JPH08511574A - カーボンブラックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 上流のカーボンブラック生成過程によって生成された反応流に、酸化剤とカーボンブラック生成原料を反応させ、カーボンブラックを製造し、次いでカーボンブラックを冷却、分離、及び回収することを含むカーボンブラック製造方法。この方法は、カーボンブラック製造に必要な燃焼の量を都合よく節約する。また、この方法を実施するための装置を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 カーボンブラックの製造方法 発明の分野 本発明は、ファーネスカーボンブラックの新規な製造方法及び装置に関する。 背景 カーボンブラックは、インキ組成物、塗料などの顔料として、ゴム組成物やプ ラスチック組成物の配合や調製におけるフィラーや強化用顔料として、及びこの 他の各種用途に広範囲に使用されている。カーボンブラックは、限定されるもの ではないが、一般に、その表面積、表面化学性、凝集サイズ、及び粒子サイズを 基にして特性評価される。カーボンブラックの特性は、当該技術に公知の試験法 によって分析評価される。 カーボンブラックは、一般に、炭化水素原料と高温燃焼ガスを反応させ、粒子 状カーボンブラックを含む燃焼生成物を生成させることによって製造される。カ ーボンブラックの関係文献において、燃焼ガスと炭化水素原料とのこの反応は、 一般に熱分解と称されている。 カーボンブラックを製造するための各種の方法が広く知られている。Ｋｅｓｔ ｅｒらの米国特許第３４０１０２０号やＰｏｌｌｏｃｋの米国特許第２７８５９ ６４号（以降はそれぞれＫｅｓｔｅｒ特許、Ｐｏｌｌｏｃｋ特許と称する）に示 されているようなカーボンブラックファーネスリアクターの１つの型式において 、好ましくは炭化水素の燃料と好ましくは空気の酸化剤を第１ゾーンに注入し、 反応させ、高温燃焼ガスを生成させる。ガス又は液体の形態の炭化水素原料もま た第１ゾーンに注入され、すると直ぐに炭化水素原料の反応が開始する。その中 で反応が生じている得られた燃焼ガス混合物は、反応ゾーンに入り、そこでカー ボンブラック生成反応の完結が起きる。 もう１つの型式のカーボンブラックファーネスリアクターにおいて、液体又は ガスの燃料が、好ましくは空気である酸化剤と第１ゾーンにおいて反応し、高温 燃焼ガスを発生する。この高温燃焼ガスは第１ゾーンから下流のリアクター、反 応ゾーン、さらにその先へと流れる。カーボンブラックを生成させるため、カー ボンブラック原料が高温燃焼ガス流の通路に１以上の箇所から注入される。この 炭化水素原料は液体、ガス、又は蒸気でよく、燃焼ガス流を生成させるために使 用される燃料と同じでも異なってもよい。一般に炭化水素原料は炭化水素オイル 又は天然ガスである。第１（又は燃焼）ゾーンと反応ゾーンは、燃焼ゾーン又は 反応ゾーンより横断面が小さい特定の直径のチョーク又はゾーンによって分ける ことができる。原料は、特定の直径のゾーンの上流、下流、又はその中の燃焼ガ ス通路に注入することができる。炭化水素原料は、燃焼ガス流の中から及び／又 は燃焼ガス流の外側から、霧化して又は霧化せずに導入することができる。この 型式のカーボンブラックファーネスリアクターはＭｏｒｇａｎらの米国再発行特 許第２８９７４号とＪｏｒｄａｎらの米国特許第３９２２３３５号に広く開示さ れており、これらの開示事項は本願でも取り入れられている。 一般に知られるリアクターと方法において、高温燃焼ガスは、燃焼ガス流に注 入された炭化水素原料の反応をもたらすに十分な温度である。Ｋｅｓｔｅｒ特許 に開示されたような型式の特許において、燃焼ガスが生成していると同じゾーン に１以上の箇所から原料が 注入される。別な型式のリアクター又は方法において、原料の注入は、燃焼ガス 流が生成した後の１以上の箇所より行われる。本明細書を通じて、反応が生じて いる原料と燃焼ガスの混合物を、以降では「反応流（reaction stream）」と称 する。リアクターの反応ゾーン内の反応流の滞留時間は、所望のカーボンブラッ クの生成を可能にするに十分な時間である。いずれの型式のリアクターにおいて も、高温燃焼ガス流はリアクターを通って下流に流れるため、原料と燃焼ガスの 混合物が反応ゾーンを通過しながら反応が生じる。所望の特性を有するカーボン ブラックが生成した後、反応流の温度は、反応が停止する温度まで下げられる。 Ｃｈｅｎｇの米国特許第４３２７０６９号とその分割の米国特許第４３８３９ ７３号は、２つのカーボンブラックリアクターを用いて、低いＴｉｎｔ残差を有 するカーボンブラックを製造するファーネス炉と方法を開示している。Ｃｈｅｎ ｇの米国特許第４３８３９７３号は、４欄の１６〜１９行で、「カーボンブラッ クリアクターの各々は、予備燃焼区域、反応区域、炭化水素注入手段、及び高温 燃焼ガス注入手段を有する」と開示している。Ｃｈｅｎｇの米国特許第４３８３ ９７３号の要約書で、「リアクターの一方は高ストラクチャーカーボンブラック 用のリアクターであり、他方のリアクターは低ストラクチャーカーボンブラック 用のリアクターである」と記載している。Ｃｈｅｎｇの米国特許第４３８３９７ ３号の２欄１９行より、「第２の燃料の流れと酸素を含む第２の流れの燃焼によ って生成した第２高温燃焼ガスの流れが、第２のカーボンブラック生成ゾーンの 中で形成される。炭化水素原料の第２流れが、炉の第２カーボンブラック生成ゾ ーンの中の、その中で形成された高温燃焼ガスの第２流れと、炉の第１カーボン ブラック生成ゾーンから来る第１カーボンブラック生成混合物との混合状態の中 に導入される 。」と開示している。 発明の要旨 本発明者は、上流（prior）のカーボンブラック製造プロセスの反応流に酸化 剤を反応させ、カーボンブラックを生成するカーボンブラック生成原料と反応す る燃焼生成物の流れを発生させることにより、カーボンブラックを生成させるた めに使用する燃料の量を削減可能なことを見出した。この燃料生成物の流れの発 生は、任意の酸素含有物質、例えば空気、酸素、空気と酸素の混合物、又は他の 類似物質であることができる任意の適切な酸化剤を反応流に導入することによっ て行うことができる。燃料生成物の得られた流れは、追加のカーボンブラック生 成原料と反応し、カーボンブラックを生成する。その結果、カーボンブラックを 生成させるために使用される燃料の量が低下する。 従って、本発明の方法は、カーボンブラックの製造方法であって、従来のカー ボンブラック生成過程によって生成される反応流に、酸化剤及びカーボンブラッ ク生成原料を反応させ、カーボンブラックを生成させ、そのカーボンブラックを 冷却し、分離し、回収することを含む。 好ましくは、この方法は、燃料に酸化剤とカーボンブラック生成原料を反応さ せることを含む過程によって反応流を生成させ、そして、その反応流に、この方 法によって製造されるカーボンブラックの全体量を製造するに使用される燃料の 量を低下させる条件下で、酸化剤とカーボンブラック生成原料を反応させること をさらに含む。 燃料の低下は、反応流を生成させるためにカーボンブラックの１ポンドあたり に使用された燃料の量に比較した、この方法によって 製造されるカーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃料の量によって求 められる。より詳しくは、この方法によって製造されるカーボンブラックの全量 を製造するためのカーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃料の量は、 反応流を生成する過程によって製造される実質的に同じＣＴＡＢ表面積のカーボ ンブラックを製造するために使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃 料の量よりも少ない。所与のＣＴＡＢ表面積のカーボンブラックを製造するため に典型的なカーボンブラック製造プロセスを行い、カーボンブラックの冷却と分 離と回収の前に、本発明のプロセスに従って酸化剤とカーボンブラック生成原料 にその反応流を反応させると、反応流と酸化剤とカーボンブラック生成原料の反 応前の典型的なカーボンブラック生成プロセスより低い固有の燃料消費（ＢＴＵ ／カーボンブラックのポンド）において、実質的に同じＣＴＡＢ表面積より高い カーボンブラックを全体でより多く製造することが可能であり且つ実施できる。 好ましくは、燃料の低下量は少なくとも２％である。 当業者には理解できるであろうが、反応流と酸化剤及びカーボンブラック生成 原料とのカーボンブラック生成反応のプロセス過程は、実施可能な限り、カーボ ンブラックの冷却・分離・回収の前に繰り返すことができる。 下記の本明細書に記載の例と表４と５より、カーボンブラック分野の当業者は 、本発明の実施によって顕著な燃料削減が達成できていることが明らかであろう 。例において、反応流は、Ｍｏｒｇａｎらの米国再発行特許第２８９７４号とＪ ｏｒｄａｎらの米国特許第３９２２３３５号に開示のものと同様なカーボンブラ ックファーネスリアクターで発生させた。ここで、本発明のプロセスは、任意の 反応流生成手段を用いて行うことができる。例えば、本発明のプロ セスは、次のような広く知られた型式のリアクター、即ち米国特許第２６４１５ ３４号に開示の型式の典型的なカーボンブラックファーネスリアクター、及び実 質的に連続な反応流を生成するように適切に系統化し且つ弁で流れを調節したサ ーマルカーボンブラックリアクターの設備によって生成された反応流を使用して 行うことができ、有益な燃料削減を達成することができる。 本明細書における用語「酸化剤（oxidant）」は、火炎を維持するに適切な任 意の酸化性物質を言い、例えば空気、酸素、それらの混合物であり、空気が好ま しい酸化剤である。本発明のプロセスは、酸素含有率が低い空気であっても首尾 よく実施することができる。また、添加剤の導入によって酸化剤の組成を変化さ せることも本発明の範囲内である。 酸化剤は当該技術で公知の任意の仕方で反応流に導入することができる。例え ば、好ましくは、リアクター壁を貫く入口に導管を取り付けることによって酸化 剤を導入することができる。ここで、酸化剤が反応流と迅速に混合されるような 仕方で、酸化剤を導入するかリアクターを構成すべきである。反応流への酸化剤 の混入は、限定されるものではないが、次の方法、即ち反応流に侵入するに十分 な圧力で酸化剤を導入する、又は酸化剤の反応流への混合を可能にする再循環ゾ ーンを含むリアクターに構成することによって達成することができる。 リアクターの条件下で容易に蒸発可能なカーボンブラック生成用炭化水素原料 には、アセチレンのような不飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、ブチレンの ようなオレフィン、ベンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族、特定の飽和 炭化水素、及び揮発された炭化水素、例えばケロシン、ナフタレン、テルペン、 エチレンタール、芳香サイクル原料などがある。 カーボンブラック生成原料は、酸化剤の導入と同時に又はその後に反応流に導 入することができる。この原料は、反応流の中から及び／又は反応流の外部から 、霧化して及び／又は霧化しない状態で導入することができる。酸化剤の導入と 、カーボンブラック生成原料の導入の時間間隔は、酸化剤と反応流の混合のため の十分な時間を提供し、酸化剤と反応流の間の反応が、カーボンブラック生成原 料と反応する燃焼生成物の流れを生成するようにすべきである。 好ましくは、本発明のプロセスにおいて、酸化剤の導入とカーボンブラック生 成原料の導入の間の時間間隔は、３０ミリ秒未満、より好ましくは１０ミリ秒未 満、最も好ましくは５ミリ秒未満である。 反応流への酸化剤の導入は、カーボンブラック生成原料と反応するに十分な熱 を発生させる。次いでこの反応流は、もう１つの反応ゾーンに流入し、本発明の プロセスによる追加の酸化剤と追加のカーボンブラック生成原料の導入を可能に することができる。 所望の特性を有するカーボンブラックが生成した後、クエンチを通して反応流 に急冷用流体を注入することによるような、当該技術で公知の任意の仕方で反応 流の温度を下げることができる。反応を停止すべき時期を決める１つの方法は、 反応流をサンプリングし、そのトルエン着色レベルを測定することによる。トル エン着色は、ＡＳＴＭ Ｄ１６１８−８３の「カーボンブラック抽出物−トルエ ン着色」によって測定する。クエンチは、製造している所望のカーボンブラック 生成物にとって許容できるレベルに反応流のトルエン着色レベルが到達する箇所 に一般に位置する。反応流を冷やした後、その反応流はバッグフィルター装置を 通過し、カーボンブラックを分離・捕集することができる。 本発明のプロセスを実施するための装置は、上流のカーボンブラ ック生成プロセスによって生成した反応流を、酸化剤及びカーボンブラック生成 原料に反応させ、カーボンブラックを生成させる手段と、カーボンブラックを冷 却・分離・回収するための手段を含んでなる。好ましくは、この装置は複数のリ アクターゾーンを含み、反応流が第１反応ゾーンで生成し、次いで以降の少なく とも１つの反応ゾーンに流入し、そこで酸化剤とカーボンブラック生成原料が導 入され、カーボンブラックを生成する。カーボンブラックの生成の後、反応流を 冷却し、カーボンブラックを分離・回収する。従って、さらなる酸化剤とカーボ ンブラック生成原料の導入のため、下流の追加の反応ゾーンに反応流を流入させ ることは、本発明の範囲内である。 本発明のプロセスと装置のこの他の詳細と長所は、次の詳細な説明より明らか になるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のプロセスを実施するために使用することができる、本発明の カーボンブラックリアクターの横断面図である。 発明の詳細な説明 上記のように、本発明のプロセスと装置は、従来のカーボンブラック生成プロ セスの反応流に酸化剤を反応させ、カーボンブラック生成原料と反応することが できる燃焼生成物の流れを発生させ、カーボンブラックを生成させることにより 、カーボンブラックを生成させるために使用される燃料の量を削減することがで きるといった本発明者の発見に由来する。酸化剤を反応流に混入させることによ り、酸化剤の導入と同時に又はその後に導入される追加のカーボンブラック生成 原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させることが できる。 本発明のプロセスを実施するために使用することができるカーボンブラックリ アクターを図１に示している。１つの型式のカーボンブラックリアクターを図１ に描いているが、本発明は、炭化水素の反応によってカーボンブラックを生成す る任意のカーボンブラックファーネスリアクターを使用することができると理解 すべきである。 また、図１に示すカーボンブラックリアクターは、本発明の装置を構成するこ とが認識されるであろう。ここで、本発明の装置は、図１に示す構造に限定され るものではない。 図１に関し、本発明のプロセスは、先細直径ゾーン11を有する燃焼ゾーン10、 原料注入ゾーン12、及び反応ゾーン18を有するカーボンブラックファーネスリア クター２を用いて実施することができる。図１に示す態様において、反応ゾーン 18は、反応ゾーン18より小さい直径を有する原料注入ゾーン22と通じる先細直径 ゾーン20に接続する比較的小さい内側直径のゾーン19を備える。原料注入ゾーン 22は、反応ゾーン32に取り付けられている。図１に示す態様において、反応ゾー ン32は先太直径ゾーン30を備える。 この例を下記に説明するため、先細直径ゾーン11が始まる箇所までの燃焼ゾー ン10の直径をＤ−１と示し、最も狭い箇所の先細ゾーン11の直径をＤ−２と示し 、ゾーン12の直径をＤ−３と、ゾーン18の直径をＤ−４と、ゾーン19の直径をＤ −５と、最も狭い箇所の先細ゾーン20の直径をＤ−６と、ゾーン22の直径をＤ− ７と、最も狭い箇所のゾーン30の直径をＤ−７と、ゾーン32の直径をＤ−８と示 している。同様に、この例を下記に説明するため、先細直径ゾーンが始まる箇所 までの燃焼ゾーン10の長さをＬ−１と示しており、先細直径ゾーン11の長さをＬ −２と示しており、原料注入ゾーン12の 長さをＬ−３と示しており、比較的小さい直径のゾーン19までの反応ゾーン18の 長さをＬ−４と示しており、ゾーン19の長さをＬ−５と示しており、先細直径ゾ ーン20の長さをＬ−６と示しており、遷移ゾーン22の長さをＬ−７と示しており 、先太直径ゾーン18の長さをＬ−８と示している。Ｌ−９は酸化剤導入箇所（50 ）の中央平面（midplane）から先細直径ゾーン（20）の始まりまでの反応区域の 長さである。 本発明のプロセスの実施において、液体又はガス燃料と、空気、酸素、空気と 酸素の混合物などのような適切な酸化剤を接触させることにより、高温燃焼ガス がゾーン10で発生する。高温燃焼ガスを発生させるため燃焼ゾーン10内で酸化剤 流との接触に使用するに適切な燃料は、任意の易燃焼性ガス、蒸気、又は液体の 流れであり、例えば天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセチレン、アルコ ール、ケトンがある。ここで、炭素含有成分を高い含有率で有する燃料、特には 炭化水素を使用することが一般に好ましい。第１ゾーンの燃焼反応において空気 を酸化剤として使用した場合、１０〜１２５％の燃料当量比の運転が一般に好ま しい。当業者であれば理解するように、高温燃焼ガスの発生を容易にするため、 酸化剤流を予熱することができる。 高温燃焼ガス流は、ゾーン10と11からゾーン12とさらに18へと流下する。カー ボンブラック生成原料40は、ゾーン12に位置する第１箇所42で導入する。カーボ ンブラック生成炭化水素原料として使用するに適切なものは、反応条件下で容易 に揮発することができる炭化水素であり、アセチレンなどの不飽和炭化水素、エ チレン、プロピレン、ブチレンなどのオレフィン、ベンゼン、トルエン、キシレ ンなどの芳香族、特定の飽和炭化水素、及び揮発した炭化水素、例えばケロシン 、ナフタレン、テルペン、エチレンタール、芳香族サ イクル原料油などである。ここで説明する例において、カーボンブラック生成原 料40は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複数の小さな噴射の形態で、高温 燃焼ガス流の周囲から実質的に横方向に注入し、原料を分解・転化させてカーボ ンブラックを生成させるための、高温燃焼ガスによるカーボンブラック生成原料 の高速の混合・剪断を確保した。先細直径ゾーン11の端部から第１原料注入箇所 42までの長さをＦ−１と示している。 カーボンブラック生成原料と高温燃焼ガスの混合物は、ゾーン12から反応ゾー ン18へと流れる。カーボンブラック生成原料の反応は原料注入箇所から開始する 。従って、ゾーン18を流れる反応流は、本発明のプロセスと装置の説明において 指称する反応流である。 本発明のプロセスに従うと、酸化剤が反応流中に導入される。図１に示す態様 における酸化剤注入箇所を50に示している。ゾーン18の開始から酸化剤注入箇所 50までの長さをＸ−１と示している。 酸化剤は、当該技術で公知の任意の仕方で反応流に導入することができる。例 えば、リアクター壁を貫く１つ以上の入口に導管を接続することによって酸化剤 を導入することができる。この入口は、ゾーン19の周囲の環状リングに配置する ことができる。酸化剤は、カーボンブラック生成原料と反応する燃焼生成物の流 れを発生させるため、酸化剤と反応流の迅速な混合を確保する仕方で導入するこ とが好ましい。 下記に説明する例において、酸化剤は、リアクターの周りを囲んで配置された 複数の放射状入口を通して反応流に導入した。追加のカーボンブラック生成原料 60は、酸化剤と実質的に同時に又は酸化剤の導入後に反応流に導入する。下記に 説明する例において、原料は、酸化剤の導入後に導入した。追加のカーボンブラ ック生成原料は、第１原料注入箇所42で導入するカーボンブラック生成原料40と 同じでも違ってもよい。 追加の原料導入箇所を図１に62で示している。酸化剤導入箇所50と追加の原料 導入箇所62の間の長さをＦ−２と示す。下記に説明する例において、カーボンブ ラック生成原料60は、高温燃焼ガス流の内部領域に侵入する複数の小さな噴射の 形態で、高温燃焼ガス流の周囲から実質的に横方向に注入し、原料を分解・転化 させて追加のカーボンブラックを生成させるための、高温燃焼ガスによるカーボ ンブラック生成原料の高速の混合・剪断を確保した。 酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入の時間間隔は、酸化剤と反応 流の混合を可能にするに十分な時間であることが必要である。好ましくは、本発 明のプロセスにおいて、この時間は３０ミリ秒未満、より好ましくは１０ミリ秒 未満、最も好ましくは５ミリ秒未満である。従って、本発明のプロセスにおいて Ｆ−２の長さはこの時間が３０ミリ秒未満であるように選択することが好ましい 。当業者であれば理解できるであろうが、この時間と距離Ｆ−２との関係は、本 発明のプロセスの実施のために使用される注入量のレベルと共に、リアクターの 構造と寸法に依存する。 追加のカーボンブラック生成原料を含む反応流は、ゾーン30と32に流入する。 ゾーン32で反応流を急冷する代わりに、追加の酸化剤と原料をこの反応流に導入 することができ、さらに先のリアクターゾーン内で追加のカーボンブラック生成 原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させ、追加のカーボンブラックを製造す る。これらの過程は実施可能な限り数多く繰り返すことができる。 図１に示す態様において、72の箇所に位置して急冷用流体80を注入するクエン チ70は、カーボンブラック生成原料の反応を停止させるために使用する。Ｑは段 階32の開始から箇所72までの長さであり、クエンチの位置によって変えることが できる。 反応流を急冷させた後、本発明のカーボンブラックを含有する冷却されたガス は、任意の通常の冷却・分離装置に流下し、そこで本発明のカーボンブラックが 回収される。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵機、サイクロン分離 機、バッグフィルターのような通常の装置によって容易に行われる。この分離の 後、例えば湿式造粒機を用いて造粒することができる。 本発明の効果と長所は次の例によってさらに理解されるであろう。ここで、セ チル−トリメチルアンモニウムブロミド吸着量（ＣＴＡＢ）はＡＳＴＭ試験法Ｄ ３７６５−８５に従って測定した。 例１〜６ 本発明のプロセスを用い、実験例１〜５の５通りの代表的なリアクター実験で カーボンブラックを製造した。実験例１〜５を行うにおいて、リアクター第２ゾ ーンの反応流には追加の燃料を全く導入しなかった。比較のため、対照標準実験 を行い、実験例６で酸化剤と追加の原料を反応流に導入せずにカーボンブラック を製造した。 各々の実施例と対照標準実験で使用したリアクターは、本明細書で広く説明し 且つ図１に示したリアクターと同等であり、表２に示したリアクター条件と寸法 形状を用いた。各々の例の燃焼反応に使用した燃料は天然ガスであった。各々の 実験例で使用した原料は、次の表１に示す特性を有した。 実験例１〜５の反応流に導入した酸化剤は空気であった。酸化剤は、周囲に配 置した複数の放射状入口を通して反応流に注入した。例１〜４において、３個の 直径１インチの入口、６個の直径１／２インチの入口、及び６個の直径１／４イ ンチの入口を使用し、約３．８平方インチの合計空気導入面積を提供した。例５ においては、３個の直径１インチの入口、３個の直径３／４インチの入口、１２ 個の直径１／２インチの入口、及び６個の直径１／４インチの入口を使用し、約 ６平方インチの合計空気導入面積を提供した。 リアクター条件と寸法形状を下記の表６に示す。実験例５において、合計で２ ５ｇのＫ₂ＣＯ₃を含む水溶液を１０ポンド／ｈで第２原料流に添加した。 クエンチの後、このプロセスの流れは、カーボンブラック製造設備に典型的に 使用される下流の装置を通過させ、反応流をさらに冷却させた。各々の実験で製 造したカーボンブラックは、バッグフィルターを使用する通常の装置を用いて分 離・捕集され、湿式造粒機を用いて通常の仕方で造粒された。 表２に示すように、酸化剤導入の入口面の中心線（図１の50）と第２原料導入 の入口面の中心線（図１の60）の間の長さＦ−２は、実験例１〜４においては６ インチであった。実験例１〜４におけるこれら２つの面の間のリアクター内部体 積は約２４７立方インチであった。酸化剤導入と原料導入の間の推算時間は、実 験例１〜４においては約０．６ミリ秒であり、上流で生成した反応流の可燃性ガ スは直ちに燃焼してＣＯ₂と水になったと仮定した。実験例５において、長さＦ −２は１６．５インチであり、例５における酸化剤導入面と原料導入面の間のリ アクター内部体積は約７８８立方インチであった。例５において、酸化剤導入と 原料導入の間の推算時間は、実験例５においては約２ミリ秒であり、上流で生成 した反応流の可燃性ガスは直ちに燃焼してＣＯ₂と水になったと仮定した。 上記の説明は１つの型式のリアクターに特定されているが、本発明は、カーボ ンブラック生成原料と反応してカーボンブラックを生成させる燃焼生成物の流れ を発生する、酸化剤と反応流の混合によって達成されることを認識すべきである 。 各々の代表的な実験において製造した乾燥カーボンブラックのＣＴＡＢ値を、 前述の試験法によって測定した。各々の実験のカーボンブラック収率（１ガロン の原料あたりのカーボンブラックのポンド値）を、バッグフィルターを出る送管 ガスのガスクロマトグラフィー分析と間欠的な重量チェックを用いて測定した。 また、得られた１ポンドのカーボンブラックあたりのＢ．Ｔ．Ｕ．で表した各々 の実験に使用した燃料を各々の実験例について計算した。その結果を表３に示す 。 これらの結果は、本発明のプロセスを使用した実験例１と３の各々の燃料使用 量が、実験例６の対照標準の実験例の燃料使用量に比較して顕著に少ないことを 示している。 実験例１〜５の本発明の多数ゾーンプロセスと単一反応ゾーンプロセスの比較 を下記の表４と５に示す。 実験例１〜５で示したと同じ収率と処理量を、それぞれ同じＣＴＡＢ表面積の カーボンブラック製造する単一段階プロセスで達成するためには、表５に示す空 気、ガス、及び原料の量が必要と推定される。表５に空気、ガス、及び原料の推 定値に基づく推定の燃料使用量もまた示す。燃料使用量の低下割合もまた表５に 示す。 表５に示す結果の比較と、表５の推定値は、本発明の代表的プロセスである表 ４の実験例１〜５が、同様なカーボンブラックを製造する単一反応ゾーンプロセ スに比較し、８〜１５％のレベルのエネルギー効率における有益な向上を達成し ていることを示す。 本明細書で説明した本発明の態様は単なる例示であり、本発明の範囲を限定す るものではないことを明確に理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，Ｔ Ｊ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上流のカーボンブラック生成過程で生成される反応流に、酸化剤とカーボ ンブラック生成原料を反応させ、カーボンブラックを生成させ、 そのカーボンブラックを冷却・分離・捕集することを含むカーボンブラックの 製造方法。 ２．酸化剤と反応流の間の反応が、カーボンブラック生成原料と反応する燃焼 生成物の流れを発生させる請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．反応流を生成させるに燃料を使用し、反応流を、カーボンブラックの製造 に使用に使用する燃料の量を減らす条件下で反応させる請求の範囲第１項に記載 の方法。 ４．燃料に酸化剤とカーボンブラック生成原料を反応させることを含む過程に よって反応流を生成させ、 反応流を生成させるためにカーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃 料の量に比較し、前記過程によって製造されるカーボンブラックの１ポンドあた りに使用される燃料の量を低下させる条件下で、反応流に酸化剤とカーボンブラ ック生成原料を反応させることをさらに含む請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の 量が、反応流を生成する過程によるものより実質的に低くないＣＴＡＢ表面積の カーボンブラックを製造するためのカーボンブラックの１ポンドあたりに使用さ れる燃料の量よりも少ない請求の範囲第４項に記載の方法。 ６．燃料の量の低下が少なくとも２％である請求の範囲第５項に記載の方法。 ７．酸化剤とカーボンブラック生成原料を、酸化剤と反応流が反応してカーボ ンブラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを発生するに十分な時間で反応 流に導入する請求の範囲第１項に記載の方法。 ８．カーボンブラック生成原料を、酸化剤の反応流への導入の後方で導入する 請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入が、３０ミリ秒未満の期 間で発現する請求の範囲第７項に記載の方法。 １０．酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入が、１０ミリ秒未満の 期間で発現する請求の範囲第７項に記載の方法。 １１．酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入が、５ミリ秒未満の期 間で発現する請求の範囲第７項に記載の方法。 １２．カーボンブラックの冷却・分離・回収の前に前記反応を繰り返すことを さらに含む請求の範囲第１項に記載の方法。 １３．燃料に酸化剤を反応させることによって燃焼ガス流を発生させ、前記燃 焼ガスによって第１カーボンブラック生成原料が霧化される仕方で前記燃焼ガス 流に第１カーボンブラック生成原料を導入し、 反応流を生成させるためにカーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃 料の量に比較し、前記過程によって製造されるカーボンブラックの１ポンドあた りに使用される燃料の量を低下させる条件下で、反応流に酸化剤とカーボンブラ ック生成原料を反応させることを含む過程によって反応流を生成させる請求の範 囲第１項に記載の方法。 １４．前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料 の量が、反応流を生成する過程によるものより実質的に低くないＣＴＡＢ表面積 のカーボンブラックを製造するために使 用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の量よりも少ない請求の範囲 第１３項に記載の方法。 １５．燃焼の量の低下が少なくとも２％である請求の範囲第１４項に記載の方 法。 １６．カーボンブラック生成過程で反応流を生成させ、 反応流に酸化剤を導入し、 カーボンブラック生成原料を反応流に導入し、 カーボンブラックを製造し、 カーボンブラックを冷却し、分離し、そして回収することを含むカーボンブラ ックの製造方法。 １７．反応流と酸化剤の反応が、カーボンブラック生成原料と反応する燃焼生 成物の流れを発生する請求の範囲第１６項に記載の方法。 １８．燃料に酸化剤と第１カーボンブラック生成原料を発生させて反応流を生 成させ、 反応流を生成させるためにカーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃 料の量に比較し、前記過程によって製造されるカーボンブラックの１ポンドあた りに使用される燃料の量を低下させる条件下で、カーボンブラック製造過程を行 う請求の範囲第１６項に記載の方法。 １９．前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料 の量が、反応流を生成する過程によるものより実質的に低くないＣＴＡＢ表面積 のカーボンブラックを製造するために使用されるカーボンブラックの１ポンドあ たりの燃料の量よりも少ない請求の範囲第１８項に記載の方法。 ２０．燃焼の量の低下が少なくとも２％である請求の範囲第１９項に記載の方 法。 ２１．第１カーボンブラック生成原料と、反応流に導入するカーボンブラック 生成原料の両者を、予め霧化しない状態で導入する請求の範囲第１８項に記載の 方法。 ２２．燃料と酸化剤をリアクター第１ゾーンで反応させることによって燃焼ガ ス流を発生させ、 カーボンブラック生成原料を、リアクター第２ゾーンの燃焼ガス流に導入して 反応流を生成させ、 反応流中でのカーボンブラックの生成を、リアクター第３ゾーンで継続させ、 リアクター第４ゾーンの反応流に追加の酸化剤を導入して反応流と反応させ、 追加のカーボンブラック生成原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させ、 第５ゾーンの反応流に追加のカーボンブラック生成原料を導入し、カーボンブ ラックの生成を開始させ、 リアクターの第６ゾーンでカーボンブラック生成を継続させ、 カーボンブラックを冷却、分離、回収する、 各過程を含むカーボンブラックファーネスリアクターにおけるカーボンブラッ クの製造方法。 ２３．反応流を生成させるにためにカーボンブラックの１ポンドあたりに使用 される燃料の量に比較し、カーボンブラックの１ポンドあたりに使用される燃料 の量を低下させる条件下で、カーボンブラック製造過程を行うことをさらに含む 請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２４．カーボンブラックを製造するために使用される燃焼の量が、実質的に低 くないＣＴＡＢ表面積のカーボンブラックを製造する単一段階ファーネスカーボ ンブラック製造方法に比較して少ない請求の範囲第２３項に記載の方法。 ２５．燃焼の量の低下が少なくとも２％である請求の範囲第２４項に記載の方 法。 ２６．酸化剤とカーボンブラック生成原料を用いてカーボンブラックを製造す る上流のカーボンブラック生成過程によって生成させた反応流と反応させる手段 、及び そのカーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段を含んでなるカーボン ブラック製造装置。 ２７．燃料を酸化剤とカーボンブラック生成原料に反応させ、反応流を生成さ せる手段、及び 前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の量が 、反応流を生成する手段によるものより実質的に低くないＣＴＡＢ表面積のカー ボンブラックを製造するために使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの 燃料の量よりも少ない条件下で、前記反応流に酸化剤とカーボンブラック生成原 料を反応させる手段、をさらに含んでなる請求の範囲第２６項に記載の装置。 ２８．酸化剤の導入位置とカーボンブラック生成原料の導入位置において、酸 化剤が反応流と反応して、カーボンブラック生成原料と反応する燃料生成物の流 れを発生させるに十分な時間を提供する位置で、反応流に酸化剤を導入する手段 と、反応流にカーボンブラック生成原料を導入する手段をさらに含む請求の範囲 第２７項に記載の装置。 ２９．酸化剤を反応流に導入する手段と、カーボンブラック生成原料を反応流 に導入する手段が、酸化剤の導入とカーボンブラック生成原料の導入が３０ミリ 秒未満の時間間隔で発現するように位置する請求の範囲第２８項に記載の装置。 ３０．燃料を酸化剤とカーボンブラック生成原料に反応させ、反応流を生成さ せる手段、 酸化剤を前記反応流に導入する手段、 カーボンブラック生成原料を前記反応流に導入する手段、 前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の量が 、前記反応流を生成させる手段によるものよりも実質的に低くないＣＴＡＢ表面 積のカーボンブラックを製造するために使用されるカーボンブラックの１ポンド あたりの燃料の量よりも少ない条件下で、前記反応流に酸化剤とカーボンブラッ ク生成原料を反応させる手段、及び カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段を含んでなるカーボンブラ ック製造装置。 ３１．反応流に酸化剤を導入する追加の手段、及び反応流にカーボンブラック 生成原料を導入する追加の手段をさらに含み、 各々の追加の手段が、カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段の上 流に位置する請求の範囲第３０項に記載の装置。 ３２．リアクター第１ゾーンで燃料と酸化剤を反応させる手段、 リアクター第２ゾーンで燃料ガスの流れにカーボンブラック生成原料を導入し 、反応流を生成させる手段、 反応流中でのカーボンブラックの生成をリアクター第３ゾーン中で継続させる 手段、 リアクター第４ゾーン中で酸化剤と反応流を反応させ、追加のカーボンブラッ ク生成原料と反応する燃焼生成物の流れを発生させる手段、 カーボンブラック生成原料を反応流にリアクター第５ゾーンで反応させる手段 、 前記過程によって使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の量が 、前記反応流を生成させる手段によるものよりも実質的に低くないＣＴＡＢ表面 積のカーボンブラックを製造するために 使用されるカーボンブラックの１ポンドあたりの燃料の量よりも少ない条件下で 、前記反応流に酸化剤とカーボンブラック生成原料を反応させる手段、及び カーボンブラックを冷却、分離、及び回収する手段を含んでなり、 リアクター第２ゾーンがリアクター第１と第３ゾーンよりも小さい直径を有し 、リアクター第５ゾーンがリアクター第４と第６ゾーンよりも小さい直径を有す る、 カーボンブラックファーネスリアクターを含むカーボンブラック製造装置。