JPH0253868A - カーボンブラックの製造方法およびその装置 - 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、噴流層を用いて比較的低温度で高品質のカー
ボンブラックを製造する方法およびその装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

現在、カーボンブラックの約９０％はスプレー法により
製造されており、生成温度は１５００〜１６００℃であ
る。スプレー法とは、ノズルの火炎中に水をスプレーし
不完全燃焼することによってカーボンブラックを析出さ
せるもので、水の量によって製品性を決めることができ
る方法である。

カーボンブラックの用途の約９０％はゴムへの添加用で
あり、ゴム分子と炭素との反応によってゴムの強度およ
び硬度を上げるために使用されている。この場合、カー
ボンブラックにはゴム分子との反応性に冨むことが要求
される。

カーボンブラックの他の用途の中では色材料用が殆どで
ある。黒色度を上げるためには低温で析出させることが
必要であり、蓄熱型の反応器が利用されている。これは
バーナで加熱した熱媒体中に、ＬＮＧ、ＬＰＧを吹き付
けて脱水素を行って析出させる装置であり、ハツチ運転
で操作する。

低温で製造したカーボンブラックは高温で製造したもの
に比べ、水素基、細孔が多く反応性に富み、黒色度も大
きい。したがって色材料用にもゴム添加用にも適するの
が低温析出炭素であるが、製造コストが高く、品質管理
が困難である。

従来、特開昭６３−５１４６７号公報には、８００〜１
５００’Ｃのカーボンブラック粒子の流動層に、炭化水
素ガスを吹き込むことにより、該カーボンブラック粒子
の表面に生成炭素を析出させてカーボンブラックを製造
する方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

カーボンブラックは低温で生成するほど反応性に冨み、
黒色度も高いが、従来の方法では、６００〜１０００℃
程度では質の揃ったものが安価に製造できなかった。

一般に低温で均一な反応を行わせるには、流動層、或は
噴流層反応器が適しているが、流動層の問題点として、
反応器内壁へのカーボンブラックの析着と、大粒径粒子
の分散板上での堆積が挙げられる。噴流層ではこれらの
問題は生しない。

流動層や噴流層といった完全混合層型反応器では、粒子
の滞留時間に分布が生しることは不可避で、中にはなか
なか排出されず、巨大な粒子になるものもある。流動層
の中にこのような巨大粒子がある場合に、この粒子は分
散板上壁面近傍に堆積することが知られており、抜出し
が非常に困難であり、層内温度分布の乱れ、そして製品
品質の乱れにつながる。しかし、噴流層では、その構造
上粒子が堆積する場所はなく、また中心のジェット部は
非常に高流速なので、大粒径粒子でも吹き上げられ、必
ず内部循環し排出口にいたる。

上記のように、特開昭６３−５１４６７号公報に示され
るような装置においては、流動層内の巨大粒子の抜出し
が困難で、このため層内温度分布の乱れ、製品品質の乱
れが生じるという不都合点がある。

また第４図および第５図に示すように、流動層反応器１
の内壁面温度と流動層２内温度とがほぼ等しく、内壁面
へカーボンブラックが折着して、運転上のトラブルの原
因となることがある。３はバーナ、４は空気分散板であ
る。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、比較的低温
域で炭素を析出させて、反応性に冨み、黒色度の高い高
品質のカーボンブラックを得ることができ、しかも反応
装置内壁への析着が防止でき、大粒径粒子の排出および
プラントの運転を容易に行うことができるカーボンブラ
ックの製造方法およびその装置を提供することを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明のカーボンブラッ
クの製造方法は、種核となるカーボンブラック粒子で噴
流層を形成するとともに、この噴流層内中央部のホット
スポットの温度を６００〜１０００℃に調節し、この噴
流層内に炭化水素ガスを吹き込み、炭化水素ガスを熱分
解または不完全燃焼させて、カーボンブラックを発生・
析出させるようにしたものである。

炭化水素ガスとしては、ＬＮＧ、　ＬＰＧ、アセチレン
、メタン、フロパン、ブタンなど、炭化水素自身のガス
または炭化水素含有ガスが用いられる。

またホットスポットとは、噴流層内の中央部に形成され
る局部高温域のことを相称する。

また本発明のカーボンブラックの製造装置は、第１図に
示すように、カーボンブラック粒子の噴流層１１を形成
する、下部にバーナ１２およびカーボンブラック排出口
１３を備えた噴流層反応器１０と、この噴流層反応器に
空気を送入する押込みファン１６と、噴流層反応器に炭
化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給装置１７と、噴
流層反応器から排出される排ガス中の粗粒カーボンブラ
ックを捕捉するための第１集じん器１９と、この第１集
じん器で捕捉されない微粉カーボンブラックを捕捉する
だめの第２集じん器２１とを包含するものである。

本発明の装置においては、第１集じん器１９としてサイ
クロンを、第２集じん器２１としてバグフィルタを用い
るのが望ましい。

〔作　　　用〕

噴流層１１内へ炭化水素ガスを吹き込み、ホットスポッ
ト１５内の温度を６００〜１０００℃に保ちながら不完
全燃焼または熱分解させる。燃焼に消費されなかった炭
素は、炭素同志で結合してカーボンブラックとなり、一
部は噴流層１１を形成する種核のカーボンブラック上に
折着し、他は粉体となる。この粉体ば、それ自身が今度
は種核となり、サイクロンなどの第１集じん器１９によ
り捕捉・循環される間に粒径が大きくなり、カーボンブ
ラック排出口１３より糸外へ抜き出される。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
形状、その相対配置などは、とくに特定的な記載がない
限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のも
のではなく、単なる説明例にすぎない。

第１図は本発明のカーボンブラックの製造装置の一実施
例を示している。１０は噴流層反応器で、内部の噴流層
１１は種核用のカーボンブラック粒子で形成される。ま
た噴流層反応器１０は、下部にバーナ１２およびカーボ
ンブラック排出口１３を備えている。１４は空気および
炭化水素ガスの導入ダクトで、この導入ダクトの上部に
、複数本のバーナ１２を斜め上方を向くように設けて、
噴流層１１内に局部高温域（ホットスポット）１５が形
成されるようにしている。

１６は噴流層反応器に空気を送入する押込みファン、１
７は噴流層反応器に炭化水素ガスを供給する炭化水素ガ
ス供給装置で、それぞれカーボンブラック冷却器１８を
通る管路を介して導入ダクト１４に接続されている。

噴流層反応Ｈ１０の上部は、排ガス管路を介してサイク
ロンなどの第１集じん器１９に接続され、第１集じん器
１９の下部はカーボンブラック循環管路２０を介して噴
流層反応器１０に接続されている。第１集じん器１９の
上部は、排ガス管路を介してバグフィルタ、電気集じん
機などの第２集じん器２１に接続されている。２２は誘
引ファンである。

また噴流層１１には、カーボンブラック抜出管２３を介
してカーボンブラック冷却器１８が接続されている。

上記のように構成された装置において、スタートアップ
時に、種核用として適当な粒径のカーボンブラックを噴
流層反応器１０に投入し、空気により噴流層１１を形成
させる。噴流層内へノズルからＬＮＧ、　ＬＰＧ等の炭
化水素ガスを吹き込み、ホットスポット１５内の温度を
６００〜１０００℃の適切な温度に保ちながら不完全燃
焼または熱分解させると、燃焼に消費されなかった炭素
は炭素同志で結合しカーボンブラックとなり、一部は種
核上に折着し、他は粉体となる。粉体となったものは、
それ自身が今度は種核となり第１集じん器１９により循
環される間に粒径が大きくなり、カーボンブラック排出
口１３より糸外へ抜き出される。また、第１集じん器１
９で捕捉されなかった微粉カーボンブラックは、第２集
じん器２１で捕捉されるが、これもまた付加価値が高い
。

噴流層１１内での反応は、主にホラトスボン１−１５で
行われる。ホットスポットと噴流層反応器内壁は、環状
下降粒子層で遮られるため、壁面の温度は反応温度より
かなり低くなる。したがって煤の内壁への析着速度がき
わめて遅く、粒子自身によるかきとり速度の方が上回る
ため、内壁上の析着層が全く成長せず、安定な長期運転
が可能である。

カーボンブラックは低温で生成するほど反応性に冨み、
黒色度も高いが、従来の方法でば６００〜１０００℃程
度では質の揃ったものが安価に製造できなかった。とこ
ろが、本発明の方法では、燃焼エネルギーに対して持ち
出しエネルギーも含めた放熱が非常に大きいため、従来
法より遥かに低い温度で熱バランスがとれ、低温燃焼が
可能となる。これは噴流層１１でば、気体一固体間の伝
熱速度が大きいためである。製品品質は噴流層の温度に
よって管理され、投入燃料量および空気燃料比によって
操作される。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、６００〜１
０００℃の比較的低温で良質のカーボンブラックを製造
することができるとともに、噴流層反応器内壁の温度が
ホットスポットに比べて低くなるので、噴流層反応器内
壁へ煤が付着するのを防止することができ、このため安
定な長期運転を継続することができるという効果を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカーボンブラックの製造装置の一実施
例を示す概略図、第２図は第１図における噴流層反応器
の詳細を示す説明図、第３図は第２図における噴流層の
水平方向の位置と温度との関係を示す線図、第４図は従
来の流動層反応器を示す説明図、第５図は第４図におけ
る流動層の水平方向の位置と温度との関係を示す線図で
ある。 １・・・流動層反応器、２・・・流動層、６・・・バー
ナ、４・・・空気分散板、１０・・・噴流層反応器、１
１・・・噴流層、１２・・・バーナ、１３・・・カーボ
ンブラック排出口、１４・・・導入ダクト、１５ボット
スポット、１６・・・押込みファン、１７・・・炭化水
素ガス供給装置、１８・・・カーボンブラック冷却器、
１９・・・第１集じん器、２０・・・カーボンブラック
循環管路、２１・・・第２集じん器、２２・・・誘引フ
ァン、２３・・・カーボンブラック抜出管 第 図 第 図 υｉ□４４ｆＬＬ 第 図 呑 第 り 図 ン九動＋、＋４ｃｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　種核となるカーボンブラック粒子で噴流層を形成す
   るとともに、この噴流層内中央部のホットスポットの温
   度を６００〜１０００℃に調節し、この噴流層内に炭化
   水素ガスを吹き込み、炭化水素ガスを熱分解または不完
   全燃焼させて、カーボンブラックを発生・析出させるこ
   とを特徴とするカーボンブラックの製造方法。 ２　カーボンブラック粒子の噴流層（１１）を形成する
   、下部にバーナ（１２）およびカーボンブラック排出口
   （１３）を備えた噴流層反応器（１０）と、この噴流層
   反応器に空気を送入する押込みファン（１６）と、噴流
   層反応器に炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給装
   置（１７）と、噴流層反応器から排出される排ガス中の
   粗粒カーボンブラックを捕捉するための第１集じん器（
   １９）と、この第１集じん器で捕捉されない微粉カーボ
   ンブラックを捕捉するための第２集じん器（２１）とを
   包含することを特徴とするカーボンブラックの製造装置
   。 ３　第１集じん器（１９）がサイクロン、第２集じん器
   （２１）がバグフィルタである請求項２記載のカーボン
   ブラックの製造装置。