炭素質物質を活性化するシステムおよび方法
【解決手段】 炭素質物質を活性化するシステムは、５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する炭素質物質原料装置と、前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、前記温浸装置と連通している、酸性混合溶液を提供する酸性原料装置と、前記温室装置と連通している、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、前記分離装置と連通している、前記温浸炭素質物質を乾燥して前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、前記炭素質物質を活性化させて活性化炭素質物質を生成する熱装置とを含み、前記熱装置は、前記炭素質物質を前記乾燥装置から受け入れる注入口と、前記活性炭素質物質を前記熱装置から出す放出口とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に属する技術分野は炭素質物質の生成に関し、より具体的には、炭素質物質の活性化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
活性炭素質物質（例えば、活性炭）は、大きい表面積を有し、それ故大きな吸着能力を有する多孔性物質であり、様々な目的の吸着剤として広範囲の目的に使用される。例えば、活性炭は、ガスおよび蒸気の吸着、溶媒の回収、ガスの浄化、ガスの消臭、および水の処理、溶液の漂白または浄化するため液体に接触するのに使用される。また、活性炭は触媒用のキャリアとして使用される。その高い非特異的な吸着特性のため、活性炭は最も広く使用されている吸着剤である。更に、法定要件および高まる環境意識は、活性炭の需要の高まりを導いている。
【０００３】
活性炭は、一般に炭化（例えば、熱分解、くん焼、コークス化）され、続いて適切な炭素を含有する出発物質の次の活性化によって得られる。炭化処理中の揮発性成分の除去によるおよび活性化中の焼き払いによる重量損失が多量であるため、経済的に実行可能な収率をもたらす炭素質出発物質が好ましい。生成される活性炭の条件（微細な多孔性または粗い多孔性、強固または脆いなど）は、炭素含有出発物質次第である。標準的な炭素質の出発物質の例は、ココナッツシェル、木屑、泥炭、硬質炭、ピッチだけでなく、特定のプラスチック（例えば、スルホン化ポリマー）も含み、これらは小さい顆粒または球体の形状で活性炭の製造においてとりわけ主要な役割を果たす。
【０００４】
様々な形状の炭素（微粉炭、裂炭、粒状炭、成形炭、粒状炭素、および球状炭素）が使用される。粒状炭（特に、球状炭）は、例えば上述した用途の多くを含む特定用途の分野に非常に大きな需要がある。活性炭は、通常管状窯（すなわち回転式管状炉）で製造される。例えば、前記窯の開始時に導入される原料電荷の位置と、前記窯の終了時に放出される最終産物の位置がある。
【０００５】
例えば、還元金属または金属酸化物との同時製造で有機物質から活性炭を製造することが知られている。このプロセスは、前記有機物質から可燃性蒸留ガスを生成し、それを少なくとも１つの金属化合物を含有する物質と前記金属化合物が炭素との反応によって還元される温度で接触させるながら、少なくとも２００℃の温度で有機物質を加熱する。このプロセスは、前記有機物質が前記回転窯の１つの端部の中に放出され、且つ前記回転窯の対向する端部の中に空気または酸素が放出される前記回転窯で達成される。別のプロセスは、２５％の水性炭酸カリウムの使いの後、回転窯内の亜炭コークスを活性化する。これらの両方のプロセスは、例えば、前記回転窯が概して６５０〜８５０℃の温度で動作されることが要求され、さらに炭素を活性化するのに３〜５時間の滞留時間が要求される。
【０００６】
別のプロセスは、化学活性化剤が含浸された炭素質の原料を含み、これらプロセスの両方は活性化炉の間接加熱を介して前記粒子への伝熱速度を制御することにより、且つ移動経路に沿って一定の間隔で独立してせいぎょされたスイープガスの流れを同時に導入することによって取り扱われる。使用されるさらに別のプロセスは、粉末状の炭素材（例えば、結合剤としてのすす、瀝青炭、無煙炭、木炭、およびピッチなど）からの球状活性炭を製造する方法を含む。球状活性炭は、凝集、乾燥、炭化、および活性化によって製造される。また、別のプロセスは、溶媒凝集および５５０〜１，０００℃のアンモニア雰囲気で、追加の水蒸気処理によってピッチからの球状活性炭の製造を含む。さらなる方法は、粘度調整剤と使用してピッチおよびアモルファス石炭粒子からの球状炭素質物質および球状活性炭の製造に関するプロセスを含む。これらのプロセスは、球状出発物質の製造は、追加のプロセス段階を必要とするので、機材および技術において高価である。
【０００７】
非常に高い吸着能およびＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ，ａｎｄ Ｔｅｌｌｅｒ ｍｅｔｈｏｄ）表面を有する成形活性炭の生成は、活性上昇の程度として硬度および耐摩耗性の低減によって制限されるものであり、これは前記プロセスの性質に起因する。
【０００８】
更に、炭化位相またはこれらのプロセスのステップは、多量の酸性反応生成物を生成する傾向があり、この酸性反応生成物は回転窯に極めて腐食性を生じる傾向があり、そして、回転管状窯材料の腐食抵抗に極めて高い要求を課す。多くの場合、前記回転窯は、活性化の高温過程から切り離されて炭化の腐食性の処理過程に適応するため、異なる別々の区画またはステージから成っており、これにより、前記炭化ステップの腐食性に抵抗する高価な金属から単一の回転窯を作成しなければならないのを防ぐものである。
【０００９】
また、従来のプロセスは、多種多様なサイズの炭素質物質原料を使用する。例えば、従来のプロセスの原料は、１〜２，０００ミクロンのサイズでいろいろである。活性化の間、この供給原料のかなりの割合が消費される。従来のプロセスに関連する別の一般的な問題は、活性化時間が非常に大きいので前記プロセスが通常最小のプロセス変更に応答しないことである。例えば、炭素質原料を従来のプロセスで活性化するのに５時間かかり、前記活性化炭化質物質の特性を変えたい場合、滞留時間の小さい変更はそのような特徴の変化をもたらさない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施形態において、炭素質物質を活性化するシステムおよび方法（「炭素質物質を活性化するシステム」）は、従来の方法よりより効率的に且つ低コストで活性炭素質物質を生成する。本発明のシステムの炭素質物質原料製造装置、マイクロ波乾燥装置、温浸装置、および乾燥装置のうちの任意のまたは全てによって生成される炭素質物質のサイズおよび純度ため、活性化装置への炭素質物質原料は、少ないエネルギー消費で、複数の用途に使用できるより有効な活性炭素質物質を生成する。この効率は、これらのプロセスとともに温度、時間、および酸化剤の量を制御することを通して前記活性化装置で達成されて、少ないエネルギー投入で高品質の活性炭素物質物質を生成する。
【００１１】
さらに、炭素質物質を活性化するシステムのこれらの装置およびプロセスの全体に亘る増加により、前記プロセスの間の炭素質物質の損失が約６０％から約３０％に大幅に減少する。原料の高コストとともに、この損失の大幅な減少は、炭素質物質を活性化するシステムの付加的な利益を提供する。さらに、前記炭素質物質を活性化するシステムは、排気からコールタールを回収してリサイクルされ、熱装置（例えば、前記炭素質物質を活性化するシステムの回転窯）を加熱するガス燃焼バーナーで使用される。さらに、いずれの特定の論理に縛られることなく、前記炭素質物質を活性化するシステムの温浸装置によって温浸された炭素性物質原料はさらに、前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムの前記活性化装置を通して活性化時間を短縮することができる。
【００１２】
また、炭素質物質を活性化する本発明のシステムの炭素質物質原料製造装置、マイクロ波乾燥、温浸装置、および／または乾燥装置からの原料は、活性化装置用の均一な原料を生成し、これはさらに前記プロセスの活性化の効率を改善し、回転窯での滞留時間を減少させる。炭素質物質を活性化する本発明のシステムのこれら開始時の装置はさらに、大幅に少ない量の炭素質物質埃および微粉を生成し、そしてさらに、その活性化の効率を高める。更に、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、機械的、化学的、および熱プロセスを組み合わせて使用して、従来のプロセスより大幅に速く活性化する活性炭素質物質を提供する。炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、炭素質物質を活性化するのをより早く、より効果的なプロセスであるので、短いプロセスの変化により敏速に対応する。例えば、炭素質物質を活性化する本発明のシステムで例示的な活性炭素質物質の特性を変化させるためには、滞留時間の僅かな変更で、そのような修正された特性を有する活性炭素質物質を生成する。１つの観点において、前記炭素質物質は、約２００ｍ２／ｇ〜約１，５００ｍ２／ｇの表面積を有し、標準的な範囲は５００ｍ２／ｇ〜１，０００ｍ２／ｇである。更に、比較的小さい表面積を有する炭素質物質は、比較的低酸化率、比較的低温度、短い滞留時間、比較的深い床底、またはこれらの任意の組み合わせを使用して生成される。反対に、比較的大きい表面積を有する炭素質物質は、比較的高酸化率、比較的高温度、長い滞留時間、比較的浅い床底、またはこれらの任意の組み合わせを使用して生成される。
【００１３】
１つの実施形態において、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する炭素質物質原料装置と、前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を提供する酸性原料装置と、前記温浸装置と連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、前記分離装置と連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する分離装置と、前記炭素質物質を活性化して活性炭素質物質を生成する活性化装置であって、この活性化装置は前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記活性炭素質物質を前記熱装置から出す放出口とを有するものである前記活性化装置とを有する。
【００１４】
別の実施形態において、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、物質的な供給原料として、前記炭素質物質を望ましいサイズにサイズ設定する第１の振動篩装置と、前記第１の振動篩装置と連結している、５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する密度差異分離機器と、前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を前記第１の温浸装置に提供する酸性原料装置であって、Ｈ２０の源と、ＨＦの源と、Ｈ２ＳｉＦ６の源を含むものであり、当該ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２０は、前記第１の温浸装置に提供される前に、予め定められた比率で一緒に混合されて前記酸性混合溶液を形成するものである前記酸性原料装置と、前記温浸装置と連通している、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、前記分離装置と連通している、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、前記炭素質物質を活性化させて活性炭素質物質を生成する熱装置であって、この熱装置は前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、当該熱装置から前記活性炭素質物質を出す放出口とを有するものである前記熱装置とを含む。
【００１５】
更に別の実施形態において、炭素質物質を活性化するシステムはさらに、前記乾燥装置と前記熱装置の注入口を直接接続する導管を含む。前記熱装置は、当該熱装置の注入口に実質的に隣接するように配置されている、当該熱装置の内部チャンバーの中に蒸気を注入する水蒸気源を含む。また、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、さらに、前記熱装置の放出口の下流に配置されている、前記活性炭素質物質をハロゲン化合物に接触させるハロゲン化装置を含む。前記熱源は、約４００℃〜約１３００℃の温度で前記熱装置を動作することが可能である。前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、さらに、前記熱装置と連通している、コールタールを前記炭素質物質から分別する分別装置を含む。前記炭素質物質を活性化するシステムは、前記分別装置と前記熱装置との間に配置される、凝縮していないコールタールを燃料ガスとして再利用する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質原料装置の回路図を図示する。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従った、マイクロ波乾燥装置の回路図を図示する。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従った、温浸装置の回路図を図示する。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、流動床乾燥器ユニットの回路図を図示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った、包装および製品ユニットの回路図を図示する。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った、蒸気回収装置の回路図を図示する。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、原料貯蔵設備の回路図を図示する。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従った、超音波装置の回路図を図示する。
【図９】図９は、本発明の別の実施形態に従った、超音波装置の回路図を図示する。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態に従った、活性化装置の回路図を図示する。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質を精製する例示的なプロセスの流れ図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質を活性化する例示的なプロセスの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面において、同じまたは同様の要素は、幾つかの図およびその図面をにわたって同一の参照番号が指定されており、また、表された様々な要素は必ずしも正確な縮尺で描かれてはいない。
【００１８】
用語「炭素質（の）」は、相当量の炭素から成る全ての炭素を意味する。この用語は、これに限定されるものではないが、石炭、精製炭、活性炭、カーボンブラック、炭素製品、固体原油、コールタールピッチ、炭素繊維、タール、炭素、コークス、黒鉛、および他の炭素構造を含む。
【００１９】
用語「温浸炭素質物質」は、本明細書に記載されているような洗浄および温浸プロセスに曝された炭素質物質を意味する。１つの観点において、この用語は、炭素質物質の中に埋め込まれる物質を温浸することによって前記炭素質物質を化学洗浄することを意味する。この用語は、さらに、化学洗浄された炭素質物質を意味し「化学的に洗浄された炭素質物質」として知られている。
【００２０】
用語「大孔」は、概して５０ｎｍより大きい直径サイズを有する孔である。用語「微小孔」は、概して２ｎｍより小さい直径サイズを有する孔を意味し、用語「メソ細孔」は、概して約２ｎｍから約非対称ミアンダアンテナ５０ｎｍを有する孔を意味する。用語「製品」は、これに限定されるものではないが、プラスチック、繊維、溶剤、医薬、カーボンぐらっく、インク、活性炭、炭素、タール、スペシャリティミネラルズ（ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ）、ボイラー用燃料、添加物、ガス浄化、および同類のものを含む精製された炭素質物質から作られる全ての物質を意味する。
【００２１】
図１は、本発明に従った炭素質物質原料製造装置の実施形態１００を図示する。１つの実施形態において、前記炭素質物質原料製造装置１００は、任意の場所に再配置できるように運搬でき、炭素質物質を含む廃棄の流れおよび／または沈殿池の流れを生成するものでああって、当業者には知られている例えば選炭工場である。典型的には、選炭工場は、通常炭素質物質採掘作業に近接して、炭素質物質の源を洗い、分類し、ある大きさに形成し、洗浄し、および同類のことをする工場である。典型的には、これらの選炭工場は、それらの分散媒の流れから炭素質物質を取り出すコストのためさらに加工されないような比較的小さいサイズの炭素質物質を生成する。これら要求される比較的小さい炭素質粒子は、比較的大きなサイズの石炭からの粘土、炭素質物質、および岩を洗って生成され、これらは選炭工場で様々な密度に関連する処理を使用することによって大体分類されて破棄される。これらは、廃棄炭素質物質が小さすぎるまたは選炭工場のプロセスの流れからそれを回収する費用に見合う価値がないため、ほとんどの場合破棄され、そして、この廃棄炭素質物質は、廃水とともに沈殿池に流れ出て、ここで前記廃棄炭素質物質は前記沈殿池の底に沈殿して、前記廃水は後で処理される。ある場合には、これらの沈殿池の流れおよび／または沈殿池の炭素質物質のパーセントは、前記沈殿池のできてからの年数および現地加工の効率に応じて、全体の沈殿池の５％〜７５％の間である。１つの態様において、炭素質物質を精製するシステムは、選炭工場のプロセスの流れ（例えば、沈殿池の流れ）から前記炭素質物質を回収する。別の態様において、炭素質物質を精製するシステムは、貯水池（例えば、沈殿池）から前記炭素質物質をを回収する。
【００２２】
前記炭素質物質原料製造装置１００は、炭素質物質洗浄場、炭素質物質精製工場、選炭工場、採炭設備、沈殿貯水池、沈殿池、および同類のものの近隣に移動または配置され、それはパイプ１０２を介して選炭工場の廃棄流または沈殿池の流れにつながっており、それには前記比較的小さい炭素質物質が追加された水とともに含まれている。前記パイプ１０２は、前記比較的大きいサイズの炭素質物質を前記比較的小さい炭素質物質から分類する振動篩装置１０４につながっている。１つの態様において、前記振動篩装置１０４は、篩の目のサイズが小さくなる一連の下行性篩を含む。前記振動篩装置１０４は、重力選鉱装置および／または比重選鉱装置（例えば、ティータベッド（ｔｅｅｔｅｒ ｂｅｄｓ）、リッフルテーブル（ｒｉｆｆｌｅ ｔａｂｌｅｓ）、ジグ、パルス水ベッド、定常流ベッド、および同類のもの）を含む。このようにして、前記比較的大きいサイズの炭素質物質の片は、上位の篩でふるい分けられる一方、前記比較的小さいサイズの炭素質物質は、前記振動篩装置１０４の下位部に通り抜けて落ちる。１つの態様において、中間の篩の １つは、望ましいサイズの炭素質物質を含む。現場から離れたオフサイトプロセス水が、前記振動篩装置１０４での洗浄および処理の向上のため、パイプ１０６を通って前記振動篩装置１０４に供給される。
【００２３】
１つの実施形態において、望ましい所定のサイズの炭素質物質を超える比較的小さい粒子と比較的大きい粒子は、前記振動篩装置１０４からパイプ１０８および１１０を介して取り除かれて、例えば前記選炭工場に戻される。前記選炭工場を出る現場から離れたオフサイトプロセス水はまた、望ましくない粒子を伴う。使い易さのため、パイプ１０２、１０６、１０８、および１１０は、前記炭素質物質原料製造装置１００を前記選炭工場に容易につなげられるたわみホース、チューブ、パイプ、および同類のものである。前記望ましいサイズの粒子は、前記振動篩１０４を出てパイプ１１２を介して密度差異分離器１１４に流れる。１つの実施形態において、前記密度差分離器１１４は、比較的高い密度粒子を比較的低い密度粒子から分離する。通常は、前記比較的低い密度の粒子は、さらに望ましいものに加工される望ましい炭素質物質粒子を含む。前記比較的高い密度の粒子は、概して炭素質物質を精製するシステムで使用されない物質および粒子を含む。
【００２４】
前記望ましいサイズの粒子は、前記密度差分離器１１４を出てパイプ１２２を介して別の振動篩装置１２０に流れる。１つの態様において、前記振動篩装置１２０は、前記粒子を追加的に洗浄し、さらに前記振動篩装置１２０に入った炭素質物質粒子を乾燥させる。望ましいサイズでないあらゆるサイズの粒子は、パイプ１２２を介して前記振動篩装置１２０を出て、例えば前記選炭工場に戻される。前記洗浄およびサイズ化された炭素質物質は、さらに乾燥器１２４からの強制的な空気によって乾燥される。１つの実施形態において、水分の含有量は、好ましくは約７％〜約４０％ ｗ／ｗであり、より好ましくは約２５％〜約３５％ ｗ／ｗである。より詳しく下記に記載するように、そのような水分の含有量を有する炭素質物質は、後の温浸プロセスに理想的であり、乾燥した炭素質物質を再湿潤させる必要性およびコストを削除できる。これはさらに、精製工場に供給される、完全に乾燥した炭素質物質を乾燥させるのにさもなくば費やされるエネルギーを節約することができる。１つの態様において、前記水分の含有量は、さらに選炭工場でマイクロ波乾燥装置および／または遠心分離機の使用により減少され、前記炭素質物質をオフセット精製工場に転送する費用を下げる。この態様において、前記炭素質物質の水分の含有量は、約７％ ｗ／ｗである。
【００２５】
一旦前記炭素質物質が望ましいレベルの水分の含有量を保有すると、コンベヤーまたは他の適切な装置によって上昇した高さまで運ばれ、貯蔵サック、器、タンク、トラック、および同類のもの（貯蔵容器１２８）の中に落とされる。上述したように、前記炭素質物質原料製造装置１００は、移動または運搬できるので、上述の前記装置は車両の上に搭載できる（例えば、トレーラー１３０）。これにより、前記炭素質物質原料製造装置１００は１つの場所または選炭工場から別の場所に移すことができ、本明細書に記載される後のプロセスに望ましいサイズおよび水分の含有量または湿度の炭素質物質を供給する。１つの実施形態において、一旦前記貯蔵容器１２８が満杯になると、これらは別の車両（図示せず）に搭載されまたは移動され、マイクロ波乾燥装置または更に下記で説明する温浸装置に運ばれる。１つの実施形態において、前記炭素質物質原料製造装置１００は、さらに、前記振動篩装置１２０から炭素質物質の供給を受け入れる遠心分離装置を含み、さらに前記炭素質物質の湿度および／または水分の含有量を減少させる。
【００２６】
好ましくは、炭素質物質原料製造装置１００は、５％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。１つの態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、４％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、３％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。更に別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、２％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。また更に別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、１％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。
【００２７】
図２は、本発明の従ったマイクロ波乾燥装置の実施形態２００を図示する。１つの実施形態において、前記炭素質物質を精製するシステムはマイクロ波乾燥装置２００を含み、別の実施形態において、前記炭素質物質を精製するシステムはマイクロ波乾燥装置２００を含まない。この実施形態において、貯蔵容器２０２および１２８は、ホッパー２０４の中に嵌められ、これがマイクロ波装置２０８を通り抜けるコンベヤー２０６に送り、望まれる炭素質物質の水分の含有量の更なる低下を提供する。前記マイクロ波装置２０８を出た後、前記炭素質物質は、コンベヤー２１２を介してホッパー２１４に送られ、次のプロセス装置に送る。ホッパー２０４および２１４は、凝縮した炭素質物質を不安定にする振動ホッパーである。１つの実施形態において、マイクロ波乾燥装置２００は、更に、前記マイクロ波装置２０８から炭素質物質の送り出しを受け入れる遠心分離装置２１６を含み、これは更に前記炭素質物質の湿度および／または水分の含有量を減少させる。別の実施形態において、追加の遠心分離装置が、例えば前記マイクロ波装置２０８の直前などで前記マイクロ波装置２０８とともに使用される。
【００２８】
図３は、本発明に従った温浸装置の実施形態３００を図示している。温浸装置３００は、洗浄およびサイズ化された炭素質物質を水分平衡装置３４６に送るコンベヤー３０２を含む。前記水分平衡装置３４６は、前記洗浄およびサイズ化された炭素質物質の水分含量を制御して増加させる水および／または蒸気の源を含む。前記炭素質物質の水分含量が輸送目的のため減少される場合、次に前記水分平衡装置３４６は前記炭素質物質に水分を加える。１つの実施形態において、前記水分平衡装置３４６は、約７％〜約４０％ ｗ／ｗの好ましい水分含量の炭素質物質を生成し、より好ましくは約２５％〜約３５％ ｗ／ｗの水分含量である。前記水分含量が前記水分平衡装置３４６で調節され平衡にされた後、コンベヤー３０２に送り出され、前記炭素質物質を１若しくはそれ以上の温浸容器３０４、３０８、および３１０に送る。
【００２９】
１つの態様において、前記コンベヤー３０２の底部には、前記コンベヤー３０２に入る炭素質物質の重さを量るロードセル３０２がある。温浸装置３００は、Ｈ２ＳiＦ６調節タンク７１２（図７）からパイプ３１８を介して送られる酸性混合溶液を含む。前記酸性混合溶液は温浸容器３０４の中に送り込まれ、この温浸容器はミキサー３１２とヒーター３１４とを含む。前記炭素質物質は、前記温浸容器３０４の中に送り込まれ、前記炭素質物質の温浸が開始される。バルブ３０６は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０間の前記炭素質物質／酸性混合溶液を切り替えるのに使用される。１つの態様において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、１つのものから別のものに重力送りされるか、または本明細に記載のようなポンプによって送り込まれる。
【００３０】
前記炭素質物質および酸性混合溶液は、次に前記温浸容器３０８および３１０のうちの１つに送り込まれ、ここで前記炭素質物質が更に温浸される。前記温浸容器３０８および３１０は、また、ヒーター３２４および３２６をそれぞれと、ミキサー３２２および３２６をそれぞれとを含む。前記ヒーター３１４、３２４、および３２６は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の中の前記炭素質物質の温浸の温度を保持するのに使用される。前記ヒーターは、本技術分野でよく知られているような蒸気送り熱交換器である。
【００３１】
下流の温浸容器３０８および３１０を有することによって、新規のバッチが温浸容器３０４の中に投入されている間、前記炭素質物質／酸性混合溶液はさらに温浸される。また、炭素質物質／酸性混合溶液が仕様になければ、それは前記温浸容器３０８および３１０のうちの１つに放出されて、前記温浸容器３０４での温浸を遅らせることなしにさらに処理される。更にその後、前記炭素質物質／酸性混合溶液は温浸容器３１０に移動またはポンプで送り込まれ、この温浸容器は前記炭素質物質／酸性混合溶液の温浸にさらに使用され、またはパイプ３２８を介して遠心分離機３２８に送り込むための保留、ステージ、またはサージ容器として使用され、この遠心分離機は前記温浸容器３０４、４０８、および３１０より小さい限度容量または容積を有する。
【００３２】
１つの実施形態において、前記温浸容器３０４，３０８、および３１０は更に、当該温浸容器３０４，３０８、および３１０で気化するあらゆる酸性混合溶液を受け入れる凝縮ループまたは回路３４８を含む。前記凝縮回路３４８は、本発明のシステムで炭素質物質を精製するために保管する前記蒸気またはガス状の酸性混合溶液を凝縮する凝縮装置（例えば、冷却器）を含む。当技術分野で周知の分離器がさらに使用され、前記酸性混合溶液の異なる成分または化合物に分ける。別の態様において、前記酸性混合溶液は、温比蒸留によって異なる化合物を分離する温度制御分離器の使用によってお互いが分離される複数の酸性化合物（例えば、ＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６）を含む。この分離器は、当該分離器内の前記酸性化合物の温度および比率を制御することによって制御される。また、前記炭素質物質から温浸された金属は、異なるｐＨレベルで沈殿し、次に前記炭素質物質／酸性混合溶液から濾過される。
【００３３】
上述の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、１つが前記炭素質物質／酸性混合溶液を別の下流の温浸容器に送り込むように直列に並べられた複数の温浸容器を含む。この実施形態において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、例えばパイプ３３０を介して連続した遠心分離機３８に送り込むのに重要な連続的な下流への流れを有する方法でバッチ処理される。
【００３４】
別の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、１つの温浸容器（例えば、温浸容器３０４）だけを含む。この実施形態では、前記炭素質物質／酸性混合溶液が送り込まれるさらに下流の温浸容器が存在せず、例えば遠心分離機３２８に直接送り込まれる。
【００３５】
更に別の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、並列に並べられた複数の温浸容器を含み、例えば前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記遠心分離機３２８に並行または同時に送り出す。この実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は各々別々にコンベヤー３０２から前記炭素質物質／酸性混合溶液を送り込まれる。
【００３６】
好ましくは、前記酸性混合溶液は、ある比率の範囲のＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６を有する。１つの実施例では、前記ＨＦは、好ましくは約２％〜約２０％ ｗ／ｗの範囲で存在し、より好ましくは約５％〜約１５％ ｗ／ｗの範囲である。前記Ｈ２ＳｉＦ６は、好ましくは約１０％〜約５８％ ｗ／ｗの範囲で存在する。より好ましくは、前記ＨＦは、約５％〜約１２％ ｗ／ｗの範囲で存在し、最も好ましくは約８％〜約１０％ ｗ／ｗの範囲であり、前記Ｈ２ＳｉＦ６は、さらに好ましくは約３０％〜約３８％ ｗ／ｗの範囲で存在し、最も好ましくは約２２％〜約３２％ ｗ／ｗである。前記混合物の残余は水である。これは例えば、１０％のＨＦと３５％のＨ２ＳｉＦ６を含む酸性混合溶液が５５％のＨ２Ｏの含有量を有し、１つの形態において前記温浸容器の中に送り込まれる前記炭素質物質の水分を考慮する。好ましくは、前記酸性混合溶液は、前記炭素質物質と混合する前にＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６のこれら混合部分を含む。
【００３７】
別の実施形態において、フッ素酸溶液は、酸塩基としてＨ２ＳｉＦ６とＨ２Ｏの溶液から準備することができ、これに無水ＨＰを加えることによりこれら反応性：酸の両方が１つの溶液になる。前記酸の幾つかの例示的な範囲は、約５％〜３４％ ｗ／ｗのＨ２ＳｉＦ６、３２％〜９０％ ｗ／ｗのＨ２Ｏ、および５％〜３４％ ｗ／ｗのＨＦ酸である。１つの態様において、フッ素酸溶液は、水中の飽和溶液Ｈ２ＳｉＦ６からガス状の無水ＨＦ酸を加えて準備する。別の実施形態では、ＳｉＦ４をＨ２Ｏとともに反応させて、Ｈ２ＳｉＦ６を形成する。
【００３８】
１つの実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、約１０℃〜約１２５℃の温度で、約０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの圧力で作動する。別の実施形態において、、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の温度は、好ましくは約５５℃〜約８５℃、より好ましくは約７０℃〜約８５℃である。
【００３９】
１つの実施形態において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０で約２０〜約８０分の間攪拌またはかき混ぜられ、より好ましくは約４０〜約６０分である。
【００４０】
前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、収納する化学物質に耐えられる物質でできている。例えば、前記温室容器３０４は、プラスチックと炭素の混合の繊維複合体または使用される酸の腐食作用に影響されない任意の物質で裏打ちされた構造材料から作られる。
【００４１】
処理済の炭素質物質は、前記炭素質物質／酸性混合溶液より低い比重を有し、これにより前記処理済の炭素質物質は、前記ミキサー３１２、３２２、および３２４が止まると前記温浸容器３０４、３０８、および３１０で前記炭素質物質／酸性混合溶液の上に浮く。前記酸性混合溶液より大きい比重の未反応の硫化鉄および他の未溶解の重金属塩は、前記ミキサー３１２、３２２、および３２４を止めることによって前記攪拌が止まった場合、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の底に落ちる。１つの実施形態において、特定の炭素質物質（例えば、石炭）の比重は、前記温浸容器に入ったとき、約１．３で、前記酸性混合溶液は、約１．２である。温浸の後前記遠心分離機３２８に入るとき、前記炭素質物質は一般的に１．１の比重を有し、前記酸性溶液の比重は１．２である。また、分離プロセスの間、前記処理済の炭素質物質は、前記酸性混合溶液に含まれる金属フッ化物および／またはケイフッ化金属塩に対するフィルタとして働く。
【００４２】
１つの実施形態において、前記パイプ３３０は、前記遠心分離機３２８に前記炭素質物質／酸性混合溶液を送り込むポンプ３３２に接続されている。好ましくは、前記ポンプ３３２は、前記炭素質物質／酸性混合溶液を粒度を低下させることなしに送りだす。１つの態様において、前記ポンプ３３２は蠕動ポンプである。
【００４３】
１つの態様において、前記遠心分離機３２８は幾つかの異なる段階がある。例えば、第１の段階で、これは前記炭素質物質から前記酸性混合溶液を取り除くのに十分な速さで回転する。第２の段階において、イオン除去給水３３６および／または洗浄水供給３３４から供給される水は、前記炭素質物質を洗浄するのに使用される。好ましくは、この洗浄水は、前記遠心分離機の内部で回転している際、前記炭素質物質に適用される。前記遠心分離機３２８の中へ入力される前にこの回転で使用される水は加熱される。例えば、前記水は、好ましくは約３０℃〜約１００℃の温度で、より好ましくは７５℃〜約８５℃である。次に、前記遠心分離機３２８はこの洗浄水を取り除き、この洗浄水はこの第２の段階で濾過装置を通って濾過された後リサイクルすることができる。前記遠心分離機３２８から取り除かれた前記洗浄水は、後述するようにパイプ３４２を介してリサイクルに送られる。別の実施形態において、入って来る炭素質物質の水分含量が本明細書で記載されているように温浸の前に望ましいものより低い場合、前記遠心分離機３２８から取り除かれた前記洗浄水は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０に入る前に水分平衡装置３４６で前記炭素質物質に吹きかけられる。前記濾過装置は、幾らかの金属フッ化物および金属塩化物を取り除き、これらは他の市場（例えば、アルミニウム工場および製鉄工場）へ売られる。
【００４４】
好ましくは、第３の段階は、回転プロセスの間前記遠心分離機３２８の中に蒸気を注入する工程を含む。１つの実施形態において、前記遠心分離機３２８内の温度は、好ましくは約１２０℃〜約４００℃で、前記遠心分離機３２８内の前記炭素質物質に適用する蒸気の量は、前記遠心分離機３２８内の前記炭素質物質の低迷を防ぐサイズおよび炭素質物質の粒子、および前記遠心分離機３２８内のドラムの速度を含む幾つかの要素で決定される。前記蒸気は、あらゆる残留フッ化物を除去するのを助ける。例えば、前記炭素質物質に適用する蒸気の量は、前記最終炭素質物質で要求されるフッ素レベルで決定される。例えば、ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６およびＨ２Ｏの同位元素は、個々の合成物の濃度に基づいて好ましくは約１０５℃〜約１２０℃で気化する。このように、前記遠心分離機３２８の中へ蒸気を供給することによって、前記残留ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６およびＨ２Ｏは、蒸気として前記炭素質物質から排除され、パイプ３４２を介して後で回収され、例えば、前記蒸気プロセスはまた、炭素質物質を精製する本発明のシステムの乾燥段階を開始する。別の実施形態において、前記段階を分けるため直列および／または平衡で使用される複数の遠心分離機が存在する。
【００４５】
前記遠心分離機３２８は更に、前記炭素質物質が前記遠心分離機３２８内で回転しているとき、前記炭素質物質を解体するまたはオーガドリル（ａｕｇｅｒ)で穴をあけることによって前記炭素質物質を前記遠心分離機３２８から除去するスクレーパーまたはオーガドリルを含む。このように、前記炭素質物質は、前記遠心分離機３２８を出て、前記炭素質物質は、次にコンベヤーを介してホッパー３４４に移動する。１つの態様において、比較的小さい望ましくない微粉の生成を防ぐため、前記炭素質物質を劣化させるあらゆる運搬手段を使用しないことは重要である。この時点での前記炭素質物質の水分含量は約４％〜約１２％ ｗ／ｗである。
【００４６】
図４は、本発明に従った乾燥装置の実施形態４００を図示する。前記乾燥措置４００は、前記温浸装置３００によって生成された前記炭素質物質をさらに乾燥させる乾燥器４０２を含む。前記ホッパー３４４からの前記炭素質物質は、前記乾燥器４０２の中へ送り込まれ、前記炭素質物質は、望ましい速度および温度の空気流に曝される。滞留時間の後、前記炭素質物質は、次に、前記乾燥器４０２を出て、ホッパー４０６に送り込まれ、最終包装および製品装置へと引き上げられ、これは図５に示すように貯蔵容器５０２に置かれるかまたは大量貯蔵に送れる最終炭素質物質の重量を量るロードセルまたはスケール５０４を含み、略純粋で乾燥された炭素質物質は、次の段階、燃料、活性化、および同類のものの準備ができている。
【００４７】
１つの実施形態において、乾燥器４０２は、一般に密度依存装置（例えば、ティータベッド）である流動床であり、流動層乾燥器の底部および上部から流れる空気を有し、比較的軽い炭素質物質を前記流動層乾燥器の上部にまで上げ、サイクロンおよび／またはバグフィルタ（例えば、サイクロン４０８）によって容器（例えば、ドラム４１０）に移動させる。前記炭素質物質粒子は、これらの密度に基づいて空気流中に漂い、このプロセスによりさらに乾燥される。前記流動層乾燥器の最上部から流れない中間サイズ炭素質物質粒子が、前記流動層乾燥器の底部で回収され、コンベヤー４０４に移動する。前記流動層乾燥器は、当該流動層乾燥器内の炭素質物質の高さを制御する堰を含む。コンベヤー４０４は、当技術分野で知られているような真空および／または空気コンベヤーである。１つの態様において、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的小さい炭素質物質粒子は、約２００ミクロンまたはそれ未満である。前記流動層乾燥器を通る前記粒子サイズの分離を制御するため、前記空気流は調節される。比較的高い前記流動層乾燥器を通る空気流の速さは、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的大きいサイズの炭素質物質を生成する一方、比較的低い空気流は、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的小さいサイズの炭素質物質を生成する。また、前記比較的小さい炭素質物質粒子は、貯蔵容器（例えば、サックなど）に送り込まれる。
【００４８】
別の実施形態において、前記乾燥器４０２は、空気流および炭素質物質移動が存在する限り多くのデザインがあり、前記乾燥器４０２の温度は、好ましくは約１００℃〜約１６０℃の範囲であり、より好ましくは約１２０℃〜約１４０℃であり、前記温度は、元の炭素質物質の固有の値に近いレベルまで残余のフッ素を解放するため、大部分の水分およびタールの幾分かを排除するのに十分な高さである。
【００４９】
図６は、本発明に従った蒸気回収装置６００の実施形態６００を図示する。前記炭素質物質を精製するシステムにより生成されたプロセス水は、スクラバー６０２に送り込まれ、空気が前記スクラバー６０２を通過させて、前記プロセス水からあらゆる追加的な軽い揮発性の蒸気を取り除く。前記スクラバー６０２を通る前記空気流は送風機６０８によって提供され、煙突６１０に送り出される。取り除かれたプロセス水は、ポンプ６１２を介して前記スクラバー６０２の最上部に戻される。また、前記取り除かれたプロセス水は、前記水分平衡装置３４６に送り込まれ、当該水分平衡装置３４６内の前記炭素質物質の水分含量を増加させる原料として使用される。
【００５０】
図７は、本発明に従った原料貯蔵設備の実施形態７００を図示する。前記原料貯蔵設備７００は、前記炭素質物質を精製するシステムで使用されるイオン除去水を保持するイオン除去貯水タンク７０２を含む。例えば、イオン除去水は、前記イオン除去貯水タンク７０２からパイプ７０４を介して遠心分離機３２８に送り込まれる。前記原料貯蔵設備７００は、さらにＨＦ貯蔵タンク７０６を含み、これはＨＦ酸をパイプ７０８を介してＨＦ調整タンク７１０に送り込み、Ｈ２ＳｉＦ６調整タンク７１２はさらに、酸性混合溶液を望ましい強さに混合した後、それらの個々の酸性混合溶液を加熱するヒーターを含む。前記Ｈ２ＳｉＦ６調整タンク７１２はさらに、Ｈ２ＳｉＦ６貯蔵タンク７１４に貯蔵されるより濃縮形態のＨ２ＳｉＦ６を送り込む。一旦酸性混合溶液の望ましい強さが達成されると、次に、炭素質物質と混ぜる温浸容器３０４にパイプ７１６を介して配管される。また、前記ＨＦ調整タンク７１０は、ＨＦの減じた強さをパイプ７１８を介して前記遠心分離機３２８に送り込む。また、前記原料貯蔵設備７００はさらに、前記炭素質物質を精製するシステムから収集された洗浄水を収容する洗浄水収集タンク７２２を含む。この洗浄水は、パイプ７２０を介して遠心分離機３２８に送り込まれる。追加の容器７２４および７２８は、前記炭素質物質を精製するシステムのあらゆる酸性の流出物を中和するまたは酸の強さを減少させる苛性化合物（例えば、基剤）を収容するのに使用される。この様な基剤は、パイプ７２６を介して前記温浸容器３０４に送り込まれる。
【００５１】
図８は、本発明に従った著音波装置の実施形態８００を図示する。１つの実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、前記炭素質物質の微小孔および大孔の中への前記酸性混合溶液の改善された浸透のため、前記炭素質物質／酸性混合溶液の流れを取り込み、超音波源８０４を介してポンプで送り込むパイプ８０２を含む。１つの態様において、前記超音波源８０４は、そのような超音波源に曝され、そして前記酸性混合溶液の改善された浸透のため前記パイプ８０２を通って前記超音波を与えるウォーターバスである。１つの実施形態において、前記波信号は、そのような貫通作用および温浸作用を高めるのに役立っている。
【００５２】
図９は、本発明に従った超音波装置の実施形態９００を図示する。この実施形態において、超音波源９０２は、前記振動篩装置０４に入る前にパイプ２０１の上に配置される。
【００５３】
１つの実施形態において、前記超音波源８０４および９０２の周波数は、約８０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚである。１つの実施例において、炭素質物質の大孔の開口部が約１ミクロンであり、前記超音波源８０４および９０２の１００ｋＨｚの周波数によって前記酸性混合溶液が前記大孔の開口部に浸透するようになることが発見された。また、前記酸性混合溶液が前記炭素質物質の大孔の中に送り込まれる際、前記大孔内に圧力が発生し、一旦前記大孔内のこの圧力が大孔外より大きくなると、前記酸性混合溶液がポンプで送り出されるようになる。このポンプ作用は、改善された浸透力と、前記炭素質物質内の混入物質の温浸または除去を提供する。前記超音波源８０４および９０２は、当技術分野で周知の超音波変換器によって生成される。１つの態様において、これらの変換器は、波作用を水に伝達するウォーターバスに接触または連通しており、これはそして前記波作用をパイプに伝達し、そしてこのように続いて、前記炭素質物質の微小孔および大孔にポンプ作用を影響する。これにより、機械攪拌の必要性は減少し、改善された温浸時間が提供される。前記超音波源８０４および９０２の周波数により、キャビテーション、キャビテーション気泡、および／または空洞気泡を前記酸性混合溶液内に発生させ、これらは前記炭素質物質の大孔の典型的な開口部より小さいサイズである。一般に、前記周波数が高くなればなるほど、前記キャビテーション気泡は小さくなる。前記キャビテーション気泡が大きくなりすぎた場合、これらは前記炭素質物質をより小さいサイズに粉砕する傾向があり、これは前記プロセスに望ましくない。１つの実施例において、前記超音波源８０４および９０２は、約１０ＫＨｚ〜約５０ＫＨｚの周波数で約２５０ワットから約１６，０００ワットの電力を生成する能力がある。前記超音波処理は、作動することが望ましい場合、給水ポンプおよび前記パイプの隣の調節可能な背圧弁を使用して周囲圧力を超える圧力上昇において実行される。
【００５４】
図１０は、本発明に従った活性化装置の実施形態１０００を図示する。この実施形態において、熱装置例えば回転窯１００２は、パイプまたは導管１０１４を介して乾燥装置４００に連通しており、特には乾燥器４０２に連通している。回転窯１００２が図示され記載されているが、前記熱装置は、当技術分野の当業者が知っているような直接燃焼式窯、間接燃焼式窯、炉床窯、および同類のものである。前記回転窯１００２は、前記導管１０１４と好ましくは連通する注入口１０１６と、活性化炭素質物質が貯蔵または搬送のために放出される放出口１０１８とを含む。１つの態様において、前記乾燥炭素質物質は、乾燥器４０２から回転窯１００２の中に直積みすることによって送り込まれる。直積みは前記乾燥炭素質物質の熱損失を減らすので好ましく、これにより活性化の際の前記回転窯１００２で必要な熱量を減らせる。１つの態様において、前記回転窯１００２は直接燃焼式であり、別の態様ではそれは間接燃焼式である。図１０に示された前記回転窯１００２は、前記回転窯１００２のシェルの外側に位置する熱源によって間接燃焼式で加熱されている。
【００５５】
回転窯１００２は、シェル１００４と、前記回転窯１００２の内部に配置された炭素質物質１００８を循環または移動させる複数の可動部１００６とを含む。前記可動部１００６は、例えば、当技術分野で周知の金属循環プレートまたは旋回プレートである。前記回転窯１００２の内部に位置する前記可動部１００６が前記回転窯１００２の内部に亘って有利に配置されており、動作状態の前記炭素質物質１００８の最適循環および移動が確実にされている。前記可動部１００６は、例えば、前記炭素質物質１００８の確実な移動および循環を確かなものにするため、パドル形状またはプレート形状で構成されている。１つの実施形態に従った前記可動部１００６は、前記回転窯１００２の半径方向に少なくとも実質的に動作し、前記炭素質物質１００８の特に徹底的な混合を確実にする。使用される前記可動部１００６は、例えば、金属シートであり、特には角度の付いた金属シート（すなわち、勾配プレート）であり、パドルの動きによって前記炭素質物質１００８を移動させる。これはそれ自体で当技術分野のと業者に知られている。
【００５６】
回転窯１００２および可動部１００６は、高温および腐食に耐性がある金属から（特に鋼から）有利に成っている、なぜならこれらは活性化炭素質物質の生成の間、活性化相の温度条件に耐えなければならないからである。前記回転窯１００２および／または可動部１００６を製造するのに使用できる適切な高温耐性鋼の例として、高合金鋼（すなわち、５％を超える合金元素を含む鋼）を含む。このような鋼の例として、高合金クロムおよびクロムニッケル鋼を含み、好ましくは合金を基にして１０％を超えるクロムおよび／またはニッケルの含有量、特には１５％を超える、特に好ましくは２０％を超える含有量である。良好な高温特性を有するフェライト鋼またはフェライトオーステナイト鋼が、回転窯１００２および／または可動部１００６の製造の材料として好んで使用される。
【００５７】
更に、回転窯１００２はまた、導入ガスおよび排出ガスのためおよびガスが通り抜けるのを許容するための注入口装置１０１０と放出口装置１０１２とを有し、例えば、活性化炭素質物質の生成の間の活性化相の不活性ガスの導入ため、および活性化炭素質物質の生成の間の活性化相の酸化ガスの更なる導入のためである。前記注入口装置１０１０および放出口装置１０１２は、下方向へ流れる炭素質物質１００８に対する向流配置を提供するように示されており、別の実施形態において、これらの装置の配置及び配向は、前記炭素質物質１００８と同一方向のフローパターンを提供するようにすることもできる。また、注入口装置１０１０は蒸気注入装置であって、例えば、前記炭素質物質１００８の活性化燃焼を作成および制御するため前記回転窯１００２の内部に蒸気を提供する。１つの態様において、前記蒸気は、１ポンドの炭素に対して約０．２５ポンド〜約４ボンドの比率であり、より好ましくは１ポンドの炭素に対して約３ポンドであり、最も好ましくは１ ｌｂの炭素に対して約２ポンドである。前記蒸気は、前記回転窯１００２の注入口１０１６から大よそいかなる点からでも注入することができる。
【００５８】
新規のサイズのため、炭素質物質原料製造装置１００および化学純度のため、前記炭素質物質原料製造装置１００、マイクロ波乾燥装置２００、温浸装置３００、および乾燥装置４００のいずれか又は全てによって作成される炭素質物質１００８原料の温浸のため、（回転窯１００２の中に送り込まれる前記炭素質物質１００８）蒸気の温度、時間、および量の３つのパラメータのいずれか若しくは全てを容易に且つ効率的に制御して、従来のシステムで見られるものより少なくエネルギーを消費する活性化炭素質物質を製造する。更に、放出口装置１０１２は前記炭素質物質を１００８から気化したコールタールを回収し、更なる処理、リサイクル、およびガス燃焼バーナー１０２４での再利用可能にする。これは前記回転窯１００２の注入口装置１０１０の近傍で起こり、この工程は、１つの態様または実施形態で炭化と呼ばれている。放出口装置１０１２はさらに、前記コールタールを回収するため前記排気を分別する分別凝縮装置を含む。このような分別する工程は、約２１０〜２５０℃の温度範囲で起こる。例えば、前記排気は、３００℃を超えて維持されるサイクロンを通り抜け、固体を捕捉して、次に２２０℃で若しくはその前後で前記流れを凝縮して前記コールタールを捕捉する。これらは次にスクラバーを通過してあらゆる酸を除去および／または中和する。更に、これらは、当技術分野の当業者には周知のあらゆる揮発性有機化合物の熱破壊および有害大気汚染物質の存在のため、回転窯１００２の燃焼部の中に流れ込む。
【００５９】
別の実施形態において、活性化プロセスを前記炭素質物質に提供するように、２つ以上の回転窯１００２が協同で使用される。例えば、２若しくは３つの回転窯が一緒に使用される。更に、従来のエアロックが前記回転窯１００２の放出口１０１８と注入口１０１６の間に周知の方法で用いられ、例えば、２つ以上の回転窯１００２が用いられるとき、各回転窯１００２の内部空気を分離させる。
【００６０】
１つの態様において、回転窯１００２は、保温ジャケット（図示せず）によって囲まれ、独立制御のガス燃焼バーナーの配列（熱源１０２２として図示され一般的に表されている）を含み、このガス燃焼バーナーは、回転窯１００２のシェル１００４と熱源１０２２との間の空間を通して伝達される熱エネルギーを生成する。従来の他の手段が間接的熱源１０２２として例えば電気コイルなどが使用され、石炭、油、および／またはガス燃焼バーナー１０２４は、工業規模において最も経済的で実際的な熱エネルギー源として一般に考えられている。
【００６１】
有効化装置１００はさらに、熱源１０２２を制御する温度調節器１０２０を含む。多くの市販の従来の温度調節器であって、前記間接的熱源１０２２によって供給される熱エネルギーの程度を制御するのが可能な、および工業用回転窯の技術分野の当業者には周知の方法で動作が可能な様々な精度の温度調節器がある。
【００６２】
炭素質物質を活性化する本発明のシステムの目的のため、選択された温度調節器１０２０の精度は、炭素質物質を活性化する本発明のシステムの教示に従って有用な結果を得るために、回転窯１００２を通って横切る炭素質物質の層の望ましい温度プロフィールを維持することが可能でなければならない。経済的で実際的な限度の範囲内での熱源１０２２のかなり正確な制御は、より信頼できる方法で最終産物の特性に影響を与えるより大きな範囲の選択性を提供する。
【００６３】
上述したように、温度調節器１０２０は、活性化装置１０００と関連する熱源１０２２に動作可能なように接続されており、好ましくは回転窯１００２のシェル１００４と関連する、適切に配置された温度検出器を含み、これは温度データを温度調節器１０２０のコントローラ回路にフィードバックする。温度調節器１０２０は、回転窯１００２のシェル１００４を通ってガス燃焼バーナー１０２４によって生成される熱エネルギーを変えるように設定され、それ故、回転窯１００２を通って前進するとき、炭素質物質１００８の層の所定の増加温度プロフィールまたは炭素質物質の層の加熱傾斜を提供する。
【００６４】
好ましくは、脱揮発および活性化は一般に３５０〜１，２５０℃の範囲の温度で実行され、特には５００〜９００℃の範囲で、より好ましくは６００〜８５０℃の範囲である。一般に、回転窯１００２は、約１０分〜約８時間の炭素質物質に関する滞留時間を提供する傾きおよび回転速度を有するものであり、好ましくは約３０分〜約６時間であり、より好ましくは約６０分〜約５時間である。
【００６５】
一旦前記炭素質物質１００８が放出口１０１８を通って回転窯１００２を出ると、それは冷却、貯蔵、または追加の使用のために運送される。前記炭素質物質を活性化するシステムは、粒状サイズの炭素質物質を生成し、これを達成するため有意な費用がかかる結合剤を必要とする従来のプロセスで見られる粉末サイズ製品を生成しない。例えば、前記炭素質物質を活性化するシステムによって生成された活性化炭素質物質は、この時点で他の方法で通常要求されるような更なる酸洗浄剤なしで直接水濾過用途に使用される。
【００６６】
前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、好ましくは、粒状活性炭用の約２００ミクロン（「μｍ」）〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）のサイズを有する活性化炭素質物質を生成し、微粉砕後粉末活性炭用に約２００μｍ〜約１０μｍのサイズを有する。また、活性化炭素質物質は、添加剤（例えば、臭素、ヨウ素、硫黄、または特定の用途に基づいた多くの他の製品）で被覆されるかまたは添加剤が吹き込まれる。例えば、活性化炭素質物質は、煙道ガス用途での水銀除去アプリケーションのための液体または気体として臭素を吹き込むまたは臭素で被覆される。別の実施例において、活性化炭素質物質は、硬い硫黄が吹き込まれるかまたは硬い硫黄で被覆される。１つの態様において、前記活性化炭素質物質を添加剤で被覆するかまたは添加剤を吹き付ける前の活性化炭素質物質の温度は、好ましくは３００℃以下である。１つの態様において、前記添加剤は、被覆または吹き込みプロセスの間蒸気相である。例えば、臭素は、当技術分野で知られているようにループ対向流装置を介して気相の活性炭に対して約１％〜約３０％ ｗ／ｗの比率で適用される。
【００６７】
上記に加えて、前記炭素質物質を活性化するシステムによって生成された炭素質物質は、添加剤（例えば、臭素）の適用の後、３２５篩サイズ未満の微粒にされ、それは通常４５μｍマイナスであり、例えば、水銀を捕える煙道ガス洗浄器で使用される約１０μｍの平均である。
【００６８】
炭素質物質を活性化する本発明のシステムの上述した態様および実施形態に加えて、本発明はさらに、炭素質物質を活性化する方法を含む。図１１は、炭素質物質を活性化する方法の実施形態１１００を図示する。ステップ１１０２において、酸性混合溶液は、ＨＦ、Ｈ２Ｏ、およびＨ２ＳｉＦ６を所望の比率に混合することによって準備される。このステップでは、貯蔵された濃縮ＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６は、個々の容器に別々に注入され、１つの態様において、それぞれの濃度は水または基剤で減じられます。別の態様において、このステップは、硝酸、硫酸、および／または当技術分野の当業者には周知である多くの鉱酸を有する異なる酸性混合物を含む。次に、これら濃度低下したＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６は、容器の中で結合され、次にＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏの混合物を混合し加熱する。このステップにおいて、温浸される特定の量の炭素質物質に対する酸性混合溶液の正確な量が準備される。
【００６９】
ステップ１１０４において、前記炭素質物質は、炭素質物質の源（例えば、選炭工場沈殿池流）をサイズ設定することによって準備される。このステップはさらに、前記炭素質物質をＨ２Ｏで所望の含有量（例えば、約２０％〜約３０％ ｗ／ｗ）に湿潤させる。このステップはさらに、サイジング動作の前または間前記炭素質物質への超音波の適用を含む。
【００７０】
ステップ１１０６において、前記炭素質物質および酸性混合溶液は、温度および圧力が制御された温浸容器で化合させる。このステップはさらに、追加の温浸時間のため前記炭素質物質／酸性混合溶液を第２の温浸容器に送る工程を含む。このステップはさらに、追加の温浸時間のため前記炭素質物質／酸性混合溶液を第３の温浸容器に送る工程を含む。このステップはさらに、前記温浸容器に又はループ若しくは回路パイプに超音波の適用を含み、このループ若しくは回路パイプは前記温浸容器からの前記炭素質物質／酸性混合溶液の流れ取り込み、次に改善された温浸のための超音波の適用の後、それを前記温浸容器の中に戻して入れる。
【００７１】
ステップ１１０８において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、前記酸性混合溶液の除去のため遠心分離機に送られる。このステップはさらに、あらゆる残余酸性混合溶液を前記炭素質物質から洗浄するため、洗浄水を前記遠心分離機の中に吹き付ける工程を含む。この後に続いて、前記炭素質物質が所望の水分含量を有するまで追加の遠心分離をする。このステップはまた、例えば１つの遠心分離機から次のものまで前記物質を運ぶ流れの助けを借りて２若しくはそれ以上の遠心分離機によって実行される。
【００７２】
ステップ１１１０において、前記炭素質物質は、特定の用途または順序のための所望の製品のサイズを達成する密度に基づいてさらに乾燥または分離される。このステップは、たて形容器内に空気流を適用する工程を含み、これにより密度の低い炭素質物質が前記乾燥器の最上部から取り除かれ、一方で密度の高い炭素質物質は、貯蔵容器（例えば、サック）への除去のため前記乾燥器の中に保持される。ステップ１１１２において、前記炭素質物質は仕上げられ、これら使用目的のため最終貯蔵容器（例えば、サック）の中に収納される。本明細書に記載されるプロセスはスケールに依存せず、マイクロスケール、メサスケール、およびマクロスケールで使用することができる。
【００７３】
図１２は、炭素質物質を活性化する方法の実施形態１２００を図示する。ステップ１２０２において、炭素質物質は、本明細書に開示されているように機械的および化学的に処理される。このステップは、好ましいサイズ、純度、および活性化装置１０００に供給するのに好ましい水分含量を有する炭素質物質を生成する。このステップはさらに、前記炭素質物質原料製造装置１００、マイクロ波乾燥装置２００、温浸装置３００、および乾燥装置４００または同様の機械および／または装置の組み合わせとともに前記炭素質物質を処理する工程を含み、これにより不純物が除去され、水分含量が好ましいレベルにあり、炭素質物質の温度は上昇する。このように、活性化装置１００で要求されるエネルギーの量を従来のプロセスのものより減少させることができる。
【００７４】
ステップ１２０４において、前記炭素質物質は、乾燥装置４００から導管１０１４を介して回転窯１００２の中に供給される。好ましくは、このステップは、温浸済炭素質物質を乾燥装置４００から回転窯１００２の中に直接供給する工程を含み、これにより前記乾燥装置４００によって提供された熱を少しも損失しない。この供給は、できるだけ直接的で熱力学的にも有利でなければならない。回転窯１００２の注入口１０１６の中に直接炭素質物質を供給することによって、前記炭素質物質は高温であるため、前記回転窯１００２の前記炭素質物質を炭化させ活性化するのに必要なエネルギーは少なくなて済む。
【００７５】
ステップ１２０６において、前記炭素質物質は活性化される。炭素質物質を活性化する本発明のシステムによれば、炭素質物質は、例えば約６００℃〜約８５０℃に予め加熱された回転窯１００２に供給される。回転窯１００２の中に供給される炭素質物質の量は、好ましくは回転窯１００２の容積の約１０％〜約３０％である。回転窯１００２は、炭化ゾーンと活性化ゾーンに約５％〜約４０％の体積充填まで細分され、窯回転当たり約８倍の製品回転率で不活性ガスにおいて連続的に炭化および活性化され、炭化ゾーンの製品温度プロフィールは約３００℃〜約９００℃で滞留時間は約１０分〜約１８０分であり、活性化ゾーンの炭素質物質温度プロフィールは約５００℃〜約１，２００℃で約３０分〜約１８０分の滞留時間であり、前記活性化ゾーンにおいて１ ｌｂの炭素に対して１ ｌｂ〜５ ｌｂの蒸気の追加と、回転窯１００２の注入口１０１６から任意の距離がある。
【００７６】
随意のステップ１２０８において、活性化炭素質物質は、被覆されかまたは添加剤が吹き込まれる。このステップは、閉ループ対向流装置または機器で実行され、約５％〜約１０％ ｗ／ｗの好ましい添加剤を適用する。随意のステップ１２１０において、前記活性化プロセスの間前記炭素質物質から放たれたコールタールは、分別される。このステップは、前記コールタールを凝縮しながらこれらを液相状態に保つため、約２００℃で温度調節垂直静脈コンデンサを使用して実行され、これにより、例えば炭素質物質を活性化する本発明のシステムから保持容器に流出し、前記コンデンサをきれいにする。
【００７７】
随意のステップ１２１２において、分別されなかった前記コールタールはリサイクルされ、前記ガス燃焼バーナー１０２４で燃される。捕獲されなかった気化コールタールは、さらにガス燃焼バーナー１０２４による燃焼と、続く回転窯１００２の加熱のため、前記ガス燃焼バーナー１０２４に戻される。随意のステップ１２１４において、活性化炭素質物質は完成し、包装され、および／または例えば本明細書に記載したような更なる用途で使用するために貯蔵される。
【００７８】
炭素質物質を活性化するシステムが説明されてきた。この明細書中に記載された特定の実施形態は実施例を示すものであり、本発明を限定するものであると解釈されべきでないことは理解されるべきである。更に、当技術分野の当業者が、発明概念から逸脱することなしに、すぐに記載の特定の実施形態の多くの使用および修正が行えることは明らかである。例えば、異なる温度、圧力、酸性混合溶液、および同類のものが、本明細書に記載される炭素質物質を活性化する本発明のシステム内に適合するように、本発明の概念を逸脱しないで変更または部分的に改めることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明に属する技術分野は炭素質物質の生成に関し、より具体的には、炭素質物質の活性化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
活性炭素質物質（例えば、活性炭）は、大きい表面積を有し、それ故大きな吸着能力を有する多孔性物質であり、様々な目的の吸着剤として広範囲の目的に使用される。例えば、活性炭は、ガスおよび蒸気の吸着、溶媒の回収、ガスの浄化、ガスの消臭、および水の処理、溶液の漂白または浄化するため液体に接触するのに使用される。また、活性炭は触媒用のキャリアとして使用される。その高い非特異的な吸着特性のため、活性炭は最も広く使用されている吸着剤である。更に、法定要件および高まる環境意識は、活性炭の需要の高まりを導いている。
【０００３】
活性炭は、一般に炭化（例えば、熱分解、くん焼、コークス化）され、続いて適切な炭素を含有する出発物質の次の活性化によって得られる。炭化処理中の揮発性成分の除去によるおよび活性化中の焼き払いによる重量損失が多量であるため、経済的に実行可能な収率をもたらす炭素質出発物質が好ましい。生成される活性炭の条件（微細な多孔性または粗い多孔性、強固または脆いなど）は、炭素含有出発物質次第である。標準的な炭素質の出発物質の例は、ココナッツシェル、木屑、泥炭、硬質炭、ピッチだけでなく、特定のプラスチック（例えば、スルホン化ポリマー）も含み、これらは小さい顆粒または球体の形状で活性炭の製造においてとりわけ主要な役割を果たす。
【０００４】
様々な形状の炭素（微粉炭、裂炭、粒状炭、成形炭、粒状炭素、および球状炭素）が使用される。粒状炭（特に、球状炭）は、例えば上述した用途の多くを含む特定用途の分野に非常に大きな需要がある。活性炭は、通常管状窯（すなわち回転式管状炉）で製造される。例えば、前記窯の開始時に導入される原料電荷の位置と、前記窯の終了時に放出される最終産物の位置がある。
【０００５】
例えば、還元金属または金属酸化物との同時製造で有機物質から活性炭を製造することが知られている。このプロセスは、前記有機物質から可燃性蒸留ガスを生成し、それを少なくとも１つの金属化合物を含有する物質と前記金属化合物が炭素との反応によって還元される温度で接触させるながら、少なくとも２００℃の温度で有機物質を加熱する。このプロセスは、前記有機物質が前記回転窯の１つの端部の中に放出され、且つ前記回転窯の対向する端部の中に空気または酸素が放出される前記回転窯で達成される。別のプロセスは、２５％の水性炭酸カリウムの使いの後、回転窯内の亜炭コークスを活性化する。これらの両方のプロセスは、例えば、前記回転窯が概して６５０〜８５０℃の温度で動作されることが要求され、さらに炭素を活性化するのに３〜５時間の滞留時間が要求される。
【０００６】
別のプロセスは、化学活性化剤が含浸された炭素質の原料を含み、これらプロセスの両方は活性化炉の間接加熱を介して前記粒子への伝熱速度を制御することにより、且つ移動経路に沿って一定の間隔で独立してせいぎょされたスイープガスの流れを同時に導入することによって取り扱われる。使用されるさらに別のプロセスは、粉末状の炭素材（例えば、結合剤としてのすす、瀝青炭、無煙炭、木炭、およびピッチなど）からの球状活性炭を製造する方法を含む。球状活性炭は、凝集、乾燥、炭化、および活性化によって製造される。また、別のプロセスは、溶媒凝集および５５０〜１，０００℃のアンモニア雰囲気で、追加の水蒸気処理によってピッチからの球状活性炭の製造を含む。さらなる方法は、粘度調整剤と使用してピッチおよびアモルファス石炭粒子からの球状炭素質物質および球状活性炭の製造に関するプロセスを含む。これらのプロセスは、球状出発物質の製造は、追加のプロセス段階を必要とするので、機材および技術において高価である。
【０００７】
非常に高い吸着能およびＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ，ａｎｄ Ｔｅｌｌｅｒ ｍｅｔｈｏｄ）表面を有する成形活性炭の生成は、活性上昇の程度として硬度および耐摩耗性の低減によって制限されるものであり、これは前記プロセスの性質に起因する。
【０００８】
更に、炭化位相またはこれらのプロセスのステップは、多量の酸性反応生成物を生成する傾向があり、この酸性反応生成物は回転窯に極めて腐食性を生じる傾向があり、そして、回転管状窯材料の腐食抵抗に極めて高い要求を課す。多くの場合、前記回転窯は、活性化の高温過程から切り離されて炭化の腐食性の処理過程に適応するため、異なる別々の区画またはステージから成っており、これにより、前記炭化ステップの腐食性に抵抗する高価な金属から単一の回転窯を作成しなければならないのを防ぐものである。
【０００９】
また、従来のプロセスは、多種多様なサイズの炭素質物質原料を使用する。例えば、従来のプロセスの原料は、１〜２，０００ミクロンのサイズでいろいろである。活性化の間、この供給原料のかなりの割合が消費される。従来のプロセスに関連する別の一般的な問題は、活性化時間が非常に大きいので前記プロセスが通常最小のプロセス変更に応答しないことである。例えば、炭素質原料を従来のプロセスで活性化するのに５時間かかり、前記活性化炭化質物質の特性を変えたい場合、滞留時間の小さい変更はそのような特徴の変化をもたらさない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施形態において、炭素質物質を活性化するシステムおよび方法（「炭素質物質を活性化するシステム」）は、従来の方法よりより効率的に且つ低コストで活性炭素質物質を生成する。本発明のシステムの炭素質物質原料製造装置、マイクロ波乾燥装置、温浸装置、および乾燥装置のうちの任意のまたは全てによって生成される炭素質物質のサイズおよび純度ため、活性化装置への炭素質物質原料は、少ないエネルギー消費で、複数の用途に使用できるより有効な活性炭素質物質を生成する。この効率は、これらのプロセスとともに温度、時間、および酸化剤の量を制御することを通して前記活性化装置で達成されて、少ないエネルギー投入で高品質の活性炭素物質物質を生成する。
【００１１】
さらに、炭素質物質を活性化するシステムのこれらの装置およびプロセスの全体に亘る増加により、前記プロセスの間の炭素質物質の損失が約６０％から約３０％に大幅に減少する。原料の高コストとともに、この損失の大幅な減少は、炭素質物質を活性化するシステムの付加的な利益を提供する。さらに、前記炭素質物質を活性化するシステムは、排気からコールタールを回収してリサイクルされ、熱装置（例えば、前記炭素質物質を活性化するシステムの回転窯）を加熱するガス燃焼バーナーで使用される。さらに、いずれの特定の論理に縛られることなく、前記炭素質物質を活性化するシステムの温浸装置によって温浸された炭素性物質原料はさらに、前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムの前記活性化装置を通して活性化時間を短縮することができる。
【００１２】
また、炭素質物質を活性化する本発明のシステムの炭素質物質原料製造装置、マイクロ波乾燥、温浸装置、および／または乾燥装置からの原料は、活性化装置用の均一な原料を生成し、これはさらに前記プロセスの活性化の効率を改善し、回転窯での滞留時間を減少させる。炭素質物質を活性化する本発明のシステムのこれら開始時の装置はさらに、大幅に少ない量の炭素質物質埃および微粉を生成し、そしてさらに、その活性化の効率を高める。更に、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、機械的、化学的、および熱プロセスを組み合わせて使用して、従来のプロセスより大幅に速く活性化する活性炭素質物質を提供する。炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、炭素質物質を活性化するのをより早く、より効果的なプロセスであるので、短いプロセスの変化により敏速に対応する。例えば、炭素質物質を活性化する本発明のシステムで例示的な活性炭素質物質の特性を変化させるためには、滞留時間の僅かな変更で、そのような修正された特性を有する活性炭素質物質を生成する。１つの観点において、前記炭素質物質は、約２００ｍ２／ｇ〜約１，５００ｍ２／ｇの表面積を有し、標準的な範囲は５００ｍ２／ｇ〜１，０００ｍ２／ｇである。更に、比較的小さい表面積を有する炭素質物質は、比較的低酸化率、比較的低温度、短い滞留時間、比較的深い床底、またはこれらの任意の組み合わせを使用して生成される。反対に、比較的大きい表面積を有する炭素質物質は、比較的高酸化率、比較的高温度、長い滞留時間、比較的浅い床底、またはこれらの任意の組み合わせを使用して生成される。
【００１３】
１つの実施形態において、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する炭素質物質原料装置と、前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を提供する酸性原料装置と、前記温浸装置と連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、前記分離装置と連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する分離装置と、前記炭素質物質を活性化して活性炭素質物質を生成する活性化装置であって、この活性化装置は前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記活性炭素質物質を前記熱装置から出す放出口とを有するものである前記活性化装置とを有する。
【００１４】
別の実施形態において、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、物質的な供給原料として、前記炭素質物質を望ましいサイズにサイズ設定する第１の振動篩装置と、前記第１の振動篩装置と連結している、５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する密度差異分離機器と、前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を前記第１の温浸装置に提供する酸性原料装置であって、Ｈ２０の源と、ＨＦの源と、Ｈ２ＳｉＦ６の源を含むものであり、当該ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２０は、前記第１の温浸装置に提供される前に、予め定められた比率で一緒に混合されて前記酸性混合溶液を形成するものである前記酸性原料装置と、前記温浸装置と連通している、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、前記分離装置と連通している、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、前記炭素質物質を活性化させて活性炭素質物質を生成する熱装置であって、この熱装置は前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、当該熱装置から前記活性炭素質物質を出す放出口とを有するものである前記熱装置とを含む。
【００１５】
更に別の実施形態において、炭素質物質を活性化するシステムはさらに、前記乾燥装置と前記熱装置の注入口を直接接続する導管を含む。前記熱装置は、当該熱装置の注入口に実質的に隣接するように配置されている、当該熱装置の内部チャンバーの中に蒸気を注入する水蒸気源を含む。また、炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、さらに、前記熱装置の放出口の下流に配置されている、前記活性炭素質物質をハロゲン化合物に接触させるハロゲン化装置を含む。前記熱源は、約４００℃〜約１３００℃の温度で前記熱装置を動作することが可能である。前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、さらに、前記熱装置と連通している、コールタールを前記炭素質物質から分別する分別装置を含む。前記炭素質物質を活性化するシステムは、前記分別装置と前記熱装置との間に配置される、凝縮していないコールタールを燃料ガスとして再利用する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質原料装置の回路図を図示する。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従った、マイクロ波乾燥装置の回路図を図示する。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従った、温浸装置の回路図を図示する。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、流動床乾燥器ユニットの回路図を図示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った、包装および製品ユニットの回路図を図示する。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った、蒸気回収装置の回路図を図示する。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、原料貯蔵設備の回路図を図示する。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従った、超音波装置の回路図を図示する。
【図９】図９は、本発明の別の実施形態に従った、超音波装置の回路図を図示する。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態に従った、活性化装置の回路図を図示する。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質を精製する例示的なプロセスの流れ図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に従った、炭素質物質を活性化する例示的なプロセスの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面において、同じまたは同様の要素は、幾つかの図およびその図面をにわたって同一の参照番号が指定されており、また、表された様々な要素は必ずしも正確な縮尺で描かれてはいない。
【００１８】
用語「炭素質（の）」は、相当量の炭素から成る全ての炭素を意味する。この用語は、これに限定されるものではないが、石炭、精製炭、活性炭、カーボンブラック、炭素製品、固体原油、コールタールピッチ、炭素繊維、タール、炭素、コークス、黒鉛、および他の炭素構造を含む。
【００１９】
用語「温浸炭素質物質」は、本明細書に記載されているような洗浄および温浸プロセスに曝された炭素質物質を意味する。１つの観点において、この用語は、炭素質物質の中に埋め込まれる物質を温浸することによって前記炭素質物質を化学洗浄することを意味する。この用語は、さらに、化学洗浄された炭素質物質を意味し「化学的に洗浄された炭素質物質」として知られている。
【００２０】
用語「大孔」は、概して５０ｎｍより大きい直径サイズを有する孔である。用語「微小孔」は、概して２ｎｍより小さい直径サイズを有する孔を意味し、用語「メソ細孔」は、概して約２ｎｍから約非対称ミアンダアンテナ５０ｎｍを有する孔を意味する。用語「製品」は、これに限定されるものではないが、プラスチック、繊維、溶剤、医薬、カーボンぐらっく、インク、活性炭、炭素、タール、スペシャリティミネラルズ（ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ）、ボイラー用燃料、添加物、ガス浄化、および同類のものを含む精製された炭素質物質から作られる全ての物質を意味する。
【００２１】
図１は、本発明に従った炭素質物質原料製造装置の実施形態１００を図示する。１つの実施形態において、前記炭素質物質原料製造装置１００は、任意の場所に再配置できるように運搬でき、炭素質物質を含む廃棄の流れおよび／または沈殿池の流れを生成するものでああって、当業者には知られている例えば選炭工場である。典型的には、選炭工場は、通常炭素質物質採掘作業に近接して、炭素質物質の源を洗い、分類し、ある大きさに形成し、洗浄し、および同類のことをする工場である。典型的には、これらの選炭工場は、それらの分散媒の流れから炭素質物質を取り出すコストのためさらに加工されないような比較的小さいサイズの炭素質物質を生成する。これら要求される比較的小さい炭素質粒子は、比較的大きなサイズの石炭からの粘土、炭素質物質、および岩を洗って生成され、これらは選炭工場で様々な密度に関連する処理を使用することによって大体分類されて破棄される。これらは、廃棄炭素質物質が小さすぎるまたは選炭工場のプロセスの流れからそれを回収する費用に見合う価値がないため、ほとんどの場合破棄され、そして、この廃棄炭素質物質は、廃水とともに沈殿池に流れ出て、ここで前記廃棄炭素質物質は前記沈殿池の底に沈殿して、前記廃水は後で処理される。ある場合には、これらの沈殿池の流れおよび／または沈殿池の炭素質物質のパーセントは、前記沈殿池のできてからの年数および現地加工の効率に応じて、全体の沈殿池の５％〜７５％の間である。１つの態様において、炭素質物質を精製するシステムは、選炭工場のプロセスの流れ（例えば、沈殿池の流れ）から前記炭素質物質を回収する。別の態様において、炭素質物質を精製するシステムは、貯水池（例えば、沈殿池）から前記炭素質物質をを回収する。
【００２２】
前記炭素質物質原料製造装置１００は、炭素質物質洗浄場、炭素質物質精製工場、選炭工場、採炭設備、沈殿貯水池、沈殿池、および同類のものの近隣に移動または配置され、それはパイプ１０２を介して選炭工場の廃棄流または沈殿池の流れにつながっており、それには前記比較的小さい炭素質物質が追加された水とともに含まれている。前記パイプ１０２は、前記比較的大きいサイズの炭素質物質を前記比較的小さい炭素質物質から分類する振動篩装置１０４につながっている。１つの態様において、前記振動篩装置１０４は、篩の目のサイズが小さくなる一連の下行性篩を含む。前記振動篩装置１０４は、重力選鉱装置および／または比重選鉱装置（例えば、ティータベッド（ｔｅｅｔｅｒ ｂｅｄｓ）、リッフルテーブル（ｒｉｆｆｌｅ ｔａｂｌｅｓ）、ジグ、パルス水ベッド、定常流ベッド、および同類のもの）を含む。このようにして、前記比較的大きいサイズの炭素質物質の片は、上位の篩でふるい分けられる一方、前記比較的小さいサイズの炭素質物質は、前記振動篩装置１０４の下位部に通り抜けて落ちる。１つの態様において、中間の篩の １つは、望ましいサイズの炭素質物質を含む。現場から離れたオフサイトプロセス水が、前記振動篩装置１０４での洗浄および処理の向上のため、パイプ１０６を通って前記振動篩装置１０４に供給される。
【００２３】
１つの実施形態において、望ましい所定のサイズの炭素質物質を超える比較的小さい粒子と比較的大きい粒子は、前記振動篩装置１０４からパイプ１０８および１１０を介して取り除かれて、例えば前記選炭工場に戻される。前記選炭工場を出る現場から離れたオフサイトプロセス水はまた、望ましくない粒子を伴う。使い易さのため、パイプ１０２、１０６、１０８、および１１０は、前記炭素質物質原料製造装置１００を前記選炭工場に容易につなげられるたわみホース、チューブ、パイプ、および同類のものである。前記望ましいサイズの粒子は、前記振動篩１０４を出てパイプ１１２を介して密度差異分離器１１４に流れる。１つの実施形態において、前記密度差分離器１１４は、比較的高い密度粒子を比較的低い密度粒子から分離する。通常は、前記比較的低い密度の粒子は、さらに望ましいものに加工される望ましい炭素質物質粒子を含む。前記比較的高い密度の粒子は、概して炭素質物質を精製するシステムで使用されない物質および粒子を含む。
【００２４】
前記望ましいサイズの粒子は、前記密度差分離器１１４を出てパイプ１２２を介して別の振動篩装置１２０に流れる。１つの態様において、前記振動篩装置１２０は、前記粒子を追加的に洗浄し、さらに前記振動篩装置１２０に入った炭素質物質粒子を乾燥させる。望ましいサイズでないあらゆるサイズの粒子は、パイプ１２２を介して前記振動篩装置１２０を出て、例えば前記選炭工場に戻される。前記洗浄およびサイズ化された炭素質物質は、さらに乾燥器１２４からの強制的な空気によって乾燥される。１つの実施形態において、水分の含有量は、好ましくは約７％〜約４０％ ｗ／ｗであり、より好ましくは約２５％〜約３５％ ｗ／ｗである。より詳しく下記に記載するように、そのような水分の含有量を有する炭素質物質は、後の温浸プロセスに理想的であり、乾燥した炭素質物質を再湿潤させる必要性およびコストを削除できる。これはさらに、精製工場に供給される、完全に乾燥した炭素質物質を乾燥させるのにさもなくば費やされるエネルギーを節約することができる。１つの態様において、前記水分の含有量は、さらに選炭工場でマイクロ波乾燥装置および／または遠心分離機の使用により減少され、前記炭素質物質をオフセット精製工場に転送する費用を下げる。この態様において、前記炭素質物質の水分の含有量は、約７％ ｗ／ｗである。
【００２５】
一旦前記炭素質物質が望ましいレベルの水分の含有量を保有すると、コンベヤーまたは他の適切な装置によって上昇した高さまで運ばれ、貯蔵サック、器、タンク、トラック、および同類のもの（貯蔵容器１２８）の中に落とされる。上述したように、前記炭素質物質原料製造装置１００は、移動または運搬できるので、上述の前記装置は車両の上に搭載できる（例えば、トレーラー１３０）。これにより、前記炭素質物質原料製造装置１００は１つの場所または選炭工場から別の場所に移すことができ、本明細書に記載される後のプロセスに望ましいサイズおよび水分の含有量または湿度の炭素質物質を供給する。１つの実施形態において、一旦前記貯蔵容器１２８が満杯になると、これらは別の車両（図示せず）に搭載されまたは移動され、マイクロ波乾燥装置または更に下記で説明する温浸装置に運ばれる。１つの実施形態において、前記炭素質物質原料製造装置１００は、さらに、前記振動篩装置１２０から炭素質物質の供給を受け入れる遠心分離装置を含み、さらに前記炭素質物質の湿度および／または水分の含有量を減少させる。
【００２６】
好ましくは、炭素質物質原料製造装置１００は、５％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。１つの態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、４％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、３％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。更に別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、２％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。また更に別の態様において、炭素質物質原料製造装置１００は、１％未満のミネラル含有量を有する炭素質物質を生成する。
【００２７】
図２は、本発明の従ったマイクロ波乾燥装置の実施形態２００を図示する。１つの実施形態において、前記炭素質物質を精製するシステムはマイクロ波乾燥装置２００を含み、別の実施形態において、前記炭素質物質を精製するシステムはマイクロ波乾燥装置２００を含まない。この実施形態において、貯蔵容器２０２および１２８は、ホッパー２０４の中に嵌められ、これがマイクロ波装置２０８を通り抜けるコンベヤー２０６に送り、望まれる炭素質物質の水分の含有量の更なる低下を提供する。前記マイクロ波装置２０８を出た後、前記炭素質物質は、コンベヤー２１２を介してホッパー２１４に送られ、次のプロセス装置に送る。ホッパー２０４および２１４は、凝縮した炭素質物質を不安定にする振動ホッパーである。１つの実施形態において、マイクロ波乾燥装置２００は、更に、前記マイクロ波装置２０８から炭素質物質の送り出しを受け入れる遠心分離装置２１６を含み、これは更に前記炭素質物質の湿度および／または水分の含有量を減少させる。別の実施形態において、追加の遠心分離装置が、例えば前記マイクロ波装置２０８の直前などで前記マイクロ波装置２０８とともに使用される。
【００２８】
図３は、本発明に従った温浸装置の実施形態３００を図示している。温浸装置３００は、洗浄およびサイズ化された炭素質物質を水分平衡装置３４６に送るコンベヤー３０２を含む。前記水分平衡装置３４６は、前記洗浄およびサイズ化された炭素質物質の水分含量を制御して増加させる水および／または蒸気の源を含む。前記炭素質物質の水分含量が輸送目的のため減少される場合、次に前記水分平衡装置３４６は前記炭素質物質に水分を加える。１つの実施形態において、前記水分平衡装置３４６は、約７％〜約４０％ ｗ／ｗの好ましい水分含量の炭素質物質を生成し、より好ましくは約２５％〜約３５％ ｗ／ｗの水分含量である。前記水分含量が前記水分平衡装置３４６で調節され平衡にされた後、コンベヤー３０２に送り出され、前記炭素質物質を１若しくはそれ以上の温浸容器３０４、３０８、および３１０に送る。
【００２９】
１つの態様において、前記コンベヤー３０２の底部には、前記コンベヤー３０２に入る炭素質物質の重さを量るロードセル３０２がある。温浸装置３００は、Ｈ２ＳiＦ６調節タンク７１２（図７）からパイプ３１８を介して送られる酸性混合溶液を含む。前記酸性混合溶液は温浸容器３０４の中に送り込まれ、この温浸容器はミキサー３１２とヒーター３１４とを含む。前記炭素質物質は、前記温浸容器３０４の中に送り込まれ、前記炭素質物質の温浸が開始される。バルブ３０６は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０間の前記炭素質物質／酸性混合溶液を切り替えるのに使用される。１つの態様において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、１つのものから別のものに重力送りされるか、または本明細に記載のようなポンプによって送り込まれる。
【００３０】
前記炭素質物質および酸性混合溶液は、次に前記温浸容器３０８および３１０のうちの１つに送り込まれ、ここで前記炭素質物質が更に温浸される。前記温浸容器３０８および３１０は、また、ヒーター３２４および３２６をそれぞれと、ミキサー３２２および３２６をそれぞれとを含む。前記ヒーター３１４、３２４、および３２６は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の中の前記炭素質物質の温浸の温度を保持するのに使用される。前記ヒーターは、本技術分野でよく知られているような蒸気送り熱交換器である。
【００３１】
下流の温浸容器３０８および３１０を有することによって、新規のバッチが温浸容器３０４の中に投入されている間、前記炭素質物質／酸性混合溶液はさらに温浸される。また、炭素質物質／酸性混合溶液が仕様になければ、それは前記温浸容器３０８および３１０のうちの１つに放出されて、前記温浸容器３０４での温浸を遅らせることなしにさらに処理される。更にその後、前記炭素質物質／酸性混合溶液は温浸容器３１０に移動またはポンプで送り込まれ、この温浸容器は前記炭素質物質／酸性混合溶液の温浸にさらに使用され、またはパイプ３２８を介して遠心分離機３２８に送り込むための保留、ステージ、またはサージ容器として使用され、この遠心分離機は前記温浸容器３０４、４０８、および３１０より小さい限度容量または容積を有する。
【００３２】
１つの実施形態において、前記温浸容器３０４，３０８、および３１０は更に、当該温浸容器３０４，３０８、および３１０で気化するあらゆる酸性混合溶液を受け入れる凝縮ループまたは回路３４８を含む。前記凝縮回路３４８は、本発明のシステムで炭素質物質を精製するために保管する前記蒸気またはガス状の酸性混合溶液を凝縮する凝縮装置（例えば、冷却器）を含む。当技術分野で周知の分離器がさらに使用され、前記酸性混合溶液の異なる成分または化合物に分ける。別の態様において、前記酸性混合溶液は、温比蒸留によって異なる化合物を分離する温度制御分離器の使用によってお互いが分離される複数の酸性化合物（例えば、ＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６）を含む。この分離器は、当該分離器内の前記酸性化合物の温度および比率を制御することによって制御される。また、前記炭素質物質から温浸された金属は、異なるｐＨレベルで沈殿し、次に前記炭素質物質／酸性混合溶液から濾過される。
【００３３】
上述の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、１つが前記炭素質物質／酸性混合溶液を別の下流の温浸容器に送り込むように直列に並べられた複数の温浸容器を含む。この実施形態において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、例えばパイプ３３０を介して連続した遠心分離機３８に送り込むのに重要な連続的な下流への流れを有する方法でバッチ処理される。
【００３４】
別の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、１つの温浸容器（例えば、温浸容器３０４）だけを含む。この実施形態では、前記炭素質物質／酸性混合溶液が送り込まれるさらに下流の温浸容器が存在せず、例えば遠心分離機３２８に直接送り込まれる。
【００３５】
更に別の実施形態において、前記炭素質物質を精製する本発明のシステムは、並列に並べられた複数の温浸容器を含み、例えば前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記遠心分離機３２８に並行または同時に送り出す。この実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は各々別々にコンベヤー３０２から前記炭素質物質／酸性混合溶液を送り込まれる。
【００３６】
好ましくは、前記酸性混合溶液は、ある比率の範囲のＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６を有する。１つの実施例では、前記ＨＦは、好ましくは約２％〜約２０％ ｗ／ｗの範囲で存在し、より好ましくは約５％〜約１５％ ｗ／ｗの範囲である。前記Ｈ２ＳｉＦ６は、好ましくは約１０％〜約５８％ ｗ／ｗの範囲で存在する。より好ましくは、前記ＨＦは、約５％〜約１２％ ｗ／ｗの範囲で存在し、最も好ましくは約８％〜約１０％ ｗ／ｗの範囲であり、前記Ｈ２ＳｉＦ６は、さらに好ましくは約３０％〜約３８％ ｗ／ｗの範囲で存在し、最も好ましくは約２２％〜約３２％ ｗ／ｗである。前記混合物の残余は水である。これは例えば、１０％のＨＦと３５％のＨ２ＳｉＦ６を含む酸性混合溶液が５５％のＨ２Ｏの含有量を有し、１つの形態において前記温浸容器の中に送り込まれる前記炭素質物質の水分を考慮する。好ましくは、前記酸性混合溶液は、前記炭素質物質と混合する前にＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６のこれら混合部分を含む。
【００３７】
別の実施形態において、フッ素酸溶液は、酸塩基としてＨ２ＳｉＦ６とＨ２Ｏの溶液から準備することができ、これに無水ＨＰを加えることによりこれら反応性：酸の両方が１つの溶液になる。前記酸の幾つかの例示的な範囲は、約５％〜３４％ ｗ／ｗのＨ２ＳｉＦ６、３２％〜９０％ ｗ／ｗのＨ２Ｏ、および５％〜３４％ ｗ／ｗのＨＦ酸である。１つの態様において、フッ素酸溶液は、水中の飽和溶液Ｈ２ＳｉＦ６からガス状の無水ＨＦ酸を加えて準備する。別の実施形態では、ＳｉＦ４をＨ２Ｏとともに反応させて、Ｈ２ＳｉＦ６を形成する。
【００３８】
１つの実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、約１０℃〜約１２５℃の温度で、約０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの圧力で作動する。別の実施形態において、、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の温度は、好ましくは約５５℃〜約８５℃、より好ましくは約７０℃〜約８５℃である。
【００３９】
１つの実施形態において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０で約２０〜約８０分の間攪拌またはかき混ぜられ、より好ましくは約４０〜約６０分である。
【００４０】
前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、収納する化学物質に耐えられる物質でできている。例えば、前記温室容器３０４は、プラスチックと炭素の混合の繊維複合体または使用される酸の腐食作用に影響されない任意の物質で裏打ちされた構造材料から作られる。
【００４１】
処理済の炭素質物質は、前記炭素質物質／酸性混合溶液より低い比重を有し、これにより前記処理済の炭素質物質は、前記ミキサー３１２、３２２、および３２４が止まると前記温浸容器３０４、３０８、および３１０で前記炭素質物質／酸性混合溶液の上に浮く。前記酸性混合溶液より大きい比重の未反応の硫化鉄および他の未溶解の重金属塩は、前記ミキサー３１２、３２２、および３２４を止めることによって前記攪拌が止まった場合、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０の底に落ちる。１つの実施形態において、特定の炭素質物質（例えば、石炭）の比重は、前記温浸容器に入ったとき、約１．３で、前記酸性混合溶液は、約１．２である。温浸の後前記遠心分離機３２８に入るとき、前記炭素質物質は一般的に１．１の比重を有し、前記酸性溶液の比重は１．２である。また、分離プロセスの間、前記処理済の炭素質物質は、前記酸性混合溶液に含まれる金属フッ化物および／またはケイフッ化金属塩に対するフィルタとして働く。
【００４２】
１つの実施形態において、前記パイプ３３０は、前記遠心分離機３２８に前記炭素質物質／酸性混合溶液を送り込むポンプ３３２に接続されている。好ましくは、前記ポンプ３３２は、前記炭素質物質／酸性混合溶液を粒度を低下させることなしに送りだす。１つの態様において、前記ポンプ３３２は蠕動ポンプである。
【００４３】
１つの態様において、前記遠心分離機３２８は幾つかの異なる段階がある。例えば、第１の段階で、これは前記炭素質物質から前記酸性混合溶液を取り除くのに十分な速さで回転する。第２の段階において、イオン除去給水３３６および／または洗浄水供給３３４から供給される水は、前記炭素質物質を洗浄するのに使用される。好ましくは、この洗浄水は、前記遠心分離機の内部で回転している際、前記炭素質物質に適用される。前記遠心分離機３２８の中へ入力される前にこの回転で使用される水は加熱される。例えば、前記水は、好ましくは約３０℃〜約１００℃の温度で、より好ましくは７５℃〜約８５℃である。次に、前記遠心分離機３２８はこの洗浄水を取り除き、この洗浄水はこの第２の段階で濾過装置を通って濾過された後リサイクルすることができる。前記遠心分離機３２８から取り除かれた前記洗浄水は、後述するようにパイプ３４２を介してリサイクルに送られる。別の実施形態において、入って来る炭素質物質の水分含量が本明細書で記載されているように温浸の前に望ましいものより低い場合、前記遠心分離機３２８から取り除かれた前記洗浄水は、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０に入る前に水分平衡装置３４６で前記炭素質物質に吹きかけられる。前記濾過装置は、幾らかの金属フッ化物および金属塩化物を取り除き、これらは他の市場（例えば、アルミニウム工場および製鉄工場）へ売られる。
【００４４】
好ましくは、第３の段階は、回転プロセスの間前記遠心分離機３２８の中に蒸気を注入する工程を含む。１つの実施形態において、前記遠心分離機３２８内の温度は、好ましくは約１２０℃〜約４００℃で、前記遠心分離機３２８内の前記炭素質物質に適用する蒸気の量は、前記遠心分離機３２８内の前記炭素質物質の低迷を防ぐサイズおよび炭素質物質の粒子、および前記遠心分離機３２８内のドラムの速度を含む幾つかの要素で決定される。前記蒸気は、あらゆる残留フッ化物を除去するのを助ける。例えば、前記炭素質物質に適用する蒸気の量は、前記最終炭素質物質で要求されるフッ素レベルで決定される。例えば、ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６およびＨ２Ｏの同位元素は、個々の合成物の濃度に基づいて好ましくは約１０５℃〜約１２０℃で気化する。このように、前記遠心分離機３２８の中へ蒸気を供給することによって、前記残留ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６およびＨ２Ｏは、蒸気として前記炭素質物質から排除され、パイプ３４２を介して後で回収され、例えば、前記蒸気プロセスはまた、炭素質物質を精製する本発明のシステムの乾燥段階を開始する。別の実施形態において、前記段階を分けるため直列および／または平衡で使用される複数の遠心分離機が存在する。
【００４５】
前記遠心分離機３２８は更に、前記炭素質物質が前記遠心分離機３２８内で回転しているとき、前記炭素質物質を解体するまたはオーガドリル（ａｕｇｅｒ)で穴をあけることによって前記炭素質物質を前記遠心分離機３２８から除去するスクレーパーまたはオーガドリルを含む。このように、前記炭素質物質は、前記遠心分離機３２８を出て、前記炭素質物質は、次にコンベヤーを介してホッパー３４４に移動する。１つの態様において、比較的小さい望ましくない微粉の生成を防ぐため、前記炭素質物質を劣化させるあらゆる運搬手段を使用しないことは重要である。この時点での前記炭素質物質の水分含量は約４％〜約１２％ ｗ／ｗである。
【００４６】
図４は、本発明に従った乾燥装置の実施形態４００を図示する。前記乾燥措置４００は、前記温浸装置３００によって生成された前記炭素質物質をさらに乾燥させる乾燥器４０２を含む。前記ホッパー３４４からの前記炭素質物質は、前記乾燥器４０２の中へ送り込まれ、前記炭素質物質は、望ましい速度および温度の空気流に曝される。滞留時間の後、前記炭素質物質は、次に、前記乾燥器４０２を出て、ホッパー４０６に送り込まれ、最終包装および製品装置へと引き上げられ、これは図５に示すように貯蔵容器５０２に置かれるかまたは大量貯蔵に送れる最終炭素質物質の重量を量るロードセルまたはスケール５０４を含み、略純粋で乾燥された炭素質物質は、次の段階、燃料、活性化、および同類のものの準備ができている。
【００４７】
１つの実施形態において、乾燥器４０２は、一般に密度依存装置（例えば、ティータベッド）である流動床であり、流動層乾燥器の底部および上部から流れる空気を有し、比較的軽い炭素質物質を前記流動層乾燥器の上部にまで上げ、サイクロンおよび／またはバグフィルタ（例えば、サイクロン４０８）によって容器（例えば、ドラム４１０）に移動させる。前記炭素質物質粒子は、これらの密度に基づいて空気流中に漂い、このプロセスによりさらに乾燥される。前記流動層乾燥器の最上部から流れない中間サイズ炭素質物質粒子が、前記流動層乾燥器の底部で回収され、コンベヤー４０４に移動する。前記流動層乾燥器は、当該流動層乾燥器内の炭素質物質の高さを制御する堰を含む。コンベヤー４０４は、当技術分野で知られているような真空および／または空気コンベヤーである。１つの態様において、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的小さい炭素質物質粒子は、約２００ミクロンまたはそれ未満である。前記流動層乾燥器を通る前記粒子サイズの分離を制御するため、前記空気流は調節される。比較的高い前記流動層乾燥器を通る空気流の速さは、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的大きいサイズの炭素質物質を生成する一方、比較的低い空気流は、前記流動層乾燥器の最上部に存在する比較的小さいサイズの炭素質物質を生成する。また、前記比較的小さい炭素質物質粒子は、貯蔵容器（例えば、サックなど）に送り込まれる。
【００４８】
別の実施形態において、前記乾燥器４０２は、空気流および炭素質物質移動が存在する限り多くのデザインがあり、前記乾燥器４０２の温度は、好ましくは約１００℃〜約１６０℃の範囲であり、より好ましくは約１２０℃〜約１４０℃であり、前記温度は、元の炭素質物質の固有の値に近いレベルまで残余のフッ素を解放するため、大部分の水分およびタールの幾分かを排除するのに十分な高さである。
【００４９】
図６は、本発明に従った蒸気回収装置６００の実施形態６００を図示する。前記炭素質物質を精製するシステムにより生成されたプロセス水は、スクラバー６０２に送り込まれ、空気が前記スクラバー６０２を通過させて、前記プロセス水からあらゆる追加的な軽い揮発性の蒸気を取り除く。前記スクラバー６０２を通る前記空気流は送風機６０８によって提供され、煙突６１０に送り出される。取り除かれたプロセス水は、ポンプ６１２を介して前記スクラバー６０２の最上部に戻される。また、前記取り除かれたプロセス水は、前記水分平衡装置３４６に送り込まれ、当該水分平衡装置３４６内の前記炭素質物質の水分含量を増加させる原料として使用される。
【００５０】
図７は、本発明に従った原料貯蔵設備の実施形態７００を図示する。前記原料貯蔵設備７００は、前記炭素質物質を精製するシステムで使用されるイオン除去水を保持するイオン除去貯水タンク７０２を含む。例えば、イオン除去水は、前記イオン除去貯水タンク７０２からパイプ７０４を介して遠心分離機３２８に送り込まれる。前記原料貯蔵設備７００は、さらにＨＦ貯蔵タンク７０６を含み、これはＨＦ酸をパイプ７０８を介してＨＦ調整タンク７１０に送り込み、Ｈ２ＳｉＦ６調整タンク７１２はさらに、酸性混合溶液を望ましい強さに混合した後、それらの個々の酸性混合溶液を加熱するヒーターを含む。前記Ｈ２ＳｉＦ６調整タンク７１２はさらに、Ｈ２ＳｉＦ６貯蔵タンク７１４に貯蔵されるより濃縮形態のＨ２ＳｉＦ６を送り込む。一旦酸性混合溶液の望ましい強さが達成されると、次に、炭素質物質と混ぜる温浸容器３０４にパイプ７１６を介して配管される。また、前記ＨＦ調整タンク７１０は、ＨＦの減じた強さをパイプ７１８を介して前記遠心分離機３２８に送り込む。また、前記原料貯蔵設備７００はさらに、前記炭素質物質を精製するシステムから収集された洗浄水を収容する洗浄水収集タンク７２２を含む。この洗浄水は、パイプ７２０を介して遠心分離機３２８に送り込まれる。追加の容器７２４および７２８は、前記炭素質物質を精製するシステムのあらゆる酸性の流出物を中和するまたは酸の強さを減少させる苛性化合物（例えば、基剤）を収容するのに使用される。この様な基剤は、パイプ７２６を介して前記温浸容器３０４に送り込まれる。
【００５１】
図８は、本発明に従った著音波装置の実施形態８００を図示する。１つの実施形態において、前記温浸容器３０４、３０８、および３１０は、前記炭素質物質の微小孔および大孔の中への前記酸性混合溶液の改善された浸透のため、前記炭素質物質／酸性混合溶液の流れを取り込み、超音波源８０４を介してポンプで送り込むパイプ８０２を含む。１つの態様において、前記超音波源８０４は、そのような超音波源に曝され、そして前記酸性混合溶液の改善された浸透のため前記パイプ８０２を通って前記超音波を与えるウォーターバスである。１つの実施形態において、前記波信号は、そのような貫通作用および温浸作用を高めるのに役立っている。
【００５２】
図９は、本発明に従った超音波装置の実施形態９００を図示する。この実施形態において、超音波源９０２は、前記振動篩装置０４に入る前にパイプ２０１の上に配置される。
【００５３】
１つの実施形態において、前記超音波源８０４および９０２の周波数は、約８０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚである。１つの実施例において、炭素質物質の大孔の開口部が約１ミクロンであり、前記超音波源８０４および９０２の１００ｋＨｚの周波数によって前記酸性混合溶液が前記大孔の開口部に浸透するようになることが発見された。また、前記酸性混合溶液が前記炭素質物質の大孔の中に送り込まれる際、前記大孔内に圧力が発生し、一旦前記大孔内のこの圧力が大孔外より大きくなると、前記酸性混合溶液がポンプで送り出されるようになる。このポンプ作用は、改善された浸透力と、前記炭素質物質内の混入物質の温浸または除去を提供する。前記超音波源８０４および９０２は、当技術分野で周知の超音波変換器によって生成される。１つの態様において、これらの変換器は、波作用を水に伝達するウォーターバスに接触または連通しており、これはそして前記波作用をパイプに伝達し、そしてこのように続いて、前記炭素質物質の微小孔および大孔にポンプ作用を影響する。これにより、機械攪拌の必要性は減少し、改善された温浸時間が提供される。前記超音波源８０４および９０２の周波数により、キャビテーション、キャビテーション気泡、および／または空洞気泡を前記酸性混合溶液内に発生させ、これらは前記炭素質物質の大孔の典型的な開口部より小さいサイズである。一般に、前記周波数が高くなればなるほど、前記キャビテーション気泡は小さくなる。前記キャビテーション気泡が大きくなりすぎた場合、これらは前記炭素質物質をより小さいサイズに粉砕する傾向があり、これは前記プロセスに望ましくない。１つの実施例において、前記超音波源８０４および９０２は、約１０ＫＨｚ〜約５０ＫＨｚの周波数で約２５０ワットから約１６，０００ワットの電力を生成する能力がある。前記超音波処理は、作動することが望ましい場合、給水ポンプおよび前記パイプの隣の調節可能な背圧弁を使用して周囲圧力を超える圧力上昇において実行される。
【００５４】
図１０は、本発明に従った活性化装置の実施形態１０００を図示する。この実施形態において、熱装置例えば回転窯１００２は、パイプまたは導管１０１４を介して乾燥装置４００に連通しており、特には乾燥器４０２に連通している。回転窯１００２が図示され記載されているが、前記熱装置は、当技術分野の当業者が知っているような直接燃焼式窯、間接燃焼式窯、炉床窯、および同類のものである。前記回転窯１００２は、前記導管１０１４と好ましくは連通する注入口１０１６と、活性化炭素質物質が貯蔵または搬送のために放出される放出口１０１８とを含む。１つの態様において、前記乾燥炭素質物質は、乾燥器４０２から回転窯１００２の中に直積みすることによって送り込まれる。直積みは前記乾燥炭素質物質の熱損失を減らすので好ましく、これにより活性化の際の前記回転窯１００２で必要な熱量を減らせる。１つの態様において、前記回転窯１００２は直接燃焼式であり、別の態様ではそれは間接燃焼式である。図１０に示された前記回転窯１００２は、前記回転窯１００２のシェルの外側に位置する熱源によって間接燃焼式で加熱されている。
【００５５】
回転窯１００２は、シェル１００４と、前記回転窯１００２の内部に配置された炭素質物質１００８を循環または移動させる複数の可動部１００６とを含む。前記可動部１００６は、例えば、当技術分野で周知の金属循環プレートまたは旋回プレートである。前記回転窯１００２の内部に位置する前記可動部１００６が前記回転窯１００２の内部に亘って有利に配置されており、動作状態の前記炭素質物質１００８の最適循環および移動が確実にされている。前記可動部１００６は、例えば、前記炭素質物質１００８の確実な移動および循環を確かなものにするため、パドル形状またはプレート形状で構成されている。１つの実施形態に従った前記可動部１００６は、前記回転窯１００２の半径方向に少なくとも実質的に動作し、前記炭素質物質１００８の特に徹底的な混合を確実にする。使用される前記可動部１００６は、例えば、金属シートであり、特には角度の付いた金属シート（すなわち、勾配プレート）であり、パドルの動きによって前記炭素質物質１００８を移動させる。これはそれ自体で当技術分野のと業者に知られている。
【００５６】
回転窯１００２および可動部１００６は、高温および腐食に耐性がある金属から（特に鋼から）有利に成っている、なぜならこれらは活性化炭素質物質の生成の間、活性化相の温度条件に耐えなければならないからである。前記回転窯１００２および／または可動部１００６を製造するのに使用できる適切な高温耐性鋼の例として、高合金鋼（すなわち、５％を超える合金元素を含む鋼）を含む。このような鋼の例として、高合金クロムおよびクロムニッケル鋼を含み、好ましくは合金を基にして１０％を超えるクロムおよび／またはニッケルの含有量、特には１５％を超える、特に好ましくは２０％を超える含有量である。良好な高温特性を有するフェライト鋼またはフェライトオーステナイト鋼が、回転窯１００２および／または可動部１００６の製造の材料として好んで使用される。
【００５７】
更に、回転窯１００２はまた、導入ガスおよび排出ガスのためおよびガスが通り抜けるのを許容するための注入口装置１０１０と放出口装置１０１２とを有し、例えば、活性化炭素質物質の生成の間の活性化相の不活性ガスの導入ため、および活性化炭素質物質の生成の間の活性化相の酸化ガスの更なる導入のためである。前記注入口装置１０１０および放出口装置１０１２は、下方向へ流れる炭素質物質１００８に対する向流配置を提供するように示されており、別の実施形態において、これらの装置の配置及び配向は、前記炭素質物質１００８と同一方向のフローパターンを提供するようにすることもできる。また、注入口装置１０１０は蒸気注入装置であって、例えば、前記炭素質物質１００８の活性化燃焼を作成および制御するため前記回転窯１００２の内部に蒸気を提供する。１つの態様において、前記蒸気は、１ポンドの炭素に対して約０．２５ポンド〜約４ボンドの比率であり、より好ましくは１ポンドの炭素に対して約３ポンドであり、最も好ましくは１ ｌｂの炭素に対して約２ポンドである。前記蒸気は、前記回転窯１００２の注入口１０１６から大よそいかなる点からでも注入することができる。
【００５８】
新規のサイズのため、炭素質物質原料製造装置１００および化学純度のため、前記炭素質物質原料製造装置１００、マイクロ波乾燥装置２００、温浸装置３００、および乾燥装置４００のいずれか又は全てによって作成される炭素質物質１００８原料の温浸のため、（回転窯１００２の中に送り込まれる前記炭素質物質１００８）蒸気の温度、時間、および量の３つのパラメータのいずれか若しくは全てを容易に且つ効率的に制御して、従来のシステムで見られるものより少なくエネルギーを消費する活性化炭素質物質を製造する。更に、放出口装置１０１２は前記炭素質物質を１００８から気化したコールタールを回収し、更なる処理、リサイクル、およびガス燃焼バーナー１０２４での再利用可能にする。これは前記回転窯１００２の注入口装置１０１０の近傍で起こり、この工程は、１つの態様または実施形態で炭化と呼ばれている。放出口装置１０１２はさらに、前記コールタールを回収するため前記排気を分別する分別凝縮装置を含む。このような分別する工程は、約２１０〜２５０℃の温度範囲で起こる。例えば、前記排気は、３００℃を超えて維持されるサイクロンを通り抜け、固体を捕捉して、次に２２０℃で若しくはその前後で前記流れを凝縮して前記コールタールを捕捉する。これらは次にスクラバーを通過してあらゆる酸を除去および／または中和する。更に、これらは、当技術分野の当業者には周知のあらゆる揮発性有機化合物の熱破壊および有害大気汚染物質の存在のため、回転窯１００２の燃焼部の中に流れ込む。
【００５９】
別の実施形態において、活性化プロセスを前記炭素質物質に提供するように、２つ以上の回転窯１００２が協同で使用される。例えば、２若しくは３つの回転窯が一緒に使用される。更に、従来のエアロックが前記回転窯１００２の放出口１０１８と注入口１０１６の間に周知の方法で用いられ、例えば、２つ以上の回転窯１００２が用いられるとき、各回転窯１００２の内部空気を分離させる。
【００６０】
１つの態様において、回転窯１００２は、保温ジャケット（図示せず）によって囲まれ、独立制御のガス燃焼バーナーの配列（熱源１０２２として図示され一般的に表されている）を含み、このガス燃焼バーナーは、回転窯１００２のシェル１００４と熱源１０２２との間の空間を通して伝達される熱エネルギーを生成する。従来の他の手段が間接的熱源１０２２として例えば電気コイルなどが使用され、石炭、油、および／またはガス燃焼バーナー１０２４は、工業規模において最も経済的で実際的な熱エネルギー源として一般に考えられている。
【００６１】
有効化装置１００はさらに、熱源１０２２を制御する温度調節器１０２０を含む。多くの市販の従来の温度調節器であって、前記間接的熱源１０２２によって供給される熱エネルギーの程度を制御するのが可能な、および工業用回転窯の技術分野の当業者には周知の方法で動作が可能な様々な精度の温度調節器がある。
【００６２】
炭素質物質を活性化する本発明のシステムの目的のため、選択された温度調節器１０２０の精度は、炭素質物質を活性化する本発明のシステムの教示に従って有用な結果を得るために、回転窯１００２を通って横切る炭素質物質の層の望ましい温度プロフィールを維持することが可能でなければならない。経済的で実際的な限度の範囲内での熱源１０２２のかなり正確な制御は、より信頼できる方法で最終産物の特性に影響を与えるより大きな範囲の選択性を提供する。
【００６３】
上述したように、温度調節器１０２０は、活性化装置１０００と関連する熱源１０２２に動作可能なように接続されており、好ましくは回転窯１００２のシェル１００４と関連する、適切に配置された温度検出器を含み、これは温度データを温度調節器１０２０のコントローラ回路にフィードバックする。温度調節器１０２０は、回転窯１００２のシェル１００４を通ってガス燃焼バーナー１０２４によって生成される熱エネルギーを変えるように設定され、それ故、回転窯１００２を通って前進するとき、炭素質物質１００８の層の所定の増加温度プロフィールまたは炭素質物質の層の加熱傾斜を提供する。
【００６４】
好ましくは、脱揮発および活性化は一般に３５０〜１，２５０℃の範囲の温度で実行され、特には５００〜９００℃の範囲で、より好ましくは６００〜８５０℃の範囲である。一般に、回転窯１００２は、約１０分〜約８時間の炭素質物質に関する滞留時間を提供する傾きおよび回転速度を有するものであり、好ましくは約３０分〜約６時間であり、より好ましくは約６０分〜約５時間である。
【００６５】
一旦前記炭素質物質１００８が放出口１０１８を通って回転窯１００２を出ると、それは冷却、貯蔵、または追加の使用のために運送される。前記炭素質物質を活性化するシステムは、粒状サイズの炭素質物質を生成し、これを達成するため有意な費用がかかる結合剤を必要とする従来のプロセスで見られる粉末サイズ製品を生成しない。例えば、前記炭素質物質を活性化するシステムによって生成された活性化炭素質物質は、この時点で他の方法で通常要求されるような更なる酸洗浄剤なしで直接水濾過用途に使用される。
【００６６】
前記炭素質物質を活性化する本発明のシステムは、好ましくは、粒状活性炭用の約２００ミクロン（「μｍ」）〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）のサイズを有する活性化炭素質物質を生成し、微粉砕後粉末活性炭用に約２００μｍ〜約１０μｍのサイズを有する。また、活性化炭素質物質は、添加剤（例えば、臭素、ヨウ素、硫黄、または特定の用途に基づいた多くの他の製品）で被覆されるかまたは添加剤が吹き込まれる。例えば、活性化炭素質物質は、煙道ガス用途での水銀除去アプリケーションのための液体または気体として臭素を吹き込むまたは臭素で被覆される。別の実施例において、活性化炭素質物質は、硬い硫黄が吹き込まれるかまたは硬い硫黄で被覆される。１つの態様において、前記活性化炭素質物質を添加剤で被覆するかまたは添加剤を吹き付ける前の活性化炭素質物質の温度は、好ましくは３００℃以下である。１つの態様において、前記添加剤は、被覆または吹き込みプロセスの間蒸気相である。例えば、臭素は、当技術分野で知られているようにループ対向流装置を介して気相の活性炭に対して約１％〜約３０％ ｗ／ｗの比率で適用される。
【００６７】
上記に加えて、前記炭素質物質を活性化するシステムによって生成された炭素質物質は、添加剤（例えば、臭素）の適用の後、３２５篩サイズ未満の微粒にされ、それは通常４５μｍマイナスであり、例えば、水銀を捕える煙道ガス洗浄器で使用される約１０μｍの平均である。
【００６８】
炭素質物質を活性化する本発明のシステムの上述した態様および実施形態に加えて、本発明はさらに、炭素質物質を活性化する方法を含む。図１１は、炭素質物質を活性化する方法の実施形態１１００を図示する。ステップ１１０２において、酸性混合溶液は、ＨＦ、Ｈ２Ｏ、およびＨ２ＳｉＦ６を所望の比率に混合することによって準備される。このステップでは、貯蔵された濃縮ＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６は、個々の容器に別々に注入され、１つの態様において、それぞれの濃度は水または基剤で減じられます。別の態様において、このステップは、硝酸、硫酸、および／または当技術分野の当業者には周知である多くの鉱酸を有する異なる酸性混合物を含む。次に、これら濃度低下したＨＦおよびＨ２ＳｉＦ６は、容器の中で結合され、次にＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏの混合物を混合し加熱する。このステップにおいて、温浸される特定の量の炭素質物質に対する酸性混合溶液の正確な量が準備される。
【００６９】
ステップ１１０４において、前記炭素質物質は、炭素質物質の源（例えば、選炭工場沈殿池流）をサイズ設定することによって準備される。このステップはさらに、前記炭素質物質をＨ２Ｏで所望の含有量（例えば、約２０％〜約３０％ ｗ／ｗ）に湿潤させる。このステップはさらに、サイジング動作の前または間前記炭素質物質への超音波の適用を含む。
【００７０】
ステップ１１０６において、前記炭素質物質および酸性混合溶液は、温度および圧力が制御された温浸容器で化合させる。このステップはさらに、追加の温浸時間のため前記炭素質物質／酸性混合溶液を第２の温浸容器に送る工程を含む。このステップはさらに、追加の温浸時間のため前記炭素質物質／酸性混合溶液を第３の温浸容器に送る工程を含む。このステップはさらに、前記温浸容器に又はループ若しくは回路パイプに超音波の適用を含み、このループ若しくは回路パイプは前記温浸容器からの前記炭素質物質／酸性混合溶液の流れ取り込み、次に改善された温浸のための超音波の適用の後、それを前記温浸容器の中に戻して入れる。
【００７１】
ステップ１１０８において、前記炭素質物質／酸性混合溶液は、前記酸性混合溶液の除去のため遠心分離機に送られる。このステップはさらに、あらゆる残余酸性混合溶液を前記炭素質物質から洗浄するため、洗浄水を前記遠心分離機の中に吹き付ける工程を含む。この後に続いて、前記炭素質物質が所望の水分含量を有するまで追加の遠心分離をする。このステップはまた、例えば１つの遠心分離機から次のものまで前記物質を運ぶ流れの助けを借りて２若しくはそれ以上の遠心分離機によって実行される。
【００７２】
ステップ１１１０において、前記炭素質物質は、特定の用途または順序のための所望の製品のサイズを達成する密度に基づいてさらに乾燥または分離される。このステップは、たて形容器内に空気流を適用する工程を含み、これにより密度の低い炭素質物質が前記乾燥器の最上部から取り除かれ、一方で密度の高い炭素質物質は、貯蔵容器（例えば、サック）への除去のため前記乾燥器の中に保持される。ステップ１１１２において、前記炭素質物質は仕上げられ、これら使用目的のため最終貯蔵容器（例えば、サック）の中に収納される。本明細書に記載されるプロセスはスケールに依存せず、マイクロスケール、メサスケール、およびマクロスケールで使用することができる。
【００７３】
図１２は、炭素質物質を活性化する方法の実施形態１２００を図示する。ステップ１２０２において、炭素質物質は、本明細書に開示されているように機械的および化学的に処理される。このステップは、好ましいサイズ、純度、および活性化装置１０００に供給するのに好ましい水分含量を有する炭素質物質を生成する。このステップはさらに、前記炭素質物質原料製造装置１００、マイクロ波乾燥装置２００、温浸装置３００、および乾燥装置４００または同様の機械および／または装置の組み合わせとともに前記炭素質物質を処理する工程を含み、これにより不純物が除去され、水分含量が好ましいレベルにあり、炭素質物質の温度は上昇する。このように、活性化装置１００で要求されるエネルギーの量を従来のプロセスのものより減少させることができる。
【００７４】
ステップ１２０４において、前記炭素質物質は、乾燥装置４００から導管１０１４を介して回転窯１００２の中に供給される。好ましくは、このステップは、温浸済炭素質物質を乾燥装置４００から回転窯１００２の中に直接供給する工程を含み、これにより前記乾燥装置４００によって提供された熱を少しも損失しない。この供給は、できるだけ直接的で熱力学的にも有利でなければならない。回転窯１００２の注入口１０１６の中に直接炭素質物質を供給することによって、前記炭素質物質は高温であるため、前記回転窯１００２の前記炭素質物質を炭化させ活性化するのに必要なエネルギーは少なくなて済む。
【００７５】
ステップ１２０６において、前記炭素質物質は活性化される。炭素質物質を活性化する本発明のシステムによれば、炭素質物質は、例えば約６００℃〜約８５０℃に予め加熱された回転窯１００２に供給される。回転窯１００２の中に供給される炭素質物質の量は、好ましくは回転窯１００２の容積の約１０％〜約３０％である。回転窯１００２は、炭化ゾーンと活性化ゾーンに約５％〜約４０％の体積充填まで細分され、窯回転当たり約８倍の製品回転率で不活性ガスにおいて連続的に炭化および活性化され、炭化ゾーンの製品温度プロフィールは約３００℃〜約９００℃で滞留時間は約１０分〜約１８０分であり、活性化ゾーンの炭素質物質温度プロフィールは約５００℃〜約１，２００℃で約３０分〜約１８０分の滞留時間であり、前記活性化ゾーンにおいて１ ｌｂの炭素に対して１ ｌｂ〜５ ｌｂの蒸気の追加と、回転窯１００２の注入口１０１６から任意の距離がある。
【００７６】
随意のステップ１２０８において、活性化炭素質物質は、被覆されかまたは添加剤が吹き込まれる。このステップは、閉ループ対向流装置または機器で実行され、約５％〜約１０％ ｗ／ｗの好ましい添加剤を適用する。随意のステップ１２１０において、前記活性化プロセスの間前記炭素質物質から放たれたコールタールは、分別される。このステップは、前記コールタールを凝縮しながらこれらを液相状態に保つため、約２００℃で温度調節垂直静脈コンデンサを使用して実行され、これにより、例えば炭素質物質を活性化する本発明のシステムから保持容器に流出し、前記コンデンサをきれいにする。
【００７７】
随意のステップ１２１２において、分別されなかった前記コールタールはリサイクルされ、前記ガス燃焼バーナー１０２４で燃される。捕獲されなかった気化コールタールは、さらにガス燃焼バーナー１０２４による燃焼と、続く回転窯１００２の加熱のため、前記ガス燃焼バーナー１０２４に戻される。随意のステップ１２１４において、活性化炭素質物質は完成し、包装され、および／または例えば本明細書に記載したような更なる用途で使用するために貯蔵される。
【００７８】
炭素質物質を活性化するシステムが説明されてきた。この明細書中に記載された特定の実施形態は実施例を示すものであり、本発明を限定するものであると解釈されべきでないことは理解されるべきである。更に、当技術分野の当業者が、発明概念から逸脱することなしに、すぐに記載の特定の実施形態の多くの使用および修正が行えることは明らかである。例えば、異なる温度、圧力、酸性混合溶液、および同類のものが、本明細書に記載される炭素質物質を活性化する本発明のシステム内に適合するように、本発明の概念を逸脱しないで変更または部分的に改めることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する炭素質物質原料装置と、
前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、
前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を提供する酸性原料装置と、
前記温浸装置と連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、
前記分離装置と連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させ且つ前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、
活性炭素質物質を生成するため、前記炭素質物質を活性化する熱装置であって、この熱装置は、前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記熱装置から前記活性化炭素質物質を出す放出口とを有するものである、前記熱装置と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項２】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、４％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項３】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、３％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項４】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、２％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項５】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、１％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項６】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、前記回転窯の注入口に実質的に隣接して配置された、二酸化炭素および蒸気の少なくとも１つの発生源であって、二酸化炭素および蒸気の少なくとも１つを注入して、前記熱装置内に収容される前記炭素質物質に接触するものである前記発生源をさらに有するものである。
【請求項７】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、間接燃焼窯、直接燃焼窯、炉床窯、および複数の炉床窯から成る群から選択されるものである。
【請求項８】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しく複数の熱源は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項９】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の熱源は、約５００℃〜約９００℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項１０】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の熱源は、約６００℃〜約８５０℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項１１】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、前記炭素質物質に約３０分〜約８時間の滞留時間を提供するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記熱装置に連通して、前記炭素質物質からコールタールをす分別する分別装置を有するものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記分別装置と前記熱装置の間に配置されて、前記コールタールを燃料ガスとしてリサイクルするリサイクル管を有するものである。
【請求項１４】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
炭素質物質原料装置であって、
前記炭素質物質を好適なサイズに設定する第１の振動篩機と、前記第１の振動篩器と連通して、５％未満のミネラル含有量炭素質物質を生成する密度差異分離機器とを有するものである、前記炭素質物質原料装置と、
前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、
前記温浸装置と連通して、前記第１の温浸装置に酸混合溶媒を提供する酸性原料装置であって、
Ｈ２Ｏの発生源と、
ＨＦの発生源と、
Ｈ２ＳｉＦ６の発生源とを有し、
前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは、予め定められた比率で一緒に混合され、前記第１の温浸装置に提供される前に前記酸性混合溶液を形成するものである前記酸性原料装置と、
前記温浸装置に連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離させる分離装置と、
前記分離装置に連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、
前記炭素質物質を活性化させて活性炭素質物質を生成する、内部チャンバーを定義するシェルを有する回転窯であって、この回転窯は、前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記回転窯から前記活性炭素質物質を出す放出口とを有するものである、前記回転窯と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記回転窯の注入口を有する前記乾燥装置に直接連結する導管を有するものである。
【請求項１６】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記回転窯は、前記回転窯の注入口に実質的に隣接して位置する二酸化炭素及び水蒸気源の発生源であって、前記二酸化炭層および蒸気の少なくとも１つを前記回転窯の内部チャンバーの中に注入するものである。
【請求項１７】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記活性炭素質物質をハロゲン化合物に接触させる、前記回転の放出口の下流に配置されるハロゲン化装置を有するものである。
【請求項１８】
請求項１７記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記ハロゲン化装置は、前記活性炭素質物質を臭素化化合物と接触させる臭素化装置である。
【請求項１９】
請求項１７記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記臭素化装置は液相である。
【請求項２０】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱源は、約５００℃〜約９００℃の温度で前記回転窯を動作させることが可能である。
【請求項２１】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記回転窯に連通して、コールタールを前記炭素質物質から分別する分別装置を有するものである。
【請求項２２】
請求項２１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記分別装置と前記回転窯の間に配置されて、前記コールタールを燃料ガスとしてリサイクルするリサイクル管を有するものである。
【請求項２３】
炭素質物質を活性化する方法であって、
温浸装置を提供する工程と、
酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む工程と、
約１５％〜約３５％の含水量を有する湿炭素質物質の供給を前記温浸装置に注ぎ込んで、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む工程と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものであって、前記混入物は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、温浸する工程と、
前記温浸された炭素質物質を熱装置に注ぎ込む工程と、
前記熱装置の中で前記温浸炭素物質を約３５０℃〜１，２５０℃の温度まで加熱して、活性炭素質物質を生成する工程と
を有する
炭素質物質を活性化する方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、前記温浸炭素質物質を約３０分〜約８時間の間加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項２５】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる工程をさらに有するものである。
【請求項２６】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む工程は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く工程をさらに有するものである。
【請求項２７】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程をさらに有するものである。
【請求項２８】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程は、前記熱装置で前記炭素質物質を加熱するため前記コールタールを使用する工程をさらに有するものである。
【請求項２９】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【請求項３０】
請求項２９記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記ハロゲン化合物は、臭素化合物である。
【請求項３１】
請求項２９記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記ハロゲン化合物は液相である。
【請求項３２】
炭素質物質を活性化する方法であって、
温浸装置を提供する工程と、
Ｈ２Ｏ、ＨＦ、およびＨ２ＳｉＦ６の混合物から成る酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む工程であって、前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは予め定められた比率で一緒に混合され、前記温浸装置の中に注ぎ込まれる前に前記酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む工程と、
湿炭素質物質の供給を温浸装置に注ぎ込み、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである注ぎ込む工程と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する工程であって、当該混入物質は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、前記温浸する工程と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記温浸装置から分離装置にポンプでくみ上げる工程と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液から前記温浸炭素質物質を分離する工程と、
前記温浸炭素質物質を望ましい速度の熱気流に曝す工程であって、この望ましい速度の熱気流は、前記炭素質物質の密度に基づいて前記望ましい炭素質物質を分離するものであり、当該望ましい速度の熱気流はさらに前記温浸炭素質物質を乾燥させるものである、前記曝す工程と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する工程と、
前記熱装置内の前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成するものである加熱する工程と
を有する炭素質物質を活性化する方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で前記温浸炭素質物質を加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項３４】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項３５】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる工程をさらに有するものである。
【請求項３６】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む工程は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く工程をさらに有するものである。
【請求項３７】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程をさらに有するものである。
【請求項３８】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する工程をさらに有するものである。
【請求項３９】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【請求項４０】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
温浸装置を提供する手段と、
前記温浸装置の中に酸性混合溶液を供給する手段と、
湿炭素質物質の供給を前記温浸装置の中に送り込んで、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである送り込む手段と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する手段であって、この混入物質は前記酸性混合溶液の中で容易に溶けるものである前記温浸する手段と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する手段と、
前記熱装置内で前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成する手段と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項４１】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で、前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項４２】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項４３】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる手段をさらに有するものである。
【請求項４４】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む手段は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く手段をさらに有するものである。
【請求項４５】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸された炭素質物質を加熱する手段は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段をさらに有するものである。
【請求項４６】
請求項４５記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する手段をさらに有するものである。
【請求項４７】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする手段をさらに有するものである。
【請求項４８】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
温浸装置を提供する手段と、
Ｈ２Ｏ、ＨＦ、およびＨ２ＳｉＦ６の混合物から成る酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む手段であって、前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは予め定められた比率で一緒に混合され、前記温浸装置の中に注ぎ込まれる前に、前記酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む手段と、
湿炭素質物質の供給を温浸装置に注ぎ込み、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである注ぎ込む手段と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する手段であって、当該混入物質は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、前記温浸する手段と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記温浸装置から分離装置にポンプでくみ上げる手段と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液から前記温浸炭素質物質を分離する手段と、
前記温浸炭素質物質を望ましい速度の熱気流に曝す手段であって、この望ましい速度の熱気流は、前記炭素質物質の密度に基づいて前記望ましい炭素質物質を分離するものであり、当該望ましい速度の熱気流はさらに前記温浸炭素質物質を乾燥させるものである、前記曝す手段と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する手段と、
前記熱装置内の前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成するものである加熱する手段と
を有する炭素質物質を活性化するシステム
【請求項４９】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で、前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項５０】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項５１】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる手段をさらに有するものである。
【請求項５２】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む手段は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く手段をさらに有するものである。
【請求項５３】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、、前記温浸された炭素質物質を加熱する手段は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段をさらに有するものである。
【請求項５４】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する手段をさらに有するものである。
【請求項５５】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【請求項１】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
５％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成する炭素質物質原料装置と、
前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、
前記温浸装置と連通して、酸性混合溶液を提供する酸性原料装置と、
前記温浸装置と連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離する分離装置と、
前記分離装置と連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させ且つ前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、
活性炭素質物質を生成するため、前記炭素質物質を活性化する熱装置であって、この熱装置は、前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記熱装置から前記活性化炭素質物質を出す放出口とを有するものである、前記熱装置と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項２】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、４％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項３】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、３％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項４】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、２％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項５】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記炭素質物質原料装置は、１％未満のミネラル含有量の炭素質物質を生成するものである。
【請求項６】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、前記回転窯の注入口に実質的に隣接して配置された、二酸化炭素および蒸気の少なくとも１つの発生源であって、二酸化炭素および蒸気の少なくとも１つを注入して、前記熱装置内に収容される前記炭素質物質に接触するものである前記発生源をさらに有するものである。
【請求項７】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、間接燃焼窯、直接燃焼窯、炉床窯、および複数の炉床窯から成る群から選択されるものである。
【請求項８】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しく複数の熱源は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項９】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の熱源は、約５００℃〜約９００℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項１０】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の熱源は、約６００℃〜約８５０℃の温度で前記熱装置を動作することができるものである。
【請求項１１】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱装置は、前記炭素質物質に約３０分〜約８時間の滞留時間を提供するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記熱装置に連通して、前記炭素質物質からコールタールをす分別する分別装置を有するものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記分別装置と前記熱装置の間に配置されて、前記コールタールを燃料ガスとしてリサイクルするリサイクル管を有するものである。
【請求項１４】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
炭素質物質原料装置であって、
前記炭素質物質を好適なサイズに設定する第１の振動篩機と、前記第１の振動篩器と連通して、５％未満のミネラル含有量炭素質物質を生成する密度差異分離機器とを有するものである、前記炭素質物質原料装置と、
前記炭素質物質原料装置と連通する温浸装置と、
前記温浸装置と連通して、前記第１の温浸装置に酸混合溶媒を提供する酸性原料装置であって、
Ｈ２Ｏの発生源と、
ＨＦの発生源と、
Ｈ２ＳｉＦ６の発生源とを有し、
前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは、予め定められた比率で一緒に混合され、前記第１の温浸装置に提供される前に前記酸性混合溶液を形成するものである前記酸性原料装置と、
前記温浸装置に連通して、前記温浸炭素質物質を前記酸性混合溶液から分離させる分離装置と、
前記分離装置に連通して、前記温浸炭素質物質を乾燥させて前記炭素質物質を分離する乾燥装置と、
前記炭素質物質を活性化させて活性炭素質物質を生成する、内部チャンバーを定義するシェルを有する回転窯であって、この回転窯は、前記乾燥装置から前記炭素質物質を受け入れる注入口と、前記回転窯から前記活性炭素質物質を出す放出口とを有するものである、前記回転窯と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記回転窯の注入口を有する前記乾燥装置に直接連結する導管を有するものである。
【請求項１６】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記回転窯は、前記回転窯の注入口に実質的に隣接して位置する二酸化炭素及び水蒸気源の発生源であって、前記二酸化炭層および蒸気の少なくとも１つを前記回転窯の内部チャンバーの中に注入するものである。
【請求項１７】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記活性炭素質物質をハロゲン化合物に接触させる、前記回転の放出口の下流に配置されるハロゲン化装置を有するものである。
【請求項１８】
請求項１７記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記ハロゲン化装置は、前記活性炭素質物質を臭素化化合物と接触させる臭素化装置である。
【請求項１９】
請求項１７記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記臭素化装置は液相である。
【請求項２０】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記熱源は、約５００℃〜約９００℃の温度で前記回転窯を動作させることが可能である。
【請求項２１】
請求項１４記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記回転窯に連通して、コールタールを前記炭素質物質から分別する分別装置を有するものである。
【請求項２２】
請求項２１記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記分別装置と前記回転窯の間に配置されて、前記コールタールを燃料ガスとしてリサイクルするリサイクル管を有するものである。
【請求項２３】
炭素質物質を活性化する方法であって、
温浸装置を提供する工程と、
酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む工程と、
約１５％〜約３５％の含水量を有する湿炭素質物質の供給を前記温浸装置に注ぎ込んで、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む工程と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものであって、前記混入物は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、温浸する工程と、
前記温浸された炭素質物質を熱装置に注ぎ込む工程と、
前記熱装置の中で前記温浸炭素物質を約３５０℃〜１，２５０℃の温度まで加熱して、活性炭素質物質を生成する工程と
を有する
炭素質物質を活性化する方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、前記温浸炭素質物質を約３０分〜約８時間の間加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項２５】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる工程をさらに有するものである。
【請求項２６】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む工程は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く工程をさらに有するものである。
【請求項２７】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程をさらに有するものである。
【請求項２８】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程は、前記熱装置で前記炭素質物質を加熱するため前記コールタールを使用する工程をさらに有するものである。
【請求項２９】
請求項２３記載の炭素質物質を活性化する方法において、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【請求項３０】
請求項２９記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記ハロゲン化合物は、臭素化合物である。
【請求項３１】
請求項２９記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記ハロゲン化合物は液相である。
【請求項３２】
炭素質物質を活性化する方法であって、
温浸装置を提供する工程と、
Ｈ２Ｏ、ＨＦ、およびＨ２ＳｉＦ６の混合物から成る酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む工程であって、前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは予め定められた比率で一緒に混合され、前記温浸装置の中に注ぎ込まれる前に前記酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む工程と、
湿炭素質物質の供給を温浸装置に注ぎ込み、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである注ぎ込む工程と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する工程であって、当該混入物質は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、前記温浸する工程と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記温浸装置から分離装置にポンプでくみ上げる工程と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液から前記温浸炭素質物質を分離する工程と、
前記温浸炭素質物質を望ましい速度の熱気流に曝す工程であって、この望ましい速度の熱気流は、前記炭素質物質の密度に基づいて前記望ましい炭素質物質を分離するものであり、当該望ましい速度の熱気流はさらに前記温浸炭素質物質を乾燥させるものである、前記曝す工程と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する工程と、
前記熱装置内の前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成するものである加熱する工程と
を有する炭素質物質を活性化する方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で前記温浸炭素質物質を加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項３４】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する工程をさらに有するものである。
【請求項３５】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸炭素質物質を加熱する工程は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる工程をさらに有するものである。
【請求項３６】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む工程は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く工程をさらに有するものである。
【請求項３７】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記温浸された炭素質物質を加熱する工程は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程をさらに有するものである。
【請求項３８】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する工程は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する工程をさらに有するものである。
【請求項３９】
請求項３２記載の炭素質物質を活性化する方法において、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【請求項４０】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
温浸装置を提供する手段と、
前記温浸装置の中に酸性混合溶液を供給する手段と、
湿炭素質物質の供給を前記温浸装置の中に送り込んで、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである送り込む手段と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する手段であって、この混入物質は前記酸性混合溶液の中で容易に溶けるものである前記温浸する手段と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する手段と、
前記熱装置内で前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成する手段と
を有する炭素質物質を活性化するシステム。
【請求項４１】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で、前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項４２】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項４３】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる手段をさらに有するものである。
【請求項４４】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む手段は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く手段をさらに有するものである。
【請求項４５】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸された炭素質物質を加熱する手段は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段をさらに有するものである。
【請求項４６】
請求項４５記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する手段をさらに有するものである。
【請求項４７】
請求項４０記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする手段をさらに有するものである。
【請求項４８】
炭素質物質を活性化するシステムであって、
温浸装置を提供する手段と、
Ｈ２Ｏ、ＨＦ、およびＨ２ＳｉＦ６の混合物から成る酸性混合溶液を前記温浸装置に注ぎ込む手段であって、前記ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６、およびＨ２Ｏは予め定められた比率で一緒に混合され、前記温浸装置の中に注ぎ込まれる前に、前記酸性混合溶液を形成するものである、前記注ぎ込む手段と、
湿炭素質物質の供給を温浸装置に注ぎ込み、炭素質物質／酸性混合溶液を形成するものである注ぎ込む手段と、
前記炭素質物質を温浸して、混入物質を取り除くものである温浸する手段であって、当該混入物質は前記酸性混合溶液の中で溶けやすいものである、前記温浸する手段と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液を前記温浸装置から分離装置にポンプでくみ上げる手段と、
前記炭素質物質／酸性混合溶液から前記温浸炭素質物質を分離する手段と、
前記温浸炭素質物質を望ましい速度の熱気流に曝す手段であって、この望ましい速度の熱気流は、前記炭素質物質の密度に基づいて前記望ましい炭素質物質を分離するものであり、当該望ましい速度の熱気流はさらに前記温浸炭素質物質を乾燥させるものである、前記曝す手段と、
前記温浸炭素質物質を熱装置に供給する手段と、
前記熱装置内の前記温浸炭素質物質を加熱して、活性炭素質物質を生成するものである加熱する手段と
を有する炭素質物質を活性化するシステム
【請求項４９】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３５０℃〜約１，２５０℃の温度で、前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項５０】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、約３０分〜約８時間の間前記温浸炭素質物質を加熱する手段をさらに有するものである。
【請求項５１】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、、前記温浸炭素質物質を加熱する手段は、二酸化炭素および水蒸気の少なくとも１つを前記温浸炭素質物質と接触させる手段をさらに有するものである。
【請求項５２】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記湿炭素質物質の供給を注ぎ込む手段は、前記湿炭素質物質の供給から相当量の微粉および粉末を取り除く手段をさらに有するものである。
【請求項５３】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、、前記温浸された炭素質物質を加熱する手段は、排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段をさらに有するものである。
【請求項５４】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、前記排気ガスを分別して、コールタールを生成するものである分別する手段は、前記熱装置で前記温浸炭素物質を加熱するため前記コールタールを使用する手段をさらに有するものである。
【請求項５５】
請求項４８記載の炭素質物質を活性化するシステムにおいて、この方法は、さらに、
前記温浸炭素物質をハロゲン化合物でコーティングする工程をさらに有するものである。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１２−５０４４９６（Ｐ２０１２−５０４４９６Ａ）
【公表日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３１０５７（Ｐ２０１１−５３１０５７）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５８１５０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４２３２１
【国際公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（５１１０８７４２０）カーボネクスト グループ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５８１５０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４２３２１
【国際公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（５１１０８７４２０）カーボネクスト グループ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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