JPS6233260B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、その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。油炉法式における重要なことは、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微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・ブラツク製
造用のバーナに関するものであつて、問題である
カーボン・ブラツクの製品内の粗粒の含量を減少
するのに役立つものを提供するものである。 カーボン・ブラツク製造用のバーナにおいてそ
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、得られるバーナ構造は、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関
するものである。オリフイスは典型的には、油ス
プレーが反応室内に注入されるとき、油スプレー
を混入す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焼ガスを射出
する複数個の口によつて包囲されている。有効に
気化されるために供給原料油の有効に微粒化され
たスプレーを提供し、そして低い粗粒の含量のカ
ーボン・ブラツクを生産するため、反応室に開口
する前記オリフイスと連絡部のすぐ近くの微粒化
流体通路の端において、供給原料油を半径方向に
向つて微粒化流体通路内に射出するための少なく
とも１個の供給原料油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
ーとして反応室内に排出され、原料油は気化され
てカーボン・ブラツクを生成する。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、好
ましくは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。 カーボン・ブラツク製造用バーナ１０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１２、油管１
４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内に位置される。これら３本の同心の
導管の先端はバーナ排出先端部材２２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めるように
雌ねじが切られている。排出先端部材２２にはそ
れを貫いて複数の通路２４が形成され、該通路は
環状通路１８と連絡して通路２４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
絡してオリフイス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、
これらの通路３２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
端の一番近いところで開口している。放出通路３
２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１
２の内壁によつて画成される空間、を流れ通る。
バーナ１０の排出先端部材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
の遠端（図示されていない）にある口を通じてバ
ーナ１０内に導入され、そして微粒化流体導管１
６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３２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、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へ向かつて末広にな
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３
０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、ASTA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に従つたバーナのための典
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、本発明のバーナは、一般的に
円筒形の耐火裏張りされた反応室を有する好適な
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0.91ｍ（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反応室の一端
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・
ノズルが、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
において反応室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、反応室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】

【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に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 AP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 AP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 AP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、反応室の条件などを修正することによ
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；１４は油
管；１６は微粒化流体導管；１８は環状通路；２
０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 オリフイスを通じて燃焼ガスの炎内に排出さ
   れる供給原料油の微粒化された流れを発生させ
   て、カーボン・ブラツクを製造するために内部微
   粒化装置を有するバーナにおいて：供給原料油を
   微粒化流体通路内に半径方向に放出するようにし
   た少なくとも１個の供給原料油の放出口を有する
   供給原料油の内部微粒化装置を有し、供給原料油
   の放出口が前記オリフイスとの連絡部のすぐ近く
   の微粒化流体通路の端に位置するように構成され
   たカーボン・ブラツク製造用バーナ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のカーボン・ブラ
   ツク製造用バーナにおいて：供給原料油を微粒化
   流体通路内に半径方向内方に向つて放出するよう
   に設けられた少なくとも１個の供給原料油放出口
   を有するカーボン・ブラツク製造用バーナ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のカーボン・ブラ
   ツク製造用バーナにおいて：供給原料油を微粒化
   流体通路内に半径方向外方に向つて放出するよう
   に設けられた少なくとも１個の供給原料油の放出
   口を有するカーボン・ブラツク製造用バーナ。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のカーボン・ブラ
   ツク製造用バーナにおいて：供給原料油を微粒化
   流体通路内に半径方向に放出するように設けられ
   た複数個の供給原料油の放出口を有するカーボ
   ン・ブラツク製造用バーナ。 ５ 特許請求の範囲第１項記載のカーボン・ブラ
   ツク製造用バーナにおいて：排出オリフイスと連
   絡する微粒化流体通路の周縁に配列された複数個
   の供給原料油の放出口を有し、該油の放出口が排
   出オリフイスとの連絡部のすぐ近くの微粒化流体
   通路の端に配置され、そして油を微粒化流体通路
   内へ半径方向内方に向つて放出するように設けら
   れているカーボン・ブラツク製造用バーナ。 ６ 特許請求の範囲第５項記載のカーボン・ブラ
   ツク製造用バーナにおいて：６個の供給原料油放
   出口が微粒化流体通路の周縁に沿つてたがいに等
   間隔に配列されているカーボン・ブラツク製造用
   バーナ。