KR101788951B1 - 증량제 유체를 사용한 카본 블랙의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

증량제 유체(들)를 사용하여 카본 블랙을 제조하는 방법 뿐만 아니라 증량제 유체 및 다른 기법을 이용하여 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법을 제공한다.

Description

증량제 유체를 사용한 카본 블랙의 제조 방법 {A METHOD FOR PRODUCING CARBON BLACK USING AN EXTENDER FLUID}
본 발명은 카본 블랙 및 카본 블랙의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 것에 관한 것이다.
카본 블랙 제조에서, 상이한 등급의 카본 블랙을 제조하기 위해, 또는 상이한 종류의 공급원료를 수용하기 위해 생산 라인을 이동시키는 경우에는 카본 블랙 공정 제어 및/또는 장치 구성에 대한 변화가 전형적으로 필요하며, 이러한 변화는 생산 라인의 연속적 및/또는 효율적 작동을 방해한다. 카본 블랙의 입자 특성 (예를 들어, 구조 또는 표면적)에서의 변화가 제조 이유상 요구되는 경우 입자 특성을 변경시키는데 효과적인 작업적 조절을 이용할 수 있다. 이러한 조절은, 심지어 정지(shut down)를 포함할 수 있는 카본 블랙 반응기의 공정 방해를 유발하며, 공급원료를 도입하여 카본 블랙을 형성하는데 사용되는 제트 노즐은, 착색도(tint) 또는 기타 특성을 조절할 수 있는 제트 또는 유체 역학을 변경시키기 위해 교체된다. 말할 필요도 없이, 반응기의 정지 및 노즐 변경은 시간 소모적이고 고비용일 수 있다.
또한, 카본 블랙의 제조에서, 특정 공급원료는 다른 것, 예컨대 콜 타르 공급원료의 사용 및 노즐 팁 마모의 생성 속도보다 더 큰 문제가 될 수 있다. 상기는 또한 더 많은 양의 작은 미립자, 예컨대 회분을 갖는 공급원료으로 간주되는 다른 공급원료에 대해서도 마찬가지일 수 있으며, 이는 카본 블랙을 제조하는데 문제가 될 수 있고/거나 플러깅의 우려로 인해 공급원료의 도입 지점에 작은 팁 크기를 사용한 경우에 문제가 될 수 있다. 실제로, 팁 플러깅은, 몇몇을 언급하자면 공급원료, 코킹, 칼륨, 물에서 유래할 수 있는 미립자로 인한 것일 수 있다. 본 발명의 목적상, 용어 "제트 노즐" 또는 "노즐" 또는 "팁"은 동일한 부품을 언급한 것이다.
또한, 국제 공개 출원 번호 WO 2011/103015에 기재된 바와 같은 예열된 공급원료를 사용한 카본 블랙 제조에 관한 방법을 개선하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 이전 방법에서는, 카본 블랙에 대해 경제적 규모상 유익한 특성을 얻기 위해 예열된 공급원료를 사용하였다. 보다 더 큰 효율을 달성하도록 이러한 방법을 개선하는 것이 유익할 것이다.
따라서, 상기 언급된 목표 중 하나 이상을 달성할 수 있는 카본 블랙의 제조 방법을 제공하는 것이 유익할 것이다.
따라서, 본 발명의 특징은 카본 블랙 반응기의 정지 또는 임의의 공정 방해 없이 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 공급원료를 위한 도입 지점에서 노즐을 바꿔야 하는 어떠한 필요성도 없이 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 특징은 높아진 공급원료 온도에서 공급원료 라인의 열적으로 유발된 오손을 제어하면서 카본 블랙 제조에서 훨씬 더 공급원료 예열 온도를 높이는 능력을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 특징은 많은 양의 미립자, 예컨대 회분을 갖는 공급원료을 사용하여 카본 블랙을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 특징 및 이점은 부분적으로는 하기 설명에서 제시될 것이고, 부분적으로는 이러한 설명으로부터 자명해질 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 목표 및 다른 이점은 특히 설명 및 첨부된 청구범위에 언급된 요소 및 조합에 의해 실현 및 달성될 것이다.
본원에서 구체화되고 폭넓게 기재된 바와 같은 상기 및 다른 이점을 본 발명의 목적에 따라 달성하기 위해, 본 발명은 부분적으로는 카본 블랙의 제조 방법에 관한 것이다. 방법은 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하는 것을 포함한다. 방법은 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것을 추가로 포함한다. 조합은 바람직하게는 1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 대해 축방향으로 또는 실질적으로 축방향으로 (축의 10도 이내로) 증가시키도록 한다. 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 (바람직하게는 여러) 공급원료 도입 지점에 공급한다. 방법은 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 도입 지점을 통한 적어도 유체-공급원료 혼합물을, 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하는 것을 추가로 포함하며, 이때 카본 블랙이 카본 블랙 반응기에서 형성된다. 방법은 카본 블랙을 반응 스트림에서 회수하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 증량제 유체는 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성일 수 있고 바람직하게는 화학적으로 불활성이다.
1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 대신에 또는 그에 더하여, 유체-공급원료 혼합물을 반응기에서 생성시킬 수 있다. 다시 말해서, 증량제 유체가 연소 스트림으로의 공급원료의 운동량을 증가시키도록 각각의 하나를 위한 도입 지점을 배열하는 방식으로, 1종 이상의 증량제 유체를 반응기로 도입할 수 있고 1종 이상의 공급원료를 반응기로 도입할 수 있다.
본 발명은 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성, 예컨대 구조 및/또는 표면적을 제어하는 방법을 추가로 포함한다. 방법은 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하고, 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기에 공급하는 것을 포함한다. 유체-공급원료 혼합물의 공급은 하나 이상의 제트의 형태이다. 방법은 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하여 하나 이상의 입자 특성, 예컨대 착색도를 제어하는 것을 추가로 포함한다. 다른 입자 특성은 표면적 (예를 들어, BET, CTAB, 및/또는 STSA (ASTM D6556)에 의해 측정된 바와 같음), 또는 OAN 또는 DBP와 같은 구조일 수 있다.
본 발명의 방법에서, 카본 블랙 공급원료는 공급원료의 중량을 기준으로 하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 고도 미립자, 예컨대 회분을 갖는 공급원료일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있는데, 본 발명의 방법이 상기 기재된 부작용 없이 이러한 유형의 공급원료를 사용하여 작업하는 능력을 제공하기 때문이다.
상기 일반적 설명 및 하기 상세한 설명은 둘 다 단지 예시적이고 설명하기 위한 것이며 청구된 바와 같이 본 발명의 추가 설명을 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에 포함되고 본 출원의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 측면을 예시하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에 사용된 유사한 숫자 부호는 유사한 특징부를 나타낸다.
도 1-5는 카본 블랙을 제조하기 위해 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 다양한 유형의 퍼니스 카본 블랙 반응기의 일부의 개략도이다. 이러한 카본 블랙 반응기는 단지 본 발명에 사용될 수 있는 반응기의 예시이다.
도 6은 카본 블랙 반응기 및 일차 화염로 진입하기 전에 분무화된 공급원료로의 증량제 유체의 주입을 도시한 주입기의 한 예의 개략도이다.
도 7 및 8은 반응기로의 진입 전에 사전 혼합 없이 증량제 유체 및 공급원료를 도입하기 위한 선택사항을, 애뉼러스(annulus) 설계 및 병렬 설계로 도시한 도면이다.
본 발명은 카본 블랙의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반응기로의 임의의 도입 지점의 플러깅 없이 많은 양의 미립자를 갖는 공급원료를 사용하는 능력에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 높아진 공급원료 온도에서 공급원료 라인의 열적으로 유발된 오손을 제어하면서 카본 블랙 제조에서 훨씬 더 공급원료 예열 온도를 높이는 방법에 관한 것이다.
카본 블랙의 제조에서, 연료는 연소되어 고온 기체의 스트림을 생성하고, 이러한 스트림은 카본 블랙 공급원료가 도입되고 고온 기체의 스트림과 혼합되는 전이 영역을 통해 고속으로 유동한다. 혼합물은 고속에서 고온 반응기로 계속되며, 여기서 공급원료가 열분해를 겪어 카본 블랙의 입자가 생성되고, 이어서 반응을 켄칭하고, 반응물을 냉각시키고, 카본 블랙 생성물을 필터 위에 수집한다.
일반적으로, 본 발명의 한 측면은 하나 이상의 도입 지점을 통해 공급원료를 반응기로 도입하기 전에 (또는 공급원료를 도입한 후에) 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합함으로써 카본 블랙을 제조하는 것에 관한 것이다. 하기에 더 상세히 서술된 증량제 유체의 사용으로, 증량제 유체(들)는 다음 중 하나 이상을 비롯한 다양한 이점을 제공하는 능력을 갖는다: 많은 양의 미립자 (예를 들어, 회분)를 갖는 공급원료, 예컨대 카본 블랙 제조를 위한 콜 타르 공급원료로 간주되는 것을 비롯한 다양한 종류의 카본 블랙 공급원료를 사용하여 작업하는 능력; 카본 블랙-생성 공급원료를 심지어 이전에 기재된 것보다 높게 예열하는 능력; 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 능력; 공급원료 도입을 위해 더 낮은 압력을 사용하는 능력; 및/또는 기타 이익.
증량제 유체는 기체 또는 액체일 수 있다. 바람직한 예는 기체이다. 증량제 유체는 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성일 수 있고, 바람직하게는 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성이다. 증량제 유체는 1종 이상의 불활성 기체 (예를 들어, 아르곤, 네온, 헬륨 등)일 수 있다. 증량제 유체는 질소 단독이거나 또는 다른 기체와 함께일 수 있다. 증량제 유체는 스팀, 물, 공기, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 카본 블랙 테일가스, 천연 가스, 또는 질소, 하나 이상의 불활성 기체, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 일반적으로, 기체 또는 액체는 기체 또는 액체 중 95 중량% 이상 (예를 들어, 97 중량% 이상, 98 중량% 이상, 99 중량% 이상, 99.5 중량% 이상, 또는 99.9 중량% 이상)의 순도를 갖는다. 예를 들어, 질소를 (단독으로 또는 다른 기체/액체와 함께) 사용한 경우, 질소 기체는 기체 중 95 중량% 이상의 순도를 갖는다.
증량제 유체는, 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합되어 유체-공급원료 혼합물을 형성한 경우, 임의로 카본 블랙 공급원료에 균일하게 분포될 수 있다. 증량제 유체(들)를 적어도 카본 블랙 공급원료와 조합하는 것은 유체-공급원료 혼합물을 유발하며, 증량제 유체는 카본 블랙 공급원료에 (균일하게 또는 불균일하게) 분포된다.
증량제 유체를 카본 블랙 공급원료와 조합하기 전에, 카본 블랙 공급원료를 분무화하거나 또는 적어도 부분적으로 분무화할 수 있다. 증량제 유체는 임의로 본 발명에서 카본 블랙 공급원료를 분무화하기 위한 수단으로서 사용되지 않는다. 증량제 유체는 바람직하게는 카본 블랙 공급원료와 조합시에 카본 블랙 공급원료에 운동량을 제공한다. 용어 "운동량"은 유체 역학에서 이해되는 바와 같은 운동량을 지칭한다. 한 선택사항으로서, 카본 블랙 공급원료와 조합시에 증량제 유체는, 혼합물이 노즐을 나와서 카본 블랙 반응기로 진입함에 따라 운동량을 제공하여 유체-공급원료 혼합물의 칼럼형 제트를 형성한다. 증량제 유체는 공급원료의 운동량을 채널링하는 능력을 갖는다. 유체-공급원료 혼합물은 반응기로의 진입시에 유체-공급원료 혼합물의 전방 운동량이 주입기의 중심 축에 대해 축방향으로 (또는 주입기의 중심 축에 대해 실질적으로 축방향으로, 예를 들어 중심 축에 대해 10도 이내로) 계속되도록 주입기에서 채널링된다. 유체-공급원료 혼합물은 추가로 일차 화염 또는 연소 스트림에 대해 바람직하게는 수직 (또는 실질적으로 수직, 즉 10도 이내)이고/거나 카본 블랙 반응기의 벽에 대해 바람직하게는 수직 (또는 실질적으로 수직, 즉 10도 이내)이 되도록 사출된다. 한 선택사항으로서, 유체-공급원료 혼합물 또는 유체-공급원료 혼합물을 주입하는데 사용되는 주입기는 일차 화염 또는 연소 스트림에 대해 임의의 각도 (예를 들어, 수직 (90도), 실질적으로 수직 (80-110도), 또는 다른 각도 (예컨대 20-79 도, 20도, 30도, 40도, 45도, 50도, 55도, 60도, 65도, 75도 등))로 존재할 수 있다. 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료를 조합한 예는 도 6에 나타낸다. 도 6에서, 카본 블랙 공급원료(100)는 오리피스(102)로 진입하고, 분무화 카본 블랙 공급원료(104)로서 오리피스를 나온다. 포트(108)를 통해 증량제 유체(106)를 도입하고, 분무화된 카본 블랙 공급원료(104)와 조합하여 유체-공급원료 혼합물(110)을 형성한다. 혼합물(110)은 증량제 유체의 도입 전에 존재했던 운동량에 비해 증가된 운동량을 갖는다. 이러한 혼합물(110)은 높은 운동량(114)을 가지며, 유체-공급원료 혼합물의 칼럼형 제트로서 반응기 벽(117) 내의 노즐 또는 포트(112)를 통해 주입기를 나온 후, 고속 연소 스트림 또는 일차 화염(116) 내로 침투한다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명에서, 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것은, 1종 이상의 증량제 유체가 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 대해 축방향으로 또는 실질적으로 축방향으로 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 증가시키도록 한다.
카본 블랙 공급원료와 조합되는 증량제 유체(들)의 양은 조절가능하다. 카본 블랙 공급원료와 조합되는 증량제 유체의 양은 이러한 방법이 카본 블랙을 온-라인으로 제조하는 동안에 조절가능할 수 있다. 다시 말해서, 증량제 유체의 양은 "즉석(on the fly)"으로 바뀔 수 있다. 이에 따라, 증량제 유체의 양은 조절가능한 방식으로 카본 블랙 공급원료와 조합할 수 있기 때문에, 반응기의 정지 없이 이를 수행할 수 있다. 따라서, 심지어 반응기 조건을 상이한 등급의 카본 블랙을 생산하도록, 또는 제조되는 카본 블랙의 등급, 또는 제조되는 카본 블랙의 품질의 조절/변경 및/또는 카본 블랙 제조 동안에 공정/반응기에 대해 이루어지는 다른 조절을 최적화하도록 조절된 경우에도, 연속 카본 블랙 제조를 유지할 수 있다.
일반적으로, 증량제 유체는 임의의 압력에서 카본 블랙 공급원료로 도입될 수 있지만 특히 증량제 유체가 기체인 경우 카본 블랙 공급원료와 증량제 유체의 원하는 혼합을 달성하기 위해서는 일반적으로 고압이 바람직하다. 적합한 압력은 약 1 lb/in2 내지 약 350 lb/in2, 또는 약 50 lb/in2 내지 약 175 lb/in2, 또는 약 20 lb/in2 내지 약 200 lb/in2 이상, 또는 약 100 lb/in2 내지 약 200 lb/in2 이상일 수 있다.
증량제 유체를 카본 블랙 공급원료로 도입하는데 이러한 압력 및 다른 압력을 사용할 수 있다. 압력은 카본 블랙 공급원료 내로 침투하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하기에 충분할 수 있고 바람직하게 증량제 유체는 카본 블랙 공급원료 전반에 균일하게 분포되어 있다.
임의의 양의 증량제 유체가 유체-공급원료 혼합물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 증량제 유체는 유체-공급원료 혼합물에 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 400 중량% (또는 그 초과)의 양으로 존재할 수 있다. 다른 양은, 예를 들어 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 100 중량% 이상, 또는 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 5 중량% 내지 약 15 중량%, 또는 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%, 또는 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 1 중량% 내지 약 40 중량%를 포함한다.
유체-공급원료 혼합물의 공급은 하나 이상의 제트의 형태일 수 있다. 증량제 유체의 유형 및/또는 증량제 유체의 양은 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 제트 침투를 조절할 수 있다. 앞서 명시된 바와 같이, 하나 이상의 제트의 형태로 전달되는, 유체-공급원료 혼합물을 사용하면, 증량제 유체의 양 및/또는 증량제 유체의 유형은 임의의 노즐 변화 없이 및/또는 공정 방해를 갖거나 카본 블랙 반응기를 정지시킬 필요 없이 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 제트 침투를 조절할 수 있다.
한 선택사항으로서, 증량제 유체는 카본 블랙 반응기로의 유체-공급원료 혼합물의 도입 지점 이전의 지점에서 카본 블랙 공급원료와 조합될 수 있다. 유체는 유체 및 공급원료가 주입기/노즐을 나오기 전에 함께 혼합되게 하는 방식으로 도입될 수 있다. 증량제 유체는 반응기에서 도입 지점 이전의 0.5 인치 초과 또는 미만, 예컨대 0.75 인치 이상, 1 인치 이상, 2 인치 이상, 4 인치 이상, 또는 6 인치 이상인 지점에서 카본 블랙 공급원료와 조합될 수 있다.
한 선택사항으로서, 증량제 유체는 카본 블랙 반응기로의 그들 각각의 도입 후에 카본 블랙 공급원료와 조합될 수 있다. 다시 말해서, 증량제 유체는 카본 블랙 공급원료와는 별도로 카본 블랙 반응기로 도입될 수 있다. 두 유체가 반응기에서 서로 인접하거나 서로 접촉하도록 반응기로의 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료의 각각의 도입을 달성하기 위한 임의의 기하구조를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 8에 나타낸 바와 같이, 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료의 도입은 유체 중 하나가 다른 유체를 둘러싸도록 애뉼러스 중공 설계를 갖는 관으로 수송하면서 개별적으로 수행될 수 있다. 사용될 수 있는 또 다른 기하구조는 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료를 위한 도입 지점을 병렬로 갖는 것이다. 이러한 설계에서, 도입 지점 중 하나는 약간, 예를 들어 예컨대 ½ 인치 또는 1 인치 이상만큼 다른 것의 전방에 있을 수 있다. 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료가 반응기로 개별적으로 도입되는 경우, 기하구조는 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료 유체와 접촉하여, 증량제 유체가 공급원료 유체의 운동량을 연소 스트림 (또는 직교류 스트림)으로 증가시키게 한다. 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료의 이러한 이중 개별 도입을 달성하기 위해 사용될 수 있는 기하구조에 대해 제한은 없다. 한 번 더 하나 이상의 도입 지점을, 예컨대 반응기의 둘레 주위에서, 예컨대 목부에서 사용할 수 있다.
카본 블랙 공급원료의 모든 도입 지점에 있어서, 카본 블랙 반응기로의 공급원료의 도입 전에 증량제 유체를 카본 블랙 공급원료와 미리-조합하는 것 및/또는 존재하는 모든 카본 블랙 공급원료 도입 지점에 대해서 증량제 유체를 위한 각각의 도입 지점이 있을 수 있다.
유체-공급원료 혼합물이, 예컨대 공정의 전이점에서 카본 블랙 반응기로 도입되는 방식은, 하나 이상의 제트 또는 제트 노즐의 형태로, 또는 하나 이상의 랜스와 조합하거나 교대로 수행될 수 있다. 제트 노즐이 사용된 경우, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 이들은 전형적으로 반응기의 둘레 주위에 방사상 위치에 위치한다. 랜스가 사용된 경우, 이것은 전형적으로 더욱 반응기 위치의 축 중심에 더 있다.
본 발명에서, 임의의 방법을 위해, 카본 블랙-생성 공급원료는 약 0.9 내지 약 1.5 이상 (예컨대 0.9 내지 1.3, 또는 1 내지 1.2 등) 또는 그의 임의의 조합의 비중을 갖는 임의의 액체 탄화수소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 카본 블랙-생성 공급원료는 약 160℃ 내지 약 600℃, 예컨대 160℃ 내지 약 500℃ 또는 200℃ 내지 약 450℃ 또는 215℃ 내지 약 400℃ 등의 초기 비점을 가질 수 있다. 카본 블랙 생성 공급원료는 카본 블랙의 형성을 초래하는 임의의 종래의 카본 블랙 생성 공급원료일 수 있다. 예를 들어, 임의의 탄화수소 물질을 사용할 수 있다. 적합한 공급원료는 반응의 조건 하에 쉽게 휘발될 수 있는 임의의 카본 블랙-생산 탄화수소 공급원료일 수 있다. 예를 들어, 불포화 탄화수소, 예컨대 아세틸렌; 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌; 방향족화합물, 예컨대 벤젠, 톨루엔 및 크실렌; 특정 포화 탄화수소; 및 기타 탄화수소, 예컨대 케로센, 나프탈렌, 테르펜, 에틸렌 타르, 방향족 순환 원료 등을 사용할 수 있다.
본 발명을 사용하여 가공될 수 있는 카본 블랙-생성 공급원료는 일반적으로는 카본 블랙 제조에 유용한 임의의 탄화수소 액체 또는 오일 공급원료를 포함할 수 있다. 적합한 액체 공급원료는, 예를 들어 불포화 탄화수소, 포화 탄화수소, 올레핀, 방향족화합물, 및 기타 탄화수소, 예컨대 케로센, 나프탈렌, 테르펜, 에틸렌 타르, 콜 타르, 크래커 잔류물, 및 방향족 순환 원료, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 공급원료는, 예를 들어 디캔트(decant) 오일, 콜 타르 제품, 에틸렌 크래커 잔류물, 아스팔텐 함유 오일, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 공급원료 유형은 오손 거동에 영향을 미칠 수 있다. 화학은 상이한 공급원료 유형 간에 및/또는 공급원료 유형 내에서 달라질 수 있다. 경험 및 실험실 시험에 근거하여, 예를 들어 디캔트 오일, 코커 오일, 콜 타르, 및 에틸렌 크래커 잔류물은 모두 약 300℃ 초과의 여러 온도에서 오염될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌 크래커 잔류물 (ECR)에는 아스팔텐이 비교적 많이 있을 수 있다. 다른 공급원료 유형은 또한 아스팔텐을 함유할 수 있고/거나 화학이 다른 오손 메카니즘에 종속되게 할 수 있다.
공급원료의 아스팔텐 함량은, 예를 들어 총 공급원료 중량을 기준으로 0 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 0.5 중량% 이상, 또는 약 1 중량% 이상, 또는 약 2 중량% 이상, 또는 약 3 중량% 이상, 또는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 7.5 중량%, 또는 약 2.5 중량% 내지 약 5 중량%일 수 있다. 공급원료는, 예를 들어 약 160℃ 내지 약 500℃, 또는 약 180℃ 내지 약 450℃, 또는 약 200℃ 내지 약 400℃, 또는 225℃ 내지 약 350℃의 초기 비점을 가질 수 있다. 초기 비점은 (공급원료의) 제1 공급원료 성분이 증발하는 온도를 지칭한다. 공급원료는, 예를 들어 약 380℃ 내지 약 800℃, 또는 약 400℃ 내지 약 500℃, 또는 약 425℃ 내지 약 475℃, 또는 440℃ 내지 약 460℃의 중간범위 비점을 가질 수 있다. 중간범위 비점은 50%의 공급원료 성분이 증발되었던 온도를 지칭한다. 공급원료는, 예를 들어 약 600℃ 내지 약 900℃, 또는 약 625℃ 내지 약 725℃, 또는 약 650℃ 내지 약 700℃, 또는 670℃ 내지 약 690℃의 최종 비점을 가질 수 있다. 최종 비점은 100%의 공급원료 성분이 증발되었던 온도를 지칭한다. 다른 초기, 중간범위, 및/또는 최종 비점은, 공급원료의 선택 및 화학적 성질에 의존하여, 적용될 수 있다.
본원에 관련된 바와 같은 개조 및 변경을 가진 퍼니스 카본 블랙 반응기를 사용하여 본 발명의 방법을 이용할 수 있다. 본 발명의 방법은, 예를 들어 또한 "단계식" 퍼니스 카본 블랙 반응기로 지칭되는, 모듈식으로 실시될 수 있다. 본 발명을 실시하도록 개조되거나 변경될 수 있는 단계식 퍼니스 반응기는, 예를 들어 미국 특허 번호 3,922,335; 4,383,973; 5,190,739; 5,877,250; 5,904,762; 6,153,684; 6,156,837; 6,403,695; 및 6,485,693 B1에 나타나 있고, 이들 특허 모두 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
카본 블랙 생성 공급원료와 조합되는 고온 기체의 스트림 (또는 가열된 기체 스트림)에 대하여, 고온 기체의 스트림은 또한 고온 연소 기체 또는 가열된 기체 스트림으로 간주될 수 있고, 이는 고체, 액체, 및/또는 기체 연료를 적합한 산화제 스트림, 예컨대, 비제한적으로, 공기, 산소, 공기와 산소의 혼합물 등과 접촉시킴으로써 생성될 수 있다. 대안적으로, 액체 또는 기체 연료의 첨가 없이 예열된 산화제 스트림을 통과할 수 있다. 고온 기체를 생성하도록 산화제 스트림을 접촉시킬 때 사용하기에 적합한 연료의 예는 임의의 쉽게 연소가능한 기체, 증기, 또는 액체 스트림, 예컨대 천연 가스, 수소, 일산화탄소, 메탄, 아세틸렌, 알콜, 재사용된 테일 가스, 또는 케로센을 포함한다. 일반적으로, 고 함량의 탄소-함유 성분 및 특히, 탄화수소를 포함한 연료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 카본 블랙을 제조하는데 사용되는 공기 대 연료의 비는 약 0.7:1 내지 무한대, 또는 약 1:1 (화학량론적 비) 내지 무한대일 수 있다. 고온 기체의 생성을 촉진하기 위해서, 산화제 스트림을 예열할 수 있다. 특히, 가열된 기체 스트림은 연료 및/또는 산화제를 점화 또는 연소함으로써 생성된다. 가열된 기체 스트림의 경우 약 1000℃ 내지 약 3500℃와 같은 온도가 얻어질 수 있다.
본 발명을 사용하면, 공급원료의 제트 침투는 증량제 유체에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 증량제 유체는 하나 이상의 도입 지점을 통해 반응기로 도입될 때 제트 스트림의 형태인 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트의 초크 유동 속도 또는 임계 속도 또는 둘 다에 영향을 미치는 능력을 갖는다. 증량제 유체의 양이 많을수록, 혼합물의 초크 유동 속도 또는 혼합물의 임계 속도 (여기서 초크 유동 속도 및 임계 속도는 그 혼합물에 대한 음속을 나타냄)는 높고, 따라서 제트가 가열된 기체 스트림으로 더 많이 침투한다.
본 발명의 또 다른 이점은 증량제 유체를 사용하여 카본 블랙의 전체 수율을 높이는 능력이다. 본 발명을 사용하면, 동일한 양의 공급원료 유체를 사용하여 더 많은 카본 블랙을 제조할 수 있다. 예를 들어, 수율을 1% 이상, 2% 이상, 또는 5% 이상 높일 수 있고, % 수율은 카본 블랙의 중량%를 기준으로 한다. 증량제 유체, 카본 블랙 공급원료, 또는 둘 다를 (본원에서 기재된 바와 같이) 예열하는 선택사항을 사용하여 수율을 더 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 큰 오리피스 또는 노즐 크기를 사용하는 능력에 관한 것이다. 일부 카본 블랙 공정에서, 카본 블랙 공급원료 중의 미립자 때문에 큰 오리피스 또는 노즐 크기가 사용된다. 존재하는 미립자로 인한 노즐의 막힘을 피하기 위해 큰 노즐 크기를 사용한다. 그러나, 큰 노즐 크기를 사용한 경우, 이는 감소한 공급원료 압력 및 속도로 인해 가열된 기체의 연소 스트림으로의 공급원료 유체의 충분한 또는 양호한 침투를 막을 수 있다. 그러나, 본 발명을 사용하면, 증량제 유체의 사용이, 심지어 큰 노즐 크기에서 비롯되는, 공급원료 유체의 운동량을 높이는 능력을 제공하여, 침투가 원하는 카본 블랙 형성을 달성하기 위해 작은 노즐 크기를 사용한 것과 동일한 수준에서 이루어지게 된다.
한 선택사항으로서, 증량제 유체와 혼합되는 카본 블랙 공급원료는 증량제 유체와 조합되기 전에 가열할 수 있다. 다시 말해서, 카본 블랙 공급원료를 예열할 수 있다. 공급원료의 예열 및 포함된 기술은, 그 전문이 본원에 참조로 포함된, 국제 공개공보 번호 WO 2011/103015에 기재된 바와 같다.
본 발명에서, 한 선택사항으로서, 증량제 유체와 조합하기 전에 카본 블랙 공급원료를 300℃ 초과 또는 약 360℃ 내지 약 850℃ 이상, 또는 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도 또는 다른 온도로 가열할 수 있다.
본 발명에서, 한 선택사항으로서, 카본 블랙 공급원료와 조합하기 전에 증량제 유체를 100℃ 이상, 300℃ 이상, 또는 500℃ 이상, 또는 750℃ 이상, 또는 1000℃ 이상, 또는 1200℃ 이상의 온도, 또는 다른 온도로 가열할 수 있다.
본 발명에서, 한 선택사항으로서, 증량제 유체 및 카본 블랙 공급원료를, 함께 조합하기 전에, 각각 동일하거나 상이한 예열 온도로 개별적으로 예열할 수 있다. 예열 온도는 즉 상기 제공된 범위일 수 있고, 카본 블랙 공급원료의 경우 300℃ 초과 또는 약 360℃ 내지 약 850℃ 이상, 또는 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도, 및/또는 증량제 유체의 경우 100℃ 이상, 300℃ 이상, 또는 500℃ 이상, 또는 750℃ 이상, 또는 1000℃ 이상, 또는 1200℃ 이상의 온도, 또는 다른 온도로 가열할 수 있다. 추가 선택사항으로서, 유체-공급원료 혼합물은, 카본 블랙 공급원료 및/또는 증량제 유체의 예열 있이 또는 없이, 더 높은 온도로 임의로 가열할 수 있다.
한 선택사항으로서, 카본 블랙 공급원료를, 증량제 유체와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에, 제1 온도, 예컨대 300℃ 이상, 예를 들어 300℃ 내지 약 850℃의 온도로 가열할 수 있고 이어서 유체-공급원료 혼합물을 증량제 유체와 조합하기 전에 예열된 카본 블랙 공급원료만의 온도보다 높은 제2 온도로 더 가열할 수 있다. 더 높은 온도로의 유체-공급원료 혼합물의 이러한 가열은 예열된 공급원료보다 50℃ 이상 더 높을 수 있는데, 예컨대 75℃ 이상 더 높거나 100℃ 이상 등 더 높을 수 있다. 한 선택사항으로서, 카본 블랙 공급원료를 증량제 유체와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 제1 온도로 가열하거나 예열할 수 있고 제1 온도보다 더 높은 제2 온도, 예컨대 약 950℃ 이하로 더 가열할 수 있다.
방법은 카본 블랙을 반응 스트림에서 켄칭하는 것을 포함할 수 있다. 반응 스트림 중의 카본 블랙은 하나 이상의 영역에서 켄칭될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 켄칭 영역(14)의 켄칭 위치(18)에서, 켄칭 유체를 주입하고, 켄칭 유체는 물을 포함할 수 있고, 켄칭 유체를 사용하여 카본 블랙-생성 공급원료의 열분해를 완전히 또는 본질적으로 완전히 중단시키거나, 또는 열분해 중단 없이 단지 부분적으로 공급원료를 냉각시킨 후 카본 블랙-생성 공급원료의 열분해를 중단시키기 위해 사용되는 이차 켄칭 (미도시)를 수행할 수 있다. 카본 블랙 제조에 통상적인 다른 후 켄칭 단계를 본 발명의 방법에서 사용할 수 있다. 고온 연소 기체 및 카본 블랙-생성 공급원료의 혼합물은 켄칭된 후, 냉각된 기체는 임의의 종래의 냉각 및 분리 수단으로 하류로 이동하여 이로써 카본 블랙이 회수된다. 기체 스트림으로부터 카본 블랙의 분리는 종래의 수단, 예컨대 침전기, 사이클론 분리기 또는 백 필터에 의해 용이하게 달성된다. 최종 카본 블랙 생성물을 형성하는 반응의 완전한 켄칭에 관해서 제2 카본 블랙 생성 공급원료의 도입 중 반응 하류를 켄칭하는 임의의 종래의 수단을 사용할 수 있고 통상의 기술자에게 알려져 있다. 예를 들어, 켄칭 유체가 주입될 수 있고, 이는 물 또는 화학 반응을 중단시키는데 적합한 다른 유체일 수 있다.
상기에 더 상세히 기재된 바와 같이, 한 방법은 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 추가로 임의로 도달되어야 하는 예열 온도 미만, 예컨대 300℃ 미만 또는 275℃ 미만 (예를 들어, 40℃ 내지 274℃, 50℃ 내지 270℃, 70℃ 내지 250℃, 60℃ 내지 200℃, 70℃ 내지 150℃ 등)의 제1 온도를 갖는 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료를 1개 이상의 히터 (예를 들어, 히터들이 서로 동일하거나 상이할 수 있는 2개 이상의 히터, 3개 이상의 히터 등)에 공급하는 것을 포함한다. 1종 이상의 증량제 유체를 반응기로의 카본 블랙-생성 공급원료의 도입 전 및/또는 후의 임의의 시점에 카본 블랙-생성 공급원료와 조합할 수 있다. 이상적으로는, 반응기로 도입하기 전에 증량제 유체를 혼합 또는 조합한 경우 더 많은 이점이 얻어진다. 이는 도입 지점 직전에 또는 예열에 대해 본원에서 기재된 히터 단계 후 또는 히터 단계 전의 임의의 시점에 수행될 수 있다. 공급원료가 하나 이상의 히터에 진입하는 온도는 목표 예열 온도 또는 온도 범위 미만이다. 예열되기 전에 공급원료는, 한 선택사항으로서, 약 0.2 m/sec 이상 (예를 들어, 약 0.4 m/sec 이상, 약 0.6 m/sec 이상, 약 0.8 m/sec 이상, 약 1 m/sec 이상, 약 1.1 m/sec 이상, 약 1.6 m/sec 이상, 예컨대 0.2 m/sec 내지 4 m/sec, 1.1 내지 3 m/sec 등)의 제1 속도로 이동할 수 있다. 히터(들)에서의 오손 및/또는 코킹 및 반응기로의 공급 라인을 제어하도록 다른 가공 조건이 선택된 경우 다른 속도를 사용할 수 있다.
방법은 하나 이상의 히터 중의 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료를 약 300℃ 초과 (예를 들어, 350℃ 이상, 360℃ 이상, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 500℃ 이상, 예컨대 300℃ 내지 850℃, 또는 360℃ 내지 800℃, 400℃ 내지 750℃, 450℃ 내지 700℃ 등)의 제2 온도로 예열하여 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 제공하는 것을 포함할 수 있고, (a) 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료는 하나 이상의 히터에서 0.2 m/sec 이상인 속도를 갖고, 속도는 60℃에서 1 atm에서 측정된 공급원료 밀도를 기준으로 그리고 하나 이상의 히터에 존재하는 공급원료 라인의 가장 작은 단면적을 기준으로 계산된다. 이러한 상승된 온도에서 공급원료의 속도를 측정하는 것이 매우 어려울 수 있으므로, 본 발명의 목적상, 본원에서 열거된 바와 같은 속도는 이러한 구체적 측정 조건을 기준으로 한다. 가장 작은 직경 또는 가장 작은 단면적이 실제 히터에 존재하더라도, 본 발명의 목적상 본원에서 열거된 바와 같은 속도를 결정하기 위해 이러한 최소 단면적을 사용한다. 많은 히터는 히터 전반에 걸쳐 동일한 직경을 갖지만, 몇몇 직경 또는 단면적이 히터(들)에 존재하는 경우에, 이러한 조건이 제공된다. 속도는 최소 단면적을 기준으로 한다. 공급원료 히터 전반에 걸친 실제 속도는 일반적으로 60℃에서 1 atm에서 측정된 속도보다 빠를 수 있다.
방법에서, 카본 블랙-생성 공급원료는 약 120 분 미만 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)의 히터에서의 제1 공급원료 체류 시간을 가질 수 있다.
방법은 (임의로 증량제 유체와 미리-조합된) 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점 (예를 들어, 하나 이상 또는 둘 또는 셋 또는 네 개의 공급원료 도입 지점)에 공급하는 것을 포함할 수 있고, 예열된 카본 블랙-생성 공급원료는 약 120 분 미만 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)의, 히터(들)를 나와서부터 카본 블랙 반응기로의 도입 지점 직전까지 측정된 제2 공급원료 체류 시간을 갖는다. 제1 공급원료 체류 시간 및 제2 공급원료 체류 시간을 합한 것은 바람직하게는 120 분 이하 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)이다. 예를 들어, 도면을 참조하면, 제2 공급원료 체류 시간은, 예를 들어 공급원료가 도 2의 히터(19) 또는 도 3의 히터(22)를 나온 시간에서 도 2 및 도 3에서 도입 지점(16)으로서 나타낸 반응기로의 도입 지점까지일 것이다. 제1 공급원료 체류 시간 및 제2 공급원료 체류 시간을 합한 것은 총 공급원료 체류 시간일 것이다.
한 선택사항으로서, 히터까지의 공급원료 라인이 히터를 통한 공급 라인과 대략 동일한 단면인 경우, 카본 블랙-생성 공급원료는 히터(들)로의 진입시에 제1 속도와 대략 동일하거나 더 큰 (예를 들어, 적어도 1% 초과, 적어도 2% 초과, 적어도 3% 초과, 적어도 5% 초과, 적어도 7% 초과, 적어도 10% 초과, 적어도 100% 초과, 적어도 200% 초과, 예컨대 1% 내지 200% 초과 또는 20% 내지 100% 초과 등의) 히터(들)에서의 속도를 가질 수 있다.
본 발명의 방법은 카본 블랙-생성 공급원료(들)를 가압하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 카본 블랙 생성 공급원료의 예열이 하나 이상의 히터에서 카본 블랙 반응기에 공급하기 전에 증기 필름의 형성을 피하도록 또는 카본 블랙 생성 공급원료(들)를 가압하거나 압력을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 카본 블랙-생성 공급원료를 예열시키는 하나 이상의 히터로 진입하기 전에, 예를 들어 약 10 bar 초과의 압력을 갖도록 카본 블랙-생성 공급원료(들)를 가압하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 압력은 15 bar 이상, 20 bar 이상, 30 bar 이상, 40 bar 이상, 예컨대 10 bar 내지 180 bar 이상, 15 bar 내지 150 bar, 20 bar 내지 125 bar, 25 bar 내지 100 bar일 수 있다.
본 발명에서, 카본 블랙을 제조하는 방법은 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 목표 예열 공급원료 온도 미만, 예컨대 300℃ 미만 또는 275℃ 미만 (예를 들어, 40℃ 내지 274℃, 50℃ 내지 270℃, 70℃ 내지 250℃, 60℃ 내지 200℃, 70℃ 내지 150℃ 등)의 제1 온도를 갖는 카본 블랙-생성 공급원료를 10 bar 초과의 제1 압력에서 히터(들)에 공급하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 압력은 15 bar 이상, 20 bar 이상, 30 bar 이상, 40 bar 이상, 예컨대 10 bar 내지 180 bar 이상, 15 bar 내지 150 bar, 20 bar 내지 125 bar, 25 bar 내지 100 bar일 수 있다.
방법은 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료를 히터(들) (예를 들어, 2개 이상의 히터, 3개 이상의 히터 등, 여기서 히터는 서로 동일하거나 상이할 수 있음)에서 약 300℃ 초과 (예를 들어, 350℃ 이상, 360℃ 이상, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 500℃ 이상, 예컨대 300℃ 내지 850℃, 또는 360℃ 내지 800℃, 400℃ 내지 750℃, 450℃ 내지 700℃ 등)의 제2 온도로 예열하여 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 제공하는 것을 포함할 수 있고, (a) 카본 블랙-생성 공급원료는 하나 이상의 히터에서 제1 압력과 대략 동일하거나 더 낮은 (예를 들어, 적어도 1% 더 낮은, 적어도 2% 더 낮은, 적어도 3% 더 낮은, 적어도 5% 더 낮은, 적어도 7% 더 낮은, 적어도 10% 더 낮은, 적어도 15% 더 낮은, 적어도 20% 더 낮은, 예컨대 1% 내지 75% 더 낮은 또는 3% 내지 20% 더 낮은 등의) 제2 압력을 갖고 (b) 카본 블랙-생성 공급원료는 히터에서 약 120 분 미만 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)의 제1 공급원료 체류 시간을 갖는다.
앞서 언급된 바와 같이, 여기서 또는 앞서 또는 이후에 기재된 임의의 방법에서, 1종 이상의 증량제 유체를 임의의 시점에 (예열 전, 예열 동안, 및/또는 예열 후, 및/또는 카본 블랙 반응기로의 도입 전 및/또는 후에) 예열된 카본 블랙-생성 공급원료와 조합 또는 혼합할 수 있다.
방법은 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하는 것을 포함할 수 있고, 예열된 카본 블랙-생성 공급원료는 약 120 분 미만 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)의 하나 이상의 히터를 나와서부터 카본 블랙 반응기로의 도입 지점까지의 제2 공급원료 체류 시간을 갖고; 제1 공급원료 체류 시간 및 제2 공급원료 체류 시간을 합한 것은 120 분 이하 (예를 들어, 100 분 미만, 80 분 미만, 60 분 미만, 40 분 미만, 30 분 미만, 20 분 미만, 10 분 미만, 예컨대 1 초 내지 119 분, 5 초 내지 115 분, 10 초 내지 110 분, 30 초 내지 100 분, 1 분 내지 60 분, 5 분 내지 30 분 등)이다.
본 발명은 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하는 것을 포함하는 카본 블랙을 제조하는 방법에 관한 것일 수 있다. 방법은 목표 예열 공급원료 온도 미만, 예컨대 300℃ 미만 또는 275℃ 미만 (예를 들어, 40℃ 내지 274℃, 50℃ 내지 270℃, 70℃ 내지 250℃, 60℃ 내지 200℃, 70℃ 내지 150℃ 등)인 제1 온도를 갖는 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료를 하나 이상의 히터 (예를 들어, 2개 이상의 히터, 3개 이상의 히터 등, 여기서 히터는 서로 동일하거나 상이할 수 있음)에 10 bar 초과의 제1 압력에서 공급하는 것을 추가로 포함한다. 한 선택사항으로서, 히터로 진입하는 속도는 약 0.2 m/sec 이상 (예를 들어, 약 0.4 m/sec 이상, 약 0.6 m/sec 이상, 약 0.8 m/sec 이상, 약 1 m/sec 이상, 약 1.1 m/sec 이상, 약 1.6 m/sec 이상, 예컨대 0.2 m/sec 내지 2 m/sec, 0.4 내지 1.8 m/sec 등)의 제1 속도일 수 있다.
방법은 히터(들)에서 카본 블랙-생성 공급원료를 약 300℃ 초과 (예를 들어, 350℃ 이상, 360℃ 이상, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 500℃ 이상, 예컨대 300℃ 내지 850℃, 또는 360℃ 내지 800℃, 400℃ 내지 750℃, 450℃ 내지 700℃ 등)의 제2 온도로 예열하여 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 제공하는 것을 포함하고, (a) 카본 블랙-생성 공급원료는 히터(들)에서 0.2 m/sec 이상인 속도를 갖고, 속도는 60℃에서 1 atm에서 측정된 공급원료 밀도 및 하나 이상의 히터에 존재하는 공급원료 라인의 가장 작은 단면적을 기준으로 계산되고, (b) 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료는 히터(들)에서 제1 압력과 대략 동일하거나 더 낮은 (예를 들어, 1% 이상 더 낮은, 2% 이상 더 낮은, 3% 이상 더 낮은, 5% 이상 더 낮은, 7% 이상 더 낮은, 10% 이상 더 낮은, 15% 이상 더 낮은, 20% 이상 더 낮은, 예컨대 1% 내지 25% 더 낮은 또는 3% 내지 20% 더 낮은 등) 제2 압력을 갖고, 상기 압력은 제1 압력 및 제2 압력 동안에 공급원료가 동일한 단면적을 이동한다는 가정을 기준으로 계산될 수 있다 (그러나 실제 작동시, 상기 단면적은 동일하거나 상이할 수 있다). 이러한 방식의 결정은, 의무적인 것은 아니지만, 압력을 적절히 비교하기 위해서 사용될 수 있다.
방법은 예열된 카본 블랙-생성 공급원료 (임의로 증량제 유체와 미리-조합된)를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하고 적어도 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 카본 블랙 반응기로의 도입 지점(들)을 통해 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 카본 블랙이 카본 블랙 반응기에서 형성된다. 방법은 반응 스트림에서 카본 블랙을 켄칭하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 임의의 방법에 있어서, 명시된 목표 예열 온도는 바람직하게는 카본 블랙 반응기로의 도입 전의 공급원료의 평균 온도이다. 공급원료의 명시된 예열 온도는 카본 블랙 반응기로의 도입 전의 공급원료의 최대 온도 또는 공급원료의 최소 온도일 수 있다.
본 발명에서, 임의의 방법에 있어서, 명시된 목표 압력은 바람직하게는 공급원료의 평균 압력이다. 공급원료의 명시된 압력은 공급원료의 최대 압력 또는 공급원료의 최소 압력일 수 있다.
본 발명에서, 임의의 방법에 있어서, 명시된 목표 속도는 바람직하게는 공급원료의 평균 속도이다. 공급원료의 명시된 속도는 공급원료의 최대 속도 또는 공급원료의 최소 속도일 수 있다.
예열은 임의의 수의 방법으로 수행할 수 있고 이것을 달성하기 위한 방식에 제한을 두지 않는다. 하나 이상의 히터 (예를 들어, 1개, 2개, 3개 이상)에서 예열을 수행할 수 있다. 하나 이상의 히터를 위한 열 공급원은 임의의 공급원, 예컨대 하나 이상의 카본 블랙 반응기로부터, 전기 열, 플라즈마 열, 테일가스로부터의 열, 테일가스, 연료의 연소로부터의 열, 및/또는 다른 산업적 공정으로부터의 열 및/또는 다른 형태의 열, 및/또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 예열은 하나 이상의 히터가 공급원료를 반응기로의 도입을 위한 목표 예열 온도로 부분적으로 또는 완전히 가열하는 경우에 일어날 수 있다. 하나의 히터가 부분적 또는 완전한 예열을 달성할 수 있거나 (완전한 또는 부분적) 예열을 달성하기 위해 2개 이상의 히터를 차례로 또는 다른 배열로 사용할 수 있다. 하나 이상의 히터에 의해 부분적 예열을 달성한 경우, 남은 예열은 추가의 또는 이차 열 공급원 또는 추가의 히터에 의해 이루어져 궁극적으로 목표 예열 온도를 수득한다.
예를 들어, 1종 이상의 카본 블랙-생성 공급원료를 예열하는 것은 카본 블랙-생성 공급원료를 열교환기를 갖는 하나 이상의 히터에서 가열함으로써 달성되거나 이를 포함할 수 있다. 열교환기는 약 10 ㎾/㎡ 초과 (예컨대 약 10 ㎾/㎡ 초과 또는 약 20 ㎾/㎡ 초과 또는 약 30 ㎾/㎡ 초과 또는 약 40 ㎾/㎡ 초과, 예컨대 약 10 ㎾/㎡ 내지 약 150 ㎾/㎡ 등)의 평균 열 플럭스에서 작동할 수 있다.
한 선택사항으로서, 적어도 일부의 예열 (또는 완전한 예열)은 예열된 공급원료를 수용하는 카본 블랙 반응기 또는 또 다른 카본 블랙 반응기(들) 또는 둘 다에 의해 발생된 열에 의해 적어도 부분적으로 (또는 완전히) 제공된 열을 갖는 하나 이상의 히터에서 수행된다. 하나 이상의 히터는 예열된 공급원료를 수용하는 카본 블랙 반응기 또는 상이한 카본 블랙 반응기(들) 또는 둘 다의 적어도 일부와 열교환할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 히터는 예를 들어, 켄처의 하류에 있는 카본 블랙 반응기에서 반응 스트림과 접촉할 수 있고, 하나 이상의 히터는 그의 제1 측면 (예를 들어, 외벽) 위에서 반응 스트림에 의해 가열되고 그의 반대 측면 (예를 들어, 내벽) 위에서 카본 블랙-생성 공급원료와 접촉하는 벽을 갖는 열교환기를 가질 수 있다. 한 선택사항으로서, 하나 이상의 히터는 카본 블랙 반응기에서 반응 스트림과 열 교환하는 열교환기를 포함할 수 있고, 여기서 열교환기를 통해 유동하는 유동성 열 캐리어가 가열되고, 열 캐리어가 반응기의 외부에 위치한 하나 이상의 히터를 통과하여 열을 열 캐리어로부터 카본 블랙-생성 공급원료에 전달하도록 작동될 수 있다. 하나 이상의 히터는 카본 블랙-생성 공급원료를 가열하도록, 카본 블랙 반응기 또는 다른 카본 블랙 반응기(들) 또는 둘 다로부터의 카본 블랙 테일 가스 (예를 들어, 테일 가스로부터의 열 또는 테일 가스를 연소함으로써 생성되는 열)로 적어도 부분적으로 (또는 전적으로) 열 공급될 수 있다. 예열은 하나 이상의 플라즈마 히터 또는 다른 히터 또는 열 공급원을 사용하여 부분적으로 또는 전적으로 달성될 수 있다.
반응기로의 가열된 기체 스트림의 도입은 플라즈마 히터에서 플라즈마-가열가능한 기체 스트림을 플라즈마 가열하여 가열된 기체 스트림의 적어도 일부를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 하나 이상의 히터의 카본 블랙-생성 공급원료 접촉 벽 및/또는 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 카본 블랙 반응기(들)에 공급하는 하나 이상의 공급원료 공급 라인의 내벽 중 일부 또는 전부에 비촉매성 표면을 사용할 수 있다. 표면은 탄화수소의 크래킹 (예를 들어, 열 크래킹) 또는 중합에 대하여 비촉매성일 수 있다.
본 발명에서, 공급 단계는 카본 블랙 반응기(들)에 공급하는 하나 이상의 공급원료 공급 라인을 통해 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 공급하는 것을 포함할 수 있거나 이러한 공급일 수 있고, 방법은 임의로 하나 이상의 카본 블랙-생성 공급원료 공급 라인(들)을 통해 탄소용 산화제일 수 있는 퍼지 기체(들)를 주기적으로 공급하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 공급원료를 예열하는 하나 이상의 히터를 나온 공급원료 공급 라인은 공급원료를 하나 이상의 히터로 공급하는 공급 라인과 동일하거나 상이한 단면적 (예를 들어, 직경)을 가질 수 있다 (예를 들어, 더 작거나 더 큰 단면적을 가질 수 있다).
본 발명에서, 공급은 카본 블랙 반응기(들)에 공급하는 하나 이상의 공급원료 공급 라인을 통해 예열된 카본 블랙-생성 공급원료를 공급하는 것을 포함할 수 있고, 방법은 예열된 카본 블랙 생성 공급원료를 카본 블랙-생성 공급원료의 적어도 부분적인 (또는 완전한) 플래싱 (예를 들어, 공급원료 증발, 예를 들어 압력 강하에 의해 달성됨)과 함께 카본 블랙 반응기로 주입하는 것을 포함할 수 있다.
나타낸 바와 같이, 본 오손 제어 접근법을 사용하여 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도, 또는 500℃를 초과하는 다른 온도로 가열할 수 있다. 공급원료 온도는, 본 발명의 진보로 인해, 예를 들어 310℃ 이상, 350℃ 이상, 375℃ 이상, 400℃ 이상, 425℃ 이상, 약 450℃ 이상, 또는 약 500℃ 이상, 또는 약 550℃ 이상, 또는 약 600℃ 이상, 또는 약 650℃ 이상, 또는 약 700℃ 이상, 또는 약 750℃ 이상, 또는 약 800℃ 이상, 850℃ 이상, 또는 약 305℃ 내지 약 850℃, 또는 약 350℃ 내지 약 850℃, 또는 약 450℃ 내지 약 750℃, 또는 약 450℃ 내지 약 700℃, 또는 약 500℃ 내지 약 750℃, 또는 약 500℃ 내지 약 700℃일 수 있다. 이러한 공급원료 온도는 공급원료를 예열하는데 사용된 히터(들)를 나온 직후 및/또는 카본 블랙 반응기로 도입되기 직전의 카본 블랙 형성 공급원료의 온도이다. 이러한 점에서 공급원료 온도는 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승된 지점에서부터 공급원료가 반응기로 도입되는 공급 라인의 배출 말단까지 공급원료 공급 라인을 따라 하나 이상의 지점에서 측정 또는 감지될 수 있다. 이러한 공급원료 공급 라인은 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승되었을 때 및 후 그리고 공급원료 히터에서부터 반응기까지 연장된 추가의 공급 라인 부분에서 운반되기 전에 공급원료 히터 내에 임의의 길이의 관을 포함한다. 한 선택사항으로서, 예열된 공급원료 온도는 301℃ 이상의 예열된 공급원료 공급 라인에서의 절대 최소값을 가질 수 있고/거나, 한 선택사항으로서, 예열된 공급원료 공급 라인에서의 온도의 최대 변동은, 공급원료 공급 라인을 따라 모든 지점을 고려하여, 예를 들어 ±20%, 또는 ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±2.5%, 또는 ±1%, 또는 ±0.5%일 수 있다. 이러한 나타낸 공급원료 온도는 본원에 나타낸 다양한 오손 제어 공정 변수와 조합하여 사용될 수 있다.
명시된 공급원료 속도를 사용하는 오손 제어는, 적어도 부분적으로는, 공급원료(들)를 이러한 속도에서 공급원료를 예열하는 히터에 및/또는 히터를 통해 및/또는 공급원료 공급 라인을 통해 반응기에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 속도는, 예를 들어 약 0.2 m/sec 이상, 또는 약 0.5 m/sec 이상, 또는 약 1 m/sec 이상, 또는 약 1.6 m/sec 이상, 또는 약 2 m/sec 이상, 또는 약 3 m/sec 이상, 또는 약 0.2 m/sec 내지 약 10 m/sec, 또는 약 1 m/sec 내지 약 7 m/sec, 또는 약 1.5 m/sec 내지 3 m/sec, 또는 약 2 m/sec 내지 약 6 m/sec, 또는 약 3 m/sec 내지 약 5 m/sec일 수 있다. 공급원료 속도는 관 또는 다른 공급 라인 구조의 세로 축에 대한 선속도이다. 공급원료 속도 (제1 속도)는 공급원료를 예열하는 히터로 도입되는 시점에서 측정된다. 히터(들)를 통해 및/또는 히터(들)를 나온 후의 공급원료 속도는 제1 속도와 동일하거나 상이할 수 있고 예를 들어 제1 속도를 초과할 수 있다 (예를 들어, 적어도 1% 초과, 적어도 2% 초과, 적어도 3% 초과, 적어도 5% 초과, 적어도 7% 초과, 적어도 10% 초과, 적어도 100% 초과, 적어도 200% 초과, 예컨대 1% 내지 300% 초과 또는 50% 내지 200% 초과 등). 속도는 60℃에서 1 atm에서 측정된 공급원료 밀도를 기준으로 그리고 측정되는 공급원료 라인에 존재하는 최소 단면적을 기준으로 측정되거나 계산된다. 이러한 공급원료 공급 라인은 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승되었을 때 및/또는 후 그리고 공급원료 히터에서부터 반응기까지 연장된 추가의 공급 라인 부분에서 운반되기 전에 공급원료 히터 내에 임의의 길이의 관을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급원료 속도는 0.2 m/sec 이상의 공급원료 공급 라인에서의 절대 최소값을 가질 수 있고/거나, 한 선택사항으로서, 공급원료 공급 라인에서의 공급원료 속도의 최대 변동은, 공급원료 공급 라인을 따라 모든 지점을 고려하여, 예를 들어 ±20%, 또는 ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%, 또는 ±0.5%일 수 있다.
공급원료 가압을 이용한 오손 제어는, 적어도 부분적으로는, 카본 블랙-생성 공급원료를, 예를 들어 약 10 bar 초과, 또는 약 20 bar 초과, 또는 약 30 bar 초과, 또는 약 40 bar 초과, 또는 약 50 bar 초과, 또는 약 10 내지 약 180 bar, 또는 약 20 내지 약 180 bar, 또는 약 40 내지 약 180 bar, 또는 약 50 내지 약 180 bar 이상의 압력으로 가압하는 것을 포함할 수 있다. 본원에서 공급원료 압력은 절대 압력으로서 주어진다. 압력 (제1 압력)은 예열하기 위해 히터로 도입하기 전의 지점에서 측정된 압력이다. 공급원료를 예열하는 히터(들)를 통한 압력 및/또는 반응기로의 도입 지점(들) 이후의 압력은 제1 압력과 동일하거나 상이할 수 있고, 예컨대 제1 압력보다 더 낮을 수 있다 (예를 들어, 적어도 1% 더 낮은, 적어도 2% 더 낮은, 적어도 3% 더 낮은, 적어도 5% 더 낮은, 적어도 7% 더 낮은, 적어도 10% 더 낮은, 적어도 15% 더 낮은, 적어도 20% 더 낮은, 예컨대 1% 내지 25% 더 낮은 또는 3% 내지 20% 등 더 낮을 수 있다). 게이지 압력 측정은 본원에서 나타낸 범위와 비교하기 위해 공지된 방식으로 절대 값으로 조절되어야 한다. 공급원료 압력은 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승된 지점에서부터 공급원료가 반응기로 도입되는 공급 라인의 배출 말단까지 공급원료 공급 라인을 따라 하나 이상의 지점에서 측정 또는 감지될 수 있다. 이러한 공급원료 공급 라인은 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승되었을 때 및 후 그리고 공급원료 히터에서부터 반응기까지 연장된 추가의 공급 라인 부분에서 운반되기 전에 공급원료 히터 내에 임의의 길이의 관을 포함할 수 있다. 압력은 오손 제어에 있어서 공급원료 온도와 직접적 관계일 수 있다. 예를 들어, 10 bar의 공급원료 압력은 300℃의 공급원료 온도에서 오손을 제어하는데 적절할 수 있고, 한편 공급원료 온도가 500℃로 높아지고 다른 모든 것은 동일한 경우, 동일한 수준의 오손 제어를 제공하기 위해 10 bar 초과, 예컨대 20 bar 이상의 증가된 압력이 더 유용할 수 있다.
낮은 총 공급원료 체류 시간을 사용하는 오손 제어가 사용될 수 있다. 총 공급원료 체류 시간은 예열된 카본 블랙-생성 공급원료가 반응기로 도입되기 전에 소요된 시간을 포함하여 예열을 위해 하나 이상의 히터에서 소요된 시간을 합한 것일 수 있다. 총 체류 시간은, 예를 들어 약 120 분 미만, 또는 약 90 분 미만, 또는 약 60 분 미만, 또는 약 45 분 미만, 또는 약 30 분 미만, 또는 15 분 미만, 또는 10 분 미만, 또는 5 분 미만, 또는 4 분 미만, 또는 3 분 미만, 또는 2 분 미만, 또는 1 분 미만, 또는 30 초 미만, 또는 15 초 미만, 또는 약 1/60 분 내지 약 120 분, 또는 약 0.5 분 내지 약 120 분, 또는 약 1 분 내지 약 90 분, 또는 약 2 분 내지 약 60 분, 또는 약 3 분 내지 약 45 분, 또는 약 4 분 내지 약 30 분, 또는 5 내지 30 분, 또는 5 내지 40 분, 또는 10 내지 30 분, 또는 약 5 분 내지 약 15 분일 수 있다. 체류 시간은 평균 값 또는 최대 값 또는 최소 값일 수 있다. 공급원료 체류 시간은 공급원료 온도가 약 300℃를 초과하는 값으로 상승된 시점에서부터 공급원료가 반응기로 도입된 시점까지 결정될 수 있다. 체류 시간은 공급원료 온도와 반비례 관계일 수 있다. 예를 들어, 약 120 분 이하의 공급원료 체류 시간은 310℃의 공급원료 온도에서 오손 문제 없이 견딜 수 있고, 한편 공급원료 온도가 500℃로 높아지고 다른 모든 것은 동일한 경우, 동일한 수준의 오손 제어를 제공하기 위해 체류 시간을 바람직하게는 120 분 미만으로 줄일 수 있다.
예를 들어, 공급원료 히터에서, 공급원료의 예열 동안의 오손 제어는, 예를 들어 약 10 ㎾/㎡ 초과, 또는 약 20 ㎾/㎡ 초과, 또는 약 30 ㎾/㎡ 초과, 또는 약 50 ㎾/㎡ 초과, 또는 약 100 ㎾/㎡ 초과, 또는 약 10 ㎾/㎡ 내지 약 150 ㎾/㎡ (이상), 또는 약 20 내지 약 150 ㎾/㎡, 또는 약 30 내지 약 100 ㎾/㎡, 또는 약 40 내지 약 75 ㎾/㎡, 또는 약 50 내지 약 70 ㎾/㎡의 평균 열 플럭스에서 작동하는 히터의 사용을 포함할 수 있다. 더 높은 열 플럭스에서의 작동은 오손 제어 척도로서 보여질 수 있는데, 목표로 한 예열 온도에 도달하는데 더 적은 시간이 필요하므로, 더 높은 열 플럭스가 카본 블랙-생성 공급원료를 더 신속하게 가열시키고/거나 히터에서 더 짧은 체류 시간을 허용하기 때문이다.
공급원료 공급 라인의 공급원료-접촉 내벽 위에 탄화수소의 중합 및/또는 크래킹 (예를 들어, 열 크래킹)에 대하여 비촉매성인 표면을 사용하는 오손 제어는, 적어도 부분적으로는, 예를 들어 세라믹 라이닝 (예를 들어, 실리카, 알루미나, 크로뮴 산화물)과 같은 보호 라이닝의 1개 이상의 층(들)을 포함할 수 있다.
공급원료 공급 라인을 통한 퍼지 기체의 주기적 온-라인 공급을 사용하는 오손 제어는 탄소용 산화제 (예를 들어, CO2, 산소, 스팀, 스팀와 공기의 혼합물)를 공급원료 라인을 따라 접근가능한 지점 또는 지점들에서 공급원료 공급 라인에 주입하는 것을 포함할 수 있다. 퍼지 기체를 150℃ 이상 또는 300℃를 초과하는 온도에서 임의의 액체 공급원료 펌핑 수단의 하류에서 도입할 수 있다. 퍼지 라인을 통한 스팀 속도는, 예를 들어 약 6 m/sec 이상일 수 있다. 퍼지가 모든 공급원료를 반응기로 즉시 불어넣도록 공급원료의 임의의 데드레그(deadleg)를 제거할 수 있다. 퍼지 기체는 공급원료 히터의 상류에 도입되어 300℃를 초과하는 공정 온도에 노출된 모든 공급 라인이 처리되는 것을 또한 확보할 수 있다.
나타낸 바와 같이, 공급원료 라인으로부터 코크 제거에 의한 오손 제어는, 예를 들어 스폴링 또는 기계적 스크래핑을 포함할 수 있다. 스폴링은, 예를 들어 코크-코팅된 온-라인 관을 냉각시켜, 관의 내부에 침착된 코크의 적어도 일부가 벗겨지게 하거나 그렇지 않으며 관이 냉각 동안에 크기가 수축하면서 관 내벽으로부터 부서져 떨어지게 하는 것을 포함할 수 있다. 느슨해진 코크는 관 밖으로 씻겨 나갈 수 있고, 스폴링된 관은 다시 사용할 준비가 된다. 스폴링 동안에, 공급원료는 관으로부터, 예컨대 밸브를 사용하여, 교호 온-라인 공급라인 또는 공급라인들을 통해 장치에 마련된 반응기로 전환되어 스폴링될 수 있다. 일단 세정된 경우, 스폴링된 관은 다시 사용할 준비가 된다. 공급원료 관 밖에 침착된 코크를 세정하는 또 다른 방법은 관을 통해 기계적 스크레이퍼를 움직여 관의 내부로부터 코크를 기계적으로 제거하는 것을 포함할 수 있다. 기계적 스크래핑 동안에, 공급원료는, 예컨대 밸브를 사용하여, 교호 온-라인 공급라인 또는 공급라인들을 통해 장치에 마련된 반응기로 전환될 수 있고, 그 시간 동안 세정을 위해 오프-라인으로 되어 있는 관은 일시적으로 작동되지 않는다. 스폴링 및/또는 기계적 스크래핑은, 사용되는 경우, 공급원료 공급 라인 위에서 주기적으로 수행될 수 있다.
도 1을 참조해서, 5개의 영역, 일차 연소 영역(10), 전이 영역(13), 제1 반응 영역(31), 목부 영역(33), 및 제2 반응 영역(35)으로 이루어진 퍼니스(1)가 도시되어 있고 이곳으로 켄칭 프로브(41)가 배치되어 카본 블랙 형성 반응을 종결시킨다.
연소 영역(10)은 상류 벽(6) 및 측벽(4)에 의해 한정되고, 전이 영역(13)의 시작인 지점(12)에서 종결된다. 벽(6)을 통해 도관(8)이 삽입되고 이를 통해 연료가 연소 영역(10)으로 도입된다. 측벽(4)을 통해 도관(5)이 삽입되고 이를 통해 산화제가 연소 영역(10)으로 도입된다. 연소 영역(10) 내에 화염 홀더(11)가 포함되고 화염 홀더는 관(3)에 부착되고 관은 벽(6) 내의 오리피스(7)를 통해 연소 영역(10)으로 삽입된다. 지점(12)에서 시작하고 지점(14)에서 종결되는 벽(17)에 의해 한정되는 전이 영역(13)은 연소 영역(10)의 하류에 있고 연소 영역(10)에 연결된다. 다수의 실질적으로 방사상 배향된, 오리피스(21) (또는 제트 노즐(21))는 벽(17) 주위에 원주방향으로 위치하고 오르피스를 통해 유체-공급원료 혼합물(87)이 전이 영역(13)으로 주입될 수 있다. 도 1은 또한 증량제 유체(85)가 하나 이상의 오리피스(21) (또는 제트 노즐(21))를 통해 도입 (예를 들어, 주입)되기 전에 공급원료(83)와 조합되어 유체-공급원료 혼합물(87)을 형성하는 것을 나타낸다.
벽(37)에 의해 한정되는 제1 반응 영역(31)은 전이 영역(13)의 하류에 있고 전이 영역(13)에 연결된다. 영역(31)은 원하는 반응 조건에 따라 가변적인 길이 및 폭을 가질 수 있다. 제1 반응 영역(31)의 내부 단면적은 전이 영역(13)의 내부 단면적보다 클 수 있다. 바람직하게, 제1 반응 영역의 내부 단면적 대 전이 영역의 내부 단면적의 비는 1.1 내지 4.0이다. 그 때 벽(37)은 퍼니스(1)의 중심선에 대해서 45°각도에서 만나고 지점(32)에서 벽(38)으로 이어진다. 벽(38)은 목부 영역(33)을 한정한다. 목부 영역(33)의 내부 단면적은 전이 영역(13)의 내부 단면적보다 적다. 바람직하게, 목부 영역(33)의 내부 단면적 대 전이 영역(13)의 내부 단면적의 비는 약 0.25 내지 0.9이다. 벽(38)의 하류 말단(34)은 벽(39)으로 이어진다. 벽(39)은 퍼니스(1)의 중심선에 대해서 30도의 각도에서 갈라지고 제2 반응 영역(35)을 한정한다. 제2 반응 영역(35)의 내부 단면적은 목부 영역(33)의 내부 단면적보다 크다. 바람직하게 제2 반응 영역(35)의 내부 단면적 대 전이 영역(13)의 내부 단면적의 비는 약 1.1 내지 16.0이다. 벽(39)을 통해 제2 반응 영역(35)으로 켄칭 프로브(41)가 배치되고 이를 통해 켄칭 매체, 예컨대 물이 카본 블랙 형성 반응을 종결시키기 위해 주입될 수 있다.
도 2-5에 도시된 바와 같이, 1종 이상의 증량제 유체(85)는, 전이 영역(12)에서와 같은 반응기(2)로 도입되기 전에, 카본 블랙 생성 공급원료(15)와 조합되어 유체-공급원료 혼합물(17)을 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 카본 블랙-생성 공급원료(15)는 약 300℃ 초과의 온도로 예열된 후 증량제 유체(85)와 조합되고 이어서 유체-공급원료 혼합물(17)로서 반응기(2)로 도입된다. 예열된 카본 블랙-생성 공급원료는 하나 이상의 유체-공급원료 혼합물 공급 라인(17)에서 반응기(2)로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점(16)에 공급된다. 도입시, 공급원료는 가열된 기체 스트림와 조합되어 반응 스트림을 형성하며, 이때 카본 블랙이 반응기에서 형성된다. 반응 스트림 중의 카본 블랙은 하나 이상의 영역에서 켄칭될 수 있다. 예를 들어, 켄칭 영역(14)의 켄칭 위치(18)에서, 켄칭 유체를 주입하고, 켄칭 유체는 물을 포함할 수 있고, 켄칭 유체를 사용하여 카본 블랙-생성 공급원료의 열분해를 완전히 또는 본질적으로 완전히 중단시키거나, 열분해 중단 없이 공급원료를 단지 부분적으로 냉각시킨 후 카본 블랙-생성 공급원료의 열분해를 중단시키기 위해 사용되는 이차 켄칭 (미도시)를 수행할 수 있다.
도 2에 또한 도시된 바와 같이, 공급원료 히터는 열교환기(19) (HXR)를 포함할 수 있고, 열교환기는 히터 벽 (미도시)을 가질 수 있는데, 히터 벽은 공지된 열교환기 설계에서 사용된 바와 같고, 그의 제1 측면에서 반응 스트림에 의해 가열되고 공급원료가 하나 이상의 공급원료 공급 라인에 공급되기 전에 그의 반대 측면에서 공급원료와 접촉한다. 나타낸 바와 같이, 공급원료를 열교환기에서 약 300℃ 초과의 온도로 가열한다. 켄처의 하류에 배열된 것으로 나타나 있지만, 단 히터가 반응기 내의 더 높은 예비-켄칭 온도에서 견딜 수 있고 작동할 수 있는 구조를 갖는다면, 공급원료 열교환기는 반응 스트림에서 켄처의 상류에 위치할 수도 있다. 공급원료 히터는, 예를 들어 코일 또는 배관 하우징된 내부로서 반응기의 적어도 일부와 물리적으로 접촉하고/거나 반응기의 가열된 벽 또는 벽들에 붙어서 접촉하도록 배열되어, 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도로 가열할 수 있다. 도 2에 도시되지는 않았지만, 열교환기는 임의로 공급원료를 중간 온도 (예를 들어, 250℃ 또는 50℃ 초과 내지 350℃, 또는 목표 예열된 온도 미만의 다른 온도)로 가열하거나 300℃ 초과의 예열 온도를 얻는데 사용될 수 있고, 이어서 반응기의 외부 또는 내부에 추가 열교환기 또는 히터를 사용하여 최종 예열 온도로 가열할 수 있다.
반응기 내의 반응 스트림은 켄칭에서, 예를 들어 약 600℃ 내지 약 2000℃, 또는 약 800℃ 내지 약 1800℃, 또는 약 1000℃ 내지 약 1500℃의 온도, 또는 퍼니스 반응기에서 발생되는 극한 발열 반응을 반영하는 다른 고온을 가질 수 있다. 본 발명은 공급원료 공급 라인에서 발생하는 오손 문제 없이 반응기 내의 반응에 의해 발생된 높은 발열 열과의 공급원료 열교환을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 훨씬 더 낮은 공급원료 온도에서 작업하는 종래의 카본 블랙 제조에 비해 에너지 회수를 개선시키고 원료 비용을 절약하는 것을 실현가능하게 할 수 있다.
도 2에 또한 도시된 바와 같이, 하나 이상의 펌프(20)는 공급원료 온도를 300℃를 초과하는 값으로 올리는데 사용된 공급원료 히터(19)로부터 상류에 있는 공급원료 라인에 일렬로 설치될 수 있다. 공급원료가 공급원료 히터에 진입하기 전에 펌프를 사용하여 공급원료를 가압한다. 그 방식에서, 공급원료는 공급원료 온도가, 공급원료 공급 라인에서의 오손 문제가 가압 또는 다른 명시된 오손 제어 접근법의 부재에서도 발생하였을, 높은 값으로 상승된 시점에서 이미 가압될 수 있다. 공급원료는 보통 정상 작동 조건 하에, 예를 들어 열교환기 설계 및 작동 모드에 따라, 공급원료 히터를 통과하는 동안 압력 강하 (예를 들어, 0 내지 약 20 bar의 압력 강하)를 경험할 수 있으므로, 오손 제어 척도로서 공급원료에 적용된 임의의 가압은 공급원료 열교환기에서 발생할 수 있거나 발생할 것으로 예상될 수 있는 임의의 압력 강하, 뿐만 아니라 예열된 공급원료를 반응기로 운반하는데 사용되는 공급 라인 관 또는 다른 도관에서 발생하거나 발생할 것으로 예상될 수 있는 임의의 다른 압력 강하에 대하여, 특히 필요한 경우 공급원료 압력을 미리-목표로 한 범위 값 내로 유지하도록 보상해야 한다. 도 2, 및 본원의 다른 도면에서 도면을 단순화하기 위해, 반응기 상에 단지 하나의 공급원료 공급 라인 및 공급원료 주입점이 도시되어 있지만, 명시된 오손 제어가 또한 적용될 수 있는 다수의 공급원료 공급 라인 및 주입점이 반응기 상에 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
고온 연소 기체 및 카본 블랙-생성 공급원료의 혼합물이 켄칭된 후, 냉각된 기체는 임의의 종래의 냉각 및 분리 단계로 하류으로 이동함으로써 카본 블랙이 회수된다. 기체 스트림으로부터 카본 블랙의 분리는 종래의 장치, 예컨대 침전기, 사이클론 분리기 또는 백 필터에 의해 쉽게 달성될 수 있다. 반응을 완전히 켄칭하여 최종 카본 블랙 생성물을 형성함에 있어서, 카본 블랙 생성 공급원료의 도입의 하류에서 반응을 켄칭하기 위한 임의의 종래의 방법이 사용될 수 있고 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 켄칭 유체가 주입될 수 있고, 이는 물 또는 화학 반응을 중단시키는데 적합한 다른 유체일 수 있다.
도 3은 카본 블랙을 제조하기 위해 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 또 다른 유형의 퍼니스 카본 블랙 반응기의 일부를 나타내고, 예열의 적어도 일부는 열교환기(21)를 반응기에서 반응 스트림과 접촉시키는 것을 포함하고 열교환기를 통해 흐르는, 유동성 열 매체 또는 캐리어(28), 예컨대 스팀 또는 질소는 반응기에서 가열되고, 이어서 가열된 스팀 (예를 들어, 과열 스팀)는 열교환기 및 반응기 밖으로 이동하여, 반응기 외부에 위치한 개별 공급원료 히터(22)를 통해 관으로 운반되고, 여기서 공급원료 히터 내의 공급원료와 열 교환하여 공급원료를 약 300℃ 초과, 예컨대 370℃ 이상의 온도로 가열하도록 작동될 수 있다.
도 4는 카본 블랙을 제조하기 위해 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 또 다른 유형의 퍼니스 카본 블랙 반응기의 일부를 나타내고 예열의 적어도 일부는 공급원료 히터(23)를 반응기를 나온 테일 가스와 접촉시켜 공급원료 히터에서 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도 (또는 적어도 부분적으로는 목표 온도)로 가열하는 것을 포함한다.
도 5는 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 또 다른 유형의 퍼니스 카본 블랙 반응기를 나타내고 가열된 기체 스트림은 플라즈마 히터(25)를 사용하여 적어도 부분적으로 또는 완전히 가열된, 적어도 부분적으로 또는 완전히 가열된 기체(24)를 추가로 포함한다. 기체의 플라즈마 가열은, 예를 들어 통상의 기술자에게 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 전체 개시내용이 본원에 참조로 포함되는, 미국 특허 번호 5,486,674에 나타낸 바와 같은 플라즈마 토치를 이용할 수 있고, 전체 개시내용이 본원에 참조로 포함되는, 미국 특허 번호 4,101,639 및 3,288,696에 나타낸 플라즈마 가열을 참조할 수 있다.
도 5에 또한 도시된 바와 같이, 공급원료는 반응기 내의 열교환기(26)에서 반응 스트림과 교환된 열을 갖는 열 매체 (예를 들어, 스팀)에 의해 간접 가열될 수 있거나, 대안적으로, 공급원료는 점선으로 나타낸 바와 같은 반응기 내의 열교환기(26)에서 직접 가열될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 공급원료 (FS)는 애뉼러스를 갖는 배관 설계를 사용하여 증량제 유체로부터 개별적으로 도입될 수 있다. 도 7 및 도 8에서 "일차 화염"는 연소 스트림을 지칭한다. 도 8은 카본 블랙 공급원료 (FS)가 배관이 병렬로 있는 설계에서 증량제 유체로부터 개별적으로 도입되는 설계를 나타낸다.
본 발명의 이러한 다양한 공정 체계에서, 반응기의 내부 또는 외부에서 공급원료를 예열하기 위해 사용되는 열교환기 설계는 외피와 관, 외피와 코일, 플레이트와 틀 등과 같은 임의의 종래의 열교환기 설계를 가질 수 있다. 열교환기가 인라인 코일 구조를 갖는 경우, 예를 들어 인라인 코일이 부식/침식 문제를 방지하기 위해 스케줄 80 관 및 엘보(elbow)를 사용할 수 있다. 또한, 인라인 코일 배관을 건설하는데 관들 사이의 일정한 피치가 사용될 수 있고 코일은 연료 기체 헤더의 전체 단면을 사용할 수 있다. 인라인 코일의 경우 열 전달 계수는 상이한 등급 및 상이한 시설에 있어서 상당히 변할 수 있다.
또한, 기재된 공정 체계 및 방법에 있어서 임의의 공급원료는 종래의 카본 블랙을 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 추가의 물질 또는 조성물을 함유할 수 있다. 본 발명의 방법은 주기율표의 하나 이상의 IA족 및/또는 IIA족 원소 (또는 그의 이온)이거나 이를 함유한 하나 이상의 물질을 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 IA족 및/또는 IIA족 원소 (또는 그의 이온)를 함유한 물질은 하나 이상의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 함유한다. 예는 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘, 칼슘, 바륨, 스트론튬, 또는 라듐, 또는 그의 조합을 포함한다. 하나 이상의 이들 성분의 임의의 혼합물이 물질에 존재할 수 있다. 물질은 고체, 용액, 분산액, 기체, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 동일한 또는 상이한 IA족 및/또는 IIA족 금속 (또는 그의 이온)을 갖는 하나 초과의 물질을 사용할 수 있다. 다수의 물질을 사용한 경우, 물질을 함께, 개별적으로, 순차적으로, 또는 상이한 반응 위치에서 첨가할 수 있다. 본 발명의 목적상, 물질은 금속 (또는 금속 이온) 자체, 하나 이상의 이러한 원소를 함유한 염을 비롯한, 하나 이상의 이러한 원소를 함유한 화합물 등일 수 있다. 물질은 금속 또는 금속 이온을 카본 블랙 생성물을 계속 형성중인 반응으로 도입할 수 있다. 본 발명의 목적상, 하나 이상의 IA족 및/또는 IIA족 금속 (또는 그의 이온)을 함유한 물질은, 사용된 경우, 임의의 시점에, 예를 들어 완전한 켄칭 전에 반응기에 도입될 수 있다. 예를 들어, 물질은 제1 반응 단계에서 카본 블랙 생성 공급원료의 도입 전; 제1 반응 단계에서 카본 블랙 생성 공급원료의 도입 동안; 제1 반응 단계에서 카본 블랙 생성 공급원료 후; 임의의 제2 카본 블랙 생성 공급원료의 도입 전, 동안, 또는 직후; 또는 제2 카본 블랙 생성 공급원료의 도입 후이나 완전한 켄칭 전의 임의의 단계를 비롯한, 완전한 켄칭 전의 임의의 시점에 첨가될 수 있다. 물질의 하나 초과의 도입 시점이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 앞서 명시된 바와 같이, 본 발명은 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 (반응기에 진입하기 전 및/또는 후에) 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것을 포함한다. 방법은 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기에 공급하거나 증량제 유체 및 공급원료를 반응기에 개별적으로 공급하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 유체-공급원료 혼합물의 공급은 하나 이상의 제트의 형태일 수 있다. 방법은 하나 이상의 입자 특성을 제어하기 위해서 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하는 것을 포함한다. "증량제 유체", "카본 블랙 공급원료", 및 "유체-공급원료 혼합물"에 대한 언급은 이러한 용어가 상기 정의되고 설명되었던 것과 동일한 의미를 갖는다.
하나 이상의 입자 특성의 한 예는 착색도이다. 입자 특성은 표면적 특성 또는 구조 특성일 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더 명확하게 될 것이고, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 의도된다.
<실시예>
실시예 1
본 발명의 한 실시예에서, 천연 가스 화염으로부터의 고온 기체의 고속 (200 m/s 이상) 스트림을, 도 1에 도시된 것과 같은, 카본 블랙 반응기의 전이 영역 (D = 135 ㎜)으로 0.8의 공기비에서 발화시켰다. 디캔트 공급원료는 전이에서 4개의 주입기를 사용하여 3.33의 전체 공기비에서 주입했다. 공급원료 주입기는 각각 0.76 ㎜의 오리피스에 이어서 길이가 76 ㎜이고 직경이 6.5 ㎜인 확대 구간을 가졌다. 주입기에 진입하기 전에 공급원료를 약 500℃로 예열하였다. 증량제 유체가 공급원료의 0 중량% 내지 20 중량% (하기 표 참조)의 유량에서 오리피스의 바로 하류로 유동할 때 질소를 공급원료에 첨가했다. 질소는 전이에 진입하기 전에 공급원료와 혼합되도록 하는 방식으로 첨가되었다.
전이 영역 내로의 유체-공급원료 제트의 침투는 반응기에서 관측 창에 의해 시각적으로 관측되었다. 증량제 유체 사용 없이, 공급원료 제트는 단지 고온 기체의 고속 스트림의 직교류를 전이 직경의 ~25%와 같은 깊이까지 침투시켰다 (즉, 약 34 ㎜의 제트 침투). 증량제 유체를 공급원료에 첨가했을 때, 반대 유체-공급원료 제트가 전이의 중심에서 접촉중일 때까지 유체-공급원료 제트 침투는 연속적으로 증가했다 (즉, 약 68 ㎜의 제트 침투). 이는 주입된 공급원료 중량 기준으로 20 중량% 질소 유동에서 일어나는 것으로 관측되었다. 또한, 카본 블랙의 착색도 값은 ASTM D3265 방법에 의해 측정되었고 주어진 카본 블랙 표면적에 있어서 더 많은 질소가 유체-공급원료 혼합물 중의 공급원료에 첨가됨에 따라 증가하는 것으로 밝혀졌다. 하기 표는 착색도 및 제트 침투가 질소 유량에 따라 어떻게 변화했는지를 보여준다.
<표 1>
Figure 112015092145573-pct00001
실시예 2
본 발명의 제2 실시예에서, 실시예 1에서와 같은 동일한 반응기를 사용하여, 애뉼러스 내의 증량제 유체 및 공급원료가 전이에 진입하기 전에 혼합되지 않도록 질소를 공급원료 제트 둘레에 있는 애뉼러스 (도 7에 도시된 바와 같음) 내에 첨가했다. 증량제 유체가 공급원료 제트의 운동량을 증가시켜 유체-공급원료 제트 침투를 높이도록 증량제 유체는 공급원료에 매우 근접해 있었다. 실시예 1에서와 같은 동일한 반응기 조건을 사용했고, 주입된 공급원료 중량 기준으로 0 중량% 내지 20 중량%의 공급원료 유동의 유량에서 질소를 애뉼러스 내에 첨가했다. 이전 실시예에서와 같이, 공급원료 제트 침투는 단지 전이 직경의 ~25%였고 애뉼러스 내에 유체 유동이 없었다. 제트 침투는 애뉼러스 내의 증량제 유체 유동으로, 주입된 공급원료 중량 기준으로 20 중량% 유동에서 전이 직경의 ~40%까지 증가하였다. 따라서, 이러한 방식으로 증량제 유체를 첨가하는 것은 유체-공급원료 제트 침투를 증가시키지만 이전 실시예에서 만큼 효과적이지 못했다. 착색도가 또한 애뉼러스 내의 질소의 첨가로 약간 증가하였다.
<표 2>
Figure 112015092145573-pct00002
본 발명은 다음의 측면/실시양태/특징을 임의의 순서 및/또는 임의의 조합으로 포함한다:
1. 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하고;
1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 대해 축방향으로 또는 실질적으로 축방향으로 증가시키도록, 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하고;
상기 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기로의 상기 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하고;
상기 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 도입 지점을 통한 적어도 상기 유체-공급원료 혼합물을, 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하며, 이때 카본 블랙이 상기 카본 블랙 반응기에서 형성되고;
카본 블랙을 반응 스트림에서 회수하는 것
을 포함하는, 카본 블랙을 제조하는 방법.
2. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
3. 상기 증량제 유체가 상기 카본 블랙 공급원료에 균일하게 분포된 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
4. 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트는 카본 블랙 공급원료를 가열된 기체 스트림의 내부 부분으로 추진시키기에 충분한 증량제 유체를 함유하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
5. 상기 증량제 유체가 1종 이상의 불활성 기체인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
6. 상기 증량제 유체가 스팀, 물, 공기, 이산화탄소, 천연 가스, 일산화탄소, 수소, 카본 블랙 테일가스, 질소, 또는 그의 임의의 조합인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
7. 상기 증량제 유체가 질소인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
8. 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료 내로 침투하기에 충분한 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
9. 상기 증량제 유체를 약 1 lb/in2 내지 약 350 lb/in2의 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
10. 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와의 상기 조합 전에 분무화하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
11. 상기 카본 블랙 공급원료와 조합되는 상기 증량제 유체의 양이 연속 카본 블랙 제조 동안에 조절가능한 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
12. 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 상기 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 제트 침투는 연속 카본 블랙 제조 동안에 유체-공급원료 혼합물의 증량제 유체 함량을 변경시킴으로써 조절되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
13. 상기 증량제 유체가 상기 카본 블랙 공급원료에 적어도 부분적으로 분포된 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
14. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 400 중량%의 양으로 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
15. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
16. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
17. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 360℃ 내지 약 850℃의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
18. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 300℃ 내지 약 850℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
19. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 400℃ 내지 약 600℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 50℃ 이상 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
20. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 400℃ 내지 약 600℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 100℃ 이상 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
21. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높고 약 950℃ 이하인 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
22. 증량제 유체 조절이 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트의 초크 유동 속도 또는 임계 속도 또는 둘 다를 제어하게 하여, 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 침투를 변경시키는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
23. 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하고, 상기 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기에 공급하며, 여기서 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급은 하나 이상의 제트의 형태이고, 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하여 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 것을 포함하는, 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법.
24. 상기 하나 이상의 입자 특성이 착색도인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
25. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
26. 상기 증량제 유체가 상기 카본 블랙 공급원료에 균일하게 분포된 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
27. 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트는 카본 블랙 공급원료를 가열된 기체 스트림의 내부 부분으로 추진시키기에 충분한 증량제 유체를 함유하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
28. 상기 증량제 유체가 1종 이상의 불활성 기체인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
29. 상기 증량제 유체가 스팀, 물, 공기, 이산화탄소, 천연 가스, 일산화탄소, 수소, 카본 블랙 테일가스, 질소, 또는 그의 임의의 조합인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
30. 상기 증량제 유체가 질소인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
31. 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료 내로 침투하기에 충분한 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
32. 상기 증량제 유체를 약 1 lb/in2 내지 약 350 lb/in2의 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
33. 상기 카본 블랙 공급원료와 조합되는 상기 증량제 유체의 양이, 상기 방법이 카본 블랙을 생성하는 동안에 조절될 수 있는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
34. 상기 카본 블랙 공급원료와 조합되는 상기 증량제 유체의 양이 연속 카본 블랙 제조 동안에 조절가능한 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
35. 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 상기 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 제트 침투는 연속 카본 블랙 제조 동안에 유체-공급원료 혼합물의 증량제 유체 함량을 변경시킴으로써 조절되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
36. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 400 중량%의 양으로 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
37. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
38. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
39. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
40. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 360℃ 내지 약 850℃의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
41. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 300℃ 내지 약 850℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
42. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 400℃ 내지 약 600℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 50℃ 이상 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
43. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 400℃ 내지 약 600℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 100℃ 이상 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
44. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높고 약 950℃ 이하인 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
45. 제트 침투가 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트의 초크 유동 속도 또는 임계 속도 또는 둘 다에 영향을 미치는 증량제 유체에 의해 조절되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
46. 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하고;
1종 이상의 카본 블랙 공급원료를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하고;
1종 이상의 증량제 유체를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 도입 지점에 공급하며, 여기서 증량제 유체를 위한 하나 이상의 도입 지점은, 카본 블랙 공급원료가 가열된 기체 스트림에 영향을 미침에 따라 1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 증가시키도록 위치하고;
상기 1종 이상의 카본 블랙 공급원료 및 상기 1종 이상의 증량제 유체를 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하며, 이때 카본 블랙이 상기 카본 블랙 반응기에서 형성되고;
카본 블랙을 반응 스트림에서 회수하는 것
을 포함하는, 카본 블랙을 제조하는 방법.
47. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료에 대해 불활성인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
48. 상기 증량제 유체가 상기 카본 블랙 공급원료에 분포된 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
49. 상기 카본 블랙 공급원료의 공급 및 증량제 유체의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 각각의 제트는 상기 증량제 유체를 도입하는 시스 애뉼러스와 중심 중공 팁을 갖는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
50. 상기 카본 블랙 공급원료의 공급 및 증량제 유체의 공급이 서로 인접한 한 쌍의 하나 이상의 제트의 형태이며, 여기서 각 쌍에서의 하나의 제트는 상기 카본 블랙 공급원료를 공급하고, 각 쌍에서의 다른 하나의 제트는 상기 증량제 유체를 공급하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
51. 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료 내로 침투하기에 충분한 압력에서 도입하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
52. 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 하나 이상의 도입 지점에 공급하기 전에 약 300℃ 초과의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
53. 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 하나 이상의 도입 지점에 공급하기 전에 약 360℃ 내지 약 850℃의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
54. a) 1종 이상의 증량제 유체를 b) 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 인접하여 카본 블랙 반응기에 개별적으로 공급하며, 여기서 상기 a) 및 b)의 공급은 하나 이상의 제트의 형태이며, 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하여 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 것을 포함하는, 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법.
55. 상기 하나 이상의 입자 특성이 착색도인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
56. 상기 카본 블랙 공급원료와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 증량제 유체를 제1 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
57. 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와 조합하기 전에 제1 온도로 가열하고, 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료와 조합하기 전에 제2 온도로 가열하고, 이어서 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높고 약 950℃ 이하인 제3 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열 단계는 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
58. 상기 하나 이상의 입자 특성이 표면적인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
59. 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와의 상기 조합 전에 분무화하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
60. 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 약 300℃ 초과의 온도로 가열하고, 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와의 상기 조합 전에 분무화하는 것을 추가로 포함하는, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
61. 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 것인, 상기 또는 하기 실시양태/특징/측면 중 어느 하나의 방법.
본 발명은 문장 및/또는 단락에 기재된 바와 같이 상기 및/또는 하기 이러한 다양한 특성 또는 실시양태의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 특성의 임의의 조합은 본 발명의 일부로 간주되며 조합가능한 특성에 대하여 제한이 없는 것으로 의도된다.
본 출원인들은 본 개시내용에서 인용된 모든 참조문헌의 전체 내용을 구체적으로 도입한다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 목록으로 주어진 경우에, 이는 범위들이 개별적으로 개시되었는지 여부와 관계없이, 임의의 범위 상한치 또는 바람직한 값과 임의의 범위 하한치 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시한 것으로 이해되어야 한다. 수치의 범위가 본원에 언급된 경우, 달리 명시되지 않는 한, 그 범위는 그의 말단값, 및 그 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주가 범위를 한정한 경우 언급된 구체적 값으로 제한되는 것으로 여겨지지 않는다.
본 발명의 다른 실시양태는 본 명세서 및 그 안에 개시된 본 발명의 실시를 고려하여 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시로서 고려되는 것으로 의도되며, 본 발명의 진정한 범주 및 취지는 하기 청구범위 및 그의 등가물에 의해 제시된다.

Claims (61)

  1. 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하고;
    1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 대해 축방향으로 또는 실질적으로 축방향으로 증가시키도록, 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하고;
    상기 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기로의 상기 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하고;
    상기 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 도입 지점을 통한 적어도 상기 유체-공급원료 혼합물을, 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하며, 이때 카본 블랙이 상기 카본 블랙 반응기에서 형성되고;
    카본 블랙을 반응 스트림에서 회수하는 것
    을 포함하는, 카본 블랙을 제조하는 방법.
  2. 1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 증가시키도록 1종 이상의 증량제 유체를 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 조합하여 유체-공급원료 혼합물을 형성하고, 상기 유체-공급원료 혼합물을 카본 블랙 반응기에 공급하며, 여기서 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급은 하나 이상의 제트의 형태이고, 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하여 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 것을 포함하는, 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법.
  3. 가열된 기체 스트림을 카본 블랙 반응기로 도입하고;
    1종 이상의 카본 블랙 공급원료를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 공급원료 도입 지점에 공급하고;
    1종 이상의 증량제 유체를 카본 블랙 반응기로의 하나 이상의 도입 지점에 공급하며, 여기서 증량제 유체를 위한 하나 이상의 도입 지점은, 카본 블랙 공급원료가 가열된 기체 스트림에 영향을 미침에 따라 1종 이상의 증량제 유체가 1종 이상의 카본 블랙 공급원료의 운동량을 증가시키도록 위치하고;
    상기 1종 이상의 카본 블랙 공급원료 및 상기 1종 이상의 증량제 유체를 가열된 기체 스트림과 조합하여 반응 스트림을 형성하며, 이때 카본 블랙이 상기 카본 블랙 반응기에서 형성되고;
    카본 블랙을 반응 스트림에서 회수하는 것
    을 포함하는, 카본 블랙을 제조하는 방법.
  4. a) 1종 이상의 증량제 유체를 b) 1종 이상의 카본 블랙 공급원료와 인접하여 a)가 b)의 운동량을 증가시키도록 카본 블랙 반응기에 개별적으로 공급하며, 여기서 상기 a) 및 b)의 공급은 하나 이상의 제트의 형태이고, 존재하는 증량제 유체의 양을 제어하여 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 것을 포함하는, 카본 블랙의 하나 이상의 입자 특성을 제어하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료에 대해 화학적으로 불활성이거나, 또는 상기 증량제 유체가 상기 카본 블랙 공급원료에 균일하게 분포된 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유체-공급원료 혼합물의 공급이 하나 이상의 제트의 형태이며, 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트는 카본 블랙 공급원료를 가열된 기체 스트림의 내부 부분으로 추진시키기에 충분한 증량제 유체를 함유하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증량제 유체가 1종 이상의 불활성 기체인 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증량제 유체가 스팀, 물, 공기, 이산화탄소, 천연 가스, 일산화탄소, 수소, 카본 블랙 테일가스, 질소, 또는 그의 임의의 조합인 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증량제 유체가 질소인 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료 내로 침투하기에 충분한 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증량제 유체를 1 lb/in2 내지 350 lb/in2의 압력에서 상기 카본 블랙 공급원료로 도입하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와의 상기 조합 전에 분무화하는 것인 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증량제 유체가 카본 블랙 공급원료의 중량을 기준으로 하여 0.1 중량% 내지 400 중량%의 양으로 상기 유체-공급원료 혼합물에 존재하는 것인 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 300℃ 초과의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증량제 유체와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 카본 블랙 공급원료를 300℃ 내지 850℃의 제1 온도로 가열하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열은 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인 방법.
  16. 제6항에 있어서, 증량제 유체 조절이 유체-공급원료 혼합물의 하나 이상의 제트의 초크 유동 속도 또는 임계 속도 또는 둘 다를 제어하게 하여, 가열된 기체 스트림으로의 유체-공급원료 혼합물의 침투를 변경시키는 것인 방법.
  17. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 특성이 착색도(tint)인 방법.
  18. 제3항에 있어서, 상기 카본 블랙 공급원료의 공급 및 증량제 유체의 공급이 서로 인접한 한 쌍의 하나 이상의 제트의 형태이며, 여기서 각 쌍에서의 하나의 제트는 상기 카본 블랙 공급원료를 공급하고, 각 쌍에서의 다른 하나의 제트는 상기 증량제 유체를 공급하는 것인 방법.
  19. 제3항에 있어서, 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료 내로 침투하기에 충분한 압력에서 도입하는 것인 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카본 블랙 공급원료와 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하기 전에 상기 증량제 유체를 제1 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카본 블랙 공급원료를 상기 증량제 유체와 조합하기 전에 제1 온도로 가열하고, 상기 증량제 유체를 상기 카본 블랙 공급원료와 조합하기 전에 제2 온도로 가열하고, 이어서 조합하여 상기 유체-공급원료 혼합물을 형성하고, 이어서 상기 유체-공급원료 혼합물을 상기 제1 온도보다 높고 950℃ 이하인 제3 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 각각의 상기 가열은 상기 카본 블랙 반응기로의 도입 전에 수행되는 것인 방법.
  22. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 특성이 표면적인 방법.
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