經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _______B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於藉雷阻加熱，於蒸氣存在下•使濕或乾碳 或含碳進料活化及再活化之一種設備及方法。其特別係關 於一種猙改良之裝置，其中，電流及蒸氣二者更均勻地散 佈於該碳中，且其中，可選擇電流及蒸氣流二者之途徑， W達成該装置搡作時之最佳逋應性。如果該須經活化或再 活化之碳或含碳進料係濕的，則本發明亦係闢於一種經改 良之雷阳加熱方法，其中，與先前說明用於碳乾堍之電阻 加熱方法相比較時，可降低乾埭之能源成本•且本方法更 具效率及更快速。並可接受具較高瀰氣含量•較大範圍之 顆粒尺寸及更不定之顆粒尺寸敗佈之含碳進料。 藉通人經活化碳而處理之空氣或氣流通常具有顯著之濕 氣含最，有時更高至完全飽和。因此，暍露於此類氣流之 碳可含不同含量之水，高至或超過該基碳本身之重量。用 於水純化系统之碳必須係濕的。因此，當該再活化方法係 發生於首質高於水沸黏之溫度時，再活化此類廢碳方法之 第一步驟必須乾燥該碳。 乾燦濕的粉吠或顆粒固贈必須藉物理去除，以蒸發濕氣 ，通·常係藉空氣或其它氣體之氣流。藉施用熱至該濕材或 流過或流經該材料之氣流，Μ加速本製程。當該粉狀或顆 粒之材料係碳時，電阻加熱可直接拖用至該固體*如關於 不同含碳進料之活化或廢棄之經活化碳之再活化等先前技 IS所習知，例如U.S. Patent No. 5,089,457及其中引用 之先前技轻所說明。濕碳或含碳進料之有效快速乾燥必須 溫度僅約於或適當地高於水之沸點，如溫度範圍由1001 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --.-------裝-------訂丨.-----線 (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 294611 A7 _B7 五、發明説明（2 ) 至約1 5 0 ，然而•通常碳進料之活化或廢棄之經活化碳 之再活化必須於約7 5 0 之溫度或更高。 當一種含濕氣或濕的含碳進料經活化或一棰濕的廢棄經 活化碳羿再活化係賴電阻加熱時，該碳係於活化_或再活化 步驟之前乾燥，或於活化或再活化製程中，將部分或實質 伞部濕氣去除。於後者之例子中，當該經蒸發之濕氣朝向 熔爐出口移動時，穿越及通過預熱該碳之部分，其再濃縮 ，並提供其它氣賴移動之經增加阻抗（如⑶及^)，此氣體 係於活化製稈中所產生或於駿棄之經活化碳之再活化製程 中所吸收其必須自出口脫離。仍有另一項缺點即係不平均 之雷流分佈，此導致該濕碳或含碳材料移動塔之不同部分 有不同之雷阻。 於蒸氣存在下，使用罨阻加熱於碳之活化或再活化作用 已說明於（J . S . P a t e n t N 〇 · 5 , 0 8 9，4 5 7 及 5 , 1 7 3 , 9 2 1。於其 中所說明之方法中，須經活化或再活化之碳塔係藉重力經 由一管狀反應器而下行，同時，將蒸氣導人該反應器之底 部，並相反於下行之碳而向上移動。該蒸氣可進行任何或 所有·可能之反應： 1.於碳活化作用中，該蒸氣及碳轉換成一氧化碳及氫， 並根據反應式： + Caolld ___〉COarea + Hseea 2 .於”水氣轉換反應”中，部分蒸氣可進一步與一氣化碳 H2〇«na + C0*aa ---> C〇2*aa + Hz*ea -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） --1------狀衣------1T—---- ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _B7_ 五、發明説明（3 ) 3. 該蒸氣亦可解吸已吸附於輥棄之經活化碳上之物質。 4. 該蒸氣可與閎棄碳上之部分解吸物反應，如經解吸脂 昉酷類之水解作用。 其它氣體亦可用於活化碳。一個可利用之實例係二氧化 碳*其係根據下列反應式與碳反應： C Ο Z * e a + C a 〇 l Id ---> 2 C 0 * a a 於碳活化作用中，反應1及2消耗蒸氣•所K，於該管 吠反應器之上層部分，活化作用製程滅媛，或必須於起始 注入時•即提供過量之蒸氣，Μ補充此消耗。此«量重大 地妥協所須之控制，Μ設定活化作用之逋當反應溫度。於 碳再活化作用中，由反應3及4獲得之經解吸蒸氣可於該 反應氣之上層部分再·濃縮•因而，提供經增加之氣流（”回 颸”）阳抗及不利地影響該反應器之溫度及電流分佈。同時 ，如果於該反應器底部之一點加入不同功能所需之所有蒸 氣，則其加人速率須經限制，以使其不達到直線速度，因 為此將迫使太大之壓力施於碳上或需要太高之反應器溫度 。該些必須之限制減緩活化作用或再活化作用之製程。快 速加·入蒸氣之另一項缺點係碳塔提升或起始流化之可能性 ，而導致碳顆粒間之電流弧。快速將蒸氣加人至碳顆粒間 之另一項缺點係於注入點之碳顆粒間有分雔之趨向，並因 而於蒸氣注入口頂端發生電弧及燃燒。仍有另一項主要缺 點之事首即係過量蒸氣流動超過該反應器特定部分之所需 可今該反應器之溫度曲線具有逆向效應。簡言之，於反應 器之一點加入該反應器所有需要之必須全部蒸氣流動嚴格 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） --：--,----裝-------訂一------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明u ) 地限制了活化及再活化作用方法中，賴電阻加熱之操作控 制。 因此*本發明係闞於一種藉電阻加熱，κ乾燥濕之顆粒 或粉吠碳之經改良方法及装置。當碳含有任何濕氣含量， 高至含全飽和，κ及無自由液態水存在時，可提供此種改 良方法。當碳係一種含碳進料*如木炭，椰炭或石油焦炭 時，可獲得此棰改良，κ用於製造經活化碳，或係一種須 再活化之經耗盡活化碳。 本發明之方法及裝置之重點係提供流經須乾燥碳之電流 均勻散佈其流羥之處，並確保自碳中去除之濕氣，於其脫 離之前，不再凝结於碳上。 更特定言之，本發明丨系直接指向於一種活化作用氣體存 在下，藉雷眼加熱而應用至一種濕碳進料之活化作用或一 揮濕的13碳進料之再活化作用之經改良装置，其中含有一 個進料加料斗，由此，碳進料藉重力進人一個耐火材料製 成之管狀反應器，Μ形成一個碳進料之下行塔，其中，反 應器之頂端係連接至進料加料斗之底端，且其中，反應器 之底·端係連接至一個閥門，Μ取出該經活化之碳產物| 一 個雷極固定於該進料加料斗之外面，另一電極固定於該反 應器之底端，該電極連接至一個電源，該電流通遇二極之 間，而經過該下行之碳進料，於此改良其中，該反應器含 兩個或更多之連續部分，每部分含一個碳進料之移動塔， 並具進口，以加入該活化作用氣體至任何該連續之部分中 ，a其中，該電流係經由當做電極及藉依附於一片含棚架 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4*Jt格（210X297公着） ---------裝-------訂-------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 294611 B7 五、發明説明（5 ) 及提供開口 •以利羥收射之氣體及蒸氣脫逃之網板上而定 位於該塔頂中央之石墨塊，送人每部分之碳進料移動塔中 〇 於本發明之另一個較佳具體實施例中，該活化氣體係以 二氣化碳代替蒸氣。 於本發明中，蒸氣之加入可限制該反應器每部分所須用 於該部分使本方法發生之含量，且可令該氣態反應物或經 解析之氣體及蒸氣自其產生之反應器部分脫離。 於本發明中，可藉一種令蒸氣均勻散佈於碳顆粒間之方 法，將蒸氣注入至該碳中，並可避免電弧及因此造成之蒸 氣注入口燒焦* &依此方式，令電流均勻敗佈於反應器每 部分中之須經活化或再活化碳間。 此目標之達成及本發明之其它方面由本發明之下列說明 將可更顯而易見。 簡言之*本發明係指向一種方法及装置之改良，其中， 該裝置包含一個進料加料斗|由此，藉重力令濕氣或濕碳 或含碳材料進入至一個W火材料之乾管狀乾燦部分中或進 入一·段連績之此部分中，其頂端係連接至該進料加料斗之 底部，而其最底部係連接至用於一種含碳進料之活化作用 或一種_棄之經活化碳之再活化作用之反應器（於此之後 ，碳進料一詞將包括經駿棄之活化碳），且提供一個固定 於該進料加料斗外之電極，而另一個罨極固定於最底部， 將該電欏連接至一個雷源，該電流通過兩個電極之間，而 穿過該碳顆粒之下行塔。本方法及裝置之改良包括經由一 -8- / 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） i 1^1^1 i^i ui^ m^i - - -1 一eJ--!-1 f m^i i^in I (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 經濟部中央橾準局負工消費合作杜印製 A7 __B7 五、發明説明（6 ) Η當做雷極及賴依附於一片包括一座平架或V行架之鋼板 ，並具開口，Μ利濕氣Κ蒸氣形式脫離，而定位於該塔頂 中央之石墨塊，將雷流送人至碳顆粒之最上層塔中。額外 之改良包栝一段連續之一或多個反應部分，其係自一個或 多俩乾懊部分收受經乾燥之碳，且本方法亦提供•經由一 蒸氣進入具多孔之蒸氣套管之進口，並於距該下行碳塔 中央袖一涸Μ上之距離，將蒸氣加入至該反應器之每一部 分，&其中，經由一 Η當做電極及藉依附於一片包括一座 平架或V行架之鋼板，並具開口，Μ利釋放之氣體及蒸氣 脫離，而定位於該塔頂中央之石墨塊*將電流送人至該下 行碳進料塔中。於本方法之改良包含*將蒸氣加入至該反 應器之至少一部分。每個蒸氣套管組件中·與其鄹近該管 狀反應器之部分一起，亦當做熱交換器|因而使熱碳釋出 其部分熱至該進人之蒸氣，並因而將其再加熱。 如果装置複式之此種反應器部分，且此種部分之數目超 過滿意地活化或再活化該碳所需，則可選擇電流途徑，Μ 使其俺經過所須之最低一涸或更多之此部份。另一視需要 選用·之因素包括選擇是否將蒸氣加入至任何給定之部分， 巨其與選擇電流途徑係互不相關。該石墨塊之形狀並無太 多限制。例如，其可係矩形，圓形或其它截面段管或桿之 部分形式。其相對於其所佔據空間之截面積之尺寸必須涤 其表面積大至足Μ提供將電流有效散佈至流經其之碳顆粒 間，但非大至妨礙該顆粒之流動。例如，如果該碳顆粒可 有效地於其周園流動，則該突出於平行面之石墨塊之截面 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -----*----裝-------訂—-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
第號專利申請案 中女說明軎修？F百U5年4月）A7 B7 五、發明説明（） 積範圍可由約1/4或更小之開口截面積，其中，其係放置 於約3/4或更大之此面積。本發明提供之主要優點包括提 供將蒸氣特定地加入至所須之該部分或該些部分，並於一 個單一步驟或多個步驟中，令不同氣體自該糸統中快速地 脫離，同時，並提供經由該或該些石墨塊，獲得流經碳間 之極大改善電流分佈作用，且藉選擇所需數目之蒸氣注入 步驟及苻合碳活化或再活化需要之電流途徑之機會而提供 更佳之適應性。 II{忒簡要說明 基本上，碳黑係藉重力自加料斗落進由3個區組成之垂 直管柱中，然後經由鋼管進入各區中，鋼管係連接供應電 流之石墨塊，蒸氣注入口， ，Μ及氣體釋出口。 圖1顯示一種根據本發明之方法，藉點阻加熱，用於乾 燥及活化或再活化碳之裝置。 圖2顯示圖1鋼板之最上層部分詳圖，並包括其石墨塊 及經繪出之開口。 圖3顯示其中之一之蒸氣套管及其蒸氣進口 ，其上方及 下方之蒸氣孔*及任何蒸氣凝结液之排水口。 圖忒元件符號之簡要說明 .. * 裝 ·"訂 . 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標李局員工消費合作社印製 -10- 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 第8 3 1 Ο 8 2 5 7號專利申請案 中女銳明喜修不苜（85年4月）Α7 Β7 r~
經濟部中央標準局員工消f合作社印製 符 號 意 義 2 碳 進 料 3 .加 料 斗 6 電 極 端 7 電 源 供 應 器 8,19,27 石 墨 塊 9,20,26 進 行 部 份 10 , 23， 29 開 □ 11, 18， 25 板 12 , 21， 30 管 13 蒸 氣 套 W 官 14 , 15 層 組 16 , 24, 31 蒸 氣 凝 結 液 排 出 Π 17 , 22， 28 熱 電 偶 於 較 佳具體 實 施 例 中 t 該 碳 進 料 偽 送 入 二 個 加 工 部 分 中 之 一 個 ，其中 首 先 之 一 或 二 個 可 係 乾 燥 部 分 » 而 最 後 之 一 或 二 個 須者 ί蕃' 氣 注 入 部 分 » 此 可 參 考 伴 隨 之 圖 1 2 及 3 而 更 清 楚， 其 係 裝 置 1 之 部 分 圖 形 及 部 分 垂 直 部 分 〇 如 該 進 料 係 乾燥則 無 須 乾 燥 部 分 1 且 所 有 部 分 可 供 為 蒸 氣 注 入 〇 如 係 濕的進 料 i 則 至 少 需 要 — 個 乾 燥 部 分 0 將 該 碳 進 料 2 裝 入 一個鋼 進 料 加 料 斗 3 % 其 藉 絕 緣 體 5 而 與 其 支 架 4 電 絕 緣。 該 進 料 加 料 斗 上 依 附 有 電 極 端 6 f 此 係 由 一 個 DC或 AC 電源供 應 器 7 供 電 〇 該 碳 係 藉 重 力 行 進 至 石 墨 塊 8 之 週 圍 ，並通 過 其 而 進 入 弟 — 部 分 9 0 經 釋 放 之 蒸 氣 及 其 ~ 10a - I----- ·--! --- Γ I ....... i II - 士 - ...... I- i j - -- - I - - OJI -I- I - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 它氣聘姅由掄出於板11之開口 10而脫離。如果部分9之功 能係當做一個蒸氣注入部分，則蒸氣係經由管1 2注人此部 分而進人具較上層姐14及較低層組15等兩姐，之蒸氣套管 13>如圖3所詳示。任何蒸氣凝结液係經由管16而排出。 於距碳塔中心袖不同距離處具有多孔蒸氣套管安排之效應 偽可今蒸氣更均勻地分佈於下行碳塔中•以於不超出 1 00 r 太多之溫度下，促進低IS蒸氣之使用•此將於其後 快速地為該熱碳超加熱。此熱交換安排亦媛合該碳之溫度 及當做抨制碳溫度之一個輔肋方法。同時，此安排可避免 雷弧及因而造成蒸氣注入點焴焦。顯而易見的係，藉由於 此說明之原理實例化，即多重蒸氣孔之不同安排可獲得與 蒸氣均勻分佈及避免蒸氣注入點燒焦之相同结果。如果此 部分之功能係當做一個乾燥部分*則無蒸氣由此注入其中 。於部分9中之碳溫係Μ熱電偶測量。該經乾燥或部分經 活化或再活化碳持缅藉重力流經鋼板1 8，於該第二石墨塊 19之週圃，並通過其至第二部分20，相似地，其具蒸氣進 口 21，熱雷偶22，脫離口 23，及蒸氣凝结液排出口 24。如 無蒸·氣自進口 21注人，刖此部分之功能亦可當做乾燥部分 。相似之安排引導經板25至該第三部分26，與第一及二部 分相似地具有石墨塊27>熱電偶28，經繪出之關口 29，蒸 氣進口 30，及蒸氣凝结液排出口 31。對本技藝熟知者可顯 而易見的•藉選擇未具蒸氣注人及因而當做乾燥部分之上 曆部分黻目，及藉選擇下層電流流經部分之數目*可瞭解 乾燦及活化或再活化方法之較大適應性。進而言之，如果 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29·/公釐） 裝------^訂—，-----^線 (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五'發明説明（9) 需要超三俩以上之乾煉及反應部分之姐合，則該裝置可構 成包栝任何所須數目之此種部分，此由本發明之說明可證 明。本装置藉絕緣體3 3而電絕緣之底部支架32係連接至該 雷源供應器之另一電極端34。本装置之卸料可送入至一個 收受儲存容器中，如網桶。 本發明將藉下列僅供舉證說明之實例而更詳盡，不可認 為係如於此之申請專利範圍而限制本發明。 W例 1 將一份得自已經曝葙於”液化石油氣”（大部分係丙烷）之 石油炭及含20%電最比濕氣之經活化碳裝料加入至該進枓 加料斗3中。於圖形中顯示之三部分9 ，20及2,6之溫度係 保持於300至500D，其時，無任何蒸氣加入任何一部分。 常碳行經該装置時，發現丙烷已自碳中消除，且收獲產物 之濕氣含量係低於0.1% 重量比。持續生產碳，同時，將 雷極端6向下移動，Μ使電流僅流經部分20及26，此時， 未加人任何蒸氣。現發現該收獲產物之濕氣含量係約1.8 %窜最比，同時，仍係完全消除丙烷。再將電極端6向下 移動·。同時•持缅生產碳，以使電流僅流經部分26，此時 ，仍未加入任何蒸氣。然後發現，雖丙烷仍完全消除，但 收傅牽物之濕氣含罱係高於5% 重量比。據此，如需要極 乾懊之產物，該電極端必須移回至較高層之接觸點，Μ使 雷流通過所有乾燦部分。如果可接受極限高至2% 之濕氣 含最，則該雷極端可置於中間位置，Κ使電流僅通過乾燥 部分20及26。 -12- 本紙浪尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4规格（210X 297公釐） ----i----裝------訂J-----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 294611 A7 B7 五、發明説明（〗〇 ) 苜例 2 將一份椰殼炭之装料，其姐成用於生產經活化碳之進料 ，加入至該進料加料斗3中。令於圖形顯示之三個部分9 ，20及26之溫度保持於800至900T：，並將蒸氣注人至進口 12，21及30中。當該碳行經至該装置時，發現Iodine N u m b ft r ( A . S · T · M . S t a n d a r d T e s t M e t h 〇 d D 4 6 0 7 > 之範 W係由 1000至2000，且Carbon Tetrachloride Activity (A.S.T.M. Standard Test Method D 3467)之範圔係60至 該些值係高度活化碳之特激，適用於廣泛多樣性之商 業應用。然後，持績進行該椰炭進料之生產，同時，將電 阑端6向下柊動> W使電流僅通過反應部分20及26。將蒸 氣俑由淮口 21及30注入。然後發琨，最终產物之Iodine Number f系約 750及約 50之 Carbon Tetrachloride A c t i v i t y。該些值係典型優良但非高度之經活化碳，適用 於部分商業應用。再將電極端6向下移動•同時*該椰炭 生產繼續進行，以使電流僅通過反應部分26，而蒸氣僅由 進口 30注人。然後發現，收獲產物之Iodine Number係約 450 及約 35 之 Carbon Tet, rachloride Activity。該些值太 低而無法為大部分商業應用所接受。然後*將蒸氣由進口 21S30注人。同時，保持電極端6之位置，以使電流持讀 俺通過部分26。然後發現，收獲產物之Iodine Number係 約550及約45之Carbon Tetrachloride Activity。該些值 亦太低而無法為大部分之商業應用所接受。因此，將電極 端6移冋至較高之接觸點· Μ使電流通過所有反應部分， -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X297公釐） 訂 . 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局負工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（Π ) 亦由所有進口注人蒸氣* Μ獲得經高度活化之碳。如可接 专一禪優良但非經高度活化之碳，該電極端6可置於中間 位置，W使雷流僅通過反應部分20及26，並由進口 21及 3 0注人蒸氣。 啻例 3 將一種由藉曝露於汽油蒸氣而已耗盡（飽和）之煙媒所製 成之绳活化碳装料加人至該進料加料斗3中。令圖形顬示 之三個反應部分9 ，20及26之溫度保持於800至900t：，並
將蒸氣由進口 12· 21及30注人。當碳行進至該装置時’發 Iodine Number(A.S.T.M. Standard Test Method D 4 60 7)之範園係由1000至2000，且Carbon Tetrachloride Act. ivit. y(A.S.T.M. Standard Test M e t h o d 1) 3 4 6 7 )之範圍係6 0至6 5。該些值係高度活化碳之 特微，適用於廉泛多樣性之商業應用。停止該經耗盡活化 碳之生產，同時，將電極端6向下移動，以使電流僅通過 反應部分20及26。蒸氣僅由進口 21及30注入。然後發琨， 收獲產物之ΐ 〇 d i n e N u in b e r仍維持於1 0 0 0至1 2 0 0之範圍， 而 Cfirbon Tetrachloride Activity 仍維持於約 60 至 65。 再將電極端6向下移動，同時，持續該經耗盡碳之生產| W使雷流僅通遇反應部分26。蒸氣僅由進口 30注人。然後 發琨，收獲產物之I 〇 d ί n e N u hi b e r係於約7 5 0至9 0 0之範圍 間，而Carbon Tetrachloride Activity 之範圍係由 45至 55。該些侑太低而無法為大部分之商業應用所接受。然後 ，將蒸氣由進口 21及30注入，同時，保持電極端6於原位 -1 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----：----.裝------訂------.線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（12 ) ，W使霉流備通過部分21。然後發琨，收獲產物之 Tod i ne Numbe「條於900至〗〇〇〇之範圍間’而Carbon Tet. rach- loride Activity 係於 55 至 60 之範圍間。該些 侑可為許多商業應用所接受。因此，對於此種應用’令電 檷端β維持於較低之接觸點，以使電流僅通過最低之反應 部分，艮今蒸氣由進口 21及30注入。如須經高度活化碳’ 可將雷極端置於中間位置，以使電流僅通過反應部分20及 2R，並令蒸氣由進口 21及30注入。 ----：----β-------ir------k (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 -15- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）