内燃焼方
法。28. A fuel supply port and an oxygen-containing gas supply port are independently opened at the same side of the furnace at a distance from each other, and the fuel and the oxygen-containing gas are continuously supplied. The distance from the intersection of the center line of the fuel flow and the center line of the oxygen-containing gas flow supplied from the oxygen-containing gas supply port to the tip of the oxygen-containing gas supply port is at least twice the opening diameter of the oxygen-containing gas supply port. An in-furnace combustion method characterized by using an in-furnace combustion apparatus of (1) and making the average combustion temperature 1600 ° C. or higher.
２６〜２８の何れかに記載の炉内燃焼方法。29. The method according to claim 26, wherein the inner wall surface of the combustion furnace is an oxidizing atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001089841A JP4904629B2 (en) | 2000-03-29 | 2001-03-27 | Carbon black manufacturing apparatus and manufacturing method, furnace combustion apparatus and furnace combustion method |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-91726 | 2000-03-29 | ||
| JP2000091726 | 2000-03-29 | ||
| JP2000091726 | 2000-03-29 | ||
| JP2001089841A JP4904629B2 (en) | 2000-03-29 | 2001-03-27 | Carbon black manufacturing apparatus and manufacturing method, furnace combustion apparatus and furnace combustion method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001342378A true JP2001342378A (en) | 2001-12-14 |
| JP4904629B2 JP4904629B2 (en) | 2012-03-28 |
Family
ID=26588742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001089841A Expired - Lifetime JP4904629B2 (en) | 2000-03-29 | 2001-03-27 | Carbon black manufacturing apparatus and manufacturing method, furnace combustion apparatus and furnace combustion method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4904629B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010529402A (en) * | 2007-06-08 | 2010-08-26 | サン−ゴバン アンバラージュ | Lean burn |
| JP2011094844A (en) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Ihi Corp | Method and device of warming boiler |
| JP2017525825A (en) * | 2014-08-29 | 2017-09-07 | オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Process for controlling the porosity of carbon black |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01300103A (en) * | 1988-05-25 | 1989-12-04 | Tokyo Gas Co Ltd | Furnace combustion method |
| JPH0368665A (en) * | 1989-08-09 | 1991-03-25 | Mitsubishi Kasei Corp | Method and apparatus for producing carbon black |
| JPH04264165A (en) * | 1991-02-18 | 1992-09-18 | Asahi Carbon Kk | Process and apparatus for producing carbon black |
| JPH10140033A (en) * | 1997-08-28 | 1998-05-26 | Mitsubishi Chem Corp | Production of carbon black |
| JPH11181322A (en) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Mitsubishi Chemical Corp | Manufacture of carbon black and carbon black production equipment |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001089841A patent/JP4904629B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01300103A (en) * | 1988-05-25 | 1989-12-04 | Tokyo Gas Co Ltd | Furnace combustion method |
| JPH0368665A (en) * | 1989-08-09 | 1991-03-25 | Mitsubishi Kasei Corp | Method and apparatus for producing carbon black |
| JPH04264165A (en) * | 1991-02-18 | 1992-09-18 | Asahi Carbon Kk | Process and apparatus for producing carbon black |
| JPH10140033A (en) * | 1997-08-28 | 1998-05-26 | Mitsubishi Chem Corp | Production of carbon black |
| JPH11181322A (en) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Mitsubishi Chemical Corp | Manufacture of carbon black and carbon black production equipment |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010529402A (en) * | 2007-06-08 | 2010-08-26 | サン−ゴバン アンバラージュ | Lean burn |
| JP2011094844A (en) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Ihi Corp | Method and device of warming boiler |
| JP2017525825A (en) * | 2014-08-29 | 2017-09-07 | オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Process for controlling the porosity of carbon black |
| JP2020033569A (en) * | 2014-08-29 | 2020-03-05 | オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Process for controlling porosity of carbon blacks |
| US10907049B2 (en) | 2014-08-29 | 2021-02-02 | Orion Engineered Carbons Gmbh | Process for controlling the porosity of carbon blacks |
| JP7000398B2 (en) | 2014-08-29 | 2022-01-19 | オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | The process of controlling the porosity of carbon black |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4904629B2 (en) | 2012-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6358487B1 (en) | Carbon black and process for producing the same | |
| KR100543826B1 (en) | Carbon black and process for producing the same | |
| US3490869A (en) | Vortex reactor for carbon black manufacture | |
| JP2614965B2 (en) | Manufacture of carbon black | |
| KR100737335B1 (en) | Method and apparatus for producing carbon black, and method and apparatus for burning in furnace | |
| US2917370A (en) | Process for the production of carbon black | |
| JP2017525825A (en) | Process for controlling the porosity of carbon black | |
| US2769692A (en) | Carbon black process and apparatus | |
| JPH10140033A (en) | Production of carbon black | |
| US3076695A (en) | Process and apparatus for the production of carbon black | |
| JP4904629B2 (en) | Carbon black manufacturing apparatus and manufacturing method, furnace combustion apparatus and furnace combustion method | |
| US2782101A (en) | Manufacture of carbon black | |
| JP4129970B2 (en) | Manufacturing method of high structure carbon black | |
| CN206457453U (en) | A kind of novel reaction furnace throat pipe and hard (carbon) black reacting furnace | |
| JP2931117B2 (en) | Apparatus and method for producing carbon black | |
| KR950011799B1 (en) | Process for the manufacture of carbon black | |
| US4316881A (en) | Carbon black process utilizing an improved burner | |
| US3443901A (en) | High velocity process for making carbon black | |
| US3887690A (en) | Process for producing carbon black | |
| JP2832727B2 (en) | Method and apparatus for producing carbon black | |
| US2980511A (en) | Carbon black manufacture | |
| JPH059404A (en) | Preparation of carbon black | |
| JP2004203957A (en) | Carbon black-producing installation and method for producing the carbon black | |
| JP3458542B2 (en) | Method and apparatus for producing carbon black | |
| JPH0987542A (en) | Production of carbon black |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080125 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080306 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080306 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080528 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080529 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080602 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110315 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110823 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111011 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111101 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111108 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111128 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111213 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111226 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4904629 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |