JPH02248468A - カーボンブラックの製造装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、カーボンブラックの製造装置に係り、特に高
い純度を要する電子材料の製造に用いる黒鉛材の原料と
なるカーボンブラックを小規模かつ高収率で製造するに
適したカーボンブラックの製造装置に関するものである
。

〈従来の技術〉 天然ガスあるいはガス状の炭化水素を熱分解することに
よりカーボンブラックを製造する方法として従来、反応
管外部から熱を供給する方法が一般に知られているが、
熱源が反応管の外部にあるため熱の放散が多く、また反
応管表面に付着するカーボンブラックの堆積による該反
応管の閉塞防止のために定期的に製造を中断して堆積し
たカーボンブラックを除去する必要があり、生産効率な
らびに熱効率が悪かった。

また、例えばＮｏｒｔｏｎ　Ｒ，Ｇ、によりＲｕｂｂｅ
ｒ　Ｗｏｒｌｄ。

１５４．７５　（１９６６）に示されるサーマル法によ
るカーボンブラックの製造装置は、熱分解により製造し
たカーボンブラックがチエッカ−レンガに付着するため
、定期的に燃焼させて付着炭素を取り除く必要がある。

このため、製品の一部が消失し、カーボンブラックの収
率は４０〜５０％と低くなってしまう、また、チエッカ
−レンガを使用するので製品への不純物の混入が避けら
れず、例えば高純度を必要とする電子材料等の用途向け
に比較的小規模で生産するには向かない。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、高純度のカーボンブラックを高収率て、熱効
率よく製造することができ、しかも比較的小規模の製造
にも適したカーボンブラックの製造装置を提供すること
を目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、炭化水素を熱分解してカーボンブラックを製
造する装置において、外管と内管とからなる二重管で、
該内管の内側部に加熱源を配置し、該外管の内側と核内
管の外側で区画される空間部を反応室とし、該反応室の
上部は原料の炭化水素供給管に、下部はカーボンブラッ
ク捕集装置にそれぞれ連通させ、かつ該反応室にはその
側面に生成付着したカーボンブラックを掻き落とす掻き
取り板を上下に移動可能に設け、かつ該播き取り仮には
原料の炭化水素を通す孔を設けたことを特徴とするカー
ボンブラックの製造装置である。

く作　用〉 まず、図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明によるカーボンブラックの製造装置の一
例を示す概略図である。

本発明のカーボンブラック製造装置は炭化水素の熱分解
を利用したもので、反応室、付着生成カーボンブラック
掻き取り装置、カーボンブランク粒子捕集装置、原料供
給装置から概略構成される。

反応室１４０は原料の炭化水素４１０の熱分解反応部と
なる外管１１０の内側面と内管１２０の外側面から構成
され、内管１２０の内側部には熱＊　１３０を有してい
る。

外管】１０の外側には断熱材１５０が配設されており、
外部への熱量の放散による熱効率の低下を防止している
。内管１２０の内側には熱ｆＡ１３０が設けられ、内管
１２０を通して熱分解反応室１４０に熱を供給している
。

なお、内管１２０および外管１１０の材質としては、原
料炭化水素４１０の熱分解に要する８００〜１５００°
Ｃの温度域において水素あるいはその他の還元性ガス雰
囲気で劣化が少ないものが望ましい。

また、反応管材料から製品への不純物が混入しないもの
が望ましい０通常、炭素、黒鉛またはムライト、アルミ
ナ等が用いられるが、高純度の炭素あるいは黒鉛材が最
も望ましい、さらに、内管１２０は熱源１３０に燃焼ガ
スを用いた場合、熱源によって内管内側表面が酸化され
るため、内管１２０に黒鉛材を用い、さらにその内側に
ムライト等の耐熱セラミックス材料の保護管１２１を用
いるのが最も望ましい。

ここで熱源１３０としては特に限定されず、燃焼排ガス
、抵抗発熱体等原料炭化水素４１０の熱分解に必要な８
００〜１５００℃程度の温度まで熱分解反応部１４０を
加熱できるものであれば何でもよい、第１図に示したカ
ーボンブラック製造装置においては、−例として反応に
よって生成した反応生成ガス１３２および補助燃料１３
３を用いた燃焼ガスを熱源１３０としたものを示した。

この場合、１３１は燃焼ノズル、１３４．１３６はガス
供給ポンプ、１３５は空気あるいは酸素と空気の混合ガ
ス、１３７はノズル保護用水冷ジャケットである。燃焼
後の排ガスは煙突１３Ｂを通して屋外に排気される。

原料となる炭化水素は原則的には装置本体上部より直接
熱分解反応室に供給されるが、反応室１４０の上部に配
された原料供給管４２０を内管１２０の周りに配し、原
料を予熱したのち供給してもよい、これは内管１２０の
上部を覆う形で設置され、熱源１３０から供給される余
熱によって原料ガス４１０を予熱する仕組みになってい
る。４３０は断熱材あるいはセラミックス等の耐火物円
筒の原料予熱管であり、予熱の程度によって長さを変更
することができる。

熱分解反応室内面に付着生成したカーボンブラックの掻
き取り装置は、掻き取り仮２１０．掻き取り仮移動シャ
フ）　２２０．シャフト駆動装置２３０等で構成される
。

熱分解反応室１４０において、炭化水素の熱分解を行う
と外管１１０の内面および内管１２０の外面にカーボン
ブラック２５０が付着堆積する。掻き取り板２１０は、
掻き取り板移動シャフト２２０に固定され、シャフト駆
動装置２３０によって移動上限位置２１１から移動下限
位置２１２まで上下に移動することができ、移動上限位
置２１１で停止させた状態で熱分解を主に行い、数分間
隔で移動下限位置２１２まで移動して付着生成カーボン
ブラック２５０を掻き落とす。

第２図は本発明に用いる掻き取り板２１０の一例を示す
概略図である。掻き取り板２１０の形状は特に限定され
ないが、外管１１０の内径より数閣小さい外径、内管１
２０の外径より数−大きい中央掻き取り孔２１３が必要
であり、また、例えば２１５を示すような掻き取り仮移
動シャフト２２０に固定できるシャフト固定部を有し、
原料炭化水素４１０あるいは反応生成ガス１３２および
掻き取られた付着生成カーボンブラック２５１が通るた
めの孔２１４が必要である。孔２１４の個数は特に限定
されないが、原料炭化水素４１０あるいは反応生成ガス
および掻き取られた付着生成カーボンブラック２５１の
通過を妨げない構造を有し、かつ掻き取り仮２１０自体
の強度を保つことが必要である。

掻き取りＦｉ２１０の材質としては特に限定されず、原
料炭化水素の分解に要する温度以上で付着生成カーボン
ブラック２５０を掻き取るに十分な強度を有していれば
何でもよいが、掻き取り仮２１０１体の摩耗による製品
への不純物汚染を避ける場合には高純度の炭素成型品を
用いることが望ましい。

掻き取り仮移動シャフｌ−２２０の本数およびシャフト
固定部２１５の位置は特に限定されず、掻き取り板２１
０が掻き取り動作中に水平を保ち、応力歪が最も低くな
ることが望ましい、移動シャフト２２０は、ここでは駆
動アーム２３１を介して駆動チェーン２３２に連結され
ており、駆動モーター２３４゜スプロケット２３３の回
転により、上下するように構成されている。

また、掻き取り面２１６は掻き取り板２１０が上下に移
動するとき、内側反応管１２０の表面に付着した付着生
成カーボンブラック２５０を掻き取る内側刃面であり、
２１７は外管１１０の内表面に付着した付着生成カーボ
ンブラック２５０を掻き取る外側刃面である。刃面２１
６および２１７の両反応管１２０．１１０に対する掻き
取り角θは、両反応管の軸方向に対して９０°以下であ
れば良いが、強度の点を考慮すると９０°が好ましい。

以上述べたように、付着生成カーボンブラック２５０の
掻き取りは、外管１１０と内管１２０と掻き取り板２１
０とのなす間隙で行われるが、この掻き取られた付着生
成カーボンブラック２５１を製品とともに捕集するため
には、外管１１０および内管１２０を縦型に配置するこ
とが望ましい。

次にこのようにして得られたカーボンブラックは、反応
室１４０の下部に設置されたホッパー３１０を通し、例
えばサイクロン３２０．バッグフィルター３４０等から
なる粒子捕集装置３００によって反応ガス１３２と分離
され、製品３６０として取り出される。ここで用いる粒
子捕集装置３００は、第１図に示したものに限定されず
、一般のカーボンブラック製造に用いられるもので十分
である。

また、粒子捕集装置３００〜３５０で得られた反応生成
ガス１３２は反応ガスホルダー３７０で一時的に蓄え、
熱源１３０に供給することもできる。

以上、本発明によるカーボンブラックの製造装置の一例
について詳細に説明したが、本発明による装置はこれに
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲において種々の改善並びに設計の変更が可能であるこ
とは勿論である。

以下に本発明の他の実施例及びその操業状態について具
体的に説明する。

第３図に相当する装置を用い、内管１２０には内径５０
ｍ、外径６０鴫、長さ２０００ｍの高純度黒鉛管、外管
１１０には内径２００ｍ、外径２１２ｍｍ、長さ９５０
口の高純度黒鉛管を用いた。簡単のため、熱源１３０は
黒鉛抵抗発熱体とし、炉温１５００’Ｃ，予熱部温度７
００°Ｃで原料炭化水素には市販プロパンガスを用い、
第１表に示す各製造条件でカーボンブラックを製造した
。

付着生成カーボンブラック掻き取り装置は、第２図に示
すように掻き取り仮２１０には外径１９８＋ｎｍ。

中央掻き取り孔２１３径６２晴、厚さ３５ｆｆｗｓ、径
３０ｍｍのＴＬ２１４３個の高純度黒鉛板を用い、掻き
取り仮移勤シャフト２２０には長さ１２００ｍ、太さ３
０ｍｍφの水冷ステンレスパイプを３木用いた。

第１表にその製造結果を示す、なお比較のため、同一条
件で付着生成カーボンブラックを掻き取らない場合およ
び外管の外部に熱源を設けた場合を併記した。第１表に
示すように、本発明による付着生成カーボンブラックの
掻き取りを行うことにより、カーボンブラックの収率が
６０％から９３〜９７％と大幅に上昇しており、また、
熱源を内管内側部に設けることにより、熱効率が６０％
から８１〜８４％と大幅に上昇している。

第２表に第１表の条件によって製造したカーボンブラッ
クの分析結果を示す、第２表に示すように、全ての金属
元素に対して】ρｐａｗ以下となっており、９９．９９
９％以上の高い純度のカーボンブラックが得られた。

以上述べたように、本発明によるカーボンブラックの製
造装置は、高い収率かつ高い熱効率で高純度のカーボン
ブラックを製造できることがわかる。

なお、実施例および比較例に用いた反応管、掻き取り板
の黒鉛純度は９９．９％のものである。

〈発明の効果〉 本発明によるカーボンブラックの製造装置は以上のよう
な構造を有しているので、内管１２０．外管１１０およ
び掻き取り仮２１０に高純度の黒鉛材を用いることがで
き、原料以外の不純物汚染を極ノｊ防止できるので、高
い純度のカーボンブラックの製造が可能となる。

また、原料炭化水素４１０の分解に必要な熱源１３０が
反応室１４０の中にあるため、装置本体外部への熱の放
散量が少なく抑えられ、熱効率が向上する。

さらに、チエッカ−レンガのような蓄熱部がないため装
置の小型化が可能となり、比較的小規模な生産にも適し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図はそれぞれ本発明のカーボンブラッ
クの製造装置の一例を示す概念図、第２図は掻き取り仮
の一例を示す平面図および部分断面図である。 １１０・・・外　管、　　　　　１２０・・・内　管、
１２１・・・保護管、、　　　　　　１３０・・・熱　
源、１３１・・・燃焼ノズル、　　　１３２・・・反応
生成ガス、１３３・・・補助燃料、 １３４、１３６・・・ガス供給ポンプ、１３５・・・空
気または酸素と空気の混合ガス、１３７・・・ノズル保
護用水冷ジャケット、１３８・・・煙　突、　　　　　
１３９・・・電　源、１４０・・・熱分解反応室、　　
１５０・・・断熱材、２１０・・・掻き取り板、　　　
２１１・・・移動上限位置、２１２・・・移動下限位置
、　　２１３・・・中央掻き取り孔、２１４・・・孔、
　　　　　　　２１５・・・シャフト固定部。 ２１６・・・内側刃面、　　　　２１７・・・外側刃面
、２２０・・・掻き取り板移動シャフト、２２１・・・
保持リング、　　　２３１・・・駆動アーム、２３２・
・・駆動チェーン、　　２３３・・・スプロケツト、２
３４・・・駆動モーター　　２４０・・・ガスパツキン
、２５０・・・付着生成カーボンブラック、２５１・・
・掻き取られた付着生成カーボンブラック、３００・・
・粒子ｌ７Ｉｌ集装置、　　３１０・・・ホッパー３２
０・・・サイクロン、　　　３３０・・・圧送管、３４
０・・・バッグフィルター ３５０・・・フィルター濾布、３６０・・・製　品、３
７０・・・反応ガスホルダー ４００・・・原料供給装置、　　４１０・・・原料炭化
水素、４２０・・・原料ガス予熱室、４３０・・・原料
予熱管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化水素を熱分解してカーボンブラックを製造する装
   置において、外管と内管とからなる二重管で、該内管の
   内側部に加熱源を配置し、該外管の内側と該内管の外側
   で区画される空間部を反応室とし、該反応室の上部は原
   料の炭化水素供給管に、下部はカーボンブラック捕集装
   置にそれぞれ連通させ、かつ該反応室にはその側面に生
   成付着したカーボンブラックを掻き落とす掻き取り板を
   上下に移動可能に設け、かつ該掻き取り板には原料の炭
   化水素を通す孔を設けたことを特徴とするカーボンブラ
   ックの製造装置。