KR820002300B1

KR820002300B1 - Method for producing carbon black

Info

Publication number: KR820002300B1
Application number: KR8204788A
Authority: KR
Inventors: 기요시 오사와; 노부오 미야지마; 미노루 다까기; 히사오 겐지마
Original assignee: 프랜크 에이치 퍼어베스; 컨티넨탈 카아본 컴패니
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1982-12-15

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Carbon black production method

도면은 카아본블랙 반응기의 종단면도.The longitudinal cross-sectional view of a carbon black reactor.

본 발명은, 카아본블랙의 제조와 산출율을 증가시키기 위하여 공기를 카아본블랙 반응기의 도입하기에 앞서 예열하여 공정의 전반적인 효과를 개량하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 반응혼합물을 약 700℃ 내지 900℃로 급냉하여 이 반응혼합물을 가지고 간접적인 열교환에 의하여 들어오는 연소공기를 약 650℃ 내지 750℃, 될수 있으면 약 700℃로 예열한다. 이 열교환은 두 가지 단계로 진행되며 (1)은 약 600℃ 내지 700℃, 될수 있으면 650℃로 관류식열교환기 또는 재래식 간접열교환기 속에서 급냉된 반응혼합물을 가지고 간접적으로 열교환을 하며, (2)는 약 650℃ 내지 750℃, 될수 있으면 약 700℃로 반응기의 외각과 내각 사이의 환상부분에서 열교환을 한다.The present invention relates to a method of preheating air prior to introducing a carbon black reactor to improve the production and yield of carbon black to improve the overall effect of the process. This method quenchs the reaction mixture to about 700 ° C. to 900 ° C. and preheats the combustion air with the reaction mixture by indirect heat exchange to about 650 ° C. to 750 ° C., if possible. This heat exchange proceeds in two stages: (1) indirectly exchanges heat with the reaction mixture quenched in a perfusion heat exchanger or a conventional indirect heat exchanger at about 600 ° C to 700 ° C, possibly 650 ° C, and (2) Is about 650 ℃ to 750 ℃, possibly about 700 ℃ heat exchange in the annular portion between the outer shell and the inner cabinet of the reactor.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 장치는, 반응기의 앞부분에 들어오는 예열 공기를 두 가지 부분으로 분할하는 수단을 가지며, 한부분은 들어오는 연료에 직접접촉을 하게 통과하고, 다른 부분은 연료분사 버어너를 우회하여 반응기 내각의 내화라이닝의 내부 측벽을 따라서 반응기 속으로 직접 통과한다. 양호한 분할 수단으로서 중앙에 오리피스를 가진 원판과 우회하는 공기의 흐름을 안내하는 실린더로 구성된다.The apparatus according to a preferred embodiment of the present invention has a means for dividing the preheated air entering the front of the reactor into two parts, one of which passes in direct contact with the incoming fuel and the other part of the fuel injection burner. Bypass passes directly into the reactor along the inner sidewall of the refractory lining of the reactor cabinet. As a preferred dividing means, it consists of a disc with an orifice in the center and a cylinder for guiding the flow of the bypassing air.

본 발명은, 로 카아본블랙의 생산방법을 확대시키지 않고 로 카아본블랙의 생산을 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing the production of low carbon black without expanding the method of producing low carbon black.

종래의 로 카아본블랙을 생산하는 방법을 간단히 설명하면, 원료의 탄화수소(공급원료), 탄화수소 연료 및 연료를 연소시키기 위한 공기가 수평형반응기에 도입된다. 이 탄화수소연료는 반응기내서 완전히 연소하여 연소 가스 속에 투입된 공급원료는 연료의 연소열에 의하여 분해되어 분해되어 카아본블랙 미립자를 형성하면서 연료분해하는 혼합 가스속에 흩어진다. 그때 냉각수가 혼합가스속에 반응을 중지하도록 분사되어 카아본블랙 미립자는 혼합가스속에서 기계적으로 수집된다.Briefly describing a conventional method of producing low carbon black, raw hydrocarbons (feedstock), hydrocarbon fuels, and air for burning fuels are introduced into a horizontal reactor. The hydrocarbon fuel is completely combusted in the reactor, and the feedstock introduced into the combustion gas is decomposed and decomposed by the combustion heat of the fuel to be dispersed in the mixed gas which decomposes the fuel while forming carbon black fine particles. Cooling water is then injected into the mixed gas to stop the reaction so that the carbon black fine particles are collected mechanically in the mixed gas.

반응 장치를 확장하지 않고 카아본블랙의 생산을 상술된 종래의 방법으로 증가시키기 위해서는, 자연적으로 공급원료의 유입율을 증가시키는 것이 필요하게 된다. 더우기 정상저인 조작으로서 실질적으로 생산의 질을 유지하기 위해서는, 로의 반응시 초기의 온도를 실질적으로 반응기의 정상 조작시의 온도 수준과 같게 하도록 유지하는 것이 필요하다. 탄화수소 연료와 연소 공기의 도입비율은 필요한 열의 결핍을 보충하기 위해서는 증가되어야 한다. 이러한 수단은, 바라는 질의 카아본블랙의 생산 증가를 가져오나 방출가스의 양에서도 증가를 일으킨다. 따라서, 카아본블랙의 수집은 더욱 곤란하게 된다.In order to increase the production of carbon black by the conventional method described above without expanding the reaction apparatus, it is necessary to naturally increase the inflow rate of the feedstock. Furthermore, in order to maintain substantially the quality of the production as a top low operation, it is necessary to maintain the initial temperature in the reaction of the furnace to be substantially equal to the temperature level in the normal operation of the reactor. The feed rate of hydrocarbon fuel and combustion air must be increased to compensate for the lack of heat required. This means an increase in the production of carbon black of the desired quality, but also an increase in the amount of emitted gas. Therefore, collection of carbon black becomes more difficult.

그러므로, 카아본블랙을 만족하게 수집하기 위하여 집진기나 백필터(Bag filter) 같은 먼지를 모으는 장치를 확장할 필요가 있거나 또는 새로운 설치가 필요하게 된다. 간단히 말하면, 카아본블랙의 생산을 증가시키기 위한 시도는, 카아본 블랙의 수집장치를 확장하므로서 크게 제한을 받는다.Therefore, in order to satisfactorily collect carbon black, it is necessary to expand a dust collecting device such as a dust collector or a bag filter or a new installation is required. In short, attempts to increase the production of carbon black are greatly limited by the expansion of the carbon black collector.

상기한 곤란한 문제를 해결하기 위하여, 로 속으로 도입하는 공급 원료의 양을 증가시키 위한 시도가 연소공기에 부가하는 산소 가스보다 높은 온도로 연소공기를 예열하는 방법으로 만들어졌다. 그러나 어느한도 이상으로 고온으로 연소공기를 예열하는 것은 연소기 및 반응기의 연소부분의 온도저항의 한계 때문에 불가능하다. 특히 연소공기의 최고예열온도는 내화형로벽 및 연소기의 반응기의 다른 부분을 형성하는 물질의 열저항의 용해위험 때문에 약 500℃로 되어 있다.In order to solve the above problem, an attempt to increase the amount of feedstock introduced into the furnace has been made by preheating the combustion air to a temperature higher than the oxygen gas added to the combustion air. However, preheating the combustion air to a high temperature above any limit is not possible due to the limitations of the temperature resistance of the combustion section of the combustor and reactor. In particular, the maximum preheating temperature of the combustion air is about 500 ° C. due to the risk of dissolution of the heat resistance of the materials forming the refractory furnace walls and other parts of the reactor of the combustor.

본 발명에 있어서 이후 설명되는 특별히 설계된 반응기가 사용되며 연소공기를 약 600℃ 내지 750℃, 될 수 있으면 약 700℃로 예열하는 것이 가능하게 된다. 이것은 정상품질의 카아본블랙의 생산을 방출가스의 양을 증가시키지 않고 또 미립자로 형성된 카아본블랙을 수집하기 위한 장치의 확대없이 증가할 수 있게 한다. 다시 말하면, 개량된 장치를 사용하는 본 발명의 방법은 주로 연소시키기 위한 공기를 반응기에 도입하기에 앞서서 약 600℃ 내지 750℃, 될수 있으면 약 700℃로 예열하는 것이 특징이다. 이 예열에 의하여, 카아본블랙의 생산은 탄화수소 연료의 양을 늘리지 않고도 증가시킬 수가 있다. 어떤 경우에는, 탄화수소 연료의 양을 감소시킬 수도 있다.In the present invention, a specially designed reactor described later is used and it is possible to preheat the combustion air to about 600 ° C to 750 ° C, if possible to about 700 ° C. This allows the production of carbon black of normal quality to be increased without increasing the amount of emissions and without expanding the apparatus for collecting carbon black formed of particulates. In other words, the process of the present invention using an improved apparatus is characterized by preheating mainly from about 600 ° C. to 750 ° C., possibly about 700 ° C., prior to introducing air for combustion into the reactor. By this preheating, the production of carbon black can be increased without increasing the amount of hydrocarbon fuel. In some cases, the amount of hydrocarbon fuel may be reduced.

종래의 방법의 경우에서 처럼, 본 발명에서 공급연료로서 사용되는 탄화수소는, 천연가스, 부탄, 펜탄, 가스오일, 케로신, 중 또는 경나프타, 각종 증류액, 정유 및 그 잔유물, 석탄에서 추출한 오일 및 각종타르 중에서 임의로 선택할 수가 있다.As in the case of the conventional method, the hydrocarbon used as the feed fuel in the present invention is natural gas, butane, pentane, gas oil, kerosene, heavy or light naphtha, various distillates, essential oils and residues thereof, oil extracted from coal And various tars.

공급연료의 양만 증가된다면, 그 결과로서 연소공기 및 탄화수소연료의 양은 증가되지 않으며, 연소 공기의 예열온도는 종래의 방법에서와 같이 500℃ 정도 또는 그 이하로 유지된다. 이러한 경우에, 공급 연료를 열분해 시키는데 열을 소모하게 되므로서, 그 결과, 열이 부족하여 카아본블랙의 미립자들을 크게하여 생산을 저하시키게 되다. 미립자들의 크기를 충분히 작게 하기 위해서는, 추가된 연료만큼의 공급연료를 부분적으로 연소시킬 수 있도록 연소공기의 량을 증대시켜 주는 것이 절대적으로 필요하다. 그러나 본 발명에 있어서, 추가된 탄화수소 원료를 열분해 시키는데 필요한 추가된 열은, 연소공기의 예열온를 올려주므로서 제공된다. 다시말하면, 연소공기는, 방출가스와 열교환 하여 예열되므로, 방출가스의 양을 늘리지 않고서도 카아본블랙의 생산을 증가시킬 수가 있다.If only the amount of feed fuel is increased, as a result, the amount of combustion air and hydrocarbon fuel is not increased, and the preheating temperature of the combustion air is maintained at about 500 ° C. or lower as in the conventional method. In such a case, heat is consumed to pyrolyze the feed fuel, and as a result, heat is insufficient to increase the fine particles of carbon black to lower the production. In order to make the particles small enough, it is absolutely necessary to increase the amount of combustion air so as to partially burn the feed fuel as added fuel. However, in the present invention, the additional heat required to pyrolyze the added hydrocarbon raw material is provided by raising the preheating temperature of the combustion air. In other words, the combustion air is preheated by heat exchange with the discharged gas, so that the production of carbon black can be increased without increasing the amount of the discharged gas.

탄화수소원료의 성질과 카아본블랙과 바라는 등급에 의하여 약간의 차이는 있지만, 종래의 반응로 내부의 열분해 온도는 일반적으로 1400℃와 1600℃ 사이의 범위를 실질적으로 유지했다. 종래의 방법에 있어서, 탄화수소원료는 카아본블랙을 형성하기 위하여 상기 언급된 온도에서 열분해를 하여 그 속에 물을 분사해서 400℃ 내지 500℃로 급격히 반응혼합물을 냉각시켜 사이크론 수집기 또는 백필터에 의하여 방출가스속의 부유하는 카아본블랙 미립자를 수집하는 과정을 밟았다.Although slightly different depending on the nature of the hydrocarbon raw material and the carbon black and the desired grade, the pyrolysis temperature inside the conventional reactor generally maintained substantially between 1400 ° C and 1600 ° C. In the conventional method, the hydrocarbon raw material is pyrolyzed at the above-mentioned temperature to form carbon black, and then sprayed with water to rapidly cool the reaction mixture from 400 ° C to 500 ° C by means of a cyclone collector or bag filter. The process of collecting suspended carbon black particles in the off-gas was carried out.

본 발명의 방법은, 종래의 방법에서 반응혼합물을 물분사에 의해서 급격히 냉각시키는 온도에 관해서는 결정적으로 다르지만, 열분해온도에 관해서는 차이가 없다.The method of the present invention is critically different in terms of the temperature at which the reaction mixture is rapidly cooled by water spray in the conventional method, but there is no difference in thermal decomposition temperature.

상기한 바와 같이, 본 발명은, 연소를 위한 공기와 연소 공기를 예열하기 위한 반응기의 출구뒤의 반응혼하물간의 열교환이 역시 이용된다. 반응혼합물은, 카아본블랙의 제조조건의 관점에서 물분사에 의하여 900℃ 또는 1000℃로 급격히 냉각되어야 한다는 것을 주의해야 한다. 본 발명의 방법에서 신속한 냉각은, 반응기의 안전한 조작을 위항 약 700℃ 내지 900℃, 될수 있으면 약 850℃가 효과적이다.As described above, the present invention also utilizes a heat exchange between the air for combustion and the reaction mixture behind the outlet of the reactor for preheating the combustion air. It should be noted that the reaction mixture should be rapidly cooled to 900 ° C or 1000 ° C by water spraying in view of the preparation conditions of carbon black. Rapid cooling in the process of the present invention is effective at about 700 ° C. to 900 ° C., preferably about 850 ° C., for safe operation of the reactor.

연소 공기는 급냉된 반응 혼합물과 간접적인 열 교화에 의하여 약 600℃ 내지 700℃ 될 수 있으면 약 650℃로 예열되고, 다음 후술하는 반응기의 외가기과 내각 사이의 환상부를 통하는 흐름에 의하여 약 650℃ 내지 750℃, 될수 있으면 약 700℃로 예열된다. 탄화수소 연료는 이와 같은 고온의 연소공기에 의하여 연소하므로 탄화수소 원료의 도입을 증가하여도 탄화수소 연료 및 연소공기의 양을 증가시킬 필요가 없게 된다.The combustion air is preheated to about 650 ° C. if it can be from about 600 ° C. to 700 ° C. by indirect heat exchange with the quenched reaction mixture, and then from about 650 ° C. to about 650 ° C. by the flow through the annular section between the external unit and the cabinet of the reactor described below. It is preheated to 750 ° C, possibly around 700 ° C. Since hydrocarbon fuel is combusted by such hot combustion air, it is not necessary to increase the amount of hydrocarbon fuel and combustion air even if the introduction of hydrocarbon raw material is increased.

상기한 바와같이, 반응 혼합물은 종래의 방법에서의 약 400℃ 내지 500에 비해 본 발명에 있어서는 약 850℃로 신속히 냉각을 한다. 이것은 카아본블랙의 수집장치에 부과되는 부담을 줄이면서 급냉을 위한 무의 소모를 감소시키는 부가적인 장점을 가져온다. 더우기 방출가스는 수소 및 일산화탄소의 함유량이 높고 물의 함유량은 낮으며 정상적인 방법의 것보다 온도가 높다. 따라서 폐기가스는 유효하게 다른목적의 열원으로서 사용할 수가 있다.As mentioned above, the reaction mixture cools rapidly to about 850 ° C. in the present invention compared to about 400 ° C. to 500 in conventional processes. This has the additional advantage of reducing the consumption of radish for quenching while reducing the burden on the collection device of carbon black. Moreover, the emitted gases have a high content of hydrogen and carbon monoxide, a low water content and a higher temperature than that of the normal method. Therefore, the waste gas can be effectively used as a heat source for other purposes.

본 발명의 방법은 또한, 보다 훌륭한 성분을 갖는 카아본블랙을 생산할 수 있게해 준다. 반응영역의 단위체저당 포함된 카아본 블랙미립자의 양은 증가된다고 생각되므로, 미립자간의 충돌수가 증가하여 그 결과로 미립자의 성분이 점점 양호하게 된다. 이 분야에 종사하는 사람들이 알고 있는 바와같이, 성분을 개량하기 위해서 탄화수소 원료에 알카리염을 부가해서 적당히 조절할 수가 있다. 특히 알카리염은 카아본 블랙의 성분의 개량을 낮추는 역할을 한다.The process of the invention also makes it possible to produce carbon black with better components. Since the amount of the carbon black fine particles contained per unit bottom of the reaction zone is considered to increase, the number of collisions between the fine particles increases, and as a result, the components of the fine particles gradually become better. As is known by those in this field, alkali salts can be added to hydrocarbon raw materials in order to improve the components and can be appropriately adjusted. In particular, alkali salts play a role in reducing the improvement of the components of carbon black.

후술하는 실시예에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예인 반응기와 그 부속품의 사용은 탄화수소 연료와 연소공기의 양을 증가하지 않아도 공급원료의 투입을 증가하여 공급원료에 대한 카아본블랙의 산출을 약 5.6% ㅈㅇ가하고 카아본블랙의 생산을 약 3.7% 증가시킨다. 생산된 카아본블랙의 질은 실질적으로 아래의 정상적인 방법에서 나온 것과 같다는 것을 알아야 할 것이다.As shown in the examples below, the use of the reactor and its accessories, which is a preferred embodiment of the present invention, increases the input of feedstock without increasing the amount of hydrocarbon fuel and combustion air, thereby producing the carbon black for the feedstock. About 5.6% and increase the production of carbon black by about 3.7%. It should be noted that the quality of the carbon black produced is substantially the same as the normal method below.

간단히 설명하면 본 발명은, 공기를 카아본블랙 반응기에 삽입하기에 앞서 예열을 하여서 카아본블랙의 생산과 산출율을 증가하여 전반적인 공정의 효과를 개량하는 방법으로 구성된다. 이 방법은 반응혼합물을 약 700℃ 내지 900℃, 되도록이면 약 850℃로 급냉하고 들어오는 연소공기를 반응혼합물로 간접적으로 열교환을 하여 약 650℃ 내지 750℃, 되도록이면 약 700℃의 온도로 예열하는 것으로 구성된다.Briefly described, the present invention consists of a method of preheating air before inserting it into the carbon black reactor to increase the production and yield of the carbon black to improve the effect of the overall process. This method quenchs the reaction mixture at about 700 ° C to 900 ° C, preferably about 850 ° C, and indirectly heats the incoming combustion air with the reaction mixture to preheat it to a temperature of about 650 ° C to 750 ° C, preferably about 700 ° C. It consists of.

양호한 실시로서 이 열교환은 두개의 단계로 진행된다. (1)은 관류식 열교환기 또는 종래의 간접식 열교환기에서 급냉된 반응혼합물로 간접적인 열교환에 의하여 약 600℃ 내지 700℃, 되도록이면 약 650℃로, 다음(2)는 반응기의 외각과 내각 사이의 환상부분에서 약 650℃ 내지 750℃ 되도록이면 약 700℃로 열교환을 한다. 본 발명의 방법에 의해, 반응기의 앞부분에 들어온 예열된 공기를 두 개의 부분으로 분할하여 한 부분은 들어온 연료에 직접 접촉하여서 통과하고, 다른 한 부분은 연료분사 버어너를 우회하여 반응기 내각의 내화라이닝의 벽을 따라서 반응기속에 직접 통과한다. 양호한 분할수단은 중앙에 오리피스를 가진 원판과 우회하는 공기의 흐름을 안내하는 원통으로 구성된다.In a preferred embodiment, this heat exchange proceeds in two steps. (1) is the reaction mixture quenched in a perfusion type heat exchanger or a conventional indirect heat exchanger, and is about 600 ° C. to 700 ° C., preferably about 650 ° C., by indirect heat exchange. Heat exchange to about 700 ℃ to about 650 ℃ to 750 ℃ in the annular portion between. By the method of the present invention, the preheated air entering the front part of the reactor is divided into two parts, one part passes in direct contact with the incoming fuel, and the other part bypasses the fuel injection burner to refractory lining of the reactor cabinet. Passes directly through the wall of the reactor into the reactor. Preferred dividing means consist of a disk with an orifice in the center and a cylinder for guiding the flow of the bypassing air.

첨부 도면은, 양호한 실시예 합지되어 있는 카아본블랙 반응기의 부재의 일부분인 종단면을 표시하며, 예열된 공기의 흐름을 분할하기 위한 원판과 상기 원판의 전면에 고착된 버어너를 가지고 있다. 본 발명의 이행을 위하여 사용되는 반응기의 특별한 내부구족 도면을 참고로 하여 기술된다. 이 도면은 카아본블랙을 생사하기 위한 장치 중의 반응기만을 표시하고 물분사기를 가진 급냉부재, 연소공기와 반응혼합물간의 열교환을 위한 관류식열교환기, 비교적 뜨거운 냉각된 반응혼합물과 공급원료간의 다른 열교환기 및 생산된 카아본블랙 분자를 수집하기 위한 장치는 생략되어 있다.The accompanying drawings show a longitudinal section which is a part of a member of a carbon black reactor in which the preferred embodiment is laminated, and has a disc for dividing the flow of preheated air and a burner fixed to the front of the disc. It is described with reference to the particular inner group drawing of the reactor used for the implementation of the present invention. This figure shows only the reactor in the apparatus for producing carbon black, a quench member with a water sprayer, a perfusion heat exchanger for heat exchange between the combustion air and the reaction mixture, another heat exchanger between the relatively hot cooled reaction mixture and the feedstock and The apparatus for collecting the produced carbon black molecules is omitted.

도면에 표시된 바와같이 수평형 반응기로는 통상적으로 외각(1)과 외각(1) 안에 전단 개구부를 가진 내각(2)으로 구성된다.As shown in the figure, a horizontal reactor typically consists of an outer shell 1 and an inner shell 2 having a shear opening in the outer shell 1.

외각(1)과 내각(2)는 현재로에서 고온에 노출됨으로 양각을 형성하기 위하여 약 800℃의 온도에 견딜수 있는 열저항 스텐레스 강판을 사용하는 것이 필요하다. 이들 외각과 내각은 로의 몸체를 구성한다.The outer shell (1) and the inner shell (2) are exposed to high temperatures in the present furnace, it is necessary to use a heat resistant stainless steel sheet capable of withstanding a temperature of about 800 ℃ to form the relief. These outer and inner cabinets make up the furnace body.

로속에 공급원료를 분사하기 위한 파이프(4)가 외각(1)의 앞끝을 닫는 마개의 중앙 부분을 통하여 뻗어 나간다. 공급원료(4a)가 흘러들어오는 파이프(5)가 파이프(4) 속에 배치된다. 연료(7a)를 분사하는 파이프(7)와 예열공기(8a)를 분사하는 파이프(8)가 외각(1)의 앞과 뒷부분에 각각 설치된다. 공급원료를 분사하는 파이프(5)와 분사노즐(6)을 통하여 공급원료가 들어오게 축방향으로 공기(9a)를 흐르게하기 위한 분사파이프(9)가 역시 공급원료분사 파이프(4)에 설치된다.A pipe 4 for injecting feedstock into the furnace extends through the central portion of the stopper closing the front end of the shell 1. A pipe 5 into which the feedstock 4a flows is arranged in the pipe 4. A pipe 7 for injecting fuel 7a and a pipe 8 for injecting preheating air 8a are provided at the front and rear portions of the outer shell 1, respectively. A pipe 5 for injecting the feedstock and an injection pipe 9 for flowing the air 9a in the axial direction through which the feedstock enters are also provided in the feedstock injection pipe 4. .

내각(2)의 축과 평행하게 나가는 다수의 핀(Fin)(10)이 내각(2)의 외벽에 설치되어 외각과 내각 사이의 환상부분을 통하여 연소하기 위한 예열된 공기의 흐름을 원활하게 하며 내각(2)으로부터의 열분산을 증가시킨다. 더우기 팽창 벨로우즈(Expansion bellows)(11)가 연료분사 파이프(7)의 중간부분에 구성되어 로몸체의 열팽창과 수축에서 일어나는 해로운 영향으로부터 파이프(7)을 보호하기 위하여 외각(1)에 고정된다.A plurality of fins 10 extending parallel to the axis of the cabinet 2 are installed on the outer wall of the cabinet 2 to facilitate the flow of preheated air for combustion through the annular portion between the cabinet and the cabinet. Increase heat dissipation from the cabinet (2). Furthermore, expansion bellows 11 are constructed in the middle of the fuel injection pipe 7 and fixed to the shell 1 to protect the pipe 7 from the harmful effects of thermal expansion and contraction of the furnace body.

외각(1)과 내각(2)의 앞부분은 절두(切頭) 원추형을 이루며 내각의 앞부분에서의 내부체적은 그것에 분사되는 연료의 연소를 완전히 하기 위하여 충분히 크다. 말하자면 도면에 표시된 A부분은 연소영역의 역할을 한다. 내각의 중간부분에 위치하는 B부분은 반응시초 영역으로서 그속에 분사된 공급원료 탄화수소는 카아본 블랙의 좋은 미립자를 형성하게 약 1400℃ 내지 1600℃의 온도를 가진 연소가승 열에 의하여 증발되고 부분적으로 열분해된다. 내각(2)의 내측벽은 내화물질(12)로 라이닝된다.The front parts of the outer shell 1 and the inner shell 2 form a truncated cone and the inner volume at the front of the inner shell is large enough to complete the combustion of the fuel injected into it. In other words, the portion A shown in the figure serves as a combustion zone. Part B, located in the middle of the cabinet, is the initiation zone where the feedstock hydrocarbons injected are evaporated and partially evaporated by combustion heat of about 1400 ° C to 1600 ° C to form fine particles of carbon black. Pyrolysis The inner wall of the inner shell 2 is lined with refractory material 12.

도면에 표시한 바와같이 반응시초 영역(B)에 있는 내화라이닝(12)은 반응영역의 액체의 흐름을 가속시키도록 직경이 감소되어 있다. 내각(2)의 뒷부분은 반응완성 영역(C)으로서 내화라이닝(12)은 액체의 통과를 크게 하게 두께가 구배지면서 감소된다.As shown in the figure, the refractory lining 12 in the reaction initial zone B is reduced in diameter to accelerate the flow of liquid in the reaction zone. The rear part of the cabinet 2 is a reaction completion zone C, and the refractory lining 12 decreases as the thickness is gradientd to increase the passage of the liquid.

따라서 반응완성영역(C)에 있어서 액체의 흐름속도는 낮아지고 액체의 흐름을 심하게 동요시켜 결과적으로 열분해반응성을 완성시킨다. 원료 탄화수소의 추방향 분사가 도면에 표시되어 있지만 공급원료 분사의 적절한 방법이 연료분사의 하류지점의 적당한 위치에서, 예를들면 영역(B)와 (C)간의 목 또는 그 근처에서 반경방향분사와 같이 변경해서 사용할 수가 있다.Therefore, the flow rate of the liquid in the reaction completion zone (C) is lowered and the flow of the liquid is severely shaken, resulting in complete pyrolysis reactivity. Although the directional injection of raw hydrocarbons is shown in the figure, a suitable method of feedstock injection is provided at a suitable location at the downstream point of the fuel injection, for example in the neck or near the neck between areas (B) and (C). You can change it as well.

마개(3)와 플랜지(13)가 연강판으로 서로 밀착된다. 더우기 열절연물질(14)이 마개(3)의 뒷면에 열저항스텐레스강판제의 판(15)에 의하여 압착된다.The stopper 3 and the flange 13 are brought into close contact with each other by a mild steel plate. Furthermore, the heat insulating material 14 is pressed by the plate 15 made of heat resistant stainless steel sheet on the back of the stopper 3.

상기한 방법이 상기 반응기에 사용되었을 때, 분사수에 의하여 약 850℃로 급격히 냉각된 반응 혼합물과 열교환에 의하여 약 650℃로 예열된 연소공기가 파이프(8)를 통하여 반응기안으로 흐른다. 이 연소공기는 외각과 내각 사이의 틈새를 통하여 흐르는 사이에 더욱 가열되어서 내각의 앞끝에 도달했을 때는 약 700℃로 도달한다. 탄화수소연료가 파이프(7)부터 반응기 속으로 삽입되었을 때 뜨거운 연소공기에 의하여 타서, 심한 연소로 연소가스의 온도는 1600℃ 또는 그 이상이 된다. 따라서 용해위험이 내각(2)의 내화라이닝(12)의 여러부분, 부재(3),(14),(15)를 포함한 여러 밀폐부재 및 공급원료분산 파이프(4)에서 일어난다.When the above method is used in the reactor, combustion air preheated to about 650 ° C. by heat exchange with the reaction mixture rapidly cooled to about 850 ° C. by sprayed water flows through the pipe 8 into the reactor. The combustion air is further heated while flowing through the gap between the outer shell and the inner shell, reaching about 700 ° C when the front end of the shell is reached. When hydrocarbon fuel is inserted from the pipe 7 into the reactor, it is burned by hot combustion air, so that the temperature of the combustion gas is 1,600 ° C or higher due to severe combustion. Thus, the risk of dissolution arises in the various parts of the refractory lining 12 of the cabinet 2, in several closure members, including the members 3, 14, 15 and in the feedstock dispersion pipe 4.

본 발명의 방법은 상기 결점을 보강할 수 있도록 해준다. 예열된 연소 공기의 흐름을 두개 부분으로 나누기 위한 원파(20)과, 원판(20)의 저면에 고착되어 있는 링 버어너(30)가 외각의 마개와 내각의 앞끝 사이의 공간에 배치된다. 이 원판(20)은 열저항 스텐레스 강판제이며, 내각의 앞끝에의 외경보다 적절히 큰 직경을 가지며 외각 앞부재의 내경보다는 작고 중아에 오리피스(21)을 가지고 있다. 원판(20)의 외부끝에 의하여 분할된 예열공기의 일부와 링버어너(30)의 작은 구멍(31)으로부터 사출된 연료의 혼합물은 연소영역(A)에서 연소될 수 있도록 화살이 표시하는 방향으로 오리피스(21)를 통하여 흐른다. 공급원료분사 파이프(4)가 도면에 표시된 바와같이 오리피스(21)를 통하여 나온다.The method of the present invention makes it possible to remedy this drawback. A wave 20 for dividing the flow of preheated combustion air into two parts and a ring burner 30 fixed to the bottom of the disc 20 are disposed in the space between the stopper of the outer shell and the front end of the inner cabinet. The disc 20 is made of a heat resistant stainless steel sheet, has a diameter appropriately larger than the outer diameter at the front end of the inner shell, is smaller than the inner diameter of the outer shell front member, and has an orifice 21 at the middle child. The mixture of part of the preheated air divided by the outer end of the disc 20 and the fuel injected from the small hole 31 of the ring burner 30 is orifice in the direction indicated by the arrow so that it can be combusted in the combustion zone A. Flows through 21. Feedstock injection pipe 4 exits through orifice 21 as shown in the figure.

다른 방면으로 약 700℃로 예열된 공기의 잔여부분이 흐름분할원판(20)의 외부끝과 내각(2)의 앞끝 사이에 형성된 통로(22)를 통하여 옆으로 흘러온다. 예열된 측로 공기를 안내하기 위한 실린더(23)는 오리피스(21) 보다 큰 내경을 가지고 열저항 스텐레스 강판으로 만들어져 원판(20)의 후면에 용접되어 실린더(23)의 정상은 내각(2)의 개구속으로 뻗어나온다. 따라서 내화라이링(12)과 안내실린더(23)의 외벽사이의 공간(24)을 통하여 들어오는 예열측로 공기는 내화라이닝(12)의 내벽을 따라 흐른다. 그것은 뜨거운 연소가스의 흐름을 실질적으로 우회공기에 의하여 혼합없이 통하게 하여 내화라이닝(12)의 용해위험을 방지한다. 흐름 분할원판(20)과 안내실린더(23)의 직경은 라이닝(12)을 따라 흐르는 우회공기가 전체예열공기의 약 1/3이 도게 적절히 결정되어야 하는 것이 중요하다.On the other hand, the remainder of the air preheated to about 700 ° C. flows laterally through a passage 22 formed between the outer end of the flow dividing disc 20 and the front end of the inner cabinet 2. The cylinder 23 for guiding the air to the preheated side is made of a heat resistant stainless steel sheet having an inner diameter larger than that of the orifice 21 and welded to the rear surface of the disc 20 so that the top of the cylinder 23 is opened at the inside of the cabinet 2. Out of redemption. Therefore, air flows along the inner wall of the fire resistant lining 12 to the preheating side which enters through the space 24 between the fire resistant lining 12 and the outer wall of the guide cylinder 23. It allows the flow of hot combustion gas to be substantially free of mixing by the bypass air to prevent the risk of melting the refractory lining 12. It is important that the diameter of the flow dividing disk 20 and the guide cylinder 23 be properly determined such that the bypass air flowing along the lining 12 is about one third of the total preheated air.

원판(20)의 전면에 고착되는 링 버어너(30)는 환상 링의 모량을 가지고 그 내경은 원판(20)의 오리피스(21)의 직경보다 크다. 도면에 있어서 링버어너(30)는 단면이 정사각형으로 구성되어 있지만, 그러한 제한은 필요하지 않다. 구멍(31)로부터 링버어너(30)의 중앙으로 사출되는 연료는 원판(20)의 오리피스(21)를 통하여 흐르는 예열공기와 혼합되어 이 혼합물은 연소영역(A)에서 완전히 탄다. 이 경우, 연료사출구멍(31)에서 방출된 연료는 예열공기 흐름의 중앙에는 도달하지 않았다.The ring burner 30 fixed to the front surface of the disc 20 has a volume of an annular ring and its inner diameter is larger than the diameter of the orifice 21 of the disc 20. In the figure, the ring burner 30 has a square cross section, but such a restriction is not necessary. The fuel injected from the hole 31 into the center of the ring burner 30 is mixed with preheated air flowing through the orifice 21 of the disc 20 so that the mixture burns completely in the combustion zone A. In this case, the fuel discharged from the fuel injection hole 31 did not reach the center of the preheating air flow.

그러므로 공급원료 분사파이프(4)의 외면은 예열된 공기흐름의 층에 의하여 둘러 싸여져서 파이프(4)는 용해위험으로부터 방지된다.The outer surface of the feedstock injection pipe 4 is thus surrounded by a layer of preheated airflow so that the pipe 4 is prevented from the risk of melting.

공급원료 분사장치의 과열에 대한 부가적인 임의의 예방책으로서, 파이프(4)는, 예를 들면 미국특허 제3,741,165호에 발표된 장치에 의한 바와같이 물로서 냉각하는 수단이 준비된다.As a further optional precaution against overheating of the feedstock injector, the pipe 4 is prepared with means for cooling as water, for example by means of the apparatus disclosed in US Pat. No. 3,741,165.

링버어너(30)의 사용을 위한 적절한 연료는 천연가스와 같은 탄화수소가 쓰이지만 자연액체연료의 사용도 가능하다. 만약 자연가스의 적용 및/또는 가격이 만족치 못하면 기름과 같은 연료가 양호한 공급 원료의 기름으로 사용할 수가 있다.Suitable fuel for the use of ring burner 30 is a hydrocarbon such as natural gas, but natural liquid fuel is also available. If the application and / or price of natural gas is not satisfactory, a fuel such as oil can be used as a good feedstock oil.

후자의 경우 다수의 분사노즐(미표시)이 연료사출구멍(31)의 장소에 사용되는 것이 좋다. 또 이경우 다수의 연료유공급 튜우브(7)를 링버어너를 통하는 것보다 그러한 노즐에 직접연료를 공급하게 사용하는 것이 좋다.In the latter case, a plurality of injection nozzles (not shown) may be used in place of the fuel injection hole 31. In this case, it is better to use a plurality of fuel oil supply tubs 7 to supply fuel directly to such nozzles rather than through a ring burner.

전에 기술된 바와 같이 원판(20)의 원리피스(21)의 직경은 링버어너(30)의 내부직경부보다 작다. 이와 같이 공기가 흐르지 않는 죽은 공간이 링버어너(30)의 연료사출구멍(31)의 근처에 형성된다. 이것은 연료의 분사량이 작아졌을 때 연료사출구멍에서 일어나는 작은 불길이 공기의 흐름에 의하여 불어나지 않는 장점이 있다.As previously described the diameter of the principle piece 21 of the disc 20 is smaller than the inner diameter of the ring burner 30. In this way, a dead space in which air does not flow is formed near the fuel injection hole 31 of the ring burner 30. This has the advantage that when the injection amount of the fuel is small, small flames occurring in the fuel injection hole are not blown by the flow of air.

추가로 본 발명에 의한 반응기는 예열된 공기를 분할하는 원판과 링버어너로 구성되어, 양자는 외각의 마개와 내각의 앞끝의 사이에 설치되어 있다. 이 특별한 구조는 고온으로 예열된 연소공기의 사용에 의하여 1600℃ 또는 그 이상으로 올라가는 연료의 연소가스가 내각의 내화라이닝, 공급원료 분사파이프 등에다 직접 접촉하는 것을 방지하며 용해위험을 제거하는 효과를 갖는다. 분사파이프(4)로부터 연소가스 흐름의 중앙부로 분사된 공급원료는 반응 시초영역(B)과 반응완성영역(C)에서 열역학적으로 만족하게 분해되어 좋은 카아본 블랙의 미립자를 형성하도록 한다.Further, the reactor according to the present invention is composed of a disc and ring burner for dividing the preheated air, both of which are provided between the outer plug and the front end of the inner cabinet. This special structure prevents the combustion gases of fuels rising to 1600 ° C or higher by the use of preheated combustion air at a high temperature to prevent direct contact with the refractory lining of the cabinet, feedstock injection pipe, etc. Have The feedstock injected from the injection pipe 4 into the center portion of the combustion gas stream is thermodynamically satisfactorily decomposed in the reaction starting zone B and the reaction completion zone C to form fine carbon black fine particles.

연소공기의 일부가 우회하는 또 하나의 장점은 연료와 오리피스(21)을 통과한 공기의 빈약한 혼합을 피하고 불길의 안정을 기할수가 있다.Another advantage of bypassing some of the combustion air is to avoid poor mixing of the fuel and air passing through the orifice 21 and to stabilize the flames.

다음에 기술하는 것은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 한예이다. 이것은 첨부된 도면에 포시된 바와 같은 구조물의 반응기의 예로서 사용된 것이고 앞과 뒤부분에서 외각의 외경은 각각 760mm 및 610mm이고 외각의 길이는 2800mm이다. 표 1에 표시된 바와 같은 구성을 가진 메탄가스는 메화수소연료와 같은 것을 사용한다. 다른 방법으로 표 2, 및 3에 표시한 바와 같은 성분을 가진 크레오소오트유(무게 50%)와 에치렌버톰유(Ethylene bottoms oil)(무게 50%)의 혼합물이 탄화수소 원료로 사용되었다.The following is an example of a method according to an embodiment of the invention. This is used as an example of the reactor of the structure as shown in the accompanying drawings, and the outer diameter of the outer shell at the front and rear portions is 760 mm and 610 mm, respectively, and the outer shell length is 2800 mm. Methane gas with a configuration as shown in Table 1 uses the same hydrogen fuel. Alternatively, a mixture of creosote oil (weight 50%) and ethylene bottoms oil (weight 50%) with components as shown in Tables 2 and 3 was used as the hydrocarbon raw material.

[표 1]TABLE 1

[표 2]TABLE 2

[표 3 에메렌버톰유의 성질] 비중(15/4℃) 1.075[Table 3] Properties of Emerene Bertom Oil-Specific Gravity (15/4 ° C) 1.075

[표 4]TABLE 4

[표 5 얻어지는 카아본블랙의 성질][Table 5 Properties of Carbon Black Obtained]

얻어진 카아본블랙의 무게로서 50부분이 ASTM D 1522-60 T에 따라 자연고무(No. 1RSS)의 무게로서 100부분에 혼합한다.50 parts by weight of the obtained carbon black is mixed in 100 parts by weight of natural rubber (No. 1RSS) according to ASTM D 1522-60T.

더우기 산화아염의 무게로 5부분, 스테아린산의 무게로 3부분, 유황의 무게로 2.5부분 및 촉진제작용을 하는 티벤조 팅질 이황화(DM)의 무게로 0.6부분이 카아본 블랙 자연고무혼합물과 혼합된다.Furthermore, 5 parts by weight of chlorite oxide, 3 parts by weight of stearic acid, 2.5 parts by weight of sulfur, and 0.6 parts by weight of benzobenzotic disulfide (DM), which acts as a promoter, are mixed with the carbon black natural rubber mixture.

표 6은 상기 혼합물이 적용된 고무의 시험결과를 표시한다.Table 6 shows the test results of the rubber to which the mixture is applied.

[표 6]TABLE 6

주 : 고무의 성질은 표준 카아본블랙 4가 사용된 고무와 비교한 치이다.Note: The properties of the rubber are in comparison with the rubber used in the standard carbon black 4.

Claims

In a furnace that produces carbon black, hydrocarbon feedstock, hydrocarbon fuel, and purge air are inserted into the furnace, and the fuel is thermally decomposed to form fine particles of carbon black by a combustion chamber of the fuel, and the pyrolyzed product is quenched. In the method for separating the fine particles of carbon black from the cooled product, if the reaction mixture can be about 700 ° C to 900 ° C by adsorbing water, it is quenched to a temperature of about 850 ° C and the combustion air is indirectly exchanged with the reaction mixture. Method of producing a carbon black, characterized in that preheating to about 700 ℃ if it can be about 650 ℃ to 750 ℃.