DE69319502T2

DE69319502T2 - Verfahren und Ofen zur chemischen Herstellung von Aktivkohle

Info

Publication number: DE69319502T2
Application number: DE69319502T
Authority: DE
Inventors: Frank R. Galena Ohio 43021 Schwartz Jr
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: WestRock MWV LLC
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2013-04-14
Also published as: CA2093574C; MX9303211A; JP2680525B2; JPH07277717A; DE69319502D1; EP0573315B1; EP0573315A1; CA2093574A1; US5312599A; US5212144A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Aktivierungsverfahren, durch die eine submikroskopische Porenstruktur, die eine große Oberflächenausdehnung und Porenvolumen enthält, im Inneren eines kohlenstoffhaltigen Teilchens erzeugt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein chemisches Aktivierungsverfahren, bei dem ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial, das zu einer chemischen Aktivierung in der Lage ist, mit einem Aktivierungsmittel, wie beispielsweise Phosphorsäure oder Zinkchlorid, imprägniert wird, dann auf Temperaturen von gewöhnlich größer als 425 Grad C erwärmt wird, um die gleichzeitige Karbonisierung und Aktivierung des kohlenstoffhaltigen Zelluloseausgangsmaterials auszuführen.

Technologischer Hintergrund

Das chemische Aktivierungsverfahren kann beschrieben werden als im wesentlichen eine Dehydratisierungsreaktion, die fast quantitativ sowohl den Gehalt an freiem Wasser als auch an gebundenem Wasser eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials entfernt. Der Begriff "gebundenes Wässer", so wie er hier verwendet wird, bedeutet das Konstitutionswasser, d. h. den Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt der Moleküle, die das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial und das Aktivierungsmittel enthalten. Der Begriff "freies Wasser", so wie er hier verwendet wird, bedeutet den Wassergehalt, der als Wassermoleküle in der anfänglichen Mischung des Ausgangsmaterials und Aktivierungsmittels vorhanden ist. Das Aktivierungsmittel wirkt als Dehyratisierungsmittel zur Ausführung der Entfernung von gebundenem Wasser aus dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial. Die Produkte der Aktivierungsreaktion sind daher hauptsächlich Kohlenstoff und Wasser. Eines der üblicherweise bei diesem sehr alten und wohlbekannten Verfahren verwendeten Ausgangsma terialien ist Holz-Sägemehl. Es können jedoch auch vorteilhaft andere kohlenstoffhaltige Materialien mit einem ausreichendem Sauerstoffgehalt von mehr als 25 Prozent auf einer feuchtigkeits- und verbrennungsrückstandsfreien Basis verwendet werden und Bezugnahmen auf Ausgangsmaterialien, wie sie hier im Zusammenhang mit derartigen Materialien verwendet werden, bedeuten diejenigen, die in der Lage zu einer chemischen Aktivierung sind. Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Zellulosematerialien, Torf und minderwertige Braunkohlen und dergleichen. Gewöhnlich werden diejenigen bevorzugt, die höhere Sauerstoffgehaltbereiche haben.
Wie es zuvor praktiziert wurde, besteht das herkömmliche chemische Aktivierungsverfahren für die praktische großtechnische Herstellung darin, kontinuierlich das imprägnierte Ausgangsmaterial in ein Ende eines direkt geheizten Drehofens zuzuführen und den aktivierten Kohlenstoff am anderen Ende abzuführen. Der Begriff "direkt geheizt", so wie er hier verwendet wird, ist definiert als die direkte Einführung von Verbrennungsgasen in den Ofen, um die für das Ausführen der Aktivierung erforderliche Wärmeenergie zu liefern. "Verbrennungsgase", so wie hier verwendet, bedeutet die Mischung der Verbrennungsprodukte, am häufigsten Erdgas oder Heizöl, und Zusatzluft. Bei diesem Verfahren wird Wärmeenergie in der Hauptsache von den Verbrennungsgasen durch ihren direkten Kontakt mit dem imprägnierten Ausgangsmaterial übertragen, um die Karbonisierung und Aktivierung auszuführen. Die Verbrennungsgase sind auch wirksam, das Wasser und die Säure, die durch die Aktivierungsreaktionen erzeugt werden, zu überführen oder mitzunehmen. Der Begriff "Gegenstrom", so wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß die Strömung von Feststoffmaterial und die Strömung von Verbrennungsgasen in entgegengesetzten, parallelen Richtungen im Ofen auftreten. Bei diesem herkömmlichen direkt geheizten Aktivierungsprozeß muß eine Brennstoffmenge verbrannt werden, die ausreichend Wärmeenergie zur Aktivierung des Ausgangsmaterials liefert. Auf dieses Erfordernis der Heizenergie wird allgemein als auf die Aktivierungswärmeleistung Bezug genommen.
Bei den im großtechnischen Maßstab ausgeführten chemischen Aktivierungverfahren gemäß Stand der Technik wird die Temperatur des Verbrennungsgases von der Flammtemperatur abgesenkt, indem Zusatz- oder Verdünnungsluft mit einer Rate hinzugefügt wird, die ausreichend ist, um die gewünschte Temperatur des Ofeneinlaßgases auf die Weise eines Gegenstroms in bezug auf die Einführung der Ausgangsmaterialzuführung zu erzeugen. Die Temperatur des Ofeneinlaßgases wird auf einem Pegel gehalten, der die Temperatur des Kohlenstoffs an der Auslaßstelle aus dem Ofen auf einen Pegel anhebt, der dann den gewünschten flüchtigen oder nicht karbonisierten Restgehalt des Ofenprodukts erzeugt.
Während der Aktivierungspegel des aktivierten Kohlenstoffs häufig auf einer Gewichtsbasis ausgedrückt wird, z. B. Oberflächenbereich oder Absorptionskapaziät pro Gramm Kohlenstoff, wird aktivierter Kohlenstoff am häufigsten auf einer Volumenbasis verwendet. Das heißt, ein gegebenes, festgelegtes Volumen des aktivierten Kohlenstoffs wird benutzt, um Flüssigkeiten oder gasförmiges Material zu adsorbieren. Daher ist es erwünscht, die Fülldichte des aktivierten Kohlenstoffendprodukts kontrollieren zu können, um seine Aktivität auf einer Volumenbasis auf ein Maximum zu bringen.
Die Natur des herkömmlichen, im großtechnischen Maßstab praktizierten Prozesses mit Direktheizung zur Herstellung von chemisch aktiviertem Kohlenstoff legt indessen bestimmte Prozeßparameter auf eine Weise fest, die die Eignung zu einer zweckmäßigen Kontrolle der Behandlung des Ausgangsmaterials und daher die Eignung zur Optimierung der gewünschten Eigenschaften des endgültigen Endproduktes stark einschränkt.
Ein weiteres sehr signifikantes Problem bei den im großtechnischen Maßstab praktizierten Verfahren zur chemischen Aktivierung von kohlenstoffhaltigen Materialien gemäß Stand der Technik besteht darin, daß die Ausgangsmaterialteilchen auf ihrer Oberfläche ein "Haftverhalten" oder Klebkraft entwickeln. Dann bilden die Teilchen Agglomerate und/oder kleben an den Innenteilen des Ofens. Dieses Problem tritt im allgemeinen am deutlichsten während der frühen Stufen der Aktivierung hervor. Während dieser frühen kritischen Periode steigt die Temperatur des Ausgangsmaterials üblicherweise von 90 Grad C auf 160 Grad C an.
Es werden verschiedene Verfahren angewendet, um diesem Problem des Haftenbleibens zu begegnen, die sämtlich zusätzliche ungewünschte Ergebnisse hervorbringen. Ein Verfahren ersetzt die Schraubenbewegung mit Kratzerstäben in den Bereichen, wo das Haftenbleiben auftritt. Die Entfernung von schraubenförmigen Anordnungen setzt die Wärmeübertragungsrate herab, da die Teilchen dann in einem Bett bleiben, statt daß sie angehoben und durch die Verbrennungsgase berieselt werden, wodurch eine unkontrollierte Änderung in der Rate der Aktivierungsreaktion eingeführt wird. Das Verfahren hat auch das unerwünschte Ergebnis von Degradierungsteilchen, die sich zwischen dem Kratzer und der Ofenwand verkeilen.
Bei einem anderen Verfahren werden Ketten entweder an den schraubenförmigen Anordnungen oder der Ofenwand oder an beiden angebracht. Während die Bewegung dieser Ketten haftengebliebene Teilchen entfernen kann, zerkleinert sie auch viele dieser Teilchen. Bei einem noch weiteren Verfahren wird ein Teil des Ofenauslaßproduktes in den Ofen rückgeführt, um die zu große Flüssigkeitsansammlung von der Oberfläche der klebrigen Teilchen zu absorbieren. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Produktionskapazität des Ofens um einen Betrag herabgesetzt wird, der zu der Rate, mit der Kohlenstoff rückgeführt wird, direkt proportional ist, und daß unbekannte Wirkungen auf die Aktivierungseigenschaften des rückgeführten Kohlenstoffs erzeugt werden.
Dieses Problem einer übermäßigen Haftfähigkeit wird im kanadischen Patent Nr. 842 778 erörtert. Dieses Patent gibt die Lehre, vorher aktivierten Kohlenstoff in die Ausgangsmaterialzuführung rückzuführen, um das Kleben der Teilchen aneinander oder an Teilen des Ofens herabzusetzen.
Das US-Patent Nr. 2 083 303 nutzt dieses übermäßige Klebeverhalten dazu aus, Formteilchen zu bilden, die dann ofengehärtet und anschließend in einen herkömmlichen Drehofen eingebracht werden, um die Karbonisierung und Aktivierung zu vollenden. Dieses Verfahren wird in der Praxis für eine kostengünstige Produktion mit großem Volumen als nicht praktisch anwendbar angesehen.
In der GB-A-1 467 496 ist ein Verfahren zur Herstellung von aktiviertem Kohlenstoff in körniger Form mit einer möglichen Modifikation der Ofenumgebungsatmosphäre durch Einführen eines Spülgases wie Luft oder Dampf lediglich zur Beschleunigung des Spülens der Zersetzungsprodukte der Karbonisierungs-/Aktivierungswärmebehandlurig offenbart. Es wird hervorgehoben, daß, wenn Dampf als Spülmedium verwendet wird, es keine Verwechslung bezüglich einer möglichen Dampfaktivierung der Mischung geben sollte, da die Temperaturen zu niedrig sind, als daß dies auftritt (Seite 3, Zeilen 72 bis 82). Demgemäß gibt es keinen Vorschlag in diesem Dokument, ein Spülgas mit einer kontrollierten Strömungsrate zu verwenden, um ein Klebeverhalten der Charge zu verhindern.
Im Dokument US-A-3 676 365 ist ein Verfahren zur Herstellung von aktiviertem Kohlenstoff und eine Vorrichtung hierzu unter Verwendung einer Fluidisierungstechnik mit Benutzung von heißen Gasen offenbart (Spalte 1, Zeilen 53 bis 57).
Vor der vorliegenden Erfindung ist den Fachleuten eine zufriedenstellende Lösung für die Probleme und Kontrolle der mit chemischen Aktivierungsprozessen gemäß Stand der Technik verbundenen Einschränkungen entgangen. Ein Verfahren zur chemischen Aktivierung von Kohlenstoff, mit dem diese Probleme auf praktische und wirtschaftliche Weise, geeignet zur Herstellung großer wirtschaftlicher Produktvolumina überwunden werden, ist durch den Stand der Technik nicht gelehrt oder angeregt worden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Herstellung chemisch aktivierter Kohlenstoffe und insbesondere ein neuartiges und verbessertes Verfahren, bei dem die Kontrolle der wesentlichen einzelnen Prozeßvariablen auf praktische und effiziente Weise ausgeführt wird, sowie entsprechende Öfen.
Extensive Teststudien des herkömmlichen Verfahrens und eine Analyse der Prozeßvariablen haben offenbart, daß dieses sehr alte Verfahren recht kompliziert ist. Untersuchungen, bei denen versucht wurde, die Wirkung der Prozeßvariablen wie der Einlaßgastemperatur und der Massen- und Volumenströmungsrate und der Zusammensetzung der verwendeten Verbrennungsgase vollständiger zu verstehen, wurden durch die offensichtliche Wechselbeziehung und den Zusammenhang dieser Prozeßparameter durchkreuzt. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß die Bindekraft der Rohmaterialteilchen, die am weitesten verbreitet während der frühen Stufen der bekannten üblichen Prozesse auftritt, durch die Ansammlung von Wasser herbeigeführt wird, das während dieser Stufe des Verfahrens auf der Oberfläche der Teilchen freigesetzt wird. Wenn diese Ansammlung einen gegebenen Punkt erreicht, entwickeln die Teilchen ausreichende Hafteigenschaften, so daß sie aneinander und an den inneren Ofenteilen kleben und verschiedene Probleme herbeiführen, die mit einer derartigen Anlagerung verbunden sind.
Probelaufversuche zur Kontrolle der Rate, mit der die Aktivierungsreaktion auftritt, d. h. der Rate, bei der Wasser freigesetzt wird, entschieden, daß eine Kontrolle dieser Raten eine verhältnismäßig präzise Kontrolle der Rate erfordert, mit der Wärmeenergie zu den Ausgangsmaterialreaktanden überführt wird. Des weiteren bestimmten Tests, daß die Rate, mit der diese Reaktionsprodukte von dem in Behandlung befindlichen Ausgangsmaterial fortgetragen werden können, von dem Durchsatz und der Zusammensetzung der durch den Ofen durchgetretenen Gase in bezug auf ihr Vermögen abhängt, das Freisetzungswasser abzuführen.
Bei den technischen Verfahren gemäß dem Stand der Technik, auf die hier Bezug genommen wird, wird die Einlaßtemperatur der Verbrennungsgase durch die Ausgangsmaterialzusammensetzung und -zuführungsrate und den gewünschten Pegel an flüchtigem Restgehalt des Endprodukts bestimmt. Diese Einlaßtemperatur legt dann den Massen- und Volumendurchsatz und die Zusammensetzung der Verbrennungsgas-Luftmischung fest, die in den Ofen eingeführt wird. Diese vier Variablen sind daher gegenseitig abhängig. Da der Massendurchsatz der Verbrennungsgas-Luftmischung und die Temperaturdifferenz zwischen dieser Mischung und den Ausgangsmaterialreaktanden weiter die Rate bestimmen, mit der Wärmeenergie zum Ausgangsmaterial überführt wird, nimmt die Wärmeübertragungsrate zu den Reaktanden mit einer gewissen unbestimmbaren und daher unkontrollierbaren Rate ab, wenn das Ausgangsmaterial durch den Ofen durchtritt.
Eine weitere Analyse und Teststudien haben gezeigt, daß das Problem des Versuchs, die Aktivierungsreaktionsrate zu kontrollieren, weiter durch die Tatsache verstärkt wird, daß der Volumendurchsatz und die Zusammensetzung der Verbrennungs- Luftmischung die Rate bestimmt, mit der die während der Aktivierungsreaktion freigesetzten gasförmigen Produkte mitgerissen oder fortgetragen werden. Nach einer erschöpfenden Analyse der mit dem herkömmlichen direkt geheizten Prozeß gemäß Stand der Technik verbundenen Probleme wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß diese wechselseitige Abhängigkeit und gegenseitige Beziehung zwischen Prozeßvariablen es unmöglich macht, diese Variablen geeignet zu kontrollieren, um eine auf einer Volumenbasis des Kohlenstoffproduktes ausgedrückte optimale Aktivität zu erreichen oder anzunähern und außerdem das Auftreten und/oder Ausmaß des Haftverhaltens und der Oxidation der Teilchen auf ein Minimum herabzusetzen.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung eine neue Lösung, die bislang untrennbaren und wechselseitig abhängigen Prozeßvariablen der Verbrennungsgaseinlaßtemperatur, des Massen- und Volumendurchsatzes und der Zusammensetzung in unabhängig kontrollierbare Variable zu trennen. Gemäß der vorliegenden Er findung wird Wärmeenergie durch die Wand des Ofens unabhängig von der Spülgasströmung im Ofen indirekt auf die Ausgangsmaterialteilchen übertragen, was es so ermöglicht, die Rate unabhängig zu kontrollieren, mit der Wärmeenergie in das Material hinein übertragen wird. Die Verbrennungsgase des herkömmlichen Verfahrens werden durch ein Spülgas ersetzt, dessen Zusammensetzung und Durchsatz unabhängig in bezug auf die Wärmequelle kontrolliert werden, um die Wasser- und Säureprodukte der Aktivierungsreaktion wirksamer zu verdampfen und abzuführen, wenn sie freigesetzt werden, wodurch die Entwicklung eines übermäßigen Haftvermögens der Teilchen verhindert wird und gleichzeitig eine unabhängige Kontrolle der Wärmeenergieübertragung auf eine Weise ermöglicht ist, die so ausgewählt ist, daß der Verdichtungspegel der Rohmaterialteilchen kontrolliert wird.
Das Spülgas wird zusammen mit seinem Gehalt an freigesetztem Wasser und Säure in beabstandeten Intervallen entlang der Länge des Ofens in den Prozeßofen eingeführt und aus diesem entfernt, um die nachteiligen Wirkungen von freigesetztem Wasser und Säure auf die Zusammensetzung und relative Feuchtigkeit der kontinuierlichen Spülgaseinlaßströmung auf ein Minimum herabzusetzen. Dies bringt seine Fähigkeit auf ein Maximum, die freigesetzten flüchtigen Stoffe wirksam abzuführen. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung können diese Prozeßvariablen nach Trennung unabhängig kontrolliert werden, um die Verdichtung präziser zu kontrollieren, während das Zusammenbacken und die Oxidation der Teilchen auf ein Minimum herabgesetzt werden, um die Fähigkeit auffallend zu erhöhen, ausgewählte Eigenschaften des aktivierten Kohlenstoffendproduktes zu verbessern.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung von chemisch aktiviertem Kohlenstoff zur Verfügung zu stellen, wobei die Prozeßparameter wirksamer kontrolliert werden können, um die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes auf hochzuverlässige Weise zu erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Wärmeenergie, die dem Ausgangsmaterial durch ein indirektes Erwärmungsmittel durch die Wände des Aktivierungsofens zugeführt wird, während eine unabhängige Quelle für ein Spülgas verwendet wird, um die flüchtigen Reaktionsprodukte abzuführen, die während des Prozeßverlaufes freigesetzt worden sind. Diese Trennung der Mittel zur Ausführung der Wärmeübertragung und zum Abführen der Reaktionsprodukte des Prozesses gestattet die Kontrolle von Prozeßvariablen auf wirtschaftliche und technisch praktische Weise, um die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts auf ein Maximum zu bringen und die lange mit dem Prozeß mit Direktheizung gemäß Stand der Technik verbundenen Probleme auf ein Minimum herabzusetzen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues chemisches Aktivierungsverfahren zu liefern, das vorzugsweise im wesentlichen in drei Stufen unterteilt ist und bei dem die Rate, mit der Wärme auf das Ausgangsmaterial übertragen wird, und der Volumendurchsatz und die Zusammensetzung der Spülgase variiert werden können, um die Kontrolle der gewünschten Eigenschaften des Endproduktes auf ein Maximum zu bringen und ein aktiviertes Kohlenstoffprodukt zu erhalten, das im Vergleich zu den durch die Verfahren gemäß Stand der Technik erzeugten Produkten bessere Eigenschaften aufweist.
Diese Ziele werden sämtlich durch die vorliegende Erfindung auf wirksame und zuverlässige Weise erreicht.
Die Erfindung ist genauer durch die Ansprüche definiert, die durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1-4 sind Tabellen, die Daten enthalten, die sich auf die erste, zweite und dritte Stufe der Behandlung einer Mischung aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial und einem chemischen Aktivierungsmittel gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung beziehen; und
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Ofenvorrichtung und zugehörigen Anlage, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei die Behandlung von Ausgangsmaterial gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist.

Detaillierte Beschreibung

Wie oben erwähnt, ist die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert, die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in die Beschreibung mit aufgenommen sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist herausgefunden worden, daß eine chemische Aktivierung in drei verschiedenen Stufen auftritt. Diese Stufen können voneinander durch das Ausmaß unterschieden werden, in dem die Verdichtung der Teilchen auftritt; und durch die entsprechende Rate der Aktivierungsreaktionen, so wie gemessen durch die Rate, mit der Wasser freigesetzt wird.
Zu diesem Zweck wird die Verdichtung oder Schrumpfung der Teilchen als die prozentuale Zunahme der Fülldichte der Teilchen auf Trockenbasis vom Anfang bis zum Ende jeder Stufe ausgedrückt. Die Rate der Aktivierungsreaktionen kann als das Gewicht von pro Minute freigesetztem Wasser gemessen werden und kann als Prozent entweder des gesamten freien oder gebundenen Wassers ausgedrückt werden, das entfernt werden soll. Diese Raten können durch die Rate kontrolliert werden, mit der Wärmeenergie zu den Ausgangsmaterialteilchen übertragen wird.
Die Stufen können mittels der unterschiedlichen Gründe für das Haftverhalten oder übermäßige Kleben und/oder mittels des Zeitpunkts während des Aktivierungsprozesses differenziert werden, wenn die Neigung der Teilchen zum Haftenbleiben beginnt oder endet.
Gemäß dem bevorzugteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist herausgefunden worden, daß eine Kontrolle der Reaktionsraten durch enge Kontrolle und Auswahl der Wärmeübertragungsraten zum Ausgangsmaterial während dieser unterschiedlichen Stufen es einem ermöglicht, ausgewählte gewünschte Eigenschaften im Endprodukt selektiv zu bestimmen und zu verstärken.
In der ersten dieser Stufen wird vorzugsweise ein Wassergehalt entfernt, der dem Gehalt an freiem Wasser des in den Ofen eintretenden imprägnierten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials nahekommt oder etwa gleich diesem ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bewirkt werden, daß der größte Teil der Gesamtverdichtung oder -schrumpfung, die während der gesamten Aktivierung erreicht werden kann, während dieser Anfangsstufe erfolgt. Die Rate, mit der Wasser freigesetzt wird, ist in dieser Stufe viel höher als in nachfolgenden Stufen. Während dieser Anfangsstufe wandert freies Wasser vom Inneren des Teilchens zu seiner Außenfläche, wo es sich ansammelt. Wenn sie nicht auf ein Minimum herabgesetzt wird, bewirkt diese Ansammlung, daß die Teilchen sehr klebrig werden, und führt dazu, daß die Teilchen aneinander haften und/oder an den Wänden oder anderen Innenflächen des Ofens in der Form von Agglomeraten der einzelnen Teilchen haften.
Die Übertragung von Wärmeenergie in die Prozeßmaterialien kann mit Raten gesteuert werden, was bewirkt, daß ein ausgewählter Verdichtungspegel der Teilchen auftritt. Der Durchsatz des Spülgases wird auf variable Weise in bezug auf die Entwicklung von freiem Wasser mit einer Rate kontrolliert, die ausreicht, es zu verdampfen und mitzuführen, um seine Ansammlung auf der Außenfläche der Teilchen auf ein Minimum herabzusetzen. Diese Fähigkeit, den Volumendurchsatz des Spülgases unabhängig zu kontrollieren, ermöglicht es, das Auftreten einer übermäßigen Adhäsion zu verhindern, die bewirkt, daß Teilchen aneinander oder an Innenteilen des Ofens haften.
Das Spülgas wird weiter vorzugsweise mit kontrollierten Volumendurchsätzen an mehreren Stellen eingeführt, die sich entlang der Länge wenigstens der ersten Ofenstufe befinden, und auf gleiche Weise entfernt, um die Zusammensetzung des eintretenden Spülgases in dieser Stufe nicht signifikant zu beeinflussen. Bei dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel wird das Spülgas auf dieselbe Weise in den sich anschließenden Behandlungsstufen eingeführt und entfernt.
Nachdem die erste Stufe vollendet ist, wird das Ausgangsmaterial vorzugsweise in eine zweite Ofenstufe eingeführt, die von der ersten Ofenstufe und der dritten Ofenstufe, die bei dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel verwendet wird, vorzugsweise durch Luftschleusen oder deren Äquivalent getrennt ist.
Die Spülgase können zweckmäßig auf die beschriebene kontrollierte Weise über ein Einblasrohr eingeführt werden, das sich entlang der Länge der Ofenkonstruktion erstreckt und mit beabstandeten Auslaßöffnungen oder -düsen versehen ist, die zu dem Fließbett der Prozeßmaterialien hin gerichtet sind. Ein gegenüberliegendes Rohr, das beabstandete Einlässe aufweist und funktionsmäßig mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, fungiert wirksam, das Spülgas und seinen Gehalt an freigesetzten Reaktionsprodukten abzusaugen. Die Abmessung oder Anzahl der Auslaß- und Einlaßöffnungen wird variiert, um das Volumen der Strömung zweckmäßig zu steuern, die mit verschiedenen Abschnitten des Betts der in Behandlung befindlichen Partikel in Kontakt tritt.
In der zweiten Stufe wird gebundenes Wasser bis zu dem Ausmaß von etwa wenigstens 40 Prozent und vorzugsweise etwa 50 Prozent seines Anfangsgehalts entfernt. Das Verdichtungsausmaß, das in dieser zweiten Stufe erreicht werden kann, ist üblicherweise geringer als in der ersten Stufe, beispielsweise etwa 18 Prozent der Verdichtung, die in der ersten Stufe bewerkstelligt werden kann. Die Rate der Aktivierungsreaktion wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so kontrolliert, daß das gebundene Wasser mit einer Durchschnitts rate von etwa 0,67 Prozent des Gesamtgehalts an gebundenem Wasser pro Minute freigesetzt wird, wobei angenommen wird, daß im wesentlichen das gesamte freie Wasser während der ersten Stufe entfernt wurde. Während dieser zweiten Stufe wird Wasser üblicherweise mit einer viel niedrigeren Durchschnittsrate als in der ersten Stufe freigesetzt und die Freisetzungsrate nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Demzufolge ist die Neigung der Teilchen, klebrig zu werden, signifikant geringer als in der ersten Stufe.
Wie in der ersten Stufe wird Wärmeenergie in das Ausgangsmaterial mit einer gewünschten Rate überführt, die normalerweise so ausgewählt wird, daß ein gewähltes Verdichtungsausmaß der Teilchen auftritt. Der Durchsatz des Spülgases kann auf einer konstanten Rate beibehalten werden, die ausreichend ist, das freigesetzte Wasser mit einer Rate zu verdampfen, die dann die Erzeugung einer Hafteigenschaft der Teilchen ausschließt. Wie in der ersten Stufe wird das Spülgas vorzugsweise an mehreren Stellen eingeführt, die sich entlang der Länge der zweiten Ofenstufe beabstandet befinden, und auf gleiche Weise entfernt, um die Zusammensetzung des eintretenden Spülgases nicht signifikant zu beeinflussen. D. h., damit die relative Feuchtigkeit des eintretenden Spülgases nicht erhöht wird und seine Eignung, das freigesetzte Wasser zu entfernen, nicht wesentlich verringert wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Beginn der dritten Behandlungsstufe so gewählt, daß dann die Temperatur der Ausgangsmaterialteilchen etwa 315 Grad C erreicht oder sich dieser Temperatur annähert. Dies stellt die Temperatur dar, bei der das verwendete Aktivierungsmittel, Phosphorsäure, beginnt, sich zu verflüchtigen und ihr gebundenes Wasser aufzugeben. An diesem Punkt wird das teilbehandelte Material vorzugsweise an eine dritte Ofenstufe abgegeben. In dieser letzten Stufe wird eine ausgewählte Menge des verbleibenden gebundenen Wassers entfernt, was dann den flüchtigen Restgehalt im aktivierten Kohlenstoffprodukt auf einen gewählten Wert herabsetzt, beispielsweise vorzugsweise zwischen etwa 4 bis 10 Prozent.
Bei einem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel nähert sich das Verdichtungsausmaß, das in dieser dritten Stufe erreicht wird, etwa einem Drittel desjenigen, das in der zweiten Stufe auftrat. Während dieser dritten Behandlungsstufe wird gebundenes Wasser mit einer mittleren Rate von etwa 0,27 Prozent des anfänglichen Gesamtgehalts an gebundenem Wasser pro Minute freigesetzt. Während dieser letzten Stufe wandern Phosphor und Polyphosphorsäuren sowie Wasser aus dem Inneren des Teilchens zu seiner Außenfläche, wo sie sich ansammeln. Die Migrationsrate dieser Säuren und damit ihre Ansammlungsrate nimmt mit zunehmendem Säuregehalt des Ausgangsmaterials zu. Wie im Fall der Wasseransammlung in der ersten Stufe bewirkt eine übermäßige Säureansammlung, wenn sie nicht auf ein Minimum herabgesetzt wird, daß die Teilchen sehr haftfähig werden, und führt in ihrem Haften aneinander und an den Wänden des Ofens. Daher wird der Volumendurchsatz des Spülgases vorzugsweise so eingestellt, daß sichergestellt ist, daß eine übermäßig Ansammlung dieser flüchtigen Stoffe nicht auftritt. Weiter hat es sich herausgestellt, daß die Zusammensetzung des Spülgases in dieser dritten Stufe vorzugsweise aus einer Mischung von Gasen bestehen sollte, die einen Sauerstoffgehalt unterhalb desjenigen aufweisen, der eine nennenswerte Oxidation des Kohlenstoffprodukts bei dem gewählten Durchsatz gestattet. Zu diesem Zweck ist aus praktischen Gründen eine Mischung aus Luft und Verbrennungsgasen bevorzugt und hat die Tendenz, die Säureansammlung wirksam herabzusetzen, die ein übermäßiges Haftvermögen der Teilchen bewirken kann. In dieser dritten Stufe kann eine übermäßige Klebrigkeit sehr wahrscheinlich auftreten, wenn das Gewichtsverhältnis von Säure zu Zellulose im Ausgangsrohstoff im Vergleich zu denjenigen Verhältnissen relativ hoch ist, die bei dem herkömmlichen Verfahren gemäß Stand der Technik üblicherweise verwendet werden. Bei dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel wird jedoch die Spülgasmischung, auf die oben Bezug genommen wurde, in dieser dritten Stufe nicht dazu verwendet, Wärmeenergie an die in Behandlung befindlichen Prozeßmateria lien abzugeben, sondern wird lediglich als Spülgas zum Mitführen des sich freisetzenden flüchtigen Bestandteils verwendet.
Bei dem bevorzugteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wärmeenergie während der dritten Stufe weiterhin wie bei den vorhergehenden Stufen indirekt in die Prozeßmaterialien mit einer Rate überführt, die so kontrolliert wird, daß ein gewähltes Verdichtungsausmaß der Teilchen auftritt. Durch das Einführen eines vorbestimmten Volumendurchsatzes der Spülgasmischung wird das Teilchenhaftvermögen auf ein Minimum herabgesetzt. Vorzugsweise besteht die Spülgaszusammensetzung aus den Verdrängungsprodukten von Erdgas oder Heizöl, verdünnt mit Luft. Der Durchsatz des Spülgases wird so ausgewählt, daß er ausreichend zum Verdampfen und Mitführen der freigesetzten Säuren und Wasser ist, um hierdurch ihre Ansammlung auf der Oberfläche der in Behandlung befindlichen Teilchen herabzusetzen, und wird vorzugsweise auf ähnliche Weise wie bei den vorhergehenden Stufen eingeführt.
In dieser letzteren Stufe der bevorzugten Behandlung ist der Prozentsatz des flüchtigen Stoffgehalts niedriger als bei den vorhergehenden Stufen, aber der Aktivitätspegel der Kohlestoffpartikel ist um einen viel größeren Betrag im Vergleich zu den vorhergehenden Stufen erhöht.
Es sei festgestellt, daß man zur Anwendung der beschriebenen ersten Behandlungsstufe und daran anschließend in einem kontinuierlichen Verfahren die Verwendung herkömmlicher Methoden mit Direktheizung wählen kann, um die Aktivierung und Karbonisierung im Sinne der vorliegenden Erfindung zu vollenden, um den Nutzen bestimmter der hier beschriebenen Vorteile zu erhalten, die in der ersten Behandlungsstufe gewonnen werden. In gleicher Weise kann man die Verwendung einer Kombination der Behandlung der ersten und zweiten Stufe mit anschließender herkömmlicher Verarbeitung wählen, um die Eigenschaften des resultierenden Endprodukts im Vergleich zum Stand der Technik gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zu verbessern. Bei dem bevorzugteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es jedoch wünschenswerter, die hochgradige Kontrolle der Wärmeenergieübertragung durch indirekte Heizung und enge Steuerung der Zusammensetzung und des Volumendurchsatzes des Spülgases wie hier beschrieben während der dritten Behandlungsstufe fortzusetzen, um einen höheren Kontrollpegel und Selektivität der im Endprodukt erzeugten gewünschten Eigenschaften für eine spezielle Anwendung vorzusehen. Beispielsweise ist es in vielen Anwendungen erwünscht, die Aktivität des aktivierten Kohlenstoffendprodukts, ausgedrückt auf Volumenbasis, auf ein Maximum zu bringen. Auf der Basis derzeitiger Untersuchungen gibt es Anzeichen, daß diese wünschenswerte Eigenschaft für bestimmte Anwendungen häufiger bei einem Verdichtungspegel auftritt, der kleiner als die maximale Verdichtung ist, die während der Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erreichbar ist. Weiter können höhere Säure/Holzverhältnisse verwendet werden, um Aktivitätspegel zu ändern, während die Entwicklung eines übermäßigen Haftverhaltens in dieser letzteren Behandlungsstufe verhindert wird, da der Spülgasdurchsatz eingestellt werden kann, um die Ansammlung von freigesetzter Säure auf der Oberfläche der Teilchen zu kontrollieren.
Bei den meisten Anwendungen ist es jedoch erwünscht, die Prozeßvariablen zu steuern, so daß die Verdichtung der Teilchen auf ein Maximum gebracht wird, die während der bevorzugten ersten Behandlungstufe auftritt, wie hier beschrieben.
Bei dem hier beschriebenen Beispiel I zeigte das Endprodukt eine Butanwirkkapazität (BWK) von über 16,0 im Vergleich zu den herkömmlichen Produkten, die eine BWK im Bereich 8 bis 12 haben.
Die Butanwirkkapazität wird von der Industrie als nützliches Maß für die Fähigkeit des aktivierten Kohlenstoffendprodukts anerkannt, um viele organische Zusammensetzungen zu adsorbieren und desorbieren.
Das Kontrollausmaß für die Prozeßvariablen gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet eine feine Abstimmung des Aktivierungsverfahrens auf organisierte Weise, die bei dem herkömmlichen Verfahren mit Direktheizung nicht erreichbar ist, wie es derzeit kommerziell praktiziert wird. Es gestattet weiter eine viel größer Kontrolle und Optimierung der Eigenschaften des Endprodukts, die für eine gegebene Anwendung auf wirtschaftlich praktische Weise als am erwünschtesten angesehen wird, im Vergleich zu den Einschränkungen, die den Verfahren mit Direktheizung gemäß Stand der Technik innewohnen.
Das folgende Beispiel I veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.

BEISPIEL I

Eine Zusammensetzung, die aus 100 Gewichtsteilen, auf Trockenbasis, von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial, 25,9 Gewichtsteilen, auf Trockenbasis, von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial-Bindemittel, 157,2 Gewichtsteilen von 100 Prozent Phosphorsäure und 51,4 Gewichtsteilen freiem Wasser bestand, wurde gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aktiviert. Das Ausgangsmaterial bestand aus Sägemehl, gemischt mit Phosphorsäure und einem Ammoniumlignosulfat-Bindemittel. Diese Mischung wurde in Formkügelchen extrudiert. Die Menge besteht aus 853 Gramm Ausgangsmaterialien, wie untenstehend ausgeführt, mit der Rate von freigesetztem Wasser in Stufe I Anfangsrate, Stufe I Endrate, Stufe II Mittel und Stufe III Mittel, wie in der folgenden Tabelle ausgeführt, was zeigt, daß in Stufe II 0,67% des Gesamtgehalts an gebundenem Wasser pro Minute freigesetzt wurde, was impliziert, daß am Ende der zweiten Stufe 49 % des Gesamtgehalts an gebundenem Wasser freigesetzt worden war.
Es wurde verhindert, daß die Teilchen haftfähig wurden, indem sie mit einem Luftspülgas mit konstantem Durchsatz von 7,5 Litern/min. äquivalent 2,68 Litern Luft pro Gramm der Ausgangsmaterialzuführungsrate zur ersten Stufe kontaktiert wurden.
Während der zweiten Stufe stieg die Trockenbasisfülldichte der zugeführten Teilchen von 1,00 auf 1,06 Gramm pro Milliliter an, was eine Verdichtung von 6,0 Prozent ausmacht.
In der dritten und Endstufe wurde Wärmeenergie in das Bett der Zuführungsteilchen mit einer Rate übertragen, was ihre Temperatur von etwa 311 Grad C auf etwa 512 C in 142 Minuten anhob.
Gebundenes Wasser wurde mit einer mittleren Rate von 0,27 Prozent des anfänglichen Gesamtgehalts an gebundenem Wasser pro Minute freigesetzt. Am Ende der Stufe waren 93 Prozent des gesamten gebundenen Wasser freigesetzt.
Es wurde verhindert, daß die Zuführungsteilchen in dieser dritten Stufe haftfähig wurden, indem sie mit einem Spülgas in Kontakt gebracht wurden, das aus einer Mischung der Verbrennungsprodukte von Erdgas und Luft bestand, enthaltend 8, 9 und 10,9 Volumenprozent Sauerstoff und Dampf jeweils mit einem konstanten Durchsatz von 10,0 Liter/min. äquivalent 3,57 Litern pro Gramm der Ausgangsmaterialzuführungsrate zur ersten Stufe.
Während der letzten Stufe nahm die Fülldichte auf Trockengewichtsbasis der Zuführungsteilchen von 1,06 auf 1,08 Gramm pro Milliliter zu, was eine Verdichtung von 1,9 Prozent ausmacht.
Nachdem die Säure extrahiert war, hatte der wie oben beschrieben hergestellte, aktivierte Kohlenstoff die folgenden Eigenschaften:
Fülldichte, Trockenbasis, Gramm pro Mililiter 0,359
Kohlenstofftetrachloridaktivität, Gewichts-% auf Gewichtsbasis 149
Kohlenstofftetrachloridaktivität, Gewichts-% auf Volumenbasis 53,5
Butanaktivität, Gewichts-% auf Gewichtsbasis 56,1
Butanwirkkapazität 16,2
Flüchtiger Gehalt, Gewichts-% auf Gewichtsbasis 7,0
Die Kohlenstofftetrachloridaktivität auf Gewichtsbasis wurde unter Verwendung der ASTM-Standardtestmethode D 3467-88 bestimmt. Die Butanaktivität auf Gewichtsbasis und die Butanwirkkapazität wurden unter Verwendung der ASTM-Standardtestmethode D 5228-91 bestimmt. Die Methode zur Bestimmung des flüchtigen Gehalts verschieden von Feuchtigkeit wurde unter Verwendung einer Prozedur bestimmt, bei der die Probe in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt wird, um ihren flüchtigen Gehalt bei einer Temperatur von 650 Grad C auszutreiben. Die Probe wurde vor und nach der Erwärmung gewogen und der flüchtige Gehalt wurde auf der Trockengewichtsbasis der Probe berechnet. Einzelheiten der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und der Berechnungen der Raten von freigesetztem Wasser für das im Beispiel I beschriebene Verfahren basieren auf dem unten beschriebenen Ansatz mit einem Gehalt an freiem Wasser von 15,4 Prozent und Gehalt an gebundenem Wasser von 39,7 Prozent auf Trockengewichtsbasis:

GEWICHT VON WASSER. DAS IN ZEITINTERVALLEN FREIGESETZT WURDE, BASIEREND AUF EINER CHARGE BESTEHEND AUS 853 GRAMM VON IN DEN OFEN ZUGEFÜHRTEN AUSGANGSMATERIALEN

Stufe I Anfangsrate

10 g bei 60 min.
0 g bei 45 min.
10 g in 15 Min. = 0,67 g/min. + 131 · 100 = 0,51% des gesamten freien Wassers pro Minute

Stufe I Endrate

131 g bei 90 min.
65 g bei 75 min.
66 g in 15 Min. = 4,4 g/min. + 131 · 100 = 3,4% des gesamten freien Wassers pro Minute

Stufe II Mittel

271 g bei 163 min.
131 g bei 90 min.
140 g in 73 Min. 1,92 g/min. + 287 · 100 = 0,67% des gesamten gebundenen Wassers pro Minute

Stufe III Mittel

380 g bei 305 min.
271 g bei 163 min.
109 g in 142 Min. = 0,768 g/min. + 287 · 100 = 0,27% des gesamten gebundenen Wassers pro Minute
Wie zuvor festgehalten wurde, bestand beim obigen Beispiel das Rohmaterial aus fein verteiltem Holzmehl, Phosphorsäure und einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel, das miteinander vermischt und in diskrete Kügelchen extrudiert worden war, um ein Formteilchen zu bilden. Eine im allgemeinen ähnliche Mischung von Zelluloseausgangsmaterialien ist im US-Patent Nr. 3 864 277 beschrieben.
Die Formteilchen wurden in einem Drehofen unter Bedingungen behandelt, die eine kontinuierliche Zuführung von Ausgangsmaterial in drei verschiedenen Stufen simulierten, wie hier früher beschrieben wurde. Die Heizrate, gemessen im Luftraum benachbart der Ofenwand, betrug etwa 70 Grad C/h während der ersten Stufe. Diese Anfangsstufe wurde beendet, wenn ein gemessener Wassergehalt, der größer als wenigstens etwa 90 Prozent des Anfangsgehalts an freiem Wasser war, freigesetzt worden war und die Temperatur des Betts der Ausgangsmaterialien etwa 154 Grad C betrug. In einer zweiten Behandlungsstufe war die auf dieselbe Weise wie oben gemessene Heizrate etwa konstant 100 Grad C/h. Diese zweite Stufe wurde beendet, wenn der gemessene Gehalt an freigesetztem Wasser gleich etwa 49 Prozent des Anfangsgehalts an gebundenem Wasser war und das Bett der behandelten Teilchen etwa 311 Grad C erreichte.
In der dritten Stufe wurden die Heizraten, gemessen im Luftraum benachbart der Wand des Ofens, auf die Rate von etwa 30, 60, 90 und 120 Grad C/h bei ausgewählten Zeitintervallen erhöht, um die Temperatur des Betts auf eine Endtemperatur von etwa 512 Grad C anzuheben.
Der Säuregehalt des aktivierten Kohlenstoffendprodukts wurde extrahiert, um den extrahierbaren Säuregehalt auf etwa ein Gewichtsprozent auf einer Kohlenstoff-Trockenbasis herabzusetzen, und die Eigenschaften, auf die hier zuvor Bezug genommen wurde, wurden unter Verwendung von oben beschriebenen Testprozeduren bestimmt.
Es wurde Wärme auf die Wände des Drehofens mittels elektrischer Heizelemente gegeben, die durch ein im Handel erhältliches, herkömmliches, programmierbares Kontrollgerät gesteuert wurden, um die ausgewählte Wärmeenergierate abzugeben, die durch die Wände des Ofens auf die Ausgangsmaterialteilchen übertragen wurde. Es wurde geeignetes, im Handel erhältliches Testgerät verwendet, um das freigesetzte Wasser zu messen und die Zusammensetzung, den Durchsatz und die Einlaßtemperatur des Spülgases zu kontrollieren. Die Temperatur des eingeführten Spülgases wurde so ausgewählt, daß sie etwa die Durchschnittstemperatur der Ausgangsmaterialteilchen vom Beginn bis zum Ende jeder Behandlungsstufe war. Dieser Wert wurde gewählt, um jeglichen Heiz- oder Kühleffekt des Spülgases auf die Ausgangsmaterialteilchen im Ofen auf ein Minimum herabzusetzen, so daß das behandelte Material die erforderlichen Wärmewerte im wesentlichen wie durch die Wände des Ofens übertragen aufnahm, um eine präzise Kontrolle der auf die Teilchen übertragenen Wärme aufrechtzuerhalten.
Ein erwünschtes Ziel der Bildung eines rekonstituierten Kügelchens, wie oben beschrieben, besteht darin, ein chemisch aktiviertes Kohlenstoffend-Formprodukt mit vorbestimmter Abmessung zu erhalten. Die Ansammlung solcher Kügelchen, wie sie gewöhnlich bei dem früheren Aktivierungsverfahren mit Direktheizung auftritt, ist ein besonders behindernder Faktor. Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine solche Ansammlung leicht vermieden werden, um chemisch aktivierte Kügelchen zu erzeugen, die ihre Ursprungsform beibehalten. Bei geeigneter Steuerung der wesentlichen Prozeßvariablen, wie hier beschrieben, behielten die Kügelchen ihre Ausgangsform in einem sehr zufriedenstellenden Ausmaß am Ende des Verfahrens. Die Herstellung eines solchen Produktes in technischem Maßstab unter Verwendung von Methoden gemäß dem Verfahren des Standes der Technik stellte sich als unpraktisch heraus, trotz der sehr signifikanten Vorteile eines solchen chemisch aktivierten kugelförmig gemachten Produktes aufgrund des Haftenbleibens und der Agglomeration heraus, die den Prozentsatz des Endprodukts mit der gewünschten Abmessung und Form beträchtlich herabsetzte. Weiter macht es die Ansammlung der Ausgangsmaterialteilchen während des Verfahrensablaufs unmöglich, das Material gleichmäßig zu behandeln, um gleichförmige Aktivierungseigenschaften zu liefern.
In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß der hohe Grad der Verdichtungskontrolle der Teilchen während der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung es einem gestatten, den Aktivitätspegel auf einer Volumenbasis für ein gegebenes Anfangsrohmaterial sehr stark zu steigern, das zu chemischer Aktivierung in der Lage ist. Dies trifft zu, ob das Anfangsrohmaterial ein rekonstituiertes Formteilchen oder ein natürliches körniges Teil chen wie Holz-Sägemehl ist. Das Basisprinzip, das in bezug auf die Aktivierungsreaktion mit einbezogen ist, bleibt dasselbe in bezug auf die enge Kontrolle der Wärmeübertragung auf die Teilchen während des Verfahrensablaufs und die Vermeidung eines übermäßigen Haftvermögens der Teilchen während einer solchen Bearbeitung.
Bei Verwendung des hier beschriebenen bevorzugtesten Ausführungsbeispiels sei weiter festgestellt, daß die End- oder schließliche Temperatur des behandelten Materials, die den flüchtigen Gehalt des Endproduktes beeinträchtigt, unabhängig von den ausgewählten Wärmeübertragungsraten ausgewählt werden kann, die bei den früheren Stufen verwendet wurden. Weiter können die Wärmeübertragungsraten, die bei der ersten, zweiten und dritten Behandlungsstufe verwendet werden, über einen großen Bereich unabhängig von den anderen Stufen und der ausgewählten Endverarbeitungstemperatur des behandelten Materials eingestellt werden. Dies kann bei den handelsüblichen chemischen Aktivierungsverfahren mit direkter Beheizung gemäß Stand der Technik nicht auf praktische Weise ausgeführt werden. Daher kann das Ausgangsmaterial in einem kommerziell praktischen Maßstab auf eine Weise zur Steuerung der Verdichtungs- und Aktivierungseigenschaften der behandelten Teilchen auf höchst ausgewählte Weise verarbeitet werden, die unter Verwendung herkömmlicher Verfahren mit direkter Beheizung praktisch nicht durchführbar ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 veranschaulicht eine Tabelle Daten aus verschiedenen Testläufen einer gegebenen Ausgangsmaterialzusammensetzung einer Anfangsbehandlungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der der Zielendpunkt die Entfernung von wenigstens etwa 4 Prozent des Gehalts an gebundenem Wasser war, um sicherzustellen, daß ein Wassergehalt wenigstens gleich dem Gesamtgehalt an freiem Wasser der anfänglichen Ausgangsmaterialmischung entfernt wurde. Das Ausgangsmaterial bestand aus einer pelletierten kohlenstoffhaltigen Mischung von einem ähnlichem Typ wie im Beispiel I beschrieben. Die Testbedingungen beinhalteten, daß die Erwärmungs- und Luftspülgasraten geändert wurden, um ihre relative Auswirkung auf das Erreichen des Verdichtungsniveaus und den Zustand des Teilchenbettes während der Behandlungsstufe zu bestimmen. Die Endpunkt-Bettemperatur wurde zwischen etwa 152 bis 173 Grad C variiert.
Die Zuführung von pelletiertem Ausgangsmaterial wurde in einem Labordrehofen von dem im Beispiel I beschriebenen Typ untergebracht und gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut. Die Heizraten wurden festgesetzt auf 60, 80 und 100 Grad C pro Stunde, während die Luftspülgasraten wie in Fig. I angegeben variiert wurden.
Die Erwärmungsraten in Fig. 1-4 wurden im Luftraum zwischen der Wärmequelle und der Ofenwand gemessen und wurden dazu verwendet, das während dieser Testläufe verwendete Heizprofil zu kontrollieren.
Die erhaltenen Verdichtungsraten variierten zwischen 1,23 bis 1,33, bestimmt durch das Verhältnis der Fülldichten des Produkts auf Trockenbasis am Ende der Behandlung zu den Ausgangsmaterialkügelchen oder Pellets, die in den Ofen eingeführt wurden. Es wurde festgestellt, daß das behandelte Material lose, trocken und frei fließend bei Luftspülraten blieb, die sich von 10 bis 25 Litern pro Minute änderten. Bei Läufen 264 bis 266 wurde ein veränderlicher Luftspülgasdurchsatz verwendet, beginnend bei 10 und ansteigend auf 15 Liter pro Minute am Ende der Behandlungsstufe.
Diese Testläufe zeigen an, daß ein konstanter Heizanstieg in der Anfangsstufenbehandlung, wie hier früher beschrieben, zwischen 60 bis 100 Grad C pro Stunde mit einer Luftspülgasrate von etwa 10 Litern pro Minute oder mehr gut funktionieren, um einen gewünschten Bereich im Verdichtungsgrad zu erreichen, der während der ersten Behandlungsstufe auftritt, während eine Agglomeration der Ausgangsmaterialteilchen verhindert wird. Obwohl festgestellt werden sollte, daß andere Tests wie Beispiel I hier zeigen, daß die Luftspülgasrate zwischen 2,7 Liter/Minute am Anfang der Behandlung variiert werden kann und in Schritten bis zu 25 Litern pro Minute nahe dem Ende der Stufe erhöht werden kann und bei einer durchschnittlichen Heizrate von 70 Grad C pro Minute sehr gute Ergebnisse liefert.
In Figur. 2 ist ein anderer Satz von Testläufen gezeigt, wobei eine Tabelle Daten zeigt, die erhalten wurden, um die Wirkungen von unterschiedlichen Heiz- und Luftspülgasraten zu bestimmen, wobei eine gegebene Ausgangsrohmaterialzusammensetzung während der zweiten Behandlungsstufe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Für jeden der in Fig. 2 vermerkten Testläufe wurde ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial auf ähnliche Weise wie im Beispiel I beschrieben vorbereitet und während einer Anfangsstufenbehandlung bei einer Heizrate von 70 Grad C pro Stunde auf eine Endpunkt-Bettemperatur von etwa 150 Grad C behandelt, wobei wenigstens etwa 4 Prozent des gebundenen Wassers entfernt wurden. Ein Luftspülgas wurde während der Anfangsbehandlungsstufe wie hier im Beispiel I früher beschrieben mit einer veränderlichen Rate eingeführt, beginnend bei 2,7 und ansteigend auf 25,4 Liter pro Minute am Ende der ersten Behandlungsstufe.
Die Zusammensetzung des Startrohmaterials und Ofenzustände sind in Fig. 2 vermerkt, ebenso die Ofenzustände für die erste Behandlungsstufe und dritte Behandlungsstufe, wo anwendbar. Es wurde eine im wesentlichen identische Labordrehofenkonstruktion wie zuvor beschrieben für sämtliche Behandlungsstufen verwendet. In Läufen 869 bis 873 wurde das Ofenprodukt am Ende der zweiten Behandlungsstufe entfernt und die Eigenschaften des Ofenprodukts wurden bestimmt und sind in Fig. 2 aufgelistet. In Läufen 874 bis 877, 883 und 732 wurde das Ofenprodukt der zweiten Behandlungsstufe anschließend in einer End- oder dritten Behandlungsstufe behandelt, um ein aktiviertes Kohlenstoffprodukt zu erzeugen. Die Fülldichte, Butanaktivität, BWK, der flüchtige Gehalt, Kugelpfannenhärte und das gesamte Porenvolumen des Kohlenstoffendprodukts wurden bestimmt und sind in Fig. 2 gezeigt. Bei den Bedingungen für die dritte Behandlungsstufe wurden variable Erwärmungsraten ähnlich den Erwär mungsraten eingesetzt, die bei dem in Fig. 4 aufgelisteten Testlauf 714 vermerkt sind, was hier später beschrieben wird. Es wurde auch eine Spülgaszusammensetzung ähnlich der beim Beispiel I verwendeten in der dritten Behandlungsstufe mit einer Rate von 10 Litern pro Minute eingesetzt. Basierend auf den vorliegenden Studien wird angenommen, daß verwendete Erwärmungsraten zwischen etwa 70 bis 100 Grad C pro Stunde, was Temperaturanstiegsraten des Teilchenbetts von etwa 90 bis 160 Grad C pro Stunde entspricht, allgemein gegenüber höheren Raten in der zweiten Behandlungsstufe bevorzugt werden. Es sei festgestellt, daß ein niedrigerer Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im Ofenprodukt nach der zweiten Behandlungsstufe zu am Ende dieser Stufe gemessenen höheren Aktivierungseigenschaften führte. Wenn jedoch die zweite Behandlungsstufe in Läufen 871 und 872 fortgesetzt wurde, bis die Bettemperatur 315 Grad C war, wird angenommen, daß der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der Läufe knapper gewesen wäre und die Aktivierungseigenschaften ebenfalls die Tendenz gehabt hätten, entsprechend knapper zu sein. Die Daten aus denjenigen Läufen, bei denen das Produkt der zweiten Stufe in einer dritten Stufe behandelt wurde, wie in Fig. 2 vermerkt, tendieren dazu, zu zeigen, daß eine Zunahme der Erwärmungsraten, am Teilchenbett oberhalb von etwa 130 Grad C pro Stunde in der zweiten Behandlungsstufe gemessen, die Tendenz hat, die Aktivität des sich schließlich ergebenden Kohlenstoffendprodukts auf einer Gewichts- und Volumenbasis, die BWK und das Gesamtporenvolumen zu verringern, wie aus den in Läufen 883, 876 und 877 vermerkten Ergebnissen ersichtlich ist.
Diese Studie zeigt auch, daß eine Zunahme der Bettemperatur von etwa 130 Grad C pro Stunde und ein Spülgasdurchsatz von etwa 7,5 Litern pro Minute Ergebnisse liefert, die nicht signifikant unterschiedlich von der niedrigeren Rate von 95 Grad C/h während der zweiten Behandlungsstufe sind, und die Verarbeitungszeit der zweiten Stufe signifikant verkürzt. Es sei jedoch auch festgestellt, daß die anderen erhaltenen Ergebnisse ein sehr gutes Endprodukt darstellen, bei dem BWK-Werte von mehr als 15 erhalten werden. Es sei auch festgestellt, daß nach der jüngst übernommenen ASTM-Methode zur BWK-Bestimmung, wie sie im Beispiel I verwendet wurde, die in Fig. 2, Fig. 3 und 4 vermerkten Ergebnisse etwa 0,3 bis 0,7 Einheiten höher als die Werte wären, die unter Verwendung einer ähnlichen Methode, aber unter Verwendung von 422 Reinigungsvolumina an Stelle von 718 bestimmt wurden.
Wobei nun auf Fig. 3 und 4 Bezug genommen wird, eine weitere Tabelle veranschaulicht die Wirkungen der variablen Erhöhung der Erwärmungsrate und der Gesamtbehandlungszeit in einer dritten Behandlungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung, um die Karbonisierung und Aktivierung der Teilchen des Zuführungsmaterials zu vollenden. Wie bei den zuvor beschriebenen Testläufen stellen die in Fig. 1-4 gezeigten Erwärmungsraten die Erhöhungsrate der Temperatur in Grad C pro Stunde dar, die im Luftraum zwischen dem Heizelement und der Ofenwand gemessen wurde. Bei den in Fig. 3 und 4 vermerkten Testläufen wurde die Zuführung in ein pelletiertes kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial mit einer Zusammensetzung angesetzt, wie in Fig. 3 vermerkt, und wurde im wesentlichen identisch durch eine erste und zweite Behandlungsstufe hindurch in einem Ofen identisch mit demjenigen behandelt, wie er bei den früheren Beispielen beschrieben wurde.
Bei den in Fig. 3 und 4 gezeigten Läufen verwendeten Ofenbedingungen wurde ein Erwärmungsanstieg von 70 Grad C pro Stunde in der ersten Behandlungsstufe und 100 Grad C pro Stunde in der zweiten Behandlungsstufe verwendet, wobei der Zielendpunkt der zweiten Behandlungsstufe eine Bettemperatur von etwa 310 Grad C war.
Die Testergebnisse der Läufe, auf die in Fig. 3 und 4 Bezug genommen wird, zeigen an, daß die während der dritten Behandlungsstufe angewendete Erwärmungsrate über den gemessenen Bettemperaturbereich von etwa 290 bis 360 Grad C, die den gemessenen Ofenluftraumtemperaturen von etwa 315 bis 335 Grad C entsprach, eine sehr signifikante Wirkung auf die Aktivierungseigenschaften des Endprodukts hat.
Weiter haben die auf die Teilchen über diesen anfänglichen Bettemperaturbereich in dieser dritten Stufe hinaus angewendeten Erwärmungsraten auch einen Einfluß auf die Aktivierungseigenschaften des Endprodukts in einem signifikanten, aber geringeren Ausmaß als in der Anfangsbehandlungsperiode in dieser Stufe.
Wie zuvor bemerkt wurde, wurden die Erwärmungsraten für jeden Erwärmungsanstieg oder in Fig. 3 und 4 vermerkten Schritte durch die Temperatur bestimmt, die in dem Luftraum zwischen der Wärmequelle und der Ofenwand gemessen wurde, die niedriger als die Temperaturen war, die im wesentlichen gleichzeitig an der Ofenwand und im Teilchenbett im Drehofen gemessen wurden, der bei diesen Läufen verwendet wurde.
Beispielsweise stellten die Anfangserwärmungsraten von 20, 30, 40, 50 und 60 Grad C pro Stunde, gemessen in diesem Luftraum, eine Durchschnittstemperaturanstiegsrate des Teilchenbetts von etwa 41, 55, 74, 85 und 97 Grad C pro Stunde jeweils dar.
Im Testlauf 704 benötigte das Temperaturprofil unter Verwendung der Luftraumheizanstiege von 20, 30, 60 und 120 Grad C 208 Minuten Gesamtverarbeitungszeit bei den festgestellten Spülgasdurchsätzen, um die Endbettemperatur von 509 Grad C zu erreichen. Das erzeugte Endprodukt zeigte den niedrigsten Fülldichtewert und die höchsten Butanaktivitätswerte auf Gewichts- und Volumenbasis, BWK und Gesamtporenvolumen. Die in Fig. 3 und 4 vermerkten Testläufe zeigen allgemein, daß eine Erhöhung der Anfangserwärmungsrate bei der dritten Behandlungsstufe zwischen beispielsweise Bettemperaturen von etwa 300 bis etwa 350 sowie über diesen Temperaturbereich hinaus die Tendenz hat, die obigen Aktivitätsniveaus zu verringern, während höhere Werte der Fülldichte, Kugelpfannenhärte und ein geringerer Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im Endprodukt erzeugt werden.
Die Daten in Fig. 3 und 4 liefern besonders eine Veranschaulichung, wie die Aktivierungseigenschaften des Kohlenstoffend produkts zu verändern sind, indem die auf die Prozeßmaterialien angewendeten Erwärmungsraten ausgewählt und gesteuert werden, um die Rate der Aktivierungsreaktion während der zweiten und dritten Behandlungsstufe zu beeinflussen. Sie veranschaulichen auch, daß diese Änderungen unter Verwendung derselben Startrohmaterialzusammensetzung ohne Änderung des innewohnenden physikalischen Konzepts des Aktivierungsofens ausgeführt werden können, und zeigen, daß ein verhältnismäßig weiter Bereich von Aktivierungseigenschaftswerten im Endprodukt lediglich dadurch erzeugt werden kann, daß diese Erwärmungsraten ohne signifikante Änderung weiterer Prozeßvariablen kontrolliert wurden.
Es sei jedoch auch vermerkt, daß sämtliche der in Fig. 2-4 aufgelisteten Testläufe ein sehr gutes Endprodukt im Vergleich zu Produkten liefern, die in herkömmlichen Verfahren im großtechnischen Maßstab hergestellt werden, und daß die Behandlung des Rohanfangsmaterials in den früheren Behandlungsstufen die Basis lieferte, um die ausgezeichneten Ergebnisse, wie in Fig. 3 und 4 vermerkt, während der dritten Behandlungsstufe unter Verwendung einer Reihe von Heizprofilen zu erzielen.
Die erwünschtesten Wärmeübertragungsraten können für eine gegebene Anwendung und Ausgangsstartmaterialzusammensetzung ohne unangemessene Versuchstätigkeit bei Anwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung bestimmt werden. Das hohe Kontrollausmaß der Wärmeübertragungsrate durchgehend durch das Verfahren ermöglicht es einem, verhältnismäßig rasch zu den gewünschtesten Raten betreffs des Erhaltens der gewünschten Wirkung zu gelangen. Sowie die beschriebenen Erwärmungsraten festgesetzt sind, können die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts mit größerer Zuverlässigkeit und Gleichmäßigkeit im Vergleich zu durch Verfahren des Standes der Technik erhaltenen Produkten erreicht werden.
Insbesondere sind die Wärmeübertragungsraten, die bestimmt werden, um die spezielle gewünschte Verdichtung der Teilchen und andere Aktivierungseigenschaften zu liefern, nicht durch das Problem einer übermäßigen Haftfähigkeit der Teilchen begrenzt, da der Volumendurchsatz des Spülgases unabhängig eingestellt werden kann, um jegliches derartiges Problem auszuschalten.
Es sei jedoch auch festgestellt, daß der Volumendurchsatz des Spülgases sich auch auf die Rate der Aktivierungsreaktion auswirkt. Allgemein tendieren höhere Durchsätze dazu, die Freisetzungsrate von Wasser zu erhöhen, und können sich auf die Verdichtungsrate und andere Aktivierungseigenschaften auswirken. Wenn ein pelletiertes oder geformtes Zuführungsmaterial behandelt wird, wird allgemein bevorzugt, einen Spülgasdurchsatz zu verwenden, der ausreichend ist, ein unerwünschtes Haftenbleiben und Agglomeration zu vermeiden, ohne ansonsten den Spülgasdurchsatz unnötig zu erhöhen.
Wobei nun auf Fig. 5 Bezug genommen wird, wird ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Konstruktion für einen Drehofen im technischen Maßstab zur praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Vorzugsweise sollten wenigstens zwei oder drei indirekt geheizte Drehöfen verwendet werden. Die ersten und zweiten Stufen konnten geeignet in einem Ofenaufbau behandelt werden, da bei beiden ein Luftspülgas verwendet wird. Indirekt geheizte Öfen sind im allgemeinen wohlbekannt und ein ansonsten herkömmlicher indirekt geheizter Drehofen wird gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert, indem ein Drehofen, auf den schematisch bei 20 hingewiesen wird, mit einem Einlaßeinblasrohr wie beispielsweise 26 versehen wird. Das Einblasrohr ist durch stationäre Gehäuse oder Hauben 22 angebracht, die sich an jedem Ende des Ofens befinden, um es zu ermöglichen, daß sich der Ofen 20 um das stationäre Einblasrohr 26 dreht. Die Öffnungen an der Verbindungsstelle der Enden des Ofens und der stationären Gehäuse oder Hauben 22 sind mit herkömmlichen Dichtungen versehen, um die Innenseite des Ofens gegen die Umgebungsatmosphäre zu isolieren.
Ein Abgasrohr wie beispielweise 30 ist auf ähnliche Weise durch die stationären Hauben angebracht und ist in parallel beabstandeter Beziehung in bezug auf das Einlaßeinblasrohr 26 angeord net. Das Einlaßende des Einblasrohrs 26 ist auf herkömmliche Weise an eine Spülgasquelle angeschlossen, die durch ein herkömmliches Gebläse wie zum Beispiel 38 vorgesehen sein kann. Das Gebläse 38 liefert einen kontrollierten vorbestimmten Volumendurchsatz an Spülgas durch das Einblasrohr 26 zum Ofen 20. Vorzugsweise wird ein separater Ofen von mit im wesentlichen identischen Konstruktion wie der Ofen 20 für wenigstens die dritte Behandlungsstufe verwendet und mit einem separaten Gebläse verbunden, das funktionsmäßig mit eine Quelle von einer Verbrennungsgas-Luftmischung verbunden ist, um die bevorzugte Spülgaszusammensetzung für die dritte Behandlungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung zu liefern. Man kann auch die Verwendung einer separaten, aber im wesentlichen identischen Ofenkonstruktion wie des Ofens 20 und separater zugehöriger Bauteile für die zweite Behandlungsstufe lediglich aus praktischen Gründen des Raums oder der Gerätekonstruktion wählen, in Anbetracht der erforderlichen Extralänge für einen Ofen, der im Umfang der Bedingungen der ersten und auch der zweiten Behandlungsstufe arbeiten würde.
In der Anordnung mit zwei oder mit drei Öfen würde eine herkömmliche Luftschleuse auf wohlbekannte Weise zwischen dem Auslaß und Einlaß der Öfen verwendet, um die Innenatmosphäre jedes Ofens zu isolieren.
Das Einblasrohr 26 ist mit einer Anzahl von Auslaßöffnungen oder -mündungen wie zum Beispiel 42 versehen, die entlang der Länge des Rohrs 26 mit Abstand angeordnet sind. Die Öffnungszahl pro Einheitslänge oder die Abmessung der Öffnungen kann verändert werden, um den Volumendurchsatz von Spülgas aus jeder Öffnung zweckmäßig zu steuern, das in Kontakt mit dem in Behandlung befindlichen Ausgangsmaterial eingeführt wird, das entlang der Länge des Ofens 20 in der Nähe der Öffnungen 42 hindurchtritt.
Das Einblasrohr 26 im Ofen 20 für die erste Behandlungsstufe ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß ein zunehmender Volumendurchsatz von Luftspülgas in Kontakt mit den Ausgangsmaterialen gebracht wird, wenn sich das Ausgangsmaterial vom Einlaß des Ofens 20 zum Kilnauslaß bewegt. Wie hier zuvor beschrieben nimmt die Rate, mit der Wasser üblicherweise von den Ausgangsmaterialien freigesetzt wird, in der ersten Behandlungsstufe zu, wenn die Temperatur der Teilchen ansteigt und die Materialien sich dem Ofenauslaß nähern. Dieser veränderliche Spülgasdurchsatz ist durch die zunehmende Länge der Pfeile veranschaulicht, die den Volumendurchsatz von den Öffnungen 42 aus darstellen. In der zweiten und dritten Behandlungsstufe kann ein konstanter Spülgasdurchsatz von jeder Öffnung aus verwendet werden und liefert gute Ergebnisse.
Auf herkömmliche Weise ist der Ofen 20 von einer nicht gezeigten Isolierummantelung umgeben und umfaßt eine Gruppe von unabhängig gesteuerten gasbeheizten Brennern, die bei 50 veranschaulicht sind und vorgesehen sind, um die Wärmeenergie zu erzeugen, die durch einen Luftraum zwischen der Isolierhülle und den Außenwänden des Ofens 20 übertragen wird. Während andere herkömmliche Mittel als indirekte Heizquelle, wie beispielsweise elektrische Spulen verwendet werden können, werden gasbeheizte Brenner wohl normalerweise als die wirtschaftlich praktischste Wärmeenergiequelle bei einem Verfahren in technischem Maßstab betrachtet.
Es sind im Handel viele herkömmliche Temperatursteuereinrichtungen mit variierenden Genauigkeitsgraden erhältlich, die zur Steuerung der Größe der Wärmeenergie, die durch die indirekte Heizquelle geliefert wird, verwendbar sind und die auf für die Fachleute auf dem Gebiet von Industrieöfen wohlbekannte Weise arbeiten.
Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung sollte der gewählte Genauigkeitsgrad der Temperatursteuereinrichtung es ermöglichen, das gewünschte Temperaturprofil des Betts der sich durch den Ofen fortbewegenden Materialien beizubehalten, um nützliche Ergebnisse gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Innerhalb wirtschaftlich praktischer Grenzen liefert eine vernünftig präzise Steuerung der Heizquelle einen größeren Selektivitätsbereich, um Einfluß auf die Eigenschaften des Endprodukts auf zuverlässigere Weise zu nehmen.
Die Temperatursteuereinrichtungen, auf die bei 52 hingewiesen wird, sind funktionsmäßig mit der zum Ofen 20 zugehörigen Gasbrennergruppe 50 verbunden und umfassen zweckmäßig positionierte Temperaturabtasteinrichtungen, die den Wänden des Ofens 20 zugeordnet sind, um Temperaturdaten zur Steuerschaltungsanordnung rückzuführen. Die Steuereinrichtungen können so festgelegt werden, daß sie die durch die Gasbrenner durch die Wände des Drehofens und damit zum Bett der Ausgangsmaterialien erzeugte Wärmeenergie variieren, um ein vorbestimmtes zunehmendes Temperaturprofil oder eine Heizstufe des Bettes der Ausgangsmaterialien zu liefern, wenn sie sich durch einen Ofen 20 vorbewegen.
Wie hier zuvor beschrieben wurde, liefert die unabhängige Kontrolle der Wärmeübertragungsrate zum Ausgangsmaterialbett ein Mittel zur präziseren Steuerung der Freisetzungsrate der flüchtigen Bestandteile aus dem verarbeiteten Material in jeder der drei Behandlungsstufen. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung steht die Rate der Freisetzung des flüchtigen Bestandteils des Zuführungsmaterials in Beziehung zum Verdichtungsniveau, das in jeder Stufe auftritt und zu den Aktivierungseigenschaften, die in dem sich ergebenden Endprodukt erzeugt werden.
Die in den Ofen 20 eingeführte Spülgasströmung wird während jeder Behandlungsstufe über ein Gebläse wie zum Beispiel 38 und Mündungen 42 im Einblasrohr 26 gesteuert und ist in der Lage, Massen- und Volumendurchsätze zu liefern, die ausreichend sind, die Ansammlung der freigesetzten flüchtigen Bestandteile auf der Oberfläche der Teilchen zu verringern. Dies liefert eine zweckmäßige Art und Weise, zu verhindern, daß die Teilchen während des Verfahrensablaufs aneinander oder an Innenflächen des Ofens haften.
Während der ersten und zweiten Behandlungsstufe besteht das in das Einblasrohr eingeführte Spülgas aus Umgebungsluft, die durch ein Gebläse 38 mit vorbestimmtem Druck und Volumendurchsatz an das Einblasrohr 26 geliefert wird. Die Verteilung der Spülgasströmung entlang der Länge des Teilchenbetts wird dadurch gesteuert, daß der Abstand und/oder die Abmessung der entlang der Länge des Einblasrohrs 26 in dem entsprechenden Ofen vorgesehenen Öffnungen ausgewählt wird. Das Abgasrohr 30 umfaßt Einlaßmündungen wie beispielsweise 32, die in gegenüberliegender Beziehung zu den Öffnungen 42 im Einblasrohr 26 ausgerichtet sind und mit einer Unterdruckquelle verbunden sind, beispielsweise mit der Unterdruckseite einer geeigneten Absaugeinrichtung 33. Das Spülgas und die freigesetzten flüchtigen Bestandteile, die im Spülgas mitgenommen werden, werden durch die entsprechenden Mündungen 32 in dichter Nähe zu demselben Bereich des Betts aus dem Ofen 20 abgezogen, der durch die eintretende Spülgasströmung kontaktiert wird.
Die oben beschriebene Anordnung, bei der der Strömungsweg des Spülgases nicht zur Wegstrecke der Teilchen parallel ist, wird bevorzugt, um eine Vermischung des eintretenden Spülgases mit vorher eingeführtem Spülgas auf ein Minimum herabzusetzen, das bereits mit den Ausgangsmaterialteilchen in Kontakt getreten ist und daher erhöhten Wasser- und/oder Säuregehalt aufweist. Das Vorsehen einer frischen Versorgung mit Spülgas entlang der Länge des Ofens, um mit den in Behandlung befindlichen Teilchen in Kontakt zu treten, erhöht das Ausmaß der Wirksamkeit des Spülgases, jegliches freigesetzte Wasser und/oder Säure von der Oberfläche der Teilchen in jeder Stufe des Verfahrens zu verdampfen und mitzuführen.
Während sich die die speziellen Abstände entlang der Länge des Ofens 20, die zur Einführung und Absaugung des Spülgases gewählt worden sind, innerhalb vernünftiger Grenzen in der Konstruktion der Einblas- und Absaugrohre ändern können, hat eine Konstruktion, die stark auf Spülgas beruht, das bereits einen signifikanten Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von der Oberfläche der Teilchen mitgenommen hat, die Tendenz, weniger effektiv zu sein, und erfordert eher den Einsatz größerer Volumendurchsätze, um sicherzustellen, daß eine übermäßige Ansammlung von Wasser und/oder Säure auf der Oberfläche der Teilchen nicht auftritt. Da der Wirksamkeitsgrad, mit dem das Spülgas die freigesetzten flüchtigen Bestandteile mitführt, signifikant verringert werden kann, wenn die Abstände zwischen Auslaßmündungen 42 zu weit voneinander sind, kann eine derartige Konstruktion einen nachteiligen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit der Behandlung der Materialien und der sich ergebenden Aktivierungseigenschaften des Kohlenstoffendprodukts ausüben.
Ein herkömmlicher Wärmetauscher, wie beispielsweise 43, ist dem von einem Gebläse 38 aus an den Drehofen 20 gelieferten Spülgas zugeordnet, um die Temperatur des Spülgases auf einen Wert einzustellen, der dann die Wärmeübertragung zwischen dem Spülgas und den in Behandlung befindlichen Ausgangsmaterialien auf ein Minimum herabsetzt, wie hier zuvor beschrieben wurde.
Das Gebläse 38 oder eine andere Form einer herkömmlichen Quelle zum Liefern einer kontrollierten Spülgasströmung braucht lediglich einen Druck zu erzeugen, der ausreichend ist, den als erforderlich angesehenen, vorbestimmten Volumendurchsatz in das Einblasrohr 26 zu liefern, um sicherzustellen, daß eine übermäßige Ansammlung von Wasser und/oder Säure nicht auf der Oberfläche der Teilchen auftritt. Auf gleiche Weise ist die Absaugeinrichtung 33 herkömmlich aufgebaut, um die eintretenden Spülgasströmungen durch die Einlaßmündungen des Absaugrohrs 30 mit einer Rate zu entfernen, die allgemein der Rate der über das Einblasrohr 26 eingeführten Strömung entspricht.
Für einen gegebenen Satz von Prozeßparametern kann der Volumengesamtdurchsatz des Spülgases demgemäß dadurch eingestellt werden, daß das Gebläse 38 geeignet gesteuert wird. Der benötigte Spülgasvolumendurchsatz kann verhältnismäßig leicht empirisch für beliebige spezielle Prozeßparameter bestimmt werden, die in jeder Behandlungsstufe gewählt werden. Die bei den hier beschriebenen Beispielen vermerkten Volumendurchsätze sind nützliche Anhaltspunkte für eine beliebige derartige Bestimmung. Wenn irgendeine Agglomeration der Teilchen auftritt, kann im großen und ganzen eine zweckmäßige Erhöhung der Volumendurchdurchsätze des Spülgases ausgeführt werden, um dieses Problem auszuschalten und noch ein Kohlenstoffendprodukt mit sehr guten Aktivierungseigenschaften zu erhalten.
Wenn das Verfahren unter Verwendung von zwei oder drei separaten Drehöfen wie bei 20 gezeigt konzipiert ist, haben sie dann einen im wesentlichen gleichen Aufbau und nehmen Wärmeenergie von einer zweckmäßigen Wärmequelle wie Gasbrennern 50 auf und werden dann durch separate Gruppen von Temperatursteuereinrichtung wie zum Beispiel 52 gesteuert. Das Spülgas in der zweiten Stufe ist wie in der ersten Stufe vorzugsweise Luft, während es in der dritten Stufe vorzugsweise eine Verbrennungsgas-Luftmischung mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als demjenigen ist, der ausreichend ist, eine Oxidation der Oberfläche des Zuführungsmaterials mit dem Volumendurchsatz zu bewirken, der in den Ofen der dritten Stufe eingeführt wird. Derzeit ist durch Untersuchungen bestimmt worden, daß ein Sauerstoffgehalt von etwa 8 bis 10 Prozent bei Durchsätzen, die zur Vermeidung einer Agglomeration der Teilchen ausreichend sind, geeignet ist, um jede nennenswerte Oxidation der Teilchen des in Behandlung befindlichen Ausgangsmaterials auf ein Minimum herabzusetzen. Das Spülgas wird vorzugsweise durch ein Einblasrohr, das im wesentlichen identisch zu dem in Fig. 4 beschriebenen ist, in den Ofen der dritten Stufe geliefert und auf dieselbe Weise abgesaugt. Es sei jedoch festgestellt, daß es allgemein nicht erforderlich ist, den Durchsatz des Spülgases während der zweiten und dritten Behandlungsstufe zu verändern, da die Rate der Entwicklung flüchtiger Bestandteile viel niedriger und weniger veränderbar ist, als diejenige, die in der anfänglichen Behandlungsstufe auftritt.
Wie bei den hier beschriebenen Beispielen veranschaulicht worden ist, hat es sich als besonders nützlich herausgestellt, veränderliche Wärmeübertragungsraten zu den Ausgangsmaterialien in der dritten Behandlungsstufe vorzusehen, wobei die Wärme übertragungsrate in einer Anzahl von Schritten, wie z. B. in Fig. 3 und 4 gezeigt, erhöht wird. Daher bietet die Eignung zu einer präziseren Kontrolle der Wärmeübertragungsraten ein verbessertes Mittel, die gewünschten Aktivierungseigenschaften selektiv zu variieren, um besser zu einer gegebenen Anwendung zu passen, und, was sehr wichtig ist, bestimmte wünschenswerte Eigenschaften, wie beispielsweise die scheinbar Fülldichte, Kugelpfannenhärte und Aktivität, ausgedrückt auf einer Gewichts- und Volumenbasis, für ein gegebenes Ausgangsmaterial zu optimieren.
Die Wärmeübertragungskontrolle durch die indirekte Wärmequelle bietet einen sehr breiten Bereich von Möglichkeiten, die Eigenschaften des Endproduktes auf eine Weise zu verändern, die bei dem herkömmlichen Verfahren mit direkter Beheizung nicht möglich ist. Wenn dieses Merkmal mit der unabhängig zugeführten und gesteuerten Spülgasströmung kombiniert wird, kann die Wärmeenergieübertragung so variiert werden, daß ein stark verbessertes Ergebnis erreicht wird, ohne das Problem einer übermäßigen Hafteigenschaft der Ausgangsmaterialteilchen einzubringen, die während des Verfahrensablaufs eine unerwünschte Agglomeration herbeiführt. Die Unversehrtheit der Form des in den Ofen eintretenden Ausgangsmaterials sowie das Konsistenzniveau der erhaltenen Aktivierungseigenschaften können gleichmäßiger kontrolliert werden, um ein sehr wünschenwertes Endprodukt zu liefern. Wenn die rekonstituierten, geformten Ausgangsmaterialteilchen das Startmaterial umfassen, wird bei Verwendung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nur ein sehr kleiner oder kein Klassierungsschritt benötigt, um das Endprodukt nach der Abmessung aufzuteilen. Weiter ist kein Schleifen oder Nachbehandlungspelletierung von pulverisiertem Kohlenstoff erforderlich, wie es bei vielen derzeit angewendeten Verfahren im großtechnischen Maßstab erforderlich ist, um ein wirtschaftlich hergestelltes, geformtes, aktiviertes Kohlenstoffendprodukt zu liefern.
Wenn es gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist, behält das Produkt, das eine dritte Ofenstufe wie zum Beispiel 20 verläßt, seine Ursprungsform in einem äußerst stark verbesserten Ausmaß und kann einer Säureextraktion und Trocknen auf herkömmliche Weise unterzogen werden. Während ein gewisser Größentrennschritt nützlich sein kann, ist der Degradierungsprozentsatz sehr niedrig und es tritt keine wesentliche Agglomeration während der Verfahrensbearbeitung auf, wenn die Spülgasvolumendurchsätze geeignet bestimmt und wie hier beschrieben angewendet werden.
Es sollte weiter ohne weiteres durch die Fachleute anerkannt werden, daß die Kapitalkosten für die Maschineneinrichtung zur praktischen Ausführung der Methode der vorliegenden Erfindung sehr praktisch ist und eine kontinuierliche Verarbeitung in großtechnischem Maßstab leicht erreichbar ist. Für sich sind die erforderlichen Bauteile leicht im Handel erhältlich oder können leicht hergestellt oder angepaßt werden, so daß sie für einen großen Bereich außerordentlich nützlicher Verfahrenskonzeptionen vom Fachmann passend gemacht werden, der den Lehren der vorliegenden Erfindung folgt. Weiter kann eine Aufskalierung vom Labor- oder Pilotanlagenmaßstab bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung leicht erreicht werden, während dies bei dem herkömmlichen Verfahren mit direkter Beheizung nicht möglich ist. Auch kann ein weiterer Bereich von Prozeßvariablen innerhalb einer feststehenden Ofenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung gewählt werden, um aktivierte Kohlenstoffprodukte mit ganz unterschiedlichen vorbestimmten Endeigenschaften herzustellen.
Wie früher hier erwähnt wurde, gibt es beispielsweise gewisse Variablen, die gewählt werden können, um Einfluß auf die Eigenschaften des Endprodukts bei den herkömmlichen Verfahren mit direkter Beheizung auszuüben, wie z. B. die Zusammensetzung und Zuführungsrate des Ausgangsmaterials, das Säure/Holzverhältnis und die Einlaßtemperatur des Verbrennungsgases. Sobald diese Variablen gewählt sind, gibt es, falls überhaupt, jedoch wenig, was man tun kann, um die Eigenschaften des Endprodukts für eine feststehende Ofenkonstruktion zu beeinflussen. Es gibt tatsächlich kein wirksames Mittel zum Kontrollieren der Wärmeübertra gungsrate bei ausgewählten Stufen der Aktivierungsbehandlung stromabwärts des Einlasses der Verbrennungsgase auf irgendeine praktische Weise, die sich derjenigen annähert, die gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die obigen Variablen der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, Säure/Holzverhältnisse und Endprodukttemperatur noch für die Auswahl entwicklungsfähig, die sich auf die Erzeugung bestimmter Endprodukteigenschaften bezieht. Bei Auswahl dieser Variablen liefert das Vermögen, die Wärmeübertragungsraten und Spülgasdurchsätze entlang speziell ausgewählter Stufen des Aktivierungsprozesses eng zu kontrollieren, jedoch einen außerordentlich vergrößerten Bereich von Möglichkeiten, ein Endprodukt mit unterschiedlichen und vorbestimmten Eigenschaften auf praktische Weise herzustellen. Weiter erhöht die Lehre der vorliegenden Erfindung das Niveau der erreichbaren wünschenswerten Eigenschaften für eine ausgewählte Ausgangsstartmaterialzusammensetzung wesentlich, ohne die ausgewählte, verwendete eigentliche Ofenkonstruktion zu ändern. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat man daher viel mehr Wahlmöglichkeiten bei der Auswahl von Prozeßvariablen und ein präziseres Kontrollausmaß für die Aktivierungsreaktion, um auf den Aktivierungsprozeß so abzustellen, daß ein Endprodukt mit dem optimalen Niveau der gewünschtesten Eigenschaften hergestellt wird, das auf eine gegebene Anwendung auf praktische und wirtschaftliche Weise paßt.
Es ist auch wichtig, zu betonen, daß die Lehren der vorliegenden Erfindung Möglichkeiten verschieden von dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel umfassen. Beispielsweise kann man nur die hier beschriebene erste Behandlungsstufe verwenden und dann das in der ersten Stufe behandelte Produkt zu einem herkömmlichen Verfahren mit direkter Beheizung überführen. Diese Kombination würde einen verbesserten Prozeß im Vergleich zu den Lehren des Standes der Technik liefern, insbesondere, was übermäßige Adhäsion anbelangt, die in den frühen Behandlungsstufen am unbequemsten ist. Weiter sollte die Kontrolle des Verdichtungsniveaus verbessert werden, dessen Auftreten in dieser frühen Behandlungsstufe bewirkt werden kann, um die Eigenschaften des Endprodukts vorteilhaft zu beeinflussen.
Auf ähnliche Weise werden Fachleute bereitwillig anerkennen, daß die Lehre der vorliegenden Erfindung auf nützliche Weise durch Kombinieren der ersten Stufe und eines Teils oder des gesamten Schritts der zweiten Behandlungsstufe in Kombination mit einem sich anschließenden herkömmlichen Verfahrensschritt mit direkter Beheizung angewendet werden kann, um die Karbonisierung und Aktivierung zu vollenden. Eine derartige modifizierte Methode würde signifikante Vorteile in bezug auf die Kontrolle des Verdichtungsniveaus liefern, das in diesen frühen Stufen erhalten werden kann, verglichen mit Methoden des Standes der Technik, und zur Verbesserung der Eigenschaften des Endprodukts beitragen, das anschließend auf herkömmliche Weise behandelt wird, um die Karbonisierung und Aktivierung des Materials zu vollenden.
Ohne an irgendeine spezielle Theorie gebunden sein zu wollen, erscheint es von den Testdaten her, daß das Ausmaß und die Rate der Verdichtung, die in den früheren Stufen oder in den frühen Abschnitten einer gegebenen Stufe auftritt, eine signifikante Wirkung auf das Verdichtungsniveau hat, das in den späteren Behandlungsstufen herbeigeführt werden kann. Testergebnisse legen nahe, daß, wenn weniger als beispielsweise die maximal erzielbare Verdichtung in einer früheren Stufe des Verfahrens aufgetreten ist, dann der gesamte Prozentsatz der Verdichtung verringert ist, dessen Auftreten in späteren Behandlungsstufen bewirkt werden kann. Daher sollte es leicht anerkannt werden, daß eine Anwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung durch Verwendung einer Kombination lediglich der ersten Behandlungsstufe oder der ersten und zweiten Behandlungsstufen mit einem abschließenden herkömmlichen Schritt mit direkter Beheizung signifikante Vorteile bei der Herstellung eines verbesserten Endprodukts für bestimmte Anwendungen liefern kann. Es wird jedoch angenommen, daß das bevorzugteste Ausführungsbeispiel, bei dem sämtliche drei Behandlungsstufen mit indirekter Beheizung und einer unabhängigen Spülgasströmung vorgesehen sind, die optimalen Eigenschaften und Kontrolle des Verfahrens für die meisten Anwendungen liefert, die ein hochleistungsfähiges aktiviertes Kohlenstoffprodukt erfordern.
Daher sollte bereitwillig anerkannt werden, daß das neue Verfahren der vorliegenden Erfindung einen außerordentlich deutlichen Vorteil zum Stand der Technik darstellt und vorteilhaft für die Erzeugung des ausgewählten Verdichtungsniveaus in bezug auf den Aktivitätspegel, ausgedrückt auf einer Gewichts- oder Volumenbasis des aktivierten Kohlenstoffendprodukts, ist und besonders nützlich für Anwendungen ist, die eine hohe Effizienz erfordern.

Claims

1. Verbessertes chemisches Aktivierungsverfahren zur gleichzeitigen Karbonisierung und Aktivierung von Teilchen aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial, das einen Gehalt an freiem und gebundenem Wasser aufweist und mit einem Mittel imprägniert ist, das zum Bewirken einer Dehydratisierungsreaktion fähig ist, umfassend die Übertragung von Wärmeenergie mit kontrollierten Raten aus einer indirekten Wärmequelle in das Ausgangsmaterial, das fortlaufend in einen Ofen eingeführt wird, während gleichzeitig eine Strömung von Spülgas eingeführt wird, dessen Volumen- und Massendurchsatz und Zusammensetzung unabhängig von der Wärmequelle kontrolliert wird; wobei die Wärmeenergieübertragungsrate kontrolliert wird, um ein gewünschtes Schrumpf- oder Verdichtungsausmaß der kohlenstoffhaltigen Teilchen zu erzeugen, und wobei der Volumen- und Massendurchsatz und die Zusammensetzung des Spülgases unabhängig kontrolliert werden, damit das Wasser und Säure, die aus den Teilchen durch die Dehyratisierungsreaktionen freigesetzt werden, mit Raten verdampft und fortgetragen werden, die die übermäßige Ansammlung von freigesetztem Wasser und Säure auf der Außenfläche der Teilchen verhindern, damit ihre Adhäsion verhindert wird und die Oxidation ihrer Oberfläche auf ein Minimum herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte, daß:

a) die Teilchen aus imprägniertem Ausgangsmaterial in ein Ofenmittel zugeführt werden, damit sie sich entlang der Länge des Ofenmittel zu einem Auslaß hin bewegen;

b) Wärmeenergie aus einer indirekten Heizquelle unabhängig von der Atmosphäre im Ofenmittel zu den Teilchen mit einer ausgewählten Rate übertragen wird, um die Temperatur der Teilchen auf einen Wert anzuheben, der größer als 120 Grad C ist, wäh rend die Teilchen gleichzeitig mit einer unabhängig kontrollierten Spülgasströmung in Kontakt gebracht werden, das bei Auslässen eingeführt wird, die in Längsrichtung voneinander entlang der Fortbewegungsbahn der Teilchen angeordnet sind, wobei der Volumendurchsatz des Spülgases durch die Auslässe so ausgewählt wird, daß die Tendenz der Teilchen, aneinander oder an Innenflächen des Ofenmittels während der Fortbewegung durch das Ofenmittel zu haften, im wesentlichen eliminiert wird;

c) die Teilchen des Ausgangsmaterials anschließend wärmebehandelt werden, um die Karbonisierung und Aktivierung der Teilchen zu beenden, um ein nützliches Aktivkohleprodukt zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach dem Schritt (b) und vor dem im Absatz (c) definierten Schritt die Übertragung von Wärmeenergie zu dem im Absatz (b) behandelten Ausgangsmaterial durch eine indirekte Wärmequelle fortgesetzt wird, um eine Freisetzung des gebundenen Wassergehalts der Teilchen mit einer Rate herbeizuführen, die ausgewählt ist, um ein vorbestimmtes Verdichtungsniveau der Teilchen zu erzeugen, bis wenigstens vierzig Prozent oder mehr des Anfangsgehalts der Teilchen an gebundenem Wasser freigesetzt worden ist, und gleichzeitig eine unabhängig kontrollierte Spülgasströmung in Kontakt mit den Teilchen entlang der Bewegungsbahn der Teilchen durch das Ofenmittel eingeführt wird, wobei der Volumendurchsatz des Spülgases so ausgewählt wird, daß die Ansammlung von freigesetzem Wasser auf der Oberfläche der Teilchen bis zu einem Grad auf ein Minimum gebracht wird, der ausreichend ist, im wesentlichen auszuschalten, daß die Teilchen aneinander oder an Innenflächen des Ofenmittels haften.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Wärmeenergieübertragung zum Ausgangsmaterial durch eine indirekte Wärmequelle fortgesetzt wird, nachdem wenigstens 40 Prozent des Anfangsgehalts der Teilchen an gebundenem Wasser freigesetzt worden ist, dann die Wärmeenergie zu den Ausgangsmaterialien bei dem im Absatz (c) definierten Schritt durch eine indirekte Wärmequelle übertragen wird, um zu bewirken, daß die Temperatur der Ausgangsmaterialien auf zwischen 330 bis 360 Grad C mit einer Rate zwischen 35 bis 100 Grad C pro Stunde ansteigt, und anschließend die Temperatur der Ausgangsmaterialien zu einer vorbestimmten Temperatur größer als 425 Grad C erhöht wird, die ausgewählt wird, so daß ein vorbestimmter Verdichtungs- und Aktivierungsgrad des Aktivkohleendprodukts erzielt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die von einer indirekten Heizquelle an die Teilchen abgegebene Wärmeübertragungsrate ausgewählt wird, um die Aktivität des bei dem im Absatz (c) definierten Schritt erhaltenen Kohlenstoffproduktes auf ein Maximum zu bringen, ausgedrückt auf einer Volumenbasis.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das bei dem im Absatz (b) definierten Schritt eingeführte Spülgas im wesentlichen aus Luft besteht.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte, daß:

a) die imprägnierten Teilchen durch ein Ofenmittel durchgeleitet werden, das eine ausgewählte Länge und einen Einlaß und Auslaß aufweist und mit einem Mittel, um Wärmeenergie auf die Teilchen während der Fortbewegung durch das Ofenmittel aus einer indirekten Wärmequelle auf eine variable, kontrollierte Weise entlang der Länge des Ofenmittels unabhängig von der Innenatmosphäre im Ofenmittel zu geben, und mit einem Mittel versehen ist, um eine Spülgasströmung mit ausgewählten Raten bei beabstandeten Intervallen entlang der Bewegungsbahn der Teilchen durch das Ofenmittel einzuführen und abzuführen;

b) die Aufbringung von Wärmeenergie auf die Teilchen geändert wird, indem die indirekte Wärmequelle kontrolliert wird, um zu bewirken, daß die Temperatur der Teilchen zwischen dem Einlaß und Auslaß des Ofenmittels auf eine Endtemperatur größer als vierhundertfünfundzwanzig Grad C ansteigt, wobei die Temperaturanstiegsrate ausgewählt ist, um eine vorbestimmte Freisetzungsrate der flüchtigen Bestandteile der Teilchen zu bewirken, um einen ausgewählten Verdichtungs-, Karbonisierungs- und Aktivierungsgrad der Teilchen zu erzielen;

c) gleichzeitig zu der im Absatz (b) definierten kontrollierten Aufbringung von Wärmeenergie auf die Teilchen die Teilchen während der Bewegungsbahn durch das Ofenmittel mit einem ausgewählten Volumendurchsatz von Spülgas in Kontakt gebracht werden, das in vorgewählten beabstandeten Intervallen entlang der Bewegungsbahn der Teilchen eingeführt wird, wobei der Volumendurchsatz ausreichend ist, um eine Ansammlung von freigesetzten flüchtigen Bestandteilen der Dehydratisierungsreaktion auf der Oberfläche der Teilchen zu hemmen, um im wesentlichen das Haftenbleiben der Teilchen aneinander oder an Teilen des Ofenmittels zu eliminieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Teilchen der Ausgangsmaterialien in einer Anzahl von Stufen behandelt werden, wobei eine erste Stufe definiert wird, wenn die Teilchen in den Ofen eintreten, und sich fortsetzt, bis eine Wassermenge aus den Teilchen gleich wenigstens neunzig Prozent ihres anfänglichen Gehalts an freiem Wasser freigesetzt worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Spülgas in der ersten Stufe im wesentlichen Luft umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Rate der Wärmeenergieaufbringung gewählt wird, um zu bewirken, daß ein gewähltes Verdichtungsausmaß der Teilchen während der ersten Stufe auftritt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Rate der Wärmeenergieaufbringung kontrolliert wird, um die Temperatur der Teilchen mit einem Stundendurchschnitt zwischen 70 bis 120 Grad C anzuheben.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem eine zweite Behandlungsstufe definiert wird als beginnend, wenn die freigesetzte Wassermenge aus den Teilchen gleich wenigstens neunzig Prozent ihres Anfangsgehalts an freiem Wasser ist, und fortdauert, bis wenigstens etwa vierzig Prozent des Gehalts an gebundenem Wasser der Teilchen freigesetzt worden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Rate der Wärmeenergieaufbringung auf die Teilchen aus der indirekten Wärmequelle gewählt wird, um zu bewirken, daß ein ausgewähltes Verdichtungsausmaß der Teilchen in der ersten und zweiten Stufe auftritt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Rate der Wärmeenergieaufbringung auf die Teilchen in der zweiten Behandlungsstufe kontrolliert wird, um die Temperatur der Teilchen mit einem Stundendurchschnitt zwischen 90 bis 160 Grad C anzuheben.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem eine dritte Behandlungsstufe definiert wird als beginnend, wenn mehr als wenigstens vierzig Prozent des Gehalts an gebundenem Wasser in der zweiten Behandlungsstufe freigesetzt worden ist, und fortdauert, bis der nicht karbonisierte flüchtige Gehalt der Teilchen auf zwischen vier bis zehn Prozent auf einer Trockengewichtsbasis reduziert worden ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die dritte Behandlungsstufe definiert wird als beginnend, wenn wenigstens vierzig Prozent des Gehalts an gebundenem Wasser in der zweiten Stufe freigesetzt worden ist und die Temperatur der Teilchen wenigstens 290 Grad C erreicht hat.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Rate der Wärmeenergieaufbringung auf die Teilchen in der dritten Behandlungsstufe dadurch geändert wird, daß die dem Ofenmittel durch eine indirekte Wärmequelle während ausgewählter Intervalle der dritten Behandlungsstufe variabel kontrolliert wird, um ein vorbestimmtes Verdichtungs- und Aktivierungsniveau der Teilchen während der dritten Behandlungsstufe zu erzeugen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Rate der auf die Teilchen gegebenen Wärmeenergie ausgewählt. wird, um zu bewirken, daß die Temperatur der Teilchen am Anfang der dritten Behandlungsstufe mit einer Rate zwischen 35 bis 100 Grad C mindestens pro Stunde ansteigt, bis die Teilchen eine Temperatur zwischen 330 bis 360 Grad C erreicht hat.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die entlang der Bewegungsbahn der Teilchen eingeführte Spülgasströmung, die mit den Teilchen während der dritten Stufe in Kontakt treten soll, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft umfaßt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Zusammensetzung und Strömungsrate des in der dritten Behandlungsstufe eingeführten Verbrennungsgases ausgewählt wird, um den Sauerstoffgehalt auf einen Pegel zu begrenzen, der eine signifikante Oxidation der Oberfläche der Teilchen während der dritten Behandlungsstufe ausschließt.

21. Verbesserter indirekt gefeuerter Drehofen zur chemischen Aktivierung eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, das mit einer aktivierenden Chemikalie imprägniert ist, von dem Typ, der verbunden ist mit einer indirekten Wärmequelle und einem Mittel zum Kontrollieren der zu einer inneren Verarbeitungskammer des Ofens übertragenen Wärmerate verbunden ist, umfassend die Kombination von:

a) einem in der Verarbeitungskammer angebrachten Mittel, das eine Anzahl von Auslaßöffnungen enthält, um eine Anzahl von separaten Spülgasströmungen zu verteilen, wobei jede der Öffnungen bei in Längsrichtung beabstandeten Intervallen entlang der Drehachse des Ofens liegt, um das Spülgas in Kontakt mit dem durch den Ofen durchlaufenden Ausgangsmaterial zu führen; wobei die Auslaßöffnungen funktionsmäßig mit einer außerhalb des Ofens angeordneten Spülgasquelle verbunden sind;

b) einem Mittel zum Sammeln und Abführen des durch das im Absatz (a) definierte Mittel eingeführten Spülgases, das in der Ofenverarbeitungskammer angebracht ist, aufweisend eine Anzahl von Einlaßöffnungen, wobei jede der Einlaßöffnungen bei beabstandeten Intervallen voneinander entlang der Drehachse des Ofens angeordnet ist und funktionsmäßig mit einer außerhalb des Ofens angeordneten Unterdruckquelle verbunden ist; und

c) einem Mittel zum Kontrollieren der Spülgasströmung, um die Ansammlung der freigesetzten flüchtigen Bestandteile der Dehydratisierungsreaktion auf der Außenfläche der Teilchen zu hemmen, um im wesentlichen das Haftenbleiben der Teilchen aneinander oder an Teilen des Ofenmittels zu eliminieren.

22. Drehofen nach Anspruch 20, bei dem das im Absatz (a) definierte Mittel eine Rohrleitung enthält, die in fester und paralleler Beziehung in bezug auf die Achse des Ofens angebracht ist und mit einer Anzahl der Auslaßöffnungen versehen ist, die voneinander entlang der Länge der Leitung in Längsrichtung beabstandet sind, um eine Spülgasströmung aus den Auslaßöffnungen in Kontakteingriff mit durch den Ofen durchtretendem Ausgangsmaterial in einer im allgemeinen nicht parallelen Richtung in bezug auf die Drehachse des Ofens zu richten, wobei die Leitung eine Einlaßöffnung enthält, die mit einer Spülgasquelle verbunden ist.

23. Drehofen nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Spülgasströmung durch die Verarbeitungskammer zu den Einlaßöffnungen des im Absatz (b) definierten Mittels in einem Winkel gerichtet wird, der allgemein 90 Grad in bezug auf die Drehachse des Ofens nahekommt.

24. Drehofen nach einem der Ansprüche 21 bis 23, umfassend in Kombination einen Ofen, der zur Drehung um seine Längsachse angebracht ist und einen Zuführungseinlaß und einen Zuführungsauslaß, der in Längsrichtung von dem Zuführungseinlaß beabstandet ist, und Seitenwände aufweist, wobei eine Verarbeitungskammer gebildet wird; eine in enger Zuordnung zu den Seitenwänden des Ofens angebrachte Wärmequelle, um Wärme indirekt durch die Seitenwände zur Kammer zu übertragen; eine erste Gaszuführungsrohrleitung, die sich in Längsrichtung durch die Kammer in einer nicht störenden Weise zur Drehung des Ofens erstreckt, wobei die Leitung eine Anzahl von Auslaßmündungen aufweist, die voneinander entlang ihrer Länge beabstandet sind; eine Gasdruckquelle, die funktionsmäßig mit der Zuführungsleitung verbunden ist, um eine vorbestimmte Volumenströmungs rate einer ausgewählten Gaszusammensetzung in die kammer durch die Anzahl der Mündungen abzugeben; eine Auslaßleitung, die sich durch die Kammer des Ofens auf allgemein parallele beabstandete Beziehung zur Zuleitung auf nicht störenden Weise mit der Drehung des Ofens erstreckt, wobei die Auslaßleitung mit einer Anzahl von Einlaßöffnungen versehen ist, die entlang ihrer Länge in der Kammer beabstandet sind; eine Unterdruckquelle, die funktionsmäßig mit einem Auslaß der Abführungsleitung verbunden ist; und ein Kontrollmittel, das funktionsmäßig mit der Wärmequelle verbunden ist, um die Wärmerate zu kontrollieren, die von der Wärmequelle durch die Wände des Ofens zur Kammer übertragen wird.