JPH04277565A - カーボンブラックを製造する方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素を燃焼生成物
の乱流ガス気流と迅速かつ均一に混合することによる、
炭化水素の熱分解によりカーボンブラックを製造する方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カーボンブラックの製造は、約
１０９３℃（２０００°Ｆ）よりも十分に高い温度（た
とえば約１６４８．９℃（３０００°Ｆ））の反応室中
で炭化水素供給原料のクラッキングまたは熱分解を必要
とする。次に、反応室から出るガス中に連行されたカー
ボンブラックは急冷作業で冷却され、次いで通常使用さ
れる適当な手段によって捕集される。

【０００３】炉中の最初の反応工程で、カーボンブラッ
クの粒子が生成する。これらの粒子は反応が続行する場
合に合体し、はるかに大きい凝集体を形成する。カーボ
ンブラック製造方法における次の捕集および圧縮工程の
間に、凝集体は一緒に押固められて凝塊を形成する。次
いで、これらの凝塊はしばしばさらに船積みのため別個
のペレット化作業でペレットまたはビーズに処理される
。

【０００４】カーボンブラックは、多数の用途を有し、
主要な用途はゴムおよびタイヤ工業用の補強剤または充
填剤としてである。さらに、カーボンブラックは、着色
剤および複写機用電子複写トナーのような他の分野にお
ける使用が増加している。カーボンブラックの種々の適
用は、粒度、構造、降伏値、表面積および着色性のよう
な種々のカーボンブラック特性を必要とする。

【０００５】それで、種々の購買註文を処理するために
、種々のタイプの粒径および構造の広い取合せを生産す
るのに適合しうる反応器を有することが望ましい。つま
り、高度に融通のきく反応器は、種々の註文を処理する
ため多種多様のタイプの反応器に頼らねばならないとい
う欠点を回避する。製造の観点からは、生産が能率的で
あり（即ち高収量）かつ高品質のカーボンブラックの生
産ができ、方法の間の粗粒形成を回避する反応器を有す
ることも望ましい。

【０００６】カーボンブラックの生産において重要であ
る他の考察は、反応器の内面におけるコークス生成の回
避であり、かかるコークス生成は反応器内部の耐火性ラ
イニングのスポーリングを惹起する傾向がある。コーク
スおよびスポーリングされた耐火物は汚染物であって、
製品中では極めて望ましくない。さらに、反応器は使用
者に好かれる（ｕｓｅｒ−ｌｉｋｅａｂｌｅ）べきであ
る；換言すれば運転が容易で、種々の使用に対する調節
が容易でありかつ運転は安全であるべきである。カーボ
ンブラック反応器は、通常特殊な機能を有する異なる区
域からなる。これらの区域は、カーボンブラック形成の
異なる段階に一致する。第１区域は燃焼区域である。こ
れは、カーボンブラック供給原料をクラッキングするの
に必要なエネルギーを供給する。燃料、つまり天然ガス
は燃焼用熱空気と混合され、次いでカーボンブラック供
給原料が熱燃焼ガスと混合され、その後カーボンブラッ
クが形成する。相応する区域はカーボンブラック形成区
域と呼ばれ、これに急冷区域が続く。所望のカーボンブ
ラックグレードに依存して、異なる滞留時間が必要であ
る。反応は、急冷区域内の異なる個所で水を噴射するこ
とによって中断される。　　良好な反応器運転の主要特
徴は、高温燃焼ガスとカーボンブラック供給原料とを迅
速かつ完全に混合することである。供給原料と混合され
る燃焼ガスの温度はできるだけ均一に維持して、所望の
カーボンブラック特性も高度に均一にとどめる。燃焼ガ
スが噴射されるカーボンブラック供給原料と混合する区
域内に乱流の燃焼ガス流を形成するのは、カーボンブラ
ック供給原料の迅速かつ完全な混合を確保する１つの手
段である。しかし、かかる乱流の形成においては、燃焼
ガスが確実にカーボンブラック供給原料を反応器の内壁
と接触させないように配慮しなければならないが、かか
る接触はコークス形成を生じるからである。このコーク
ス形成の問題は、旋回流ガスは新しく導入されるカーボ
ンブラック供給原料を反応器の内壁に衝突させる傾向が
あるので、燃焼ガスの渦流または接線流を利用する先行
技術の反応器の欠点の１つである。

【０００７】米国特許第４２１３９３９号に図示されて
いるような先行技術の反応器は、カーボンブラック供給
原料の半径方向および軸方向の導入の可能性を有する軸
方向流反応器を包含する。これらの反応器は、製造する
ことの可能なカーボンブラックのタイプにある程度の融
通性を有するが、流れる燃焼ガスに乱流がないため、カ
ーボンブラック供給原料と軸方向に流れる燃焼ガスとの
混合が不十分であるという欠点がある。

【０００８】ヘラー（Ｈｅｌｌｅｒ）の米国特許第２８
５１３３７号は、燃焼室中で高温の燃焼ガスを発生させ
、得られるガスを長く延びた妨害物のない熱絶縁室に通
し、流れの断面積を減少させ、分解すべき炭化水素を室
の縮径帯域を通過する熱ガス流中へ噴射し、次いで得ら
れる流れの断面積を徐々に増加させて該炭化水素が室を
通過し続けるようにする工程を包含する。恐らく高速の
流量を生じるヘラーの特許は、ガスが円滑かつ徐々に湾
曲する設計のヘラーの反応室を移動するので、燃焼ガス
の流れに乱流を形成するのには適当でない。

【０００９】

【発明の構成】本発明は、先行技術の伴なう多数の問題
を回避する、カーボンブラック製造用反応器およびカー
ボンブラック製造方法を提供する。とくに、本発明は、
高品質のカーボンブラック、つまり一次粒径、凝集大き
さ、構造、比表面積、収量、着色性ならびに低い粗粒含
量のような所望の特性を有するカーボンブラックを製造
できる反応器を提供する。本発明により製造されるカー
ボンブラックは、製造されるカーボンブラックが、所定
のカーボンブラック特性から大きい程度に変らないとい
う意味で適当である。

【００１０】また、本発明は、反応器が所定の特性を有
する、多種多様のカーボンブラックを製造するのに高度
の融通性を有しかつ容易に適合できるので、広い範囲の
製品を製造することができる。従って、本発明は作業員
が、異なる反応器に頼ることなしに、広い取合せの註文
を処理することができる。

【００１１】本発明によって得られるもう１つの利点は
、カーボンブラック供給原料を所望のカーボンブラック
に変える高い効率ならびにカーボンブラック供給原料と
燃焼生成物とを比較的高い温度および速度で迅速かつ均
一に混合することによってもたらされる大きい収量の可
能性を包含する。

【００１２】さらに、本発明の有利な特徴は、作業およ
び反応器維持の容易さを犠牲にしないで達成される。換
言すれば、本発明は運転が容易で、長い反応器寿命を生
じかつ高度のコークス形成を受けず、かかるコークス形
成から生じるスポーリングを有しない。

【００１３】上記の利点の達成において、本発明の反応
器は、円周方向に配置された複数（４〜６個またはそれ
以上）の穴が形成されている前壁を有する燃焼区域を包
含する。燃焼区域はさらに、燃焼区域内に形成した燃焼
室を部分的に形成するために、前壁から後方へ延びる側
壁を有する。縮径区域は燃焼区域の下流に設けられ、燃
焼区域側壁の下流側端部に接する前方端壁を包含する。 燃焼区域および縮径区域は、一緒に結合する別個のユニ
ットであるか、または単一の連続するユニットの部分で
あってもよく、いずれにおいても望ましくは金属被覆に
よって覆われた内部の耐火物ライニングで形成されてい
る。

【００１４】耐火物および外側ライニングを形成する材
料は、７０％がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）でありかつ約１
８７１℃（３４００°Ｆ）の融点を有する注型可能な耐
火物カオクリート（Ｋａｏｃｒｅｔｅ登録商標）３２−
ｃｍのような、当業界において通常見出されるものであ
ってもよい。付加的に、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）９．
８％と共にアルミナが８４．５％でありかつ約２０４８
．９℃（３７２０°Ｆ）の融点を有するラビィ（ＲＵＢ
Ｙ　　ＳＲ）耐火レンガ（ピッツバーグ在Ｈａｒｒｉｓ
ｏｎ−Ｗａｌｋｅｒ　　Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ社に
より販売）のような耐火レンガであってもよい。

【００１５】胴またはライニングは、望ましくは熱プロ
セス空気と接触する配管用のものを除き、炭素鋼で形成
される。これらの区域においては、配管は“３１６ステ
ンレス鋼”で形成される。

【００１６】縮径区域には先細通路が形成されていて、
該通路は縮径区域の前方端壁に前方開口を有し、前方開
口の下流側に後方開口を有する。先細通路は上流から下
流への方向に収れんし、望ましくは円錐台形通路の形で
ある。先細通路の前方開口は燃焼室と流体連絡している
。

【００１７】縮径区域は、形状が円筒形で先細通路の下
流側端部と連絡している上流側開口を有するスロート部
を包含する。スロート部からさらに下流には、望ましく
は縮径区域の一部として形成される膨脹室が位置定めさ
れている。また、膨脹室は別個の膨脹区域ユニット内に
形成されていてもよい。膨脹室は望ましくは円筒として
寸法定めされかつスロート部と連絡している前方開口を
有する。

【００１８】縮径区域および膨脹区域からさらに下流に
は急冷区域が設けられている。急冷区域は、膨脹室と流
体連絡している上流側開口を有する少なくとも１つの急
冷室を包含する。半径方向または軸方向に急冷室中へは
、単一の軸方向冷却液導管または複数の半径方向冷却液
導管が延びている。冷却液は、カーボンブラック反応を
適当な時間および個所で停止するため冷却室内に噴霧さ
れる。

【００１９】燃焼用オキシダント（たとえば空気または
酸素富有空気または他の酸素含有ガス）の導入は、燃焼
室の前壁から上流に位置定めされた燃焼用オキシダント
室を包含する構造によって達成される。燃焼用オキシダ
ント室は望ましくは半径方向に延びる燃焼用オキシダン
ト入口を包含する。燃焼用オキシダント（たとえば予熱
した空気）は、燃焼区域の前壁に形成された、円周方向
に配置された穴によって燃焼室中へ供給される。

【００２０】燃焼用燃料導管は、適当な燃焼用燃料（た
とえば天然ガス、燃料油または他のガス状または液状炭
化水素）を燃焼室中へ導入する手段を与えるために円周
方向に配置された穴中へ延びている。円周方向に配置さ
れた燃焼用燃料導管の端部は、望ましくは燃焼用オキシ
ダント室を、しかも燃焼用オキシダント室の密封された
開口を通って延びている。

【００２１】液状の炭化水素供給原料（クレオソート、
ｃａｔ−分解油、ナフサ分解油のような芳香族成分の高
含量を有する液状炭化水素）は、縮径区域に形成せる複
数の半径方向通路および／または燃焼室の前壁に形成せ
る孔を通って軸方向に延びる供給原料ランスによって導
入される。望ましい実施形においては、半径方向の供給
原料インゼクタは、先細通路およびスロート部の双方へ
開口するために、縮経区域に形成せる各半径方向通路を
通って延びている。所望のカーボンブラック特性を生成
するために、半径方向に延びる供給原料インゼクタは、
供給原料がたんに特定の供給原料インゼクタを通って導
入されるかまたはインゼクタ中へ流入する供給原料の流
量を変える締切弁を備えることができる。

【００２２】また、本発明は、半径方向または軸方向の
供給原料インゼクタを通って流入するパージガスの締切
りとインゼクタノズルへの供給原料の導入との間の遅れ
を回避する装置を提供する。従前の装置においては、パ
ージガスは、供給原料油が下流の油管またはホース中へ
流入するときに締切られ、その結果該原料油がノズルに
到達するまでに数秒経過した。本発明はこの問題を、調
節可能なタイマー装置（〜３０秒）の使用によって回避
する。適当な弁にタイマー装置を取付けることによって
、パージガスの導入を、燃料油が供給原料ノズルに到達
するのに必要な所定時間継続する。

【００２３】種々の範囲のカーボンブラック特性を達成
するための本発明の融通性をさらに高めるために、調節
可能な軸方向に延びる供給原料ランスは、反応器の軸方
向の中心線に沿って位置定めされている。望ましくは、
軸方向に延びる供給原料ランスの自由端は先細通路内に
存在する。軸方向に延びる供給原料ランスは、半径方向
に延びる供給原料ランスなしかまたはそれと組合せて使
用することができる。また、軸方向に延びる供給原料ラ
ンスは、１つまたは２つのノズル出口孔を備えていても
よい。本発明によれば、燃焼室の上流側端部と下流側端
部の間の最大距離は比較的短かい。たとえば、燃焼室内
径対燃焼室内部の長手方向の長さの望ましい比は１．４
〜１．５である。この短かい距離の他の利点は普通に水
冷された油インゼクタにより惹起される低い熱損失であ
る。

【００２４】本発明は、軸方向に延びる供給原料ランス
と半径方向に延びる供給原料インゼクタの双方の出口に
種々の円錐形噴射（たとえば１５°，３０°，４５°お
よび６０°の円錐形噴射角）をつくることのできるノズ
ルを設けることを意味する。半径方向に延びる供給原料
インゼクタは、望ましくは反応器の長手方向の中心線に
沿った３つの異なる位置でスポーク状に配置されている
。３つの位置の第１と第２の位置は、縮径区域の上流側
部分内に間隔を置いて、供給原料インゼクタ通路が先細
通路中へ開口するように存在する。第３の位置は、スロ
ート部中へ開口する供給原料インゼクタ通路を有する。 中間サイズ反応器に対する本発明の望ましい実施形にお
いては、供給原料通路の各スポーク配置は、それぞれ９
０°または６０°の間隔を有する４〜６つの通路を包含
する。反応器サイズの増加は大きい数の通路を必要とす
る。

【００２５】燃焼区域の前壁に形成した穴を通って延び
る燃焼用燃料導管の数は、望ましくは４〜６のこのよう
な導管ならびに同数の穴を包含する。等間隔（たとえば
６０°）に配置された、６つ以上の円周方向に配置され
た燃焼用燃料導管は、反応器サイズの増加につれて導管
の数を増加する本発明の目的には満足しうることが立証
された。

【００２６】本発明の燃焼室は、先細通路内に形成した
上流側開口の直径よりも大きい第１の直径で形成されて
いる。こうして、縮径区域の前端に張出し部または衝撃
壁が形成される。燃焼区域の前壁に形成された穴および
それを通って延びる導管は、燃焼室の直径よりも小さい
が、先細通路の上流側開口の直径よりは大きい直径を有
する円周のまわりに配置されている。従って、流入する
燃焼用オキシダントと燃焼用燃料の間の反応から生じる
燃焼生成物は、縮径区域の前端部に設けられた衝撃面に
衝突する。こうして、衝突した燃焼生成物は高い乱流状
態に置かれ、次いで衝突し、その時間の間先細通路を通
って、導入される供給原料と接触する。燃料および空気
の流量は高い温度が生じるように調節され、一般に化学
量論的割合に接近する。制限因子は耐火物である。この
割合は耐火物の溶融を防止するように調節しなければな
らない。所望の割合は、安全である程度の高い温度を与
えることができる。空気流量の範囲は極めて広く、たと
えば下記に記載した第Ｉ表の実施例の記載における約４
８１１ｍ３ｈ−１（約１７００００ＳＣＦＨ）の低い流
量から約８４９０ｍ３ｈ−１（約３０００００ＳＣＦＨ
）の高い流量に及ぶ。しかし、本発明はこれらのディメ
ンションに制限されず；大きい反応器には大きい空気流
量が必要であり、小さい反応器には低い空気流量が必要
である。

【００２７】さらに、燃焼用燃料およびオキシダントの
円周方向配置は、燃焼室から下流に延びる先細通路に対
して比較的大きい反応器流の通路を通って流れるので、
燃料およびオキシダントの均一な燃焼が考慮される。

【００２８】先細通路は望ましくは側壁が約１０°〜２
０°、望ましくは約１５°の角度で収れん性勾配を有す
る円錐台の形である。スロート部の上流側端部は望まし
くは先細通路の下流側端部の直径に等しい直径を有する
。膨脹室は、スロート部の直径よりも大きいが、先細通
路の前方開口の直径よりも小さい直径を有する。急冷室
の直径は、膨脹室の直径よりも大きい。

【００２９】上述した本発明の利点は明細書、図面およ
び請求の範囲から明らかになる。

【００３０】

【実施例】図１は、縮径区域２４から上流に位置定めさ
れた燃焼区域２２を有し、該縮径区域２４が急冷区域２
６，２８および３０から上流に位置定めされている反応
器２０の拡大断面図を示す。燃焼区域２２は前壁３２お
よび後方に延びる側壁３４を包含し、これらは一緒にな
って部分的に燃焼室３６を形成する。燃焼室３６は形が
円筒形であり、図２および図３に示したように、第１の
直径Ｄ１を有する。縮径区域２４は、側壁３４の下流端
部に接する前方端壁３８を包含する。図１に示したよう
に、側壁３４の下流側端部および縮径区域２４の上流側
端部の双方はフランジを包含する。縮径区域および燃焼
区域のフランジは、ナットとボルトまたは任意の他の適
当な締結装置によって一緒に結合することができる。

【００３１】縮径区域２４は、先細通路４０ならびにス
ロート部４２および膨脹室４４を包含し、これらは図３
に詳細に示されている。先細通路４０は、前方端壁３８
の最も内側の縁によって形成された前方開口を有する。 図３に示したように、先細通路４０の前方開口は、直径
Ｄ１よりも小さい直径Ｄ２を有する。直径Ｄ１およびＤ
２における相違で、張出し部または衝撃面４６が形成す
る。先細通路４０は形が望ましくは約１０〜２０°、よ
り望ましくは約１５°の角度の勾配の側壁を有する円錐
台である。Ｄ１：Ｄ２の比は望ましくは１．４：１〜２
．５：１の範囲内にあって、カーボンブラック形成のた
めの長い通路と共に十分な衝撃面が得られる。

【００３２】スロート部４２は形が円筒形であって、先
細通路４０の下流側端部４８と同大の上流側端部を有す
る。先細通路４０の下流側端部４８は、望ましくはスロ
ート部の直径Ｄ４と同じ直径Ｄ３を有する。膨脹室４４
は望ましくは形が円筒形で、Ｄ４よりも大きいがＤ２よ
りも小さい直径を有する。本発明の望ましい実施形では
、Ｄ１は約１０１．６〜１２７ｃｍ（約４０″〜５０″
）であり；Ｄ２は約５０．８〜７１．１ｃｍ（約２０″
〜２８″）であり；Ｄ３は約１７．８〜３０．５ｃｍ（
約７″〜１２″）であり；Ｄ４は約１７．８〜３０．５
ｃｍ（約７″〜１２″）であり；Ｄ５は約３０．５〜４
５．７ｃｍ（約１２″〜１８″）である。Ｄ２とＤ１と
の差は望ましくは約３０．５〜７６．２ｃｍ（１２″〜
３０″）であり、衝撃面の望ましい幅は約５２ｃｍ（２
０．５″）である。

【００３３】図３はさらに、縮径区域を通って半径方向
に延び、先細通路４０とスロート部４２により形成され
た反応器流通路の部分に開口する半径方向の供給原料イ
ンゼクタ通路５０の形成を示す。望ましい実施形では、
縮径区域２４に通路５０の３つの異なる組が形成される
。３つの組はそれぞれ、反応器２０の中心線Ｃに沿って
長手方向に間隔を有し、各組はスポーク状に配置された
複数（たとえば３つ以上）の通路５０を包含する。３つ
の異なる通路の組は、中心線Ｃに沿ってＰ１、Ｐ２およ
びＰ３に位置定めされている。位置Ｐ１およびＰ２は先
細通路４０中へ開口する通路５０に存在し、位置Ｐ３は
スロート部４２内に存在する。通路５０の各組は、望ま
しくは９０°に配置された４つのかかる通路で形成され
る。位置Ｐ１は望ましくは先細通路４０の前方開口から
中心線Ｃに沿って下流側約２５．４〜３０．５ｃｍ（約
１０″〜１２″）に存在する。付加的に、位置Ｐ２は先
細通路４０の前方開口から約５０．８〜６３．５ｃｍ（
約２０″〜２５″）に存在し、Ｐ３は先細通路４０の前
端部から約７１．１〜７６．２ｃｍ（約２８″〜３０″
）に存在する。

【００３４】再び図１に関し、それぞれ急冷区域２６，
２８および３０に形成された急冷室５２，５４および５
６は形が円筒形で、直径Ｄ５より大きく、直径Ｄ２より
も小さい直径Ｄ６を有する。半径方向に延びる複数の入
口５８は急冷区域２６，２８および３０のそれぞれに連
続的に位置定めされ、冷却液を送入することのできる個
所を与える。かかる冷却液入口は、半径方向の供給原料
インゼクタ通路５０につき記載したようにスポーク状に
配置することができる。図１に示したように、３つの急
冷区域が設けられている。しかし、所望の最終生成物の
特性によって指示された場合には、これよりも多いかま
たは少ない類似設計の急冷区域を設けることができる。

【００３５】図１、図２および図４に関し、燃焼区域２
２の前壁３２は、円周６２に沿って配置された中点を有
する穴６０を包含する。図４に最良に示したように、穴
６０は発散性出口６４および円筒形入口６６を包含する
。円周６０の直径は、直径Ｄ１よりも小さく、直径Ｄ２
よりも大きいので、穴６０から出る燃焼生成物は、先細
通路４０中へ引込まれる前に、衝撃面４６に衝突する。

【００３６】図２は、６つの穴が６０°の等しい間隔を
有する１つの望ましい穴の配置を示す。望ましくは、燃
焼区域の前壁に４〜６つの等間隔に配置された穴が設け
られているが、その数は、大きいサイズの反応器には燃
焼室の直径Ｄ１が増加するので増加する。穴の数が４つ
よりも少ないと、燃焼室を通って流れる燃焼生成物の均
一性が減少する傾向があり、記載された寸法を有するよ
うな反応器に対し６つ以上は複雑な付加的配管を形成し
、燃焼生成物の廃棄される可能性がある。配管複雑の問
題は、中間サイズの反応器では、燃焼反応物の同じ流入
量を大きい数（たとえば８つ以上）の穴および小さい直
径の燃料導管によって意図した場合に殊に重大である。

【００３７】図２は、反応器２０が耐火物内壁で形成さ
れていることを示す。使用された耐火物は、高い融点（
たとえば約１８７１℃（３４００°Ｆ）よりも高い）を
示す高アルミナ（９５％以上）材料である。図２は、反
応器２０が金属の外被板または胴３００を包含すること
を示す。胴は接合された板金からなり、通常炭素鋼であ
る。望ましい実施形においては、胴と耐火レンガ内壁と
の間に注型可能な耐火物材料が使用される。

【００３８】図１、図２および図４に示したように、燃
焼用燃料導管６８は、オキシダント室７０を通って穴６
０中へ延びている。燃焼用燃料導管６８は円筒形入口６
６の直径よりも小さい直径を有するので、室７０中の燃
焼用オキシダントを燃焼用燃料導管６８のまわりを通っ
て燃焼室３６中へ導入することができる。燃焼用燃料導
管６８は、穴６０中へ延び、その出口端部が前壁３２の
内面７２と整列するように示されている。燃焼用オキシ
ダントと燃焼用燃料との混合を高めるために、燃焼用燃
料導管６８の自由端に、穴６０の発散性出口６４の近く
の位置に複数の小さい穴が形成されている。記載したよ
うに、燃焼用燃料導管６８はその自由端が、内面７２と
大体において整列している。しかし、自由端は、反応プ
ロセスの所望の特性に依存して、さらに燃焼室３６中へ
延びるかまたは大きくはないが穴６０内に引込まれてい
てもよい。

【００３９】図４における距離Ｌ１は、ノズル６８の出
口から衝撃壁６４までの長手方向の距離を表わす。望ま
しい実施形では、Ｌ１は長さが約６１ｃｍ〜１０１．６
ｃｍ（約２４″〜４０″）、より望ましくは約７８．７
ｃｍ（約３１″）である。また、燃焼用燃料導管は、位
置が可変であって、距離Ｌ１はより大きい反応器融通性
を達成するために変えることができる。

【００４０】オキシダント室７０は望ましくは、燃焼区
域２２の前壁３２から上流側に間隔を有する環状前壁７
４と円筒形側壁とで形成されている。オキシダント室７
０は望ましくは、オキシダント（たとえば予熱された空
気）が入力される入口導管７６を包含する。燃焼用燃料
導管６８は、穴６０に入る前に、オキシダント室７０を
通って延びるように配置されている。燃料導管６８を適
当な温度に維持するために、冷却液導管は燃焼用燃料導
管のまわりに同心に配置することができる。付加的に、
燃料導管を反応器から取出さねばならない場合に、オキ
シダント・燃料を締切るために弁７８が設けられている
。燃焼用燃料は、天然ガスのような当業界で代表的に使
用される燃焼用燃料の任意のいずれかであってもよい。

【００４１】半径方向の供給原料インゼクタ８０は、縮
径区域２４に形成された通路５０内へ延びている。供給
原料インゼクタ８０のそれぞれには、その中のカーボン
ブラック用供給原料の流れを調節または完全に締切るた
めに弁装置８２が設けられている。こうして、カーボン
ブラック供給原料は、半径方向の供給原料インゼクタ８
０の任意の１つまたは任意の組合せによって入力するこ
とができるか、または軸方向に延びる供給原料ランス８
４に独占的信頼を置く場合にはなくてもよい。半径方向
の供給原料インゼクタはノズル８５を備えていて、導入
される供給原料は種々の円錐形噴霧（たとえば０，１５
°，３０°，４５°および６０°）に噴霧することがで
きる。

【００４２】軸方向に延びる供給原料ランス８４は、反
応器２０の中心線Ｃに沿って長手方向に延びている。軸
方向の供給原料ランス８４も、望ましくはランス８４の
端部に設けられたノズル出口穴８６を包含する。ノズル
出口穴８６は、０°，１５°，３０°，４５°および６
０°噴霧のような種々の角度の円錐形供給原料噴霧を可
能にし、反応器２０の融通性をさらに高める。軸方向の
供給原料インゼクタ８４も望ましくは、異なる長さＬ２
に延びかつ先細通路４０内または燃焼室３６内での種々
の位置に延びるように、その中心軸に沿って長手方向に
調節可能である。反応器２０の燃焼および反応帯域内で
到達する高い温度のために、冷却液導管８８が、軸方向
の供給原料ランス８４のまわりに同心に配置されている
。燃焼室の上流側端部と軸方向インゼクタ８４の出口と
の間の距離の長さＬ２は、種々の所望のカーボンブラッ
ク特性および燃焼室３６の上流側端部と円錐形反応器４
０の下流側端部との間にある反応器のサイズによって変
わる。しかし、第Ｉ表に示したようなサイズの反応器と
共に使用されるＬ２の望ましい範囲は、約１３２ｃｍ〜
１４７．３ｃｍ（５２″〜５８″）である。

【００４３】Ｌ１は図１においても、燃焼室の上流側端
部と下流側端部との間の距離を表わす。図１に示したよ
うに、Ｌ１は比較的短かく、こうして水冷導管８８によ
って惹起される高い熱損失が避けられる。たとえば、燃
焼室の内部直径（Ｄ１）が燃焼室内部の長手方向の長さ
よりも約１．４〜１．５倍大きいのが望ましい。

【００４４】軸方向の供給原料インゼクタ８４も、供給
原料インゼクタを除去し、その間熱い反応器内部ガスが
反応器から逃れないようにすることを考慮するために弁
を備えている。図４は、遅延タイマーＴ、パージガス源
および通路Ｓも示す。遅延タイマーＴは、供給原料イン
ゼクタに供給原料を供給するヘッダー中へパージガスラ
インを開くために、弁８２の上流の電磁弁Ｖを作動する
。

【００４５】図５は、図１に示したと同じ配置を示すが
、複式出口ノズル９２を有する軸方向の供給原料インゼ
クタ８４の代りに、複式出口のそれぞれが所望の円錐形
噴霧模様を達成することができる。図５の配置は、本発
明が形成しうる種々の生成物の範囲を増加する他の方法
を提供する。

【００４６】反応器中へ導入される供給原料は、米国特
許第３６４２４４２号に記載されたような当業界におい
て普通に使用されている任意のものであってもよい。米
国特許第３６４２４４２号に記載されているような添加
剤またはオハイオ州クリーブランド在ムーニー・ケミカ
ル（Ｍｏｏｎｅｙ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ．Ｉｎｃ．）に
よって販売されているような油溶性カリウムイオン添加
剤、またはその等価物を、直接に供給原料中へ噴射する
こともできる。本発明の望ましい実施形態においては重
質芳香族炭化水素中のカリウムネオカルボキシル混合物
が、直接に熱い供給原料中へ送入しうる油溶性添加剤と
して使用される。１つの望ましいカリウムイオン添加剤
は、次の性質によって識別される： メタノール％　　　　　　　　　　　　７．００％水　
　％　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．２％色
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　褐色粘
度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９８０セ
ンチポイズ比重　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１．００１ＬＢＳ／ＧＡＬ　　　　　　　　　　８
．３４引火点　　　　　　　　　　　　　　　　　　＞
約１１０℃（＞２３０°Ｆ） 燃焼用燃料、オキシダントおよび供給原料（軸方向およ
び半径方向の双方）に対する望ましい流量および流速範
囲は、第Ｉ表の反応器実施形中で作業した場合には、次
のとおりである： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　望ましい流れ　　　　　　　　　　流れの望まし
い範囲空気（オキシダント）　　　　　　約６７９２　
　　　　　　　　　　　約５０９４〜８４９０　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｍ３・ｈ−１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｍ３・ｈ−１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（２４００００　　　　（１８０
０００〜３０００００　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＣＦＨ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ＳＣＦＨ）天然ガス　
　　　　　　　　　　　　　　　　　約５０３．７　　
　　　　　　　　約３３９．６〜　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｍ３・
ｈ−１　　　　　　　　　６５０．９ｍ３・ｈ−１（燃
焼用燃料）　　　　　　　　　　　　（１７８００　　
　　　　（１２０００〜２３０００　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＣ
ＦＨ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＣＦＨ
）（供給原料）　　　　　　　　　　　　　　約９５．
３４　　　　　　　　　　約７４．９〜１２９．４　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｍ３・ｈ−１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｍ３・ｈ−１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（４２０ｇｐｈ）　　　　（
３３０〜５７０ｇｐｈ）ガスの速度は反応器の直径およ
びガスの温度でも変化する。スロート部を通るガスの速
度は望ましくは約６０９．６〜１０６６．８ｍ（約２０
００〜３５００ｆｔ）／ｓｅｃの範囲内にあるべきであ
る。

【００４７】速度による供給原料の流れの記載に加えて
、供給原料はしばしばノズルにおける背圧によって記載
される。本発明における使用に適当な供給原料の流れの
背圧は、約６．８〜１７ａｔｍ（１００〜２５０ｐｓｉ
ｇ）の範囲内である。

【００４８】上述した流量は、所望の粒径ならびに良好
な生産速度および収量を生じるのに十分に高い。上記の
流量は、さきに記載した本発明の構成とも良く適合する
。オキシダント、燃料および供給原料に対する望ましい
温度範囲は次のとおりである： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　温　　
　　　　　　度　　　　　　　　　　　　　　最も望ま
しい温度オキシダント　　　　約４２６．６〜７６０　
　℃　　　　　　　　約７６０　　℃　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（８００〜１４００°Ｆ）　　　
　　　　　（１４００°Ｆ）燃　　　　料　　　　　　
　　約　　１５．６〜３７．８℃　　　　　　　　約３
７．８℃　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　
６０〜　　１００°Ｆ）　　　　　　　　（　　１００
°Ｆ）供給原料　　　　　　　　約１４８．９〜３７１
　　℃　　　　　　　　約２６０　　℃　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（３００〜　　７００°Ｆ）　
　　　　　　　（　　５００°Ｆ）供給原料の導入前の
燃焼区域内の燃焼生成物の温度範囲は、望ましくは約１
４２６．７〜１７６０℃（２６００〜３２００°Ｆ）で
ある。この範囲内の最高温度（１７６０℃（３２００°
Ｆ））が最も望ましい。供給原料を噴射した後、温度は
簡単に約１８１５．６℃（３３００°Ｆ）に増加し、次
いで急冷に先立ち約１５３７．８℃（２８００°Ｆ）以
下に低下する。

【００４９】作業中、燃焼用オキシダントはオキシダン
ト入口導管７６によって入力され、オキシダント室７０
、次に穴６０を通る。同時に、燃焼用燃料は燃焼用燃料
導管６８によって入力され、燃焼用燃料導管６８の出口
端で燃焼反応が起きる。燃焼用燃料およびオキシダント
の軸方向の燃焼生成物は燃焼室３６を横断するように向
けられるので、燃焼生成物のかなりの部分が、燃料イン
ゼクタとオキシダントノズルによって描かれる円の円周
（たとえば直径約８１．３ｃｍ（３２″））が先細区域
の胴部の壁の円周（たとえば約６２．２ｃｍ（２４　　
１／２″））よりも大きいため、衝撃面４６に衝突する
。

【００５０】図４に示したように、この衝突は多量の燃
焼生成物乱流を生じる。さらに、燃焼用燃料導管の円周
方向配置は、燃焼室を通して比較的均一な温度を有する
均一に分散した燃焼生成物を形成する傾向がある。従っ
て、高度に乱流で比較的均一な温度の燃焼生成物が、縮
径区域内に形成する差圧のために、先細通路を通って迅
速に吸引される。高度に乱流の燃焼生成物は、軸方向に
延びる供給原料ランスおよび／または半径方向に延びる
供給原料インゼクタによって噴射されるカーボンブラッ
ク用供給原料と急速に混合する。得られるカーボンブラ
ックの所望の特性は、オキシダントガスの圧力および流
量ならびに燃焼用燃料の圧力および流量を変えることに
よって達成することができる。さらに、カーボンブラッ
ク用供給原料の速度およびどの供給原料の供給手段を利
用すべきかについての決定も、製造されるカーボンブラ
ックの所望の特性を変えるのを助ける。付加的に、急冷
水の噴射個所も製品の質に影響を与える。

【００５１】燃焼した燃焼ガスの高い速度は噴射された
供給原料の通路を曲げるので、供給原料は反応器の内面
に衝突しない。また、噴射された供給原料を燃焼ガスの
高いせん断力および高い温度（たとえば約１６４８．９
℃（３００°Ｆ））に曝露することも、供給原料を霧化
し、それを速かにカーボンブラックに分解するのに役立
つ。生成した濃密な煙は、あとで急冷区域中へ冷却液を
噴射することによって地面に落下させる。

【００５２】本発明を利用すれば、次のカーボンブラッ
ク特性の範囲および値が可能である： 一次粒径　　　　　　　　　　　　　４０ｎｍ未満チン
ト　　　　　　　　　　　　　　９０〜１３０ＤＢＰ　
　　　　　　　　　　　　　４０〜１８０燃焼ガスの衝
突は良好な混合およびまぜ合せを惹起し、こうして高度
の乱流を形成する。高度の乱流は、不十分な分解を生じ
、不均一な生成物を生じかつ反応器の耐火物ライニング
を危険にさらす熱帯域と冷帯域を形成しうる反応器内で
の層流の発生を避ける。

【００５３】前壁の穴が存在する円周の直径は、先細区
域の出発点の内径よりも大きいことが必要である。本発
明の目的のためには、約８．９〜２９．２ｃｍ（３　　
１／２〜１１　　１／２ｉｎ）の直径差が適当である。 たとえば、先細区域の出発点の内径が約６２．２ｃｍ（
２４．５ｉｎ）であれば、前壁の穴が存在する円周の直
径の適当な範囲は、約７１．１〜９１．４ｃｍ（２８〜
３６ｉｎ）である。

【００５４】下記の表は、望ましい反応器寸法および製
造された製品の品質およびカーボンブラック製造におけ
る本発明の多様性を示す。次の第Ｉ表は、反応器２０の
最も望ましい寸法のリストを掲げる。

【００５５】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　第　　Ｉ　　表１．　　燃焼室の直径（Ｄ
１）　　　　　　　　　　　　　　約１１４．３ｃｍ（
４５ｉｎ）２．　　燃焼室の長さ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　約７８．７ｃｍ（３１ｉｎ）　
　　　　　　　（表面７２と表面４６との間の軸方向距
離）３．　　先細通路４０内の上流側開口の直径（Ｄ２
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　約６２．２ｃｍ（２４
．５ｉｎ）４．　　先細通路４０内の下流側開口の直径
（Ｄ３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　約２０．３ｃｍ
（８ｉｎ）５．　　先細通路の軸方向の長さ　　　　　
　　　　　　約７６．２ｃｍ（３０ｉｎ）６．　　スロ
ート部の直径（Ｄ４）　　　　　　　　　　約２０．３
ｃｍ（８ｉｎ）７．　　スロート部の軸方向の長さ　　
　　　　　　　約２２．８ｃｍ（９ｉｎ）８．　　膨脹
室の直径（Ｄ５）　　　　　　　　　　　　　　約３８
ｃｍ（１５ｉｎ）９．　　膨脹室の軸方向の長さ　　　
　　　　　　　　　　約１０７．３ｃｍ（４２．２５ｉ
ｎ）１０．急冷室の直径（Ｄ６）　　　　　　　　　　
　　　　約６１ｃｍ（２４ｉｎ）１１．各急冷室の軸方
向の長さ　　　　　　　　　　　約１６０ｃｍ（６３ｉ
ｎ）１２．縮径区域の前端から第１の位置（Ｐ１）　　
　　　　までの軸方向の長さ　　　　　　　　　　　　
　　　約３０．５ｃｍ（１２ｉｎ）１３．縮径区域の前
端から第２の位置（Ｐ２）　　　　　　までの軸方向の
長さ　　　　　　　　　　　　　　　約６１ｃｍ（２４
ｉｎ）１４．縮径区域の前端から第３の位置（Ｐ３）　
　　　　　までの軸方向の長さ　　　　　　　　　　　
　　　　約８７．６ｃｍ（３４．５ｉｎ）１５．穴６０
の中点が存在する円周の直径　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　約８１．３ｃｍ（３２ｉｎ）下記の第ＩＩ表は、本
発明（反応器＃１）と２つの比較反応器（＃２および＃
３）との間の比較試験の結果を示す。比較反応器は、設
計が図６に示した設計と類似であった。図６に示した反
応器は、販売用のカーボンブラックを製造するためデグ
ッサ・コーポレイションにより以前に自社で使用した標
準反応器を表わす。この標準反応器は、反応器の前壁に
円周上に位置定めされた複数の燃焼ガスノズルを包含す
ることを示す。供給原料噴射は、標準反応器の中心軸に
沿って示されており、標準反応器のスロート部はシリン
ダ状燃焼室に直接隣接して示されている。

【００５６】第ＩＩ表のデータは、図１に示されたと類
似の反応器の使用により得られたものであり、第Ｉ表に
記載した寸法を有する。データは、点Ｐ３における３０
°のノズル噴霧角を有する等間隔に配置された４つのイ
ンゼクタにより半径方向に導入される供給原料について
得られたものである。

【００５７】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　第　　ＩＩ　　表　　　　　　反応器　　油
　　　　ヨウ素　　　　　　　　　　　　　　　　　　
空　気　　　空気　　急冷時間　　の数　　　　流量　
　価　　　　　　ＤＢＰ　　　チント　　　流　量　　
　温度　　容積　　ＢＴＵ／ｌｂ．Ｔ１　　　　　１　
　　　　４０８　　　１３６．９　　１３６．３　　１
１５．０　　　２４０，０００　　　　９９０　　２９
．１　　　　−　　　　　　　　２　　　　　３９７　
　　　　−　　　　　−　　　　　−　　　　２４０，
０００　　　１１６０　　２８．０　　　　−Ｔ２　　
　　　１　　　　　４６６　　　　９５．８　　　　−
　　　１１１．９　　　２４０，０００　　　　９９０
　　２９．１　　　　−　　　　　　　　２　　　　　
３４８　　　　８８．３　　　　−　　　１１５．４　
　　２４０，０００　　　１１３０　　　５．６　　　
　−Ｔ３　　　　　１　　　　　４０１　　　１０２．
１　　１４４．８　　　　−　　　　２４０，０００　
　　　９５０　　１２．６　　３８，０４９　　　　　
　　　３　　　　　３４８　　　１０３．９　　１５１
．８　　　　−　　　　２４０，０００　　　１１２０
　　　５．６　　３７，３５３Ｔ４　　　　　１　　　
　　４１０　　　　９４．２　　１３４．２　　　　−
　　　　２４０，０００　　　　９５０　　１２．６　
　２７，１１９　　　　　　　　３　　　　　３９５　
　　　８９．２　　１３９．１　　　　−　　　　２４
０，０００　　　１１３５　　　５．６　　３６，６０
８Ｔ５　　　　　１　　　　　４００　　　１３４．５
　　１３０．２　　　　−　　　　２４０，０００　　
　　９９０　　２９．１　　３９，９７８　　　　　　
　　２　　　　　３６３　　　１３６．１　　１２９．
８　　　　−　　　　２４０，０００　　　１１６０　
　２８．０　　４１，６８３Ｔ６　　　　　１　　　　
　３６５　　　　９０．９　　１１０．６　　　　−　
　　　２１０，０００　　　　９９０　　１２．６　　
３７，１６１　　　　　　　　２　　　　　３２２　　
　１０４．０　　１３８．４　　　　−　　　　２１０
，０００　　　１１３５　　　５．６　　３９，０８５
Ｔ７　　　　　１　　　　　３９２　　　　９０．９　
　１１０．６　　　　−　　　　２１０，０００　　　
　９９０　　１２．６　　３６，７５５　　　　　　　
　２　　　　　３７８　　　　９８．１　　１３８．４
　　　　−　　　　２１０，０００　　　１１３５　　
　９．８　　３８，７７６ 油流量：Ｐ３の位置において４つの半径方向のインゼク
タによって入力される液体供給原料（１．１１４±０．
０７００平均比重を有する重油および上述したカリウム
添加剤）の毎時のガロン数 ヨウ素価：ヨウ素価は、ＡＳＴＭ表示：Ｄ１５１０−８
４によって定められる。

【００５８】Ｉ２＃（下記に使用）は“ヨウ素価”の略
語である。

【００５９】ＤＢＰ：“カーボンブラックの構造をジブ
チルフタレート吸収によって決定する”標準試験ＤＢＰ
試験はＡＳＴＭ表示：Ｄ３４９３−８５ａに記載されて
いる。下記に使用した用語“２４ｍ４”は該試験表示に
記載されている。

【００６０】チント：カーボンブラック／酸化亜鉛ペー
ストの吸光を含む標準試験 空気流量：空気流量値は、ＳＣＦＨ（ＳＴＡＮＤＡＲＤ
　　ＣＵＢＩＣ　　ＦＥＥＴＰＥＲ　　ＨＯＵＲ）で与
えられる。

【００６１】空気温度：燃焼室中へ導入される空気の温
度（°Ｆ） 急冷容積：急冷容積は、チョークまたは縮径リング後方
で急冷点までの反応器の容積である。単位は立法フィー
トである。急冷水入口は、急冷管またはランスが差込ま
れる耐火物の貫通口である。急冷口は、反応器“Ｃ”区
域または急冷区域の中心線に沿って整列されている。反
応器あたり長さに沿って約１０の位置が存在する。

【００６２】ＢＴＵ／ｌｂｓ：生産物１ポンドあたり利
用される英国熱量単位（１ｋＷ＝３４１２ＢＴＵ／ｈｒ
） 第ＩＩ表におけるすべての空白値は試験しない結果であ
る。

【００６３】第ＩＩ表の検討において、反応器＃１は、
装置の相違のため、反応器＃２および＃３につき使用し
たよりも約６５．６℃〜９３．３℃（１５０〜２００°
Ｆ）低い空気予熱を有していたことを認めねばならなか
った。歴史的データは、空気予熱約３７．８℃（１００
°Ｆ）につき、油の速度は一般に５％増加し、収量は一
般に１％増加することを示唆している。

【００６４】第ＩＩ表における比較データ（時間Ｔ５）
は、反応器＃１の油速度は比較反応器＃２よりも１０．
２％高く、利用エネルギーは１７０５ＢＴＵ／ｌｂ低い
ことを示す。比較反応器を越えるこの利点は、約７６．
１℃（１７０°Ｆ）低い空気予熱温度にも拘らず達成さ
れる。

【００６５】空気予熱における差異に対する修正を行な
えば、２つの反応器の間の差異は次に示すようにさらに
大きい。

【００６６】

【表１】

【００６７】全改良は油速度で１９．５％であり、ブラ
ック０．４５ｋｇ（１ｌｂ）あたりのエネルギー利用率
は６．２％である。

【００６８】第ＩＩ表は、本発明が高品質の製品を維持
すると共に破壊的スポーリングの問題なしに、生産速度
およびエネルギー効率の増加にとくに良く適合するかを
示す。

【００６９】本発明はまた、特殊な要求を満足するため
得られる製品を変えるのに十分に適している。たとえば
、インゼクタの位置を上流へＰ２に移動し、噴霧角度（
６０°）を増加する場合、次の結果が判明した（ただし
供給原料の速度は一定に保つ）。

【００７０】 　　　　位　　置　　　　　　　　　　　　Ｉ２＃　　
　　　　　ＤＢＰ　　　　　　　２４ｍ４　　　　　　
　チント　　中央位置　　（Ｐ２）　　　　９７．５　
　　　１６３．５　　　　１０５．１　　　　１０６．
７下流側位置（Ｐ３）　　１０１．３　　　　１５５．
８　　　　　　９７．５　　　　１１０．０条　　件 空気速度　　　　２１５　　Ｍ　　ＳＣＦＨ空気／ガス
　　１３：１ 空気温度　　　　約６４８．９℃（１２００°Ｆ）供給
原料速度　　　　４４０ＧＰＨ 供給原料添加物　　０ こうして、噴射位置を上流へＰ２に動かすことによって
、高いＤＢＰおよび２４ｍ４値が得られ、チントおよび
ヨウ素価の数値は２倍になった。これらの変化は、個々
の取引先の異なる要求を満足する上での本発明の融通性
に反映する。

【００７１】本発明を望ましい実施態様につき記載した
が、本発明はその詳細に制限されない。種々の置換およ
び変更が当業界における通常の熟練者には明らかであり
、これらすべての置換および変更は、特許請求の範囲に
規定されているように、本発明の思想および範囲内に入
るものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい１実施態様の拡大断面図。

【図２】燃焼区域の前壁を通る、反応器の断面図。

【図３】本発明の縮径区域の拡大断面図。

【図４】急冷区域を除く、第１図に示した反応器の拡大
図。

【図５】軸方向に延びる供給原料ランスが複式ノズル出
口を包含する本発明の他の実施態様の概略断面図。

【図６】“標準反応器”の断面図。

【符号の説明】

２０　　　　反応器 ２２　　　　燃焼区域 ２４　　　　縮径区域 ２６，２８，３０　　　　急冷区域 ３２　　　　前壁 ３４　　　　側壁 ３６　　　　燃焼室 ３８　　　　前方端壁 ４０　　　　先細区域 ４２　　　　スロート部 ４４　　　　膨脹室 ４６　　　　衝撃面 ４８　　　　下流側端部 ５０　　　　通路 ５２，５４，５６　　　　急冷室 ５８　　　　入口 ６０　　　　穴 ６２　　　　円周 ６４　　　　発散性出口 ６６　　　　円筒形入口 ６８　　　　燃料導管 ７０　　　　オキシダント室 ７２　　　　内面 ７４　　　　環状前壁 ７６　　　　入口導管 ７８　　　　弁 ８０　　　　供給原料インゼクタ ８２　　　　弁装置 ８４　　　　供給原料インゼクタ ８５　　　　ノズル ８８　　　　冷却水導管

Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　反応流通路が形成しているケーシング
   を有し、該ケーシングは長手方向の中心軸を有しかつ該
   通路は長手方向の中心軸に沿って延びていて、該通路は
   、上流から下流への方向に、燃焼室、先細通路および急
   冷室を包含し、該ケーシングは燃焼室の上流側端部を形
   成する前壁および長手方向の中心軸に対して実質的に横
   方向に、長手方向の中心軸に向って内側へ延びる張出し
   部を包含し、該張出し部が燃焼室の下流側端部および先
   細通路内の上流側開口を形成し、該先細通路は上流から
   下流への方向に縮径し、前壁はそれに形成し、燃焼室中
   へ開口しかつ長手方向の中心軸から第１の半径の円周方
   向に配置された複数の穴を有し、先細通路の上流側端部
   の開口は中心軸から第２の半径を有し、第２の半径は第
   １の半径よりも小さいことを特徴とするカーボンブラッ
   ク反応器。
2. 【請求項２】　　ケーシング内に形成する反応流通路が
   、先細通路の最小直径に実質的に等しい直径を有するス
   ロート部を包含し、該スロート部は先細通路と急冷室の
   間に位置定めされていることを特徴とする請求項１記載
   のカーボンブラック反応器。
3. 【請求項３】　　ケーシング内に形成する反応流通路が
   、スロート部よりも大きい直径を有する膨脹室を包含し
   、該膨脹室はスロート部と急冷帯域の間に位置定めされ
   ていることを特徴とする請求項２記載のカーボンブラッ
   ク反応器。
4. 【請求項４】　　円周方向に配置された複数の穴を備え
   る前壁を有する燃焼区域を有し、該燃焼区域はさらに、
   燃焼区域内に形成された燃焼室を部分的に形成するため
   前壁から後方へ延びる側壁を包含し、燃焼室は第１の直
   径を有し；燃焼区域の側壁に隣接する前方端壁を有し、
   縮径区域はその中に形成した、第２の直径の前方開口と
   第３の直径の後方開口を有する先細通路を有し、縮径区
   域はさらに第４の直径のスロート部を包含し、該スロー
   ト部は先細通路の後方開口と流体連絡している前方開口
   を有し、縮径区域はスロート部の下流に位置定めされた
   膨脹区域を包含しかつ該区域内に形成した、スロート部
   の後方端部中へ開口する、第５の直径を有する膨脹室を
   有し；第６の直径の少なくとも１つの急冷室を包含する
   急冷区域；燃焼室の前壁に形成した、円周方向に配置さ
   れた穴と流体連絡している燃焼用オキシダント導管；円
   周方向に配置された穴中へ延びている燃焼用燃料導管；
   該縮径区域内に形成した半径方向の通路を通って延びる
   半径方向の供給原料インゼクタを包含し；かつ第１の直
   径は第２の直径よりも大きく、円周方向に配置された穴
   は、第１の直径と第２の直径の中間の直径を有する円周
   上に存在することを特徴とするカーボンブラック製造用
   反応器。
5. 【請求項５】　　さらに前壁に形成した穴を通って延び
   る軸方向の供給原料ランスを包含することを特徴とする
   請求項４記載の反応器。
6. 【請求項６】　　軸方向の供給原料ランスが、円周方向
   に配置された穴の存在する円周の中心点を通りかつ反応
   器の長手方向の中心軸に沿って延びることを特徴とする
   請求項５記載の反応器。
7. 【請求項７】　　縮径区域が複数の半径方向の通路を包
   含し、反応器はさらに半径方向の通路を通って延びる半
   径方向の供給原料インゼクタを有し、少なくとも１つの
   半径方向の供給原料インゼクタは先細通路中へ開口し、
   かつ少なくとも１つの半径方向の供給原料インゼクタは
   スロート部中へ開口していることを特徴とする請求項６
   記載の反応器。
8. 【請求項８】　　複数の供給原料インゼクタが、反応器
   の長手方向の中心軸に沿って位置定めされた第１、第２
   および第３の位置にスポーク状に配置されており、第１
   および第２の位置における供給原料インゼクタは先細通
   路中へ開口し、第３の位置における供給原料インゼクタ
   はスロート部に開口していることを特徴とする請求項７
   記載の反応器。
9. 【請求項９】　　第１、第２および第３の位置にスポー
   ク状に配置された４つの半径方向の供給原料インゼクタ
   が存在し、４つの半径方向の供給原料インゼクタはそれ
   ぞれ９０°の間隔を有することを特徴とする請求項８記
   載の反応器。
10. 【請求項１０】　　互いに６０°の間隔で円周方向に配
    置された６個の穴が存在することを特徴とする請求項５
    記載の反応器。
11. 【請求項１１】　　軸方向の供給原料インゼクタが軸方
    向に間隔を有するノズル出口を包含することを特徴とす
    る請求項５記載の反応器。
12. 【請求項１２】　　さらに、軸方向の供給原料インゼク
    タを、長手方向の中心軸に沿って異なる位置に調節する
    ための調節装置を有することを特徴とする請求項５記載
    の反応器。
13. 【請求項１３】　　円周方向に配置された４〜６の穴が
    存在し、各穴は共通の円周上に存在する中心点を有し、
    該穴は円周に沿って実質的に等間隔を有することを特徴
    とする請求項４記載の反応器。
14. 【請求項１４】　　互いに６０°間隔で円周方向に配置
    された６つの穴が存在することを特徴とする請求項４記
    載の反応器。
15. 【請求項１５】　　先細通路は形が円錐台であって、約
    １０〜２０°の角度の収れん性勾配を有することを特徴
    とする請求項４記載の反応器。
16. 【請求項１６】　　先細通路が約１５°の角度の収れん
    性勾配を有することを特徴とする請求項４記載の反応器
    。
17. 【請求項１７】　　第３の直径と第４の直径が等しいこ
    とを特徴とする請求項４記載の反応器。
18. 【請求項１８】　　第５の直径が第４の直径よりも大き
    く、第２の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１
    ７記載の反応器。
19. 【請求項１９】　　燃焼用オキシダント導管が、反応器
    から半径方向に延びる入口および前壁の前面に固定され
    た室を包含し、オキシダントは前壁に形成され円周方向
    に配置された穴を通り、該穴中へ延びる燃焼用燃料導管
    に強制的に送られることを特徴とする請求項４記載の反
    応器。
20. 【請求項２０】　　第１の直径が約１０１．６〜１２７
    ｃｍ（４０〜５０ｉｎ）であり、第２の直径が約５０．
    ８〜７１．１ｃｍ（２０〜２８ｉｎ）であり、穴の存在
    する円周の直径が約７１〜９６．５ｃｍ（２８〜３８ｉ
    ｎ）であることを特徴とする請求項４記載の反応器。
21. 【請求項２１】　　燃焼室の長手方向の長さが約６１〜
    １０１．６ｃｍ（２４〜４０ｉｎ）であり、先細通路の
    長手方向の長さが約６６〜９１．４ｃｍ（２６〜３６ｉ
    ｎ）であることを特徴とする請求項２０記載の反応器。
22. 【請求項２２】　　スロート部が約１７．８〜３０．５
    ｃｍ（７〜１２ｉｎ）の直径と、約１７．８〜３０．５
    ｃｍ（７〜１２ｉｎ）の長手方向の長さを有することを
    特徴とする請求項２１記載の反応器。
23. 【請求項２３】　　第１の直径が約１１４ｃｍ（４５ｉ
    ｎ）であり、第２の直径が約６２．２ｃｍ（２４．５ｉ
    ｎ）であり、燃焼室は約７８．８ｃｍ（３１ｉｎ）の長
    手方向の長さを有し、先細通路は約７６．２ｃｍ（３０
    ｉｎ）の長手方向の長さを有することを特徴とする請求
    項４記載の反応器。
24. 【請求項２４】　　第４の直径が約２０．３ｃｍ（８ｉ
    ｎ）であり、スロート部は約２２．９ｃｍ（９ｉｎ）の
    長手方向の長さを有することを特徴とする請求項２３記
    載の反応器。
25. 【請求項２５】　　燃焼室を部分的に形成するため前壁
    から延びる円筒形の側壁を有する燃焼区域を有し、該燃
    焼室は第１の直径を有し、前壁は前壁に円周方向に配置
    された複数の穴を有し；縮径区域は燃焼室と液体連絡し
    ている先細通路を包含し、先細通路は形が円錐台であっ
    て第２の直径の大きい前方開口と第３の直径の小さい後
    方開口を有し、縮径区域はさらに先細通路と液体連絡し
    ている第４のスロート部を包含し、第１の直径は衝撃面
    が設けられている第２の直径よりも大きく、燃焼室は先
    細通路中へ開口しており；前壁に形成した穴と液体連絡
    している燃焼用オキシダント導管を有し、オキシダント
    流は該穴を通って燃焼室中へ入力され；該穴内を複数の
    燃焼用燃料導管が、燃焼用オキシダントが燃料導管のま
    わりを自由に通るような配置で延びており、前壁中に形
    成され円周方向に配置された穴は、第２の直径よりも大
    きく、第１の直径よりも小さい直径を有する円周上に存
    在し、燃焼室中で製造された燃焼生成物は、先細通路内
    を通るに先立ち衝撃面に衝突し；反応器中へカーボンブ
    ラックを供給するための供給原料の供給装置；およびス
    ロート部と液体連絡している急冷室を有する急冷区域を
    包含することを特徴とする長手方向の中心軸を有するカ
    ーボンブラック製造用反応器。
26. 【請求項２６】　　縮径区域が、スロート部と急冷室の
    間に位置定めされた膨脹室を有する膨脹帯域を包含する
    ことを特徴とする請求項２５記載の反応器。
27. 【請求項２７】　　４つ以上の燃焼用燃料導管が存在す
    ることを特徴とする請求項２５記載の反応器。
28. 【請求項２８】　　供給原料の供給装置が、縮径区域を
    通って延びかつ先細通路中へ開口する、複数の半径方向
    の供給原料導管を包含することを特徴とする請求項２５
    記載の反応器。
29. 【請求項２９】　　供給原料の供給装置がさらに、縮径
    区域を通って延びかつスロート部中へ開口する、複数の
    半径方向の供給原料導管を包含することを特徴とする請
    求項２８記載の反応器。
30. 【請求項３０】　　供給原料の供給装置が、前壁を通り
    かつ反応器の長手方向の中心軸に沿って延びる軸方向の
    供給原料ランスを包含することを特徴とする請求項２９
    記載の反応器。
31. 【請求項３１】　　供給原料の供給装置が、前壁を通り
    かつ反応器の長手方向の中心軸に沿って延びる軸方向の
    供給原料ランスを包含することを特徴とする請求項２５
    記載の反応器。
32. 【請求項３２】　　燃焼用燃料およびオキシダントを、
    反応器の燃焼区域の前壁にある、長手方向の中心軸のま
    わりに円周方向に配置された複数の穴によって導入し；
    燃焼用燃料およびオキシダントの燃焼生成物を、反応器
    の長手方向の中心軸に対して実質的に横方向に延びる衝
    撃面に衝突させ；衝突した燃焼生成物は、燃焼室中へ開
    口する先細通路および先細通路中へ開口するスロート部
    を通過し；燃焼生成物と接触しているカーボンブラック
    供給原料を、燃焼生成物の入口に続き先細通路中へ導入
    し；燃焼生成物およびカーボンブラック供給原料の反応
    体の先細通路の通過に続き該反応体を急冷することを特
    徴とする長手方向の中心軸を有する反応器中でカーボン
    ブラックを製造する方法。
33. 【請求項３３】　　カーボンブラック供給原料の導入工
    程が、半径方向に先細通路中への供給原料の噴射を包含
    する請求項３２記載の方法。
34. 【請求項３４】　　カーボンブラック供給原料の導入工
    程が、半径方向にスロート部中への供給原料の噴射を包
    含することを特徴とする請求項３２記載の方法。
35. 【請求項３５】　　カーボンブラック供給原料の導入工
    程が、反応器の長手方向の中心軸に沿って軸方向に延び
    る供給原料ランスからの供給原料の噴射を包含すること
    を特徴とする請求項３４記載の方法。
36. 【請求項３６】　　カーボンブラック供給原料の導入工
    程が、反応器の長手方向の中心軸に沿った軸方向の供給
    原料の噴射を包含することを特徴とする請求項３２記載
    の方法。
37. 【請求項３７】　　カーボンブラック供給原料の導入工
    程が、反応器の長手方向の中心軸に沿った軸方向の供給
    原料の噴射を包含することを特徴とする請求項３２記載
    の方法。
38. 【請求項３８】　　燃焼室が、燃焼室の内部の長手方向
    の長さよりも１．４〜１．５倍長い内径を有することを
    特徴とする請求項１記載の装置。