JPH0134541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、内部に微粒化装置を有するカーボ
ン・ブラツク製造用バーナを使用した油炉法によ
るカーボン・ブラツクの生産方法に係る。 カーボン・ブラツクは各種の方法によつて生産
されるが、それらのもつとも普通のものは、ラン
プブラツク法、チヤンネル法、ガス炉法、油炉
法、サーマル法、及びアセチレン・ブラツク法で
ある。これら普通の方法のうち最も経済的且つ最
も広く実用されている油炉法においては、炭化水
素燃料が酸化剤例えば空気と一緒に通常は耐火裏
張りされている密閉室内において燃やされ、そし
て生じる燃焼ガス中に供給原料油が射出される。
カーボン・ブラツクの製造には油炉リアクタ内に
供給原料油、酸化剤及び燃焼ガスを混合導入する
ために、きわめて多種のシステムを採用してお
り、最終生成物において望ましい組合せの特性を
得るためさまざまの形状寸法のリアクタが開発さ
れてきた。油炉法において重要なことは、導入さ
れるすべての供給原料油がカーボン・ブラツクに
なる以前に急速に気化されるようにきわめて小さ
い細滴に“微粒化”されることである。気化され
る前に液体として反応に供される油は、すべて、
生成されるカーボン・ブラツク中に望ましくない
グリツト即ち粗粒を形成する傾向がある。微粒化
は、一般に、供給原料油を加圧された流体、例え
ば空気の流れと混合することにより、または高圧
下の油を微粒化ノズルを通じて射出することによ
り達成される。細滴の寸法、濃度またはスプレー
様式のごとき特徴は油の気化効率に影響を及ぼ
し、それによつてさらに生成物のカーボン・ブラ
ツクが影響される。 本発明は、油炉法によるカーボン・ブラツクの
生産方法であつて、問題であるカーボン・ブラツ
クの製品の粗粒の含量を減少するのに役立つ方法
が提供される。 カーボン・ブラツク製造用バーナにおいてその
構造にさまざまの修正を施すことの効果を明確に
類別する総合的理論は存在しない。特に、そのよ
うなバーナ構造の修正がそれによつて生成される
カーボン・ブラツクの特性に影響する態様に関し
ては、一致した見解が無い。しかし、本発明に依
つて、得られるカーボン・ブラツクの生産方法
は、供給原料油が燃焼ガスの流れのなかに射出さ
れるに先立つて微粒化されて、油炉法で生成され
るカーボン・ブラツクの粗粒を減じるのに特に有
利であることが証明された。 本発明は、オリフイスを通じて燃焼ガスの炎の
なかに排出される供給原料油の微粒化された流れ
を生じさせる内部微粒化装置を有するバーナによ
つて達成される。オリフイス出口の周囲には、油
スプレーが反応室内に注入されるとき油スプレー
を混入される高温の燃焼ガスの覆幕を形成するた
め、酸化剤である空気と反応する燃料ガスを射出
する複数個の口によつて包囲される。有効に気化
される供給原料油の有効に微粒化されたスプレー
を提供し、そして粗粒の含量の少いカーボン・ブ
ラツクを生産するため、反応室に開口するオリフ
イスと連絡する微粒化流体通路の端に直隣するバ
ーナにおいて供給原料油を半径方向に微粒化流体
通路内に射出するように少なくとも１個の放出口
が設けられている。そのような構成を用いること
によつて、供給原料油は、導管を通つて流れる微
粒化流体の流れのなかに半径方向に放出されるこ
とによつて微粒化され、それによつて、前記供給
原料油は分散されて細滴化してオリフイスを通じ
て微細なスプレーとしてリアクタ内に排出され、
原料油は気化されてカーボン・ブラツクを生成す
る。好ましくは供給原料油を微粒化流体通路内に
半径方向に放出するため、複数個の供給原料油の
放出口が設けられる。 以下、本発明は添付図面を参照することによつ
て一そう明らかに理解されるであろう。本発明に
使用される、カーボン・ブラツク製造用バーナ１
０は、一般的に３本の同心の主導管であつてそれ
ぞれ互いの内部に配置されたもの、即ち、外筒１
２、油管１４及び微粒化流体導管１６を以て構成
される。油管１４の内面と外面と微粒化流体導管
１６は、環状通路１８と２０を画成するようなす
きまを置いて外筒１２内に設けられている。これ
ら３本の同心の導管先端はバーナ排出先端部材２
２に共に係合している。外筒１２と油管１４の端
部は前記排出先端部材２２のねじ付き端部にはめ
込まれるための雌ねじが切られている。排出先端
部材２２にはそれぞれ貫いて複数の通路２４が形
成され、該通路は環状通路１８と連絡して通路２
４と同数の排出口２６に通じている。排出口２６
はバーナの軸線に対して垂直な同一平面と先端部
材２２の先端部の表面との交点に位置し、排出先
端部材２２の外周縁においてたがいに等しい間隔
で円周方向に離されている。排出先端部材２２の
中心には外出通路２８が設けられ、該通路２８は
流体通路１７と連絡しかつオリフイス３０に通じ
ている。微粒化流体導管１６の壁には複数の油放
出通路３２を有し、これら通路は環状通路２０と
連絡し、かつ、流体通路１７が外出通路２８と連
絡するその端に一番近いところで開口している。
放出通路３２は微粒化流体導管１６の周縁に添う
共通平面において互いに等間隔に離されている。 バーナ１０の運転操作を説明する。矢印Ｇによ
つて示される燃料ガスは、バーナ組立体の遠端
（図示されていない）に在る口において導入され
るとともに、環状空間１８、即ち油管１４の外壁
と外筒１２の内壁によつて画成される空間、を流
れ通る。バーナ１０の排生先端部材２２即ちノズ
ルの端において、燃料ガスは複数の通路２４に進
入し、そして排出先端部材２２の前端に互いに円
周方向に離間された複数の排出口２６を通つて炉
（図示されていない）内に送給される。 矢印Ｏによつて示される供給原料油は、バーナ
組立体の遠端（図示されていない）に在る口を通
じてバーナ１０内に導入され、そして微粒化流体
導管１６の外壁と油管１４の内壁とによつて画成
される空間即ち環状通路２０を流れ通る。バーナ
１０の排出先端部材２２即ちノズルの端におい
て、供給原料油Ｏは、微粒化流体導管１６の周縁
に添つて互いに等間隔に離間された油放出通路３
２に進入する。これら通路３２は供給原料油を半
径方向に流体通路１７内に注入するように配置さ
れている。 矢印Ａを以て示される微粒化流体、例えば加圧
された空気、がバーナ１０の遠端（図示されてい
ない）に在る口を通じてバーナ１０内へ導入さ
れ、バーナ１０の排出端部材２２における外出通
路２８と連絡する流体通路１７を流れ通る。微粒
化流体は微粒化流体導管１６を流れ通るとき、そ
れは油放出通路３２を通じて流体通路内に注入さ
れる供給原料油を微粒化する。油の小滴は微粒化
流体と簡単に混合するとともに通路２８を通じて
オリフイス３０へ吹き飛ばされる。微粒化油の流
はスプレーとしてオリフイス３０を通つて炉（図
示されていない）内へ送入される。供給原料油は
燃料ガスの火炎に混合されるとともに、在来の既
知の技術に従つて反応し、そしてその結果とし
て、カーボン・ブラツクを形成する。 添付図面は、本発明の方法に使用されるバーナ
の一推奨実施例であつて外出通路２８がオリフイ
ス３０へ向かつて未広になつて排出端で外へ開口
する形式のものが図示されている。６個の油放出
通路３２が、排出通路２８の直前の位置において
微粒化流体導管１６の流体通路１７の周囲に互い
に等間隔に離されて配列されたものとして示され
ている。排出オリフイス３０の手前の漸開部分は
必ずしも必要でない：微粒化流体導管１６は排出
オリフイス３０に直接に通じ得、または直線的部
分、漸縮部分及び漸開部分の組合せが使用され得
る。 図面に示されるごとき推奨実施例は、供給原料
油は微粒化流体導管１６の周縁にたがいに等間隔
に離された複数の放出口から微粒化流体中に半径
方向内方へ射出されるように構成されているが、
供給原料油の半径方向の導入は代替的構成によつ
ても達成され得る。供給原料油の放出通路は微粒
化流体導管１６の周縁に互いに等間隔に離されて
配列されることを必ずしも必要とせず、また、そ
れらはオリフイスから等間隔に位置されることも
必要でない。かつまた、微粒化流体中への油の半
径方向射出は、微粒化流体導管１６の中心から半
径方向外方へ為されることも可能である。半径方
向外方への射出は、供給原料油導管を微粒化流体
導管内に同心に配置することによつて容易に達成
され得る。油放出通路は、油導管を取り巻く環状
の微粒化流体通路内へ供給原料油を半径方向に射
出するように油導管の周縁に貫設され得る。 次の検査手順は、本発明によつて生産されるカ
ーボン・ブラツクのペレツトの分析的並びに物理
的諸特性の評価に使用される。 沃素吸着数 カーボン・ブラツクの沃素吸着数は、ASTM
テスト法Ｄ−1510−70に基いて決定される。 スペクトロニツク20 この方法は、スペクトル光度計によつて行われ
るカーボン・ブラツクによるトルエン変色度の決
定手順である。透過百分率がASTMテスト法Ｄ
−1618に基いて決定される。 フタル酸ジブチル（DBP）吸収数 カーボン・ブラツクのDBP吸収数は、ASTM
テスト法Ｄ−2414−76に基いて決定される。 色濃度 カーボン・ブラツク試料の色濃度は、ASTM
テスト法D3265−76aに基いて工業基準黒色に対
して相対的に決定される。 粗粒含量 試料中の粗粒含量は、テストされるカーボン・
ブラツクの水分散系を作り、それを所望の標準金
網を通過させることによつて決定される。報告さ
れる45ミクロン粗粒は、ASTMテスト法Ｄ−
1514−60に従つて325メツシユ金網を用いる水ふ
るい残粒によつて決定される。 次記の諸表は本発明の方法により運転されるバ
ーナの典型的運転条件を列記したものである。説
明される実例運転において、本発明の方法に使用
されるバーナは、一般的に円筒形の耐火裏張りさ
れたリアクタを有する好適な反応装置と組合わさ
れて使用される。バーナはその先端部材を約0.91
ｍ（３フイート）の内径を有する反応室内に微粒
化された供給原料のスプレーを導入するように据
付けられて前記リアクタの一端部に軸方向に位置
される。バーナの先端部材は、前記反応室の直径
まで漸開する軸方向に位置される、直径約38.1cm
（15インチ）、長さ約11.4cm（4.5インチ）の入口
通路内に配置される。燃焼空気は前記入口通路内
の前記バーナによつて形成される環状通路を通じ
て反応室内に導入される。下流約2.67ｍ（８フイ
ート９インチ）の点において、前記反応室は、約
0.68ｍ（２フイート３インチ）の直径まで漸開し
ており、水急冷スプレー・ノルズが、反応を終わ
らせるため、供給原料油が反応室に入る点から約
7.62ｍ（25フイート）下流においてリアクタ通路
内に配置されている。形成されたカーボン・ブラ
ツクは冷却されそして好適な収集装置内に送られ
る。ふんわりした微粒状カーボン・ブラツクはし
ばしばペレツト形成装置内でさらに処理され、そ
こで自由に流れるペレツトが形成される。 条件は、所望される特別の等級のカーボン・ブ
ラツクを生産するように生成物を加減するため
に、カーボン・ブラツク製造技術に精通している
当業者によつて変更され得る。また、バーナ及び
または、リアクタの特殊の設計及び寸法も、使用
される運転条件の修正を必要ならしめる。

【表】

【表】 下記テーブルＢに列記された諸条件を使用して
別の一連の運転が為された。本発明の方法の使用
を通じて生産されたペレツト状のカーボン・ブラ
ツクの分析特性を評価するのに使用されたテスト
手順は、前記したものと同じであつた。分析特性
は下記の表Ｃに列記されている。

【表】

【表】 上記データはSRF等級のカーボン・ブラツク
の生産を説明するため行われた一連の運転を表示
するものである。SREカーボン・ブラツクの規
格を満たすことに加えて、有利な低粗粒レベルも
達成された。 運転１〜４に用いられた供給原料油は、下記の
表に組成並びに特性が列記されている３種の異な
る供給原料の混合物であつた。運転１は、95％の
供給原料と５％の供給原料とを混合したもの
を用いた；運転２は75％の供給原料と25％の供
給原料とを混合したものを用いた；運転３は50
％の供給原料と50％の供給原料とを混合したも
のを使用した；運転４は100％の供給原料を用
いた。 供給原料 水素（％） 8.5 炭素（％） 91.5 水素／炭素原子比 1.11 硫黄（％） 0.04 アスフアルテン（％） ６ API度：15.6℃（60〓） ＋1.5 比重：15.6℃（60〓） 1.052 セイボルト国際粘度 54.4℃（130〓） 250 98.9℃（210〓） 62 沈殿物（％） 0.06 灰（％） 0.002 ナトリウム（ppm） ２ カリウム（ppm） 0.2 I.B.P.，℃ 204 50％B.P.，℃ 370 BMCI（粘度／重力） 117 BMCI（50％B.P.／重力） 134 芳香物（％） 90 飽和物（％） 10 芳香リング分配（芳香物の％） １−リング（％） 25 ２−リング（％） 50 ３−リング（％） 12 ４−リング（％） ８ ５−リング以上（％） ５ 残留炭素、ラムスボツトム（％） ８ Kg／m³（lbs.C／米gal） 971.6（8.11） 残留炭素、TGA（％） 2.9 供給原料 水素（％） 7.6 炭素（％） 92.3 水素／炭素原子比 0.98 硫黄（％） 0.06 アスフアルテン（％） ３ API度：15.6℃（60〓） ＋６ 比重：15.6℃（60〓） 1.029 セイボルト国際粘度 54.4℃（130〓） 40 98.9℃（210〓） 32 沈殿物（％） 0.02 灰（％） 0.002 ナトリウム（ppm） ２ カリウム（ppm） 0.1 I.B.P.，℃ 204 50％B.P.，℃ NA BMCI（粘度／重力） 115 BMCI（50％B.P.／重力） NA 芳香物（％） 99 飽和物（％） １ 芳香リング分配（芳香物の％） １−リング（％） 12 ２−リング（％） 55 ３−リング（％） 14 ４−リング（％） 15 ５−リング以上（％） ４ 残留炭素、ラムスボツトム（％） ６ Kg／m³（lbs.C／米gal） 947.7（7.91） 残留炭素、TGA（％） −− 供給原料 水素（％） 7.3 炭素（％） 92.4 水素／炭素原子比 0.94 硫黄（％） 0.2 アスフアルテン（％） 14 API度：15.6℃（60〓） ＋0.8 比重：15.6℃（60〓） 1.070 セイボルト国際粘度 54.4℃（130〓） 110 98.9℃（210〓） 44 沈殿物（％） 0.008 灰（％） 0.002 ナトリウム（ppm） ２ カリウム（ppm） 0.2 I.B.P.，℃ 210 50％B.P.，℃ 280 BMCI（粘度／重力） 123 BMCI（50％B.P.／重力） 116 芳香物（％） 99 飽和物（％） １ 芳香リング分配（芳香物の％） １−リング（％） 12 ２−リング（％） 56 ３−リング（％） 12 ４−リング（％） 15 ５−リング以上（％） ５ 残留炭素、ラムスボツトム（％） 12 Kg／m³（lbs.C／米gal） 986.0（8.23） 使用された燃料ガスはすべての運転例において
下記組成と発熱量とを有する天然ガスであつた。 メタン 92.3％ エタン 3.6％ プロパン 0.9％ ブタン 0.2％ 窒素 2.8％ 二酸化炭素 0.2％ 総発熱量…31648J／m³（1060BTU／s.ft²） 真発熱量…28573J／m³（957BTU／s.ft²） 本発明の方法に使用されるバーナは低粗粒、反
強化フアーネス・ブラツク（SRF）の生産にお
いて特に有利であることを証明した。しかし反応
物の流量、リアクタの条件などの修正することに
よつて、さまざまの組成のカーボン・ブラツクが
生産され得る。また、特許請求の範囲に記載され
た本発明の精神並びに範囲から逸脱することなし
に、本発明の前記説明の細部においても若干の修
正が為され得る。従つて、前記説明に含まれた全
ての事項または添付図面並びに実施例に示された
全ての事項は本質的に単に説明のためのものであ
り、制限的ではないものとして解釈さるべきこと
が意図される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のバーナの一推奨実施例の排出端
の縦断面図である。 図面上、１０は『バーナ』；１２は『外筒』；１
４は『油管』；１６は『微粒化流体導管』；１８は
『環状通路』；２０は『環状通路』；２２は『バー
ナ先端部材』；２４は『環状通路』；２６は『排出
口』；３０は『オリフイス』；３２は『油放出通
路』；Ｇは『燃料ガス』；Ｏは『供給原料油』；Ａ
は『微粒化流体』を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 減じられた粗粒含量を有するカーボン・ブラ
   ツクを生産するための油炉法において：カーボ
   ン・ブラツク製造用バーナ内の導管の、微粒化流
   体導管の排出端のすぐ近くの位置において前記導
   管を通つて流れる微粒化流体の流れのなかに半径
   方向に供給原料油を放出し、それによつて前記供
   給原料油が前記微粒化流体によつて細滴に微粒化
   される段階と、カーボン・ブラツクを形成させる
   反応室内に前記微粒化された油の細滴をスプレー
   する段階とを含む油炉カーボン・ブラツクの生産
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の生産方法におい
   て：微粒化流体の流れのなかに半径方向内方へ供
   給原料油を放出する段階を含む油炉カーボン・ブ
   ラツクの生産方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の生産方法におい
   て：微粒化流体の流れのなかに半径方向外方へ供
   給原料油を放出する段階を含む油炉カーボン・ブ
   ラツクの生産方法。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の生産方法におい
   て：微粒化流体導管の周縁に沿つた複数個の点に
   おいて微粒化液体の流れのなかに供給原料油を放
   出する段階を含む、油炉カーボン・ブラツクの生
   産方法。