JP2013520382A - 予備加熱原料を用いたカーボンブラックの作製方法、およびそのための装置 - Google Patents

Abstract

約３００℃超の温度である高温原料を用いて、付着汚染制御を行いながらカーボンブラックを作製するための方法を提供する。これらの方法に従ってカーボンブラックを作製するための装置も提供する。

Description

本出願は、その全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる、先行出願である２０１０年２月１９日出願の米国特許仮出願第６１／３０６，０９２号の利益を、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で請求するものである。

本発明は、付着汚染を制御した予備加熱原料を用いたカーボンブラックの作製方法に関する。本発明はまた、付着汚染を制御した予備加熱原料を用いたカーボンブラック作製のための装置にも関する。本発明はまた、本発明のプロセスから得られたカーボンブラックにも関する。

カーボンブラックは、例えばインク組成物や塗料などの顔料として、ゴム組成物およびプラスチック組成物の配合および調製における充填剤および補強顔料として、ならびにその他の様々な用途のために、広く用いられている。カーボンブラックは、一般に、炉型の反応器中、炭化水素原料を高温の燃焼ガスと反応させて微粒子状カーボンブラックを含有する燃焼生成物を生成させることによって作製される。カーボンブラックに関する文献中では、燃焼ガスと炭化水素原料との間のこの反応は、一般に、熱分解と称される。

カーボンブラックを作製するための様々な方法が一般的に公知である。Kester et al.に与えられた米国特許第３，４０１，０２０号、またはPollockに与えられた米国特許第２，７８５，９６４号に示されるものなどの、１つのタイプのカーボンブラック炉型反応器では、炭化水素質燃料などの燃料、および空気などの酸化剤が、第一のゾーンへ注入され、反応を起こして高温の燃焼ガスを形成する。気体、蒸気、または液体のいずれかの形態である炭化水素質原料も、第一のゾーンへ注入され、そこで、炭化水素質原料の反応が開始される。その中で反応を起こしている得られた燃焼ガス混合物は、次に、反応ゾーンへと送られ、そこで、カーボンブラック形成反応が完了する。別のタイプのカーボンブラック炉型反応器では、液体または気体の燃料が、第一のゾーンにて空気などの酸化剤と反応され、高温の燃焼ガスを形成する。このような高温の燃焼ガスは、第一のゾーンから、反応器を通って下流方向へ、反応ゾーンおよびそれ以降へと送られる。カーボンブラックを作製するために、炭化水素質原料が、１つ以上の地点にてこの高温の燃焼ガス流の経路中へ注入される。一般に、炭化水素質原料は、炭化水素油または天然ガスである。第一の（または燃焼）ゾーンおよび反応ゾーンは、燃焼ゾーンもしくは反応ゾーンよりも小さい断面積であるチョークまたは直径が絞られたゾーンによって分割されていてよい。原料は、直径が絞られたゾーンの上流、その下流、および／またはその中の高温燃焼ガス経路中へ注入されてよい。炭化水素原料は、燃焼ガス流内部から、および／または燃焼ガス流外部から、噴霧および／または非噴霧形態で導入されてよい。このタイプのカーボンブラック炉型反応器は、例えば、Morgan et al.に与えられた米国再発行特許第２８，９７４号、およびJordan et al.に与えられた米国特許第３，９２２，３３５号に示されている。

一般的に公知である反応器およびプロセスにおいて、高温燃焼ガスは、燃焼ガス流中に注入された炭化水素質原料の反応を起こすのに十分な温度である。上記で示したKester et al.に与えられた米国特許第３，４０１，０２０号などの１つのタイプの反応器では、原料は、１つ以上地点にて、燃焼ガスが形成されつつある同じゾーンへ注入される。他のタイプの反応器またはプロセスでは、原料の注入は、燃焼ガス流が形成された後に、１つ以上の地点にて行われる。反応が発生している原料と燃焼ガスとの混合物は、本出願全体を通して、以降「反応流」と称する場合がある。反応器の反応ゾーンにおける反応流の滞留時間は、所望されるカーボンブラックの形成を可能とするに十分なものである。いずれのタイプの反応器においても、高温燃焼ガス流が、反応器を通して下流へ流れることから、反応は、原料と燃焼ガスとの混合物が反応ゾーンを通過する際に発生する。所望される特性を有するカーボンブラックの形成後、反応流の温度は、反応が停止されるような温度まで低下され、カーボンブラック生成物を回収することができる。

Jordan et al.に対する米国特許第３，９２２，３３５号；Caspersonに対する同第４，８２６，６６９号；Morganに対する同第６，３４８，１８１号；およびGreenに対する同第６，９２６，８７７号などのその他の特許も、原料温度を含むカーボンブラック作製のためのプロセスを示している。米国特許第４，８２６，６６９号に示されるものなどの反応器へ入る地点での典型的な原料温度は、例えば、２５０°Ｆから５００°Ｆ（１２１℃から２６０℃）の範囲であり得る。

本研究者らは、カーボンブラック作製における炭化水素質原料の温度が、反応器への投入地点またはその地点前にて約３００℃に近づくかまたはそれを超える場合、原料の供給ラインおよび設備における熱誘導による付着汚染が、破壊的なレベルとなるリスクが高まることを見出した。さらに、本発明者らは、カーボンブラック作製のための本発明の方法および機構が開発されるまで、そのような高温原料に耐えることができるカーボンブラック作製のための方法およびシステムはこれまでに開発されておらず、また高温原料の運転を用いることの考え得る利益も十分に認識されておらず、また達成可能でもなかったものと考える。

従って、本発明の特徴は、カーボンブラック作製における原料の予備加熱温度の上昇を、その上昇した原料温度での熱誘導による原料ラインの付着汚染を制御しながら行うことである。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記述に部分的に示され、およびその記述から部分的に明らかであるか、または本発明の実践によって習得し得る。本発明の目的およびその他の利点は、その記述および添付の請求項において特に指摘される要素および組み合わせによって実現され、達成されるであろう。

本明細書にて具体化され概略的に記述されるように、これらのおよびその他の利点を達成するために、ならびに本発明の目的に従って、本発明は、一部、カーボンブラック生成原料を約３００℃超に予備加熱して、その温度範囲の予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供することを含む、カーボンブラックを作製するための方法に関する。原料は、少なくとも４５０℃、もしくは約３６０℃から約８５０℃までの温度へ、または３００℃を超えるその他の温度へ加熱してよい。予備加熱したカーボンブラック生成原料は、少なくとも１つの原料供給ラインにより、反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給してよい。予備加熱したカーボンブラック生成原料は、反応器への少なくとも１つの導入地点を介して導入されて、１もしくは複数の加熱ガス流と組み合わされ、反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する。反応流中のカーボンブラックは、回収のために冷却してよい。本発明の方法は、上昇された原料温度での原料供給ラインにおける熱誘導による付着汚染のリスクを軽減するための１つ以上の手法を含む。これらの手法により、原料供給ラインまたは原料供給ラインを維持するためのラインの内壁での、付着物形成の最小限化（例：コークス付着（coke laydown）の低減）、表面付着堆積物の除去（例：コークス除去の向上）、または両者の組み合わせを、反応器への予備加熱原料の輸送を行いながら操作可能である条件にて行うことができる。これらの付着汚染制御の手法は、以下の１つ以上（またはいずれかの組合せ）を含んでいてよい：
− カーボンブラック生成原料を、少なくとも約０．２ｍ／秒の速度（または、例えば、少なくとも約１ｍ／秒、もしくは少なくとも約１．１ｍ／秒、もしくは少なくとも約１．６ｍ／秒、もしくは少なくとも約２ｍ／秒、もしくは約０．２ｍ／秒よりも速いその他の速度）にて、カーボンブラック生成原料を加熱する少なくとも１つのヒーターを通してフィードし、予備加熱を行うこと。
− カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック生成原料を予備加熱する少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約１０バール超の圧力（または、例えば、約２０バール超、もしくは約３０バール超、もしくは約４０バール超、もしくは約２０から約１８０バール、もしくは約３０から約１８０バール、もしくは約１０バール超のその他の圧力）まで加圧すること。
− 予備加熱のための少なくとも１つのヒーター中のカーボンブラック生成原料、および反応器へ導入される前の原料供給ライン中の予備加熱されたカーボンブラック生成原料の合計の原料滞留時間を、約１２０分未満（または、例えば、約１秒から約１２０分、もしくは約１から約６０分、もしくは約１２０分未満のその他の滞留時間）とすること。
− 原料の予備加熱を、約１０ｋＷ／ｍ²超の（管内部表面の）平均熱流束（または、例えば、約２０ｋＷ／ｍ²超、もしくは約２０から約２００ｋＷ／ｍ²、もしくは約１０ｋＷ／ｍ²超のその他の平均熱流束）にて運転される少なくとも１つのヒーターで行うこと。
− 原料供給ラインの原料接触内壁上に、炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である表面を提供すること。
− 原料供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含む少なくとも１つのパージガス（例：スチーム、空気、酸素、ＣＯ₂）またはそのいずれかの組み合わせを定期的にフィードすること。

本発明によって提供される付着汚染制御は、高反応温度の反応器から発生する熱によって原料を加熱することにより、原料の予備加熱を少なくとも部分的に達成することを可能とすることができる。本発明によって実行可能となった原料予備加熱の条件および設計により、例えばエネルギー回収の改善、原料コストの節約、カーボンブラック量の増加、二酸化炭素排出量の削減、ＳＯ_xおよび／もしくはＮＯ_x排出量の削減、高い原料温度条件での工業的に有用である持続時間にわたるカーボンブラックの安定もしくは連続的な生産、またはこれらの組み合わせ、などの利点および利益を得ることができる。本発明のプロセスは、ここで述べるこれらの環境上の利点の１つ以上に起因して、従来のプロセスと比較して「より環境にやさしい（greener）」プロセスであると考えることができる。

本発明はまた、上述のものなどの方法を実施するための装置にも関する。装置は、加熱ガス流と少なくとも１つの高温カーボンブラック生成原料とを組み合わせて、反応器中にカーボンブラックが形成される反応流を形成するための少なくとも１つの反応器を含む。また、カーボンブラック生成原料を反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給して、原料を加熱ガス流と組み合わせるための少なくとも１つの付着汚染制御原料供給ライン、および少なくとも１つの原料供給ラインにて供給されたカーボンブラック生成原料を約３００℃超の温度まで予備加熱するように操作可能である少なくとも１つの原料ヒーターも含まれる。装置はさらに、少なくとも１つのポンプも含み、それは、ａ）原料が約３００℃超の温度まで予備加熱される前に、カーボンブラック生成原料を約１０バール超の圧力まで加圧するように操作可能であるか、またはｂ）カーボンブラック生成原料を予備加熱する少なくとも１つの原料ヒーターを通る原料の速度を、少なくとも約０．２ｍ／秒とするためのものであるか、またはｃ）これらの両方である。反応流中のカーボンブラックを冷却するための冷却器（quencher）が含まれていてよい。反応器は、約３００℃超の温度まで予備加熱された原料が反応器へ導入される前の、少なくとも１つの原料ヒーターおよび少なくとも１つの原料供給ライン中での原料滞留時間が、約１２０分未満となるように操作可能である。原料予備加熱の少なくとも一部が、装置上にて達成可能であり、例えば、反応器によりまたは反応器中にて発生される発熱での原料の直接または間接的な加熱による。装置は、例えば、反応器内の反応流中に配置された、反応器の加熱壁と接触して配置された、反応器のテールガスと接触して配置された、反応器内に位置する熱交換機から受ける加熱流体との熱交換を行うように反応器の外部に配置された、または１つ以上の原料供給ラインを用いたこれらの配置のいずれかの組み合わせによって配置された原料ヒーターを有していてよい。原料ヒーターは、テールガス（同じおよび／もしくは異なるカーボンブラック反応器から）、もしくはいずれかの炭化水素系燃料を燃料とする１つ以上のヒーターであってよく、および／または電気ヒーターであってもよい。

本明細書の目的のために、「供給ライン」または「少なくとも１つの原料供給ライン」は、導管、パイプ、熱交換器配管、熱交換器チャネル、もしくは液体原料もしくは気体原料、またはこれらの組み合わせを輸送するのに適するその他の構造のいずれであってもよく、それを通して、原料が予備加熱温度にて反応器へと運搬される。「供給ライン」は、いかなる直径および／または長さであってもよい。例えば、原料は、熱交換器の配管またはコイルを通過する間に３００℃の温度まで予備加熱され、次に熱交換器から別の配管を介して反応器へと供給される場合、「少なくとも１つの供給ライン」は、原料温度が３００℃に到達した熱交換器内部の配管に沿った位置と熱交換器配管の排出端部との間に伸びる熱交換器配管の一部を含み、また、予備加熱原料が通って反応器へ到達する熱交換器後の配管も含むことになる。

原料に関連するコーキングに関する「制御」とは、１もしくは複数の予防工程なしに発生するコーキングのレベルを少なくとも低減（または予防または遅延）することを意味する。

前述の一般的な記述および以下の詳細な記述はいずれも、単に例示および説明のためのものであり、請求される本発明のさらなる説明を提供することを意図するものであることは理解されたい。

本出願に組み込まれ、その一部を成すものである添付の図面は、本発明の態様を図示し、記述内容と合わせて、本発明の原理の説明に資するものである。図中に用いられた類似の符号は、類似の特徴を指すものである。

図１は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、１つのタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部の概略図である。このカーボンブラック反応器は、本発明に用いることができる反応器の単なる実例である。

図２は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、別のタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部の概略図である。このカーボンブラック反応器は、本発明に用いることができる反応器の単なる実例である。

図３は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、さらに別のタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部の概略図である。このカーボンブラック反応器は、本発明に用いることができる反応器の単なる実例である。

図４は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、さらなるタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部の概略図である。このカーボンブラック反応器は、本発明に用いることができる反応器の単なる実例である。

図５は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができるプロセススキームの概略図である。このカーボンブラック反応器スキームは、実施例で用いられるが、本発明に用いることができる反応器の単なる実例である。

図６は、実施例で述べるモデルにおける原料節約の算出に用いられた原料温度（℃）に対する原料熱容量（ｋＪ／ｋｇ・℃）のプロットである。

本発明は、カーボンブラックの作製において、原料の付着汚染の問題によって妨害されることなく、約３００℃超に上昇させた原料の予備加熱温度を用いることに関する。本発明は、工業的スケールでのカーボンブラックの生産、またはその他のスケールでの生産に適用可能であり得る。

本発明は、一部、カーボンブラックの作製方法に関する。この方法は、カーボンブラック反応器へ加熱ガス流を導入することを含んでよい。この方法はさらに、３００℃未満または２７５℃未満など（例：４０℃から２７４℃、５０℃から２７０℃、７０℃から２５０℃、６０℃から２００℃、７０℃から１５０℃など）、達成すべき予備加熱温度未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、少なくとも１つのヒーター（例：少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーターなどであり、ここで、ヒーターは、互いに同一であっても異なっていてもよい）へ供給することを含む。少なくとも１つのヒーターへ入る原料の温度は、目標とする予備加熱温度または温度範囲よりも低い。予備加熱前の原料は、所望される場合、少なくとも約０．２ｍ／秒（例：０．２ｍ／秒から４ｍ／秒および１．１から３ｍ／秒など、少なくとも約０．４ｍ／秒、少なくとも約０．６ｍ／秒、少なくとも約０．８ｍ／秒、少なくとも約１ｍ／秒、少なくとも約１．１ｍ／秒、少なくとも約１．６ｍ／秒）の第一の速度で送られてよい。他の処理条件が、１もしくは複数のヒーターおよび反応器への供給ライン中での付着汚染ならびに／またはコーキングを制御するように選択される限りにおいて、その他の速度を用いてもよい。

本方法は、少なくとも１つのヒーター中の少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、約３００℃超（例：３００℃から８５０℃、または３６０℃から８００℃、４００℃から７５０℃、および４５０℃から７００℃など、少なくとも３５０℃、少なくとも３６０℃、少なくとも４００℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃）の第二の温度まで予備加熱して、予備加熱カーボンブラック生成原料を提供することを含み、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、ここで、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される。そのような高温の原料の速度を測定することは非常に困難であり得ることから、本発明の目的のために、本明細書に挙げる速度は、このような特定の測定条件に基づくものである。実際のヒーター中に存在する最小の直径または最小の断面積がどのようなものであれ、本発明の目的のために、この最小断面積を用いて、本明細書に挙げる速度が決定される。多くのヒーターは、ヒーター全体を通して同じ直径を有するが、１もしくは複数のヒーター中に複数の直径または断面積が存在する場合、この条件が提供される。速度は、最小断面積に基づく。原料ヒーターを通しての実際の速度は、一般に、６０℃、１気圧で測定された速度よりも速くなり得る。

方法において、カーボンブラック生成原料は、ヒーター中での第一の原料滞留時間が、約１２０分未満（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）であり得る。例えば、図を参照すると、第一の原料滞留時間は、例えば、原料が、図１ではヒーター１９内、図２ではヒーター２２内にて費やす時間のことである。

本方法は、予備加熱カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点（例：少なくとも１または２または３または４つの原料導入地点）へ供給することを含んでよく、ここで、予備加熱カーボンブラック生成原料は、１もしくは複数のヒーターを出てからカーボンブラック反応器への導入地点直前までで測定された第二の原料滞留時間が、約１２０分未満（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）である。第一の原料滞留時間および第二の原料滞留時間は合わせて、好ましくは、１２０分以下（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）である。例えば、図を参照すると、第二の原料滞留時間は、例えば、原料が、図１ではヒーター１９、または図２ではヒーター２２を出てから、図１および図２にて導入地点１６として示される反応器への導入地点までの時間のことである。第一の原料滞留時間および第二の原料滞留時間を合わせたものは、総原料滞留時間となる。

本方法は、少なくとも１つの導入地点を通してカーボンブラック反応器へ送られる予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、カーボンブラック反応器中でカーボンブラックが形成される反応流を形成することを含んでよい。

本方法は、反応流中のカーボンブラックを冷却することを含んでよい。カーボンブラックの製造において従来から行われるその他の冷却後工程を、本発明の方法で用いてよい。

所望に応じて、ヒーターへの原料ラインがヒーターを通る供給ラインとほぼ同じ断面積である場合は、カーボンブラック生成原料の１もしくは複数のヒーター中での速度は、１もしくは複数のヒーターへの入口地点での第一の速度とほぼ同じかそれよりも速くてよい（例：１％から２００％速い、または２０％から１００％速いなど、少なくとも１％速い、少なくとも２％速い、少なくとも３％速い、少なくとも５％速い、少なくとも７％速い、少なくとも１０％速い、少なくとも１００％速い、少なくとも２００％速い）。

本発明の方法は、１もしくは複数のカーボンブラック生成原料を加圧することを含んでよい。本方法は、カーボンブラック生成原料の予備加熱が、少なくとも１つのヒーター中またはカーボンブラック反応器への供給前での蒸気膜の形成を回避するように、１もしくは複数のカーボンブラック生成原料を加圧すること、またはそのために圧力を用いることを含んでよい。本発明の方法は、例えば、カーボンブラック生成原料を予備加熱する少なくとも１つのヒーターへ入る前に約１０バール超の圧力を有するように、１もしくは複数のカーボンブラック生成原料を加圧することを含んでよい。この圧力は、１０バールから１８０バール以上、１５バールから１５０バール、２０バールから１２５バール、２５バールから１００バールなど、少なくとも１５バール、少なくとも２０バール、少なくとも３０バール、少なくとも４０バールであってよい。

本発明において、カーボンブラックを作製するための方法は、カーボンブラック反応器中へ加熱ガス流を導入することを含んでよい。この方法は、さらに、３００℃未満または２７５℃未満など（例：４０℃から２７４℃、５０℃から２７０℃、７０℃から２５０℃、６０℃から２００℃、７０℃から１５０℃など）、目標とする予備加熱原料温度未満である第一の温度を有するカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて、１もしくは複数のヒーターへ供給することを含む。この圧力は、１０バールから１８０バール以上、１５バールから１５０バール、２０バールから１２５バール、２５バールから１００バールなど、少なくとも１５バール、少なくとも２０バール、少なくとも３０バール、少なくとも４０バールであってよい。

本方法は、１もしくは複数のヒーター（例：少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーターなどであり、ここで、ヒーターは、互いに同一であっても異なっていてもよい）中の少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、約３００℃超（例：３００℃から８５０℃、または３６０℃から８００℃、４００℃から７５０℃、４５０℃から７００℃など、少なくとも３５０℃、少なくとも３６０℃、少なくとも４００℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃）の第二の温度まで予備加熱して、予備加熱カーボンブラック生成原料を提供することを含んでよく、ここで、（ａ）カーボンブラック生成原料は、少なくとも１つのヒーター中にて、第一の圧力よりも低いかほぼ同じである（例：１％から７５％低い、または３％から２０％低いなど、少なくとも１％低い、少なくとも２％低い、少なくとも３％低い、少なくとも５％低い、少なくとも７％低い、少なくとも１０％低い、少なくとも１５％低い、少なくとも２０％低い）第二の圧力を有し、ならびに（ｂ）カーボンブラック生成原料は、ヒーター中にて、約１２０分未満（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）である第一の原料滞留時間を有する。

本方法は、予備加熱カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給することを含んでよく、ここで、予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）である、少なくとも１つのヒーターを出てからカーボンブラック反応器への導入地点までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、第一の原料滞留時間および第二の原料滞留時間は合わせて、１２０分以下（例：１秒から１１９分、５秒から１１５分、１０秒から１１０分、３０秒から１００分、１分から６０分、５分から３０分など、１００分未満、８０分未満、６０分未満、４０分未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満）である。

本方法は、予備加熱カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック反応器への１もしくは複数の導入地点を通して加熱ガス流と組み合わせ、カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成することを含んでよい。本方法は、反応流中のカーボンブラックを冷却することを含んでよい。

本発明は、カーボンブラック反応器中へ加熱ガス流を導入することを含む、カーボンブラックを作製するための方法に関連し得る。この方法は、さらに、３００℃未満または２７５℃未満など（例：４０℃から２７４℃、５０℃から２７０℃、７０℃から２５０℃、６０℃から２００℃、７０℃から１５０℃など）、目標とする予備加熱原料温度未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて、少なくとも１つのヒーター（例：少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーターなどであり、ここで、ヒーターは、互いに同一であっても異なっていてもよい）へ供給することを含む。所望に応じて、ヒーターへ入る速度は、少なくとも約０．２ｍ／秒（例：０．２ｍ／秒から２ｍ／秒、０．４から１．８ｍ／秒など、少なくとも約０．４ｍ／秒、少なくとも約０．６ｍ／秒、少なくとも約０．８ｍ／秒、少なくとも約１ｍ／秒、少なくとも約１．１ｍ／秒、少なくとも約１．６ｍ／秒）である第一の速度であってよい。

本方法は、１もしくは複数のヒーター中のカーボンブラック生成原料を、約３００℃超（例：３００℃から８５０℃、または３６０℃から８００℃、４００℃から７５０℃、４５０℃から７００℃など、少なくとも３５０℃、少なくとも３６０℃、少なくとも４００℃、少なくとも４５０℃、少なくとも５００℃）である第二の温度まで予備加熱して、予備加熱カーボンブラック生成原料を提供することを含み、ここで、（ａ）カーボンブラック生成原料は、１もしくは複数のヒーター中にて、少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、ここで、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度および少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最小断面積に基づいて算出されるものであり、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、１もしくは複数のヒーター中にて、第一の圧力よりも低いかほぼ同じである（例：１％から２５％低い、または３％から２０％低いなど、少なくとも１％低い、少なくとも２％低い、少なくとも３％低い、少なくとも５％低い、少なくとも７％低い、少なくとも１０％低い、少なくとも１５％低い、少なくとも２０％低い）第二の圧力を有し、ここで、圧力は、第一の圧力および第二の圧力の際に原料が通過する断面積が同一であるとする仮定に基づいて算出することができる（ただし、実際の運転では、断面積は同一であっても異なっていてもよい）。この決定方法は、必須ではないが、適切に圧力を比較する目的で用いることができる。

本方法は、予備加熱カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給すること、および少なくとも予備加熱カーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器への１もしくは複数の導入地点を通して加熱ガス流と組み合わせ、カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること、を含んでよい。本方法は、反応流中のカーボンブラックを冷却することを含んでよい。

本発明において、いずれの方法の場合も、記載した目標とする予備加熱温度は、カーボンブラック反応器へ導入される前の原料の平均温度であることが好ましい。原料の記載した予備加熱温度は、カーボンブラック反応器へ導入される前の原料の最高温度または原料の最低温度であってよい。

本発明において、いずれの方法の場合も、記載した目標とする圧力は、原料の平均圧力であることが好ましい。原料の記載した圧力は、原料の最高圧力または原料の最低圧力であってよい。

本発明において、いずれの方法の場合も、記載した目標とする速度は、原料の平均速度であることが好ましい。原料の記載した速度は、原料の最高速度または原料の最低速度であってよい。

本発明において、いずれの方法の場合も、カーボンブラック生成原料は、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、もしくは比重が約０．９から約１．５以上（０．９から１．３または１から１．２など）であるいずれかの液体炭化水素、またはこれらのいずれかの組み合わせであってよいか、またはそれらを含んでよい。カーボンブラック生成原料は、１６０℃から約５００℃、または２００℃から約４５０℃、または２１５℃から約４００℃など、約１６０℃から約６００℃の初期沸点を有していてよい。

予備加熱は、いかなる数の方法で行なってもよく、これを達成するための手法に制限を課すことは意図していない。予備加熱は、少なくとも１つのヒーター（例：１、２、３、または４つ以上）で行ってよい。少なくとも１つのヒーターの熱源は、いかなる熱源であってもよく、１つ以上のカーボンブラック反応器からの熱、電熱、プラズマ熱、テールガスからの熱、テールガスの燃焼からの熱、燃料、および／もしくはその他の工業的プロセスからの熱、および／もしくはその他の形態の熱、ならびに／またはこれらのいずれかの組み合わせなどである。予備加熱は、少なくとも１つのヒーターが、原料を、反応器へ導入するために目標とする予備加熱温度まで部分的または完全に加熱するように行ってよい。１つのヒーターによって、部分的もしくは完全な予備加熱を達成してよく、または２つ以上のヒーターを連続してもしくはその他の配列で用いて、予備加熱（完全もしくは部分的）を達成してもよい。少なくとも１つのヒーターによって部分的な予備加熱が達成される場合、残りの予備加熱は、追加のもしくは第二の熱源、またはさらなるヒーターによって行われ、最終的に目標とする予備加熱温度が得られる。

例えば、少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の予備加熱は、熱交換器を有する少なくとも１つのヒーターでカーボンブラック生成原料を加熱することを含んでよいか、またはそれによって達成されてよい。熱交換器は、約１０ｋＷ／ｍ²超（約１０ｋＷ／ｍ²超または約２０ｋＷ／ｍ²超または約３０ｋＷ／ｍ²超または約４０ｋＷ／ｍ²超など、約１０ｋＷ／ｍ²から約１５０ｋＷ／ｍ²など）の平均熱流束で運転してよい。

所望される場合、予備加熱の少なくとも一部（または完全な予備加熱）は、予備加熱原料を受けるカーボンブラック反応器または別の１もしくは複数のカーボンブラック反応器またはこれらの両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に（または完全に）提供される熱を有する少なくとも１つのヒーターで行ってよい。少なくとも１つのヒーターは、予備加熱原料を受けるカーボンブラック反応器または異なる１もしくは複数のカーボンブラック反応器またはこれらの両方の少なくとも一部と熱交換状態であってよい。例えば、少なくとも１つのヒーターは、例えば冷却器の下流のカーボンブラック反応器中の反応流と接触してよく、ここで、少なくとも１つのヒーターは、その第一の面（例：外壁）が反応流によって加熱され、その逆の面（例：内壁）がカーボンブラック生成原料と接触している壁を持つ熱交換器を有していてよい。所望される場合、少なくとも１つのヒーターは、カーボンブラック反応器中の反応流と熱交換を行う熱交換器を含んでよく、ここで、熱交換器を通流する流動性熱キャリアは、加熱され、熱キャリアは、反応器の外部に、熱キャリアからカーボンブラック生成原料へ熱を伝達するように操作可能に配置された少なくとも１つのヒーターを通過する。少なくとも１つのヒーターは、少なくとも部分的に（または完全に）、カーボンブラック反応器または異なる１もしくは複数のカーボンブラック反応器またはこれらの両方からのカーボンブラックテールガスを熱源として（例：テールガスからの熱、またはテールガスの燃焼によって発生する熱）、カーボンブラック生成原料を加熱してよい。予備加熱は、１つ以上のプラズマヒーターまたはその他のヒーターまたは熱源を用いて、部分的または完全に達成してよい。

加熱ガス流の反応器への導入は、プラズマヒーター中にてプラズマ加熱可能ガス流をプラズマ加熱して、加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含んでよい。

予備加熱カーボンブラック生成原料を受けるために、カーボンブラックプラズマ反応器を用いてよい。予備加熱原料、および所望に応じて予備加熱キャリアガス（反応性を制御するために所望に応じてＯ₂を含めてよいＮ₂など）を用いることで、反応器での加熱方法を、非燃焼型とし、反応体の間接的予備加熱の使用、およびカーボンブラック形成に要するプロセス温度へのプラズマ加熱を組み合わせてよい。キャリアガスは、従来のエアヒーター技術および／または原料の予備加熱用として本明細書で述べるヒーター設定の１つを用いて予備加熱してよい。所望される場合、類似の設定を、キャリアガスのために用いてよい。この方法により、プラズマ加熱単独と比較して電気消費量が低減され、原料コストの低下、ならびにＣＯ₂排出量および／または水消費量の削減が可能となる。

本発明において、少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および／または予備加熱カーボンブラック生成原料を１もしくは複数のカーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁の一部分または全体に、非触媒性表面を用いてよい。表面は、炭化水素の分解（例：熱分解）または重合に対して非触媒性であってよい。

本発明において、供給は、１もしくは複数のカーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインを通しての予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含んでよいか、またはフィードであってよく、本方法は、所望に応じて、少なくとも１つのカーボンブラック生成原料供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤であってよい１もしくは複数のパージガスを定期的にフィードすることをさらに含んでよい。原料を予備加熱する少なくとも１つのヒーターから出る原料供給ラインは、少なくとも１つのヒーターへ原料をフィードする供給ラインと同一かまたは異なる断面積（例：直径）を有していてよい（例：より小さいまたは大きい断面積を有してよい）。

本発明において、供給は、１もしくは複数のカーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインを通しての予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含んでよく、本方法は、カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的な（または完全な）フラッシングと共に（例：例えば圧力の低下によって達成される原料の蒸発）予備加熱カーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器へ注入することを含んでよい。

本発明により、本明細書で述べる１つ以上の洗浄または付着汚染防止工程を用いることによって、少なくとも約１２時間にわたって（例：少なくとも２４時間、少なくとも４８時間、少なくとも７２時間、少なくとも１週間、２週間、１ヶ月、またはそれ以上）反応器中でカーボンブラックが連続的に形成されるように、予備加熱カーボンブラック生成原料および加熱ガス流をカーボンブラック反応器中で組み合わせることができる。

本研究者らは、カーボンブラック作製において約３００℃を超える温度まで加熱された炭化水素質原料が、原料供給ラインおよび／または原料を予備加熱する１もしくは複数のヒーターの有機物付着汚染（例：コーキングおよび／または重合）のリスクが高いことを認識してきた。原料供給ラインは、その内部表面が有機物付着汚染を起こしやすいものであり得るスチールパイプまたはその他の金属構造であり得る。付着汚染は、検査されずに放置されると、原料供給ラインの流量の著しい低下、そして最終的にはパイプおよび／または反応器インジェクターの閉塞を引き起こす可能性がある。

本発明の開発において、付着汚染は、カーボンブラック作製において高温の原料を用いることに対する主たる技術的障害であることが確認された。いかなる特定の理論にも束縛されるものではないが、高い原料温度のカーボンブラック原料における有機物付着汚染は、少なくとも２つの付着汚染機構、膜沸騰およびアスファルテン誘発コーキング、に起因して引き起こされる可能性がある。膜沸騰による付着汚染では、原料が蒸発し、熱伝達を阻止し得る蒸気膜を形成すると考えられ（すなわち、臨界熱流束）、ここで、蒸気膜は、過熱され、気相熱分解反応でのコークスの形成を引き起こす。アスファルテンは、原油に通常存在する成分であり、種々の濃度で様々なカーボンブラック原料へも少なくとも部分的に持ち込まれ、これは、高温での使用（例：＞３００℃）にて付着汚染のリスクを生ずる。アスファルテン誘発コーキングでは、原料中のアスファルテンが、液相熱分解を起こし得ると考えられ、ここで、アスファルテンは、熱分解温度に曝露された場合に、熱的に不安定化されてラジカルの形態となり、組み合わされて高分子量の不溶性コークスを形成する。高い原料温度は、例えば、原料中の長鎖分子の分解を引き起こし、重合して付着汚染となる反応性の高い化合物を形成し得る。検査されずに放置されると、より高い原料温度は、原料中のアスファルテンの凝集を引き起こし、それを原料ヒーターおよび供給ライン表面に析出させる傾向を有し得る。炭化水素の鉄またはニッケル触媒熱分解反応によって引き起こされ得る触媒コーキングなどのその他の有機物付着汚染機構は、原料供給ライン材料に依存して、高温原料の運転によって促進され得る。原料の共役オレフィンの重合（例えば、管の内表面上にて、鉄、ニッケルなどの金属によって促進される）も、原料化学に依存して、コーキングの潜在的な原因であると考えられる。上述のものなどの不溶性コークスまたはその他の有機付着汚染物は、カーボンブラック生産スキーム中で発生させた場合、原料供給ラインおよび反応器インジェクターの内壁上に原料から析出し、凝集してラインを閉塞し、それによってメンテナンスおよび／または補修のためにカーボンブラック生産を中断させることになる。本発明は、付着汚染防止手法を高温原料の運転と組み合わせ、そうでなければ安定で持続的なカーボンブラック生産が阻止されてしまう原料ラインのそのような熱誘発付着汚染のリスクを軽減する。

本発明によって明らかにされるように、コーキングの兆候は、原料の予備加熱の過程でヒーター出口の圧力が、ヒーター入口の圧力と比較して急速に圧力低下する場合に発生する。通常、ヒーター入口の圧力をヒーターから出る原料の圧力と比較した場合、ライン中の原料の摩擦に起因して、通常の圧力低下は存在する。しかし、本発明の開発において見られたように、急激な圧力低下（runaway pressure drop)は、コーキングの可能性が非常に高いか、それが発生する兆候である。より詳細には、定常運転状態となった後、原料が所望される速度／パラメータにてヒーター中を流れている場合、ヒーターから出る原料に対して一定である、または相当に一定である圧力が確立され、上述のように、この圧力は、通常、原料との摩擦力に起因して、ヒーター入口圧力よりも低い。しかし、蒸気膜が発生し、および／またはコーキングの発生が始まると、ヒーター出口から出る原料に対するヒーター出口圧力に、急速または急激な圧力低下が発生する。定常運転となった後、圧力低下における２％以上の変化が、蒸気膜が形成中であること、およびこれがコーキングを引き起こすことになることの兆候であり得る。２％から２０％以上など、２％以上、３％以上、５％以上、７％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上の急激な圧力低下が、蒸気膜が形成中であること、およびこれがほぼ確実にコーキングを引き起こすことになるということの兆候である。より具体的な例として、ヒーターへ入る原料に対してヒーター入口圧力Ｘを有していてよく、定常運転に到達した後、ヒーター出口圧力（すなわち、ヒーターから出る原料の圧力）は、Ｘから（０．８）Ｘの圧力を有していてよく、非コーキング運転の間は、この圧力は、定常運転の間、このより低い圧力に本質的に維持される。カーボンブラック製造プロセスのパラメータが変更された場合、当然、パラメータの変化に起因して、圧力もやはり変化する可能性がある。しかし、この例では、定常運転に到達しており、従って、ヒーターから出る圧力は、本質的にほとんど変動なく維持されることになる（±０％から１．９％）。定常運転の間、ヒーターから出る原料の圧力（またはカーボンブラック反応器へ入る前の圧力）が、上記で示した低下パーセントなどの２％超の低下を起こす場合、これは、急激な圧力低下ということになり、このことは、原料ライン中で蒸気が形成されつつあること、およびその結果として非常に高い確率でコーキングが発生することを意味する。本発明の方法は、蒸気膜の形成を回避し（例：伝達を阻止する蒸気膜の形成の回避）、および／または急激な圧力低下を回避するカーボンブラック作製方法を提供するものであり、蒸気膜形成の回避が明らかに示すことは、本明細書で示されるように、急激な圧力低下の回避である。さらなる例として、定常運転時の急激な圧力低下は、２％以上の圧力変化であってよく、これは、１５秒から１時間、または３０秒から３０分、または１分から１０分の時間枠で発生してよく、本発明の方法によってこれが回避される。

本発明のカーボンブラック製造に適用される付着汚染制御の方法により、原料供給ラインの内壁上へのコークスまたはその他の付着汚染物の付着速度の低下もしくは付着の予防、堆積されたコークスもしくはその他の付着汚染物の除去、またはこれらの両方が可能である。約３００℃超まで加熱された原料を運んでいる原料供給ライン中の付着汚染の速度低下または付着の予防は、以下の手法の１つ以上によって可能である：より高い原料圧力の使用、より高い原料速度の使用、原料ヒーターの熱流束容量（heat flux capacity）の低下、非触媒性材料の表面層による原料供給ライン（原料ヒーター内のものも含む）のライニング、高温セクションにおける原料の滞留時間の短縮、またはこれらの手法のいずれかの組み合わせ。示したように、原料供給ラインからのコークスの除去を、本発明における付着汚染制御のための別の、または追加の手法として用いてよい。コークス堆積物は、それが供給ライン中で発生した場合、例えば、炭素に対する酸化剤などのパージガスもしくは流体で原料ラインを定期的にパージすることによって除去してよい。原料ラインは、コークス除去のために、スポーリングまたは機械的な洗浄を行ってよい。

用いられるこれらの付着汚染防止手法のいずれの組み合わせの場合も、目的は、原料供給ライン中で発生する正味の付着汚染の速度を最小限に抑えることであってよい（すなわち、コークス付着の速度が、実施されるいずれのデコーキング（コークス除去）の速度よりも遅い）。予備加熱カーボンブラック生成原料は、反応器へ連続して導入され、例えば少なくとも約１２時間、または少なくとも１８時間、または少なくとも約２４時間、または少なくとも約３０時間、またはそれ以上の時間（例：１２時間から８ヶ月以上、１２時間から６ヶ月、１２時間から３ヶ月、２０時間から１ヶ月）にわたって、中断することなく安定した形で（例：付着汚染が原料供給ラインを閉塞することなく）反応器中にてカーボンブラックを形成することができる。例で示されるモデルに基づくものなどの本発明のプロセスにおける原料コスト節約の推計は、従来の原料温度（３００℃未満）と比較した場合に、原料付着汚染のない安定な運転モードにおいて、原料が５００℃に予備加熱される場合は１０％超であり、原料が７００℃に予備加熱される場合は２０％超である。さらに、本発明による利益がさらに２つ存在する。１つは、熱分解プロセスにおける予備形成シードによる収率上昇の機構である。収率上昇の第二の機構は、周囲ガスを冷却することのない、カーボンブラック反応器中の原料のフラッシュ自己蒸発によるものである。また、本発明の付着汚染防止の方法は、不経済であり得る、および／またはカーボンブラック処理または生成物と非適合性であり得る化学添加剤も必要としない。

示したように、原料は、本発明の付着汚染制御手法を用いることで、約３００℃超の温度、または５００℃を超えるその他の温度まで加熱することができる。原料温度は、本発明による発展により、例えば、少なくとも３１０℃、少なくとも３５０℃、少なくとも３７５℃、少なくとも４００℃、少なくとも４２５℃、少なくとも約４５０℃、または少なくとも約５００℃、または少なくとも約５５０℃、または少なくとも約６００℃、または少なくとも約６５０℃、または少なくとも約７００℃、または少なくとも約７５０℃、または少なくとも約８００℃、少なくとも８５０℃、または約３０５℃から約８５０℃、または約３５０℃から約８５０℃、または約４５０℃から約７５０℃、または約４５０℃から約７００℃、または約５００℃から約７５０℃、または約５００℃から約７００℃であってよい。この原料温度は、原料の予備加熱に用いられる１もしくは複数のヒーターから出た直後の、および／またはカーボンブラック反応器へ導入される直前のカーボンブラック形成原料の温度である。この意味での原料温度は、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点から、原料が反応器へ導入される供給ラインの排出端部までの、原料供給ラインに沿った１つ以上の地点で測定または検出してよい。この原料供給ラインは、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点およびそれ以降であって、原料ヒーターから反応器まで伸びる追加の供給ライン部分へ輸送される前までである原料ヒーター内のいかなる長さの配管も含む。所望される場合は、予備加熱原料温度は、予備加熱原料供給ライン中の絶対最小値が３０１℃以上であってよく、および／または所望される場合は、予備加熱原料供給ライン中の温度の最大変動は、原料供給ラインに沿うすべての地点を考慮して、例えば、±２０％、または±１０％、または±５％、または±２．５％、または±１％、または±０．５％であってよい。これらの示された原料温度は、本明細書で示される種々の付着汚染制御プロセス変数と組み合わせて用いてよい。

示された原料速度を用いた付着汚染制御は、少なくとも部分的に、原料を予備加熱するヒーターまで、および／またはヒーターを通して、および／または反応器への原料供給ラインを通して、この速度で１もしくは複数の原料をフィードすることを含んでよい。速度は、例えば、少なくとも約０．２ｍ／秒、または少なくとも約０．５ｍ／秒、または少なくとも約１ｍ／秒、または少なくとも約１．６ｍ／秒、または少なくとも約２ｍ／秒、または少なくとも約３ｍ／秒、または約０．２ｍ／秒から約１０ｍ／秒、または約１ｍ／秒から約７ｍ／秒、または約１．５ｍ／秒から約３ｍ／秒、または約２ｍ／秒から約６ｍ／秒、または約３ｍ／秒から約５ｍ／秒であってよい。原料速度は、パイプまたはその他の供給ライン構造の縦軸に対する線速度である。原料速度（第一の速度）は、原料を予備加熱するヒーターへ導入される地点で測定される。１もしくは複数のヒーターを通しての、および／または１もしくは複数のヒーターを出た後の原料速度は、第一の速度と同一であっても、または異なっていてもよく、例えば、それより速くてよい（例：１％から３００％速い、または５０％から２００％速いなど、少なくとも１％速い、少なくとも２％速い、少なくとも３％速い、少なくとも５％速い、少なくとも７％速い、少なくとも１０％速い、少なくとも１００％速い、少なくとも２００％速い）。速度の測定または算出は、６０℃、１気圧で測定される原料密度に基づき、および測定される原料ライン中に存在する最小断面積に基づいて行われる。この原料供給ラインは、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点および／またはそれ以降であって、原料ヒーターから反応器まで伸びる追加の供給ライン部分へ輸送される前までである原料ヒーター内のいかなる長さの配管も含んでよい。例えば、原料速度は、原料供給ライン中の絶対最小値が０．２ｍ／秒以上であってよく、および／または所望される場合は、原料供給ライン中の原料速度の最大変動は、原料供給ラインに沿うすべての地点を考慮して、例えば、±２０％、または±１０％、または±５％、または±１％、または±０．５％であってよい。

原料の加圧を用いた付着汚染制御は、少なくとも部分的に、カーボンブラック生成原料を、例えば約１０バール超、または約２０バール超、または約３０バール超、または約４０バール超、または約５０バール超、または約１０から約１８０バール、または約２０から約１８０バール、または約４０から約１８０バール、または約５０から約１８０バール、またそれ以上の圧力まで加圧することを含んでよい。本明細書における原料圧力は、絶対圧力として与えられる。圧力（第一の圧力）は、予備加熱のためにヒーターへ導入される前の地点で測定された圧力である。原料を予備加熱する１もしくは複数のヒーターを通しての圧力、および／またはその後反応器への１もしくは複数の導入地点までの圧力は、第一の圧力と同一であっても、または異なっていてもよく、第一の圧力よりも低いなどである（例：１％から２５％低い、または３％から２０％低いなど、少なくとも１％低い、少なくとも２％低い、少なくとも３％低い、少なくとも５％低い、少なくとも７％低い、少なくとも１０％低い、少なくとも１５％低い、少なくとも２０％低い）。ゲージ圧力測定値は、本明細書で示される範囲と比較を行うために、公知の方法によって絶対値へ調節されるべきである。原料圧力は、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点から、原料が反応器へ導入される供給ラインの排出端部までの、原料供給ラインに沿った１つ以上の地点で測定または検出してよい。この原料供給ラインは、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点およびそれ以降であって、原料ヒーターから反応器まで伸びる追加の供給ライン部分へ輸送される前までである原料ヒーター内のいかなる長さの配管も含んでよい。圧力は、付着汚染制御のための原料温度と直接同じ傾向を有していてよい。例えば、１０バールの原料圧力は、原料温度３００℃での付着汚染の制御に適切であり得るが、他の事項がすべて同じで原料温度が５００℃まで上昇される場合、２０バール以上などの１０バール超の高い圧力が同じレベルの付着汚染制御を提供するのにより有用であり得る。

短い総原料滞留時間を用いた付着汚染制御を用いることができる。総原料滞留時間は、予備加熱のための少なくとも１つのヒーター中で費やされる合計時間であってよく、予備加熱カーボンブラック生成原料が反応器へ導入される前に費やされる時間を含む。総滞留時間は、例えば、約１２０分未満、または約９０分未満、または約６０分未満、または約４５分未満、または約３０分未満、または１５分未満、または１０分未満、または５分未満、または４分未満、または３分未満、または２分未満、または１分未満、または３０秒未満、または１５秒未満、または約１／６０分から約１２０分、または約０．５分から約１２０分、または約１分から約９０分、または約２分から約６０分、または約３分から約４５分、または約４分から約３０分、または５から３０分、または５から４０分、または１０から３０分、または約５分から約１５分であってよい。滞留時間は、平均値、または最大値、または最小値であってよい。原料滞留時間は、原料温度が約３００℃を超える値まで上昇された地点から、原料が反応器へ導入される地点までで測定されてよい。滞留時間は、原料温度と逆の傾向を有していてよい。例えば、約１２０分までの原料滞留時間は、３１０℃の原料温度にて付着汚染の問題なしに許容され得るが、他の事項がすべて同じで原料温度が５００℃まで上昇される場合、同じレベルの付着汚染制御を提供するためには、好ましくは、滞留時間は１２０分未満まで短縮され得る。

例えば原料ヒーター中での原料の予備加熱の過程での付着汚染制御は、例えば、約１０ｋＷ／ｍ²超、または約２０ｋＷ／ｍ²超、または約３０ｋＷ／ｍ²超、または約５０ｋＷ／ｍ²超、または約１００ｋＷ／ｍ²超、または約１０ｋＷ／ｍ²から約１５０ｋＷ／ｍ²（もしくはそれ以上）、または約２０から約１５０ｋＷ／ｍ²、または約３０から約１００ｋＷ／ｍ²、または約４０から約７５ｋＷ／ｍ²、または約５０から約７０ｋＷ／ｍ²である平均熱流束で運転されるヒーターの使用を含んでよい。より高い熱流束での運転を付着汚染制御対策として考えることができるのは、より高い熱流束の結果として、カーボンブラック生成原料の加熱が早まり、および／または目標とする予備加熱温度に到達するのに要する時間が短縮されることからヒーター中の滞留時間を短くすることができるからである。

原料供給ラインの原料と接触する内壁上に、少なくとも部分的に、炭化水素の分解（例：熱分解）および／または重合に対する非触媒性表面を用いる付着汚染制御は、例えば、セラミックライニング（例：シリカ、アルミナ、酸化クロム）などの保護ライニングの１層以上を含んでよい。

原料供給ラインを通してのパージガスの定期的なオンラインフィードを用いた付着汚染制御は、炭素に対する酸化剤（例：ＣＯ₂、酸素、スチーム、スチームと空気との混合物）を、原料供給ライン中へ、アクセス可能地点または原料ラインに沿った地点にて注入することを含んでよい。パージガスは、１５０℃以上または３００℃を超える温度にて、いずれの液体原料送液手段からも下流である地点にて導入してよい。パージラインを通してのスチーム速度は、例えば、少なくとも約６ｍ／秒であってよい。パージによって原料のすべてが反応器中へ直ちに送り出されるように、原料のいかなるデッドレッグ部（deadlegs）も除去してよい。パージガスは、３００℃を超えるプロセス温度に曝露されるすべての供給ラインが処理されることをさらに確実にするために、原料ヒーターの上流へ導入してよい。

示したように、原料ラインからのコークスの除去による付着汚染制御は、例えば、スポーリングまたは機械的なかき取りを含んでよい。例えば、スポーリングは、コークスが皮膜形成したオンラインパイプを冷却し、それにより、パイプのサイズが冷却の間に収縮するに従ってパイプ内部に堆積したコークスの少なくとも一部が剥がれ落ちるか、またはそうでなければパイプ内壁から離れるようにすることを含んでよい。緩んだコークスは、パイプから水で洗い流すことができ、スポーリングを行ったパイプは、再度使用できる状態となる。スポーリングの間、原料は、スポーリングされるパイプから、装置上に提供される反応器への１もしくは複数の別のオンラインフィードラインを通しての経路へバルブの使用などによって変更してよい。洗浄されると、スポーリングされたパイプは、再度使用できる状態となる。堆積したコークスを原料パイプから洗い出す別の方法は、機械的かき取り機をパイプを通して移動させ、パイプの内部からコークスを機械的に除去することを含んでよい。機械的かき取りの間、原料は、装置上に提供される反応器への１もしくは複数の別のオンラインフィードラインを通しての経路へバルブの使用などによって変更してよく、その間、洗浄のためにオフラインとされたパイプは、一時的に使用不可となる。スポーリングおよび／または機械的かき取りは、用いられる場合、原料供給ライン上にて定期的に行ってよい。

本発明を用いた付着汚染制御によって高温にて処理可能であるカーボンブラック生成原料は、一般に、カーボンブラックの作製に有用であるいずれの液体炭化水素または原料油を含んでいてもよい。適切な液体原料としては、例えば、不飽和炭化水素、飽和炭化水素、オレフィン、芳香族、ならびにケロセン、ナフタレン、テルペン、エチレンタール、コールタール、クラッカー残渣、および芳香族循環油などのその他の炭化水素、またはこれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。原料の種類は、付着汚染挙動に影響を与え得る。異なる原料の種類間および／またはある原料の種類内にて化学反応は様々であり得る。経験および研究室での実験に基づいて、例えば、デカント油、コーカー油、コールタール、およびエチレンクラッカー残渣は、すべて約３００℃を超える種々の温度にて付着汚染を起こし得る。例えば、エチレンクラッカー残渣（ＥＣＲ）は、アスファルテンの含有量が比較的高い場合がある。その他の種類の原料も、アスファルテンを含有し、および／またはその他の付着汚染機構を起こし易い化学的性質を有し得る。

原料のアスファルテン含有量は、原料の総重量に基づいて、例えば、０重量％から約３０重量％、または少なくとも約０．５重量％、または少なくとも約１重量％、または少なくとも約２重量％、または少なくとも約３重量％、または約１重量％から約１０重量％、または約２重量％から約７．５重量％、または約２．５重量％から約５重量％であってよい。原料の初期沸点は、例えば、約１６０℃から約５００℃、または約１８０℃から約４５０℃、または約２００℃から約４００℃、または約２２５℃から約３５０℃であってよい。初期沸点とは、（原料の）第一の原料成分が蒸発する温度を意味する。原料は、約３８０℃から約８００℃、または約４００℃から約５００℃、または約４２５℃から約４７５℃、または約４４０℃から約４６０℃を例とする中間沸点を有していてよい。中間沸点とは、原料成分の５０％が蒸発した温度を意味する。原料は、約６００℃から約９００℃、または約６２５℃から約７２５℃、または約６５０℃から約７００℃、または約６７０℃から約６９０℃を例とする最終沸点を有していてよい。最終沸点とは、原料成分の１００％が蒸発した温度を意味する。原料の選択および化学的性質に応じて、その他の初期、中間、および／または最終沸点も適用され得る。

付着汚染制御プロセスの変数の組み合わせの代表的な範囲を表１に示す。

（１）反応器前の予備加熱原料
（２）６０℃、１気圧の試験条件に基づくヒーターを通して
（３）ヒーター前

上述の、および本明細書で提供されるその他の指針を考慮して、予備加熱原料の供給ラインに付着汚染制御を提供するためのプロセス変数の適切な組み合わせは、当業者であれば容易に決定することができる。

本発明の方法は、本明細書で述べるものなどの適応および改変を行った炉型カーボンブラック反応器と共に用いることができる。本発明の方法は、例えば、「多段型（staged）」とも称されるモジュール型の炉型カーボンブラック反応器で実施してよい。本発明を実施するために適応または改変を行うことができる多段型の炉型反応器は、例えば、その全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第３，９２２，３３５号；同第４，３８３，９７３号；同第５，１９０，７３９号；同第５，８７７，２５０号；同第５，９０４，７６２号；同第６，１５３，６８４号；同第６，１５６，８３７号；同第６，４０３，６９５号；および同第６，４８５，６９３Ｂ１号に示される。本発明によって提供される付着汚染制御は、所望される場合、原料の予備加熱の少なくとも一部が、炉型反応器の１つ以上の位置から炉型反応器によって発生される熱で原料を加熱することによって達成可能とされるものであってよい。この利点は、いくつかの図を参照する以下の考察で説明される。

本発明はまた、カーボンブラックを作製するための装置にも関する。その装置またはシステムは：
加熱ガス流と少なくとも１つのカーボンブラック生成原料とを組み合わせて、反応器中にカーボンブラックが形成される反応流を形成するための反応器；
カーボンブラック生成原料を反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給して、原料を加熱ガス流と組み合わせるための少なくとも１つの原料供給ライン；
少なくとも１つの原料供給ラインにて供給されたカーボンブラック生成原料を少なくとも約３００℃の温度まで予備加熱するように操作可能である少なくとも１つの原料ヒーター；
原料が少なくとも約３００℃まで予備加熱される前に、カーボンブラック生成原料を約１０バール超の圧力まで加圧するように操作可能であり、および原料ヒーター中の原料の速度を、少なくとも約０．２ｍ／秒とするためであり、またはこれらの両方である少なくとも１つのポンプ；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを冷却するための冷却器、
を含む。

装置は、少なくとも約３００℃まで予備加熱された原料が反応器へ導入される前の、少なくとも１つの原料ヒーターおよび少なくとも１つの原料供給ライン中での原料滞留時間が、約１２０分未満となるように操作可能である。

少なくとも１つの原料ヒーターは、上述の通りであってよく、および約１０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束にてカーボンブラック生成原料を加熱するように操作可能である熱交換器であってよいか、またはそれを含んでよい。

少なくとも１つの原料ヒーターは、反応流によって接触可能であるように反応器内に配置されて、原料を少なくとも３７０℃など少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能であってよい。少なくとも１つの原料ヒーターは、原料を少なくとも３７０℃など少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、反応器の少なくとも一部と（直接または間接的に）接触するように配置されてよい。少なくとも１つの原料ヒーターは、冷却器の下流の反応器内に配置された熱交換器であってよいか、またはそれを含んでよく、ここで、熱交換器は、その第一の側が、反応流によって加熱されるように適合され、その逆の側が、原料が少なくとも１つの原料供給ラインへ供給される前に原料と接触するように適合された壁を含み、ここで、原料は、熱交換器中にて少なくとも３７０℃など少なくとも３００℃の温度へ加熱可能である。装置は、反応器内に反応流と接触可能であるように配置された流動性熱キャリアのための少なくとも１つの熱交換器を含んでよく、少なくとも１つの原料ヒーターは、反応器の外部にあって、熱交換器から出た流動性熱キャリアの熱を原料ヒーター中の原料と交換して原料を少なくとも３７０℃など少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である。少なくとも１つの原料ヒーターは、反応器（予備加熱原料を受ける反応器または異なる反応器）のテールガス流からの熱を交換して原料を少なくとも３７０℃など少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能であってよい。装置は、プラズマ加熱可能ガス流を加熱して加熱ガス流の少なくとも一部を提供するように操作可能であるプラズマヒーターを含んでよい。装置は、原料ヒーターの原料が接触する壁、および／または少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁の一部もしくはすべてに、非触媒性表面を含んでよく、ここで、表面は、炭化水素の熱分解または重合に対して非触媒性である。装置は、原料ヒーターの原料が接触する壁、および／または少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁に、非触媒性セラミックライニングを含んでよい。装置は、少なくとも１つの原料供給ラインをパージガスで定期的にパージするように操作可能である、炭素に対する酸化剤などの少なくとも１つのパージガス源、および少なくとも１つの原料供給ライン上の少なくとも１つのパージガス導入地点を含んでよい。反応器は、原料と加熱ガス流とを組み合わせて、少なくとも約１２時間、反応器中にてカーボンブラックを連続的に形成するように操作可能であってよい。

例として、図１は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる１つのタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部を示し、ここで、予備加熱の少なくとも一部は、反応器中の反応流でカーボンブラック生成原料を加熱し、原料を約３００℃超の温度まで加熱することを含む。示した付着汚染制御手法の１つ以上が、図１に示すプロセススキームに適用され、そのような予備加熱原料の使用を補助している。

図１を参照すると、本発明のカーボンブラックは、燃焼ゾーン１０を有する炉型カーボンブラック反応器２で作製することができ、これは、所望に応じて有していてよい直径が絞られたゾーン１１、１もしくは複数の原料注入ゾーン１２、および１もしくは複数の反応ゾーン１３を有している。反応ゾーン１３に続いて第一の冷却ゾーン１４が存在する。用いてよいこれらの種々のゾーンの有用な直径および長さは、参照により組み込まれる上述の特許を参照して選択することができる。カーボンブラックの作製のため、高温燃焼ガスが、空気、酸素、または空気および酸素の混合物などの適切な酸化剤と液体または気体の燃料とを反応させることにより、燃焼ゾーン１０で生成される。高温燃焼ガスを生成させるための燃焼ゾーン１０での酸化剤流との反応に用いるのに適する燃料としては、容易に燃焼可能であるガス、蒸気、および／または液体流のいずれもが挙げられ、天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセチレン、アルコール、またはケロセンなどである。しかし、一般的には、炭素含有成分の含有量が高い燃料、特に炭化水素を用いることが好ましい。本発明のカーボンブラックの作製に用いられる空気の天然ガスに対する化学量論比は、約０．６：１から無限大、または約１：１（化学量論的比率）から無限大であってよい。高温燃焼ガスの生成を促進するために、酸化剤流を予備加熱してよい。高温燃焼ガス流は、ゾーン１０および１１からゾーン１２および１３、そして１４へ、下流方向へ流れる。高温燃焼ガスの流れる方向は、図１中に矢印で示される。カーボンブラック生成原料１５は、ゾーン１２に位置する地点１６にて導入される。原料の導入は、１もしくは複数のプローブを通して、地点１６にてゾーン１２の壁に配置された複数の開口部を通して内向きへ放射状に、またはこれら２つの組み合わせで行ってよい。原料の導入は、ゾーン１１、１２、および／または１３のいずれかの場所にあるバーナーを通して軸方向に挿入された１もしくは複数のプローブを通して、軸方向に、または放射状に行ってよい（スティンガー運転（stinger operation））。反応条件下にて容易に揮発可能であり得るカーボンブラック生成炭化水素原料の種類として本発明での使用に適切するものとしては、これまでに示した原料が挙げられる。反応器／バーナー先端部は、高い原料温度では侵食をより受け易い可能性がある。例えば、ＳＴＥＬＬＩＴＥ（登録商標）６金属合金などの材料を、先端部の寿命を延長するために用いてよい。

図１に示されるように、カーボンブラック生成原料１５は、反応器２に導入される前に、約３００℃超の温度まで予備加熱される。予備加熱カーボンブラック生成原料は、少なくとも１つの原料供給ライン１７にて、反応器２への少なくとも１つの原料導入地点１６へ供給される。導入されると、原料は、反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成するために、加熱ガス流と組み合わされる。反応流中のカーボンブラックは、１つ以上のゾーン中にて冷却されてよい。例えば、冷却ゾーン１４の冷却位置１８において、水を含んでよい冷却流体が注入され、これを用いて、カーボンブラック生成原料の熱分解を完全にもしくは本質的に完全に停止するか、または熱分解を停止させずに原料を部分的にのみ冷却し、続いて第二の冷却を用いて（図示せず）カーボンブラック生成原料の熱分解を停止してよい。

図１にさらに示されるように、原料ヒーターは、熱交換器１９（ＨＸＲ）を含んでよく、これは、その第一の側が、反応流によって加熱され、その逆の側が、原料が少なくとも１つの原料供給ラインへ供給される前に原料と接触する、公知の熱交換器設計で用いられるようなヒーター壁（図示せず）を有していてよい。示したように、原料は、熱交換器中にて約３００℃超の温度まで加熱される。冷却器の下流に配列されるように示されているが、ヒーターが反応器内にてより高い冷却前温度での耐性を有し、運転が可能である構造を有する限りにおいて、原料熱交換器は、反応流中、冷却器の上流に位置していてよい。原料ヒーターは、原料を約３００℃超の温度へ加熱するために、例えばコイルもしくは内部に収容された配管として、ならびに または反応器の１もしくは複数の加熱壁に対しておよび接触して、反応器の少なくとも一部と物理的に接触するように配列してよい。図１には示していないが、熱交換器は、所望に応じて、原料を中間温度（例：２５０℃超、または５０℃から３５０℃、または目的とする予備加熱温度より低いその他の温度）まで加熱してよく、または３００℃超の予備加熱温度を得るために用いてよく、続いて、さらなる熱交換器または反応器の外部もしくは内部のヒーターを用いて、最終予備加熱温度まで加熱してよい。

反応器内の反応流は、冷却時、例えば約６００℃から約２０００℃、または約８００℃から約１８００℃、または約１０００℃から約１５００℃、または炉型反応器中で発生される極度の発熱反応を反映するその他の高温である温度を有してよい。本発明は、原料供給ライン中において付着汚染の問題が発生することなく、反応器中の反応によって発生された高い発熱と原料の熱交換を行うことができる。本発明は、従って、相当に低い原料温度で操作される従来のカーボンブラック生産と比較して、エネルギー回収の改善、および原料コストの節約を実行可能とすることができる。

図１にさらに示されるように、少なくとも１つのポンプ２０を、原料温度を３００℃超の値まで上昇させるために用いられる原料ヒーター１９から上流の原料ライン上に、インラインで設置してよい。ポンプを用いて、原料を、原料ヒーターへ入る前に加圧することができる。この方法により、原料温度が高い値まで高められる時点で原料が既に加圧されていることが可能であり、その温度では、そうではなく、加圧またはその他の示した付着汚染制御手法を行わない場合、原料供給ラインでの付着汚染の問題が発生してしまう可能性がある。通常、原料は、通常の運転条件下にて、例えば熱交換器設計および運転モードに応じて、原料ヒーターを通過する間に圧力低下を起こし得ることから（例：０から約２０バールの圧力低下）、特に予め目標とされた値の範囲内に原料圧力を維持することが必要である場合、付着汚染制御対策として原料に適用される加圧はいずれも、原料熱交換器で発生し得る、または発生することが予想され得るいずれかの圧力低下、ならびに供給ラインパイプまたは予備加熱原料の反応器への輸送に用いられるその他の導管で発生するか、または発生することが予想され得るその他のいずれかの圧力低下を埋め合わせるはずである。図１および本明細書のその他の図には、図示を簡略化するために、単一の原料供給ラインおよび反応器上の原料注入地点のみが図示されているが、示した付着汚染制御を適用してもよい複数の原料供給ラインおよび反応器上の原料注入地点を用いてよいことは理解される。

高温燃焼ガスおよびカーボンブラック生成原料の混合物が冷却された後、冷却されたガスは、下流へ向けて、カーボンブラックが回収されるいずれかの従来の冷却および分離工程へ送られる。カーボンブラックのガス流からの分離は、沈澱器、サイクロン分離器、またはバグフィルターなどの従来のデバイスによって容易に達成することができる。反応を完全に停止して最終カーボンブラック生成物を形成することに関して、カーボンブラック生成原料導入の下流における反応停止のためのいずれの従来のプロセスを用いてもよく、それは当業者に公知である。例えば、水またはその他の適切な流体であってよい冷却流体を注入して、化学反応を停止してよい。

図２は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、別のタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部を示すものであり、ここで、予備加熱の少なくとも一部は、熱交換器２１を反応器中の反応流と接触させることを含み、ここで、熱交換器を通して流れるスチームまたは窒素などの流動性熱媒体またはキャリア２８は、反応器中で加熱され、次に加熱されたスチーム（例：過熱スチーム）は、熱交換器および反応器を通過、排出され、反応器の外部に配置された別の原料ヒーター２２を通して輸送され、これは、原料を３７０℃以上など約３００℃超の温度へ加熱するために原料ヒーター中の原料と熱交換するように操作可能である。

図３は、本発明のプロセスに用いてカーボンブラックを作製することができる、別のタイプの炉型カーボンブラック反応器の一部を示すものであり、ここで、予備加熱の少なくとも一部は、原料ヒーター２３を、反応器から出たテールガスと接触させて、原料ヒーター中の原料を約３００℃超の温度へ（または、少なくとも部分的に目的の温度へ）加熱することを含む。

図４は、本発明のプロセスに用いることができる、別のタイプの炉型カーボンブラック反応器を示すものであり、ここで、加熱ガス流は、少なくとも部分的にまたは完全に、プラズマヒーター２５を用いて少なくとも部分的にまたは完全に加熱された加熱ガス２４をさらに含む。ガスのプラズマ加熱は、例えば、当業者に公知の方法に従って行ってよい。例えば、その全ての開示事項が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，４８６，６７４号に示されるものなどのプラズマトーチを用いてよく、その全ての開示事項が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４，１０１，６３９号および同第３，２８８，６９６号に示されるプラズマ加熱を参照してよい。

図４にさらに示されるように、原料は、反応器中の熱交換器２６にて反応流と熱交換した熱媒体（例：スチーム）によって間接的に加熱してよく、または、別の選択肢として、原料は、点線で示されるように、反応器中の熱交換器２６にて直接加熱してもよい。

本発明のこのような種々のプロセススキームにおいて、反応器の内部または外部にある、原料の予備加熱に用いられる熱交換器の設計は、シェルアンドチューブ、シェルアンドコイル、プレートアンドフレームなどの従来の熱交換器の設計のいずれを有していてもよい。熱交換機がインラインコイルの構成を有する場合、例えばインラインコイルの腐食／侵食の問題を防止するために、スケジュール８０パイプおよびＬ字管を用いてよい。また、インラインコイルの配管を構築する際に一定の管間ピッチを用いてよく、およびコイルは、燃焼排ガスヘッダーの全断面を用いてよい。インラインコイルの熱伝達係数は、種々のグレードおよびプラントに応じて大きく変動し得る。

また、記載のプロセススキームおよび方法における原料のいずれも、従来のカーボンブラックの作製に一般的に用いられる追加の物質または組成物を含有してよい。本発明の方法は、周期律表の少なくとも１つのＩＡ族および／もしくはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）であるか、またはそれを含有する少なくとも１つの物質を導入することをさらに含んでよい。少なくとも１つのＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）を含有する物質は、少なくとも１つのアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する。例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、もしくはラジウム、またはこれらの組み合わせが挙げられる。これらの成分の１つ以上のいずれの混合物も、物質中に存在してよい。物質は、固体、溶液、分散物、気体、またはこれらのいずれの組み合わせであってもよい。同じかもしくは異なるＩＡ族および／またはＩＩＡ族金属（またはこれらのイオン）を有する２つ以上の物質を用いてよい。複数の物質が用いられる場合、物質の添加は、一緒に、別々に、順次に、または異なる反応位置で行ってよい。本発明の目的のために、物質は、金属（または金属イオン）自体、これらの元素の１つ以上を含有する塩を含むこれらの元素の１つ以上を含有する化合物、などであってよい。物質は、カーボンブラック生成物を形成中である反応へ、金属または金属イオンを導入する能力を有し得る。本発明の目的のために、少なくとも１つのＩＡ族および／またはＩＩＡ族金属（またはこれらのイオン）を含有する物質は、使用される場合、反応器中へいずれの時点で導入してもよく、例えば、完全冷却の前である。例えば、物質の添加は、完全冷却の前のいずれの時点で行ってもよく、第一の反応段階におけるカーボンブラック生成原料の導入前；第一の反応段階におけるカーボンブラック生成原料の導入の間；第一の反応段階におけるカーボンブラック生成原料の導入後；いずれかの第二のカーボンブラック生成原料の導入の前、間、もしくは直後；または、第二のカーボンブラック生成原料の導入後であるが完全冷却の前であるいずれかの工程、を含む。物質を２つ以上の時点で導入することを用いてもよい。

ＩＡ族および／またはＩＩＡ族金属（またはこれらのイオン）を含有する物質の量は、用いられる場合、カーボンブラック生成物を形成することができる限りにおいて、いかなる量であってもよい。物質は、最終的に形成されるカーボンブラック生成物中に２００ｐｐｍ以上のＩＡ族元素もしくはイオンおよび／またはＩＩＡ族元素（もしくはそのイオン）が存在するような量で添加してよい。その他の量としては、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍ以上が挙げられ、その他の範囲は、約５００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍ、または約１０００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍ、または約５０００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍ、または約１００００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍ、または約３００ｐｐｍから約５０００ｐｐｍ、または約５００ｐｐｍから約３０００ｐｐｍ、または約７５０ｐｐｍから約１５００ｐｐｍの、形成されるカーボンブラック生成物中に存在するＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）であってよい。これらのレベルは、金属イオン濃度に関するものであってよい。形成されるカーボンブラック生成物中に存在するＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）のこれらの量は、１つの元素、または２つ以上のＩＡ族および／もしくはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）に関するものであってよく、従って、形成されるカーボンブラック生成物中に存在するＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）を合わせた量ということになる。従って、これらの量は、ＩＡ族元素／イオンまたはＩＩＡ族元素／イオンの含有量単独に対して適用され得る。物質の添加は、いかなる形で行ってもよい。物質の添加は、カーボンブラック生成原料の導入と同じ方法で行ってよい。物質は、気体、液体、固体、またはこれらのいずれかの組み合わせとして添加してよい。物質は、１つの地点または複数の地点で添加してよく、単一の流れとして、または複数の流れとして添加してよい。物質は、その導入の前または導入の間に、原料、燃料、および／または酸化剤と混合してよい。

例えばカリウムなどの少なくとも１つのＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはこれらのイオン）を含有する物質を原料へ導入することができる１つの方法は、その物質を原料中へ組み込むことによる。別の方法では、物質は、反応器中へ伸びる注入棒（injection wand）の使用によるなど、原料とは別に反応器中へ導入される。例えば、カリウム溶液を高温の原料へ添加することは、カリウムフラッシングなどに起因して先端部が閉塞するリスクを生じ得る。カリウムイオン、またはその他のＩＡ族および／もしくはＩＩＡ族金属（またはこれらのイオン）をバーナー中の注入棒を用いて注入することにより、このリスクを軽減することができる。また、標準的な開口部よりも大きい開口部を有する反応器へのカリウム その他のＩＡ族および／もしくはＩＩＡ族金属（またはこれらのイオン）の導入に注入棒を用いることでも、閉塞のリスクを低減するか、または運転中に注入棒を洗浄することが可能となる。高カリウムイオングレードのカーボンブラックを作製する場合にバーナーライナーの損傷リスクを低減するため、原料温度は、カリウムイオンを油中へ注入することができるように、依然として＞３００℃の範囲内ではあるがより低い値に低下させる必要があり得る。＞３００℃の原料予備加熱に関して、カリウムの別の選択肢としての油溶性の形態を用いてよく、ＯＭグループ（OM Group）からの物質ＣＡＴＡＬＹＳＴ（登録商標）４６０ＨＦなどであり、これは、原料中へ直接注入することができる。物質ＣＡＴＡＬＹＳＴ（登録商標）４６０ＨＦは、原料に可溶性であるカリウムの有機塩であり（ネオデカン酸カリウム）、従って、水溶液の場合と同様のフラッシング問題のリスクを起こしにくいはずである。従って、高温原料と付着汚染防止の方法との組み合わせに基づく本発明のプロセススキームは、構造制御添加剤（structure control additives）（例：カリウムまたはその他のアルカリ金属／イオン源）などのインプロセスカーボンブラック調節剤の使用と適合性を有するように適応させることができる。

本発明によって実行可能となった原料予備加熱の条件および設計により、例えばエネルギー回収の改善、原料コストの節約、カーボンブラックの増加、二酸化炭素排出量の削減、高い原料温度条件での工業的に有用である持続時間にわたるカーボンブラックの安定もしくは連続的な生産、またはこれらの組み合わせ、などの利点および利益を得ることができる。原料の予備加熱を３００℃超まで上げることにより、一定の生産条件下にて、質量率基準での硫黄およびＮＯ_xの排出レベルの削減を期待し得る。カーボンブラック１ｋｇあたりの排出率は、すべての運転条件下にて低減されることが期待される。排出濃度は、選択される特定の運転条件に応じて異なる。

これまでに示した利益および利点に加えて、原料予備加熱による考え得るその他の利益を、本発明に従って実現することができる。熱分解プロセスにおける予備形成シードの結果として、収率上昇の機構を得ることができる。特定の理論に束縛されるものではないが、原料は、予備加熱段階の過程で、ポリ芳香族炭化水素（ＰＡＨ）の脱水素反応、および非芳香族基の引き抜きを起こし得る。脱水素されたＰＡＨは、元の物質よりも速くシードを形成すると考えられる。実施例において、高圧力が脱水素速度を制御することが示された。本明細書で詳述するように、圧力、滞留時間、および／または温度の制御によって、大型のＰＡＨ分子形成を制御することができ、このことが、カーボンブラックシード生成のための制御機構を提供し得る可能性がある。示したように、高温原料熱分解の欠点は、コーキングおよびグリット形成の可能性であり、これらは、高い原料温度条件を適切な付着汚染制御手法と組み合わせた本発明において軽減または予防される。収率上昇の第二の機構は、例えば、周囲ガスの冷却を行わない、カーボンブラック反応器中の予備加熱原料のフラッシュ蒸発によるものであり得る。原料のフラッシュ蒸発により、原料噴霧化のためのバーナー燃焼排ガスの使用が不要となる。カーボンブラック反応器の大気圧に近い圧力中に注入される場合、３００℃を超える温度まで予備加熱された原料は、自己蒸発してバーナー燃焼排ガスと混合するのに十分な内部エネルギーを有し得る。

いかなるタイプのＡＳＴＭグレード（例：Ｎ１００からＮ１０００）またはその他のグレードのカーボンブラックも、本発明によって作製することができる。本発明のプロセスによって作製されたカーボンブラックは、高い予備加熱原料温度および／または本明細書で述べるその他のプロセスパラメータを用いることにより、１つ以上の独特の性質（または有益な性質）および／またはパラメータを有し得る。本発明の方法および装置構成によって作製されたカーボンブラックは、従来の量またはそれより少ない量を用いて、従来のカーボンブラックが用いられるいかなる最終用途にも用いることができ、例えば、インク、顔料、プラスチック製品、封止剤、接着剤、コーティング、弾性製品、トナー、燃料電池、タイヤもしくはその部品、成型部品、電子部品、ケーブル、ワイヤ、またはこれらの一部分などである。

本発明により達成可能である１つの利点は、従来の方法で作製されたカーボンブラックと形態および／またはその他のパラメータが同じである市販可能なカーボンブラックの形成である。本発明により、本発明のプロセスを用いることで、形態および／またはその他のパラメータが同じである市販可能なカーボンブラックを作製することができる。所望に応じて、本発明で達成可能である１つの利点は、ＰＡＨ量が非常に低下されたカーボンブラックの形成であってよい。カーボンブラック中のＰＡＨ量が低下されることによってカーボンブラックの性能が変化することはなく、一般的に、高ＰＡＨ量は、種々の理由によって望ましくない。本発明により、同じ反応器条件および原料を用いた従来の方法によって作製された選択されたカーボンブラック（ただし、原料をカーボンブラック反応器へ供給する前の３００℃超の温度までの原料予備加熱は行わない）と同じ形態または本質的に同じ形態（すなわち、ＯＡＮ、ＣＯＡＮなどの１つ以上の形態特性において形態値の変動が±５％以内である）を有する選択されたカーボンブラックを作製することができる。本発明の選択されたカーボンブラックのＰＡＨレベルは、同じ形態を有するが、カーボンブラックを形成するためのカーボンブラック反応器へ入る前の３００℃超へのカーボンブラック生成原料の予備加熱を行わずに、同じ反応器条件および原料を用いて作製された選択されたカーボンブラックと比較した場合に、ｐｐｍレベルに基づいて１０％から５０％、２０％から５０％、または３０％から１００％以上、重量基準のｐｐｍで低減することができる。さらに、カーボンブラックのＰＡＨレベルは、３つの分子量（ＭＷ）区分：高ＭＷ ＰＡＨ（重量平均ＭＷ２５０超）；中ＭＷ ＰＡＨ（重量平均ＭＷ２００から２５０）；および低ＭＷ ＰＡＨ（重量平均ＭＷ２５０未満）、に分けることができる。本発明は、高ＭＷおよび／または中ＭＷ ＰＡＨの量の１つ以上を、同じ形態を有するが、カーボンブラックを形成するためのカーボンブラック反応器へ入る前の３００℃超へのカーボンブラック生成原料の予備加熱を行わずに、同じ反応器条件および原料を用いて作製されたカーボンブラックと比較した場合に、ｐｐｍレベルに基づいて１０％から５０％、２０％から５０％、または３０％から１００％以上低減することができる。さらに、本発明は、同じ形態を有するが、カーボンブラックを形成するためのカーボンブラック反応器へ入る前の３００℃超へのカーボンブラック生成原料の予備加熱を行わずに、同じ反応器条件および原料を用いて作製された選択されたカーボンブラックと比較した場合に、選択されたカーボンブラックの全ＰＡＨ量からの高ＭＷ ＰＡＨ（最も望ましくないものと考えられる）のパーセントを大きく低減することができる。全ＰＡＨ量からの高ＭＷ ＰＡＨのパーセントは、同じ形態を有するが、カーボンブラックを形成するためのカーボンブラック反応器へ入る前の３００℃超へのカーボンブラック生成原料の予備加熱を行わずに、同じ反応器条件および原料を用いて作製された選択されたカーボンブラックと比較した場合に、選択されたカーボンブラックに対するｐｐｍレベルに基づいて１０％から５０％、２０％から５０％、または３０％から１００％以上低減することができる。上記の特定は、カーボンブラックを形成するためのカーボンブラック反応器へ入る前の３００℃超へのカーボンブラック生成原料の予備加熱を行わないが、それ以外は同じ反応器条件および原料を用いて作製された選択されたカーボンブラックに対して、本発明を用いて作製された選択されたカーボンブラックを比較する実験に基づいて行われた。これは、本発明によって達成可能である重要な利点である。

本発明は、いかなる順序でもよく、および／またはいかなる組み合わせでもよい、以下の態様／実施形態／特徴を含む：
１．本発明は、カーボンブラックを作製するための方法に関し、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約３００℃超である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出され、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料の、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点への供給であって、ここで、前記予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への導入地点直前までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下である、供給；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む。
２．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約１０バール超の圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約２０バール超の圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約２０バールから約１８０バールの圧力まで加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５．前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
６．前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
７．前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
８．前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
９．少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱が、約１０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束で運転される熱交換器を有する前記ヒーター中の前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１０．前記予備加熱の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１１．前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１２．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１３．前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１４．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、熱交換器中を流れる流動性熱キャリアは、加熱され、加熱された流動性熱キャリアが、反応器の外部に配置されて、流動性熱キャリアの熱を原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１５．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、カーボンブラック生成原料を加熱する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１６．加熱ガス流の導入が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１７．前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱カーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、ここで、表面は、炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１８．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、少なくとも１つのカーボンブラック生成原料供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１９．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に予備加熱カーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２０．少なくとも約１２時間にわたって、反応器中でカーボンブラックが連続的に形成されるように、予備加熱カーボンブラック生成原料および加熱ガス流をカーボンブラック反応器中で組み合わせることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２１．カーボンブラックを作製するための方法であって、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
３６０℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約３６０℃から約８５０℃である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出され、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料の、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点への供給であって、ここで、前記予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への導入地点直前までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて約１０秒から約１２０分である、供給；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む、方法。
２２．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約２０バール超の圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２３．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約３０バール超の圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２４．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約３０バールから約１８０バールの圧力まで加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２５．前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２６．前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２７．前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２８．前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２９．少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱が、約２０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束で運転される熱交換器を有する前記ヒーター中の前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３０．前記予備加熱の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３１．前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３２．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３３．前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料の前に前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３４．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、熱交換器中を流れる流動性熱キャリアは、加熱され、加熱された流動性熱キャリアが、反応器の外部に配置されて、流動性熱キャリアの熱を原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３５．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、カーボンブラック生成原料を加熱する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３６．加熱ガス流の導入が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３７．前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱カーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、ここで、表面は、炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３８．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、少なくとも１つのカーボンブラック生成原料供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
３９．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に予備加熱カーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４０．少なくとも約１２時間にわたって、反応器中でカーボンブラックが連続的に形成されるように、予備加熱カーボンブラック生成原料および加熱ガス流をカーボンブラック反応器中で組み合わせることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４１．カーボンブラックを作製するための方法であって、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
４５０℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約４５０℃超である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出され、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、１０秒から約１２０分である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料の、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点への供給であって、ここで、前記予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への導入地点直前までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下である、供給；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む、方法。
４２．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約２０バールから約１８０バールの圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４３．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約３０バールから約１８０バールの圧力を有するように加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４４．前記カーボンブラック生成原料を、前記少なくとも１つのヒーターへ入る前に、約４０バールから約１８０バールの圧力まで加圧することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４５．前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４６．前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４７．前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４８．前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
４９．少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱が、約２０ｋＷ／ｍ²から約１５０ｋＷ／ｍ²の平均熱流束で運転される熱交換器を有する前記ヒーター中の前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５０．前記予備加熱の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５１．前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５２．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５３．前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料の前に前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５４．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、熱交換器中を流れる流動性熱キャリアは、加熱され、加熱された流動性熱キャリアが、反応器の外部に配置されて、流動性熱キャリアの熱を原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５５．前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、カーボンブラック生成原料を加熱する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５６．加熱ガス流の導入が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５７．前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱カーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、ここで、表面は、炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５８．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、少なくとも１つのカーボンブラック生成原料供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
５９．前記供給が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通しての前記予備加熱カーボンブラック生成原料のフィードを含み、および前記方法が、カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に予備加熱カーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
６０．少なくとも約１２時間にわたって、反応器中でカーボンブラックが連続的に形成されるように、予備加熱カーボンブラック生成原料および加熱ガス流をカーボンブラック反応器中で組み合わせることをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
６１．カーボンブラックを作製するための方法であって、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
３００℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約３００℃超である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて、第一の圧力および第二の圧力の際に原料が通過する断面積が同一であるとする仮定に基づいて算出される、前記第一の圧力よりも低いかほぼ同じである第二の圧力を有し、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料の、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点への供給であって、ここで、前記予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への導入地点直前までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下である、供給；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む、方法。
６２．カーボンブラックを作製するための方法であって、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
３００℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約３００℃超である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、ｉ）前記少なくとも１つのヒーター中にて、前記第一の圧力よりも低いかほぼ同じである第二の圧力を有し、ならびにｉｉ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出され、ここで、ｉ）は、第一の圧力および第二の圧力の際に原料が通過する断面積が同一であることに基づいて算出される、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料を、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給すること；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む、方法。
６３．カーボンブラックを作製するための装置であって、その装置は：
反応器であって、加熱ガス流と少なくとも１つのカーボンブラック生成原料とを組み合わせて、反応器中にカーボンブラックが形成される反応流を形成するための、反応器；
カーボンブラック生成原料を反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給して、原料を加熱ガス流と組み合わせるための少なくとも１つの原料供給ライン；
少なくとも１つの原料供給ラインにて供給されたカーボンブラック生成原料を、少なくとも約３００℃の温度まで予備加熱するように操作可能である少なくとも１つの原料ヒーター；
原料が少なくとも約３００℃まで予備加熱される前に、カーボンブラック生成原料を約１０バール超の圧力まで加圧するように操作可能であり、および少なくとも１つの原料ヒーター中に供給される原料の原料速度を、少なくとも０．２ｍ／秒とするためである少なくとも１つのポンプであって、ここで、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される、ポンプ；ならびに、
所望に応じて含んでいてよい、反応流中のカーボンブラックを冷却するための冷却器、
を含み；
ここで、前記装置は、少なくとも約３００℃まで予備加熱された原料が反応器へ導入される前の、少なくとも１つの原料ヒーターおよび少なくとも１つの原料供給ライン中での原料滞留時間が、約１２０分未満となるようにさらに操作可能である、装置。
６４．少なくとも１つの原料ヒーターが、約１０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束にてカーボンブラック生成原料を加熱するように操作可能である熱交換器を含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
６５．少なくとも１つの原料ヒーターが、反応流によって接触可能であるように反応器内に配置され、原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
６６．少なくとも１つの原料ヒーターが、反応器の少なくとも一部と接触して配置され、原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
６７．少なくとも１つの原料ヒーターが、冷却器の下流の反応器内に配置された熱交換器を含み、ここで、前記熱交換器は、その第一の側が、反応流によって加熱されるように適合され、その逆の側が、原料が少なくとも１つの原料供給ラインへ供給される前に原料と接触するように適合された壁を含み、ここで、原料は、熱交換器中にて少なくとも３００℃の温度へ加熱可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
６８．反応器内に反応流と接触可能であるように配置された流動性熱キャリアのための熱交換器をさらに含み、および少なくとも１つの原料ヒーターが、反応器の外部にあって、熱交換器から出た流動性熱キャリアの熱を原料ヒーター中の原料と交換して原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
６９．少なくとも１つの原料ヒーターが、反応器のテールガス流からの熱を交換して原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７０．プラズマ加熱可能ガス流を加熱して加熱ガス流の少なくとも一部を提供するように操作可能であるプラズマヒーターをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７１．原料ヒーターの原料が接触する壁、および少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁に、非触媒性表面をさらに含み、ここで、表面は、炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７２．原料ヒーターの原料が接触する壁、および少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁に、非触媒性セラミックライニングをさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７３．少なくとも１つの原料供給ラインをパージガスで定期的にパージするように操作可能である、炭素に対する酸化剤を含む少なくとも１つのパージガス源、および少なくとも１つの原料供給ライン上の少なくとも１つのパージガス導入地点をさらに含む、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７４．前記反応器が、原料と加熱ガス流とを組み合わせて、少なくとも約１２時間、反応器中にてカーボンブラックを連続的に形成するように操作可能である、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の装置。
７５．前記予備加熱が、前記少なくとも１つのヒーター中、および／または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前にて、蒸気膜の形成を回避する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
７６．前記予備加熱および／または前記供給が、定常状態での運転条件に基づいて、急激な圧力低下を起こさない、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
７７．前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法によって形成されるカーボンブラック。
７８．前記カーボンブラックが、原料の予備加熱を行わない方法で作製された同じ形態を有するカーボンブラックと比較して、少なくとも１０％少ない量のＰＡＨを有する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のカーボンブラック。
７９．前記カーボンブラックが、予備加熱を行わない方法で作製された同じ形態を有するカーボンブラックと比較して、全ＰＡＨ量に基づいて少なくとも１０％少ない高ＭＷ ＰＡＨ量の割合を有する、前述のまたは以下のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のカーボンブラック。
８０．カーボンブラックを作製するための方法であって、その方法は：
加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入すること；
少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給すること；
予備加熱カーボンブラック生成原料を提供するための、前記少なくとも１つのヒーター中の前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の約３００℃超である第二の温度までの予備加熱であって、ここで、（ａ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し、速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出され、ならびに（ｂ）少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱；
前記予備加熱カーボンブラック生成原料の、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点への供給であって、ここで、前記予備加熱カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への導入地点直前までの第二の原料滞留時間を有し；ならびにここで、前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下であり；ここで、前記予備加熱は、前記少なくとも１つのヒーター中、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前にて、蒸気膜の形成を回避するのに十分な圧力で行われる、供給；
前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱カーボンブラック生成原料を加熱ガス流と組み合わせ、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成すること；ならびに、
反応流中のカーボンブラックを回収（例：冷却）すること、
を含む。

本発明は、文章および／または段落中に示される、上記および／または以下の、このような種々の特徴または実施形態のいずれの組み合わせも含んでよい。本明細書で開示される特徴のいずれの組み合わせも、本発明の一部分であると見なされるものであり、組み合わせ可能である特徴に関して限定されることを意図していない。

本発明は、本発明の代表例であることを意図するものである以下の実施例によってさらに明らかにされる。

実施例１
本発明の示した付着汚染制御手法によって５００℃および７００℃にて安定で持続的な運転が可能であるカーボンブラック作製スキームにおいて、原料温度２１５℃、５００℃、および７００℃を用いた２つのグレードのカーボンブラック（ＡおよびＢ）に対して、コンピュータモデル化を用いた原料コスト節約の可能性の推計を行った。プロセススキームのモデル化には、Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓコンピュータモデル化プログラムを用い、業界で許容される慣行に従う質量およびエネルギーバランスならびに反応化学についての方法、ならびに仮定を用いた。このモデル化に用いたモデルプロセスのフローダイアグラムは、図５に示すものに類似している。図５は、グレードＡおよび原料予備加熱温度５００℃に対するプロセススキームを示し、この一般的なプロセスレイアウトは、これ以外にも、その他のモデル化された原料温度とグレードの組み合わせに適用される。図５に詳細に示されるプロセススキームは、全般的に、図１に示されるプロセススキームと類似している。図５に示されるように、原料は、第一の冷却および第二の冷却位置の間にて、カーボンブラック反応器のスモークの熱を用いて加熱される。計算に用いた原料の熱容量を図６に示す。原料は、非反応性であると仮定し；熱分解反応の吸熱性の影響は、原料の熱容量に含まれない。原料の予備加熱温度５００℃および７００℃の２つのケースについてモデル化を行い、グレードＡおよびＢについてベースラインケース（２１５℃の予備加熱）と比較した。

このモデル化に用いたグレードＡおよびＢに適用可能である液体カーボン生成原料は、デカント油およびデカント油／コールタール混合物であった。グレードＡおよびＢの液体原料は、以下の組成を有していた：

グレードＡ デカント油：
高位発熱量［Ｊ／ｋｇ］：３９，５２４，４４６
元素分析［質量％］：
灰分 ０
炭素 ８８．６８
水素 ６．９２
窒素 ０．３１
塩素 ０
硫黄 ３．８６
酸素 ０．２３

グレードＢ デカント油／コールタール：
流速［ｋｇ／時間］：３，５６２
生成熱［Ｊ／ｋｇ］：５０，６９２
高位発熱量［Ｊ／ｋｇ］：３９，８７８，６８７
元素分析［質量％］：
灰分 ０
炭素 ８８．６２
水素 ７．４０
窒素 ０．３１
塩素 ０
硫黄 ３．４４
酸素 ０．２３
コールタール［質量％］：３０．０

表２〜７は、予備加熱温度５００℃および７００℃の各温度におけるカーボンブラックの各グレードについて、モデル化の計算に用いた生データを示す。モデル化の計算結果も、これらの表に示す。

結果から示されるように、より低い従来の原料温度２１５℃での処理と比較して、原料が５００℃まで予備加熱される場合は１０％超、原料が７００℃まで予備加熱される場合は２０％超の原料コストの節約を、原料の付着汚染のない安定なモードで得ることができる。表７中の「ＣＢ収率」および他のいくつかのデータは、従来の原料温度２１５℃をベースライン（１００％）として用い、より高い温度で予備加熱された原料をこのベースラインと比較している。示されるように、本発明の付着汚染制御手法により、工業的スケールでの運転を含め、このような高い原料温度での運転が可能となる。表７において、反応器エネルギー効率（ＲＥＥ）は、原料（ＦＳ）およびバーナー燃料および電気エネルギーの熱量を含むまとめたエネルギーインプットに対する生成された物質の熱量の比として定義され、ＲＥＥ ＝ （ＨＨＶ‐ＣＢ）／（ＨＨＶ‐原料 ＋ ＨＨＶ‐天然ガス ＋ ｋＷｈ／ｋｇ‐ＣＢ電気エネルギー）、である。表７において、バーナー化学量論性は、バーナーの化学量論的空気流（バーナー燃料の完全な燃焼に要する空気流）に対するバーナー空気流のパーセントとして定義される。

このモデルで示される利点は、Ｎ１００からＮ１０００などのいずれかのＡＳＴＭグレードなど、いずれのカーボンブラックによっても達成されるであろう。モデル化は、同じ利点を示すであろう。

実施例２
これらの例では、９回の試験運転を行い、以下でさらに説明する種々の原料サンプルを用いたカーボンブラック生成原料の７０℃からおよそ５００℃への加熱の例を示す。種々の運転パラメータを表８に示し、さらに、用いた原料の種類も表８に示し、原料の詳細は表９に示す。表８から分かるように、本発明に従うことで、カーボンブラック生成原料は、５００℃以上のオーダーの温度まで予備加熱することができ、それでも、カーボンブラックを良好に連続的に作製することができる。試験番号２〜５、８、および９で形成されたカーボンブラックについて、カーボンブラックの分析を行い、これらのカーボンブラックは、形態、純度などに基づいて、カーボンブラックとして商業的な使用が許容されることが明らかとなった。本発明で作製されたカーボンブラックの１つの利点は、カーボンブラックのＰＡＨレベルが、同じ形態を有する従来のカーボンブラックよりも約５０％少ないＰＡＨ（ｐｐｍレベルで）のオーダーであることが明らかとなった。従って、本発明の１つのさらなる利点は、ＰＡＨ量が非常に低減された商業的に許容されるカーボンブラックを形成することができることである。ＰＡＨの測定は、本技術分野で理解されるＰＡＨ‐２０の測定に基づいて行った。

表８において以下にさらに示されるように、「急激な圧力低下」の欄の記載は、蒸気膜および／またはコーキングが形成していたか、もしくは形成するところであったか、またはそうでなかったかを示している。「なし」と記載される場合、これは、急激な圧力低下が検出されなかったことを意味し、実際、ヒーターラインまたは供給ラインにコークス形成および蒸気膜形成を起こすことなく商業的に許容されるカーボンブラックが作製されたことから、この試験運転は成功と見なされた。急激な圧力低下の欄の記載が「あり」の場合、これは、カーボンブラックの製造中に定常運転条件からの急速な圧力低下があったことを示すものであり、これは、蒸気膜形成が発生しており、装置のコーキングが不可避であることを明らかに示すものであった。実際、この理解を確認するための試験番号１において、急激な圧力低下が試験番号１で見られており、最終的には、原料ヒーターの部品を分析すると、ヒーター中のフィードラインにコーキングが目視で検出され、急激な圧力低下はコーキング形成が不可避であることを示すものであることが確認された。

試験例２〜５、８、および９は、高温の原料を用いてカーボンブラックを作製し、さらに蒸気膜およびコーキングの形成を回避し、商業的に許容されるカーボンブラック製品につなげることができることを明らかに示している。

急激な圧力低下が確認され、試験番号１ではコーキングが発生した、本発明を用いることによる試験例１、６、および７において、これらの試験運転は、ヒーター入口圧力の調節もしくはヒーター入口圧力の上昇、および／または油入口速度の上昇、および／またはヒーター中滞留時間の短縮によって、急激な圧力低下を、従って、蒸気膜および／またはコーキングの形成を回避するように調節することが可能である。ヒーター入口圧力を、例えば１０％以上上昇させることにより、これは、カーボンブラック生成原料の予備加熱の間にヒーター中にて蒸気が形成されることを回避する効果を有する。本質的に、ヒーター入口圧力の調節（通常は圧力の上昇）、油入口速度の上昇、および／または滞留時間の短縮のいずれの組み合わせによっても、蒸気形成の低減および／または蒸気形成の排除が可能であり、従って急激な圧力低下を回避することができる。

以下の例の中で、例２〜５、８、および９について、従来の原料温度２１５℃を用いて作製されたカーボンブラックをベースライン（１００％）として比較し、より高い温度で予備加熱した原料をこのベースラインと比較した場合に、カーボンブラック収率（重量％による）の改善が得られた。これらの例では、４％から８％の（重量％による）カーボンブラック収率の改善が見られた。さらに、本発明の例は、従来の原料温度２１５℃を用いて作製されたカーボンブラックをベースライン（１００％）として比較し、より高い温度で予備加熱した原料に対して使用されたエネルギーをこのベースラインと比較した場合に、７％から１１％のエネルギーの節約が得られた。従って、本発明は、カーボンブラックのより高い収率を提供し、それを行うために使用されるエネルギーを低減するものであり、これは、従来のプロセスよりも優れており、予想外でもある。

^* コーキングの存在を確認
^** ヒーター／反応器への損傷を回避するために実験をすぐに中止

出願者らは、本開示で引用されるすべての参考文献の全内容を特に組み込むものである。さらに、量、濃度、またはその他の値もしくはパラメータが、範囲、好ましい範囲、または上側の好ましい値と下側の好ましい値のリストのいずれかとして与えられる場合、範囲が別々に開示されるかどうかに関わらず、これは、範囲のいずれの上限または上側の好ましい値、および範囲のいずれの下限または下側の好ましい値のいずれの対から形成される範囲もそのすべてを具体的に開示するものとして理解されるべきである。数値の範囲が本明細書にて挙げられる場合、特に断りのない限り、その範囲は、その端点、ならびにその範囲内のすべての整数および分数を含むことを意図している。範囲が定められる場合、本発明の範囲は、その示された具体的な数値に限定されることを意図していない。

本発明のその他の実施形態は、本明細書の考察、および本明細書で開示される本発明の実践から、当業者には明らかであろう。本明細書および例は、単なる例示として見なされるものであり、本発明の実際の範囲および趣旨は、以下の請求項およびその均等物によって示されることを意図している。

Claims (79)

1. カーボンブラックを作製するための方法であって：
   加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
   少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
   予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、約３００℃超である第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）、ならびに（ｂ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱工程；
   前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点に供給する工程であって、前記予備加熱したカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への前記導入地点直前までに約１２０分未満である第二の原料滞留時間を有し、且つ前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下であり、前記予備加熱工程により、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前に、蒸気膜が形成されることが回避される、供給工程；
   前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
   前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
   を含む、方法。
2. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約１０バール超の圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約２０バール超の圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約２０バールから約１８０バールの圧力に前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、請求項１に記載の方法。
6. 前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、請求項１に記載の方法。
7. 前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱工程が、約１０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束で運転される熱交換器を備えた前記ヒーター中で、前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記予備加熱工程の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、請求項１に記載の方法。
11. 前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、請求項１に記載の方法。
13. 前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、前記熱交換器中を流れる流動性熱キャリアが加熱され、前記加熱された流動性熱キャリアが、前記反応器の外部に配置され且つ前記流動性熱キャリアの熱を前記原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、請求項１に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、前記カーボンブラック生成原料を加熱する、請求項１に記載の方法。
16. 前記加熱ガス流の導入工程が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、前記加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、前記表面が炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、請求項１に記載の方法。
18. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱したカーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱したカーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記予備加熱したカーボンブラック生成原料および前記加熱ガス流を前記カーボンブラック反応器中で組み合わせて、少なくとも約１２時間にわたって、前記反応器中でカーボンブラックを連続的に形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
21. カーボンブラックを作製するための方法であって：
    加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
    ３６０℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
    予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約３６０℃から約８５０℃の第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）、ならびに（ｂ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱工程；
    前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点に供給する工程であって、前記予備加熱したカーボンブラック生成原料は、前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への前記導入地点直前までに約１２０分未満である第二の原料滞留時間を有し、且つ前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて約１０秒から約１２０分であり、前記予備加熱工程により、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前に、蒸気膜が形成されることが回避される、供給工程；
    前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
    を含む、方法。
22. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約２０バール超の圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約３０バール超の圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約３０バールから約１８０バールの圧力に前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
25. 前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、請求項２１に記載の方法。
26. 前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、請求項２１に記載の方法。
27. 前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、請求項２１に記載の方法。
28. 前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、請求項２１に記載の方法。
29. 前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱工程が、約２０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束で運転される熱交換器を備えた前記ヒーター中で、前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、請求項２１に記載の方法。
30. 前記予備加熱工程の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、請求項２１に記載の方法。
31. 前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、請求項２１に記載の方法。
32. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、請求項２１に記載の方法。
33. 前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料の前に前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、請求項２１に記載の方法。
34. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、前記熱交換器中を流れる流動性熱キャリアが加熱され、前記加熱された流動性熱キャリアが、前記反応器の外部に配置され且つ前記流動性熱キャリアの熱を前記原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、請求項２１に記載の方法。
35. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、前記カーボンブラック生成原料を加熱する、請求項２１に記載の方法。
36. 前記加熱ガス流の導入工程が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、前記加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、請求項２１に記載の方法。
37. 前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、前記表面が炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、請求項２１に記載の方法。
38. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱カーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
39. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱したカーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
40. 前記予備加熱したカーボンブラック生成原料および前記加熱ガス流を前記カーボンブラック反応器中で組み合わせて、少なくとも約１２時間にわたって、前記反応器中でカーボンブラックを連続的に形成することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
41. カーボンブラックを作製するための方法であって：
    加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
    ４５０℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
    予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約４５０℃超である第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）、ならびに（ｂ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、１０秒から約１２０分である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱工程；
    前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点に供給する工程であって、前記予備加熱したカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への前記導入地点直前までに約１２０分未満である第二の原料滞留時間を有し、且つ前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下であり、前記予備加熱工程により、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前に、蒸気膜が形成されることが回避される、供給工程；
    前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
    を含む、方法。
42. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約２０バールから約１８０バールの圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約３０バールから約１８０バールの圧力を有するように前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
44. 前記カーボンブラック生成原料が前記少なくとも１つのヒーターに入る前に、約４０バールから約１８０バールの圧力に前記カーボンブラック生成原料を加圧することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
45. 前記速度が、少なくとも約１ｍ／秒である、請求項４１に記載の方法。
46. 前記速度が、少なくとも約１．６ｍ／秒である、請求項４１に記載の方法。
47. 前記カーボンブラック生成原料が、デカント油、コールタール生成物、エチレンクラッカー残渣、アスファルテン含有油、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、請求項４１に記載の方法。
48. 前記カーボンブラック生成原料が、約１６０℃から約５００℃の初期沸点を有する、請求項４１に記載の方法。
49. 前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の前記予備加熱工程が、約２０ｋＷ／ｍ²から約１５０ｋＷ／ｍ²の平均熱流束で運転される熱交換器を備えた前記ヒーター中で、前記カーボンブラック生成原料を加熱することを含む、請求項４１に記載の方法。
50. 前記予備加熱工程の少なくとも一部が、前記カーボンブラック反応器、またはその他のカーボンブラック反応器、またはその両方によって発生される熱によって少なくとも部分的に提供される熱を有する前記少なくとも１つのヒーター中で行われる、請求項４１に記載の方法。
51. 前記第一の滞留時間および前記第二の滞留時間が、合わせて６０分未満である、請求項４１に記載の方法。
52. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器の少なくとも一部と熱交換状態にある、請求項４１に記載の方法。
53. 前記少なくとも１つのヒーターが、冷却器の下流の前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と接触し、前記少なくとも１つのヒーターが、その第一の側が、前記反応流によって加熱され、その逆の側が、前記カーボンブラック生成原料の前に前記カーボンブラック生成原料と接触する壁を有する熱交換器を含む、請求項４１に記載の方法。
54. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器中の前記反応流と熱交換する熱交換器を含み、前記熱交換器中を流れる流動性熱キャリアが加熱され、前記加熱された流動性熱キャリアが、前記反応器の外部に配置され且つ前記流動性熱キャリアの熱を前記原料と交換して前記カーボンブラック生成原料を加熱するよう操作可能である前記少なくとも１つのヒーター中を通る、請求項４１に記載の方法。
55. 前記少なくとも１つのヒーターが、前記カーボンブラック反応器、または異なるカーボンブラック反応器、またはその両方からのカーボンブラックテールガスを少なくとも部分的に熱源として、前記カーボンブラック生成原料を加熱する、請求項４１に記載の方法。
56. 前記加熱ガス流の導入工程が、プラズマ加熱可能ガス流をプラズマヒーター中にてプラズマ加熱し、前記加熱ガス流の少なくとも一部を提供することを含む、請求項４１に記載の方法。
57. 前記少なくとも１つのヒーターのカーボンブラック生成原料と接触する壁および前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内壁に、非触媒性表面を提供することをさらに含み、前記表面が炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、請求項４１に記載の方法。
58. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱したカーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料の供給ラインを通して、炭素に対する酸化剤を含むパージガスを定期的にフィードすることをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
59. 前記供給工程が、前記カーボンブラック反応器へ供給を行う少なくとも１つの原料供給ラインを通して前記予備加熱カーボンブラック生成原料をフィードすることを含み、および前記方法が、前記カーボンブラック生成原料の少なくとも部分的なフラッシングと共に前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記カーボンブラック反応器へ注入することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
60. 前記予備加熱したカーボンブラック生成原料および前記加熱ガス流を前記カーボンブラック反応器中で組み合わせて、少なくとも約１２時間にわたって、前記反応器中でカーボンブラックを連続的に形成することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
61. カーボンブラックを作製するための方法であって：
    加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
    ３００℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
    予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約３００℃超である第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーター中にて、前記第一の圧力よりも低いかほぼ同じである第二の圧力を有し（前記圧力は、第一の圧力および第二の圧力の際に原料が通過する断面積が同一であるとする仮定に基づいて算出される）、ならびに（ｂ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱工程；
    前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点に供給する工程であって、前記予備加熱したカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への前記導入地点直前までに約１２０分未満である第二の原料滞留時間を有し、且つ前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下であり、前記予備加熱工程により、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前に、蒸気膜が形成されることが回避される、供給工程；
    前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
    を含む、方法。
62. カーボンブラックを作製するための方法であって：
    加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
    ３００℃未満である第一の温度を有する少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を、１０バール超である第一の圧力にて少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
    予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約３００℃超である第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、ｉ）前記少なくとも１つのヒーター中にて、前記第一の圧力よりも低いかほぼ同じである第二の圧力を有し、ならびにｉｉ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）、ｉ）は、第一の圧力および第二の圧力の際に原料が通過する断面積が同一であることに基づいて算出される、予備加熱工程；
    前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給する工程であって、前記予備加熱工程により、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前に、蒸気膜が形成されることが回避される、供給工程；
    前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
    を含む、方法。
63. カーボンブラックを作製するための装置であって：
    反応器であって、加熱ガス流と少なくとも１つのカーボンブラック生成原料とを組み合わせて、前記反応器中でカーボンブラックが形成される反応流を形成するための、反応器；
    前記カーボンブラック生成原料を、前記反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給して、前記原料を前記加熱ガス流と組み合わせるための少なくとも１つの原料供給ライン；
    前記少なくとも１つの原料供給ラインに供給される前記カーボンブラック生成原料を、少なくとも約３００℃の温度に予備加熱するように操作可能である少なくとも１つの原料ヒーター；
    前記原料が少なくとも約３００℃に予備加熱される前に、前記カーボンブラック生成原料を約１０バール超の圧力に加圧するように操作可能であり、且つ前記少なくとも１つの原料ヒーター中に供給される前記原料の原料速度を、少なくとも０．２ｍ／秒とするための少なくとも１つのポンプ（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを冷却するための冷却器、
    を含み；
    前記装置が、少なくとも約３００℃に予備加熱された前記原料が前記反応器へ導入される前の、前記少なくとも１つの原料ヒーターおよび前記少なくとも１つの原料供給ライン中での原料滞留時間が、約１２０分未満となるようにさらに操作可能である、装置。
64. 前記少なくとも１つの原料ヒーターが、約１０ｋＷ／ｍ²超の平均熱流束にて前記カーボンブラック生成原料を加熱するように操作可能である熱交換器を含む、請求項６３に記載の装置。
65. 前記少なくとも１つの原料ヒーターが、前記反応流によって接触可能であるように前記反応器内に配置され、前記原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、請求項６３に記載の装置。
66. 前記少なくとも１つの原料ヒーターが、前記反応器の少なくとも一部と接触して配置され、前記原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、請求項６３に記載の装置。
67. 前記少なくとも１つの原料ヒーターが、前記冷却器の下流の前記反応器内に配置された熱交換器を含み、前記熱交換器は、その第一の側が、前記反応流によって加熱されるように適合され、その逆の側が、前記原料が前記少なくとも１つの原料供給ラインへ供給される前に原料と接触するように適合された壁を含み、前記原料が、前記熱交換器中にて少なくとも３００℃の温度へ加熱可能である、請求項６３に記載の装置。
68. 前記反応器内に前記反応流と接触可能であるように配置された流動性熱キャリアのための熱交換器をさらに含み、および前記少なくとも１つの原料ヒーターが、前記反応器の外部にあって、且つ前記熱交換器から出た前記流動性熱キャリアの熱を前記原料ヒーター中の前記原料と交換して前記原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、請求項６３に記載の装置。
69. 前記少なくとも１つの原料ヒーターが、前記反応器のテールガス流からの熱を交換して、前記原料を少なくとも３００℃の温度へ加熱するように操作可能である、請求項６３に記載の装置。
70. プラズマ加熱可能ガス流を加熱して前記加熱ガス流の少なくとも一部を提供するように操作可能であるプラズマヒーターをさらに含む、請求項６３に記載の装置。
71. 前記原料ヒーターの原料が接触する壁、および前記少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁に、非触媒性表面をさらに含み、前記表面が炭化水素の分解または重合に対して非触媒性である、請求項６３に記載の装置。
72. 前記原料ヒーターの原料が接触する壁、および前記少なくとも１つの原料供給ラインの原料が接触する内壁に、非触媒性セラミックライニングをさらに含む、請求項６３に記載の装置。
73. 前記少なくとも１つの原料供給ラインをパージガスで定期的にパージするように操作可能である、炭素に対する酸化剤を含む少なくとも１つのパージガス源および前記少なくとも１つの原料供給ライン上の少なくとも１つのパージガス導入地点をさらに含む、請求項６３に記載の装置。
74. 前記反応器が、原料と加熱ガス流とを組み合わせて、少なくとも約１２時間、前記反応器中にてカーボンブラックを連続的に形成するように操作可能である、請求項６３に記載の装置。
75. 前記予備加熱工程および前記供給工程が、定常状態での運転条件に基づいて、急激な圧力低下を起こさない、請求項１〜６２のいずれか一項に記載の方法。
76. 請求項１〜６２のいずれか一項に記載の方法によって形成されたカーボンブラック。
77. 前記カーボンブラックが、前記予備加熱工程を含まない方法で作製された同じ形態を有するカーボンブラックと比較して、少なくとも１０％少ない量のＰＡＨを有する、請求項７６に記載のカーボンブラック。
78. 前記カーボンブラックが、前記予備加熱工程を含まない方法で作製された同じ形態を有するカーボンブラックと比較して、全ＰＡＨ量に基づいて少なくとも１０％少ない高ＭＷ ＰＡＨ量の割合を有する、請求項７６に記載のカーボンブラック。
79. カーボンブラックを作製するための方法であって：
    加熱ガス流をカーボンブラック反応器中へ導入する工程；
    少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を少なくとも１つのヒーターへ供給する工程；
    予備加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、前記少なくとも１つのヒーター中で前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約３００℃超である第二の温度に予備加熱する工程であって、（ａ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーター中にて少なくとも０．２ｍ／秒である速度を有し（速度は、６０℃、１気圧で測定された原料密度、および前記少なくとも１つのヒーター中に存在する原料ラインの最も小さい断面積に基づいて算出される）、ならびに（ｂ）前記少なくとも１つのカーボンブラック生成原料が、約１２０分未満である前記ヒーター中の第一の原料滞留時間を有する、予備加熱工程；
    前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を、前記カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入地点へ供給する工程であって、前記予備加熱したカーボンブラック生成原料が、前記少なくとも１つのヒーターを出てから前記カーボンブラック反応器への前記導入地点直前までに約１２０分未満である第二の原料滞留時間を有し、且つ前記第一の原料滞留時間と前記第二の原料滞留時間とは、合わせて１２０分以下であり、前記予備加熱が、前記少なくとも１つのヒーター中にて、または前記カーボンブラック反応器への前記供給の前にて、蒸気膜の形成を回避するのに十分な圧力で行われる、供給工程；
    前記カーボンブラック反応器への前記少なくとも１つの導入地点を通して、少なくとも前記予備加熱したカーボンブラック生成原料を前記加熱ガス流と組み合わせて、前記カーボンブラック反応器中にてカーボンブラックが形成される反応流を形成する工程；ならびに、
    前記反応流中の前記カーボンブラックを回収する工程、
    を含む、方法。

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