(57)【要約】  水素ガスまたは合成ガスを生成する方法が記載され、そして段階反応装置の使用を含む。本発明は、さらに経済的に有用な量のカーボンブラックと共に効率的な量の水素ガスが生成される様に、工程を効率的に運用することに関する。カーボンブラック製造プラントおよび精製プラントを利用する複合設備、並びに本発明の種々の方法によってできた生成物をさらに記載する。
2008537721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種のガスを生成するための方法、
該ガスは、少なくとも水素ガスを含み、該方法が：
（ａ）酸素から本質的に成るガス中で燃料を燃焼することによって生成された燃焼ガスの存在下で、反応装置中において、少なくとも１種の炭化水素原料の少なくとも一部分をカーボンブラックに転化させること、
該カーボンブラックは、生成物流中に存在し、そして該生成物流は、カーボンブラック、１種または２種以上の不純物、水素ガス、およびＣＯガスを含み、該不純物は、硫黄含有物質もしくは窒素含有物質または両者を含み、該燃料は、該炭化水素原料の一部分または別の燃料源である；
（ｂ）該生成物流から実質的に全てのカーボンブラックを除去すること；そして
（ｃ）該生成物流から少なくとも不純物の一部分を除去すること
を含んで成る。
【請求項２】
該生成物流中の該ＣＯガスの少なくとも一部分をＣＯ２に転化させることをさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
該ＣＯガスの少なくとも一部分をＣＯ２に転化させることが、該ＣＯを含有する該生成物流と、シフト反応装置中の水または蒸気とを接触させて、該生成物流中に追加の水素ガスおよびＣＯ２を生成することを含む請求項２の方法。
【請求項４】
該ＣＯ２を実質的に除去すること、そして任意選択的に回収することをさらに含む請求項２の方法。
【請求項５】
該ＣＯ２を実質的に除去することが、少なくとも１台の洗浄機、または少なくとも１台の圧力スイング吸着器、または少なくとも１枚の膜、または１台もしくは２台以上の洗浄機、または１種もしくは２種以上のアクセプター材料、またはそれらいずれかの組合せを通して、ＣＯ２含有する該生成物流を処理することによって、ＣＯ２を除去することを含む請求項４の方法。
【請求項６】
該水素ガスが、１台もしくは２台以上の圧力スイング吸着器、または１枚もしくは２枚以上の膜、またはそれらの組合せを通して、該水素を通過させることによって、精製される請求項３の方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）で、該生成物流を該反応装置に再循環させることなく、該方法を行う請求項１の方法。
【請求項８】
該少なくとも１種の炭化水素原料が、第１炭化水素原料および少なくとも１種の第２炭化水素原料を含み、該第２炭化水素原料が該反応装置に導入される下流で、該第１炭化水素原料の少なくとも一部分がカーボンブラックに転化される請求項１の方法。
【請求項９】
該反応装置が、段階反応装置である請求項１の方法。
【請求項１０】
該炭化水素原料を多段階で加えることにより、該反応装置に導入することをさらに含む請求項１の方法。
【請求項１１】
該反応装置に導入された全ての炭素源の少なくとも２０重量％が、カーボンブラックの形態で回収される請求項１の方法。
【請求項１２】
該反応装置中に導入された全ての炭素源の少なくとも３０重量％が、カーボンブラックの形態で回収される請求項１の方法。
【請求項１３】
該反応装置中に導入された全ての炭素源の少なくとも５０重量％が、カーボンブラックの形態で回収される請求項１の方法。
【請求項１４】
該反応装置中に導入された全ての炭素源の少なくとも６０重量％が、カーボンブラックの形態で回収される請求項１の方法。
【請求項１５】
該反応装置中に導入された全ての炭素源の２５％〜約７０重量％が、カーボンブラックの形態で回収される請求項１の方法。
【請求項１６】
少なくとも１種の燃料を、該転化が起こる前、または起こる時点で該反応装置に導入することをさらに含む請求項１の方法。
【請求項１７】
該燃料が、天然ガスを含む請求項１６の方法。
【請求項１８】
該生成物流から不純物の少なくとも一部分を除去することが、硫黄含有種もしくは窒素含有種または両者を、除去する少なくとも１台の洗浄機に、該生成物流を通すことを含む請求項１の方法。
【請求項１９】
該生成物流を、硫黄含有種を除去する少なくとも１台の洗浄機に通した後で、該生成物流が、該生成物流中に１００ｐｐｍ以下の硫黄量を有する請求項１８の方法。
【請求項２０】
該生成物流中の該水素ガスの体積％およびカーボンブラックの重量％が、該炭化水素原料のタイプ、燃料のタイプ（存在する場合）、酸素の燃料（存在する場合）に対する比、Ｏ２の炭化水素原料に対する比、供給ガスの温度、該炭化水素原料の温度、化学量論的燃焼率、該炭化水素原料中での炭素の水素に対する化学量論比、もしくは酸素、燃料、および炭化水素原料の相対的な供給速度、またはそれらの組み合わせを変化させることによって制御される請求項１の方法。
【請求項２１】
該ＣＯガスの少なくとも一部分の該ＣＯ２への該転化が、該不純物の少なくとも一部分を除去する該ステップの前に行われる請求項２の方法。
【請求項２２】
該ＣＯガスの少なくとも一部分のＣＯ２への該転化が、該不純物の少なくとも一部分を除去するステップの間および／または後で行われる請求項２の方法。
【請求項２３】
該生成物流中の該ＣＯの少なくとも一部分をＣＯ２に転化させた後に、一定量のＣＯガスが該生成物流中に残留し、そして該工程が、該生成物流から残りのＣＯガスの少なくとも一部分を除去することをさらに含む請求項２の方法。
【請求項２４】
該ＣＯガスの一部分の該除去が、該生成物流を少なくとも１台の圧力スイング吸着器に通すことを含む請求項２２の方法。
【請求項２５】
少なくとも１台の圧力スイング吸着器によるＣＯガスの該除去が、不純物として該生成物流中に存在するメタン、窒素、またはそれらの組合せの少なくとも一部分をさらに除去する請求項２３の方法。
【請求項２６】
除去された該ＣＯガスが、シフト反応装置を通して再循環されまたは再処理されて、該ＣＯの一部をＣＯ２にさらに転化させる請求項２２の方法。
【請求項２７】
該酸素が、少なくとも９０重量％の純度を有する請求項１の方法。
【請求項２８】
Ｈ２Ｏを除いた該不純物が、乾燥重量ベースで、１％以下の不純物含有量を有する請求項１の方法。
【請求項２９】
Ｈ２Ｏを除いた該不純物が、乾燥重量ベースで、５％以下の不純物含有量を有する請求項１の方法。
【請求項３０】
該反応装置が、約２５００°F〜約５５００°Fの燃焼温度を有する請求項１の方法。
【請求項３１】
該反応装置が、約４０００°F〜約５０００°Fの燃焼温度を有する請求項１の方法。
【請求項３２】
該炭化水素原料が、該炭化水素原料の少なくとも４重量％の硫黄レベルを有する請求項１の方法。
【請求項３３】
該炭化水素原料が、該炭化水素原料の約０.１％〜約５重量％の硫黄レベルを有する請求項１の方法。
【請求項３４】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給される全硫黄量に基づいて５重量％未満のガス相で硫黄種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項３５】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給される全硫黄量に基づいて１０重量％未満のガス相で硫黄種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項３６】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給される全硫黄量に基づいて２０重量％未満のガス相で硫黄種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項３７】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり約０.０１メトリックトン未満のガス相で窒素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項３８】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給される全炭素量に基づいて１０重量％未満のガス相で炭素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項３９】
該方法が、反応装置中に、乾燥基準に基づいて生成物流の２０重量％超のカーボンブラックを生成する請求項１の方法。
【請求項４０】
該方法が、反応装置中に、乾燥基準に基づいて生成物流の２５重量％超のカーボンブラックを生成する請求項１の方法。
【請求項４１】
該燃料と該酸素が、約０〜約２の燃料/酸素の当量比で存在する請求項１６の方法。
【請求項４２】
該炭化水素原料中に存在する硫黄の一部分が、該カーボンブラックの生成によって除去され、そして該カーボンブラックと共に存在する請求項１の方法。
【請求項４３】
該炭化水素原料中に存在する金属の一部分が、該カーボンブラックの生成によって除去され、そして該カーボンブラックと共に存在する請求項１の方法。
【請求項４４】
該カーボンブラックの該除去が、サイクロンまたはろ過および／または該カーボンブラックを含有する該生成物流を水で洗浄すること、によって達成される請求項１の方法。
【請求項４５】
ステップ（ｃ）後で、燃料または化学原料として使用するために、該生成物流をプロセス装置に移すことをさらに含む請求項１の方法。
【請求項４６】
該プロセス装置が、精油装置を含む請求項４３の方法。
【請求項４７】
生成物流中に存在する該カーボンブラックを生成する工程が、カーボンブラックの製造プラントで行われ、ステップ（ｃ）の後で、該生成物流が精油装置に移される請求項４３の方法。
【請求項４８】
ステップ（ｂ）中で除去された該カーボンブラックが、少なくとも構造および表面積に関して、少なくともカーボンブラックのためのＡＳＴＭ仕様内のカーボンブラックである請求項１の方法。
【請求項４９】
該蒸気が触媒床の存在下で導入される請求項３の方法。
【請求項５０】
該生成物流が、少なくともＨ２とＣＯを含み、そして該Ｈ２とＣＯとが、該カーボンブラックを除去する前の該生成物流の中で約０.５〜２のモル比で存在する請求項１の方法。
【請求項５１】
該生成物流が、少なくともＨ２とＣＯを含み、そして該Ｈ２とＣＯとが該カーボンブラックを除去する前の該生成物流の中で、２〜約３.５のモル比で存在する請求項１の方法。
【請求項５２】
該炭化水素原料が、０.５〜３.５の水素の炭素に対するモル比を有する請求項１の方法。
【請求項５３】
該転化および不純物の該除去後の該生成物流が、該生成物流中に約９０％〜約９９.９９体積％の水素ガスを含む請求項２の方法。
【請求項５４】
回収されるＣＯ２が、約９０％〜約９９.９９％の純度レベルを有する請求項４の方法。
【請求項５５】
請求項１の方法によって生成されたカーボンブラック。
【請求項５６】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり約０.１メトリックトン未満のガス相で窒素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項５７】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり約１メトリックトン未満のガス相で窒素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項５８】
該方法が、反応装置中で、乾燥基準で生成物流の３０重量％超のカーボンブラックを生成する請求項１の方法。
【請求項５９】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給された全炭素を基準として２０重量％未満のガス相で炭素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【請求項６０】
該方法が、反応装置の場所で、大気中に、該方法に供給された全炭素を基準として３０重量％未満のガス相で炭素種のガス放出を生じさせる請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願では、２００５年４月６日に出願された米国特許仮特許出願第６０/６６８,７５４号明細書の３５Ｕ.Ｓ.Ｃ.セクション１１９（ｅ）の下での利益を主張し、本明細書中で参照することによりその全てを取り込む。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、水素または合成ガスを生成するための種々の方法に関する。本発明は、さらに精製装置または水素もしくは合成ガスの他のユーザーと連通する水素または合成ガスを生成する方法の使用に関する。また、本発明は、カーボンブラック、およびＣＯ、ＣＯ２およびＨ２、またはこれらのガスの１種もしくは２種以上を含有するガス等の１種または２種以上のガスの生成/回収に関する。
【０００３】
ガス燃料とカーボンブラックを調製する方法を設計するために、種々の試みがなされた。例えば、米国特許第２,６０５,１７８号明細書は、閉ざされた反応区画内で、粉末化された非炭素質耐熱材料の流動床を使用して一酸化炭素および水素を生成する工程を記載する。タール、ピッチ、低品位炭、およびその同類のもの等の液化された炭化水素材料が、好ましくは使用される。酸素と蒸気の混合物が反応区画に充填され、そして流動床の温度は、好ましくは２,０００°F未満に維持される。一酸化炭素と水素のガス混合物が回収される。相当量のすすと、クラッキングの間に生成された気化可能な炭化水素とを反応させしようとして第２の酸素が加えられる。この特許の工程は、使用できるカーボンブラックを得ること、または段階反応装置を使用することに関するものではない。さらに、硫黄の除去については、関心がなく、また記載していない。
【０００４】
米国特許第２,８０９,１０４号明細書は、液体燃料のガス化に関する。該特許は、一酸化炭素と水素を含むガス生成物の混合物を生成するための、重質原油等の重質液体炭化水素と、蒸気および自由酸素との反応を記載する。該特許はこのガス生成物が、合成ガス、燃料ガス、または種々の目的ための水素の原料として使用できることをさらに記載する。この特別な工程では、重質油の供給が蒸気流に注入され、そして生じる混合物は、高度の乱流状況に曝される。この特許において、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、メタン、および混合された硫化カルボニルと硫化水素の種々の量は、乾燥基準のモル％で与えられる。この工程では、ガス生成物と共にカーボンブラックを製造する努力はなされておらず、そして段階反応装置は使用されていない。
【０００５】
米国特許第２,９８７,３８６号明細書では、酸素との反応による化石燃料からの一酸化炭素と水素の生成工程が記載される。該工程では、生成物は、一酸化炭素および水素および比較的少量の水蒸気、二酸化炭素、およびカーボンブラックとして有用であることができ、非常に細かい炭素粒子であることができる、反応に伴う炭素質の固体から本質的に成る。反応に伴う炭素は、冷えた合成ガスと水とを接触させることによって、生成物ガスから除去可能である。さらに、この工程の第１の目的は、相当量のカーボンブラックを製造したりまたは回収したりすることではない。さらに、段階反応装置は使用されない。さらに、硫黄を制御または除去する試みはない。
【０００６】
米国特許第２,５６４,７３６号明細書は、カーボンブラックを生成する工程に関する。特に、この特許は、空気の不存在下での天然ガスと酸素の流れの燃焼を記載し、そしてカーボンブラックの収率における増加として報告され、そして貴重なガス生成物を生成すると報告される。この特許は、温度と圧力の好適な状況下で、一酸化炭素と水素とのガス混合物を触媒に通過させると、液体燃料範囲にある炭化水素を与えるフィッシャー・トロプシュ合成の原理を使用して記載する。この特許では、カーボンブラックを製造する炉が使用され、そして天然ガスと酸素が供給される。工程の一部として、該特許は、天然ガスと燃焼できる希釈酸素混合物を生成するためにかなりの部分の排ガスを再循環させる、そして酸素と混合することを記載する。特許は、燃焼スペースに届けられた一酸化炭素と酸素を伴う水素の再導入が、炭素を破壊する反応をいくらか抑制する有利な効果を有することを報告する。米国特許第'７３６号明細書の工程と異なり、排ガスの再循環は、好ましくは本発明の工程では起こらない。米国特許第２,６７２,４０２号明細書は、類似の工程を示す。
【０００７】
米国特許第２,７３１,３２８号明細書は、カーボンブラックを製造する工程に関し、そして一実施態様として、ガスを含有する一酸化炭素からのカーボンブラックの製造を含む。特に、低品位炭素質材料が、自由酸素の存在下高温で燃焼し、燃焼生成物としての一酸化炭素を生成する。生成物が次に急冷され、そして転化チャンバーの中で固体耐熱材料と接触し、カーボンブラックと副生成物として二酸化炭素、そして多少より少ない程度に、カーボンブラックと副生成物として水を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、ガス生成物を単独で、またはカーボンブラック等の炭素質材料と生成する試みが以前あったが、相当量の水素、または水素と一酸化炭素の組合せから効率的かつ効果的に、相当量のカーボンブラックを生成するであろう工程を作り、そしてガスから硫黄を除去することは困難であった。さらに、以前の試みは、カーボンブラックと水素ガスを作るこの組合せを取っておらず、そして有用な量のカーボンブラックを伴う精製装置等の水素ガスのユーザーに、真に有用な量のガスを供給していない。さらに、先の試みは、製造されるカーボンブラックのタイプによって制約を受けた。
【０００９】
したがって、以前の試みでは望ましいカーボンブラック生成物と、望ましい水素または合成ガスのより少ない製造に集中すること、または反対、すなわち望ましいカーボンブラックのより少ない生成を伴う有用な合成ガスを生成することのいずれかを、本質的に選択しなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、１つまたは２つ以上の上記欠点を克服することである。
【００１１】
本発明の別の特徴は、任意選択的な受け入れられる量の高品質カーボンブラックと共に、有用な水素ガスまたは水素と一酸化炭素ガスを製造する工程を与えることである。
【００１２】
本発明のさらなる特徴は、カーボンブラックの製造と精製作業を含む複合設備を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる特徴は、硫黄の放出を含む環境へのガスの放出をはっきりと減少させる本質的に"安全な（ｇｒｅｅｎ）"作業を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載の中に部分的に記述されることになり、そして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って習得可能である。本発明の目的と他の利点は、記載および請求項中で特に指摘された要素と組み合わせによって理解され、達成されるであろう。
【００１５】
これらと他の利点を達成し、そして本願中で具体化され広く記載された様に本発明の目的に従うために、本発明は、少なくとも１種のガスとカーボンブラックを生成する方法に関する。ガスは、少なくとも水素ガスを含む。該方法は、反応装置中でかつ少なくとも酸素を含むガス中の少なくとも１種の燃料を燃焼させることによって生成された燃焼ガスの存在下で、少なくとも１種の炭化水素原料の少なくとも一部分をカーボンブラックに転化させることを含む。燃料は、炭化水素原料の一部分であることができ、および／または別の燃料源であることができる。カーボンブラックは、生成物流中に存在し、そして生成物流は、カーボンブラック、１種または２種以上の不純物、水素ガス、およびＣＯガスを含む。不純物は、硫黄含有物質、窒素含有物質、または両者を含むことができる。この方法では、酸素を含有するガスは、純粋な酸素であることが可能であり、または大部分量の酸素を含むことが可能である。該方法は、実質的に全てのカーボンブラックを生成物流から除去すること、および不純物の少なくとも一部分を生成物流から除去することをさらに含む。例えば好ましい態様で水素ガスをさらに生成できるであろうシフト反応を行うことによって、生成物流中のＣＯガスの少なくとも一部分を、ＣＯ２に転化させること等の任意選択的なステップがこの方法に含まれることができる。該方法は、燃料または化学原料として使用するために、プロセス装置を通して主として単独でまたはＣＯと共に水素ガスを含むことができる生成物流を移送することを任意選択的に含むことがさらにできる。プロセス装置は、精油装置を含むことができる。
【００１６】
本発明は、水素ガスまたは一酸化炭素と共に水素ガスを生成する方法にも関する。工程は、酸素と少なくとも１種の燃料を、反応装置、例えば、段階反応装置に導入して、高温燃焼ガス流を生成することを含む。少なくとも１種の炭化水素原料を高温燃焼ガス流に導入して、カーボンブラック、ＣＯ、Ｈ２、および硫黄含有物質を含む生成物流を生成する。該工程は、カーボンブラックを生成物流から除去すること、および硫黄含有物質を生成物流から除去することもさらに含む。工程は、蒸気を生成物流の残りの部分へ導入すること、およびＣＯ２を除去して実質的に純粋なＨ２ガスを得ることをさらに含むことができる。該工程は、生成物流の任意の部分を、高温燃焼ガス流または燃料流または酸素流に、転換させるか転換させることなく達成することができる。該工程は、非常に低い硫黄量である硫黄含有物質を除去した後で、好ましくは生成物流を生成する。
【００１７】
本発明は、さらにカーボンブラック製造プラントと精製プラントを含む複合設備に関し、該カーボンブラック製造プラントは、段階カーボンブラック反応装置等のカーボンブラック反応装置を含み、そしてカーボンブラックを生成物流から除去するための手段、硫黄を生成物流から除去するための手段、蒸気を生成物流に導入するための手段、ＣＯ２を除去するための任意選択的手段；およびＨ２ガスを精製装置に移すための手段を含む。好ましくは、カーボンブラック製造プラントが、精製装置または水素ガスの同様なユーザーと流体連通する様に、複合設備が配置される。
【００１８】
本発明は、本発明の工程によって生成されたカーボンブラックにさらに関する。
【００１９】
当然のことながら、先の一般的な記載と以下の詳細な記載とはいずれも、例示的で、説明するだけであり、そして請求項に記載した本発明の説明をさらに提供することを目的とする。
【００２０】
取り込まれて、この発明の一部を構成する添付図面は、本発明の原理を説明するために役立つ記載と共に本発明の種々の態様を具体的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、水素ガス、または一酸化炭素もしくは他のガスと共に水素ガスを生成する方法に関し、精製装置または水素もしくは合成ガスの他のユーザーに特に有用であることができる。本発明は、有用な量の水素ガスまたは水素ガスおよび一酸化炭素と共に、有用な量のカーボンブラックを生成する能力を可能にする。カーボンブラックの品質、および水素ガス単独での、または一酸化炭素を伴う水素ガスの品質は、好ましくは商業的にも受け入れられる。
【００２２】
本発明の工程で、カーボンブラックの製造と水素ガスの生成との有用な組み合わせが可能になり、これらを達成すことによって、例えば、工程が行われている場所での、排ガス放出、並びに硫黄および／または窒素放出等の放出の大幅な減少を可能にする"安全な"工程が開発される。さらに、本発明の工程で、無駄を省いた複合設備の非常に経済的な使用ができる。
【００２３】
本発明の１または２以上の工程において、合成ガス、水素ガス、一酸化炭素、またはそれらの混合物等の１種または２種以上のガスと共にカーボンブラックが、有用な量の使用できるカーボンブラックと共に、好ましくは有用な量で生成可能である。本発明の目的では、合成ガスは、典型的には少なくとも水素と一酸化炭素との混合物と理解され、例えば、フィッシャー・トロプシュのタイプ合成等における等の不飽和炭化水素と含酸素有機液体との合成に有用であることができる。合成ガスは、一定量の窒素、二酸化炭素、またはそれらの混合物を含むことができる。
【００２４】
一実施態様では、水素ガスを生成する方法が達成され、該方法は、段階反応装置等の反応装置中に、酸素および任意選択的に少なくとも１種の燃料を導入して、高温燃焼ガス流を生成することを含む。少なくとも１種の炭化水素原料は、高温燃焼ガス流を生成する前、間、および／または後で導入され、生成物流を生成する。この生成物流は、Ｈ２Ｓ、ＣＳ２,ＳＯ２,ＳＯｘおよびその同類のものもしくは窒素含有物質（例えば、ＮＯｘ）、またはこれら両者等の少なくともカーボンブラック、ＣＯ、Ｈ２、および硫黄含有物質も好ましくは含む。この工程において、カーボンブラックが、次に生成物流から除去されるか、または回収されることが可能である。さらに、硫黄含有物質および／または窒素含有物質が、生成物流から除去可能である。任意選択的に、好ましくは少なくとも一酸化炭素とＨ２と主としてＣＯとＨ２である生成物流の残りの部分に、水または蒸気が導入可能である。水または蒸気は、ＣＯの少なくとも一部をＣＯ２に転化し、そしてさらに水素ガスを生成する。次に、ＣＯ２は、実質的に純粋な水素ガスを得るために除去可能である。好ましくは生成物流のいかなる部分も、高温燃焼ガス流または燃料流または酸素流に変換することなく、工程が達成可能である。言い換えれば、本発明は、任意選択的に排ガスのいずれ部分も、燃焼エリアまたは何らかの前燃焼エリアに戻さない。生成物流の一部分は、任意選択的に転換可能である。体積に基づく％で、例えば、生成物流の約１％〜約２０％以上、または約１％〜約１０％、または約１％〜約５％は、任意選択的に転換可能である。
【００２５】
１または２以上の態様において、本発明は、少なくとも１種のガスを精製する方法に関し、該ガスは、少なくとも水素ガス単独でまたは他のガスと共に水素ガスを含むことができる。該方法は、カーボンブラック反応装置等の反応装置中で少なくとも１種の炭化水素原料の少なくとも一部（例えば、１％〜９０重量％、または１０％〜７０重量％）を、カーボンブラックに転化させることを含む。このカーボンブラックへの転化は、炭化水素原料の少なくとも一部分がカーボンブラックに転化される様に、ガスを含有する酸素中で少なくとも１種の燃料を燃焼することによって生成する燃焼ガスの存在下で起こる。ガスは、主として酸素であることができる。燃料源は、炭化水素原料の一部分であることができ、および／または別の燃料源であることができる。カーボンブラックが生成する場合、生成物流中に存在する。生成物流は、カーボンブラック、水素ガス、任意選択的にＣＯガス、および１種または２種以上の不純物を含む。不純物は、硫黄含有種および／または窒素含有種および／または他の不純物を含むことができる。燃料は、燃焼の間に任意選択的に使用可能である。さらに、この工程では、生成されたカーボンブラックは除去され、そして一般的にこれは、実質的に全てのカーボンブラックが除去された（例えば、８０重量％〜９９重量％以上等の少なくとも８０％重量％の生成されたカーボンブラックが除去された）ことを意味する。さらに、少なくとも不純物の一部分は、また生成物流から除去可能である。
【００２６】
任意選択で、該方法は、生成物流中に存在するＣＯガスの少なくとも一部分を、ＣＯ２に転化させることをさらに含むことができる。例として、ＣＯガスの少なくとも一部分のＣＯ２への転化は、ＣＯガスを含む生成物流並びに水および／または蒸気を、例えば、シフト反応装置中で接触させることを含むことができる。蒸気が導入される場合、例えば、シフト反応装置では、蒸気は、触媒床の存在下で導入可能である。シフト反応装置は、一般的にＣＯとＨ２Ｏとを反応させて、ＣＯ２、水素ガスを生成し、そしていくらかのＣＯガスが、典型的には同様に存在する。一旦ＣＯ２ガスが生成されると、任意選択で、このガスは、除去されて、そして任意選択的に回収され、そして種々の用途に使用可能である。ＣＯ２ガスを生成物流から除去するために、例えばシフト反応装置をちょうど通った生成物流を、少なくとも１台の洗浄機、もしくは少なくとも１台の圧力スイング吸着器、もしくは少なくとも１枚の膜、もしくはなんらか他の精製デバイス、またはそれらいずれかの組み合わせを通すことによって、ＣＯ２ガスの除去および追加の回収を行うことができる。例として、１種または２種以上のこれらの工程で、生成物流中に少なくとも５０体積％存在するＣＯ２、少なくとも７５％の存在するＣＯ２、少なくとも９０％の存在するＣＯ２、または少なくとも９５％の存在するＣＯ２を除去可能である。例えば、生成物流中に存在する約６０％〜約９８体積％のＣＯ２は、１または２以上のこれらの工程によって除去可能である。ＣＯガスの少なくとも一部分をＣＯ２に転化させることは、不純物の少なくとも一部分を除去する任意のステップの前、および／または不純物の少なくとも一部分を除去するステップの間、および／または不純物の少なくとも一部分を除去するステップの後の少なくとも一つで起こることができる。
【００２７】
記載した様に、一定量のＣＯガスは、生成物流中のＣＯガスの少なくとも一部分をＣＯ２に転化させた後の生成物流に残ることができる。任意選択で、該工程は、ＣＯガスの少なくとも一部分を生成物流から除去することをさらに含むことができる。例えば、これは、少なくとも１台の圧力スイング吸着器および／または他の精製デバイスを通して生成物流を通過させることにより可能である。さらに、この時点では、例えば、少なくとも１台の圧力スイング吸着器を使用して、ＣＯガスの残りの部分を除去することによって、このステップでは、不純物として生成物流中に存在できる少なくともメタン、窒素、またはそれらの組み合わせの一部分をさらに除去可能である。任意選択で、除去されたなんらかのＣＯガスは、シフト反応装置を通して再循環されまたは再処理され、さらにＣＯガスの一部を、生成物流に加えることが可能な追加の水素ガスと共にＣＯ２に転化できる。これらの種々の手段を通してＣＯガスを除去することによって、これらの種々の精製工程および除去ステップ後の生成物流中の残りのＣＯガスは、生成物流中の体積で、１０体積％未満、５体積％未満、または２体積％未満、１体積％未満、または５００ｐｐｍ未満であることができる。
【００２８】
炭化水素原料の少なくとも一部分をカーボンブラックに転化し、そして水素ガスを含有する生成物流を生成する工程で使用可能である反応装置は、カーボンブラック反応装置等の種々の反応装置であることができる。例えば、反応装置は、段階反応装置であることができる。さらに、任意選択で、炭化水素原料は、ステージの追加によって反応装置の中に導入可能である。また、例として、炭化水素原料は、第１炭化水素原料および１種または２種以上の第２炭化水素原料を含むことができる。この配置では、第１炭化水素原料の少なくとも一部（例えば、１％〜９０重量％）は、１種または２種以上の第２炭化水素原料が反応装置に導入される下流でカーボンブラックに転化される。そうした配置では、第２炭化水素原料の少なくとも一部分は、任意選択でカーボンブラックに転化されてもされなくてもよい。本発明の工程では、任意選択で、炭化水素原料は、炭化水素原料の重量に基づいて少なくとも４重量％の硫黄レベルを有することができる。硫黄レベルは、炭化水素原料の約０.０５％〜約５重量％であることができる。本発明は、種々の処理を通して、カーボンブラックメーカーに一般に使用されるより、かなり高い硫黄レベルを有する炭化水素原料を使用する能力を有する。本発明は、カーボンブラックの生成および硫黄を除去できる洗浄機等の種々の精製/分離技術を通した生成物流の処理を含む種々の技術を通して硫黄を除去できる能力を有し、したがって炭化水素原料の重量で約４％〜約１０％以上等の高い硫黄レベルを有する炭化水素原料を取り扱うことができる。任意選択で、炭化水素原料の重量に基づいて約０.１％〜約５％、またはこの範囲よりさらに低い量等の低い硫黄レベルを有する炭化水素原料も使用できる。任意選択で、本発明の工程に関して、燃料および酸素は、約０〜約２の燃料/酸素当量比率で存在できる。任意選択で、炭化水素原料は、水素の炭素に対するモル比が０.５〜３.５であることができる。別の選択では、本発明の方法は、生成物流をカーボンブラックの生成が起こっているまたは起こる前である反応装置に、再循環させることなく、行うことができる。
【００２９】
任意選択で、本発明の方法は、転化が起こる前または起こっている時点で少なくとも１種の燃料を反応装置に導入することを含むことができる。他の燃料は、単独でまたは組み合わせて使用することができるが、燃料は、天然ガスを含むかまたは主とすることができる。本発明では、生成物流中で生成された水素ガスの体積％および生成されたカーボンブラックの比率％は、種々の手段で制御可能である。例えば、炭化水素原料のタイプ、燃料のタイプ（存在する場合）、燃料の比率（存在する場合）、Ｏ２の炭化水素原料に対する比率、酸素、燃料、および炭化水素原料の相対的な供給速度、供給ガスの温度、炭化水素原料の温度、化学量論的燃焼率、炭化水素原料中での炭素の水素に対する化学量論比、またはそれらいずれかの組み合わせを変化させることによって、該工程で生成されるカーボンブラックの水素ガスに対する比率は、調整可能である。
【００３０】
反応装置は、多段階反応装置または、２もしくは３段反応装置等の段階反応装置であることができる。反応装置は、水冷反応装置であることができる。反応装置は、米国特許第５,１９０,７３９号明細書に記載された等のカーボンブラック反応装置であることができ、その全てを本明細書中に取り込み、そして本出願の一部を形成する。"段階（ｓｔａｇｅｄ）"とは、ステージ１が固体炭素の存在なしに、実質的にクリーンで高温の燃焼ガスを生成できるバーナーである工程を言う。ステージ２は、原料をステージ１から高温のガス流に導入可能である区画であり、そしてステージ３は、カーボンブラックの生成が行われ、そしてその終わりで排煙を急冷可能である反応装置である。多段階（ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ）の語が使用される場合、典型的には幾つかの場所におけることが可能な原料の注入をいい、そして以下の語は、多段階を記載するために使用されてきた：リトラクティッドスティンガー（ｒｅｔｒａｃｔｅｄ  ｓｔｉｎｇｅｒ）、ティクラー（ｔｉｃｋｌｅｒ）、デュアルトランジション（ｄｕａｌ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、および収束流の壁から、並びに制限の壁からの原料注入。"区画"、"区画された"の語は、"段階"と同義語であることができる。本発明において、工程は、段階的、そして任意選択的に多段階であることができる。本出願では、任意のタイプ反応装置で、好ましくは少なくとも１種の燃料と共に、酸素が高温燃焼ガス流を生成するために使用される。酸素に関しては、好ましくは、酸素は、純粋な酸素または高純度酸素である。例えば、酸素は、少なくとも９０体積％または少なくとも９５体積％の純度、そしてさらに好ましくは、９９.５体積％、または酸素含有量に関してさらに純粋等の少なくとも９９体積％の純度を有することができる。少なくとも１つの態様において、使用される酸素中の窒素レベルは、全体的な酸素ガスの好ましくは５体積％未満であり、そしてさらに好ましくは、１体積％未満、そしてさらに好ましくは、ガスの全体的な体積に基づいて約０.０５％〜約０.５体積％等の０.５体積％未満である。燃料に関しては、燃料は、液体燃料であることができる。燃料は、天然ガス、水素、一酸化炭素、メタン、アセチレン、アルコール、ケロシン、およびその同類のものを含むがこれらに限定されないガス、蒸気、または液相であることができる。しかし、高い含有量の炭素を含有する成分を有する燃料および特に、炭化水素を利用することが好ましくは有用である。例えば、天然ガス、および改質されたまたは富化した天然ガス等のメタンの豊富な流れは優れた燃料であり、種々の炭化水素ガスおよび液体並びにエタン、プロパン、ブタン、およびペンタン留分、燃料油を含む精製副生成物、並びにその同類のもの等の一定量の炭化水素を含有する他の流れも優れた燃料である。最も好ましくは、天然ガスが使用される。導入される酸素は、１,０００°F以下等のより高温に予め加熱される。
【００３１】
高温ガス流は、平均速度３０.５ｍ／ｓを上回る平均速度で流れる。燃焼チャンバーと反応チャンバーとの圧力差は、少なくとも６.９ｋＰＡ、例えば、約１０.３ｋＰＡ〜６８.９ｋＰＡであることができる。高温燃焼ガスは、従来の燃焼ガスより典型的にははるかに高温であることができる。例えば、炭化水素原料の導入前の燃焼ガス流の温度は、約２,５００°F〜約５,５００°F、そしてさらに特に約４,０００°F〜約５,０００°Fである。必要に応じてガスを、従来のベンチュリ管等のテーパーされまたは制限されていてもよい小さい直径の密閉した原料注入ステージに導入することによって、高温ガスを下流の方向に推進および加速できる。第２のステージと考えてもよい工程のこの点では、炭化水素原料は、高温燃焼ガスの流れの中に注入可能である。原料は、第１のステージ燃焼が完了する点に隣接する任意の点で注入可能である。炭化水素原料は、所望の浸透を達成するのに充分な圧力下で高温燃焼ガス流に注入可能である、それによって高温燃焼ガスと炭化水素原料との高い混合率を確かにする。反応の条件下で容易に気化される好適な炭化水素原料は、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；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、接触分解残留物、コールタール、およびその同類のもの等のある種の飽和の炭化水素および他の炭化水素である。原料は、高温燃焼流の内部領域に浸透する複数のまとまった（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）または噴霧された流れの形で、高温燃焼ガスの流れの外周から実質的に横方向に注入されてもよい。別法では、原料は実質的に軸方向に、または単一のまたは複数のまとまったまたは噴霧された流れの形で、高温燃焼ガスの流れの内周から横方向に注入されてもよい。炭化水素原料は、所望の浸透または噴霧を達成するのに充分な注入圧力で、０.０５ｃｍ〜約０.５ｃｍにわたる直径を有する複数のオリフィスを通して液体原料を押すことによって、液体の流れとして導入可能である。利用される原料の量は、約１５％〜約４０％、そして好ましくは約２０％〜約２５％にわたる炭素成形過程ために全体的な％燃焼となる様に、用いられる燃料と酸素の量に関して調整可能である。
【００３２】
多段階工程の第３のステージは、カーボンブラック、一酸化炭素、水素ガス、および硫黄含有および／または窒素含有物質を含有する生成物流が生成される様に、炭素生成反応が起こるのに充分な滞留時間を可能にすることができる反応区画を含むことができる。この生成物流は、急冷による反応の終了前に生成できる。それぞれの例での滞留時間は、特定の状況および所望の特定のブラックによることができる。本工程の滞留時間は、１ｍ/ｓ以下もの低さから約５００ｍ/ｓ以上まで変化可能である。したがって、炭素フォーミング反応が所望の時間進んだ後で、例えば、少なくとも１つのスプレーノズルから出た水等のクエンチ液体をそこにスプレーすることによって反応は停止される。そこに懸濁されたカーボンブラックを含有する高温流出ガスまたは生成物流を、カーボンブラックの冷却、分離、および収集の従来のステップの下流に渡すことができる。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、バグフィルター、またはそれらの組み合わせ等の従来の手段によって容易に達成可能である。
【００３３】
本発明の工程では、第１（燃料/酸素）当量比は、約１〜約０.８等の約０〜約２である。
【００３４】
任意選択で、生成物流は、主としてまたは実質的に水素ガスを含むことができる。上記の様に、ＣＯの少なくとも一部をＣＯ２および水素ガスに転化させ、そしてシフト反応装置または他の手段の使用を通すことによって等で、ＣＯを除去することによって、これは達成可能である。さらに、硫黄含有物質および／または窒素含有物質および／または他の不純物等の不純物は、回収されるガスが主として水素ガスである様に、洗浄機、圧力スイング吸着器、膜、およびその同類のものを通して除去可能である。下記にさらに詳細を記載した様に、その時点では、水素ガスは、生成物流中で少なくとも９０体積％の純度を有することができる。上記に記載した様に、水素ガスは、主として少なくとも１台もしくは２台以上の圧力スイング吸着器、または１枚もしくは２枚以上の膜、または他の精製/分離デバイスまたはそれらの組み合わせを通して、水素を含む生成物流を通過させることによってまださらに精製できる。一実施態様では、生成物流は、少なくともＨ２とＣＯを含むことができ、そしてＨ２とＣＯは、カーボンブラックのなんらかの除去前に約０.５〜２または２（もしくは２超）〜約３.５のモル比で存在可能である。
【００３５】
工程では、種々の不純物またはそれらの一部は、生成物流から除去可能である。不純物のこの除去は、どのステージでも行うことができる。例えば、不純物の除去は、カーボンブラックの除去前、および／またはカーボンブラックの除去後、および／またはＣＯをＣＯ２および水素ガスに転化するシフト反応装置の任意選択的使用の前、および／またはそうしたシフト反応の後にすることができる。本発明の目的のためには、不純物は、典型的には、硫黄含有物質、メタン、窒素含有物質、アセチレン、および他の炭化水素を含むがこれらに限られない。例は、ＮＯｘ（例えば、窒素酸化物）、Ｈ２Ｓ、ＣＳ２,ＳＯ２,ＳＯｘ（例えば、硫黄オキサイド）、およびその同類のものを含む。不純物の一部分は、例えば、１台または２台以上の洗浄機および／またはこうした不純物を除去することができる他のデバイスを通して生成物流を通過させることによって生成物流から除去可能である。１台または２台以上の洗浄機および／または他のデバイスを通して生成物蒸気を通過させた後、例えば、元素硫黄に基づく硫黄量は、生成物流では１００ｐｐｍ以下であることができる。好ましくは、生成物流は、一旦生成されると、硫黄含有物質を除いた後で、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍまたは約５ｐｐｍ〜約１０ｐｐｍ等の約１００ｐｐｍ以下そしてさらに好ましくは１０ｐｐｍ以下の硫黄量を有する。硫黄の除去は、硫黄含有種を除去可能である従来の洗浄機による等のいかなる手段によっても達成可能である。
【００３６】
さらに、本明細書中に挙げた種々の精製技術を通して、処理後の生成物流中に存在する不純物は、乾燥重量基準に基づいてＨ２Ｏを除外して、５％以下、１００ｐｐｍ〜１％（不純物は、Ｈ２,ＣＯ、ＣＯ２、またはＨ２Ｏでない任意の材料である）等の１％以下の全不純物含有量を有することができる。
【００３７】
任意選択で、本発明中において、本発明の方法は、反応装置の場所で、大気へ、工程に供給される硫黄（例えば、元素の硫黄）の全量に基づく５重量％未満のガス相で硫黄種の（または硫黄含有種（例えば、ＳＯｘ、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２））ガス放出を生じることができる。任意選択で、この重量％はこの場合もやはり該方法に供給された全硫黄量に基づき、ガス相で硫黄種のガス放出は、１０重量％未満または２０重量％未満であることができる。範囲は、該方法に供給される全硫黄量に基づいて、０.５重量％〜１０重量％の硫黄種のガス相であることができる。
【００３８】
任意選択で、該方法は、ガス相で炭素種（またはＣＯx（例えば、炭素を含有するオキサイド）等の炭素を含有する種）のガス放出を生じることができ、該方法は、反応装置の場所で、該方法に供給される炭素（例えば、元素炭素）の全量に基づいて、１０重量％未満、または２０重量％未満、または３０重量％未満の大気へガス相で炭素種のガス放出を生じる。これらの範囲は、該方法に供給される全炭素量に基づいて１重量％〜３０重量％、または５重量％〜２５重量％のガス相の炭素種であることができる。
【００３９】
任意選択で、該方法は、反応装置の場所で、大気へ、工程で生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり０.０１メトリックトン未満、または０.１メトリックトン未満、または生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり１メトリックトン未満等のガス相の窒素種（またはＮＯｘ等の窒素含有種）のガス放出を生じることができる。範囲は、工程で生成されたカーボンブラック１メトリックトン当たり、０.００１メトリックトン〜１メトリックトンの放出されたガス相の窒素種であることができる。
【００４０】
本発明では、任意選択で、該方法は、乾燥基準に基づいて生成物流の２０重量％超、２５重量％超、または３０重量％超の量で、反応装置中にカーボンブラックを生成可能である。範囲は、乾燥基準に基づいて、２０重量％〜６０重量％以上、または生成物流の２５重量％〜５０重量％であることができる。他の量のカーボンブラックも生成可能である。
【００４１】
炭化水素原料中に存在する硫黄の一部分は、カーボンブラックの形成によって除去でき、次にカーボンブラックと共に存在する。さらに、炭化水素中に存在する任意の金属の一部分は、カーボンブラックの形成によって除去でき、したがってカーボンブラックと共に存在する。この方法を通して生成されるカーボンブラックは、これらに限られないが、サイクロン、ろ過、および／または水とカーボンブラックを含有する生成物流を洗浄すること等の種々の技術を通して除去できる。
【００４２】
該方法は、一旦カーボンブラックが除去され、そして任意選択的に不純物が除去され、そして任意選択的にＣＯがＣＯ２と水素ガスに転化されると、例えば、燃料または化学原料または他の目的で使用するためのプロセス装置に、さらに生成物流を移すことを含むことができる。プロセス装置は、精油装置を含むことができる。一実施態様では、カーボンブラックを生成する工程を、カーボンブラック製造プラントで行い、そして生成物流を次に本願中に記載された様に種々の処理をした後で、使用する精油装置に移す。
【００４３】
工程から回収された１種または２種以上のガスを使用し、また精製装置または水素、ＣＯ、二酸化炭素、またはそれらいずれかの組み合わせ等の１種または２種以上の回収されたガス、の他のユーザーに移送できる。１種または２種以上のガスを、パイプラインまたは他の手段によって移送できる。例えば、回収されたガスを貯蔵タンクまたは他の保持設備に貯蔵し、そしてその後にガス相または液化ガス相のガスをタンク車またはトレーラーおよびその同類のもので輸送する標準的な手段を使用して、ガスのユーザーに移すことができる。好ましい設備では、精製装置または１種または２種以上のガスの他のユーザーは、ガスがパイプラインによって精製装置または他のユーザーに直ちに移送される様に、近くにある。
【００４４】
任意選択で、この工程によって製造されたカーボンブラックを除去でき、そして特に構造および／または表面積に関してカーボンブラックためのＡＳＴＭ仕様内のカーボンブラックであることができる。
【００４５】
本発明において、Ｈ２およびＣＯは、カーボンブラックのなんらかの除去前に生成物流中に約０.５〜約１、または約１〜約２、または約２〜約３.５のモル比で存在可能である。カーボンブラックのなんらかの除去前に生成物流に、Ｈ２とＣＯとの他のモル比が存在可能である。
【００４６】
任意選択で、本発明において、本発明の１または２以上の工程を使用して、反応装置中に導入された全原料の炭素の少なくとも２０重量％をカーボンブラックの形態で回収できる。任意選択で、この量は、少なくとも３０重量％、または少なくとも５０重量％、または少なくとも６０重量％であることができ、または反応装置に導入された全原料の炭素の重量で約２５％〜約７０％カーボンブラックの形態で回収可能である。
【００４７】
本発明では、炭化水素原料中に存在する少なくとも１５重量％の炭素は、少なくとも３０重量％、または少なくとも４０重量％等のカーボンブラックとして回収可能であり、または炭化水素原料中に存在するより多くの炭素がカーボンブラックとして回収可能である。例えば、炭化水素原料中に存在する炭素の約１５重量％〜約６５重量％が、カーボンブラックとして回収可能である。
【００４８】
生成物流は、一旦生成されると、好ましくは生成物流（例えば、約０.１重量％〜約１重量％）の重量で１重量％以下、５重量％以下、または１０重量％以下等の低い窒素レベルの含有量を有する。少なくとも１つの態様では、カーボンブラック、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２を含有する生成物流は、不純物が、窒素および／または他の不純物を含み、生成物流の重量で、１重量％以下、５重量％以下、または１０重量％以下の不純物を有する。
【００４９】
本発明の工程で回収されるガスに関しては、少なくとも１つの態様では、水素ガスは、約９５％〜約９９.９９％（体積％）純度の水素ガス等の少なくとも９５％（体積％）の純度を有する。純度はさらに高くできる。回収される水素ガスの純度の別の範囲は、約９８％〜９９.９９％（体積％）または約９９％〜約９９.９９５％（体積％）以上であることができる。水素ガスまたは二酸化炭素等の１種または２種以上の回収されるガスは、さらに精製されたガスを得るために任意の回数従来の精製方法に曝されることができる。
【００５０】
本願中に記載された１種または２種以上の不純物を除去できる精製および／または除去の方法は、洗浄機、触媒ビーズ、モレキュラーシーブ、吸着性、圧力スイング吸着器、温度スイング吸着器、ゲッター材料、アクセプター材料、および／または膜（例えば、浸透性の膜）を使用したゼオライト吸着剤の使用を含むがこれらに限られない。さらに例として、コロナ触媒等の触媒を使用可能である。低圧および／または高圧洗浄機等の洗浄機は、ＳＯｘおよび／またはＮＯｘ、および他の不純物の様な不純物を除去するために使用可能である。洗浄機は、水性洗浄液、および／または水性の再生可能な液体、および／またはアルカリ溶液、および／または水溶性ポリマーのキレートおよびその同類のものを使用できる。単一のまたは複数の洗浄集塵装置および／またはトレイ形エミッション洗浄機および／または逆拡散洗浄機および／または衝突面が、使用可能である。ガスは、凝集および／または吸収および／または吸着によって洗浄可能である。遠心サイクロン分離器を、使用可能である。ＩＡ族金属または金属化合物、またはポリマー（例えば、マクロ網状ポリマーまたは他の化合物等の捕集剤組成物を使用可能である。吸着塔および／または触媒コンバータ等の吸着器を使用可能である。一般的に、炭素フィルター（活性炭素または含浸炭素を使用）の様な水洗浄システムおよび／またはろ過システムを使用可能である。水スプレーおよび／または乾燥または湿式洗浄機を使用可能である。これらの種々のデバイス、方法、システムの任意の組み合わせを本発明の工程で使用可能である。デバイス、方法、システムを、工程中の任意の順番および／または場所で、１回または複数回使用可能である。米国特許第６,４６４,７５６号明細書；米国特許第号６,１８３,５４２号明細書；米国特許第号５,８９５,５１９号明細書；米国特許第号５,４８４,５１２号明細書；米国特許第号５,４５８,７４８号明細書；米国特許第号４,６６３,１３４号明細書；米国特許第号４,３７９,１３０号明細書；米国特許第号４,３４４,９２０号明細書；米国特許第号４,３４４,７７９号明細書；米国特許第号４,２２３,７３５号明細書；米国特許第号５,３８５,６８９号明細書；米国特許第号６,５１１,５２９Ｂｌ号明細書；米国特許第号６,４８２,３６７Ｂｌ号明細書；米国特許第号６,３３３,０１５Ｂｌ号明細書；米国特許第号５,６８１,３７１号明細書；米国特許第号４,２４９,９２０号明細書；米国特許第号４,２１６,００１号明細書；米国特許第号４,００８,０５６号明細書；米国特許第号３,９７６,７２７号明細書；米国特許第号５,６６１,９８７号明細書；米国特許第号５,３５４,３６１号明細書；米国特許第号４,９８３,１９０号明細書；米国特許第号４,９５７,５２３号明細書；米国特許第号４,２９９,５９５号明細書；米国特許第号６,５２７,８２８Ｂ２号明細書；米国特許第号６,０３０,５９１号明細書；米国特許第号５,８４３,３９５号明細書；米国特許第号４,９１０,００２号明細書；および米国特許第号３,９７６,４５１号明細書中に記載された方法/デバイスを使用可能であり、そしてこれらの特許は本明細書中で参照することでその全てを取り込む。
【００５１】
１または２以上の態様において、ＣＯ２は、約９５％〜約９９.９９％ＣＯ２、または約９８％〜約９９.９９５％ＣＯ２、およびその同類のもの等の少なくとも９５％（体積％で）以上の純度を有する。
【００５２】
本発明の１または２以上の態様において、水素ガスおよび／または二酸化炭素等の製造された/回収されたガスの量に比較して製造された/回収されたカーボンブラックの量は、生成の観点または経済性の観点から最適化可能である。例えば、種々の相対的な量のカーボンブラックおよび１種または２種以上のガスを、本発明の工程で得ることができる。例えば、２０重量％〜８５重量％の生成物流は、カーボンブラックであることができる。生成物流の約３０重量％〜約８０重量％、約４０重量％〜８０重量％、または約５０重量％〜８０重量％を含む他の範囲は、カーボンブラックである。
【００５３】
本発明において、充分な量のカーボンブラック、および充分な量の水素ガスと一酸化炭素とを生成する組み合わせを達成することによって、硫黄の放出を大幅に減少できる。例えば、炭化水素原料中に初めから存在する硫黄の３０重量％〜約６０重量％等の大部分は、カーボンブラックの形成によって除去でき、そしてカーボンブラック上および／またはカーボンブラックと共に存在する。硫黄の残りの部分は、上記の様な硫黄除去技術によって除去でき、または一旦生成物流の残りの部分精製装置または水素ガスのユーザーに移送されると、精製装置によって除去可能である。
【００５４】
本発明の追加の態様において、カーボンブラック製造プラントおよび精製プラントまたは水素ガスもしくは合成ガスのユーザーを含む複合設備が利用可能である。カーボンブラック製造プラントは、段階カーボンブラック反応装置、およびカーボンブラックを生成物流から除去する手段；硫黄を生成物流から除去する手段；蒸気を生成物流に導入する追加の手段；ＣＯ２を除去する任意選択的手段；およびカーボンブラック製造プラントから生成された水素ガスまたは合成ガスを、精製装置または他の設備に移す手段等のカーボンブラック反応装置を有する。複合設備は、生成物流がカーボンブラック段階反応装置に戻って再循環されない様に、任意選択的に設計可能である。
【００５５】
カーボンブラックを生成物流から除去する手段に関して、例として、カーボンブラックを除去するために生成物流を水等の液体で洗うことができる。カーボンブラックを生成物流から除去するための他の技術は、多孔性媒体でのろ過を含むがこれらに限られない。
【００５６】
硫黄を生成物流から除去する手段に関して、上記に記載した様に、硫黄含有種を除去可能である従来の洗浄機を使用できる。ＣＯ２を除去するさらなる手段に関しては、ＣＯ２を除去できる従来の洗浄機を使用可能である。
【００５７】
水素ガスを、水素ガスまたは合成ガスの精製装置またはユーザーに移す手段に関して、あらゆる技術またはパイピング配置は、水素ガスを精製装置にポンプで注入するために使用できる。貯蔵タンクおよびその同類のものを使用できる。
【００５８】
本発明の別の態様では、本発明は、上記に記載された工程によって生成されたカーボンブラックに関する。本発明の工程で、約３０〜約１０００ｃｃ/１００ｇのＤＢＰ油吸収および約１０〜約１０００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積を有する等の本質的にあらゆるタイプの従来のカーボンブラックを製造できる。カーボンブラックためにあらゆるＡＳＴＭ仕様が本発明の工程によって製造可能である。本発明の工程は、カーボンブラック炉での空気酸化を使用する以前よりも高次構造のカーボンブラックの生成を可能にする。
【００５９】
本発明によって、生成されたカーボンブラックは、種々の化学組成物を有することができる。例えば、カーボンブラックは、以下の化学組成を有することができる：
炭素：９７.３〜９９.３％
水素：０.２〜０.４％
酸素：０.２〜１.２％
硫黄：０.２〜１.２％
灰：０.１〜１.０％
揮発性レベル０.６〜１.５％
【００６０】
少なくとも１つの態様において、本発明で、ＡＳＴＭ−Ｄ１７６５に従って種々のＮ−シリーズカーボンブラックを製造できる。例えば、本発明の工程によって製造可能であるカーボンブラックは、Ｎｌ００、Ｎ２００,Ｎ３００,Ｎ５００,Ｎ７００、またはＮ９９０シリーズカーボンブラックであることができる。さらに特に、本発明の工程によって製造可能であるカーボンブラックの例は、ＮＩｌ０、Ｎ１２１,Ｎ２２０,Ｎ２２０,Ｎ２３１,Ｎ２３４,Ｎ２９９,Ｎ３２６,Ｎ３３０,Ｎ３３９,Ｎ３４７,Ｎ３５１,Ｎ３５８,Ｎ３７５,Ｎ５３９,Ｎ５５０,Ｎ６５０,Ｎ６６０,Ｎ６８３,Ｎ７６２,Ｎ７６５,Ｎ７７４,Ｎ９９０、およびその同類のものを含み、そしてヨード吸着、ＤＢＰＡ、ＣＴＡＢ、窒素表面積、着色度、およびその同類のものに関して、これらのＡＳＴＭカーボンブラックに関連した標準特性を有する。特許発明の目的では、ヨード吸着はＡＳＴＭ Ｄ−１５１０に基づき、窒素表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ−３０３７に基づき、ＣＴＡＢ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ−３７６５に基づき、ＤＢＰ吸着は、ＡＳＴＭ Ｄ−２４１４に基づき、２４Ｍ４−ＤＰＢ吸収は、ＡＳＴＭ Ｄ−３４９３に基づき、色合い強度は、ＡＳＴＭ Ｄ−３２６５に基づき、揮発性は、ＡＳＴＭ Ｄ−１６２０に基づき、抽出可能性は、ＡＳＴＭ Ｄ−３３９２に基づき、灰含有量は、ＡＳＴＭ Ｄ−１５０６に基づき、そして硫黄含有量はＡＳＴＭ Ｄ−１６１９に基づく。
【００６１】
本発明の目的では、該工程によって製造可能であるカーボンブラックは、米国特許第６,７０９,５０６号明細書；米国特許第６,６８６,４０９号明細書；米国特許第６,３６４,９４４号明細書；米国特許第６,１９７,２７４号明細書；米国特許第６,１５０,４５３号明細書；米国特許第６,０２８,１３７号明細書；米国特許第５,９７７,２１３号明細書；米国特許第５,９４８,８３５号明細書；および米国特許第５,８７７,２３８号明細書中に記載された等のケイ素処理カーボンブラック、シリカ被覆カーボンブラック、金属処理カーボンブラック、およびその同類のものであることができ、本明細書中で参照することによりそれらの全てを取り込む。
【００６２】
本発明のカーボンブラックは、フィラー、補強剤、および／または顔料およびエラストマー、トナー、インク、ポリマー、可塑性中に有用なもの、およびその同類のもの等の従来方法で使用可能である。
【００６３】
本発明では、ＣＯ２の全ての放出、および硫黄の放出は、特に複合設備作業を考慮すると大幅に減少した。放出は、本質的には、実質的に減少できる。したがって、本発明は、全ての効率的なおよび効果的な方法で、反応性成分を活用する独自の"安全な"設備を与える。
【００６４】
出願人らは、特にこの開示において引用された全ての参照文献の全ての内容を取り込む。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、または好ましい上限値および好ましい下限値のいずれかのリストで与えられた場合は、範囲が別々に開示されたか否かに関わらず、任意の上限範囲または好ましい値と任意の下限範囲または好ましい値の任意の対から形成される全ての範囲を開示するものと特に理解すべきである。数値の範囲が本明細書中に引用された場合、特に明記しない限り、該範囲は、それらの終点、および範囲以内の全ての整数および分数を含むことを目的とする。範囲を規定する場合、本発明の範囲が、記載された特定の値に限られることを意図するものではない。
【００６５】
特に明記しない限り、ガス純度レベルおよび％は、体積％である。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であろう。本明細書および例は、請求項および均等によって示される本発明の真の範囲および精神に、例示的であるだけと考えられることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の好ましい工程の１つの態様を示す流れ図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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