JP6224815B2 - 増量剤流体を使用してカーボンブラックを製造するための方法 - Google Patents
増量剤流体を使用してカーボンブラックを製造するための方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、カーボンブラックおよびカーボンブラックを製造するための方法に関する。さらに、本発明は、カーボンブラックの１種または２種以上の粒子特性を制御することに関する。
カーボンブラックの製造において、典型的には、製造ラインが異なるグレードのカーボンブラックを製造するか、または異なるタイプの原料に適合するためにシフトする場合、カーボンブラック工程制御および／または装置設定への変更が必要であり、これらの変更は製造ラインの連続的なおよび／または効率的な運転を妨げる。カーボンブラックの粒子特性（例えば、構造または表面積）の変化が製造上の理由で所望の場合、粒子特性を変えるのに効果的な運転調整を使用できる。これらの調整は、カーボンブラック反応器の工程の中断を生じ、シャットダウンまでも含む場合があり、そして原料を導入してカーボンブラックを精製するのに使用される噴流ノズルは、色合いまたは他の特性を調整できる噴流または流体力学を変更するために置き換えられる。いうまでもなく、反応器をシャットダウンすることおよびノズル置き換えることは、時間がかかりかつ費用がかかる場合がある。
さらに、カーボンブラックの製造において、特定の原料は、石炭タール原料の使用およびノズル先端損耗の生じる割合等、他の原料より問題のある場合がある。これは、より多量の灰のように小さい粒子を有すると考えられる原料である他の原料について当てはまり、カーボンブラックを製造するのに問題となる場合があり、そして／または原料の導入点に小さい先端サイズを使用することは詰まることを恐れるために問題がある場合がある。実際、先端詰まりは、数例挙げれば、原料、コークス化、カリウム、水から生じる粒子によって生じる場合がある。本発明の目的のために、用語「噴流ノズル」または「ノズル」または「先端」は、同じ構成部分をいう。
また、国際公開第２０１１/１０３０１５号パンフレット中に記載されたような前加熱した原料を使用してカーボンブラック製造のための方法を改善することが望ましいであろう。その先行の方法では、前加熱した原料がカーボンブラックに関する有益な特性および経済的なスケールを得るために使用された。この方法を改善してまださらなる効率を達成することが有益であろう。
したがって、上記のような目的の１つまたは２つ以上を達成できるカーボンブラックを生成するための方法を提供することが有益であろう。
したがって、本発明の特徴は、カーボンブラック反応器の工程のなんらかの混乱またはシャットダウンなしでカーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御する方法を提供することである。
本発明の別の特徴は、原料のための導入点においてノズルを変化させることなく、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御する方法を提供することである。
本発明のさらなる特徴は、高められた原料温度における原料ラインの熱的に起こされる汚染(fouling)の制御とともにカーボンブラック製造における原料の前加熱温度をまたさらに高める能力を提供することである。
本発明の追加の特徴は、灰のような多量の粒子を有する原料を使用してカーボンブラックを製造する方法を提供することである。
本発明の追加の特徴および利点は、以下の記載中の部分に記述されるであろうし、そして部分的に記載から部分的に明らかになるであろうし、または本発明の実施により理解できるであろう。本発明の目的および他の利点は、記載および付属の請求項中に特に指摘された要素および組み合わせによって理解されかつ達成されるであろう。
これらの利点および他の利点を達成するためおよび本発明の目的に従って、本明細書中に態様が記載されかつ広く記載されるように、本発明は、カーボンブラックを製造するための方法に部分的に関する。この方法は、カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することを含む。この方法は、少なくとも１種の増量剤流体（ｅｘｔｅｎｄｅｒ ｆｌｕｉｄ）と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することをさらに含む。この混合することは、好ましくはカーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点の実質的軸上（軸上１０°以内）または軸上である方向に少なくとも１種の増量剤流体が少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるようになっている。流体原料混合物は、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの（好ましくは幾つかの）原料導入点に供給される。この方法は、カーボンブラック反応器への１つまたは２つ以上の導入点を通して少なくとも流体原料混合物と加熱されたガス流とを混合してカーボンブラックがカーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成させることをさらに含む。この方法は、さらに反応流中のカーボンブラックを回収することを含む。この方法において、増量剤流体は、化学的に不活性であることができ、そして好ましくはカーボンブラック原料に化学的に不活性である。
少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することの代わりにまたはこれに加えて、流体原料混合物は、反応器中で生成されることができる。言い換えれば、少なくとも１種の増量剤流体は反応器中に導入されることができ、そして少なくとも１種の原料は、増量剤流体が燃焼流中への原料のモメンタムを高めるように、それぞれの１つのための導入点が並べられている様式で、反応器中に導入されることができる。
本発明は、構造および／または表面積等の、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法をさらに含む。この方法は、少なくとも１種の増量剤流体と少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して流体原料混合物を生成し、そしてカーボンブラック反応器中に流体原料混合物を供給することを含む。この流体原料混合物の供給は１つまたは２つ以上の噴流の形態である。この方法は、色合い等の少なくとも１種の粒子特性を制御するために流体原料混合物中に存在する増量剤流体の量を制御することをさらに含む。他の粒子特性は、（例えば、ＢＥＴ、ＣＴＡＢ、および／またはＳＴＳＡ（ＡＳＴＭ Ｄ６５５６）によって測定される）表面積、またはＯＡＮまたはＤＢＰ等の構造であることができる。
本発明の方法において、本発明の方法は、先に記載した副作用なしでこれらのタイプの原料を用いて作業する能力を提供するのでカーボンブラック原料は、灰等の、原料の質量に基づいて、０.０１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％の多い粒子を有する原料であることができるか、または含むことができる。
当然のことながら、先の一般的な記載および以下の詳細な記載の両方は、例示的かつ説明的だけであり、そして請求項に記載した本発明のさらなる説明を提供することを目的とする。
この出願中に取り込まれかつこの出願の一部を構成する添付図面は、本発明の形態を具体的に示し、そして記載と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。図を使用した類似の数値表記は、類似の特徴をいう。
本発明は、カーボンブラックの製造方法に関する。本発明はまた、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御する方法に関する。また、本発明は、反応器への導入点のいずれかの詰まりなしで、多量の粒子を有する原料を使用できる能力に関する。また、本発明は、高められた原料温度における原料ラインの熱的に誘導される汚染の制御を用いてカーボンブラックの製造における原料前加熱温度をさらに上昇させる方法に関する。
カーボンブラックの製造において、燃料は燃焼されて、遷移区間を高速で流れる高温ガスの流れを生成し、そこでカーボンブラック原料が導入され、そして高温ガスの流れと混合される。混合物は高速のまま高温反応器中に入り、そこで原料が熱分解されてカーボンブラックの粒子を生成し、次に反応はクエンチされ、反応物は冷却され、そしてカーボンブラック製品がフィルター上に集められる。
通常、本発明の一つの形態は、１つまたは２つ以上の導入点を通して反応器中に原料を導入する前に（または原料を導入した後で）少なくとも１種の増量剤流体を、少なくとも１種のカーボンブラック原料と混合することによって、カーボンブラックを製造することに関する。下記にさらに詳しく記載する増量剤流体の使用により、増量剤流体は、以下：カーボンブラック製造のための石炭タール原料等の、多量の粒子（例えば、灰）を有する原料と考えられるものを含む種々の種類のカーボンブラック原料で作業できる能力；上記のものよりまだ高くカーボンブラック生成原料を前加熱する能力；カーボンブラックの１種または２種以上の粒子特性を制御する能力；原料導入のためにより低い圧力を使用する能力；および／または他の利益、の１つまたは２つ以上を含む種々の利点を提供する能力を有する。
増量剤流体は、ガスまたは液体であることができる。好ましい例は、ガスである。増量剤流体は、カーボンブラック原料に化学的に不活性であることができ、そして好ましくはカーボンブラック原料に化学的に不活性である。増量剤流体は、少なくとも１種の不活性ガス（例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、およびその同類のもの）であることができる。増量剤流体は、単独でまたは他のガスとともに窒素であることができる。増量剤流体は、蒸気、水、空気、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、天然ガス、または窒素、１種もしくは２種以上の不活性ガス、またはそれらいずれかの組み合わせであることができる。通常、ガスまたは液体は、ガスまたは液体の少なくとも９５ｗｔ％（例えば、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９.５％、または少なくとも９９.９ｗｔ％）の純度を有する。例えば、窒素が（単独でまたは他のガス/液体とともに）使用される場合、窒素ガスは、そのガスの少なくとも９５ｗｔ％の純度を有する。
増量剤流体は、少なくとも１種のカーボンブラック原料と混合されて流体原料混合物を生成する場合、任意選択的にカーボンブラック原料中に一様に分配されていることができる。増量剤流体と少なくともカーボンブラック原料とを混合すると、増量剤流体がカーボンブラック原料中に（一様にまたは不均一に）分配されている流体原料混合物となる。
増量剤流体がカーボンブラック原料と混合される前に、カーボンブラック原料は、噴霧または少なくとも部分的に噴霧されることができる。増量剤流体は、任意選択的に本発明中でカーボンブラック原料を噴霧(atomize)するための手段として使用されない。増量剤流体は、好ましくはカーボンブラック原料と混合されてカーボンブラック原料にモメンタムを提供する。用語「モメンタム(momentum)」は、流体力学において理解されるモメンタムをいう。選択肢として、カーボンブラック原料と混合された増量剤流体は、混合物がノズルを出て、そしてカーボンブラック反応器に入るとき、流体原料混合物の円柱状の噴流を形成するモメンタムを提供する。増量剤流体は、原料のモメンタムを導く能力を有する。反応器の中に入る流体原料混合物の前方へのモメンタムが注入器の中央軸の軸上（または注入器の中央軸の実質的軸上、例えば、中央軸の軸上１０°以内）の方向に継続するように、流体原料混合物は注入器中に導かれる。好ましくは一次炎（primary fire）または燃焼流に垂直（または１０°以内である実質的に垂直）であり、および／または好ましくはカーボンブラック反応器の壁に垂直（または１０°以内である実質的に垂直）であるように、この流体原料混合物はさらに発射される。選択肢として、流体原料混合物または流体原料混合物を注入するのに使用される注入器は、一次炎または燃焼流に対して任意の角度（例えば、垂直の（９０°）、実質的に垂直の（８０〜１１０°）、または他の（２０〜７９°、２０°、３０°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７５°およびその同類のものなどの）角度）であることができる。増量剤流体とカーボンブラック原料とを混合する例が、図６中に示される。図６において、カーボンブラック原料１００は、オリフィス１０２に入り、そして噴霧カーボンブラック原料１０４としてオリフィスから出る。増量剤流体１０６は、ポート１０８を通して導入され、そして噴霧カーボンブラック原料１０４と混合されて、流体原料混合物１１０を生成する。混合物１１０は、増量剤流体の導入前に存在したモメンタムに比較して増加したモメンタムを有する。この混合物１１０は、反応器壁１１７中のノズルまたはポート１１２を通って、次に高速度燃焼流または一次炎１１６中に貫通する高モメンタム（１１４）を有する流体原料混合物の円柱状の噴流として注入器から出る。したがって、好ましくは、本発明において、少なくとも１種の増量剤流体と少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して流体原料混合物を生成させることは、少なくとも１種の増量剤流体が、カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点における軸方向または実質的な軸方向において、少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるようになっている。
カーボンブラック原料と混合される増量剤流体の量は、調節できる。カーボンブラック原料と混合される増量剤流体の量は、この方法がオンラインでありかつカーボンブラックを製造しているときに、調節できる。言い換えれば、増量剤流体の量は、「運転中に（ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｙ）」変更できる。このように、増量剤流体の量は、調節できる様式でカーボンブラック原料と混合できるので、これは反応器をシャットダウンすることなしに行うことができる。したがって、反応器条件を調整して、異なるグレードのカーボンブラックを与えるか、または製造されるカーボンブラックのグレードを最適化するか、または製造されるカーボンブラックの品質を調整／変更するように調整され、および／またはカーボンブラック製造の間に工程／反応器になされる他の調整の場合でも、連続的なカーボンブラック製造を維持できる。
通常、増量剤流体は、カーボンブラック原料中に任意の圧力で導入されることができるが、特に増量剤流体がガスである場合、増量剤流体とカーボンブラック原料との所望の混合を達成するのには、通常高圧が好ましい。好適な圧力は、約１ポンド／インチ２〜約３５０ポンド／インチ２、または約５０ポンド／インチ２〜約１７５ポンド／インチ２、または約２０ポンド／インチ２〜約２００ポンド／インチ２以上、または約１００ポンド／インチ２〜約２００ポンド／インチ２以上であることができる。
これらの圧力および他の圧力は、カーボンブラック原料中に増量剤流体を導入するのに使用できる。圧力は、カーボンブラック原料中に貫通して流体原料混合物を生成するのに充分、そして好ましくは増量剤流体がカーボンブラック原料中で一様に分配されているのに充分であることができる。
任意の量の増量剤流体が流体原料混合物中に存在できる。例えば、増量剤流体は、流体原料混合物中に、カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１質量％〜約４００質量％（または超）の量で存在できる。他の量は、例えばカーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１質量％〜約１００質量％以上、またはカーボンブラック原料の質量に基づいて、約５質量％〜約１５質量％、またはカーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１質量％〜約５０質量％、またはカーボンブラック原料の質量に基づいて、約１質量％〜約４０質量％を含む。
流体原料混合物の供給は、１つまたは２つ以上の噴流の形態であることができる。増量剤流体のタイプおよび／または増量剤流体の量によって、加熱されたガス流中への流体原料混合物の噴流貫通を調整できる。上記のように、１つまたは２つ以上の噴流の形態で送達される流体原料混合物を使用することにより、なんらノズルを変更することなくおよび／または工程を乱す必要なく、またはカーボンブラック反応器シャットダウンすることなく、増量剤流体の量および／または増量剤流体のタイプによって、加熱されたガス流中へ流体原料混合物の噴流貫通を調整できる。
選択肢として、増量剤流体は、カーボンブラック反応器中への流体原料混合物の導入点より前である点においてカーボンブラック原料と混合されることができる。流体および原料が注入器/ノズルを出る前に共に混合されるような様式で、流体は導入されることができる。増量剤流体は、反応器における導入点より前、少なくとも０.７５インチ、少なくとも１インチ、少なくとも２インチ、少なくとも４インチ、または少なくとも６インチなどの０．５インチ超または０．５インチ未満である点においてカーボンブラック原料と混合されることができる。
選択肢として、増量剤流体は、カーボンブラック反応器中へのそれらのそれぞれの導入後にカーボンブラック原料と混合されることができる。言い換えれば、増量剤流体は、カーボンブラック原料とは別々にカーボンブラック反応器中に導入することができる。反応器中で２つの流体が相互に隣合うかまたは相互に接触しているように、反応器中への増量剤流体およびカーボンブラック原料の別々の導入を達成する任意の配置を使用できる。例えば、図７および図８に示すように、増量剤流体とカーボンブラック原料との別々の導入は、流体の１つが他の流体を取り囲むような環帯中空設計（annulus hollow design；二重管構造）を有する配管を用いてなされることができる。使用できる別の配置は、増量剤流体およびカーボンブラック原料のための並列の導入点を有することである。この設計において、導入点の１つは、例えば０．５インチまたは１インチまたはそれら以上などのわずかな距離でもう一方の前にあることができる。増量剤流体およびカーボンブラック原料が反応器中に別々に導入される場合、配置は、増量剤流体がカーボンブラック原料流体と接触し、そして増量剤流体が燃焼流（またはクロスフロー流）の中への原料流体のモメンタムを増加させるようになっている。この増量剤流体およびカーボンブラック原料の２つの別個の導入を達成するのに使用できる配置に関して制限はない。再度、反応器の周囲の周りなど、スロート区画（ｔｈｒｏａｔ ｓｅｃｔｉｏｎ）などの１つまたは２つ以上の導入点を使用できる。
カーボンブラック原料のそれぞれの導入点では、カーボンブラック反応器中への原料の導入および／または存在するそれぞれのカーボンブラック原料導入点についての増量剤流体のそれぞれの導入点の前に、いずれかの増量剤流体とカーボンブラック原料との前混合があることができる。
方法の遷移点における等、流体原料混合物がカーボンブラック反応器中に導入される様式は、１つまたは２つ以上の噴流または噴流ノズルの形態で、または１つまたは２つ以上のランス（ｌａｎｃｅ）と組み合わせて、または選択的に（ｉｎ ｔｈｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）１つまたは２つ以上のランス（ｌａｎｃｅ）だけで、あることができる。噴流ノズルが使用される場合、これらは、例えば、図１に示すように、典型的には反応器の周囲の周りに放射状の配置で位置する。ランスが使用される場合、これは典型的には反応器の位置のより軸上の中心に位置する。
本発明において、任意の方法のために、カーボンブラック生成原料は、（０.９〜１.３、または１〜１.２およびその同類のもの等の）約０.９〜約１.５以上またはそれらいずれかの組み合わせの特定の比重を有する任意の液体炭化水素であることができるか、これを含むことができる。カーボンブラック生成原料は、１６０℃〜約５００℃または２００℃〜約４５０℃または２１５℃〜約４００℃およびその同類のもの等の約１６０℃〜約６００℃の初期沸点を有することができる。カーボンブラック生成原料は、カーボンブラックの生成となる任意の従来のカーボンブラック生成原料であることができる。例えば、任意の炭化水素材料を使用できる。好適な原料は、反応の条件下で容易に蒸発させることができる任意のカーボンブラック生成炭化水素原料であることができる。例えば、アセチレン等の不飽和炭化水素；エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン；ベンゼン、トルエンおよびキシレン等の芳香族；ある飽和炭化水素；およびケロシン、ナフタレン、テルペン、エチレンタール、芳香族環状ストック（ａｒｏｍａｔｉｃ ｃｙｃｌｅ ｓｔｏｃｋｓ）およびその同類のもの等の他の炭化水素を使用できる。
本発明を使用して処理できるカーボンブラック生成原料は、通常カーボンブラックの製造に有用な任意の炭化水素液体または油原料を含むことができる。好適な液体原料は、例えば、不飽和炭化水素、飽和炭化水素、オレフィン、芳香族、およびその他の炭化水素、たとえば、ケロシン、ナフタレン、テルペン、エチレンタール、石炭タール、クラッキング（ｃｒａｃｋｅｒ）残留物、および芳香族環状ストック等、またはそれらいずれかの組み合わせを含む。原料は、例えば、デカント（ｄｅｃａｎｔ）油、石炭タール製品、エチレンクラッキング残留物、アスファルテン含有油、またはそれらいずれかの組み合わせであることができる。原料のタイプは汚染挙動(fouling behavior)に影響する場合がある。化学的性質は異なる原料のタイプ間でおよび／または原料のタイプ内で変化する場合がある。経験およびラボ試験に基づき、デカント油、コッカー（ｃｏｋｅｒ）油、石炭タール、およびエチレンクラッキング残留物、例えば、すべてものは、約３００℃超の種々の温度において汚染する場合がある。エチレンクラッキング残留物（ＥＣＲ）は、例えば、アスファルテンにおいて比較的高いことができる。他のタイプの原料はまたアスファルテンを含むことができ、そして／または他の汚染メカニズムに曝される化学品を有することができる。
原料のアスファルテン含有量は、全原料質量に基づいて、例えば、０％〜約３０ｗｔ％、または少なくとも約０.５ｗｔ％、または少なくとも約１ｗｔ％、または少なくとも約２ｗｔ％、または少なくとも約３ｗｔ％、または約１％〜約１０ｗｔ％、または約２％〜約７.５ｗｔ％、または約２.５％〜約５ｗｔ％であることができる。原料は、例えば、約１６０℃〜約５００℃、または約１８０℃〜約４５０℃、または約２００℃〜約４００℃、または２２５℃〜約３５０℃の初期沸点を有することができる。初期沸点とは、（原料の）第１成分が蒸発する温度をいう。原料は、中範囲の沸点、例えば、約３８０℃〜約８００℃、または約４００℃〜約５００℃、または約４２５℃〜約４７５℃、または４４０℃〜約４６０℃を有することができる。中範囲の沸点とは、原料成分の５０％が蒸発した温度をいう。原料は、例えば、約６００℃〜約９００℃、または約６２５℃〜約７２５℃、または約６５０℃〜約７００℃、または６７０℃〜約６９０℃の最終沸点を有することができる。最終沸点とは、１００％の原料成分が蒸発した温度をいう。ほかの初期沸点、中範囲沸点、および／または最終沸点は、原料の選択および化学的性質により、適用できる。
本発明の方法は、本明細書中で関連する適合および改変とともにファーネスカーボンブラック反応器を用いて使用できる。本発明の方法は、例えば、モジュール式（「段階的」とも呼ばれる）ファーネスカーボンブラック反応器中において行うことができる。本発明の実施に適合されるかまたは改変されることができる段階的ファーネス反応器は、例えば、米国特許第３、９２２、３３５号明細書；米国特許第４、３８３、９７３号明細書；米国特許第５、１９０、７３９号明細書；米国特許第５、８７７、２５０号明細書；米国特許第５、９０４、７６２号明細書；米国特許第６、１５３、６８４号明細書；米国特許第６、１５６、８３７号明細書；米国特許第６、４０３、６９５号明細書；および米国特許第６、４８５、６９３Ｂ１号明細書（参照により本明細書中にそのすべてを取り込む）中に示されている。
カーボンブラック生成原料と混合される高温ガスの流れ（または加熱されたガス流）に関して、高温ガスの流れはまた、固体、液体、および／またはガス状の燃料と、空気、酸素、空気と酸素との混合物、またはその同類のもの等であるがこれらに限られない好適な酸化剤流とを接触させることにより生成できる高温燃焼ガスまたは加熱されたガス流と考えることができる。代わりに、前加熱した酸化剤流は、液体燃料またはガス状燃料を加えることなく通すことができる。高温ガスを生成するために酸化剤流を接触させる使用に好適な燃料の例は、天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセチレン、アルコール、リサイクルされた排ガス、またはケロシン等の容易可燃性ガス、蒸気、または液体流のいずれかを含む。通常、高含有量の炭素含有成分および特に、炭化水素を有する燃料を使用することが好ましい。本発明のカーボンブラックを生成するのに利用される空気の燃料に対する比は、約０.７：１〜無限、または約１：１（化学量論比）〜無限である。高温ガスの生成を促進するために、酸化剤流を前加熱することができる。本質的に、加熱されたガス流は、燃料および／または酸化剤を点火または燃焼させることにより、生成される。加熱されたガス流のために約１０００℃〜約３５００℃等の温度を得ることができる。
本発明により、原料の噴流貫通は、増量剤流体により調整することができる。例えば、増量剤流体は、反応器中への１つまたは２つ以上の導入点を通して導入されるとき、噴流の形態である流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方に影響する能力を有する。増量剤流体の量が多ければ多い程、混合物のチョーク流速または混合物の臨界速度（チョーク流速および臨界速度は、その混合物での音の速度をいう）は速くなり、したがって加熱されたガス流中への噴流のさらなる貫通となる。
本発明の別の利点は、増量剤流体を使用するカーボンブラックの全体的な収率を高める能力である。本発明により、同じ量の原料流体を使用して、より多いカーボンブラックを製造することができる。例えば、収率は、少なくとも１％、少なくとも２％、または少なくとも５％（ここで収率％は、カーボンブラックの質量パーセントに基づく）増加できる。収率は、（本明細書中に記載されたように）増量剤流体、カーボンブラック原料、または両方の前加熱を使用してさらに高められることができる。
本発明の別の利点は、大きいオリフィスまたはノズルサイズを使用する能力に関する。いくつかのカーボンブラック工程において、大きいオリフィスまたはノズルサイズは、カーボンブラック原料中の粒子により使用される。大きいノズルサイズは、存在する粒子によるノズルの目詰まりを避けるために使用される。しかし、大きいノズルサイズが使用される場合、これは、低下した原料圧力および速度により、加熱されたガスの燃焼流中への原料流体の充分なまたは良好な貫通を妨げる場合がある。しかし、本発明により、小さいノズルサイズと同じレベルで貫通が達成されて所望のカーボンブラックの生成を達成するように、増量剤流体の使用は、大きいノズルサイズからくる場合でさえ、原料流体のモメンタムを高める能力を提供する。
選択肢として、増量剤流体と混合できるカーボンブラック原料は、増量剤流体と混合される前に加熱されることができる。言い換えれば、カーボンブラック原料は前加熱されることができる。この原料の前加熱およびそれに関わる技術は、国際公開第２０１１/１０３０１５号パンフレット（参照によりそのすべてを本明細書中に取り込む）に記載されている。
本発明において、選択肢として、増量剤流体と混合される前にカーボンブラック原料は、３００℃超または約３６０℃〜約８５０℃以上、または約４００℃〜約６００℃の温度または他の温度に加熱することができる。
本発明において、選択肢として、カーボンブラック原料と混合される前に、増量剤流体は、少なくとも１００℃、少なくとも３００℃、または少なくとも５００℃、または少なくとも７５０℃、または少なくとも１０００℃、または少なくとも１２００℃の温度、または他の温度に加熱されることができる。
本発明において、選択肢として、増量剤流体およびカーボンブラック原料は、共に混合される前に、それぞれ前加熱温度と同じかまたは異なる温度に別々に前加熱されることができる。前加熱温度は、上記の範囲であることができ、すなわち、カーボンブラック原料で、３００℃または約３６０℃〜約８５０℃以上、または約４００℃〜約６００℃超の温度に、および／または増量剤流体で、少なくとも１００℃、少なくとも３００℃、または少なくとも５００℃、または少なくとも７５０℃、または少なくとも１０００℃、または少なくとも１２００℃の温度に、または他の温度に加熱できる。さらなる選択肢として、流体原料混合物は、カーボンブラック原料および／または増量剤流体の前加熱ありまたはなしで、任意選択的に過熱され、より高温に加熱されることができる。
選択肢として、カーボンブラック原料は、増量剤流体と混合して流体原料混合物を生成する前に、少なくとも３００℃、例えば３００℃〜約８５０℃の温度等の第１の温度に加熱されることができ、そして次に流体原料混合物は、増量剤流体と混合される前に、前加熱したカーボンブラック原料単独の温度より高い第２の温度にさらに加熱されることができる。流体原料混合物のより高い温度へのこの加熱は、前加熱した原料より、少なくとも５０℃高い、たとえば、少なくとも７５℃高い、または少なくとも１００℃高いことができる。選択肢として、カーボンブラック原料は、増量剤流体と混合されて流体原料混合物を生成する前に第１の温度に加熱されるかまたは前加熱されることができ、そして第１の温度より高い第２の温度、たとえば、約９５０℃までさらに加熱されることができる。
この方法は、反応流中でのカーボンブラックのクエンチングを含むことができる。反応流中のカーボンブラックは、１つまたは２つ以上の区間中でクエンチされることができる。例えば、図２において、クエンチ区間１４のクエンチ場所１８において、クエンチング流体が注入され。水を含むことができ、そしてカーボンブラック生成原料の熱分解を完全にまたは本質的に完全に停止させ、またはカーボンブラック生成原料を部分的にのみ冷却して、熱分解を停止することなく、その後に第２クエンチ（示されていない）を使用してカーボンブラック生成原料の熱分解を停止することができる。従来のカーボンブラックの製造における他の後クエンチングステップを、本発明の方法において使用できる。高温燃焼ガスとカーボンブラック生成原料との混合物がクエンチされた後で、冷却されたガスは、カーボンブラックが回収される下流の任意の従来の冷却および分離手段中に流れ込む。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵装置、サイクロン分離器またはバグフィルター等の従来の手段により容易に達成される。反応を完全にクエンチングして最終のカーボンブラック製品を生成させることに関しては、第２のカーボンブラック生成原料の導入点の下流の反応をクエンチする任意の従来手段を使用でき、そしてこれは当業者に知られている。例えば、化学反応を停止する水または他の好適な流体であることができるクエンチング流体を注入できる。
上記の様におよびさらに詳細には、１つの方法は、カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することを含むことができる。この方法は、さらに任意選択的に、３００℃未満または２７５℃未満（例えば、４０℃〜２７４℃、５０℃〜２７０℃、７０℃〜２５０℃、６０℃〜２００℃、７０℃〜１５０℃、およびその同類のもの）等、達成される前加熱温度より低い第１の温度を有する少なくとも１種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（例えば、少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーター、およびその同類のもの、ここでヒーターは、同一または相互に異なることができる）に供給することを含む。少なくとも１種の増量剤流体は、反応器中へのカーボンブラック生成原料の導入より前および／または後の任意の点において、カーボンブラック生成原料と混合されることができる。理想的には、増量剤流体が反応器の中に導入される前に、混合されるかまたは組み合わせられる場合、より大きな恩恵が得られる。これは、導入点のちょうど前または前加熱について本明細書中に記載されたヒーターステージ後またはそのヒーターステージ前の任意の点で行うことができる。少なくとも１つのヒーターに入る原料の温度は、目標とされた前加熱温度または温度範囲より下である。前加熱される前の原料は、選択肢として、少なくとも約０.２ｍ/秒（例えば、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、たとえば、０.２ｍ/秒〜４ｍ/秒、１.１〜３ｍ/秒）の第１の速度で移動できる。他の処理条件がヒーター中の汚染および／またはコークス化および反応器への供給ラインを制御するように選択されるという前提で、他の速度を使用できる。
この方法は、少なくとも１つのヒーター中で少なくとも１つのカーボンブラック生成原料を約３００℃超（例えば、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℃；たとえば、３００℃〜８５０℃、または３６０℃〜８００℃、４００℃〜７５０℃、４５０℃〜７００℃）の第２の温度に前加熱して、前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ことができ、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０.２ｍ/秒である少なくとも１つのヒーター中の速度を有し、ここでこの速度は、６０℃１気圧および少なくとも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測定された原料の密度に基づいて計算される。本発明の目的のためにそうした高温において原料の速度を測定するのは非常に困難である場合があるので、本明細書中における速度は、これらの具体的測定条件に基づく。どんなに最も小さい直径または最も小さい断面積が実際のヒーターに存在していても、この最小の断面積は、本発明の目的のために本明細書中において速度を決定するのに使用される。多くのヒーターはヒーターの至る所において同じ直径を有するが、幾つかの直径または断面積がヒーター中に存在する場合には、この条件が提供される。速度は、最小の断面積に基づく。原料のヒーターを通る実際の速度は、通常、６０℃、１気圧で測定された速度より速いことができる。
この方法において、カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満（例えば、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；たとえば、１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）のヒーター中での第１の原料の滞在時間を有することができる。
この方法は、（任意選択的に増量剤流体と予混合した）前加熱した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つの原料導入点（例えば、少なくとも１つまたは２つまたは３つまたは４つの原料導入点）に供給することを含むことができ、前加熱したカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満（例えば、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；たとえば、１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）のヒーターから出てカーボンブラック反応器への導入点のちょうど前までで測定された第２の原料滞在時間を有する。第１の原料滞在時間および第２の原料滞在時間の合計は、好ましくは、１２０分以下（例えば、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；１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）である。例えば、図を参照すると、第２の原料滞在時間は、例えば、原料が図２中のヒーター１９または図３中のヒーター２２を出てから、図２および図３中に導入点１６として示される反応器への導入点までの時間であろう。第１の原料滞在時間および第２の原料滞在時間の合計は、全原料滞在時間となるであろう。
選択肢として、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である場合、カーボンブラック生成原料は、ヒーターに入る所での第１の速度とほぼ同等以上（例えば、少なくとも１％大きい、少なくとも２％大きい、少なくとも３％大きい、少なくとも５％大きい、少なくとも７％大きい、少なくとも１０％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい；１％〜２００％大きいまたは２０％〜１００％大きい）であるヒーター中での速度を有することができる。
本発明の方法は、カーボンブラック生成原料を加圧することを含むことができる。カーボンブラック生成原料の前加熱が、少なくとも１つのヒーター中でまたは反応器にカーボンブラックを供給する前に蒸気膜の生成を避けるように、この方法は、加圧またはカーボンブラック生成原料のための圧力を使用することを含むことができる。本発明の方法は、カーボンブラック生成原料を前加熱する少なくとも１つのヒーターに入る前に、例えば、約１０バール（ｂａｒ）超の圧力を有するように、カーボンブラック生成原料を加圧することを含むことができる。この圧力は、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、たとえば、１０バール〜１８０バール以上、１５バール〜１５０バール、２０バール〜１２５バール、２５バール〜１００バール等であることができる。
本発明において、カーボンブラックの製造方法は、カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することを含むことができる。この方法は、１０バールより大きい第１の圧力において、ヒーターへ３００℃未満または２７５℃未満（例えば、４０℃〜２７４℃、５０℃〜２７０℃、７０℃〜２５０℃、６０℃〜２００℃、７０℃〜１５０℃、およびその同類のもの）等の目標とされた前加熱原料温度未満の第１の温度を有するカーボンブラック生成原料を供給することをさらに含む。この圧力は、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、たとえば、１０バール〜１８０バール以上、１５バール〜１５０バール、２０バール〜１２５バール、２５バール〜１００バール等であることができる。
この方法は、前加熱したカーボンブラック生成原料を提供するために、ヒーター（例えば、少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーター、およびその同類のもの、ここでヒーターは、同一または相互に異なることができる）中の少なくとも１種のカーボンブラック生成原料を、約３００℃超（例えば、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℃；たとえば、３００℃〜８５０℃、または３６０℃〜８００℃、４００℃〜７５０℃、４５０℃〜７００℃）の第２の温度に前加熱することを含むことができ、ここで（ａ）カーボンブラック生成原料は、第１の圧力とほぼ同等またはそれより低い（例えば、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；たとえば、１％〜７５％低いまたは３％〜２０％低い）少なくとも１つのヒーターにおける第２の圧力を有し、そして（ｂ）カーボンブラック生成原料は、約１２０分未満（例えば、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；たとえば、１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）のヒーターにおける第１の原料滞在時間を有する。
上記のように、本段落、上記、下記で記載される方法のいずれにおいても、少なくとも１種の増量剤流体は、任意の点（前加熱の前、前加熱の間、および／もしくは前加熱の後、ならびに／またはカーボンブラック反応器中への導入前および／もしくは導入後）において、前加熱したカーボンブラック生成原料と組み合わせるかまたは混合することができる。
この方法は、前加熱した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つの原料導入点に供給することを含むことができ、前加熱したカーボンブラック生成原料は、約１２０分未満（例えば、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；たとえば、１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）の少なくとも１つのヒーターを出てからカーボンブラック反応器の導入点までの第２原料滞在時間を有することができ；そしてここで第１の原料滞在時間と第２の原料滞在時間との組み合わせは、１２０分以下（例えば、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；たとえば、１秒〜１１９分、５秒〜１１５分、１０秒〜１１０分、３０秒〜１００分、１分〜６０分、５分〜３０分）である。
本発明は、カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することを含むカーボンブラックの製造方法に関することができる。この方法は、１０バールより大きい第１の圧力において、３００℃未満または２７５℃未満（例えば、４０℃〜２７４℃、５０℃〜２７０℃、７０℃〜２５０℃、６０℃〜２００℃、７０℃〜１５０℃、およびその同類のもの）等の目標とされた前加熱原料温度未満である第１の温度を有する少なくとも１種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（例えば、少なくとも２つのヒーター、少なくとも３つのヒーター、およびその同類のもの、ここでヒーターは、同一であるかまたは相互に相違することができる）に供給することをさらに含む。選択肢として、ヒーターに入る速度は、少なくとも約０.２ｍ/秒（例えば、０.２ｍ/秒〜２ｍ/秒、０.４〜１.８ｍ/秒およびその同類のもの等の少なくとも約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１の速度であることができる。
この方法は、前加熱したカーボンブラック生成原料を供給するために、ヒーター中でカーボンブラック生成原料を、約３００℃超（例えば、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℃；たとえば、３００℃〜８５０℃、または３６０℃〜８００℃、４００℃〜７５０℃、４５０℃〜７００℃）の第２の温度に前加熱することを含み、ここで（ａ）カーボンブラック生成原料は、少なくとも０.２ｍ/秒であるヒーター中での速度を有し、この速度は、６０℃１気圧において測定された原料の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計算され、そして（ｂ）少なくとも１種のカーボンブラック生成原料は、第１の圧力と同等またはそれより低い（例えば、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；たとえば、１％〜２５％低いまたは３％〜２０％低い）ヒーター中における第２の圧力を有し、ここでこの圧力は、第１の圧力および第２の圧力（実際の運転を通して、断面積は同一または異なることができる）の間に原料が移動する同じ断面積の仮定に基づいて計算できる。この決定の様式は、必須ではないが、適切に圧力を比較するために使用できる。
この方法は、（任意選択的に増量剤流体とともに予混合した）前加熱した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つの原料導入点に供給し、そしてカーボンブラック反応器への導入点を通して少なくとも前加熱したカーボンブラック生成原料と加熱されたガス流とを混合して、カーボンブラックがカーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成させることを含むことができる。この方法は、反応流中のカーボンブラックをクエンチングすることを含むことができる。
本発明において、任意の方法のために、記載されたターゲット前加熱温度は、好ましくはカーボンブラック反応器中への導入の前の原料の平均温度である。原料の記載された前加熱温度は、カーボンブラック反応器に導入される前の原料の最大温度または原料の最小温度であることができる。
本発明において、いずれの方法でも、記載されたターゲット圧力は、好ましくは原料の平均圧力である。原料の記載された圧力は、原料の最大圧力または原料の最小圧力であることができる。
本発明において、いずれの方法でも、記載されたターゲット速度は、好ましくは原料の平均速度である。原料の記載された速度は、原料の最大速度または原料の最小速度であることができる。
前加熱は、任意の数の方法で生じることができ、そしてこれを達成する様式において制限がないことを意図する。前加熱は、少なくとも１つのヒーター（例えば、１つの、２つの、３つまたは４つ以上の）中で起こることができる。少なくとも１つのヒーターのための熱源は、１つまたは２つ以上のカーボンブラック反応器からの、電熱、プラズマ熱、排ガスからの熱、排ガス、燃料の燃焼からの熱、および／または他の工業の工程からの熱および／または他の形態の熱、および／またはそれらいずれかの組み合わせ等の任意の供給源であることができる。前加熱は、少なくとも１つのヒーターが反応器中への導入のために、原料をターゲット前加熱温度へ部分的にまたは完全に加熱するところで生じることができる。１つのヒーターは、前加熱を部分的にもしくは完全に達成することができ、または２つまたは３つ以上のヒーターは、並べてまたは他の配置で使用されて、前加熱（充分なまたは部分的な）を達成できる。部分的な前加熱が少なくとも１つのヒーターにより達成される場合、残りの前加熱は、究極的にターゲット前加熱温度を得るために、追加の熱源または第２の熱源またはさらにヒーターを伴うことによって達成される。
例えば、少なくとも１種のカーボンブラック生成原料の前加熱は、熱交換器を有する少なくとも１つのヒーター中でカーボンブラック生成原料を加熱することを含むことができ、またはこれによって達成されることができる。熱交換器は、約１０ｋＷ/ｍ２超（たとえば、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；たとえば、約１０ｋＷ/ｍ ２ 〜約１５０ｋＷ/ｍ ２ ）の平均熱流束で運転できる。
選択肢として、少なくとも前加熱の一部分（または完全な前加熱）は、前加熱した原料を受けるカーボンブラック反応器または別のカーボンブラック反応器または両方によって生成された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つのヒーター中で生じる。少なくとも１つのヒーターは、前加熱した原料または異なるカーボンブラック反応器または両方を受けるカーボンブラック反応器の少なくとも一部分と熱交換できる。例えば、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、例えば、クエンチャーの下流で接触でき、ここでこの少なくとも１つのヒーターは、その第１の側（例えば、外側の壁）上で反応流によって加熱され、そしてその反対側（例えば、内側の壁）上で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有することができる。選択肢として、この少なくとも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を交換する熱交換器を含むことができ、ここで熱交換器を通って流れる流動性を有する熱キャリアーは加熱され、そして熱キャリアーは、反応器の外部に位置する少なくとも１つのヒーターを通過し、そして熱キャリアーから熱をカーボンブラック生成原料に移送するように操作できる。この少なくとも１つのヒーターは、カーボンブラックを生じる原料を加熱するために、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両方からのカーボンブラック排ガス（例えば、排ガスからの熱または排ガスを燃焼することにより生成された熱）を少なくとも部分的に（または充分に）熱源とすることができる。この前加熱は、１つまたは２つ以上のプラズマヒーターまたは他のヒーターまたは熱源を使用することによって部分的にまたは充分に達成できる。
反応器中への加熱されたガス流の導入は、プラズマヒーター中でプラズマ加熱可能ガス流をプラズマ加熱して、加熱されたガス流の少なくとも一部分を提供することを含むことができる。
本発明において、非触媒の表面は、少なくとも１つのヒーターの壁および／または前加熱したカーボンブラック生成原料をカーボンブラック反応器に供給する少なくとも１つの原料供給ラインの内側の壁に接触するいくつかまたはすべてのカーボンブラック生成原料の上で使用できる。この表面は、炭化水素のクラッキング（例えば、熱クラッキング）または重合に対する非触媒であることができる。
本発明において、供給するステップは、カーボンブラック反応器に供給する少なくとも１つの原料供給ラインを通して、前加熱したカーボンブラック生成原料を供給することを含むかまたは供給することであることができ、そしてこの方法はさらに任意選択的に少なくとも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のための酸化剤であることができるパージガスを周期的に供給することを含むことができる。原料を前加熱する少なくとも１つのヒーターから出るこの原料供給ラインは、（例えば、より小さいまたはより大きい断面積を有することができる）少なくとも１つのヒーター中に原料を供給する供給ラインと同じであるかまたは異なる断面積（例えば、直径）を有することができる。
本発明において、この供給することは、カーボンブラック反応器に供給する少なくとも１つの原料供給ラインを通して、前加熱したカーボンブラック生成原料を供給することを含むことができ、そしてこの方法は、前加熱した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の少なくとも部分的な（または全部の）フラッシング（例えば、圧力を低下させることにより達成される、例えば、原料蒸発）を伴ってカーボンブラック反応器中に注入することを含むことができる。
上記の様に、原料は、本汚染制御アプローチを使用して、約３００℃超の温度に、または５００℃を超える他の温度に加熱されることができる。本発明の進歩により、原料温度は、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℃〜約８５０℃、または約３５０℃〜約８５０℃、または約４５０℃〜約７５０℃、または約４５０℃〜約７００℃、または約５００℃〜約７５０℃、または約５００℃〜約７００℃であることができる。この原料温度は、原料を前加熱するのに使用されるヒーターを出たちょうど後および／またはカーボンブラック反応器中に導入されるちょうど前のカーボンブラックを生成する原料の温度である。この点に関して原料温度は、約３００℃を超える値に昇温された点から原料が反応器中に導入される供給ラインの放出終端への原料供給ラインに沿って１つまたは２つ以上の点で測定されるかまたは感知されることができる。この原料供給ラインは、原料温度が約３００℃を超える値に昇温された点およびその後ならびに原料ヒーターから反応器に伸びるさらなる供給ライン部分内での輸送の前の、原料ヒーター内のチューブの任意の長さを含む。選択肢として、前加熱した原料温度は、３０１℃以上の前加熱した原料供給ラインでの絶対最小値を有することができ、および／または選択肢として、前加熱した原料供給ライン中での温度の最大の変動性は、原料供給ラインに沿ったすべての点を考慮すると、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％であることができる。これらの示された原料温度は、本明細書中に記載された種々の汚染制御工程変数と組み合わせて使用できる。
記載された原料速度を使用した汚染制御は、少なくとも部分的に、この速度でのヒーターへのおよび／または原料を前加熱する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原料を供給することを含むことができる。この速度は、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〜約１０ｍ/秒、または約１ｍ/秒〜約７ｍ/秒、または約１.５ｍ/秒〜３ｍ/秒、または約２ｍ/秒〜約６ｍ/秒、または約３ｍ/秒〜約５ｍ/秒であることができる。原料速度は、パイプまたは他の供給ライン構造の縦軸に対する直線速度である。原料速度（第１の速度）は、原料を前加熱するヒーター中に導入される点において測定される。ヒーターを通るおよび／またはヒーターから出た後の原料の速度は、第１の速度と同じであるかまたは異なることができ、そして例えば第１の速度より大きい（例えば、１％〜３００％大きいまたは５０％〜２００％大きいおよびその同類のもの等の少なくとも１％大きい、少なくとも２％大きい、少なくとも３％大きい、少なくとも５％大きい、少なくとも７％大きい、少なくとも１０％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい）ことができる。この速度は測定されるかまたは６０℃、１気圧で測定された原料密度に基づいて、および測定される原料ライン中に存在する最も小さい断面積に基づいて計算される。この原料供給ラインは、原料の温度が約３００℃を超える値に昇温されたとき、および／または昇温された後、ならびに原料ヒーターから反応器へ伸びる追加の供給ライン部分中での輸送の前の、原料ヒーター内での管の任意の長さを含むことができる。例えば、原料速度は、０.２ｍ/秒以上の原料供給ライン中での絶対最小値を有することができ、および／または選択肢として、原料供給ライン中の原料速度の最大の変動性は、原料供給ラインに沿ったすべての点を考慮すると、例えば、±２０％、または±１０％、または±５％、または±１％、または±０.５％であることができる。
原料加圧を使用した汚染制御は、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〜約１８０バール、または約２０〜約１８０バール、または約４０〜約１８０バール、または約５０〜約１８０バール以上の圧力に加圧することを含むことができる。本明細書中における原料圧力は、絶対圧力として与えられる。この圧力（第１の圧力）は、前加熱するためにヒーター中に導入される前の点において測定された圧力である。原料を前加熱するヒーターを通り、そして／またはその後の反応器への導入点への圧力は、第１の圧力と同じであるかまたは異なることができ、例えば、第１の圧力より低い（例えば、１％〜２５％低いまたは３％〜２０％低いおよびその同類のもの等の少なくとも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）。ゲージ圧力測定は、本明細書中に示された範囲と比較するために知られた様式で絶対値に調整される。この原料圧力は、原料温度が約３００℃を超える値に昇温される点から原料が反応器に導入される供給ラインの放出終端への原料供給ラインに沿った１つまたは２つ以上の点で測定されるかまたは感知されることができる。この原料供給ラインは、原料温度が約３００℃を超える値に昇温される点およびその後、ならびに原料ヒーターから反応器へ伸びる追加の供給ライン部分中での輸送の前の、原料ヒーター内のチューブの任意の長さを含むことができる。この圧力は、汚染制御のための原料温度の傾向と直接一致する。例えば、１０バールの原料圧力は、３００℃の原料温度での汚染を制御するのに充分であることができ、一方２０バール以上等の１０バール超の増加した圧力は、原料温度が５００℃に上昇して、他のことが同じである場合、同じレベルの汚染制御を供給するのにさらに有用であることができる。
短い全原料滞在時間を使用する汚染制御を使用できる。全原料滞在時間は、前加熱したカーボンブラック生成原料が反応器に導入される前に消費する時間を含む前加熱のための少なくとも１つのヒーター中で消費される時間の合計であることができる。全滞在時間は、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〜約１２０分、または約０.５分〜約１２０分、または約１分〜約９０分、または約２分〜約６０分、または約３分〜約４５分、または約４分〜約３０分、または５〜３０分、または５〜４０分、または１０〜３０分、または約５分〜約１５分であることができる。滞在時間は、平均値または最大値または最小値であることができる。原料温度が約３００℃を超える値に昇温された点から原料が反応器中に導入される点までの原料滞在時間を決定できる。滞在時間は、原料温度と逆の傾向を示すことができる。例えば、約１２０分までの原料滞在時間は、３１０℃の原料温度において汚染問題なしで許容でき、一方、原料温度が５００℃に増加し、ほかのことが同じである場合、滞在時間は、好ましくは１２０分未満に減少して同じレベルの汚染制御を提供できる。
例えば、原料ヒーター中での原料の前加熱の間の汚染制御は、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〜約１５０ｋＷ/ｍ２（以上）、または約２０〜約１５０ｋＷ/ｍ２、または約３０〜約１００ｋＷ/ｍ２、または約４０〜約７５ｋＷ/ｍ２、または約５０〜約７０ｋＷ/ｍ２の平均熱流束におけるヒーター運転の使用を含むことができる。より高い熱流束は、カーボンブラック生成原料中においてより速く加熱することとなり、そして／または目標とされる前加熱温度に到達するのにより短い時間が必要とされることからヒーター中でのより短い滞在時間を可能にするので、より高い熱流束における運転は、汚染制御制御手段として見ることができる。
原料供給ラインの原料が接触する内側の壁上における炭化水素のクラッキング（例えば、熱クラッキング）および／または重合に対する非触媒表面を使用した汚染制御は、少なくとも部分的に、例えば、セラミックライニング（例えば、シリカ、アルミナ、酸化クロム）等の１つまたは２つ以上の層の保護ライニングを含むことができる。
原料供給ラインを通してパージガスの周期的なオンライン供給を使用した汚染制御は、炭素のための酸化剤（例えば、ＣＯ２、酸素、蒸気、蒸気および空気混合物）を、アクセス可能な点または原料ラインに沿った点において、原料供給ライン中に注入することを含むことができる。パージガスは、任意の液体原料ポンプ手段の下流に、１５０℃以上または３００℃超の温度の温度で導入されることができる。パージラインを通る蒸気速度は、例えば、少なくとも約６ｍ/秒であることができる。原料のデッドレッグ（ｄｅａｄｌｅｇ）はすべて除去されて、パージが直ちに反応器中にすべての原料を吹き飛ばすことができる。３００℃超の工程温度に曝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かにするように、パージガスは原料ヒーターの上流に導入されることができる。
上記のように、原料ラインからのコークス除去による汚染制御は、例えば、破砕することまたは機械的にこすり落とすことを含むことができる。破砕は、例えば、コークスで被覆されたオンラインパイプを冷却することによって、パイプのサイズが冷却の間に収縮するにつれて、パイプの内側上に堆積されたコークスの少なくともいくらかが薄片になってはげるかまたはさもなければ、内側パイプ壁から自由にとれることでよい。ゆるんだコークスは、パイプから外に流し出されることができ、そしてその破砕処理を受けたパイプは再度使用される準備ができる。破砕する間に、原料は、代わりのオンライン供給ラインまたは装置上に提供された反応器への供給ラインを通ってバルブを使用するなどで、破砕を受けるパイプから迂回されることができる。いったんクリーニングされると、この破砕されたパイプは、再度の使用のための準備ができる。原料パイプから出た堆積されたコークスをクリーニングする別の方法は、パイプを通して機械的にスクレーパーを動かしてパイプの内側からコークスを機械的に除去することを含むことができる。機械的にこすり落とす間に、代わりのオンライン供給ラインまたは装置上に供給される反応器への供給ラインを通して、バルブを使用することなどで、原料は迂回されることができ、パイプがクリーニングのためにラインから外される時間の間、一時的に運転休止となる。破砕することおよび／または機械的にこすり落とすことは、使用される場合、原料供給ライン上に周期的に行うことができる。
図１を参照すると、５区間、第１燃焼区間１０、遷移区間１３、第１反応区間３１、スロート区間３３、およびクエンチプローブ４１がカーボンブラック生成反応を停止するために置かれる第２反応区間３５からなる炉１が示されている。
燃焼区間１０は、上流壁６および側壁４によって規定され、そして遷移区間１３の始まりである点１２で終了する。そこを通って燃料が燃焼区間１０中に導入される導管８が壁６を通して挿入されている。そこを通って酸化剤が燃焼区間１０中に導入される導管５が側壁４を通して挿入されている。燃焼区間１０内に含まれているのは、壁６中のオリフィス７を通して燃焼区間１０中に挿入されるパイプ３に取り付けられた炎ホルダー１１である。燃焼区間１０の下流でかつ接続されているのは、点１２において開始しかつ点１４において終了する壁１７によって規定された遷移区間１３である。壁１７の周りの外周に位置するのは、そこを通して流体原料混合物８７が遷移区間１３中に注入されることができる複数の実質的に放射状に配向されている、オリフィス２１（または噴流ノズル２１）である。図１はまた、原料８３と混合されて、１つまたは２つ以上のオリフィス２１（または噴流ノズル２１）を通して導入（例えば、注入される）前に流体原料混合物８７を生成する増量剤流体８５を示す。
遷移区間１３の下流でかつ接続されているのは、壁３７によって規定された第１反応区間３１である。区間３１は、所望の反応条件によって可変の長さおよび幅を有することができる。第１反応区間３１の内部断面積は、遷移区間１３の内部断面積より大きいことができる。好ましくは、第１反応区間の内部断面積の、遷移区間の内部断面積に対する比は、１.１〜４.０である。そこで壁３７は、炉１の中心線に対して４５°の角度で収束し、そして点３２で壁３８の中に入る。壁３８は、スロート区間３３を画定する。スロート区間３３の内部断面積は、遷移区間１３の内部断面積より小さい。好ましくは、スロート区間３３の内部断面積の、遷移区間１３の内部断面積に対する比は、約０.２５〜０.９である。壁３８の下流終端３４は、壁３９の中に入る。壁３９は、炉１の中心線に対して３０°の角度で発散し、そして第２反応区間３５を画定する。第２反応区間３５の内部断面積は、スロート区間３３の内部断面積より大きい。好ましくは、第２反応区間３５の内部断面積の、遷移区間１３の内部断面積に対する比は、約１.１〜１６.０である。壁３９を通って第２反応区間３５に入るのは、カーボンブラック生成反応を終了させるために、水等のクエンチ媒体が注入されることができる配置されたクエンチプローブ４１である。
図２〜５に示すように、少なくとも１種の増量剤流体８５は、遷移区間１２中における等の反応器２中へのその導入の前に、カーボンブラック生成原料１５と混合されて流体原料混合物１７を生成する。図２に示すように、カーボンブラック生成原料１５は、増量剤流体８５と混合される前に、約３００℃超の温度に前加熱され、そして次に流体原料混合物１７として反応器２中に導入される。前加熱したカーボンブラック生成原料は、反応器２への少なくとも１つの原料導入点１６への少なくとも１つの流体原料混合物供給ライン１７中に供給される。導入後、原料は加熱されたガス流と混合されて、生成反応流を形成して、カーボンブラックが反応器中で生成される。反応流中のカーボンブラックは、１つまたは２つ以上の区間中でクエンチされることができる。例えば、クエンチ区間１４のクエンチ場所１８において、クエンチング流体が注入され、これは、水を含むことができ、そして完全にまたは本質的に完全にカーボンブラック生成原料の熱分解を停止するのに使用でき、または熱分解を停止することなく原料を部分的にのみ冷却し、その後カーボンブラック生成原料の熱分解を停止するのに使用される第２クエンチ（図示されていない）が続く。
図２中にまた示されているように、原料ヒーターは、原料が少なくとも１つの原料供給ラインに供給される前に、原料がその第１の側上で反応流によって加熱されかつその反対の側上で接触している、公知の熱交換器の設計において使用されるなどのヒーター壁（図示されていない）を有することができる熱交換器１９（ＨＸＲ）を含むことができる。上記のように、原料は、約３００℃超の温度に熱交換器中で加熱される。クエンチャーの下流に並べられて示されているが、原料熱交換器は、ヒーターが反応器内でより高い前クエンチ温度を許容できかつこの温度で運転できる構造を有するという前提で、反応流中のクエンチャーの上流に位置することができる。原料ヒーターは、例えば、コイルまたは管が内側に収容されておよび／または加熱された壁または反応器の壁に対しかつ接触して収容されて、約３００℃超の温度に原料を加熱するように、反応器の少なくとも一部分と物理的に接触して並べられることができる。図２中に示されていないが、熱交換器は、任意選択的に、原料を中間温度（例えば、２５０℃超または５０℃〜３５０℃、または目標前加熱温度未満の他の温度）に加熱することができ、または３００℃超の前加熱温度を得るのに使用されることができ、そして次にさらに反応器への熱交換器または外部ヒーターもしくは内部ヒーターは、最終の前加熱温度に加熱するのに使用できる。
反応器内の反応流は、例えば、約６００℃〜約２０００℃、または約８００℃〜約１８００℃、または約１０００℃〜約１５００℃、または炉反応器中で生成される極端な発熱反応を反映する他の高温のクエンチにおける温度を有することができる。本発明は、原料供給ライン中で汚染問題を生じることなく反応器中での反応により生成された高発熱性の熱を用いて原料熱交換を提供できる。したがって本発明は、遙かにより低い原料温度で運転される従来のカーボンブラック製造と比較して、エネルギー回収を改善しかつ原料コスト節約することを実現可能にする。
図２中にまた示されるように、少なくとも１つのポンプ２０は、３００℃を超える値に原料温度を上昇させるのに使用される原料ヒーター１９の上流で原料ライン上にインラインで設置されることができる。ポンプは、原料ヒーター中に入る前に原料を加圧するのに使用できる。そのような様式で、原料温度が上昇した値に高まる場合に原料は既に加圧されていることができる。そうでなければ、原料供給ライン中の汚染問題が加圧または他の示された汚染制御アプローチがないと、生じる場合があるであろう。原料は、通常、例えば、熱交換器の設計および運転の様式により通常の運転条件（例えば、０〜約２０バールの圧力低下）下での原料ヒーターを通過する間の圧力低下を経験するであろうので、汚染制御手段として原料に適用される任意の加圧は、特に前もって目標とされた範囲の値に原料圧力維持するのが必要な場合、原料熱交換器中で生じることができるかまたは生じると予期されることができるなんらかの圧力低下、ならびに反応器へ前加熱した原料を輸送するのに使用される供給ラインパイプまたは他の導管中で起こるかまたは起こることが予期できるなんらかの他の圧力低下を補うことが好ましい。図２中、および本明細書中の他の図中に、具体的な説明を簡素化するために、単一のみの原料供給ラインおよび反応器上の原料注入点が具体的に説明されているが、示された汚染制御がまた適用できる複数の原料供給ラインおよび反応器上の注入点を使用できることが理解される。
高温燃焼ガスとカーボンブラック生成原料との混合物がクエンチされた後で、冷却されたガスは、下流の任意の従来の冷却および分離工程中に送られてカーボンブラックが回収される。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵装置、サイクロン分離器またはバグフィルター等の従来の機器によって容易に達成できる。最終のカーボンブラック製品を生成する反応への完全なクエンチングに関して、カーボンブラック生成原料の導入より下流の反応をクエンチしかつ当業者に知られた任意の従来工程を使用できる。例えば、化学反応を停止させる水または他の好適な流体であることができるクエンチング流体を注入することができる。
図３は、本発明の方法中で使用されてカーボンブラックを生成できる別のタイプのファーネスカーボンブラック反応器の一部分を示し、ここで前加熱の少なくとも一部分が、反応器中での熱交換器２１と反応流との接触を含み、この反応器では、熱交換器を通って流れる蒸気または窒素等の流動性を有する熱媒体またはキャリアー２８が、反応器中で加熱され、そして加熱された蒸気（例えば、過熱された蒸気）が次に熱交換器および反応器からでて、そして反応器の外側に位置する別個の原料ヒーター２２を通るパイプを通って、３７０℃以上等の約３００℃超の温度に原料を加熱する原料ヒーター中で原料と熱交換するように運転可能である。
図４は、本発明の方法で使用されることができ、カーボンブラックを生成することができる、別のタイプのファーネスカーボンブラック反応器の一部分を示し、ここで前加熱の少なくとも一部分は、原料ヒーター２３と（反応器を出て約３００℃超の温度に（または目標温度に少なくとも部分的へ）に原料ヒーター中の原料を加熱する）排ガスとを接触させることを含む。
図５は、加熱されたガス流がプラズマヒーター２５を使用して少なくとも部分的にまたは完全に加熱された少なくとも部分的にまたは完全に加熱されたガス２４をさらに含む、本発明の方法において使用できる、別のタイプのファーネスカーボンブラック反応器を示す。例えば、当業者に知られた方法によりガスのプラズマ加熱を達成できる。例えば、米国特許第５、４８６、６７４号明細書（参照によりその開示をすべて本明細書中に取り込む）に示されるようなプラズマトーチを使用でき、そして米国特許第４、１０１、６３９号明細書および米国特許第３、２８８、６９６号明細書（参照によりその開示をすべて本明細書中に取り込む）中に示されたプラズマ加熱を参照できる。
図５中に示されているように、原料は、反応器中の熱交換器２６中で反応流と熱交換した熱媒体（例えば、蒸気）によって間接的に加熱されることができるか、または、代わりに、原料は、ハッチングした線によって示されるように反応器中の熱交換器２６中で直接加熱されることができる。
図７に示すように、原料（ＦＳ）は、環帯を有する配管設計を使用して、増量剤流体と別々に導入されることができる。図７および図８中の「一次炎」は、燃焼流への参照である。図８は、カーボンブラック原料（ＦＳ）は、配管が並列である設計において増量剤流体と別々に導入される設計を示す。
本発明のこれらの種々工程において、反応器の中または外側において原料を前加熱するのに使用される熱交換器設計は、シェルおよび管、シェルおよびコイル、プレートおよびフレーム、およびその同類のもの等の任意の従来の熱交換器設計を有することができる。熱交換器がインラインのコイル設定を有する場合、例えば、インラインコイルが腐食/浸食問題を防ぐために、スケジュール８０パイプおよびエルボーを使用できる。また、インラインコイル配管を組み立てるのにチューブ間の一定ピッチを使用でき、そしてコイルは、排煙ヘッダーの全断面図を使用できる。インラインコイルのための熱移送係数は、異なるグレードおよび異なるプラントで著しく変わる場合がある。
また、記載された工程スキームおよび方法のための原料のいずれかは、通常従来のカーボンブラックを製造するのに使用される追加の材料または組成物を含むことができる。本発明の方法は、周期表の少なくとも１つのＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはそれらのイオン）であるかまたはこれらを含む、少なくとも１種の物質を導入することをさらに含むことができる。少なくとも１つＩＡ族および／またはＩＩＡ族元素（またはそれらのイオン）を含む物質は、少なくとも１種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む。例は、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、またはラジウム、またはそれらの組み合わせを含む。これらの成分の１つまたは２つ以上の任意の混合物は、その物質中に存在できる。この物質は、固体、溶液、分散体、ガス、またはそれらいずれかの組み合わせであることができる。ＩＡ族および／またはＩＩＡ族金属（またはそれらのイオン）と同じかまたは異なる１超の物質を使用できる。複数の物質が使用される場合、これらの物質は、共に、別々に、連続して、または異なる反応場所中に加えられることができる。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種または２種以上を含む塩およびその同類のものを含むこれらの元素の１種または２種以上を含む化合物であることができる。物質は、金属または金属イオンを進行中の反応中に導入して、カーボンブラック製品を生成することができる。本発明の目的のために、ＩＡ族および／またはＩＩＡ族金属（またはそれらのイオン）の少なくとも１種を含む物質は、使用される場合は、たとえば、完全なクエンチングの前に反応器中の任意の点において導入されることができる。例えば、物質は、第１の反応ステージ中でカーボンブラック生成原料の導入の前；第１の反応ステージ中でカーボンブラック生成原料の導入の間；第１の反応ステージ中でカーボンブラック生成原料の導入の後；第２のカーボンブラック生成原料の導入の前、間または直後；または第２のカーボンブラック生成原料の導入後であるが完全なクエンチングの前である任意のステップ；を含む完全なクエンチングの前の任意の点において、加えられることができる。物質の導入の１より多い点を使用できる。
さらに、本発明において、上記のように、本発明は、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法に関する。この方法は、（反応器に入る前および／または後に）少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することを含む。この方法は、さらにカーボンブラック反応器中に流体原料混合物を供給すること、または増量剤流体と原料とを反応器中に別々に供給することを含むことができる。この流体原料混合物の供給は、１つまたは２つ以上の噴流の形態であることができる。この方法は、少なくとも１種の粒子特性を制御するために流体原料混合物中に存在する増量剤流体の量を制御することを含む。「増量剤流体」、「カーボンブラック原料」、および「流体原料混合物」への参照は、上記で規定されかつ説明された用語と同じ意味を有する。
少なくとも１種の粒子特性の一例が、色合いである。この粒子特性は、表面積特性または構造特性であることができる。
本発明は、本発明の例示であることを意図する、以下の例によってさらに明確にされるであろう。
例１
本発明の１つの例では、天然ガス炎からの高温ガスの高速流（２００ｍ/秒超）が図１に示されたような、カーボンブラック反応器の遷移区間（Ｄ＝１３５ｍｍ）中に、０.８の等量比で、燃焼して入った。デカント原料を３.３３の全体的等量比で４つの注入器を使用してこの遷移中に注入した。原料注入器は、それぞれ、０.７６ｍｍのオリフィス、それに続く７６ｍｍ長および直径６.５ｍｍの膨張区間を有した。原料を注入器中に入る前に約５００℃に前加熱した。窒素をオリフィスのすぐ下流に原料流の０ｗｔ％〜２０ｗｔ％（下記の表を参照のこと）の流量で増量剤流体として加えた。窒素は、遷移域に入る前に原料と混合されるような様式で、加えた。
本発明の１つの例では、天然ガス炎からの高温ガスの高速流（２００ｍ/秒超）が図１に示されたような、カーボンブラック反応器の遷移区間（Ｄ＝１３５ｍｍ）中に、０.８の等量比で、燃焼して入った。デカント原料を３.３３の全体的等量比で４つの注入器を使用してこの遷移中に注入した。原料注入器は、それぞれ、０.７６ｍｍのオリフィス、それに続く７６ｍｍ長および直径６.５ｍｍの膨張区間を有した。原料を注入器中に入る前に約５００℃に前加熱した。窒素をオリフィスのすぐ下流に原料流の０ｗｔ％〜２０ｗｔ％（下記の表を参照のこと）の流量で増量剤流体として加えた。窒素は、遷移域に入る前に原料と混合されるような様式で、加えた。
遷移区間中への流体原料噴流の貫通を、反応器中の観察ポートにより視覚的に観察した。増量剤流体なしで、原料噴流のみが、〜２５％の遷移直径（すなわち、約３４ｍｍの噴流貫通）に等しい深さに高温ガスの高速流のクロスフローを貫通した。増量剤流体が原料に加えられるにつれて、反対の流体原料噴流が遷移の中心（すなわち、約６８ｍｍの噴流貫通）に接触するまで、流体原料噴流貫通は、連続的に増加した。これは、注入された原料の質量基準で、２０ｗｔ％の窒素流で生じることが観察された。さらに、カーボンブラックの色合い値をＡＳＴＭ Ｄ３２６５法によって測定し、そしてより多くの窒素が流体原料混合物中の原料に加えられるにつれて、所与のカーボンブラック表面積での増加が見出された。下記の表は、窒素流量と共にどのように色合いおよび噴流貫通が変化したかを示す。
例２
例１におけるのと同じ反応器を使用して、本発明の第２の例において、窒素を原料噴流の周りの（図７に示すような）環帯中に、環帯中の増量剤流体と原料とが遷移に入る前に混合しないように、加えた。増量剤流体は、原料噴流のモメンタムを増加させ、それによって流体原料の噴流貫通を増加するように、原料の近傍にあった。例１と同じ反応器条件を使用し、そして注入された原料の質量を基準として、原料流れの０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の流量で窒素を環帯中に加えた。前の例におけるように、原料噴流貫通は、環帯中に流量を有さない遷移直径の〜２５％のみであった。増量剤流体で増加した噴流貫通は、注入された原料の質量基準で、２０ｗｔ％の流れで遷移直径の〜４０％まで環帯中に流れた。このように増量剤流体を加えることは、流体原料の噴流貫通を増加させるが、前の例ほど効果的でない。色合いは、環帯中の窒素の添加と共にいくらかまた増加した。
例１におけるのと同じ反応器を使用して、本発明の第２の例において、窒素を原料噴流の周りの（図７に示すような）環帯中に、環帯中の増量剤流体と原料とが遷移に入る前に混合しないように、加えた。増量剤流体は、原料噴流のモメンタムを増加させ、それによって流体原料の噴流貫通を増加するように、原料の近傍にあった。例１と同じ反応器条件を使用し、そして注入された原料の質量を基準として、原料流れの０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の流量で窒素を環帯中に加えた。前の例におけるように、原料噴流貫通は、環帯中に流量を有さない遷移直径の〜２５％のみであった。増量剤流体で増加した噴流貫通は、注入された原料の質量基準で、２０ｗｔ％の流れで遷移直径の〜４０％まで環帯中に流れた。このように増量剤流体を加えることは、流体原料の噴流貫通を増加させるが、前の例ほど効果的でない。色合いは、環帯中の窒素の添加と共にいくらかまた増加した。
本発明は、任意の順番および／または任意の組み合わせで、以下の形態/態様/特徴を含む：
１．カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
少なくとも１種の増量剤流体が該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点における軸方向または実質的な軸方向に少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、少なくとも１種の増量剤流体を少なくとも１種のカーボンブラック原料と混合して流体原料混合物を生成することと、
該流体原料混合物を該カーボンブラック反応器への該少なくとも１つの原料導入点に供給することと、
該カーボンブラック反応器への該少なくとも１つの導入点を通して、少なくとも該流体原料混合物と加熱されたガス流とを混合して、カーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと。
を含む、カーボンブラックの製造方法。
２．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に化学的に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に一様に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流が、加熱されたガス流の内部部分中に該カーボンブラック原料を進ませるのに充分な増量剤流体を含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５．該増量剤流体が、少なくとも１種の不活性ガスである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６．該増量剤流体が、蒸気、水、空気、二酸化炭素、天然ガス、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、窒素、またはそれらいずれかの組み合わせである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
７．該増量剤流体が、窒素である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
８．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通して該流体原料混合物を生成するのに充分な圧力で、該カーボンブラック原料中に導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
９．該増量剤流体が、約１ポンド／インチ２〜約３５０ポンド／インチ２の圧力で該カーボンブラック原料中に導入されて、該流体原料混合物を生成する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１０．該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１１．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、連続的なカーボンブラック製造の間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１２．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の噴流貫通が、連続的なカーボンブラック製造の間に該流体原料混合物の該増量剤流体の含有量を変えることによって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１３．該増量剤流体が該カーボンブラック原料中で少なくとも部分的に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１４．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約４００ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１５．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１６．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃超の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１７．該増量剤流体と混合する前に、約３６０℃〜約８５０℃の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１８．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃〜約８５０℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より高い第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１９．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも５０℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２０．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より少なくとも１００℃高い第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２１．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を第１の温度に加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２２．増量剤流体の調整が、該流体原料混合物の該１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方を制御するようになっており、それによって該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の貫通を変える、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２３．少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することと、カーボンブラック反応器中に該流体原料混合物を供給することとを含み、そして該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物中に存在する増量剤流体の量を制御して、該少なくとも１種の粒子特性を制御する、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
２４．該少なくとも１種の粒子特性が、色合いである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２５．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に化学的に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２６．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に一様に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２７．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流が、加熱されたガス流の内部部分中に該カーボンブラック原料を進ませるのに充分な増量剤流体を含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２８．該増量剤流体が、少なくとも１種の不活性ガスである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２９．該増量剤流体が、蒸気、水、空気、二酸化炭素、天然ガス、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、窒素、またはそれらいずれかの組み合わせである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３０．該増量剤流体が、窒素である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通して該流体原料混合物を生成するのに充分な圧力で、該カーボンブラック原料中に導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３２．該増量剤流体が、約１ポンド／インチ２〜約３５０ポンド／インチ２の圧力で該カーボンブラック原料中に導入されて、該流体原料混合物を生成する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３３．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、該方法がカーボンブラックを生成する間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３４．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、連続的なカーボンブラック製造の間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３５．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、および該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の噴流貫通が、連続的なカーボンブラック製造の間に該流体原料混合物の該増量剤流体の含有量を変えることによって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３６．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約４００ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３７．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３８．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３９．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃超の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４０．該増量剤流体と混合する前に、約３６０℃〜約８５０℃の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４１．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃〜約８５０℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４２．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも５０℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４３．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも１００℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４４．該増量剤流体と混合する前に、第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４５．該噴流貫通が、該流体原料混合物の該１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方に影響する該増量剤流体によって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４６．カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点に少なくとも１種のカーボンブラック原料を供給することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入点に少なくとも１種の増量剤流体を供給することであって、該カーボンブラック原料が該加熱されたガス流に影響を与えるにつれて、該少なくとも１種の増量剤流体が該少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、該増量剤流体のための該少なくとも１つの導入点が位置していることと、
該少なくとも１種のカーボンブラック原料および該少なくとも１種の増量剤流体と、該加熱されたガス流とを混合させてカーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと、
を含む、カーボンブラックの製造方法。
４７．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４８．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４９．該カーボンブラック原料を供給することおよび該増量剤流体を供給することが１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、それぞれの噴流が該増量剤流体を導入するシアルス（ｓｈｅａｌｔｈ）環帯を有する中央の中空の先端を有する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５０．該カーボンブラック原料を供給することおよび該増量剤流体を供給することが相互に隣合う１対の１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、それぞれの対中の１つの噴流が該カーボンブラック原料を供給し、そしてそれぞれの対中のもう一方の噴流が該増量剤流体を供給する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通するのに充分な圧力で導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５２．該少なくとも１つの導入点に供給される前に該カーボンブラック原料を約３００℃超の温度に加熱することをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５３．該少なくとも１つの導入点に供給される前に、該カーボンブラック原料を約３６０℃〜約８５０℃の温度に加熱することをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５４．カーボンブラック反応器中に、ａ）少なくとも１種の増量剤流体と、ａ）に隣りのｂ）少なくとも１種のカーボンブラック原料とを別々に供給すること、そして該ａ）およびｂ）の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であること、および存在する増量剤流体の量を制御して該少なくとも１種の粒子特性を制御することを含む、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
５５．該少なくとも１種の粒子特性が、色合いである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５６．該カーボンブラック原料と混合する前に、第１の温度に該増量剤流体を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５７．該増量剤流体と混合する前に、第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱すること、そして該カーボンブラック原料と混合する前に、該増量剤流体を第２の温度に加熱すること、そして次に混合して該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第３の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５８．該少なくとも１種の粒子特性が、表面積である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５９．該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６０．該増量剤流体と混合する前に該カーボンブラック原料を約３００℃超の温度に加熱して該流体原料混合物を生成させること、そして該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧されることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１．カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
少なくとも１種の増量剤流体が該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点における軸方向または実質的な軸方向に少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、少なくとも１種の増量剤流体を少なくとも１種のカーボンブラック原料と混合して流体原料混合物を生成することと、
該流体原料混合物を該カーボンブラック反応器への該少なくとも１つの原料導入点に供給することと、
該カーボンブラック反応器への該少なくとも１つの導入点を通して、少なくとも該流体原料混合物と加熱されたガス流とを混合して、カーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと。
を含む、カーボンブラックの製造方法。
２．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に化学的に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に一様に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流が、加熱されたガス流の内部部分中に該カーボンブラック原料を進ませるのに充分な増量剤流体を含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５．該増量剤流体が、少なくとも１種の不活性ガスである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６．該増量剤流体が、蒸気、水、空気、二酸化炭素、天然ガス、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、窒素、またはそれらいずれかの組み合わせである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
７．該増量剤流体が、窒素である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
８．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通して該流体原料混合物を生成するのに充分な圧力で、該カーボンブラック原料中に導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
９．該増量剤流体が、約１ポンド／インチ２〜約３５０ポンド／インチ２の圧力で該カーボンブラック原料中に導入されて、該流体原料混合物を生成する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１０．該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１１．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、連続的なカーボンブラック製造の間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１２．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の噴流貫通が、連続的なカーボンブラック製造の間に該流体原料混合物の該増量剤流体の含有量を変えることによって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１３．該増量剤流体が該カーボンブラック原料中で少なくとも部分的に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１４．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約４００ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１５．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１６．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃超の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１７．該増量剤流体と混合する前に、約３６０℃〜約８５０℃の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１８．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃〜約８５０℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より高い第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
１９．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも５０℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２０．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より少なくとも１００℃高い第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２１．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を第１の温度に加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２２．増量剤流体の調整が、該流体原料混合物の該１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方を制御するようになっており、それによって該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の貫通を変える、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２３．少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することと、カーボンブラック反応器中に該流体原料混合物を供給することとを含み、そして該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物中に存在する増量剤流体の量を制御して、該少なくとも１種の粒子特性を制御する、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
２４．該少なくとも１種の粒子特性が、色合いである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２５．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に化学的に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２６．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に一様に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２７．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流が、加熱されたガス流の内部部分中に該カーボンブラック原料を進ませるのに充分な増量剤流体を含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２８．該増量剤流体が、少なくとも１種の不活性ガスである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
２９．該増量剤流体が、蒸気、水、空気、二酸化炭素、天然ガス、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、窒素、またはそれらいずれかの組み合わせである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３０．該増量剤流体が、窒素である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通して該流体原料混合物を生成するのに充分な圧力で、該カーボンブラック原料中に導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３２．該増量剤流体が、約１ポンド／インチ２〜約３５０ポンド／インチ２の圧力で該カーボンブラック原料中に導入されて、該流体原料混合物を生成する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３３．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、該方法がカーボンブラックを生成する間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３４．該カーボンブラック原料と混合される該増量剤流体の量が、連続的なカーボンブラック製造の間に調節できる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３５．該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、および該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の噴流貫通が、連続的なカーボンブラック製造の間に該流体原料混合物の該増量剤流体の含有量を変えることによって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３６．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約４００ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３７．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３８．該増量剤流体と混合する前に、該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
３９．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃超の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４０．該増量剤流体と混合する前に、約３６０℃〜約８５０℃の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４１．該増量剤流体と混合する前に、約３００℃〜約８５０℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４２．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも５０℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４３．該増量剤流体と混合する前に、約４００℃〜約６００℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より少なくとも１００℃高い第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４４．該増量剤流体と混合する前に、第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第２の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４５．該噴流貫通が、該流体原料混合物の該１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方に影響する該増量剤流体によって調整される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４６．カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点に少なくとも１種のカーボンブラック原料を供給することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入点に少なくとも１種の増量剤流体を供給することであって、該カーボンブラック原料が該加熱されたガス流に影響を与えるにつれて、該少なくとも１種の増量剤流体が該少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、該増量剤流体のための該少なくとも１つの導入点が位置していることと、
該少なくとも１種のカーボンブラック原料および該少なくとも１種の増量剤流体と、該加熱されたガス流とを混合させてカーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと、
を含む、カーボンブラックの製造方法。
４７．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料に不活性である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４８．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に分配されている、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
４９．該カーボンブラック原料を供給することおよび該増量剤流体を供給することが１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、それぞれの噴流が該増量剤流体を導入するシアルス（ｓｈｅａｌｔｈ）環帯を有する中央の中空の先端を有する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５０．該カーボンブラック原料を供給することおよび該増量剤流体を供給することが相互に隣合う１対の１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、それぞれの対中の１つの噴流が該カーボンブラック原料を供給し、そしてそれぞれの対中のもう一方の噴流が該増量剤流体を供給する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通するのに充分な圧力で導入される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５２．該少なくとも１つの導入点に供給される前に該カーボンブラック原料を約３００℃超の温度に加熱することをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５３．該少なくとも１つの導入点に供給される前に、該カーボンブラック原料を約３６０℃〜約８５０℃の温度に加熱することをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５４．カーボンブラック反応器中に、ａ）少なくとも１種の増量剤流体と、ａ）に隣りのｂ）少なくとも１種のカーボンブラック原料とを別々に供給すること、そして該ａ）およびｂ）の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であること、および存在する増量剤流体の量を制御して該少なくとも１種の粒子特性を制御することを含む、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
５５．該少なくとも１種の粒子特性が、色合いである、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５６．該カーボンブラック原料と混合する前に、第１の温度に該増量剤流体を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５７．該増量剤流体と混合する前に、第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱すること、そして該カーボンブラック原料と混合する前に、該増量剤流体を第２の温度に加熱すること、そして次に混合して該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高くかつ約９５０℃までの第３の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５８．該少なくとも１種の粒子特性が、表面積である、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
５９．該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧される、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６０．該増量剤流体と混合する前に該カーボンブラック原料を約３００℃超の温度に加熱して該流体原料混合物を生成させること、そして該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧されることをさらに含む、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
６１．該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、約０.１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、いずれかの上記または下記態様／特徴／形態に記載の方法。
本発明は、これらの種々の上記の特徴または態様および／または下記に記載の文および／または段落の任意の組み合わせを含むことができる。本明細書中に開示された特徴の任意の組み合わせは、本発明の一部と考えられ、そして組み合わせ可能な特徴に関して制限は意図されない。
出願人らは、具体的にすべての参照文献のすべての内容を本開示中に取り込む。さらに、量、濃度、または他の値またはパラメーターが、範囲、好ましい範囲、または好ましいことができる値の上限および好ましいことができる下限の列挙のいずれかとして与えられる場合、これは、範囲が別々に開示されたかどうかに関わらず、任意の上の範囲の限界または好ましい値と下の範囲の限界または好ましい値との任意の対から生成されるすべての範囲を具体的に開示すると理解される。数値範囲が本明細書中に記載される場合、特に明記しない限り、範囲は、その終点、ならびにその範囲のすべての整数および少数を含むことを意図する。範囲を規定する場合、本発明の範囲は具体的な値に限定されることを意図しない。
本発明の他の態様は、本明細書の考察および本明細書中に開示された本発明の実施から当業者に明らかになるであろう。本明細書および例は、以下の請求項およびその均等によって示される本発明の真の範囲および精神のみとともにのみ例示的であるとして考えられることを意図する。
Claims (23)
- カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
少なくとも１種の増量剤流体が少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタム(momentum)を増加させるように、少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することと、
該流体原料混合物を該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点に供給することと、
該カーボンブラック反応器への該少なくとも１つの導入点を通して、少なくとも該流体原料混合物と加熱されたガス流とを混合して、カーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと。
を含む、カーボンブラックの製造方法。 - 少なくとも１種の増量剤流体と、少なくとも１種のカーボンブラック原料とを混合して、流体原料混合物を生成することと、カーボンブラック反応器中に該流体原料混合物を供給することとを含み、そして該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして少なくとも１種の増量剤流体が少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、該流体原料混合物中に存在する増量剤流体の量を制御して、該少なくとも１種の粒子特性を制御する、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
- カーボンブラック反応器中に加熱されたガス流を導入することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの原料導入点に少なくとも１種のカーボンブラック原料を供給することと、
該カーボンブラック反応器への少なくとも１つの導入点に少なくとも１種の増量剤流体を供給することであって、該カーボンブラック原料が該加熱されたガス流に影響を与えるにつれて、該少なくとも１種の増量剤流体が該少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、該増量剤流体のための該少なくとも１つの導入点が位置していることと、
該少なくとも１種のカーボンブラック原料および該少なくとも１種の増量剤流体と、該加熱されたガス流とを混合させてカーボンブラックが該カーボンブラック反応器中で生成される反応流を生成することと、
反応流中の該カーボンブラックを回収することと、
を含む、カーボンブラックの製造方法。 - カーボンブラック反応器中に、ａ）少なくとも１種の増量剤流体と、ａ）に隣り合うｂ）少なくとも１種のカーボンブラック原料とを別々に供給すること、そして該ａ）およびｂ）の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であること、および少なくとも１種の増量剤流体が少なくとも１種のカーボンブラック原料のモメンタムを増加させるように、存在する増量剤流体の量を制御して、該少なくとも１種の粒子特性を制御することを含む、カーボンブラックの少なくとも１種の粒子特性を制御するための方法。
- 該増量剤流体が該カーボンブラック原料に化学的に不活性であるか、または該増量剤流体が該カーボンブラック原料中に一様に分配されているか、または両方である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該流体原料混合物の供給が１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、そして該流体原料混合物の１つまたは２つ以上の噴流が、加熱されたガス流の内部部分中に該カーボンブラック原料を進ませるのに充分な増量剤流体を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、少なくとも１種の不活性ガスである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、蒸気、水、空気、二酸化炭素、天然ガス、一酸化炭素、水素、カーボンブラック排ガス、窒素、またはそれらいずれかの組み合わせである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、窒素である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通して該流体原料混合物を生成するのに充分な圧力で、該カーボンブラック原料中に導入される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、１ポンド／インチ２〜３５０ポンド／インチ２の圧力で該カーボンブラック原料中に導入されて、該流体原料混合物を生成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該カーボンブラック原料が、該増量剤流体と混合される前に、噴霧される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体が、該カーボンブラック原料の質量に基づいて、０.１ｗｔ％〜４００ｗｔ％の量で該流体原料混合物中に存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体と混合する前に、３００℃超の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体と混合する前に、３００℃〜８５０℃の第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱して、該流体原料混合物を生成させること、そして次に該第１の温度より高い第２の温度に該流体原料混合物を加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 増量剤流体の調整が、該流体原料混合物の該１つまたは２つ以上の噴流のチョーク流速もしくは臨界速度または両方を制御するようになっており、それによって該加熱されたガス流中への該流体原料混合物の貫通を変える、請求項６に記載の方法。
- 該少なくとも１種の粒子特性が、色合いである、請求項２または４に記載の方法。
- 該カーボンブラック原料を供給することおよび該増量剤流体を供給することが相互に隣合う１対の１つまたは２つ以上の噴流の形態であり、それぞれの対中の１つの噴流が該カーボンブラック原料を供給し、そしてそれぞれの対中のもう一方の噴流が該増量剤流体を供給する、請求項３に記載の方法。
- 該増量剤流体が、該カーボンブラック原料中に貫通するのに充分な圧力で導入される、請求項３に記載の方法。
- 該カーボンブラック原料と混合する前に、第１の温度に該増量剤流体を加熱して、該流体原料混合物を生成させることをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 該増量剤流体と混合する前に、第１の温度に該カーボンブラック原料を加熱すること、そして該カーボンブラック原料と混合する前に、該増量剤流体を第２の温度に加熱すること、そして次に混合して該流体原料混合物を生成させること、そして次に該流体原料混合物を該第１の温度より高くかつ９５０℃までの第３の温度に加熱することをさらに含み、それぞれの該加熱ステップが、該カーボンブラック反応器中への導入の前に生じる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 該少なくとも１種の粒子特性が、表面積である、請求項２または４に記載の方法。
- 前記少なくとも１種の増量剤流体が、前記少なくとも１種のカーボンブラック原料の前記モメンタムを、前記カーボンブラック反応器の少なくとも１つの原料導入点における軸方向又は実質的な軸方向に、増加させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
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