JPH0210185B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、充填剤、補強剤、顔料等の様な多く
の重要な用途を有するフアーネスブラツクの製造
に関する。特に、本発明は、導電性カーボンブラ
ツクとして特に有用な大きい表面積を有するフア
ーネスカーボンブラツクの製造方法に関する。通
常、この種のカーボンブラツクの製造方法は、炭
化水素の供給原料を982.1℃（1800〓）以上の温
度の区画された変換領域内でクラツキングおよび
（または）不完全燃焼させてカーボンブラツクを
生成させる炉式方法である。変換領域から発散す
るガスとともに伴出するカーボンブラツクは、次
に冷却させ、当該技術で慣用の任意の適当な装置
によつて採取する。 そこで、本発明の主目的は、従来技術の方法で
作られるものよりも大きい表面積を有するカーボ
ンブラツクを製造するための新規で改良された方
法を提供することにある。 本発明の別の目的は、高導電性カーボンブラツ
クを製造するための改良された炉式方法を提供す
ることにある。 本発明の他の目的は、重合体系に導電特性を与
えるのに著しく好適な新規な新しい種類のカーボ
ンブラツクを提供することにある。 本発明のその他の異なる目的、利点および特徴
は、下記の詳細な説明及び前記特許請求の範囲の
記載を読めば当業者にとつて明らかになろう。 本発明において上述の目的および更に他の目的
は、例えば米国再発行特許第28974号に開示され
ているようなカーボンブラツクを製造するモジユ
ール式ないし段階式カーボンブラツク製造方法を
修正することにより達成されることが見い出され
た。このような段階式方法は、高温ガス状燃焼生
成物流を形成する最初に提供される一次燃焼領域
と、液体炭化水素の供給原料が凝集ジエツト流
（未噴霧状態の流れ）の形態で該燃焼ガス流中に
実質的に横方向に噴射される第２領域または変換
領域と、カーボンブラツクが冷却による反応終了
前に形成される反応領域である第３領域とから成
る。本発明によるこの段階における処理の修正
は、供給原料を導入する前に水蒸気がガス状燃焼
生成物と良好に混合するように一次燃焼ガスの製
造に使用される燃料とオキシダントとの全ガス容
量に基づき約４容量％〜15容量％の量の水を水蒸
気の形で一次燃焼領域内に添加することを要す
る。本発明の好適態様では、水を約4.6容量％〜
約11容量％の量で、特に好適な態様では、約９容
量％〜約11容量％の量で添加する。水は、任意の
適当な方法でガス状燃焼生成物中に直接導入する
ことができ、好ましくは、一次燃焼ガスの製造に
使用されるオキシダントと共に導入することがで
きる。いずれにしても、前記で説明したように、
供給原料が導入される以前に水蒸気を燃焼生成物
と良く混合することが肝要である。大きい表面積
を有するカーボンブラツクを製造するには反応炉
中の滞留時間が少くとも0.5秒、好ましくは少く
とも1.0秒で、この処理の総燃焼率（％）が約40
％〜約60％の範囲、好ましくは約46％〜約57％の
範囲であることがまた必須である。 反応を冷却して停止した後に、カーボンブラツ
クは、例えば、バツグフイルタ単独により、また
はバツグフイルタと共にサイクロンを利用するこ
とによるような当該技術で周知の任意の通常の方
法で採取される。集められたカーボンブラツク
は、通常の方法で次にペレツト化し、酸化条件下
で処理する。本発明の新規な方法は、著しく大き
い表面積を有するカーボンブラツクに導電性を付
与することができる。しかしながら、本方法で作
られたカーボンブラツクのペレツトを種々の酸化
条件下で処理すると、制御されたPH値特に、５の
値以下になるように制御されたPH値を有する大き
い表面積のブラツクを生成する結果をうることが
できることが更に判明した。本発明による大きい
表面積を有する新規な部類のフアーネスブラツク
は、少くとも600m²／ｇの沃素表面積と、多くて
５のPH値と、少くとも160c.c.／100gのDBP値とを
有することを特徴とする。好適な態様では、本発
明による新規なブラツクは、約800m²／ｇ〜約
1100m²／ｇおよびそれ以上の範囲の沃素表面積を
有することを特徴とする。また、好適なカーボン
ブラツクは、約２〜約４、最も好適には、約３〜
約４の範囲のPHを有している。構造上で、好適な
DBP値は約180c.c.／100g〜約350c.c.／100gおよび
それ以上であり、最も好適には、約180c.c.／100g
〜約275c.c.／100gの範囲である。 大きい表面積のブラツクを生成する本発明の方
法の実施には、次の操作が行なわれる。カーボン
ブラツク生産用液体炭化水素の供給原料は、少く
とも152.4m／秒（500フイート／秒）の平均線速
度で下流の方向へ流れている高温燃焼ガスの予め
形成されている流れ中に実質的に横方向に噴射さ
れる。該供給原料は、貫通が得られるのに充分な
程度に燃焼ガス流の周辺から燃焼ガス中に凝集ジ
エツト流の形状で横方向に噴射され、これによ
り、反応炉の炭素形成領域の壁にコークスが形成
されるのが防止される。しかしながら、この場合
には、供給原料は、そこに十分に混合されている
添加水蒸気を含有するガス状燃焼生成物の予め形
成された流れ中に噴射する。添加水の量は、前記
したように、本発明の方法を成功させる操作にと
つて臨界的であり、この特徴は、必須の総燃焼率
（％）の範囲および一定の滞留時間とを包含する
その他の指定操作条件と共に、異常に大きい表面
積のフアーネスブラツクの製造に直接関連する。 本発明のブラツクの製造に使用される高温燃焼
ガスを調製するには、液体またはガス状の燃料
と、空気、酸素、空気および酸素の混合物等のよ
うな適当なオキシダント流とを、適当な燃焼室内
で反応させる。高温燃焼ガスを発生させるため
に、燃焼室内でオキシダント流と反応させるのに
使用する好適な燃料には、水素、一酸化炭素、メ
タン、アセチレン、アルコールおよび灯油のよう
な易燃性のガス、蒸気または液体流のいずれかが
包含される。しかしながら、炭素含有成分、特
に、炭化水素の高い含有量を有する燃料を利用す
ると、一般に好適である。例えば、天然ガスおよ
び変性されたまたは富化された天然ガスのような
メタンに富む供給流が、エタン、プロパン、ブタ
ンおよびペンタン溜分、燃料油等を包含する種々
の炭化水素のガスおよび液体および精油副産物の
ような多量の炭化水素を含有する他の供給流と同
様に、優れた燃料である。本明細書で使用するか
ぎり「一次燃焼率」なる用語は、二酸化炭素と水
とを形成する、第１段階の炭化水素の完全燃焼に
理論的に必要なオキシダントの量に対する、モジ
ユール式方法の第１段階で使用されるオキシダン
トの量を示す。本発明の方法における一次燃焼率
は約85％〜約300％の燃焼率範囲であることがで
き、好適な一次または第一段階燃焼率は約85％〜
約150％の範囲である。このようにして、高い線
速度で流れる高温燃焼ガス流が生じる。少くとも
6.9KPa（1.0（p.s.i.）、好ましくは、約10.3KPa
（1.5p.s.i.）〜69KPa（10p.s.i.）の燃焼室と反応室
との間の差圧が望ましいことが更に判明した。こ
れ等の条件下では、カーボンブラツク製造用液体
炭化水素質供給原料を所望のカーボンブラツク製
品に変更するのに充分なエネルギーを有するガス
状燃焼生成物流が形成される。一次燃焼領域から
発生する燃焼ガス流は、少くとも約1316℃（2400
〓）の温度を有し、最も好ましい温度は、少くと
も約1649℃（3000〓）より上である。高温燃焼ガ
スは高い線速度で下流の方向へ推進される。この
速度は、小さい直径の区切られた変換工程中に燃
焼ガスを導入することにより加速される。該直径
は、所望により、たとえば慣用のベンチユリスロ
ートを用いることにより勾配を付けるかまたは絞
ることができる。この方法のこの段階を供給原料
が高温燃焼ガス流中に強制的に噴射される第２段
階と見做す。 特に、燃焼ガスが高速で移動し少くとも
6.9KPa（1.0p.s.i）以上の最高気体輸送率（gas
kinelic head）が存在する第２段階で、適当な液
状カーボンブラツク生産用炭化水素供給原料を、
所望の（燃焼ガス中への）貫通が得られるに充分
な圧力下で燃焼ガス中に噴射させると、高温燃焼
ガスと液体炭化水素供給原料との混合と剪断とが
高率で確保される。この環境の結果として、液体
炭化水素供給原料は、迅速に分解され、高い生産
率でカーボンブラツクに変換される。反応条件下
で容易に蒸発可能な炭化水素供給原料としてこゝ
で使用するのに好適なものは、アセチレンのよう
な不飽和炭化水素；エチレン、プロピレン、およ
びブチレンのようなオレフイン；ベンゼン、トル
エンおよびキシレンのような芳香族；或る種の飽
和炭化水素；灯油、ナフタレン、テレピン、エチ
レンタール、芳香族循環原料油等のような気化し
た炭化水素がある。液体供給原料は燃焼ガス流の
内部領域ないし芯中に充分に貫入するが、対向す
るジエツトと衝突するような深さには貫入しない
複数の小さい凝集ジエツト流の形で高温燃焼ガス
流の外周または内周または両者から実質的に横方
向に噴射する。本発明の実施の際、炭化水素供給
原料は、所望の貫通を得るのに充分な噴射圧力下
で0.25mm（0.01″）〜3.81mm（0.15′）の範囲、好ま
しくは、0.51mm（0.02″）〜1.52mm（0.06″）の範囲
の直径を有する複数のオリフイスを通して液体供
給原料を加圧装入することにより液体の凝集流と
して容易に導入できる。 使用する供給原料の量および／または燃料の量
および／またはこゝで使用されるオキシダントの
量は、約40％〜約60％、好ましくは、約46％〜約
57％の総燃焼率（％）が得られるように調節す
る。総燃焼率は、二酸化炭素と水とを生じる炭素
形成方法に使用される炭化水素の全量の完全燃焼
に必要な酸素の量に対する炭素形成方法に使用さ
れる酸素の全量の比率を示す。総燃焼率は通常、
百分率（％）で表わされる。 本発明のモジユール式法の第３段階は、冷却に
より反応を終了させる前に、カーボンブラツク形
成反応にとつて充分な滞留時間を得ることができ
るように、反応帯域を設置することを包含する。
通常、各場合の滞留時間は、特定の条件および特
定の所望のブラツクに依存して変わるが、本発明
方法における滞留時間は少くとも0.5秒であり、
好ましくは少くとも1.0秒である。従つて、カー
ボンブラツク形成反応が所望の時間の間進行した
ならば、該反応は少くとも１組の噴霧ノズルを使
用して水のような冷却液を噴霧することにより中
断される。懸濁状態でカーボンブラツク生成物を
含有する高温流出ガスは、次いで下流に送られ、
カーボンブラツクの冷却、分離および回収の操作
が通常の方法で実施される。例えば、ガス流から
のカーボンブラツクの分離は、静電集塵器、サイ
クロン分離器、バツグフイルターまたはこれ等の
組合わせのような通常の装置で容易に達成でき
る。 上述したように、前記方法の実施は、蒸気の形
態の水の添加がこの方法の必須の操作として含ま
れるとき、大きい表面積と優れた導電性との特性
を有するフアーネスブラツクが生成される。特
に、大きい表面積を有するブラツクの生成をうる
ためには、単にこの方法で水を添加するだけでは
なく、むしろ、水の導入方法と、水の量と、水の
導入形状とが重要である。総てのこれ等の特徴
は、本発明方法を適正に実施するために必須であ
る。さらに詳細に言えば、水は添加の時点では任
意の物理的形態でもよいが、液体供給原料が導入
される前に、ガス状燃焼生成物流内で水蒸気の形
態にしなければならない。更に、添加水は、液体
炭化水素供給原料が導入される前に、水が燃焼ガ
ス流と良好に混合されるような条件下に導入され
ねばならない。更にまた、本発明の方法を好結果
で操作するに重要なことが判明した水蒸気の形態
の添加水の量は、一次燃焼の準備に使用される燃
料とオキシダントとの全ガス容量に基づき約４〜
15容量％の範囲であり、好ましくは約4.6〜約11
容量％の範囲、特に好適には、約９〜約11容量％
の範囲であるべきである。 次に試験方法を本発明により製造されるブラツ
クの分析特性および物理特性の評価に使用する。 沃素表面積（iodine surface area） カーボンブラツクの沃素表面積は、次の方法で
測定し、m²／ｇの単位で示す。カーボンブラツク
試料を、ガスの漏出を許容するように緩く嵌合し
た蓋を有するサイズゼロの磁器坩堝に装入し、
927℃（1700〓）の温度で７分間にわたり脱蔵ま
たは〓焼する。次に、坩堝と内容物とを乾燥器内
で冷却した後に、〓焼されたカーボンブラツクの
約6.35mm（1/4″）の深さまでの上層を除去し、廃
棄する。坩堝内に残るカーボンブラツクから、適
量の試料を、0.1mgの精度で秤量採取して、
113.4g（４オンス）油試料瓶内に移す。300m²／ｇ
〜750m²／ｇの範囲の表面積を有することが予想
されるカーボンブラツクについての適当な試料の
量は、0.1gであり、一方、750m²／ｇを越える表
面積を有するブラツクについての適当な試料の量
は、0.05gであることが判明した。カーボンブラ
ツクの試料を含有する瓶に0.0473N沃素溶液の40
mlを添加する。該瓶に栓を施した後、内容物を毎
分120〜260回の前進後退運動で10分間振動させ
る。生成した溶液を清澄になるまで1200rpm〜
2000rpmの速度で直ちに遠心分離するが、これは
通常、１分〜３分の間行なう。遠心分離の直後
に、終点指示薬として１％澱粉溶液の数滴を添加
した沃素溶液25mlの適量を、ナトリウムチオ硫酸
溶液の１滴により青色が無色になるまで、
0.0394Nナトリウムチオ硫酸塩溶液で滴定する。
ブランクとして、0.0473N沃素溶液の40mlをブラ
ツク含有溶液について上記したと同様の方法で、
振動、遠心分離および滴定する。m²／ｇで表わさ
れる沃素表面積は次式により計算する。 S.A.＝10（Ｂ−Ｔ）−4.57／1.3375 上記式でＢはブランクの滴定値であり、Ｔは試
料の滴定値である。 フタル酸ジブチル（DBP）吸収数 ペレツト形状のカーボンブラツクのDBP吸収
数は、ASTM検査法D2414−76を用いて測定す
る。 呈色強さ カーボンブラツク試料の呈色強さは
ASTMD3265−76aに従い、産業呈色基準黒色と
対比して決定する。 カーボンブラツクのPH値 適当なエルレンマイヤフラスコ中に、ペレツト
形のカーボンブラツク試料5gおよび蒸溜水50ml
を装入する。カーボンブラツク含有水混合物を電
気高温板を使用して加熱沸騰させ、10分間にわた
りゆるやかな沸騰状態に維持するが、乾燥が生じ
るようにはしない。生成する混合物を室温まで冷
却させ、次に、そのPH値を、±0.05PH単位の精度
を有しガラスおよび塩化第１水銀の電極を備えた
PH計を用いて測定する。カーボンブラツクのPHの
測定に先立ち、PH計は、１つが4.0のPHを有し他
の１つが7.0のPHを有する２つの緩衝溶液に対し
て補正する。 配合物の吸湿性（compound moisture
absorption）および体積抵抗率の賦与に係るブラ
ツクの性能特性を評価するために、ブラツクを、
この場合には、エチレン／エチルアクリレート共
重合体のような適当な樹脂を混合する。被験配合
物は、重量基準で樹脂中にブラツクの所望の量を
配合することにより調製する。例えば、12重量
％、20重量％および36重量％の量のカーボンブラ
ツクを含有する配合物がこの評価に通常好適であ
る。 樹脂／ブラツク配合物の製造方法は、使用され
るエチレン／エチルアクリレート樹脂の半分をバ
ンバリー混合機中に加え、次に、カーボンブラツ
クの全量を加えた後、樹脂の残部を加えることを
包含する。バンバリー混合機の温度を37.8℃
（100〓）にし、混合を進める。初期混合は、
0.276MPa（40p.s.i）のラム圧力下で70rpm（第１
速度）で30秒にわたり実施する。次に、速度を45
秒の時間にわたり115rpm（第２速度）に上昇させ
る。このサイクル中に、温度は37.8℃（100〓）
に達し、この時点でラム圧をブラツクがホツパー
中に掃き戻され得るように上昇させる。温度が
121℃（250〓）に達した際に、水を混合機ハウジ
ングとロータとを通して循環させる。115rpmで
の混合期間に続き、速度をさらに105秒にわたり
230rpm（第３速度）に上昇させる。この時間の終
りに、混合を停止し、樹脂／ブラツク混合物を混
合機から取り出す。12重量％または20重量％の装
入ブラツクを含有する混合物の場合には、この混
合物の温度は127℃（260〓）〜143℃（290〓）で
ある。一方、36％装入ブラツク混合物の温度は、
166℃（330〓）〜182℃（360〓）である。生成す
る混合物を次いで冷い２本ロールミルに２回通
し、次の検査のためにシートに成形する。 混合物の吸湿性 上述のようにバンバリー混合機で調製された種
種のエチレン／エチルアクリレート混合物のシー
トをさいの目形に切断し、次いで、粒状化して、
適当な試験試料を作る。粒状混合物2gの試料を
既知の重量のガラス坩堝中で秤量し、87.8℃
（190〓）で夜通し乾燥して混合物中全ての水分を
除去する。乾燥器中で冷却後、mgの1/10までの精
度で秤量する。次に、混合物を室温で75％の相対
湿度の条件に維持されている乾燥器に装入する。
次に、混合物を１時間後に秤量し、その後は恒量
となるまで定期的に秤量し、必要に応じて３日以
上継続する。平衡吸湿度を混合物の重量％として
計算する。 体積抵抗率 この試験方法をカーボンブラツクを含有する樹
脂混合物の体積抵抗率の測定に使用する。下記
に、試験試料として使用する圧縮成形板を上記の
ようなバンバリー混合機で調製したシート状混合
物から作る方法を説明する。２本ロールミルで調
製したシート状混合物から、17.8cm×17.8cm
（7″×7″）の試料を切り取る。次に、寸法が17.8
cm×17.8cm（7″×7″）のキヤビテイを有する圧縮
型をポリエチレンテレフタレート膜の剥離層で内
張りし、試験試料をこの膜の上に置く。上部剥離
カバーとして、ポリエチレンテレフタレート膜を
配置する。蓋を施した圧縮型は0.689MPa（100p.
s.i.）の蒸気を導入することにより、例えば160℃
（320〓）の温度に維持されている圧縮プレス内に
置く。圧縮型が160℃（320〓）の温度に達した時
点で圧縮プレスのラム圧を、ゼロから18.144Kg
（20トン）の読みまで上昇させ、５分間にわたり
維持する。試料に対する圧力は約5.63MPa（816p.
s.i.）である。次に、圧縮型を高温圧縮プレスか
ら取り出し、冷間圧縮プレスに装入し、ほぼ室温
に冷却されるまで、同様に18.144Kg（20トン）の
ラム圧に維持する。17.8cm×17.8cm（7″×7″）の
寸法の圧縮塑造板を次に型から取り出し、次いで
バリ取り処理する。 次に、体積抵抗率試験法のための実際の試料を
調製するため、17.8cm×17.8cm（7″×7″）の圧縮
塑造板から5.1cm×15.2cm（2″×6″）の寸法の試料
を切り取る。試験試料を次いで銀ペイント（エチ
ルアルコール中の銀導電性被覆）で各端部を塗装
して、約12.7mm（1/2″）巾の銀電極を作る。乾燥
後、試料の未塗装部分について、電極間の正確な
距離、平均巾および平均厚さを定めるために測定
する。次に、試料を、上部ガラス板の端縁が試料
の端縁に均等に並ぶように相互に横方向に配置さ
れている20.3cm×15.2cm（8″×6″）のガラス板間
に置く。次に、真鍮シムを試料の塗装された各端
部の上下に設置する。抵抗値測定用のデジタルモ
デルH102120マルチメータ計器に導くわに口クリ
ツプを真鍮シムに取付ける。 試料の抵抗値は90℃に維持されている炉内で最
初に測定してこの温度における抵抗値を得る。該
測定の際、抵抗値は、90℃で３分後に最初に測定
し、次の読みは次の30分の間、２分間隔で取る。
30分後に、試料が全部で60分間90℃の炉内にある
まで、５分毎に読み取る。90℃における試料の抵
抗値は、読みが一定になる点としてグラフに描き
入れる。抵抗測定値を次いで次式による試料の体
積抵抗率の計算に使用する。 体積抵抗率（オームcm）＝Ｒ×Ａ／Ｌ ここで、Ｒは、試料の抵抗値（オーム）であ
り、 Ａは、試料の未塗装部分の断面積（cm²）で
あり、 Ｌは、試料の各端部に塗装された２つの 銀電極間の距離（cm）である。 本発明は、代表的な混合物の詳細な調製を説明
する下記の実施例を参照することにより一層容易
に理解される。本発明の多くのその他の態様が存
在することは勿論のことであり、これ等は、本発
明の十分な開示から、当業者にとつて明白であ
り、従つて、これ等の実施例は、例示の目的のみ
のために与えられているものであつて、本発明の
範囲を如何なる態様においても制限する意図を有
するものではないことが認識されよう。 更に、前記したように、適当な液体供給原料お
よび燃焼用燃料とが選択される範囲はきわめて広
い。しかしながら、これらの実施例の総てにおい
ては、同一の液体供給原料と燃料とを使用してい
る。これは使用可能な物質を制限することを意図
するものでは全くない。実施例においては、液体
炭化水素の供給原料として、燃料であるサイレイ
DXを使用した。該燃料は90.4重量％の炭素成分、
7.56重量％の水素成分、1.5重量％の硫黄成分、
4.4重量％のアスフアルテン成分、0.049重量％の
灰分、0.995の水素対炭素比、2.8ppmのナトリウ
ム成分、0.73ppmのカリウム成分、135のB.M.C.
I.、1.10のASTM D287による比重、−3.1のAPI
比重、542.9の54.4℃（130〓）でのSSU粘度
（ASTM D88）、および63.3の98.9℃（210〓）で
のSSU粘度を有するものである。これらの実施
例の総てに燃料として使用されている天然ガス
は、9.85モル％の窒素、0.18モル％の二酸化炭
素、86.68モル％のメタン、3.07モル％のエタン、
0.19モル％のプロパン、0.01モル％のイソブタン
および0.02モル％のｎ―ブタンから実質的にな
る。 実施例 １ この実施例では、別個の流れとして、または予
め燃焼されたガス状反応生成物としてのいずれか
である燃焼ガス発生用反応剤、即ち、燃料および
オキシダントを一次燃焼領域に供給する装置を備
えた適当な反応装置を使用する。該反応装置は更
に、該反応装置に対し下流に導入されるべきカー
ボンブラツク製造用炭化水素供給原料および燃焼
ガスの両者を供給する手段および追加量の水を導
入するための手段等を備えている。該反応装置は
金属のような任意の適当な材料から作ることがで
き、耐火性断熱材を有するか、または好ましくは
水である再循環用液体のような冷却装置で包囲さ
れているかのいずれかである。更に、該反応装置
は温度および圧力の記録手段と、カーボンブラツ
ク形成反応を冷却するための噴霧ノズルのような
手段と、カーボンブラツク生成物を冷却するため
の手段と、他の望ましくない副産物からカーボン
ブラツクを分離して回収するための手段とを備え
ている。 ここで使用する装置を一層詳細に説明すると、
第１段階は、供給原料を噴射する前に、ガスが殆
んど完全に予め形成されるように使用する。好適
なバーナとして、1.035cm（40.75″）の長さにわた
り0.22m（8.75″）の直径を有し、次の0.305m（12″）
にわたり0.135m（5.3″）の直径に円錐状に縮減さ
れている包囲された反応容器を用いる。変換領域
と称する第２領域は第１領域またはバーナ領域に
連結してあり0.135m（5.3″）の直径と、0.229m
（9″）の長さとを有している。液体供給原料が、
所望の数のオリフイスを通つて凝集流として噴射
されるのはこの領域である。供給原料は、これが
燃焼ガス流中に適度に貫通することを保証するの
に充分な条件下で噴射され、これにより反応炉内
でのコークス形成の問題が防止される。得られた
高温ガス流は次にカーボンブラツクが形成される
反応領域と呼ばれる第３領域に入る。この領域は
反応が冷却される部位まで延びている。本実施例
の場合には、該反応領域は0.914m（36″）の直径
および7.32m（24フイート）の長さを有する部分
と、該部分に続く0.69m（27″）の直径および
3.35m（11フイート）の長さを有する部分とから
成る。 従つて、この実施例を実施する際、140％の第
１段階の燃焼は、0.103MPa（15p.s.i.g）の圧力下
で0.0376m³／秒（4930s.c.f.h.）の速度の天然ガス
と、0.447m³／秒（60・100s.c.f.h.）の速度の399
℃（750〓）に予熱されたバーナ空気とを装入す
ることにより達成される。燃焼室圧力またはバー
ナ圧力は8.8KPa（水銀柱2.6″）である。これは変
換領域内に早い線速度で下流方向へ流れる高温燃
焼ガス流を生じさせる。変換領域では204℃（400
〓）に予熱された供給原料を1.36MPa（197p.s.i.
g.）の圧力下で0.062Kg／秒（54ガロン／時）の
速度で燃焼ガス流中に実質的に横方向へ噴射す
る。供給原料は妨害されていない４つの開口部を
通して噴射され、該各開口部は、0.74mm（0.029″）
の寸法を有し、燃焼ガス流の周辺に位置してい
る。ガス流は次いで、反応領域に入り、1.3秒の
滞留時間の後に、743℃（1370〓）の温度に水冷
される。この反応の総燃焼率（％）は46.8％であ
る。このカーボンブラツクの分析特性および物理
特性を表に示す。このブラツクは、実施例２お
よび実施例３に対する対照物質として利用する。 実施例 ２ 実施例１の装置を用い、条件を若干変えて実施
例１の操作を繰返す。特に、399℃（750〓）に予
熱されている燃焼用空気を0.477m³／秒（60・
100s.c.f.h.）の速度で燃焼室内に送給し、天然ガ
スを0.110MPa（16p.s.i.g.）の圧力下で0.067m³／
秒（4930s.c.f.h.）の速度で導入する。この場合に
は、一次燃焼の達成に使用される空気およびガス
の全ガス容量に基づき5.4容量％に相当する水を
0.0261m³／秒（20ガロン／時）（3510s.c.f.h.）の
速度で燃焼用空気と共にバーナに供給する。燃焼
室内に空気と共に水が装入された結果として、水
は供給原料の噴射の前に、燃焼ガス流と良好に混
合される。これ等の条件下における一次燃焼率は
138.3％であり、燃焼室内の圧力は9.4KPa（水銀
柱2.8″8）である。次に、202℃（395〓）に予熱
されている液体供給原料の凝集ジエツト流を
0.063Kg／秒（55ガロン／時）の速度で1.35MPa
（195p.s.i.g.）の圧力下に混合されている水蒸気を
含有する燃焼ガス流中に添加する。反応炉内の滞
留時間は1.3秒であり、次いで反応ガスは、727℃
（1340〓）に水冷させる。この操作の総燃焼率
（％）は46.5％である。生成したブラツクは通常
の方法で回収され、その分析特性および物理特性
を表に示す。 実施例 ３ 実施例１及び２の手順を繰返す。同一の装置を
使用し、操作条件を若干変える。本例では、ガス
を0.103MPa（15p.s.i.g.）の圧力下で0.0366m³／秒
（4290s.c.f.h.）の速度で供給する。一方、393℃
（740〓）に予熱された燃焼用空気は、ガスと空気
との全ガス容量に基づき10.8容量％になるように
計算して0.0522m³／秒（40ガロン／時）（7020s.c.
f.h.）の速度で予め導入されている水を含有して
おり、0.447m³／秒（60・100s.c.f.h.）の速度でバ
ーナに供給する。これ等の条件により9.8KPa（水
銀柱2.9″）である燃焼室圧力と138.5％の一次燃焼
率とが得られる。197℃（387〓）に予熱されてい
る供給原料は、0.063Kg／秒（55ガロン／時）の
速度で1.32MPa（191p.s.i.g.）の圧力下に４つの妨
害されていない開口部を通して噴射する。反応炉
内の滞留時間は1.3秒であり、これに続いて炭素
形成反応は、788℃（1450〓）の温度に水冷して
停止させる。反応の総燃焼率（％）は46.6％であ
る。ブラツクの回収は慣用の方法で行う。このブ
ラツクの分析特性および物理特性を表に示す。

【表】 次の２つの実施例４および実施例５は、本発明
が大きい表面積を有するブラツクを作るためにカ
ーボンブラツク形成反応の総燃焼率（％）を増大
する周知の技法に影響を与えないことを示すため
の例である。換言すれば、総ての他の条件がほぼ
同様のとき、本発明による水の添加が大きい表面
積を有するブラツクの生成をもたらすことは実施
例１〜実施例３に既に示されている。従つて、総
燃焼率（％）を上昇させると、ブラツクの表面積
が増大することは周知なので、実施例４および実
施例５では、本発明の技法を従来の技法と組合わ
せた場合に、ブラツクの表面積を更に増大できる
ことを示す。これは、実施例３を実施例４及び５
と比較することにより明瞭に証明され、実施例４
及び５では、総燃焼率（％）は46.6％〜49.9％お
よび56.5％に夫々上昇させ、その他は、ほぼ同様
であり、特に、添加水の量、即ち、10.8体積％お
よび約138％の一次燃焼率は実質的に同一である。 実施例 ４ 下記に示す以外は実施例１〜実施例３の手順お
よび装置を使用する。404℃（760〓）に予熱され
た燃焼用空気は0.447m³／秒（60100s.c.f.h.）の速
度で燃焼室に導入する。ガスは0.103MPa（15p.s.
i.g.）の圧力下で0.0365m³／秒（4910s.c.f.h.）の
速度で導入する。この場合には、燃焼用空気と共
に導入する添加水の量は、実施例３の場合と同一
であり、即ち、0.0522m³／秒（40ガロン／時）
（7020s.c.f.h.）または10.8容量％である。これ等
の条件下では、燃焼領域または燃焼室内の圧力は
8.8KPa（水銀柱2.6″）であり、一次燃焼率は138.8
％である。199℃（390〓）に予熱されている液体
供給原料は0.057Kg／秒（49ガロン／時）の速度
で1.12MPa（162p.s.i.g.）の圧力下に１体流の形状
で夫々0.74mm（0.029″）の寸法を有する４つの開
口部を通して噴射する。滞留時間は1.3秒であり、
次いで高温ガスを760℃（1400〓）の温度に水に
より冷却させる。反応の総燃焼率（％）は49.9％
である。ブラツクは常法により回収する。その分
析特性および物理特性を表に示す。 実施例 ５ 実施例１〜４の装置及び手順を若干変更して繰
返す。天然ガスは0.110MPa（16p.s.i.g.）の圧力下
で0.0367m³／秒（4930s.c.f.h.）の速度で燃焼領域
に導入する。399℃（750〓）に予熱されている燃
焼用空気は実施例３〜４と同一の量の添加水、即
ち、0.0522m³／秒（40ガロン／時）（7020s.c.f.h.）
または10.8容量％の添加水を含有しており、
0.447m³／秒（60100s.c.f.h.）の速度で供給する。
燃焼室内の圧力は8.4KPa（水銀柱2.5″）であり、
一次燃焼率は138.4％である。171℃（340〓）に
予熱されている液体供給原料は0.046Kg／秒（40
ガロン／時）の速度で1.05MPa（152p.s.i.g.）の圧
力下に燃焼ガス流中に噴射する。反応は1.2秒の
滞留時間の後に、760℃（1400〓）の温度に水冷
して停止させる。ブラツクは常法により採集し、
回収する。この反応の総燃焼率（％）は56.5％で
ある。この実施例によるブラツクの分析特性およ
び物理特性を表に示す。

【表】 表に示されているデータは、ブラツクの表面
積の増大が得られる本発明の方法が、増大された
総燃焼率（％）と組合わせた場合に、さらに向上
されることを明瞭に示している。 残りの実施例は、非常に大きい表面積および５
以下のPH値を有し、しかも導電性ブラツクとして
使用するのに極めて好適である新規なフアーネス
ブラツクを製造する本発明の方法の融通性を示
す。 実施例 ６ 本例の装置は、変換領域が同一寸法を有してお
り、0.74mm（0.029″）ではなく0.97mm（0.038″）の
寸法を有する４つの妨害されていないオリフイス
を含む以外は、実施例１〜５に使用したものとほ
ぼ同様である。更に、概念的に同様であるが、本
例で使用する装置の第１段階の寸法は、包囲され
た反応容器が、0.0135m（5.3″）の距離にわたり
0.0135m（5.3″）の直径に円錐形に縮小する前に
0.676m（26.6″）の長さで0.213m（8.4″）の直径を
有する点で異なつている。この場合には、また第
３領域または炭素形成が完了する領域が0.914m
（36″）の直径および4.88m（16フイート）の長さ
を有している。装置のこれ以外の残部は、前記に
示したとおりである。従つて、この実施例を実施
する際、377℃（710〓）に予熱されている燃焼用
空気は0.526m³／秒（70700s.c.f.h.）の速度で燃焼
領域に供給し、天然ガスは0.179MPa（26p.s.i.g.）
の圧力下で0.0487m³／秒（6540s.c.f.h.）の速度で
供給する。添加水は0.0457m³／秒（35ガロン／
時）（6140s.c.f.h.）または7.3容量％の量で燃焼用
空気と共に反応炉に供給する。更に、酸素は燃焼
室に0.0520m³／秒（7000s.c.f.h.）の速度で添加す
る。これらの条件により180％の一次燃焼率およ
び17.2KPa（水銀柱5.1″）の燃焼室圧力が得られ
る。生成する高温燃焼ガス流は変換領域に流入
し、該領域には液体供給原料の凝集ジエツト流を
夫々0.97mm（0.038″）の寸法を有する４つの開口
部を通して周辺から燃焼ガス中に噴射させる。供
給原料は204℃（400〓）に予熱して、1.49MPa
（216p.s.i.g.）の圧力下で0.117Kg／秒（101ガロ
ン／時）の速度で供給する。反応の滞留時間は
0.7秒であり、次いでガス流は、760℃（1400〓）
の温度に水冷する。この方法の総燃焼率（％）は
48.1％である。ブラツクは常法により収集した
後、ペレツト化し、次いで740m²／ｇの沃素表面
積と、3.2のPHと、197c.c.／100gのDBPと、132％
の呈色強さとを有するブラツクが得られるのに充
分な性質の酸化条件下に乾燥させる。他のデータ
は表に示す。 実施例 ７ この例では下記の特定の条件を除き、実施例６
と同様の手順および装置を用いる。377℃（710
〓）に予熱された燃焼用空気は、一次燃焼ガスを
製造するのに使用される反応剤の全量に基づき
7.9容量％である0.0457m³／秒（35ガロン／時）
（6140s.c.f.h.）の速度で導入される水をその中に
混合して含有しており、0.529m³／秒（71.100s.c.
f.h.）の速度で燃焼室に導入する。天然ガスは
0.069MPa（10p.s.i.g.）の圧力下で0.0248m³／秒
（3340s.c.f.h.）の速度で第１領域に供給する。本
例では、酸素を0.0260m³／秒（3500s.c.f.h.）の速
度で燃焼領域にまた添加する。これ等の条件下で
は、298.7％の一次燃焼率が得られ、燃焼室圧力
は10.8KPa（水銀柱3.2″）であることが見出され
た。207℃（405〓）に予熱された液体供給原料
は、夫々0.91mm（0.036″）の寸法の４つの妨害さ
れていない開口部を通して凝集ジエツトまたは流
の形状で燃焼ガスの高温、高速流中に噴射する。
液体供給原料は0.115Kg／秒（99ガロン／時）の
速度で1.69MPa（245p.s.i.g.）の圧力下において噴
射する。第３段階または反応領域は2.74m（９フ
イート）の長さと、0.686m（27″）の直径とを有
する部分を付随している、7.31m（24フイート）
の長さと、0.91m（36″）の直径とを有する部分が
構成されている。１秒の反応炉滞留時間の後に、
反応を、760℃（1400〓）の温度に水冷して停止
させる。この方法の総燃焼率（％）は47.7％であ
る。このブラツクの分析特性および物理特性を表
に示す。 実施例 ８ 下記の僅かな変更以外は実施例６の手順および
装置を使用し、次の操作を実施する。374℃（705
〓）に予熱された燃焼用空気は、一次燃焼を準備
するのに使用される反応剤のガス容量に基づき
7.7容量％または0.0457m³／秒（35ガロン／時）
（6140s.c.f.h.）の速度で導入されている添加水を
内部に同伴して含有しており、0.528m³／秒
（71000s.c.f.h.）の速度で反応装置の第１領域へ導
入する。また、0.145MPa（21p.s.i.g.）の圧力下で
0.0412m³／秒（5540s.c.f.h.）の速度の天然ガス
と、0.0260m³／秒（3500s.c.f.h.）の速度の酸素と
を燃焼室に装入する。これにより179.6％の一次
燃焼率が得られ、燃焼室の圧力は13.8KPa（水銀
柱4.1″）である。生成するガス状流を変換領域
〔長さが0.229m（9″）で直径が0.134m（5.3″）であ
る〕に装入し、207℃に予熱されている液体供給
原料は、0.97MPa（140p.s.i.g.）の圧力下に0.100
Kg／秒（86ガロン／時）の速度で、1.02mm
（0.040″）の寸法の４つの妨害されていないオリ
フイスを通して１体流としてガス流中に噴射す
る。ガス流は、２区分からなつている反応室に装
入する。この２つの区分の１つは0.91m（36″）の
直径で7.32m（24フイート）の長さを有し、次の
１つは2.44m（８フイート）の長さと0.686m（27″）
の直径とを有する。１秒の滞留時間後に、反応は
760℃（1400〓）に水冷して停止させる。次に、
ブラツクを回収し、ペレツト化した後、酸化条件
下で乾燥させる。この方法の総燃焼率（％）は
14.9％である。このブラツクの分析特性および物
理特性を、表に示す。 実施例 ９ 本例では下記の点を除いて実施例８で使用され
たものと基本的に同様な装置および手順を使用す
る。0.0261m³／秒（20ガロン／時）（3510s.c.f.h.）
の速度でその内部に噴射されている添加水を含有
する399℃（750〓）に予熱された燃焼用空気を
0.526m³／秒（70.700s.c.f.h.）の速度で燃焼室に導
入する。この水の量は第１段階の反応体の実質的
に4.5容量％に相当する。天然ガスは、0.179MPa
（26p.s.i.g.）の圧力下で、0.05m³／秒（6700s.c.f.
h.）の速度で第１段階に噴射する。この条件下
で、一次燃焼率は119.8％であり、燃焼室内の圧
力は、12.2KPa（水銀柱3.6″）である。次に、ガス
状燃焼生成物の高温流は変換領域に入る。該領域
に、166℃（330〓）に予熱された液体供給原料を
2.20MPa（320p.s.i.g.）の圧力下で周辺からガス流
れ内部に噴射する。供給原料は夫々0.57mm
（0.0225″）の寸法を有する４つの妨害されていな
い開口部を通して0.051Kg／秒（44ガロン／時）
の速度で噴射する。1.0秒の滞留時間の後に、反
応は760℃（1400〓）の温度に水冷して停止させ
る。この方法の総燃焼率（％）は55.5％である。
ブラツクは、回収し、ペレツト化した後に低PH生
成物を生じるような酸化条件下で乾燥させる。分
析特性および物理特性を表に示す。 実施例 10 下記の点を除いて実施例９の手順および装置を
使用して繰返す。377℃（710〓）に予熱されてい
る燃焼用空気は、一次燃焼を生じるのに使用され
る天然ガスと燃焼用空気との全量に基づき8.3容
量％または0.0405m³／秒（31ガロン／時）（5440s.
c.f.h.）の速度で内部に同伴されている添加水と
共に0.450m³／秒（60500s.c.f.h.）の速度で燃焼室
中に供給する。天然ガスは0.117MPa（17p.s.i.g.）
の圧力下で0.0365m³／秒（4910s.c.f.h.）の速度で
第１領域に導入する。一次燃焼率は139.7％であ
り、燃焼室の圧力は9.1KPa（水銀柱2.7″）である。
次に、ガス状生成物の高温流を夫々0.64mm
（0.025″）の寸法を有し周辺のまわりにある４つ
の妨害されていないオリフイスを備える変換領域
内に送る。166℃（330〓）に予熱されている液体
供給原料は、1.15MPa（167p.s.i.g.）の圧力下に
0.048Kg／秒（41ガロン／時）の速度で４つのオ
リフイスを通してガス流中に噴射する。反応の滞
留時間は1.2秒とし、その後水で760℃（1400〓）
の温度に冷却させる。総燃焼率（％）は55.9％で
ある。ブラツクは回収し、ペレツト化した後に、
低PHのブラツクが作られるような酸化条件下で乾
燥させる。得られたブラツクの分析特性および物
理特性を表に示す。 実施例 11 実施例10の手順に忠実に従い、一次燃焼ガスの
生成に使用されるガスと空気との全量に基づき
10.5容量％に相当する0.060m³／秒（46ガロン／
時）（8070s.c.f.h.）の速度で同伴する添加水を内
部に含有しており、391℃（735〓）に予熱された
燃焼用空気を0.522m³／秒（70100s.c.f.h.）の速度
で燃焼室に導入する。天然ガスは0.124MPa（18p.
s.i.g.）の圧力下で0.050m³／秒（6750s.c.f.h.）の
速度で第１領域に導入する。この結果、119.9％
の一次燃焼率と、10.4KPa（水銀柱3.1″）の燃焼室
圧力とが生じる。生成する水含有燃焼ガスの高温
流は、変換領域に導入し、該領域では、154℃
（310〓）に予熱されている液体供給原料を0.57mm
（0.0225″）の寸法を有する４つの妨害されていな
いオリフイスを通して該高温流中に周辺から噴射
する。供給原料は1.17MPa（170p.s.i.g.）の圧力下
で0.048Kg／秒（41ガロン／時）の速度で供給し、
これにより、燃焼ガス流の適正な貫通が保証され
る。反応炉中の滞留時間は1.0秒であり、次いで
729℃（1345〓）に水冷して反応を停止させる。
この方法の総燃焼率（％）は57％である。ブラツ
クは、回収しペレツト化した後に、酸化条件下で
乾燥させる。この実施例のブラツクの他の詳細を
表に示す。

【表】 前記のデータから、本発明の方法が特に大きい
表面積を有するフアーネスブラツクを生成させる
ことは明白である。更に、これらのデータは本発
明の炉式方法によるブラツクの導電性特性が極め
て導電性のガス化法の副産物であるブラツクのも
のに匹敵することを示している。 本発明を特定の態様について説明したが、これ
に制限されるものではなく、本発明の精神または
範囲から逸脱することなく、本発明の他の改変及
び修正が可能なことは、当業者にとつて明白であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１領域で、燃料とオキシダントとを反応さ
   せて高温一次燃焼ガス流を生成させ、第２領域
   で、カーボンブラツク生産用液体炭化水素供給原
   料を複数の凝集ジエツトの形で、該供給原料の剪
   断と混合のための貫通度を可能にする圧力下に、
   燃焼ガス流の流れの方向に対して実質的に横方向
   に燃焼ガス流の周辺から噴射し、第３領域で、前
   記供給原料を分解し、カーボンブラツクに変換し
   た後に冷却によりカーボンブラツク形成反応を終
   了させ、次に、生成するカーボンブラツクを冷却
   し、分離し、次いで回収することを含む増大した
   表面積を有するフアーネス カーボンブラツクの
   モジユール式製造方法において、 前記第１領域に、水を、一次燃焼ガスを製造す
   るのに使用される燃料とオキシダントとの全ガス
   容量に基づき４容量％〜15容量％の量の水蒸気の
   形態で導入してガス状燃焼生成物の流れと良く混
   合すること、 前記第３領域内でのカーボンブラツク形成反応
   を、少くとも0.5秒の滞留時間にわたり維持する
   こと、および、 全工程の操作を、総燃焼率40％〜60％で行うこ
   と、 を特徴とする前記フアーネス カーボンブラツク
   の製造方法。 ２ 水蒸気の形態の水の量が、4.6容量％〜11容
   量％の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 水蒸気の形態の水の量が、９容量％〜11容量
   ％の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ４ 添加する水を、オキシダントと共に導入する
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 滞留時間が、少くとも1.0秒である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ６ 総燃焼率が、46％〜57％の範囲にある特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ７ 少くとも600m²／ｇの沃素表面積と、５より
   少いPH値と、少くとも160c.c.／100gのDBP値とを
   有することを特徴とするフアーネス カーボンブ
   ラツク生成物。 ８ 沃素表面積が、少くとも800m²／ｇである特
   許請求の範囲第７項記載の生成物。 ９ 沃素表面積が、800m²／ｇ〜1100m²／ｇであ
   る特許請求の範囲第７項記載の生成物。 １０ PHが、２〜４の範囲にある特許請求の範囲
   第７項記載の生成物。 １１ PHが、２〜４の範囲にある特許請求の範囲
   第８項記載の生成物。 １２ PHが、３〜４の範囲にある特許請求の範囲
   第７項記載の生成物。 １３ PHが、３〜４の範囲にある特許請求の範囲
   第８項記載の生成物。 １４ DBP値が、180c.c.／100g〜350c.c.／100gの
   範囲にある特許請求の範囲第７項記載の生成物。 １５ DBP値が、180c.c.／100g〜350c.c.／100gの
   範囲にある特許請求の範囲第８項記載の生成物。 １６ DBP値が、180c.c.／100g〜275c.c.／100gの
   範囲にある特許請求の範囲第８項記載の生成物。 １７ PHが、３〜４の範囲にあり、およびDBP
   値が、180c.c.／100g〜275c.c.／100gの範囲にある
   特許請求の範囲第９項記載の生成物。