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Verfahren zur Herstellung bituminöser Mischungen
Es ist bekannt, dass die Einwirkung von Wasser unter gewissen Umständen die Qualität von bimminö- sen Mischungen verbessert u. zw. sowohl durch bessere Umhüllung der Festteilchen als auch durch Erzie- lung einer gleichmässigeren Verteilung der Bindemittelfilme auf den Oberflächen der Festteilchen, was den Wirkungsgrad des Bindemittels und die Verklebung der Festteilchen miteinander erhöht.
Zur Herbeiführung dieser Wirkung des Wassers wurden im allgemeinen folgende Wege beschritten :
Anwendung von wässerigen Bitumenemulsionen, Zusatz von Haftmitteln (Netzmitteln) zum Bitumen und
Einleitung von Dampf in bituminöse Gemische.
Die Anwendung von Bitumenemulsionen erhöht die Kosten und führt nicht immer zu dengewünschten
Resultaten. Auch der Zusatz von Netzmitteln verteuert das Mischverfahren und erfordert einen zusätzli- chen Arbeitsgang zum Einmischen des Netzmittels in das Bitumen.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet bituminöser Mischungen ist die Brikettiertechnik. Der bei der Her- stellung von Briketts immer angewendete Dampf wirkt durch das aus ihm kondensierte Wasser. Diese Wir- kung des Wassers beruht darauf, dass es die Grenzflächenspannung (Oberflächenspannung) des Bindemittels (Pech) verringert und seine Ausbreitung durch Spreiten begünstigt, wodurch der Wirkungsgrad des Bin- demittels erhöht wird (Spreiteffekt). Näheres über diese Vorgänge ist u. a. in der Arbeit "Grenzflächen- vorgänge am System Wasserbituminöse Bindemittel", veröffentlicht in der Zeitschrift "Bitumen, Teere,
Asphalte, Peche", 1954, Seite 103-107 und 1955, Seite 12-20, zu finden.
Sehr deutlich wird diese Wirkung des Wassers bei der Brikettherstellung, wo es schon seit langer Zeit bekannt ist, dass eine Zugabe von Sattdampf zum Kohle-Pechgemisch eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Pechs und damit eine Verringerung des Pechzusatzes bewirkt. Es hat sich aber gezeigt, dass das kon- densierte Wasser in Form von Porenwinkelwasser zu Klumpenbildung von noch unbituminierten Teilchen führen kann, die eine vollständige Bituminierung der Oberfläche aller Festteilchen verhindert.
Eine wirksamere Art der Vermischung von Festteilchen mit Bitumen, welche die individuelle Umhül- lung auch kleinerer Teilchen mit dünnen Bitumenfilmen ermöglicht, besteht darin, dass der Knetvor- gang ausgeschaltet wird und die Festteilchen im vorübergehenden Schwebezustand mit zerstäubtem. Bitu- men vermischt werden (Impact-Verfahren).
Es hat sich auch bei diesem Verfahren gezeigt, dass die Wirkung des Bindemittels unter gewissen Um- ständen durch die Einwirkung von Wasser auf das Mischgut verbessert werden kann. Zur besonders wirksa- men Ausnutzung des Spreiteffektes muss hiebei jedoch angestrebt werden, dass Wasser bzw. Dampf und Pech gleichzeitig auf jedes einzelne Festteilchen treffen, damit die Spreitung schon erfolgt, bevor soviel
Wasser zugegen ist, dass mehrere Festteilchen durch Porenwinkelwasser kapillar zusammengeballt werden, weil innerhalb der Zusammenballungen eine Bindemittelumhüllung der Einzelteilchen nicht stattfinden kann. Ausserdem übt der Sattdampf seine Wirkung nur bei einer Temperatur unter 100 C aus.
Wenn da- her Dampf zur Verbesserung des Spreiteffektes verwendet wird, muss die Temperatur im Mischer unter 1000C bleiben, sonst kondensiert der Dampf nicht und es entsteht kein die Spreitwirkung des Bindemittels verbesserndes Wasser.
Das Vermischen von Feststoffteilchen mit Bindemittel im Schwebezustand, nach dem obengenannten
Impact-Verfahren, erfordert aber ein feinst vemebeltes, also dünnflüssiges Bitumen, welches. aus sprüh- technischen Gründen eine Temperatur von mindestens etwa 1600 aufweisen muss.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von Mischungen aus Feststoffen und bitumi- nösen Bindemitteln, bei welchem das Bindemittel unter hohem Druck in eine Masse feinster staubförmiger
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bis kömiger Feststoffe eingesprüht wird, wobei erfindungsgemäss dem unter hohem Druck stehenden, heiss- flüssigen Bindemittel Wasser unter entsprechendem Druck, also überhitztes Wasser, zugesetzt wird und die Mischung beider Komponenten unter Flüssigkeitsdruck auf die zweckmässig erwärmten Feststoffe gesprüht wird.
Dies wird beispielsweise so durchgeführt, dass etwa 1750 heisses Bitumen unter einem Druck von etwa 20 atü den Sprühdüsen zugeleitet wird, und kurz vor den Düsen in die Bitumenleitung überhitztes Wasser von ebenfalls 175 und etwa 21 atü in das Bitumen eingedrückt wird. Wasser und Bitumen vermischen sich dann so, dass eine Art von Emulsion gebildet wird. Unmittelbar nach Austritt aus der Düse wird das in der Emulsion enthaltene überhitzte Wasser zum Teil schlagartig verdampfen, da die Emulsionströpfchen nach der Versprühung unter normalem Luftdruck stehen und die Dampfbläschen können mit den Bindemitteltröpfchen einen Schaum bilden, der aus besonders dünnen Bindemittelhäutchen besteht.
Das restliche, jetzt durch die Teilverdampfung auf 1000 abgekühlte Wasser trifft dann bei Siedetemperatur in Form kleinster Tröpfchen mit dem Bindemittelschaum und gegebenenfalls verbliebenen Bindemitteltröpfchen zusammen auf die getrockneten und zweckmässig auf zirka 95-100 erhitzten Festteilchen im Mischtrog.
Die verbliebenen Pechtröpfchen können so leicht auf den mit Wasser benetzten Festteilchen spreiten.
Da hiebei die Wassertröpfchen unmittelbar zusammen mit Dampf und Bindemittel auf die Festteilchen auftreffen, besteht kaum die Gefahr, dass mehrere Teilchen durch Porenwinkelwasser zu Klumpen zusammengeballt werden, bevor sie mit dem Bindemittel in Berührung kommen. Es wird hier also eine weitgehende Umhüllung der Festteilchen mit feinsten Bitumenfilmen ermöglicht.
Bei der bisher üblichen Zugabe des gesamten Wassers in Dampfform muss das Festgut erheblich unter der Kondensationstemperatur gehalten werden, damit die gesamte Dampfmenge kondensieren kann und damit aktionsfähig wird, ohne dass durch die freiwerdende Kondensationswärme das Festgut über 1000 erwärmt wird, weil sonst eine weitere Dampfkondensation nicht mehr stattfinden kann. Beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgt die Zugabe der Hauptwassermenge in flüssiger Form. Dies erlaubt von Anfang an eine höhere Temperatur der Festteilchen. Dadurch wird das Bindemittel beim Auftreffen auf die Festteilchen nicht so stark abgekühlt und übt seine Wirkung in entsprechend flüssigem Zustand aus.
Da die Durchführung des Verfahrens die Anwendung hohen Druckes verlangt, so erscheint es zweckmässig, das Verfahren in Verbindung mit dem oben erwähnten Mischprozess durchzuführen, in welchem das Festgut in einen vorübergehenden Schwebezustand versetzt und das unter hohem Druck stehende flüssige Bindemittel auf diese Schwebezone aufgestäubt wird. Beim erfindungsgemässen Vorgehen erfolgt dann die Zerstäubung des ebenfalls unter hohem Druck stehenden Gemisches aus Bindemittel und überhitztem Wasser.
Als Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachfolgend seine Verwendung für die Kohlenbrikettierung an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert, die einen Querschnitt durch eine Anlage zur Herstellung von pressfertigem Brikettiergut darstellt.
Die getrocknete und auf etwa 95 erwärmte Feinkohle wird in einem besonderen Mischbehälter l mit Hilfe von auf gegenläufig rotierenden Wellen 2 befestigten Wurfschaufeln 3 hochgewirbelt, so dass sich eine Schwebezone 4 von Festteilchen bildet. In Druckdüsen 5 wird ein Gemisch gebildet, von etwa gleichen Teilen Pech von zirka 1750 bei etwa 20 atü Druck und überhitztem Wasser, von etwa gleicher Temperatur unter einem Druck von etwa 21 atü. Das heisse Pech fliesst durch die Leitung 6 zu den Düsen 5 und kurz vor den Düsen wird durch die Leitung 7 überhitztes Wasser in die Heisspechleitung eingedrückt. In die Leitung 7 ist ein Rückschlagventil 8 und ein Abschlussventil 9 eingebaut.
Das Gemisch wird auf die Schwebezone 4 der Festteilchen gesprüht, u. zw. in einer Menge, dass das pressfertige Brikettiergut etwa 4 Grew.-% Pech und etwa 4 Grew.-% Wasser enthält.
Das beschriebene Verfahren kann u. a. auch verwendet werden zur Erzbrihettierung, zur Herstellung von bituminösen StasseI1baumaösen, Bodenbelägen, Platten, usw.
Gegenüber der bei den üblichen Mischverfahren angewendeten, getrennten Bindemittel- und Dampfzugabe weist das beschriebene Verfahren noch folgende Vorteile auf. Die Zugabe des Wassers nicht in Dampf-, sondern in flüssiger Form erlaubt die Einbringung von kapillaraktiven Zusätzen zum Wasser, mit denen die Schaumbildung und die Spreitneigung verbessert und die Benetzung und Füllung der Poren (z. B. in Kohleteilchen) durch das Wasser begünstigt werden kann. Bei der Zugabe des Wassers in Dampfform wird dagegen praktisch destilliertes Wasser zugegeben. Es müssen in diesem Fall eventuelle Zusätze in das Bindemittel eingemischt werden, was viel umständlicher ist.
Unter Bitumen und bituminösen Bindemitteln wird hier verstanden : alle Arten Asphalte und Erdölrück- stände, ferner Produkte aus der Teerdestillation, wie Teer und Teerpech.