JP2022539513A - カーボンブラックの製造プロセスおよび関連するファーネス反応器 - Google Patents

Abstract

提案されているのは、以下の工程を含む低空隙率のカーボンブラック組成物を得るためのプロセスである。（Ａ）熱化学的分解を達成するために、炭化水素原料を高温燃焼ガス流にさらす。（Ｂ）反応ガスを冷す。（Ｃ）こうして得られたカーボンブラックを回収する。前記燃焼ガス流は、少なくとも１つの酸化剤および少なくとも１つの燃料成分からなり、前記酸化剤および／または前記燃料成分の少なくとも一部は、それが予燃焼室に導入されて高温燃焼ガス流を形成する前に、電気的予熱工程に供される。

Description

本発明は、カーボンブラックの領域に言及し、それを製造するためのプロセス、低空隙率のカーボンブラック、その使用、および製品を得るためのファーネス反応器を提供する。

カーボンブラックは、ゴム組成物における最先端の補強材料である。比表面積や構造などの形態により、タイヤの摩耗性能、転がり抵抗、発熱、引き裂き抵抗など、最終製品のさまざまな物理的特性が影響を受ける。摩耗性能は、タイヤが非常に重い負荷に対処しなければならないバスおよびトラックのタイヤにとって特に重要である。トラックやバスのトレッドコンパウンドでは、非常に高いレベルの摩耗性能を達成するために、細かく分散したカーボンブラック粒子が必要である。カーボンブラックも顔料として広く使用されている。その色と導電性により、コーティング、インク、塗料、プラスチック材料など多くの用途の一部となる。

最先端技術から、異なる特性を有するカーボンブラック（ファーネスブラックとも呼ばれる）を製造するための多数のプロセスが知られている。例えば：

ＥＰ０７５４７３５Ｂ１（ＤＥＧＵＳＳＡ）は、改良されたカーボンブラックおよびそれらを製造するためのプロセスを開示している。改良されたカーボンブラックは、ＳＳＢＲ／ＢＲゴム組成物に組み込まれた後、同じＣＴＡＢ表面を持つ従来のブラックとは異なり、転がり抵抗が低く、ウェットスキッドの挙動が同等かそれ以上である。それらは、燃焼室で燃焼を行うことにより、従来のカーボンブラック反応器で製造することができ、その結果、炭素核が形成され、すぐにカーボンブラック原料と接触する。

ＥＰ１０７８９５９Ｂ１（ＥＶＯＮＩＫ）は、水素（Ｈ）含有量が４０００ｐｐｍを超え、非共役Ｈ原子と芳香族および黒鉛状Ｈ原子とのピーク積分比が１．２２未満であるファーネスカーボンブラックを指す。ファーネスカーボンブラックは、液体カーボンブラック原料と気体カーボンブラック原料とをファーネスプロセスの同じポイントに注入することによって製造される。

ＥＰ１２３３０４２Ｂ１（ＤＥＧＵＳＳＡ）は、ＣＴＡＢ表面積が約１０～３５ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸収が約４０～１８０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラックを指し、ΔＤ５０値は少なくとも３４０ｎｍである。カーボンブラックは、反応器のくびれに注入された液体カーボンブラック原料と気体カーボンブラック材料とから、ファーネスブラック反応器で製造することができる。他の形態のカーボンブラックと比較して、それぞれの製品は、分散性の改善などの有利な特性を有し、経済的かつ便利に、ゴム混合物、特に押出プロファイルの製造に使用される製品に使用できる。

ＥＰ１４８９１４５Ｂ１（ＥＶＯＮＩＫ）は、燃焼室内で高温燃焼ガスの流れを生成し、燃焼室から反応器の狭い点を通って流れ軸に沿って、高温燃焼ガスを供給して、ファーネスブラックを製造するためのプロセスを示唆している。反応ゾーン、反応器の狭いポイントの前、内部、または後ろの燃焼ガスの流れにカーボンブラック原料を混合し、水を噴霧することによって反応ゾーンの下流でカーボンブラックの形成を停止し、ガスバーナーを介して蒸気を軸方向に噴射する。任意でラジアルオイルノズルとビーズカーボンブラックとが反応器の狭いポイントの前および／または後に導入される。

ＥＰ２３６１９５４Ｂ１（ＥＶＯＮＩＫ）は、ＣＴＡＢ表面積が２０～４９ｍ２／ｇで、ＣＯＡＮが９０ｍｌ／（１００ｇ）を超え、２３５ｍｌ／（１００ｇ）よりＯＡＮとＣＯＡＮの合計が大きいカーボンブラックに関する。カーボンブラックはファーネス反応器で製造され、カーボンブラックに使用される原料の２０～５５重量パーセントが、反応ゾーンの最初の３分の１内のノズルから放射状に導入され、カーボンブラックに使用される原料の残りの量は、ノズルを介して、少なくとも１つのさらなる点の上流で反応器に導入される。カーボンブラックはゴム混合物に使用できる。

ＥＰ２４７９２２３Ａｌ（ＥＶＯＮＩＫ）は、反応器軸に沿った燃焼ゾーン、反応ゾーンおよび終端ゾーンを含み、燃焼ゾーンで高温排気ガスの流れを生成することを含む、ファーネスブラック反応器でファーネスブラックを生成する方法を記載している。酸素含有ガス中で燃料を完全に燃焼させ、燃焼ゾーンからの排気ガスを反応ゾーンを介して終端ゾーンに通し、カーボンブラック原料を反応ゾーンの高温排気ガスに混合し、水を噴霧して終端ゾーンのカーボンブラックと高温排気ガスとの反応を停止する。

ＥＰ２６３８６４Ａ１（ＢＩＲＬＡ）は、カーボンブラックを製造するための反応器を開示し、前記反応器は、燃料バーナーと空気入口との間に提供されるフローガイド手段を含み、空気入口に入る燃焼用空気の流路を変更して、燃料と燃焼用空気のより良い混合により、より高温の高温燃焼ガスが生成され、その後、反応室で受け取られ、そこで炭素質原料と反応してカーボンブラックが生成される。反応器はカーボンブラックの生産を最大２０パーセント増加させる。さらに、フローガイド手段の配置は、燃料バーナーからの火炎を安定させて、それを原子炉軸に沿って維持し、したがって、耐火物ライニングの寿命を延ばす。

ＷＯ２０１８１６５４８３Ａ１（ＭＯＮＯＬＩＴＨ）は、例えばグラファイトまたはタングステンから作られた加熱要素を使用して、前記ガスを炭化水素供給原料と接触させる前に、ジュール加熱によって熱伝達ガスを加熱することを教示している。このプロセスでは二酸化炭素の排出量は少ないが、カーボンブラックはプラズマから生成されるため、得られたカーボンブラックは品質が低く、たとえばタイヤ業界で使用されるゴムの仕様と一致しない。本特許は、予燃焼室とチョークエリアとの組み合わせを開示していない。

以下の特許文献は、特定のファーネス反応器を使用するプロセスから得られる異なる粒子サイズ分布を有するカーボンブラックに関するものである。

例えば、ＥＰ０５４６００８Ｂ１（ＣＡＢＯＴ）は、以下の多数の特徴によって特徴付けられる改良されたカーボンブラックを指す：１５５ｍ２／ｇを超えるＣＴＡＢ値、１８０ｍｇ／ｇを超える要素価；１６０ｍ２／ｇを超えるＮ２ＳＡ値；１４５％を超える色合い値；ＣＤＢＰ値は９０～１０５ｃｃ／１００ｇ；１５５～１４０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰ値；ΔＤＢＰ＝ＤＢＰ-ＣＤＢＰ値は２０～３５ｃｃ／１００ｇ；４０ｎｍ未満のΔＤ５０値；４０～６５ｎｍのＤモード；ΔＤ５０／Ｄｍｏｄｅ比は０．５５から０．６７；ＡＳＴＭ骨材の体積は１３７６．０００ｎｍ３未満である。カーボンブラックは、「段階的」ファーネス反応器とも呼ばれるモジュール式の炉を使用して得られる。

また、ＥＰ０６０８９９２Ｂ１（ブリヂストン）は、カーボンブラックを製造するための特定のファーネス反応器を開示している。燃焼室は、反応室に円錐形に開くベンチュリ部分に接続されている。しかしながら、この反応器の寸法は、本発明の改良された反応器と比較して異なる。特にチョークエリアの直径と長さの比は１より大きい。カーボンブラックの組成は、０．６１から０．７９のΔＤ５０／Ｄｍｏｄｅ値を示す。

ＥＰ０７９２９２０Ａｌ（三菱）によれば、ΔＤ５０／Ｄモード比がわずか０．４７～０．５３であるカーボンブラックが、長いチョーク（ｄ／Ｉ＝０．１～０．８）を備えたファーネス反応器を使用して得られるが、ベンチュリセクションはない。

非常に類似した教示がＥＰ０９８２３７８ Ａｌ（三菱）から得られ、非常に狭いＡＳＤを有するが、非常に長いチョークセクションを備えた反応器から得られる最大１３ｎｍの非常に小さい粒子サイズを有するカーボンブラックを開示する。このプロセスでは、原料注入時に最大３Ｖｏｌ．－％、好ましくは０．０５～１Ｖｏｌ．－％の特定の酸素濃度も必要である。

欧州特許出願ＥＰ１５２９８１８Ａ１（ＥＶＯＮＩＫ）は、ビーズ付カーボンブラックで測定された、１２０ｍｌ／１００ｇ未満のＯＡＮを有するカーボンブラックに関する。塩溶液がエアロゾルに変換され、次にこれがカーボンブラック形成ゾーンに導入される、カーボンブラックの調製方法が記載されている。

ＥＰ３０６０６０９Ａｌ（ＯＲＩＯＮ）は、約０．５８から約０．６５のΔＤ５０／Ｄモード値および約０．５から約０．８の相対スパン（Ｄ９０～Ｄ１０）／Ｄ５０によって特徴付けられる狭いＡｇ凝集体サイズ分布（ＡＳＤ）を示すカーボンブラック組成物を指し、燃焼室とチョークエリアが一定の直径の管によって接続されていることを特徴とする改良されたファーネス反応器によって得られる。

ＷＯ２０１３０１５３６８Ａｌ（ブリヂストン）は、光散乱法によって得られたカーボンブラックの凝集体分布の標準偏差を特徴とするカーボンブラックを開示している。ファーネス反応器は、円筒反応ゾーンによって特徴付けられる。

ＷＯ２０１６０３０４９５Ａ１（ＯＲＩＯＮ）は、ＳＴＳＡ表面積が１３０ｍ２／ｇから３５０ｍ２／ｇであり、ＢＥＴ表面積とＳＴＳＡ表面積の比が１．１未満である場合、ファーネスブラックに関する。ＳＴＳＡの表面積は１３０ｍ２／ｇから１５０ｍ２／ｇの範囲であり、ＳＴＳＡの表面積が１５０ｍ２／ｇから１８０ｍ２／ｇを超える場合、ＳＴＳＡの表面積に対するＢＥＴの表面積の比率は１．２未満である。ＳＴＳＡ表面積が１８０ｍ２／ｇより大きい場合、ＳＴＳＡ表面積に対するＢＥＴ表面積の比は１．３未満であり、ＳＴＳＡ表面積およびＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ ６５５６および炉に従って測定される。燃焼ガス流を形成するときの可燃性物質とＯ２の化学量論比が、１．２未満のａｋ係数が得られるように調整され、反応器に供給されるＣＯ２量を制限しながら、反応器内の不活性ガス濃度を増加させる。

ＦＲ２６５７３７５Ａｌ（東海カーボン）はまた、１２５～１６２ｍ²／ｇのＢＥＴ値および０．５５～０．６６のΔＤ５０／Ｄモード比を有するカーボンブラックを製造するための方法に関する。

米国特許第５，２５４，３２５号（日本製鉄）は、高温ガスをピストン流状態に維持するためのスロートを備えたカーボンブラックを製造するための反応器を開示している。

米国特許出願第２０１６ ２５５６８６ Ａ１（ＤＩＫＡＮ）は、高度に構造化されたカーボンブラック、合成および処理の方法、ならびにそれらから調製された分散液およびインクジェットインク配合物を指す。カーボンブラックは、１７０ｍＬ／１００ｇ以上のＯＡＮを示し、ＳＴＳＡの範囲は１６０～２２０ｍ２／ｇである。

ＪＰ２００１２４０７６８Ａｌ（三菱）は、平均粒子径が硝酸で後処理された１６ｎｍ以下の塗料に使用するために、少なくとも５００ｍｍの非常に長いチョークエリアを有するファーネス反応器から得られるカーボンブラックを指す。

典型的には、例えば天然ガスとしての可燃性ガスは、例えば酸素または空気としての酸化剤と共に予燃焼室に導入される。燃焼は２，７００°Ｃまでの温度で行われる。このようにして得られた高温の燃焼ガスは、ファーネス反応器（「チョークエリア」）に導入され、炭化水素と反応してカーボンブラックを形成する。このプロセスではまた二酸化炭素の生成が少ないが、高品質のカーボンブラックが生成される。

残念ながら、燃焼反応は、一酸化炭素および二酸化炭素が形成されることに応じて様々な副反応を伴い、炭素源の一部が失われ、プロセス全体の二酸化炭素排出量を大幅に増加させることを意味する。燃焼プロセス中の一酸化炭素と二酸化炭素の形成は、このようにして得られる生成物に不利な影響を及ぼす。特に高い反応温度では、カーボンブラックは高い空隙率を示し、かなりの数の用途に適さないためである。

したがって、本発明の１つの目的は、一方ではガス状炭素含有製品の形成を介して炭素の損失を低減し、他方では低空隙率のカーボンブラック品質をもたらすプロセスを提供することであった。

本発明の別の目的は、様々な空隙率の炭素品質を有するプロセスを提供することである。

本発明の第１の目的は、以下の工程を含むか、またはそれからなる、好ましくは低空隙率のカーボンブラック組成物を得る方法に関する。
（Ａ）熱化学的分解を達成するために、炭化水素原料を高温燃焼ガス流にさらす。
（Ｂ）反応ガスを冷却する。
（Ｃ）こうして得られたカーボンブラックを回収する。
前記燃焼ガス流は、少なくとも１つの酸化剤および少なくとも１つの燃料成分からなる。
（ｉ）前記酸化剤および／または前記燃料成分の少なくとも一部は、それが予燃焼室に導入されて高温燃焼ガス流を形成する前に、電気的予熱工程に供される。
（ｉｉ）工程（ｉ）の前記高温燃焼ガス流は、燃焼のためにチョークエリアに移送される。
（ｉｉｉ）工程（ｉｉ）で得られた燃焼生成物は、終端ゾーンを含む反応トンネルに移送されて、回収されるカーボンブラック粒子を形成する。

本発明の第２の目的は、以下の要素を含むか、またはそれからなる、好ましくは低空隙率のカーボンブラックを製造するためのファーネス反応器に関する。
（ｉ）予燃焼室、
（ｉｉ）チョークエリア、
（ｉｉｉ）反応トンネル、
（ｉｖ）終端ゾーン、
（ｖ）少なくとも１つの電気予熱装置、および任意で
（ｖｉ）熱交換器。
（ａ）予燃焼室には、酸化剤及び燃料成分の入口があり、高温の燃焼ガスを生成する能力があり、チョークエリアに接続されている。
（ｂ）チョークエリアには、炭化水素原料用の入口が少なくとも１つ含まれており、反応トンネルに接続されている。
（ｃ）反応ゾーンはカーボンブラック凝集体を形成することができ、終端ゾーンに接続されている。
（ｄ）終端ソーンには次のものが含まれる。
（ｄ１）クレンチ剤（通常は水または他のクレンチ液）を導入するための少なくとも１つ、好ましくは２つ、３つ、４つまたは多数のノズル、または
（ｄ２）少なくとも１つの熱交換器（例えば、蒸発器またはクエンチボイラー）に接続されているか、それらで構成されており、
カーボンブラック骨材を冷却することができる。
（ｅ）終端ゾーンの出口は、カーボンブラックの熱エネルギーの少なくとも一部を酸化剤／および／または燃料成分に伝達してそれらを暖めることができる熱交換器に接続することができる。
（ｆ）前記酸化剤および／または燃料成分の流れは、予熱装置、好ましくは、予燃焼室に導入される前に加熱される電気予熱装置に導入される。任意で
（ｇ）以下の用途用に、少なくとも１つの追加の予熱装置が存在する。
（ｇ１）チョークエリアに導入する前に炭化水素材料を予熱する、および／または
（ｇ２）予燃焼室を出た後、チョークエリアに入る前に、反応ガスを予熱する。
（ｈ）反応トンネルに導入された予熱された反応ガス、および
（ｉ）終端ゾーンの後ろの領域に導入された予熱された反応ガス。

予熱装置を通過した後、ガス状酸化剤および／またはガス状燃料成分を予燃焼室に導入すると、予燃焼室の温度が大幅に上昇し、副反応で形成される一酸化炭素の量が減少することが分かった。

本発明の特定の実施形態は、チョークエリアのない、予燃焼室および反応トンネルからなるファーネス反応器であり得る。

高温燃焼ガス流を生成してから、カーボンブラックの生成し、カーボンブラックが冷却されるまでのプロセスを示した一例である。 図１で示されたプロセスに加え、複数の予熱装置を含む代替プロセスの一例である。

本発明の好ましい実施形態では、ガス状酸化剤および／または燃料成分は、熱交換器を通過した後、予燃焼器に入る前に暖められる。

本発明の別の好ましい実施形態では、酸化剤および／または燃料成分の一部のみが予熱にかけられ、これは、予熱された酸化剤および／または予熱された燃料成分の流れが、より低い温度を示す酸化剤または燃料成分の流れと混合されることを意味する。このような混合は、予燃焼室の前または入口、あるいは予燃焼室のいずれかで行うことができる。

特定の好ましい実施形態では、酸化剤は予熱にかけられ、より低い温度の燃料成分と混合されるか、またはその逆である。

別の好ましい実施形態では、酸化剤は、より低い温度の燃料成分と混合する前に予熱にかけられる空気である。

はるかに低いＣＯレベルのために、プロセスから最終的に得られるカーボンブラックは、所望の低い空隙率を示す。追加の利点は、新しいプラントがコンパクトな構造、物質移動の深刻な変動性、および反応温度の改善された制御性を可能にするという事実である。

良好な状態のために、本発明は、低空隙率のカーボンブラックを製造することを意図していることを指摘されるべきである。しかしながら、当業者であれば、例えば、反応ゾーンでの滞留時間を延長することによって、またはクレンチング（急冷）条件を変更することによって、高空隙率のカーボンブラックを得ることができるようにファーネス反応器を変更することができるであろう。

上記のプロセスは、以下を含む。
（ａ）燃焼工程。
（ｂ）反応工程。
（ｃ）反応を終了させるための工程。これは、従来のプロセスの場合と同じであり得る。
酸化剤と燃料剤

具体的には、燃焼工程において、高温燃焼ガスを生成するために、少なくとも１つの酸化剤および少なくとも１つの燃料剤が混合されて燃焼される（このゾーンは燃焼ゾーンと呼ばれる）。

酸化剤はガス状であり、酸素、オゾン、過酸化水素、硝酸、二酸化窒素または亜酸化窒素であり得る。あるいは、酸化剤含有ガス流は、空気、酸素減損空気または酸素富化空気、酸素、オゾン、過酸化物水素と空気および／または窒素のガス混合物、硝酸と空気のガス混合物、および／または窒素、二酸化窒素または亜酸化窒素と空気および／または窒素のガス混合物、および炭化水素と酸化剤の燃焼生成物のガス混合物であり得る。

ガス状燃焼媒体に窒素を加えることは、これが、得られるカーボンブラックの低空隙率の効果を支持するので、有利である。

燃料成分として、液体であり得るが、好ましくは気体であり、炭化水素、水素、一酸化炭素、天然ガス、石炭ガス、石油ガス、重油などの石油タイプの液体燃料、またはクレオソート油、燃料油、洗浄油、アントラセン油、原油タールなどの石炭由来の液体燃料を使用することができる。

燃焼ゾーンは、原料の炭化水素を均一に気化させて熱化学的に分解できるように、十分に高温の雰囲気であることが望ましい。したがって、予燃焼室は、通常、約１，０００から２，７００℃、好ましくは約１，２００～約２，２００℃、より好ましくは約１，４００～約２，０００℃の範囲の温度で作動する。最も好ましくは、前記予燃焼室は、約１，９００℃、約２，１００℃、約２，３００℃、約２，４００℃、約２５００℃、または約２，６００℃で作動される。

燃焼ゾーンに望まれる別の条件は、燃焼ガス中の酸素濃度を可能な限り抑制することである。燃焼ガス中に酸素が存在する場合、反応ゾーンで原料の化水素の部分燃焼が起こりやすく、反応ゾーンに不均一性が生じる可能性がある。

燃焼ガス中の酸素濃度は、ｋファクターによって調整される。ｋファクターは、過剰な空気を特徴付けるインデックス番号として使用される。化学量論的燃焼に必要な空気の量と、燃焼に使用される実際の空気の量との比率を表す。好ましくは、ｋ因子は、０．３から１．０、より好ましくは０．６から０．９、最も好ましくは０．７から０．８５に調整される。燃焼用空気の量は、通常、約２，５００～約４０，０００Ｎｍ３／ｈ、より好ましくは、約８，０００～約２０，０００Ｎｍ３／ｈおよび１０，０００～約１５，０００Ｎｍ³／ｈであり、その温度範囲は、通常、約３００～９００℃である。

気体および液体または気体燃料は、１つまたは複数のバーナーランスを介して加えることができる。液体燃料は、１つまたは複数のバーナーランスを介して加えることができ、圧力、蒸気、窒素または圧縮空気、または当業者に知られている任意の他の噴霧剤によって噴霧することができる。１つまたは複数の計量ネジで供給することができる固体燃料コンポーネントを使用することも可能である。
炭化水素原料

反応工程において、原料炭化水素は、高温燃焼と並行して、または横方向に設けられたバーナーから噴射されるため、燃焼工程で得られる高温燃焼ガス流に導入される。ストリームでは、原料の炭化水素が熱化学的に分解され、カーボンブラックに変換される（このゾーンは反応ゾーンと呼ばれる）。反応効率を改善するために、反応ゾーンにチョークエリアを設けるのが一般的である。

炭化水素原料は、固体、液体または気体であり得る。炭化水素原料は、液体脂肪族または芳香族、飽和または不飽和炭化水素の混合物、またはそれらの混合物、石油留分の接触分解または分解法によるオレフィンの製造から生じるコールタールまたは残留油の留出物であり得る。炭化水素原料は、ガス状炭化水素原料の混合物、例えば、ガス状脂肪族、飽和または不飽和炭化水素、それらの混合物、または天然ガスであり得る。

好ましくは、原料は、アントラセン、ＣＴＤ（コールタール留出物）、ＥＣＲ（エチレンクラッカー残留物）などの芳香族炭化水素、またはＦＣＣ油（流動化触媒分解残留油）などの石油タイプの重油、またはヘビークッカーガスオイルと粗コールタールを表す。

カーボンブラック原料は、再生可能なカーボンブラック原料を含み得る。カーボンブラック原料は、バイオガス、菜種油、大豆油、パーム油、ひまわり油、ナッツ油やオリーブ油、石炭粉などの再生可能な原料にすることができる。
カーボンブラックの形成

本発明のプロセスは、特定の反応器の形状に限定されない。むしろ、さまざまな反応器のタイプとサイズに適合させることができる。通常、ファーネス反応器は、約１，０００から約２５００℃、好ましくは約１２００から約２０００℃、より好ましくは約１，４００から約２０００℃の範囲の温度で運転される。最も好ましくは、反応器は、予燃焼室内の温度および他の反応条件に応じて、約１，５００℃、約１，６００℃、約１，７００℃、約１，８００℃、または１，９００℃で運転される。チョークエリアに入る前に、高温の燃焼ガスを別の予熱器に通すことができる。

高温の燃焼ガスによって、原料は酸化されて、カーボンブラックと一酸化炭素、および二酸化炭素と水を形成する。適切な反応器の形態は、例えば、先行技術を説明する前の章に開示されており、それによって、参照により組み込まれる。

カーボンブラック原料は、放射状および／または軸方向のランスによって注入することができる。固体カーボンブラック原料は、カーボンブラック原料に分散させることができる。液体カーボンブラック原料は、圧力、蒸気、窒素、または圧縮空気によって噴霧することができる。

チョークエリアおよび反応トンネルは、いわゆる反応ゾーンを形成している。反応ゾーンへの原料炭化水素の導入は、原料炭化水素の油滴を均一に気化させて熱化学分解できるように、原料を細かく噴霧して炉内に均一に分散させることが好ましい。微噴霧の方法としては、燃焼ガス流による噴霧法を採用することが有効である。原料の炭化水素を導入する位置での燃焼ガスの流量は、好ましくは少なくとも２５０ｍ／秒、より好ましくは３００～８００ｍ／秒、最も好ましくは４５０～５５０ｍ／秒である。さらに、原料を炉内に均一に分散させるために、原料の導入は原料の炭化水素が１つまたは複数のノズルから、より好ましくは３から１２、より具体的には４から１６のノズルで、ノズルから炉内に導入されるように行うことが好ましい。

骨材は、原料の炭化水素が均一に気化して熱化学的に分解し、前駆体の核が形成され、相互に衝突して融合し、炭化して骨材を形成するように形成されると考えられている。したがって、例えばチョークエリアなどの流路の変化により、骨材形成ゾーンに乱流の激しい場所がないことが望ましいと考えられる。反応を停止するための工程において、高温反応ガスは、例えば、１２００～８００℃以下のレベル、例えば水噴霧（このゾーンはクレンチ（急冷）セクションと呼ばれる）で冷却される。別の方法として、製品を１つまたは複数の熱交換器に導くことによってクレンチングを行うこともできる。冷却されたカーボンブラックは、従来のプロセスによって、例えば、ガスからそれを分離するプロセスによって、例えば収集バグフィルターの手段で回収することができる。通常、反応器の出口の温度は約５００℃～約１，０００℃である。
プロセスの詳細な説明

より具体的には、本発明は、反応が以下を有するファーネス反応器で行われるプロセスであり、ファーネス反応器は少なくとも以下を含む。
（ａ）予燃焼室、
（ｂ）チョークエリア、
（ｃ）反応トンネル、
（ｄ）終端ゾーン、
（ｅ）電気的予熱装置、および任意で、
（ｆ）熱交換器。

その好ましい実施形態におけるプロセスは、
（ｉ）少なくとも１つの酸化剤および少なくとも１つの燃料成分が予燃焼室に導入され、前記室は約１，０００から約２，５００℃の範囲の温度で運転されて、チョークエリアに移送される高温燃焼ガス流を生成する。
（ｉｉ）炭化水素原料は、任意選択で、約１００から約６００℃の範囲の温度に予熱された後、チョークエリア、好ましくは「チョークエリア」とも呼ばれる円筒形構造に導入される。
（ｉｉｉ）カーボンブラックの形成は反応トンネル内で起こり、前記反応トンネルは、好ましくは約３から約２０ｍ、好ましくは約５から約１５ｍの長さを有し、ベンチュリとして成形することができる。
（ｉｖ）反応トンネルで形成されたカーボンブラックは、終端ゾーンで冷却され、クレンチング剤として水または他の物質を導入することによって、または少なくとも１つの熱交換器によって影響を受ける。
（ｖ）酸化剤および／または燃料成分の少なくとも一部は、予燃焼室に導入される前に予熱装置で予熱される。前記予熱装置は、好ましくは、約２００から約２，４００℃の範囲の温度で作動される電気予熱装置であり、約３００～約１，３００°Ｃ、好ましくは約１，１００～約１，２００°Ｃの温度の予熱された酸化剤および／または燃料成分を放出する。
（ｖｉ）酸化剤および／または燃料成分の少なくとも一部は、予熱装置で予熱を受ける前に、熱交換器によって同じまたは別の工業プロセスから熱エネルギーを伝達することによって暖められる。

熱交換は、任意の工業用流れを使用して行うことができる。好ましくは、予燃焼器に送られるガス流の少なくとも一部は、熱交換器によって終端ゾーンを放出される高温のカーボンブラックから熱エネルギーを伝達することによって暖められる。これにより、予熱装置に入る前に、ガス流は約６５０～約９５０°Ｃの範囲の温度に暖められる。

基本的に、少なくとも１，０００℃までの温度で妥当な時間内にプロセスの流れのいずれかを加熱することができる任意の予熱装置が、本発明のプロセスで使用するのに適している。 特に有用なのは、セラミックチューブに配置された粉末冶金加熱システムである。これは、燃焼が少なくとも２，０００～２，４００°Ｃの必要な動作温度に達するのをサポートするためである。管束加熱要素に基づくそのような予熱装置は、例えば、「熱処理、４９－５１頁（２０１３）」に開示されている。

多くのプラントでは、消費よりも多くの電気エネルギーが生成されるので、電気予熱装置の使用が特に好ましい。

このプロセスは、図面にさらに詳細に記載されている。図１は、上記のプロセスを示している。図２は、複数の予熱装置を含む代替プロセスを示している。１つの好ましい実施形態は、反応トンネルに導入された酸化剤を予熱するために使用される追加の予熱装置からなる。

別の好ましい実施形態は、終端ゾーンの後ろの領域に導入された反応ガスを予熱するための追加の予熱装置からなる。

別の好ましい実施形態は、反応器に導入された原料を予熱するために使用される追加の予熱装置からなる。
カーボンブラックとその産業用用途

本発明の別の目的は、好ましくは、上述された炉反応器から得られたとき、上記の方法に従って得られたまたは得られるカーボンブラック組成物である。空隙率は、カーボンブラックのＢＥＴ表面積とＳＴＳＡ表面積の関係として表される。本発明に従って入手可能または得られたカーボンブラックは、以下の特徴を有する。
・１３０ｍ²／ｇから３５０ｍ²／ｇのＳＴＳＡ表面積
・ここで、ＳＴＳＡ表面積が１３０ｍ²／ｇから１５０ｍ²／ｇの範囲にある場合は、ＢＥＴ表面積とＳＴＳＡ表面積の比は１．１未満であり、好ましくは１．０未満、より好ましくは０．９未満である。
・ＳＴＳＡ表面積が１５０ｍ²／ｇから１８０ｍ²／ｇの場合は、ＳＴＳＡ表面積に対するＢＥＴ表面積の比率は１．２未満、好ましくは１．１未満、１．０未満であることが望ましい。
・ＳＴＳＡ表面積が１８０ｍ²／ｇを超える場合は、ＢＥＴ表面積とＳＴＳＡ表面積の比は、１．３未満、好ましくは１．２未満、良い好ましくは１．０未満であることが望ましい。
・揮発性物質の含有量が５ｗｔ％未満である。
ただし、ＳＴＳＡ表面積とＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６に従って測定される。

本発明の別の目的は、顔料、ポリマー、特にゴムおよびタイヤの添加剤としての新しいカーボンブラックの使用に関する。
顔料の用途

本発明の別の目的は、新しいカーボンブラック組成物を顔料として、特に塗料やラッカーなどの様々な目的のための黒色顔料として使用することを指す。

カーボンブラックは、耐光性があり、化学的攻撃に耐性があり、酸化鉄などの他の無機顔料よりも優れている濃い黒色を示すため、理想的な黒色顔料を表す。これは主に、漆黒性（jetness）が支配的なパラメータである純粋な黒色コーティングと、着色強度がより重要である灰色のコーティング及び塗料との２つの用途に使用される。第１のカテゴリには、主に小さな一次粒子サイズのカーボンブラック顔料が含まれ、第２のカテゴリには中程度から大きな粒子サイズのカーボンブラック顔料が含まれる。黒と灰色のコーティングの主な目的は、装飾と保護である。黒のコーティング、すなわちマストーン（上色）の着色では、細かい粒子サイズの黒は青みがかった色調を示し、粗い黒は茶色がかった色調を示す。深みのある黒色のコーティングは、主に自動車および家具業界から要求されている。ただし、はっきりとしたブルーのアンダートーンを示すカーボンブラックはさらに要求される。これは、青みがかった黒が茶色がかった色調のものよりも暗く見えるためである。これまで、これは、これまで以上に小さいサイズのカーボンブラックを製造することによってのみ実現できた。骨材は最小の分散可能な単位であるため、ＡＳＤは漆黒性（黒さ）、特にアンダートーン（より青みがかった色）にも影響を与える。特にＡＳＤが狭いほど、ＡＳＤの対称性が高くなり、粗い粒子（凝集体）の量が少なくなるため、アンダートーンが青みがかった色になる。

プラスチックの濃い着色のための黒色顔料として、主に高色（ＨＣ）および中色（ＭＣ）クラスのカーボンブラックが使用される。これらの黒は、パネル、ケーシング、繊維、シート、履物などの多種多様な最終製品に見られ、それらの多くは射出成形品である。黒さＭyによって決定されるポリマーの漆黒性を高めるために、一次粒子、低構造ブラックのサイズが小さいカーボンブラックを使用でき、またはカーボンブラックの濃度を上げることができる。最初の２つのオプションを使用すると、カーボンブラックの分散がより困難になり、逆の効果をもたらす可能性がある。多くのプラスチックの機械的特性は通常、高濃度で悪影響を受けるため、ポリマー中のカーボンブラックの濃度は実際には特定の量までしか増加できない。狭いＡＳＤ、特により対称的なＡＳＤを提供するカーボンブラックは、機械的特性を悪化させたり分散挙動を低下させたりすることなく、ポリマーの漆黒性をより高める。

インクジェットのインク用途では、液滴が小さくなる傾向にあり、直径がわずか数マイクロメートルのプリントヘッドノズルが要求される。長期的な印刷の信頼性を確保するには、ノズルの目詰まりやプリントヘッドへの付着を防ぐことが不可欠である。顔料の粒子の細かさ（凝集体）は、印刷の信頼性におけるこれらの要件を満たすための重要な役割の１つである。特に少量の粗い粒子は、最終的な着色インクジェットインクの印刷性だけでなく、ろ過特性にも影響を与える。ＡＳＤが狭いほど、粗い粒子（凝集体）の量が少なくなるため、印刷の信頼性が低下するリスクが低くなる。

カーボンブラックは、約０．３から約４５重量％好ましくは約１から約２５重量％の量で前記顔料組成物中に存在し得る。
ポリマー組成物用添加剤

本発明による低空隙率カーボンブラックを含むポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタンなどの様々な異なるタイプを包含し得るが、好ましいポリマーは、合成または天然のゴムである。

パラゴムノキのラテックスに由来する天然ゴムは、主にタンパク質、汚れなどの微量の不純物を含むポリシスイソプレンである。それは機械的性能に関して多くの優れた特性を示すが、天然ゴム、しばしば特定の合成ゴム、特にその熱安定性と石油製品との適合性に関しては劣る。

合成ゴムは、モノマーと呼ばれる様々な石油ベースの前駆体の重合によって作られる。最も普及している合成ゴムは、スチレン１，３－ブタジエンの共重合から得られるスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。他の合成ゴムは、イソプレン（２－メチル－１，３－ブタジエン）、クロロプレン（２－クロロ－１，３－ブタジエン）、およびイソブチレン（メチルプロペン）から調製され、少量のイソプレンが架橋されている。これらおよび他のモノマーは、さまざまな比率で混合して共重合させ、幅広い物理的、機械的、および化学的特性を備えた製品を製造することができる。モノマーは純粋に製造することができ、不純物または添加剤の添加は、最適な特性を与えるように設計によって制御することができる。純粋なモノマーの重合は、シスおよびトランス二重結合の望ましい比率を与えるように、より適切に制御することができる。合成または天然ゴムタイプのポリマーに関して、本発明の別の目的は、耐摩耗性および強化性を改善するための方法、ならびにそのようなポリマー組成物である。

本発明はまた、ゴム組成物に添加されたときに前記効果を達成するためのそのようなカーボンブラック組成物の使用を包含する。一般にポリマー、特にゴムに添加されるカーボンブラックの量は、約１０から約１２０ｐｈｒ、好ましくは約３５から約１００ｐｈｒ、より好ましくは約４０から６０ｐｈｒの範囲である。
１ｐｈｒ＝ゴム重量１００に対する各種配合剤の重
量部
ポリマー組成物、ゴム組成物および最終製品

本発明によるカーボンブラックを組み込んだポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタンからなる群から選択することができる。好ましくは、ポリマーは合成または天然ゴムのいずれかである。カーボンブラックは、約０．３から約４５重量％、好ましくは約１から約２５重量％の量で前記組成物中に存在し得る。

ポリマー組成物がタイヤの基礎として扱われるように指定されたゴム組成物である場合、そのような組成物は一般にエラストマー組成物、強化充填剤および部分的にシランカップリング剤を含む。組成物は、硫黄加硫剤および促進剤を含む様々な加工助剤を使用して硬化させることができる。
ゴム

従来使用されているゴム配合エラストマーは、本発明の対象となるゴム組成物に潜在的に適している。例示的な組成物において潜在的に有用なエラストマーの非限定的な例には、ゴム化合物の所望の最終粘弾性特性に応じて、個別におよび組み合わせて、以下が含まれる。天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、架橋ポリエチレン、ネオプレン、ニトリルゴム、塩素化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、特殊耐熱性および耐油性ゴム、その他の特殊ゴム、および熱可塑性ゴム、そのような用語は、The Vanderbilt Rubber Handbook、第13版、（1990）で使用されている。これらのエラストマーは、スズ、シリコン、およびアミン含有官能基を含むが、これらに限定されない様々な官能基を含み得る。

そのようなポリマーブレンドの比率は、重合されたゴム化合物に望まれる最終的な粘弾性特性に従って、可能な限り広い範囲にわたって及ぶことができる。当業者は、過度の実験なしに、どのエラストマーおよびどの相対量が、得られる所望の粘弾性特性範囲に適切であるかを容易に決定することができる。ゴム組成物は以下を含み得る。
・液体ヒドロキシル末端ポリアルキレン。
・イソブチレンとｐ－メチルスチレン、またはその両方のハロゲン化共重合体。
・ＥＰＤＭベースのゴム。
・イソオレフィンとパラアルキルスチレンのハロゲン化共重合体。
・高トランススチレンブタジエンゴムおよび／または高トランススチレンブタジエンゴムを含むスチレンブタジエンゴム。
・高ビニルポリブタジエンエラストマー。
補強材

典型的には、ゴム組成物は、カーボンブラックおよびシリカを含む強化充填剤と配合される。カーボンブラックは、約１０～約１２０ｐｈｒ、または約３５～約１００ｐｈｒ、または約４０～約６０ｐｈｒの範囲の量で存在し得る。カーボンブラックは、ペレット化された形態またはペレット化されていない綿状の塊であり得る。

適切なシリカ強化充填剤の例には、水和アモルファスシリカ、沈殿アモルファスシリカ、湿式シリカ（水和シリカ酸）、乾燥シリカ（無水ケイ酸）、ヒュームドシリカ、ケイ酸カルシウムなどで、これらに限定されない。
ゴム配合部品

加工助剤。ゴム組成物は、例えば、様々な硫黄加硫可能な構成ゴムを様々な一般的に使用される添加剤と混合することによって配合することができる。添加剤は、例えば、硫黄、活性剤、遅延剤、および促進剤などの硬化助剤、油などの加工添加剤、粘着付与樹脂、シリカ、可塑剤、フィラー、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤などの樹脂、解膠剤、カーボンブラックなどの補強材である。

加工助剤の量は、約０から約１０ｐｈｒであり得る。そのような加工助剤は、例えば、芳香族、ナフテン酸、および／またはパラフィン系処理油を含み得る。抗酸化剤の典型的な量は、約１から約５ｐｈｒを含み得る。代表的な抗酸化剤は、例えば、ジフェニル－ｐ－フェニレンジアミン、ＴＭＱ他、例えば、The Vanderbilt Rubber Handbook（１９７８）、３４４－３４６ページに開示されているものなどであり得る。Ｎ－（１，３－ジメチルブチル）－Ｎ’－フェニル－１，４－ベンゼンジアミン（６ＰＰＤ）などのオゾン劣化防止剤の典型的な量は、約１～５ｐｈｒを含む場合がある。ステアリン酸を含むことができる。使用される場合の典型的な量の脂肪酸は、約０．５から約３ｐｈｒを含み得る。酸化亜鉛の典型的な量は、約１から約５ｐｈｒを含み得る。ワックスの典型的な量は、約１から約５ｐｈｒを含み得る。多くの場合、マイクロクリスタリンワックスが使用される。ペプタイザーの典型的な量は、約０．１から約１ｐｈｒを含み得る。典型的な解膠剤は、例えば、ペンタクロロチオフェノールおよびジベンザミドジフェニルジスルフィドであり得る。フェノール樹脂（約２ｐｈｒ）やＣ５脂肪族ＨＣ樹脂（約５ｐｈｒ）（粘着付与剤）などの加工助剤も有用な場合がある。

加硫剤。加硫は、硫黄加硫剤の存在下で実施することができる。適切な硫黄加硫剤の例には、元素硫黄（遊離硫黄）または硫黄供与性加硫剤、例えば、アミンジスルフィド、高分子ポリサルファイド、または硫黄オレフィン付加物が含まれる。硫黄加硫剤は、約０．５から約８ｐｒの範囲の量で使用することができる。

促進剤。促進剤は、加硫に必要な時間および／または温度を制御し、加硫物の特性を改善するために使用される。１つの実施形態では、単一の促進剤システム、すなわち一次促進剤を使用することができる。一次促進剤は、約０．５～約４ｐｈｒの範囲の総量で使用される。別の実施形態では、加硫物の特性を活性化および改善するために、一次促進剤と二次促進剤の組み合わせを使用し、二次促進剤を少量（約０．０５から約３ｐｈｒ）で使用することができる。さらに、通常の処理温度の影響を受けないが、通常の加硫温度で十分な硬化をもたらす遅延作用促進剤を使用することができる。加硫遅延剤も使用される場合がある。使用できる促進剤の適切なタイプは、アミン、ジスルフィド、グアニジン、チオ尿素、チウラム、スルホンアミド、ジチオカルバメート、キサントゲン酸塩、およびスルフェナミドである。一次促進剤はまた、ベンゾチアゾールベースの促進剤などのチアゾールであり得る。例示的なベンゾチアゾールベースの促進剤は、Ｎ－シクロヘキシル－２－ベンゾチアゾールスルホンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－２－ベンゾチアゾールスルフェナミド（ＴＢＢＳ）、４－オキシジエチレン－２－ベンゾチアゾールスルフェナミド（ＯＢＴＳ）、Ｎ、Ｎ’－ジシクロヘキシル－２－ベンゾチアゾールスルフェナミド（ＯＣＢＳ）、２－メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、およびジベンゾチアゾールジスルフィド（ＭＢＴＳ）を含み得、約０．８～約１．２ｐｈｒの量で存在する可能性がある。一実施形態では、ベンゾチアゾール促進剤の量は、硫黄加硫剤の約３０から約６０重量％である。
空気入りタイヤ

本発明の最終目的は、新しいカーボンブラック組成物または前記カーボンブラック組成物を添加剤として含むゴム組成物を含む空気入りタイヤに関するものである。好ましくは、前記タイヤはバスタイヤまたはトラックタイヤである。

本発明の実施形態による空気入りタイヤは、前述のカーボンブラック組成物および／またはトレッド部分のタイヤトレッドに前記カーボンブラック組成物を含むゴム組成物を使用することによって、改善された耐摩耗性および低発熱を示す。また、本実施形態の空気入りタイヤは、従来から知られている構造であり、特に限定されるものではなく、通常の方法で製造することができる。また、実施形態に応じて空気圧タイヤに充填されるガスとして、空気または酸素分圧が調整された空気だけでなく、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを使用することができる。

空気入りタイヤの例としては、好ましくは、一対のビード部分、ビード部分の間に激しく伸びるカーカス、カーカスのクラウン部分をフープするベルト、およびトレッドなどを含む空気入りタイヤが挙げられる。本発明の実施形態による空気入りタイヤは、ラジアル構造またはバイアス構造を有し得る。

トレッドの構造は特に限定されるものではなく、単層構造または多層構造または路面に直接接触する上層キャップ部分と、空気入りタイヤのキャップ部分の内側に隣接して配置された下層ベース部分とを含み得る。この実施形態では、本発明の実施形態によるゴム組成物で少なくともキャップ部分を形成することが好ましい。本実施形態に係る空気入りタイヤは、製造方法に特に限定されるものではなく、例えば、以下のように製造することができる。すなわち、上記実施形態によるゴム組成物を最初に調製し、得られたゴム組成物を、グリーン空気入りタイヤのケーシングのクラウン部分に前もって取り付けられた未硬化のベース部分に取り付け、次いで所定の温度と圧力の下で所与の型に加硫構築する。

Claims (14)

1. 好ましくは低空隙率のカーボンブラック組成物を得るためのプロセスであって、
   （Ａ）熱化学的分解を達成するために、炭化水素原料を高温燃焼ガス流にさらす工程と、
   （Ｂ）反応ガスを冷却する工程と、
   （Ｃ）得られたカーボンブラックの回収する工程と、
   前記高温燃焼ガス流は、少なくとも１つの酸化剤および少なくとも１つの燃料成分からなり、
   （ｉ）前記酸化剤および／または前記燃料成分の少なくとも一部は、それが予燃焼室に導入されて高温燃焼ガス流を形成する前に、電気的予熱工程に供され、
   （ｉｉ）工程（ｉ）の前記高温燃焼ガス流は、燃焼のためにチョークエリアに移送され、および
   （ｉｉｉ）工程（ｉｉ）で得られた燃焼生成物は、終端ゾーンを含む反応トンネルに移送されて、回収されるカーボンブラック粒子を形成する、
   工程を含むプロセス。
2. 前記酸化剤が、酸素、オゾン、過酸化水素、硝酸、二酸化窒素または亜酸化窒素、または空気、酸素減損空気または酸素富化空気・酸素・オゾン、過酸化水素と空気および／または窒素のガス混合物、硝酸と空気および／または窒素のガス混合物、二酸化窒素または亜酸化窒素と空気および／またはガス混合物硝酸と空気および／または窒素のガス混合物を含む酸化剤含有ガス流、および炭化水素と酸化剤の燃焼生成物のガス混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記燃料成分が、炭化水素、水素、一酸化炭素、天然ガス、石炭ガス、石油ガス、重油などの石油タイプの液体燃料、またはクレオソートオイルなどの石炭タイプの液体燃料からなる群から選択されるガス状成分である、請求項１または請求項２に記載のプロセス。
4. 前記炭化水素原料が、アントラセン、ＣＴＤ（コールタール留出物）、ＥＣＲ（エチレンクラッカー残留物）または、電気的に予熱することもできるＦＣＣオイル（流動化触媒分解残留オイル）を含む重油を含む芳香族炭化水素からなる群から選択される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記反応が、少なくとも、
   （ａ）予燃焼室、
   （ｂ）チョークエリア、
   （ｃ）反応トンネル、
   （ｄ）終端ゾーン、
   （ｅ）少なくとも１つの電気予熱装置、および任意で、
   （ｆ）熱交換器、
   を含み、ファーネス反応器内で行われる
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 前記酸化剤および前記燃料成分が予燃焼室に導入され、前記予燃焼室が約１，０００から約約２５００℃の範囲の温度で作動され、高温の燃焼ガス流を生成する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 予熱された酸化剤および／または燃料成分が、約３００℃から約１，３００℃の範囲の温度で予熱装置を放出される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. 前記カーボンブラックの形成が前記反応トンネル内で行われ、前記反応トンネルは、ベンチュリトンネル、またはベンチュリトンネルに通じるトンネルである、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記反応トンネルで形成されたカーボンブラックが、クレンチング剤として水を導入することによって、または少なくとも１つの熱交換器によって、前記終端ゾーンで冷却される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 前記予熱装置における予熱前の酸化剤および／または燃料成分の少なくとも一部が、熱エネルギー予熱装置において予熱の前に、熱交換器を使用して同じまたは別の産業プロセスから熱エネルギーを伝達することによって温められる、請求項１から請求項９のいずれか一項のプロセス。
11. 前記予熱装置における予熱の前の酸化剤および／または燃料成分の前記少なくとも一部が、高温の材料流（カーボンブラック及びテールガス）から熱エネルギーを伝達することによってウォームアップされ、熱交換器によって前記終端ゾーンを離れる、請求項１０に記載のプロセス。
12. 請求項１のプロセスによって得られた、または得られる低空隙率のカーボンブラックであって、
    ・１３０ｍ²／ｇから３５０ｍ²／ｇのＳＴＳＡ表面積、
    ・ＳＴＳＡ表面積が１３０ｍ²／ｇから１５０ｍ²／ｇの範囲にある場合、ＳＴＳＡ表面積に対するＢＥＴ表面積の比率は１．１未満、
    ・ＳＴＳＡ表面積が１５０ｍ²／ｇから１８０ｍ²／ｇの場合、ＳＴＳＡ表面積に対するＢＥＴ表面積の比率は１．２未満、
    ・ＳＴＳＡの表面積が１８０ｍ²／ｇを超える場合、ＳＴＳＡ表面積に対するＢＥＴ表面積の比率は１．３未満、
    ・揮発性物質の含有量が５重量パーセント未満、である、カーボンブラック。
    ただし、ＳＴＳＡ表面積及びＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６に従って測定される。
13. 請求項１２に記載によって得られたカーボンブラック、または顔料、ポリマー、特にゴム及びタイヤの添加剤として請求項１のプロセスから得られるカーボンブラックの使用。
14. （ｉ）予燃焼室、
    （ｉｉ）チョークエリア、
    （ｉｉｉ）反応トンネル、
    （ｉｖ）終端ゾーン、
    （ｖ）少なくとも１つの電気予熱装置、および任意で、
    （ｖｉ）熱交換器、
    の要素を含む低空隙率のカーボンブラックを製造するためのファーネス反応器であって、
    （ａ）前記予燃焼室には、酸化剤と燃料成分の入口があり、高温の燃焼ガスを生成することができ、前記チョークエリアに接続され、
    （ｂ）前記チョークエリアには、炭化水素原料用の入口が少なくとも１つ含まれ、前記反応トンネルに接続され、
    （ｃ）反応ゾーンはカーボンブラック凝集体を形成することができ、前記終端ゾーンに接続され、
    （ｄ）前記終端ゾーンには次のものが含まれ、
    （ｄ１）クレンチング剤を導入するための少なくとも１つ、好ましくは２つ、３つ、４つまたは多数のノズル、または
    （ｄ２）前記終端ゾーンは少なくとも１つの前記熱交換器に接続され、
    前記カーボンブラック骨材を冷却することができ、
    （ｅ） 前記終端ゾーンの出口は、カーボンブラックの熱エネルギーの少なくとも一部を酸化剤および／または燃料成分に伝達してそれらを暖めることができる熱交換器に接続され、
    （ｆ）前記酸化剤および／または燃料成分の温められた流れは、予熱装置、好ましくは、予燃焼室に導入される前に加熱される電気予熱装置に導入され、任意で、
    （ｇ）
    （ｇ１）前記チョークエリアに導入する前の炭化水素材料、および／または
    （ｇ２）前記予燃焼室を出た後、前記終端ゾーンに入る前の反応ガス、を予熱のために少なくとも１つの追加の予熱装置が存在し、
    （ｈ）前記反応トンネルに導入された予熱された反応ガス、および
    （ｉ）前記終端ゾーンの後ろの領域に導入された予熱された反応ガス、
    からなる、ファーネス反応器。
    

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