JPH10292126A - Production of carbon black - Google Patents
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- JPH10292126A JPH10292126A JP11442897A JP11442897A JPH10292126A JP H10292126 A JPH10292126 A JP H10292126A JP 11442897 A JP11442897 A JP 11442897A JP 11442897 A JP11442897 A JP 11442897A JP H10292126 A JPH10292126 A JP H10292126A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、常温で液体または
固体の炭化水素原料を用いて、高純度で微細な粒子性状
を有するカーボンブラックの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing carbon black having high purity and fine particle properties by using a liquid or solid hydrocarbon material at room temperature.
【０００２】[0002]
【従来の技術】カーボンブラックの種類としてはファー
ネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック
およびアセチレンブラックが古くから知られている。こ
のうちファーネスブラックは原料を不完全燃焼させて製
造されるもので、原料系の違いによりガスファーネス法
とオイルファーネス法とに大別される。ガスファーネス
法は天然ガスのようなガス状炭化水素を原料とし、その
一部を空気と燃焼させ、残りの原料ガスを熱分解してカ
ーボンブラックを製造する方法で、また、オイルファー
ネス法は燃料の燃焼により形成された円筒炉の火炎中に
液状の炭化水素油を噴霧状または蒸気状として連続供給
することにより熱分解させる方法で、広範囲に亘る粒子
性状のカーボンブラックを工業的に製造することができ
る。2. Description of the Related Art Furnace black, channel black, thermal black and acetylene black have been known as types of carbon black for a long time. Of these, furnace black is produced by incompletely burning a raw material, and is roughly classified into a gas furnace method and an oil furnace method depending on the type of raw material. The gas furnace method is a method in which a gaseous hydrocarbon such as natural gas is used as a raw material, a part of which is burned with air, and the remaining raw material gas is thermally decomposed to produce carbon black. Industrial production of particulate carbon black over a wide range by pyrolysis by continuously supplying liquid hydrocarbon oil as a spray or vapor in the flame of a cylindrical furnace formed by combustion of Can be.
【０００３】チャンネルブラックは、天然ガスを燃焼さ
せた扇型の炎をチャンネル鋼に衝突させ、析出したカー
ボンブラックを掻き落として製造される超微粒系の品種
で、主にカラー用として用いられている。サーマルブラ
ックは耐火レンガをチェッカー状に積んだ蓄熱室式の分
解炉を用い、天然ガスを用いて燃焼と熱分解を周期的に
繰り返し行うもので大粒子径を有するカーボンブラック
が得られる。また、アセチレンブラックは、アセチレン
の発熱反応を利用して炭素と水素に熱分解させて得られ
るカーボンブラックで、高い導電性と大きなストラクチ
ャーに特徴がある。[0003] Channel black is an ultra-fine grain type product produced by colliding a fan-shaped flame obtained by burning natural gas with a channel steel and scraping off precipitated carbon black, and is mainly used for color. I have. The thermal black uses a thermal storage chamber type decomposition furnace in which refractory bricks are piled up in a checker shape and periodically repeats combustion and thermal decomposition using natural gas, so that carbon black having a large particle diameter can be obtained. Acetylene black is a carbon black obtained by thermally decomposing carbon and hydrogen using the exothermic reaction of acetylene, and is characterized by high conductivity and a large structure.
【０００４】上記のカーボンブラック製造技術のうち、
主流となっているのはオイルファーネス法で、現在では
大部分のカーボンブラックがこの方法により工業生産さ
れており、装置および製造プロセスに関する改良技術も
数多く提案されている。これに対して、ファーネス法の
生産技術をそのまま適用してチャンネルブラックやサー
マルブラックを製造することは極めて困難であり、装置
的に量産性に乏しいチャンネルブラックやサーマルブラ
ックは殆ど工業生産されていないのが現状である。しか
しながら、チャンネルブラックやサーマルブラックはフ
ァーネスブラックとは異なる特異な粒子性状を有してい
るため、これを連続的に低コストで生産することができ
れば工業上の利用価値は非常に高い。[0004] Among the above carbon black production techniques,
The mainstream is the oil furnace method, and at present most carbon blacks are industrially produced by this method, and a number of improvements in equipment and manufacturing processes have been proposed. On the other hand, it is extremely difficult to produce channel black or thermal black by directly applying the production method of the furnace method, and almost no channel black or thermal black is mass-produced industrially in terms of equipment. Is the current situation. However, since channel black and thermal black have unique particle properties different from furnace black, if they can be continuously produced at low cost, their industrial utility value is very high.
【０００５】そこで、本出願人はサーマルブラック相当
の粒子性状を備えるカーボンブラックを高収率で能率よ
く生産することのできるカーボンブラックの製造方法と
して、常温で液体または固体の炭化水素原料を加熱気化
し、該気化した炭化水素原料ガスをキャリアガスととも
に０．０１〜２．０ vol％のガス濃度で無酸素雰囲気に
保持された外熱式熱分解炉に導入し、１０００〜１４０
０℃の温度に加熱して熱分解させることを特徴とするカ
ーボンブラックの製造方法を開発、提案（特願平８−35
1920号）した。Accordingly, the present applicant has proposed a method for producing carbon black having a particle property equivalent to that of thermal black in a high yield with high efficiency by heating a liquid or solid hydrocarbon raw material at room temperature by heating it. And introduced the vaporized hydrocarbon raw material gas together with a carrier gas into an external heat type pyrolysis furnace maintained at an oxygen-free atmosphere at a gas concentration of 0.01 to 2.0 vol%,
A method for producing carbon black characterized by being thermally decomposed by heating to a temperature of 0 ° C. has been developed and proposed (Japanese Patent Application No. 8-35).
1920).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは引き続き
研究を進める中で、上記特願平８−３５１９２０号の発
明を改良することによりサーマルブラックとは粒子性状
が大きく異なり、微細な粒子径を有するカーボンブラッ
クが製造できることを見い出した。As the inventors of the present invention continue their research, they improved the invention of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 8-351920 to greatly differ in the particle properties from thermal black and to obtain a fine particle size. It has been found that a carbon black having the following formula can be produced.
【０００７】本発明は上記の知見に基づいて開発された
ものであり、その目的は常温で液体または固体の炭化水
素原料を用いて高純度で微細な粒子性状を有し、チャン
ネルブラックに相当する１０〜１５nmの平均粒子径なら
びに粒子径分布のシャープな粒子性状を有するカーボン
ブラックの製造方法を提供することにある。The present invention has been developed on the basis of the above findings, and its object is to use a liquid or solid hydrocarbon raw material at room temperature, have high purity and fine particle properties, and correspond to channel black. An object of the present invention is to provide a method for producing carbon black having an average particle diameter of 10 to 15 nm and a particle property having a sharp particle diameter distribution.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるカーボンブラックの製造方法は、常温
で液体または固体の炭化水素原料を加熱気化し、該気化
した炭化水素原料ガスをキャリアガスとともに０．０１
〜２．０ vol％のガス濃度で無酸素雰囲気に保持された
熱分解炉に導入し、１６００〜１８００℃の温度で熱分
解させることを構成上の特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for producing carbon black, which comprises the steps of heating and vaporizing a liquid or solid hydrocarbon raw material at room temperature, and using the vaporized hydrocarbon raw material gas as a carrier. 0.01 with gas
It is introduced into a pyrolysis furnace maintained in an oxygen-free atmosphere at a gas concentration of ２．０2.0 vol%, and is thermally decomposed at a temperature of 1600 to 1800 ° C.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明で用いる原料は常温で液体
または固体の炭化水素であり、炭化水素原料はその沸点
以上の温度に加熱して気化させ、ガス状で熱分解炉に供
給される。炭化水素原料としてはカーボンブラック製造
用の原料として一般的に使用される石炭系重質油や石油
系重質油などを所定の温度に加熱して揮発性溜分を気化
させて使用することもできるが、カーボンブラックに転
化する割合が大きく、また熱分解反応を均一に進め品質
の均一化を図るために芳香族性炭化水素単体が好ましく
用いられる。具体的にはベンゼン、ナフタレン、アント
ラセンなどの芳香族性炭化水素の単体が用いられ、その
純度は９５％以上であることが望ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The raw material used in the present invention is a liquid or solid hydrocarbon at room temperature, and the hydrocarbon raw material is heated to a temperature higher than its boiling point to be vaporized and supplied to a pyrolysis furnace in gaseous form. . As a hydrocarbon raw material, coal-based heavy oil or petroleum-based heavy oil, which is generally used as a raw material for producing carbon black, may be heated to a predetermined temperature to vaporize a volatile fraction to be used. Although it is possible, the conversion to carbon black is large, and an aromatic hydrocarbon alone is preferably used in order to promote the thermal decomposition reaction uniformly and to achieve uniform quality. Specifically, a simple substance of an aromatic hydrocarbon such as benzene, naphthalene, and anthracene is used, and its purity is desirably 95% or more.
【００１０】気化した炭化水素原料はキャリアガスとと
もに沸点以上の所定温度に保持されながら搬送され、熱
分解炉に導入される。キャリアガスとしては炭化水素原
料ガスの熱分解により生成するカーボンブラックの性状
に悪影響を与えないように窒素や水素あるいはアルゴン
などの不活性ガス等を用いることが好ましい。[0010] The vaporized hydrocarbon raw material is conveyed together with the carrier gas while being maintained at a predetermined temperature not lower than the boiling point, and is introduced into a pyrolysis furnace. As the carrier gas, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen, hydrogen, or argon so as not to adversely affect the properties of carbon black generated by thermal decomposition of the hydrocarbon raw material gas.
【００１１】熱分解炉は電熱あるいは燃焼バーナにより
外部から加熱する形式の外熱式熱分解炉が用いられ、所
定の温度に加熱保持された熱分解炉に気化させた炭化水
素原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが導入される。
炭化水素原料ガスは熱分解炉でカーボンブラックと水素
とに熱分解されるが、この場合に酸化燃焼反応を生起さ
せないことが必要であり、熱分解炉の雰囲気は酸素の存
在しない無酸素雰囲気に保持される。無酸素雰囲気とは
遊離酸素ばかりでなく酸素化合物も存在しない雰囲気を
いい、キャリアガスとして用いる窒素や水素あるいはア
ルゴンなどの不活性ガスにより無酸素雰囲気を形成、保
持することができる。As the thermal cracking furnace, an external heat type thermal cracking furnace of a type heated externally by electric heating or a combustion burner is used, and a hydrocarbon raw material gas and a carrier gas vaporized in the thermal cracking furnace which is heated and maintained at a predetermined temperature. Is introduced.
The hydrocarbon raw material gas is thermally decomposed into carbon black and hydrogen in the pyrolysis furnace. In this case, it is necessary not to cause an oxidative combustion reaction, and the atmosphere of the pyrolysis furnace is an oxygen-free atmosphere without oxygen. Will be retained. The oxygen-free atmosphere refers to an atmosphere in which not only free oxygen but also an oxygen compound does not exist, and an oxygen-free atmosphere can be formed and maintained by an inert gas such as nitrogen, hydrogen, or argon used as a carrier gas.
【００１２】製造されるカーボンブラックの品質性状は
熱分解炉に導入する炭化水素原料ガスとキャリアガスと
の割合、導入するガス流量、熱分解温度、熱分解時間な
どを設定することにより熱分解炉内における炭化水素原
料のガス濃度、ガス流速、熱分解速度等を調整すること
によって制御することができる。この場合、炭化水素原
料ガスとキャリアガスとの混合ガス中における炭化水素
原料のガス濃度（＝炭化水素原料ガス流量／炭化水素原
料ガス流量＋キャリアガス流量）を０．０１〜２．０ v
ol％に設定することが必要である。ガス濃度が２．０ v
ol％を越える場合には微細な粒子径のカーボンブラック
を生成することができず、一方０．０１vol％未満の低
いガス濃度ではカーボンブラックの製造効率が低いばか
りでなく反応ガス中における炭化水素ガスが少ないため
にカーボンブラックの生成反応が円滑に進まず、粒子性
状等が不均一化することとなる。なお、ガス濃度は好ま
しくは０．１〜１．０ vol％の範囲に設定される。The quality of the carbon black produced is determined by setting the ratio of the hydrocarbon raw material gas and the carrier gas introduced into the pyrolysis furnace, the flow rate of the introduced gas, the pyrolysis temperature, the pyrolysis time, and the like. It can be controlled by adjusting the gas concentration, gas flow rate, thermal decomposition rate, etc. of the hydrocarbon raw material in the inside. In this case, the gas concentration of the hydrocarbon raw material in the mixed gas of the hydrocarbon raw material gas and the carrier gas (= hydrocarbon raw material gas flow rate / hydrocarbon raw material gas flow rate + carrier gas flow rate) is set to 0.01 to 2.0 v.
It is necessary to set to ol%. Gas concentration 2.0 v
ol%, carbon black having a fine particle size cannot be produced, while a low gas concentration of less than 0.01 vol% not only reduces the production efficiency of carbon black, but also reduces the hydrocarbon gas content in the reaction gas. , The formation reaction of carbon black does not proceed smoothly, and the particle properties and the like become non-uniform. The gas concentration is preferably set in the range of 0.1 to 1.0 vol%.
【００１３】熱分解炉に導入された炭化水素原料ガスは
熱分解されてカーボンブラックに転化するが、熱分解温
度は１６００〜１８００℃の範囲に設定することが必要
である。熱分解温度が１６００℃を下回ると微細な粒子
径、例えば平均粒子径が１０〜１５nmの微細な粒子径を
有するカーボンブラックを生成することができないため
である。なお、好ましくは熱分解温度は１７００℃以上
に設定される。しかしながら、熱分解温度を１８００℃
を越える温度に設定しても生成するカーボンブラックの
微粒化の効果は減退するので、熱エネルギーの経済性の
面から１８００℃以下の温度に設定すればよい。The hydrocarbon raw material gas introduced into the pyrolysis furnace is pyrolyzed and converted into carbon black, and the pyrolysis temperature needs to be set in the range of 1600 to 1800 ° C. If the thermal decomposition temperature is lower than 1600 ° C., carbon black having a fine particle size, for example, a fine particle size having an average particle size of 10 to 15 nm cannot be produced. Preferably, the thermal decomposition temperature is set to 1700 ° C. or higher. However, the thermal decomposition temperature is 1800 ° C
Even if the temperature is set higher than the above, the effect of atomizing the carbon black to be produced is reduced. Therefore, the temperature may be set to 1800 ° C. or lower from the viewpoint of thermal energy economy.
【００１４】炭化水素原料ガスを熱分解して生成したカ
ーボンブラックと水素ガス、およびキャリアガスとから
なる熱分解ガスは、カーボンブラックを分離回収後、水
素ガスおよびキャリアガスとからなる混合ガスを炭化水
素原料ガスの搬送用のキャリアガスとして循環使用する
ことができ、また熱分解炉や原料気化器の燃料として用
いることも可能である。The pyrolysis gas composed of carbon black, hydrogen gas, and carrier gas produced by pyrolyzing a hydrocarbon raw material gas is obtained by separating and recovering carbon black, and then carbonizing a mixed gas composed of hydrogen gas and carrier gas. It can be circulated and used as a carrier gas for transporting a hydrogen source gas, and can also be used as a fuel for a pyrolysis furnace or a source vaporizer.
【００１５】図１は本発明のカーボンブラックの製造方
法に適用される装置の構成を例示した説明図である。図
１において、原料タンク１には常温で液体または固体の
炭化水素原料が入れられており、常温で固体の原料の場
合には予熱用ヒータ２により予め融点以上の温度に加熱
して液状の状態で貯蔵されている。炭化水素原料は、ポ
ンプ３および流量調節計４により所定流量に制御しなが
ら炭化水素原料送入管５から原料気化器６に供給され
る。原料気化器６には液状の炭化水素原料を気化するた
めの原料気化用ヒータ７が備えられており、所定温度に
加熱することにより原料を所定の速度で気化し、気化し
た炭化水素原料ガスは炭化水素原料ガス排出管８から送
出される。FIG. 1 is an explanatory view illustrating the configuration of an apparatus applied to the method for producing carbon black of the present invention. In FIG. 1, a raw material tank 1 contains a liquid or solid hydrocarbon raw material at room temperature. In the case of a solid raw material at room temperature, the raw material tank 1 is preheated to a temperature equal to or higher than the melting point by a preheating heater 2 to be in a liquid state. Stored in. The hydrocarbon raw material is supplied to the raw material vaporizer 6 from the hydrocarbon raw material feed pipe 5 while controlling the flow rate at a predetermined flow rate by the pump 3 and the flow controller 4. The raw material vaporizer 6 is provided with a raw material vaporizing heater 7 for vaporizing a liquid hydrocarbon raw material, and is heated at a predetermined temperature to vaporize the raw material at a predetermined speed. It is delivered from the hydrocarbon feed gas discharge pipe 8.
【００１６】窒素、水素、不活性ガスなどのキャリアガ
スはキャリアガスタンク９に保管され、流量調節計10に
より所定の流量に制御して送出する。原料気化器６で気
化した炭化水素原料ガスは、図２に部分拡大図で示した
キャリアガスの流通管11内に流入させることによってキ
ャリアガスと混合され、キャリアガスに搬送されて原料
ノズル12に供給される。この混合ガスは原料ノズル12か
ら所定温度に加熱されている熱分解炉13の炉心管14に導
入され、炭化水素原料ガスがカーボンブラックと水素ガ
スとに熱分解される。熱分解温度は原料となる炭化水素
により異なるが１６００〜１８００℃の範囲に設定され
る。A carrier gas such as nitrogen, hydrogen, or an inert gas is stored in a carrier gas tank 9 and is sent out while being controlled at a predetermined flow rate by a flow controller 10. The hydrocarbon raw material gas vaporized by the raw material vaporizer 6 is mixed with the carrier gas by flowing into a carrier gas flow pipe 11 shown in a partially enlarged view in FIG. Supplied. This mixed gas is introduced from a material nozzle 12 into a furnace tube 14 of a pyrolysis furnace 13 heated to a predetermined temperature, and the hydrocarbon material gas is thermally decomposed into carbon black and hydrogen gas. The pyrolysis temperature is set in the range of 1600 to 1800 ° C. depending on the hydrocarbon used as the raw material.
【００１７】炭化水素原料ガスとキャリアガスは、原料
気化器６内で混合することもでき、図３に原料気化器６
内で気化した炭化水素原料ガスとキャリアガスを混合す
る装置を部分拡大図で例示した。図３において、原料気
化器６で気化した炭化水素原料ガスはキャリアガス送入
管15から所定の流量で送入されたキャリアガスと混合さ
れ、混合ガスは流通管内を搬送して原料ノズル12から熱
分解炉13の炉心管14に導入されて熱分解する。The hydrocarbon raw material gas and the carrier gas can be mixed in the raw material vaporizer 6, and FIG.
An apparatus for mixing a hydrocarbon raw material gas and a carrier gas vaporized therein is illustrated in a partially enlarged view. In FIG. 3, the hydrocarbon raw material gas vaporized by the raw material vaporizer 6 is mixed with the carrier gas fed at a predetermined flow rate from the carrier gas feed pipe 15, and the mixed gas is transported in the flow pipe to be discharged from the raw material nozzle 12. It is introduced into the furnace tube 14 of the pyrolysis furnace 13 and pyrolyzed.
【００１８】熱分解炉13は電熱式あるいは燃焼バーナ式
などの適宜な加熱装置16により所定温度に加熱されてお
り、図１には燃焼バーナ式の加熱装置を示した。プロパ
ンなどの燃料をバーナ17により燃焼して熱分解炉13を所
定温度に加熱制御し、導入された炭化水素原料ガスをカ
ーボンブラックと水素ガスに熱分解する。The pyrolysis furnace 13 is heated to a predetermined temperature by an appropriate heating device 16 such as an electric heating type or a combustion burner type. FIG. 1 shows a combustion burner type heating device. A fuel such as propane is burned by a burner 17 to control heating of the pyrolysis furnace 13 to a predetermined temperature, and pyrolyze the introduced hydrocarbon raw material gas into carbon black and hydrogen gas.
【００１９】熱分解ガスは熱分解炉13の出口に設けた冷
却管18で冷却したのち、分離器19によりカーボンブラッ
クを分離捕集する。冷却管18には２重管構造の外部水冷
式のものが用いられ、熱分解ガスを例えば５００℃以下
の温度に速やかに冷却して熱分解反応を停止する。分離
器19は熱分解ガス中のカーボンブラックを分離するもの
で、濾布による濾過分離方式やサイクロンによる遠心分
離方式など適宜な分離器が用いられ、カーボンブラック
を分離した熱分解ガスは水素ガスを含む可燃性ガスであ
るから熱分解炉13を加熱する燃料として回収使用するこ
とができ、またキャリアガスの一部として循環使用する
ことも可能である。After the pyrolysis gas is cooled by a cooling pipe 18 provided at the outlet of the pyrolysis furnace 13, carbon black is separated and collected by a separator 19. As the cooling pipe 18, an external water-cooled type having a double pipe structure is used, and the pyrolysis gas is rapidly cooled to, for example, a temperature of 500 ° C. or less to stop the pyrolysis reaction. The separator 19 separates carbon black in the pyrolysis gas, and an appropriate separator such as a filtration separation method using a filter cloth or a centrifugal separation method using a cyclone is used.The pyrolysis gas that separates the carbon black is hydrogen gas. Since it is a combustible gas containing it, it can be recovered and used as fuel for heating the pyrolysis furnace 13, and can be circulated and used as a part of the carrier gas.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して詳
細に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below in comparison with comparative examples.
【００２１】実施例１〜４、比較例１〜２ 図１に示した製造装置により、純度９９％、沸点８０℃
のベンゼン（Ｃ6 Ｈ6)を炭化水素原料としてカーボンブ
ラックを製造した。ベンゼンは炭化水素原料送入管５か
ら１００℃の温度に調節された図２に示す原料気化器６
に送入して気化した。キャリアガスには１００℃の温度
に予熱した窒素ガスを用い、キャリアガス流通管11を流
通する窒素ガス中に気化したガス状のベンゼンを所定の
割合で供給して、窒素ガスに搬送されながらベンゼンを
混合した。このようにしてベンゼンのガス濃度が異なる
ベンゼンと窒素の混合ガスを１００℃の温度に保持され
た状態で原料ノズル12から熱分解炉13の炉心管に導入し
た。なお炉心管14には内径２０mm、長さ２０００mmの高
純度黒鉛管〔東海カーボン（株）製 G-347〕を用いた。
熱分解炉13は、予め炉心管14に窒素ガスを流通させなが
ら高周波誘導加熱により所定の温度に加熱して無酸素雰
囲気の状態に形成、保持されており、導入されたベンゼ
ンをカーボンブラックと水素ガスとに熱分解した。熱分
解ガスは外部水冷式の冷却管18により５００℃の温度に
急冷されたのち、分離器19として濾過塔を用いて濾布上
にカーボンブラックを分離回収した。Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 Purity 99%, boiling point 80 ° C. by the production apparatus shown in FIG.
Benzene (C 6 H 6 ) was used as a hydrocarbon raw material to produce carbon black. Benzene is fed from a hydrocarbon feed pipe 5 to a feed vaporizer 6 shown in FIG.
And vaporized. Nitrogen gas preheated to a temperature of 100 ° C. is used as the carrier gas, and gaseous benzene is supplied at a predetermined ratio into the nitrogen gas flowing through the carrier gas flow pipe 11, and the benzene is transported to the nitrogen gas. Was mixed. In this way, a mixed gas of benzene and nitrogen having different benzene gas concentrations was introduced from the raw material nozzle 12 into the furnace tube of the pyrolysis furnace 13 while maintaining the temperature at 100 ° C. As the core tube 14, a high-purity graphite tube [G-347 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.] having an inner diameter of 20 mm and a length of 2000 mm was used.
The pyrolysis furnace 13 is heated to a predetermined temperature by high-frequency induction heating while flowing nitrogen gas through the furnace tube 14 in advance to form and maintain an oxygen-free atmosphere, and the introduced benzene is converted into carbon black and hydrogen. Pyrolyzed to gas. After the pyrolysis gas was quenched to a temperature of 500 ° C. by an external water-cooled cooling pipe 18, carbon black was separated and collected on a filter cloth using a filtration tower as a separator 19.
【００２２】実施例５〜６、比較例３〜４ 炭化水素原料として純度９９％、融点８０℃、沸点２１
８℃のナフタレン（Ｃ10Ｈ8 ）を用い、原料タンク１内
で予熱用ヒータ２により１００℃の温度に加熱溶融した
ナフタレン融液を炭化水素原料送入管５から２５０℃の
温度に調節された図２に示す原料気化器６に送入して気
化した。キャリアガスには２５０℃の温度に予熱した窒
素ガスを用い、気化したナフタレンガスと窒素ガスとの
混合ガスは異なるガス濃度で、２５０℃の温度に保持さ
れた状態で原料ノズル12から熱分解炉13の炉心管14に導
入した。炉心管は実施例１と同一の内径２０mm、長さ２
０００mmの高純度黒鉛管〔東海カーボン（株）製 G-34
7〕を用い、実施例１と同様にして高周波誘導加熱によ
り所定の温度に加熱して無酸素雰囲気の状態に保持した
ナフタレンガスをカーボンブラックと水素ガスとに熱分
解して、濾過塔により濾布上にカーボンブラックを分離
回収した。Examples 5-6, Comparative Examples 3-4 As hydrocarbon raw materials, purity 99%, melting point 80 ° C, boiling point 21
Naphthalene (C 10 H 8 ) at 8 ° C. is used, and a naphthalene melt melted by heating at a temperature of 100 ° C. by a preheating heater 2 in a raw material tank 1 is adjusted to a temperature of 250 ° C. from a hydrocarbon raw material feed pipe 5. It was sent to the raw material vaporizer 6 shown in FIG. 2 and vaporized. A nitrogen gas preheated to a temperature of 250 ° C. is used as a carrier gas, and a mixed gas of a vaporized naphthalene gas and a nitrogen gas has a different gas concentration, and is kept at a temperature of 250 ° C. from a raw material nozzle 12 through a pyrolysis furnace. 13 core tubes 14 were introduced. The core tube has the same inner diameter of 20 mm and length of 2 as in Example 1.
000mm high-purity graphite tube [G-34 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.]
7], the naphthalene gas heated to a predetermined temperature by high-frequency induction heating in the same manner as in Example 1 and kept in an oxygen-free atmosphere is thermally decomposed into carbon black and hydrogen gas, and filtered through a filtration tower. Carbon black was separated and collected on the cloth.
【００２３】実施例７〜８、比較例５〜６ 炭化水素原料として純度９６％、融点２１６℃、沸点３
４０℃のアントラセン（Ｃ14Ｈ10）を用い、原料タンク
１内で予熱用ヒータ２により２２０℃の温度に加熱溶融
したアントラセン融液を炭化水素原料送入管５から３５
０℃の温度に調節された図２に示す原料気化器６に送入
して気化した。キャリアガスには３５０℃の温度に予熱
した窒素ガスを用い、気化したアントラセンガスと窒素
ガスとの混合ガスは異なるガス濃度で、３５０℃の温度
に保持された状態で原料ノズル12から熱分解炉13の炉心
管14に導入した。炉心管は実施例１と同一の内径２０m
m、長さ２０００mmの高純度黒鉛管〔東海カーボン
（株）製 G-347〕を用い、実施例１と同様にして高周波
誘導加熱により所定の温度に加熱して無酸素雰囲気の状
態に保持したナフタレンガスをカーボンブラックと水素
ガスとに熱分解して濾過塔により濾布上にカーボンブラ
ックを分離回収した。Examples 7 and 8, Comparative Examples 5 and 6 Purity: 96%, melting point: 216 ° C., boiling point: 3
Using anthracene (C 14 H 10 ) of 40 ° C., an anthracene melt heated and melted to a temperature of 220 ° C. by a preheating heater 2 in a raw material tank 1 is fed to a hydrocarbon raw material feed pipe 5 through 35.
The raw material was introduced into the raw material vaporizer 6 shown in FIG. A nitrogen gas preheated to a temperature of 350 ° C. is used as a carrier gas, and a mixed gas of vaporized anthracene gas and nitrogen gas has different gas concentrations and is maintained at a temperature of 350 ° C. from a raw material nozzle 12 to a pyrolysis furnace. 13 core tubes 14 were introduced. The core tube has the same inner diameter of 20 m as in Example 1.
Using a high-purity graphite tube (G-347, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) having a length of 2000 mm and a length of 2,000 mm, it was heated to a predetermined temperature by high-frequency induction heating in the same manner as in Example 1 and kept in an oxygen-free atmosphere. The naphthalene gas was thermally decomposed into carbon black and hydrogen gas, and the carbon black was separated and collected on a filter cloth by a filtration tower.
【００２４】このようにして、炭化水素原料ガスおよび
窒素ガスの流量を変えて炭化水素原料ガスを異なるガス
濃度で熱分解炉に導入し、また熱分解温度を変えてカー
ボンブラックを製造した。得られたカーボンブラックの
粒子性状を測定し、製造条件を表１に、粒子性状を表２
に示した。なお、平均粒子径は電子顕微鏡により測定し
た算術平均粒子径である。また、検出器にＴＣＤ（熱伝
導度検出器）を備えたガスクロマトグラフィを用いて熱
分解ガス組成を測定して、供給した炭素の収支バランス
から (1)式によりカーボンブラック収率を算出し、その
結果を表２に併載した。 カーボンブラック収率（％）＝〔（導入した原料中の炭素量）−（熱分解ガス 中の炭素量）〕／〔（導入した原料中の炭素量）〕×１００…(1) Thus, the hydrocarbon raw material gas was introduced into the pyrolysis furnace at different gas concentrations by changing the flow rates of the hydrocarbon raw material gas and the nitrogen gas, and carbon black was produced by changing the thermal decomposition temperature. The particle properties of the obtained carbon black were measured, and the production conditions are shown in Table 1 and the particle properties are shown in Table 2.
It was shown to. The average particle diameter is an arithmetic average particle diameter measured by an electron microscope. In addition, the composition of the pyrolysis gas was measured using gas chromatography equipped with a TCD (thermal conductivity detector) as the detector, and the carbon black yield was calculated from the balance of the supplied carbon by the formula (1), The results are shown in Table 2. Carbon black yield (%) = [(amount of carbon in introduced raw material) − (amount of carbon in pyrolysis gas)] / [(amount of carbon in introduced raw material)] × 100 (1)
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】[0026]
【表２】 [Table 2]
【００２７】表１、２の結果から、実施例の方法により
製造したカーボンブラックは比較例に比べて、電子顕微
鏡による算術平均粒子径が１０〜１５nmと小さく、また
その標準偏差も５〜６nmであり、チャンネルブラック
（ＭＣＣ）の算術平均粒子径１６．０nm、標準偏差５．
８nmと対比しても同等の粒子性状を示すものであった。
更に、実施例によるカーボンブラックは原料炭化水素を
ガス状に気化して分解炉に導入するので金属不純物等が
含まれることがなく、灰分も極めて少なく高純度である
ことが判る。From the results shown in Tables 1 and 2, the carbon black produced by the method of Example has a smaller arithmetic average particle diameter by an electron microscope of 10 to 15 nm and a standard deviation of 5 to 6 nm as compared with Comparative Example. Yes, arithmetic mean particle size of channel black (MCC) 16.0 nm, standard deviation 5.
Even when compared with 8 nm, the particles exhibited the same particle properties.
Furthermore, it can be seen that the carbon black according to the examples has high purity with no metal impurities and the like, and has very small ash content, because the raw material hydrocarbons are vaporized in gaseous form and introduced into the cracking furnace.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上のとおり、本発明のカーボンブラッ
クの製造方法によれば、常温で液体または固体の炭化水
素原料をガス状でキャリアガスとともに０．０１〜２．
０ vol％のガス濃度で無酸素雰囲気に保持された熱分解
炉に導入し、１６００〜１８００℃の温度に加熱して連
続的に熱分解することにより平均粒子径１０〜１５nmの
チャンネルブラックに相当する微細な粒子性状を有する
高純度のカーボンブラックを製造することが可能であ
る。更に、粒子径の標準偏差も小さく、シャープな粒子
径分布を有しており、カラー用ブラックをはじめ広い用
途分野で用いられるカーボンブラックの製造方法として
極めて有用である。As described above, according to the method for producing carbon black of the present invention, a liquid or solid hydrocarbon raw material is formed into a gaseous state at room temperature together with a carrier gas at a temperature of 0.01 to 2.0.
It is introduced into a pyrolysis furnace maintained in an oxygen-free atmosphere at a gas concentration of 0 vol%, and is heated to a temperature of 1600 to 1800 ° C and continuously pyrolyzed to correspond to a channel black having an average particle diameter of 10 to 15 nm. It is possible to produce high-purity carbon black having fine particle properties as described below. Furthermore, it has a small standard deviation of the particle diameter and has a sharp particle diameter distribution, and is extremely useful as a method for producing carbon black used in a wide range of application fields including color black.
【図１】本発明のカーボンブラックの製造方法に適用さ
れる装置の構成を例示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory view illustrating the configuration of an apparatus applied to a method for producing carbon black of the present invention.
【図２】気化した炭化水素原料ガスをキャリアガスに混
合する方法を例示した部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating a method of mixing a vaporized hydrocarbon raw material gas into a carrier gas.
【図３】気化した炭化水素原料ガスをキャリアガスに混
合する別の方法を例示した部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view illustrating another method of mixing a vaporized hydrocarbon raw material gas with a carrier gas.
１ 原料タンク ２ 予熱用ヒータ ３ ポンプ ４ 流量調節計 ５ 炭化水素原料送入管 ６ 原料気化器 ７ 原料気化用ヒータ ８ 炭化水素原料ガス排出管 ９ キャリアガスタンク 10 流量調節計 11 キャリアガス流通管 12 原料ノズル 13 熱分解炉 14 炉心管 15 キャリアガス送入管 16 加熱装置 17 バーナ 18 冷却管 19 分離器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material tank 2 Preheating heater 3 Pump 4 Flow rate controller 5 Hydrocarbon raw material inlet pipe 6 Raw material vaporizer 7 Raw material vaporization heater 8 Hydrocarbon raw material gas discharge pipe 9 Carrier gas tank 10 Flow controller 11 Carrier gas flow pipe 12 Raw material Nozzle 13 Pyrolysis furnace 14 Furnace tube 15 Carrier gas inlet tube 16 Heating device 17 Burner 18 Cooling tube 19 Separator
Claims (3)
加熱気化し、該気化した炭化水素原料ガスをキャリアガ
スとともに０．０１〜２．０ vol％のガス濃度で無酸素
雰囲気に保持された熱分解炉に導入し、１６００〜１８
００℃の温度で熱分解させることを特徴とするカーボン
ブラックの製造方法。1. A liquid or solid hydrocarbon raw material is heated and vaporized at room temperature, and the vaporized hydrocarbon raw material gas is maintained in an oxygen-free atmosphere at a gas concentration of 0.01 to 2.0 vol% together with a carrier gas. Introduced into pyrolysis furnace, 1600-18
A method for producing carbon black, comprising pyrolyzing at a temperature of 00 ° C.
が、芳香族性炭化水素単体である請求項１記載のカーボ
ンブラックの製造方法。2. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein the liquid or solid hydrocarbon raw material at room temperature is an aromatic hydrocarbon alone.
活性ガスである請求項１又は２記載のカーボンブラック
の製造方法。3. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein the carrier gas is nitrogen, hydrogen, or an inert gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11442897A JPH10292126A (en) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | Production of carbon black |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11442897A JPH10292126A (en) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | Production of carbon black |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10292126A true JPH10292126A (en) | 1998-11-04 |
Family
ID=14637479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11442897A Pending JPH10292126A (en) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | Production of carbon black |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10292126A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040004799A (en) * | 2002-07-05 | 2004-01-16 | 한국과학기술연구원 | coproduction of hydrogen and carbon black by thermal decomposition of methane |
| KR100583500B1 (en) * | 2003-11-14 | 2006-05-24 | 한국가스공사 | Process for making carbon black and hydrogen using microwave plasma reactor |
| JP2008056714A (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Tokai Carbon Co Ltd | Apparatus for producing carbon microsphere |
| KR20230074863A (en) * | 2021-11-22 | 2023-05-31 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | Acetylene black manufacturing system that controls physical properties of acetylene black by adjusting the cooling position |
| KR20230074870A (en) * | 2021-11-22 | 2023-05-31 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | Acetylene black manufacturing system that controls physical properties of acetylene black by controlling pressure |
-
1997
- 1997-04-16 JP JP11442897A patent/JPH10292126A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040004799A (en) * | 2002-07-05 | 2004-01-16 | 한국과학기술연구원 | coproduction of hydrogen and carbon black by thermal decomposition of methane |
| KR100583500B1 (en) * | 2003-11-14 | 2006-05-24 | 한국가스공사 | Process for making carbon black and hydrogen using microwave plasma reactor |
| JP2008056714A (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Tokai Carbon Co Ltd | Apparatus for producing carbon microsphere |
| KR20230074863A (en) * | 2021-11-22 | 2023-05-31 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | Acetylene black manufacturing system that controls physical properties of acetylene black by adjusting the cooling position |
| KR20230074870A (en) * | 2021-11-22 | 2023-05-31 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | Acetylene black manufacturing system that controls physical properties of acetylene black by controlling pressure |
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