(57)【要約】ガス状炭素源の分解によって生成される無炎のカーボンブラックの堆積のための方法および装置。反応はエネルギー源として電気アークまたはレーザーの存在下で実施する。生成したままのカーボンブラックをさらにブランクガラス製造モールドの内壁の潤滑剤をとして用いることができる。反応装置のいくつかの設計を記載している。
2008523195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンブラックを製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応装置を準備する工程であって、前記反応装置は、
ｉ）ガス混合物入口、
ii）エネルギー源、
iii）反応チャンバー、
iv）反応物出口
を含む工程と、
ｂ）ガス混合物を、前記ガス混合物入口を通して前記反応チャンバーに導き、前記エネルギー源を通過させる工程と、
ｃ）前記エネルギー源を励起し、それによって炭素高含有反応物を製造する工程と、
ｄ）前記炭素高含有反応物を、前記反応物出口を通して導く工程と
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項３】
請求項１の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項４】
請求項１の方法であって、さらに前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程を含む方法。
【請求項５】
請求項４の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項６】
請求項１の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項７】
請求項６の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法。
【請求項８】
請求項７の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項９】
カーボンブラックを製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応装置を準備する工程であって、前記反応装置は
ｉ）ガス混合物入口、
ii）エネルギー源、
iii）反応チャンバー、
iv）反応物出口
を含む工程と、
ｂ）ガス混合物を、前記ガス混合物入口を通して前記反応チャンバーに導き、前記エネルギー源を通過させる工程と、
ｃ）前記エネルギー源を励起し、それによって炎なしに炭素高含有反応物を製造する工程と、
ｄ）前記炭素高含有反応物を、前記反応物出口を通して導く工程と
を含むカーボンブラックを製造する方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項１１】
請求項９の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項１２】
請求項９の方法であって、さらに
ｅ）前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項１４】
請求項９の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項１７】
カーボンブラックを製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応装置を準備する工程であって、前記反応装置は
ｉ）ガス混合物入口、
ii）不活性ガス入口、
iii）エネルギー源、
iv）反応チャンバー、
ｖ）反応物出口
を含む工程と、
ｂ）ガス混合物を、前記ガス混合物入口を通して前記反応チャンバーに導き、前記エネルギー源を通過させる工程と、
ｃ）前記エネルギー源に励起し、それによって炭素高含有反応物を製造する工程と、
ｄ）前記不活性ガス入口を通して前記反応チャンバーに不活性ガスのパルスを導入し、それによって前記炭素高含有反応物を、前記反応物出口を通して押し出す工程と
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項１９】
請求項１７の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項２０】
請求項１７の方法であって、さらに
ｅ）前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程
を含む方法。
【請求項２１】
請求項２０の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項２２】
請求項１７の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項２３】
請求項２２の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法
【請求項２４】
請求項２３の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項２５】
カーボンブラックを製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応装置を準備する工程であって、前記反応装置は
ｉ）ガス混合物入口、
ii）エネルギー源、
iii）反応チャンバー、および
iv）反応物出口、前記反応物出口はさらに流量制御装置を含む
を含む工程と、
ｂ）前記流量制御装置を閉じる工程と、
ｃ）ガス混合物を、前記ガス混合物入口を通して前記反応チャンバーに導き、前記エネルギー源を通過させる工程と、
ｄ）前記エネルギー源を励起し、それによって炭素高含有反応物を製造する工程と、
ｅ）前記流量制御装置を開く工程と、
ｆ）前記炭素高含有反応物を、前記反応物出口を通して導く工程と
を含む方法。
【請求項２６】
請求項２５の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項２７】
請求項２５の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項２８】
請求項２５の方法であって、さらに
ｇ）前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程
を含む方法。
【請求項２９】
請求項２８の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項３０】
請求項２５の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項３１】
請求項３０の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法。
【請求項３２】
請求項３１の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項３３】
カーボンブラックを製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応装置を準備する工程であって、前記反応装置は
ｉ）ガス混合物入口、
ii）不活性ガス入口、
iii）エネルギー源、
iv）反応チャンバー、および
ｖ）反応物出口であって、前記反応物出口はさらに流量制御装置を含む
を含む工程と、
ｂ）前記流量制御装置を閉じる工程と、
ｃ）ガス混合物を、前記ガス混合物入口を通して前記反応チャンバーに導き、前記エネルギー源を通過させる工程と、
ｄ）前記エネルギー源を励起し、それによって炭素高含有反応物を製造する工程と、
ｅ）前記流量制御装置を開く工程と、
ｆ）前記不活性ガス入口を通して前記反応チャンバーに不活性ガスのパルスを導入し、それによって前記炭素高含有反応物を、前記反応物出口を通して押し出す工程と
を含む方法。
【請求項３４】
請求項３３の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項３５】
請求項３３の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項３６】
請求項３３の方法であって、さらに
ｅ）前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程
を含む方法。
【請求項３７】
請求項３６の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項３８】
請求項３３の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項３９】
請求項３８の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法。
【請求項４０】
請求項３９の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項４１】
カーボンブラックを連続的に製造する方法であって、以下の工程
ａ）反応領域を準備する工程であって、前記反応領域は
ｉ）入口領域、
ii）エネルギー源、
iii）反応領域、
iv）出口領域
を含む工程と、
ｂ）反応性ガス混合物の内側領域を包囲する不活性ガスの外側環状領域を含む層状不活性ガスを導入する工程と、
ｃ）前記層状ガスを、前記入口領域を通して前記反応領域に導き、エネルギー源を通過させる工程と、
ｄ）前記エネルギー源を励起し、それによって層状出口ガスを製造し、前記層状出口ガスは炭素高含有反応物の内側領域を包囲する不活性ガスの外側環状領域を含む工程と、
ｅ）前記層状出口ガスを、前記出口領域を通して導く工程と
を含む方法。
【請求項４２】
請求項４１の方法であって、前記ガス混合物がアセチレンおよびアセチレンと酸化剤との混合物からなる群より選択される方法。
【請求項４３】
請求項４１の方法であって、前記エネルギー源がレーザーおよび電気アークからなる群より選択される方法。
【請求項４４】
請求項４１の方法であって、さらに
ｇ）前記炭素高含有反応物を下流プロセスに導く工程
を含む方法。
【請求項４５】
請求項４４の方法であって、前記下流プロセスが前記炭素高含有反応物をブランクガラス製造モールドの内壁に導くことを含む方法。
【請求項４６】
請求項４１の方法であって、前記工程（ａ）の反応装置がさらに
ｖ）冷却手段
を含む方法。
【請求項４７】
請求項４６の方法であって、前記冷却手段が前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含む方法。
【請求項４８】
請求項４７の方法であって、前記冷却流体が
ａ）アセチレン、
ｂ）酸化剤、
ｃ）アセチレンと酸化剤との混合物、
ｄ）不活性ガス、
ｅ）空気、および
ｆ）水
からなる群より選択される方法。
【請求項４９】
カーボンブラックを製造する装置であって、
ａ）ガス混合物入口、
ｂ）エネルギー源であって、レーザーおよび電気アークからなる群より選択されるエネルギー源と、
ｃ）反応チャンバーと、
ｄ）反応物出口と
を含む装置
【請求項５０】
カーボンブラックを製造する装置であって、
ａ）ガス混合物入口と、
ｂ）エネルギー源であって、レーザーおよび電気アークからなる群より選択される、エネルギー源と、
ｃ）反応チャンバーと、
ｄ）反応物出口と、
ｅ）冷却手段であって、前記反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通して流れる冷却流体を含み、前記冷却流体は
ｉ）アセチレン、
ii）酸化剤、
iii）アセチレンと酸化剤との混合物、
iv）不活性ガス、
ｖ）空気、および
vi）水
からなる群より選択される冷却手段と
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
カーボンブラックの発生に用いる技術は局所的な燃焼プロセスから大規模な高容量のカーボンブラック発生装置まで変化する。高容量のカーボンブラック発生装置から製造されるカーボンブラックは、種々の範囲の材料、たとえばタイヤ、顔料、塗料、トナー、およびプラスチックを製造するのに用いられる。これらの応用では、カーボンブラックは残油原料を注意深く制御して燃焼することによって製造する。たとえば、Ｃａｂｏｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、この方法を用いて、年間２百万トンに近いカーボンブラックを製造している。
【０００２】
カーボンブラックの局所的またはスポット堆積を要するより小容量の応用（たとえば、ガラスモールドまたはプレス操作）においては、用いられる技術は主にＣ２Ｈ２の燃焼（たとえばＡｉｒ  Ｌｕｑｕｉｄｅによって開発された方法）によるものであり、炭素発生のために連続するオキシ−燃料予混パイロット炎とＣ２Ｈ２を用いる。ガラスモールド潤滑での典型的な応用の場合、ガラスモールド（ゴブ注入）製造容器は「ｎ」サイクルごとに（典型的に５＜ｎ＜１０）、パイロット炎を通したＣ２Ｈ２のパルス（このパルスは典型的に１秒未満の持続時間をもつ）から生じる、通常はＣ２Ｈ２からのガス状炭化水素を受ける。
【０００３】
オキシ−燃料パイロット炎は３０３０Ｋの断熱炎温度をもち、パイロット炎温度が２４００〜２６００Ｋの範囲に近くなるという熱損失の原因となる。用いるパイロット炎ガスは酸素および天然ガスで、混合物は希薄燃料である（当量比は（酸化剤／燃料）／（酸化剤／燃料）理論値：１．１〜１．４と限定される）。代替のパイロット燃料、たとえばプロパンを、天然ガスの代わりに用いることができる。この燃料希薄率は炎の温度および形状のより良い制御を目的としている。結果として、希薄天然ガス炎はインジェクターの近辺に幾分も煤を生じない。なぜならばそれは炭素粒子を酸化するためである。したがって、これは炭素の蓄積によるメンテナンスの問題をなくす。
【０００４】
ガス状炭化水素の混合物は、そのＣ／Ｈの原子数比が０．７５より高い、少なくとも１５％の成分を含む。炭化水素はアセチレン、プロパン、ベンゼン、アセチレン−エチレンの混合物、プロパン−プロパジエン−プロピレン、および他のＣ３およびＣ４炭化水素からなる混合物でもよい。
【０００５】
パイロット炎から供給された熱およびラジカル（たとえば、ＯＨ-、Ｏ２-、その他）は炭化水素分子を分解し、したがって高温のガラスゴブに接触する前にモールドの内側に炭素粒子の多孔性層を堆積する。ガラス品をモールドから外した後に、ガラス表面のあらゆる残渣炭素を空気中で燃やす。
【０００６】
カーボンブラックの発生には数多くの競合する技術が存在する。これらの技術の殆どはＡＬＢＬＡＣＫ（登録商標）の技術について上で記載したのと同じ基本原理を用いている。すなわち、点火源を用いたＣ２Ｈ２からのカーボンブラックの形成である。カーボンブラック形成に用いる技術の要約を以下に与える。
【０００７】
Ｌｉｎｄｅ法はドイツ特許第４，３１１，７７３号（１９９４）に記載されている。チャンバーを表面に接して設置し、モールドまたはコンベヤーのいずれかを潤滑する。図１に示すように、電気スパークがアセチレン−空気パイロット炎を点火する。それからチャンバーを空気およびアセチレンを含む燃料リッチ混合物で充填する。この充填は、最初に所定の時間（０．０５〜２．００秒）続き、そのパイロット炎を停止する。プロセスを実行する他の方法は、パイロット炎を永続的に続けさせることである。チャンバーはシールドとしても働くので、周囲の雰囲気に煤が入ることはなく、その全ては被覆される表面に向かって導かれる。したがって、ほんの少しの量の煤が消失するのみで、ガスが節約される。アセチレン−空気混合物は体積で１〜４０％の酸素（１〜１０％ならなおよい）を含むあらゆる炭素リッチ混合物で置き換えてもよい。自動装置を用いてガス入口および点火を制御する。
【０００８】
ＡＶＩＲ法は米国特許第５，７４６，８００号に記載されている。ゴブブローイングのための空気入口を与えるモールドのボトムプランジャーを取り除く。したがって、モールドの底には孔があり、煤を出す炎の反射熱は起こらない。その後、点火が起こったときにスパークを吹き消さないようにアセチレンを最初に低い流量で充填し、それから最大流量にする。図１に示すように、点火源は圧電式であるが、ボルタアーク（voltaic arc）、または電気抵抗も機能するだろう。最後に、アセチレン流を止める。ゴブを中に入れ、エアプランジャーをモールドの底に戻す。このプロセス中に、モールドをその側面で開く必要はない。
【０００９】
Ｔ．Ａ．Ｓｅｅｍａｎの方法は米国特許第５，６７９，４０９号（１９９６）に記載されている。Ｔ．ＳｅｅｍａｎはＭＡＰＤ（メチルアセチレンとプロパジエンとの混合物）および酸素を用いて、ベンチュリ管内で混合し、ガラスに接触する表面に向かっているノズルを通して送る。混合物を天然ガスのパイロット炎によってノズルを出たときに点火する。天然ガスの流量を制御し、炎の温度を１５００〜１８００Ｋにする。
【００１０】
ドイツ特許第４，３４０，０６２号（１９９５）において、Ｌｉｎｄｅは点火を高温のガラスそれ自体によって開始する、カーボンブラックを堆積する他の方法を記載している。モールドを、酸素（または空気）およびガス状炭化水素（たとえばアセチレン）を含む燃料リッチ混合物で充填する。この混合物の温度は閾値よりも低くなければならない。それから、高温の熱可塑性物をモールドに入れる。その高温によりガス状混合物内で点火が起こり、ガス状混合物を分解し、したがってカーボンブラックを生じる。このカーボンブラックをそれからモールドおよび熱可塑性物の両方の表面上に堆積する。点火の前に、不活性ガスまたは酸素を含む不活性ガスを充填し、炭素リッチ混合物を空気雰囲気下では点火しないようにしてもよい。
【００１１】
Ｂｒｏｃｋｗａｙによる米国特許第４，５２６，６００号（１９８３）は、ガラスゴブそれ自身に煤をつける方法を記載している。炎がモールドより先にガラスに接触するように燃焼ガスに供給することによって、粉末化グラファイトをガラスゴブ表面にスプレーする。
【００１２】
少数の企業は、その上に特殊な永久的および半永久的な皮膜が堆積された特殊な合金を用い、永続的に潤滑されたモールドを開発している。１つの代替は、モリブデン、ニッケル−モリブデン、クロム、およびニッケル−グラファイトのような材料を用いたプラズマ溶射または粉末溶射された金属皮膜である。他の代替は、クロム−タングステン酸化物を用いた電着されためっきである。さらに他の代替は、非電解ニッケル皮膜である。しかし今日、全てのこれらの代替はあまりに高価すぎて工業的な実行可能性をもつことができないままである。
【００１３】
これらの既知の技術を改良するための多くの考え方がある。
【００１４】
Ｌｉｎｄｅによるドイツ特許第４，３４１，８７６号（１９９５）およびＵＢＥによる米国特許第４，８７９，０７４号（１９８９）は、電界を用いてカーボンブラックを堆積することを報告している。バーナーおよび被覆される溶融表面は、反対の電気極性に帯電され、それによって煤の電着を引き起こす。したがって、カーボンブラックはより良く表面に導かれ、そのより少量がむだになるだけである。この技術は煤中に誘起された双極子モーメントの存在に依存している。印加される電圧は５００〜３０，０００Ｖで変化する。この発明は特許保護を受けているが、実施されたことがあるようには見えない。
【００１５】
カーボンブラックの質を制御する方法がＭｅｓｓｅｒ  Ｇｒｉｅｓｈｅｉｍによる欧州特許第０，３６７，０２９号（１９９０）に記載されている。オペレーターはＯ２流速を変更し、したがって被覆のいくつかの特徴、たとえばその多孔度およびその潤滑性を制御することができる。この方法は、モールド表面によって囲まれた炎でガス混合物ジェットを点火することにより、Ｌｉｎｄｅ法、ＡＶＩＲ法、またはＡＬＢＬＡＣＫ（登録商標）法に非常に類似している。興味深いことに、この特許は１９９２年に欧州においておよび１９９８年にドイツにおいて取り下げられたことを指摘しておく。
【００１６】
被覆に続く処理の方法が英国特許第２，２２１，４１３号（１９９８）に記載されている。カーボンブラック層は引き続く処理を受け、この処理では実質的に中性の炎を適用する。これは層の粒子の均質化をもたらし、下地表面をより良く保護するより強固な層を生じる。処理した煤層の厚さは引き続き酸化性の炎を適用することによって減少させてもよい。
【００１７】
他の代替は他に存在する潤滑技術の単純に用いることである。グラファイトベースの潤滑剤を用いる自動スプレー装置が提案されており、これはスプレーノズルを用いて液体潤滑剤をモールド上に塗布する。この技術は２０年来の研究および開発で知られているが、人体の損傷のような多くの開発上の問題がある。オペレーターの作業着が、過剰スプレーによって飽和したため、点火したことがある（Ｂｅｄｆｏｒｆ，１９９３，参照文献７）。ＲｅｎｉｔｅおよびＧｒａｐｈｏｉｄａｌ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔはアメリカにおいてこの種の装置を製造する２つの会社である。
【００１８】
他の関係するスプレー技術も提案されている。手動塗布と自動スプレーとの間の中間技術はオペレーターによって作動されるポータブルスプレー装置の使用にある。これはオペレーターがモールドから離れることができるので手動塗布よりも危険でない。モールド上に潤滑剤をスプレーする代わりに、潤滑剤をガラスゴブ上にスプレーする。この潤滑剤を、電極間を通過させることによって静電的に帯電させてもよい。
【００１９】
パイロット炎およびＣ２Ｈ２注入の組み合わせに拠るカーボンブラック技術は被覆された物品に衝突する高温かつ高運動量のガス流をもたらす。加えて、表面に堆積した炭素モルフォロジーの周囲の空気同伴による制御のために、制御するのが難しい。Ａｉｒ  Ｌｉｑｕｉｄｅによってなされたラマン分析を用いたモールド内に堆積した炭素皮膜のモルフォロジーに関する初期の研究は、粒子間成長が存在するＯ２量に影響を受けることを示した。粒子間成長のレベルは、ガラスモールドプロセス中に経験するような機械的な剪断応力下において堆積物の構造的完全性に影響を与える。
【００２０】
加えて、得られる強力なジェットが基材に衝突して損傷をもたらすことがある。たとえば、最近の研究ではカーボンブラックが被覆されたガラス表面で試験され、ガラスの熱処理時間を減少することによって生産を増大させた。この場合、カーボンブラック皮膜を黒体媒体として用いてガラスの熱輸送特性を向上させた。
【００２１】
熱処理工程に引き続いてカーボンブラック皮膜を洗浄工程によって除去しなければならない。試験結果は、ガラス表面に残ったカーボンブラックの残渣は、実際の工業化にとって多すぎることを示していた。しかしながら、「冷たく」すなわち炎なしに堆積された炭素は残渣の顕著な減少を示し、炎の温度と運動量との相互作用が被覆されたガラス表面への直接の衝突とともに影響をもつことを示唆している。
【００２２】
したがって、上に記載した１つ以上の問題の影響を克服するかまたは少なくとも減少することに向けた方法を明らかにするという産業上の要求がある。
【００２３】
要約
この発明はカーボンブラックを製造する方法および装置に関する。より具体的には、本発明はカーボンブラックの無炎製造および堆積のための方法および装置に関する。
【００２４】
本発明の第１の態様として、カーボンブラックの製造方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応装置を準備することを含む。この反応装置はガス混合物入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応物出口を含む。ガス混合物を、ガス混合物入口を通して反応チャンバーに導く。ガス混合物がエネルギー源を通過するときに、このエネルギー源を励起し、炭素高含有反応物を形成する。その後、カーボンブラックの良い原料であるこの炭素高含有反応物を、反応物出口を通して導く。
【００２５】
本発明の第２の態様としてカーボンブラックを製造する無炎の方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応装置を準備することを含む。この反応装置はガス混合物入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応物出口を含む。ガス混合物を、ガス混合物入口を通して反応チャンバーに導く。ガス混合物がエネルギー源を通過するときに、このエネルギー源を励起し、炭素高含有反応物を形成する。このエネルギー源の励起は全く炎の不在のもとになされる。その後、カーボンブラックの良い原料であるこの炭素高含有反応物を、反応物出口を通して導く。
【００２６】
本発明の第３の態様として、カーボンブラックを製造するパルス方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応装置を準備することを含む。この反応装置はガス混合物入口、不活性ガス入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応物出口を含む。ガス混合物を、ガス混合物入口を通して反応チャンバーに導く。ガス混合物がエネルギー源を通るときに、このエネルギー源を励起し、炭素高含有反応物を形成する。その後、不活性ガスのパルスを、不活性ガス入口を通して反応チャンバー内に導き、そこでカーボンブラックの良い原料である炭素高含有反応物を、反応物出口を通して押し出す。
【００２７】
本発明の第４の態様として、カーボンブラックを製造する方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応装置を準備することを含む。この反応装置はガス混合物入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応物出口を含む。反応物出口はこれに組み込まれた流量制御装置を有する。まず、この流量制御装置を閉じる。次に、ガス混合物を、ガス混合物入口を通して反応チャンバーに導く。ガス混合物がエネルギー源を通るときに、このエネルギー源を励起し、炭素高含有反応物を形成する。その後、流量制御装置を開き、カーボンブラックの良い原料であるこの炭素高含有反応物を、反応物出口を通して導く。
【００２８】
本発明の第５の態様として、カーボンブラックを製造するパルス方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応装置を準備することを含む。この反応装置はガス混合物入口、不活性ガス入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応物出口を含む。反応物出口はこれに組み込まれた流量制御装置を有する。まず、この流量制御装置を閉じる。次に、ガス混合物を、ガス混合物入口を通して反応チャンバーに導く。ガス混合物がエネルギー源を通るときに、このエネルギー源を励起し、炭素高含有反応物を形成する。その後、流量制御装置を開いた後、不活性ガスのパルスを不活性ガス入口を通して反応チャンバー内に導き、そこでカーボンブラックの良い原料である炭素高含有反応物を反応物出口を通して押し出す。
【００２９】
本発明の第６の態様として、カーボンブラックを連続的に製造する方法が提供される。本発明のカーボンブラックの製造方法は反応領域を準備することを含む。この反応領域は入口領域、エネルギー源、反応領域および出口領域を含む。層状ガス混合物を、入口領域を通して反応領域に導く。この層状ガス混合物は、反応ガス混合物の内側領域を包囲する不活性ガスの外側環状領域を有する。層状ガス混合物がエネルギー領域を通るときに、このエネルギー源を励起し、層状出口ガスを形成する。この層状出口ガスは、炭素高含有反応物の内側領域を包囲する不活性ガスの外側環状領域を有する。その後、この層状出口ガスを、反応物出口を通して導く。
【００３０】
本発明の第７の態様として、カーボンブラックを製造する装置が提供される。このカーボンブラック製造装置はガス混合物入口、エネルギー源、反応チャンバーおよび反応出口を含む。エネルギー源はレーザー、電気アーク、または両方の何れかである。
【００３１】
本発明の第８の態様として、カーボンブラックを製造する装置が提供される。このカーボンブラック製造装置はガス混合物入口、エネルギー源、反応チャンバー、反応物出口、および冷却手段を含む。エネルギー源はレーザー、電気アーク、または両方の何れかである。冷却手段は反応装置の壁の内部に設けられた内部流路を通って流れる冷却流体である。この冷却流体はアセチレン、酸化剤、アセチレンと酸化剤との混合物、不活性ガス、空気、または水でもよい。
【００３２】
本発明の性質および目的のさらなる理解のためには、以下の詳細な説明を、添付の図面と関連して参照すべきである。図面においては、同様な要素には同じまたは類似の参照番号が与えられる。
【００３３】
好ましい実施形態の説明
図１は本発明によるカーボンブラックを製造するための反応装置１００の一例の実施形態を図示する。反応装置１００はガス混合物入口１１０、エネルギー源１２０、反応チャンバー１３０および反応物出口１４０を含む。ガス混合物を反応チャンバー１３０と流体連通しているガス混合物入口１１０を通して導く。ガス混合物はエネルギー源１２０を流れて通過する。次に、エネルギー源１２０を励起し、それによって炭素高含有反応物を生成する。その後、この炭素高含有反応物を反応物出口１４０に通して導く。
【００３４】
ガス混合物は部分的に燃焼させた場合にカーボンブラックを製造することができる、当業者に既知のあらゆるガス混合物でよい。これらのガス混合物は芳香族炭化水素たとえばベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセンからなっていてもよい。ガス混合物は石炭タイプの液体燃料たとえばクレオソート油、ナフタレン油、炭酸油からなっていてもよい。ガス混合物は石油タイプの油、たとえばエチレン重質留分油、ＦＣＣ油などからなっていてもよい。ガス混合物はアセチレンタイプの炭化水素からなっていてもよい。ガス混合物はエチレンタイプの炭化水素、たとえばエチレン、プロピレン、脂肪族炭化水素、たとえばペンタン、ヘキサンなどからなっていてもよい。ガス混合物はアセチレン、またはアセチレンと酸化剤との混合物からなっていてもよい。
【００３５】
エネルギー源１２０は、十分に制御可能なエネルギーを導入して、上記のガス混合物を熱的に分解し、爆発させ、または不完全に燃焼させてカーボンブラックを製造することができる、当業者に既知のあらゆるエネルギー源でよい。エネルギー源１２０はレーザー、電気アークまたはそれらの組み合わせでよい。エネルギー源１２０は炎であってはならない。連続的な安定な炎も、断続する炎もあってはならない。パイロット炎があってはならない。
【００３６】
本明細書において用いる限り、カーボンブラックという用語は、典型的に１０００ｎｍ未満の溶融凝集サイズをもつ、球状の工業的に製造されたコロイド状炭素材料と定義される。
【００３７】
上述した方法を用いてこの炭素高含有反応物をいくつかの下流プロセスまたは表面に導いてもよい。この下流プロセスまたは表面はブランクガラス製造モールドの内壁でもよい。
【００３８】
上述した方法はさらに冷却手段を含んでいてもよい。冷却手段は反応チャンバーから熱を運び去ることのできる、当業者に既知のあらゆる手段でよい。この冷却手段は反応装置１００の壁の内部に設けられた一連の内部流路でもよい。この冷却手段は当業者に既知のあらゆる熱輸送手段または媒体を用いてもよい。この冷却手段はアセチレン、酸化剤、アセチレンと酸化剤との混合物、不活性ガス、空気または水を熱輸送媒体として用いてもよい。
【００３９】
反応装置は不活性ガス入口２５０を含んでいてもよい。いったんガス混合物がエネルギー源１２０を流れ過ぎて炭素高含有反応物を形成したら、不活性ガスのパルスを不活性ガス入口２５０を通して導入してもよい。この不活性ガスのパルスは、それによって炭素高含有反応物を反応物出口１４０を通して押し出すであろう。不活性ガスのパルスを、サイクルまたは断続的な下流プロセス、表面、またはブランクガラス製造モールドの内壁の配置に協調させてもよい。
【００４０】
図２ないし図４は本発明によるカーボンブラックを製造する反応装置２００の例となる実施形態を図示している。反応装置２００はガス混合物入口２１０、不活性ガス入口２５０、エネルギー源２２０、反応チャンバー２３０および反応物出口２４０を含む。反応物出口２４０は流速制御装置２６０を含む。図２に示すように、流量制御装置２６０を閉鎖位置に配置する。この位置では、反応チャンバー２３０の内容物は反応物出口２４０を通って出て行くことができない。図３に示すように、次にガス混合物を反応チャンバー２３０と流体連通しているガス入口２１０を通して導く。ガス混合物はエネルギー源２２０を通過するであろう。次に、エネルギー源２２０を励起し、それによって炭素高含有反応物を生成する。図４に示すように、次に流量制御装置２６０を開放位置に配置する。不活性ガスのパルスをガス入口２５０を通して導入してもよい。それによって、炭素高含有反応物は反応物出口２４０を通って出て行く。
【００４１】
図５は本発明によるカーボンブラックを製造する反応装置３００の一例の実施形態を図示している。反応装置３００は入口領域３１０、エネルギー源３２０、反応領域３３０および出口領域３４０を含む。層状ガス混合物を、反応領域３３０と流体連通している入口領域３１０を通して導く。層状ガス混合物は不活性ガスの外側環状領域および反応性ガス混合物を含む内側領域からなる。層状ガス混合物はエネルギー源３２０を流れ過ぎるであろう。その後、エネルギー源３２０を励起し、それによって層状出口ガスを製造する。この層状出口ガスは不活性ガスの外側環状領域および炭素高含有反応物混合物を含む内側領域からなる。その後、この層状出口ガスを、出口領域３４０を通して導く。
【００４２】
本発明の例となる実施形態を以上で説明した。本発明は種々の変更、および代替の形態が考えられるが、その特定の実施形態を図中で例として示し、本明細書において詳細に説明した。しかしながら、特定の実施形態の本明細書における説明は、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図しておらず、それどころか、その意図は添付の請求項によって規定されるように本発明の精神と範囲内に属する全ての変更、均等物、および代替を対象とすることを理解すべきである。
【００４３】
もちろん、このようなあらゆる実際の実施形態の開発において、開発者の特定の目標たとえばシステム関連またはビジネス関連の制約を伴うコンプライアンス（これらは１つの実施と他の実施とでは変化するであろう）を達成するために、多数の実施固有の決定がなされなければならないことは理解されるであろう。さらに、このような開発の努力は複雑で時間を浪費するかもしれないが、にもかかわらずこの開示の利益を有する当業者にとって日常の仕事であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１はガス流からワックスを除去する１つの先行技術の方法の概略図である。
【図２】図２はガス流からＶＯＣを除去する他の先行技術の方法の概略図である。
【図３】図３は本発明の一例の実施形態による分離方法および装置の概略図である。
【図４】図４は本発明の一例の実施形態による分離方法および装置の概略図である。
【図５】記載なし
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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