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Verfahren und Reaktor zum Herstellen von geblasenem Bitumen
Zur Steigerung des Erweichungspunktes von Bitumen sowie in Fällen, wo ein zu Bitumen zu verarbeitender Erdölrückstand oder ein sonstiges Ausgangsmaterial keine genügende Menge an bituminösen Anteilen enthält, oder ein Bitumen von besonderen Eigenschaften hergestellt werden soll, wird das auf eine entsprechende Temperatur erwärmte Ausgangsmaterial mit Luft verblasen.
Von den bisher benutzten einfachsten, absatzweise arbeitenden Blasanlagen mit liegendem Kessel ist man auf die Verwendung von Blaskolonnen übergegangen, in denen eine innigere Berührung zwischen Ausgangsmaterial und Luft erreicht werden kann. Die Qualität des geblasenen Bitumens ist nämlich umso besser, je kürzer der bituminöse Stoff der Wärmewirkung ausgesetzt wird, und die Zeitdauer der Verblasung kann umso kürzer gehalten werden, je inniger die Berührung zwischen Luft-und Bitumenteilchen ist.
Seit längerer Zeit sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der Qualität von Bitumen und bituminösen Stoffen vorgeschlagen worden. Manche dieser Verfahren verwirklichen das Vermischen von bituminösem Material mit Luft in einem Luftraumreaktor im Gegen- oder im Gleichstrom. Mit diesen Verfahren und Vorrichtungen kann aber kein ausreichendes Vermischen von Flüssigkeit und Luft erreicht werden.
Es wurden ferner Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, mit welchen das Verblasen in einem mit Flüssigkeit zumindest teilweise gefüllten Raum erfolgt. Solche Verfahren und Vorrichtungen haben den Vorteil, dass das Vermischen von Flüssigkeit und Luft intensiver erfolgt, als in einem lediglich mit Luft gefüllten Raum, haben aber den Nachteil, dass zur Einführung von Flüssigkeit und Luft separate Vor-
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mischt, sodann einem Dampfabscheider zugeführt wird, in dem die flüchtigen Gase oben entweichen und das geblasene Produkt unten abgeleitet wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass das Röhrensystem infolge Verkokung und Verschmutzung schwer zu reinigen ist, weiters, dass die Zirkulation bloss mit einer Heissölpumpe aufrechterhalten werden kann.
Die Vorrichtung, in der zur Durchführung der Reaktion, des Dampfabscheidens und der Zirkulation mehrere separate Apparaturen benötigt werden, ist daher umständlich und kostspielig, ausserdem ist ein Produkt gleichmässiger Zusammensetzung nur schwer zu gewinnen.
Gemäss einem weiteren bekannten Vorschlag kann die Kontinuität des Verfahrens nur dann gewährleistet werden, wenn mehrere Apparaturen nacheinandergeschaltet werden. Diese haben überdies den Nachteil, dass sie aus mehreren Geräten zusammengestellt sind, was allein schon zur Erhöhung der Investitions-und Betriebskosten führt.
Nach einer weiteren Methode kann das Verblasen in einem mit Flüssigkeit gefüllten Kessel mit durch eine Leitung eingeführter Luft erfolgen. Die Ablaufhöhe des verblasenen Bitumens ist äusserst genau ein-
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Ein Ausführungsbeispiel des Reaktors und dessen Wirkungsweise wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der Blasanlage nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-11 in Fig. l ; Fig. 3 ist ein Längsschnitt der Düse in grösserer Darstellung.
Das vorgewärmte Ausgangsmaterial wird durch eine Rohrleitung 1, die Blasluft durch eine Rohrleitung 2 der in den Reaktor mündenden Düse 3 zugeführt. Der Reaktor besteht aus zwei koaxialen Kreiszylindern. Der äussere Zylindermantel 10 ist mit irgendeiner bekannten Heizung versehen. Der innere Zylindermantel 11 dient zur Trennung der aufwärts- und abwärtsführenden Zonen voneinander.
Der innere Zylinder stützt sich auf ein Gitter 12 und zwischen den beiden Zylindermänteln sind nicht gezeichnete Distanzgruppen vorgesehen. In den Zwischenraum zwischen den beiden Zylindermänteln,
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ein, und aus derselben Zone zweigen Stutzen 4 zum Austragen des Produktes und Stutzen 9 für die
Entnahme von Proben ab.
Im oberen erweiterten Reaktorkopf sind Schaumbrecherplatten 8 angeordnet. Die Gase und Dämp- fe werden aus dem Reaktorkopf über Stutzen 7 abgeführt.
Der Weg des Bitumens ist mit voll gezeichneten, die Ströme von Luft, Gasen und Dämpfen mit gestrichelten Linien angedeutet.
Zur Durchführung der Verblasung wird der innere Raum des Reaktors mittels einer Pumpe mit vorgewärmtem Ausgangsmaterial gefüllt, wobei vorerst nur so viel Luft durch die in den eingeschnürten Teil der Düse 3 einmündende Leitung 2 eingeführt wird, dass kein Material in die Luftleitung 2 dringen kann. Nachher aber wird das eingefüllte Ausgangsmaterial durch die nunmehr in der bei der Verblasung üblichen Menge eingeführte Luft, die an der Austrittsöffnung der Leitung 2 mit hoher Geschwindigkeit austritt, mitgerissen und zu Schaum zerstäubt. Der im Zylinder aufwärtsströmende Schaum schlägt gegen die Schaumbrecherplatten 8 und strömt in gebrochenem Zustand durch die Zone zwischen den beiden Zylindern 10,11 abwärts, um aus dem unteren Ende dieser Zone durch das Gitter 12 wieder in die innere Zone zurückgeführt zu werden.
Das Verblasen wird bis zum Erreichen der gewünschten, an den Probierhähnen 9 kontrollierten Qualität des geblasenen Bitumens fortgesetzt, und schliesslich wird das Produkt durch den bisher gesperrt gehaltenen Stutzen 4 abgelassen. Falls das Bitumen in der abwärtsführenden Zone bei der Probenahme zu viel Schaum aufweist, wird durch die Leitung 6 Frischluft im Gegenstrom eingeblasen. Sobald die Betriebsverhältnisse konstant sind, kann man auf kontinuierlichen Betrieb einfach dadurch übergehen, dass man dem Reaktor durch die Leitung 1 dauernd eine dem beim Stutzen 4 entnommenen Endprodukt entsprechende Menge frischen Rohstoffes zuführt.
Be is pie 1 1 : Es wurden 150 kg Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 420C und einer Penetra- tion 204 bei 25 C bei einer Temperatur von 150 bis 1600C und einem Überdruck von 0, 3 atü in den inneren Raum von 160 l Inhalt eines nach der Zeichnung mit 220 1 ganzem Rauminhalt bemessenen Blasgefä- sses gepumpt und während der Einspeisung dem Bitumen 30 l/min Luft (unter Normalbedingungen) zugeführt. Nach Abstellung der Bitumenzufuhr wurde der Verblaser auf 2500C erhitzt und das Bitumen durch Einblasen einer auf 150 l/min erhöhten Luftmenge (unter Normalbedingungen) 4 h lang im Kreislauf gehalten.
Das so verblasene Bitumen hatte einen Erweichungspunkt von 850C, eine Penetration 32 bei 250C und als Fraass-Brechungspunkt wurde eine Temperatur von-12 C gemessen. Nachher wurde die Anlage 10 Tage lang Tag und Nacht in kontinuierlichem Betrieb gehalten. Je 24 h wurden 800 kg Bitumen eingeführt und praktisch ebensoviel Produkt mit den folgenden Eigenschaften gewonnen ; Erweichungspunkt 84 C, Penetration 32 bei 25 C, Fraass-Brechungspunkt-12 C. Die Menge der aus dem insgesamt eingesetzten 8150 kg Bitumen entstandenen Verblasungsdestillate und Gase betrug 150 kg.
Beispiel 2 : Diesmal wurde ein Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 470 C und einer Penetration 120 bei 250C in derselben Weise, wie in Beispiel 1 angegeben, verblasen. Das Endprodukt hatte die folgenden Eigenschaften : Erweichungspunkt 85 C, Penetration 25 bei 25oC, Fraass-Brechungspunkt - iloc.
Gegenbeispiel zu Beispiel 1 :
Unter Beibehaltung der herkömmlichen Art der Luftzuführung, bei der Luftstrahlen durch im Kreis verteilte Bohrungen eines im Bodenteil der Blaskolonne angeordneten Luftverteilers eintreten, musste eine
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Gegenbeispiel zu Beispiel 2 : Unter Beibehaltung der im vorgehenden Gegenbeispiel näher bezeichneten herkömmlichen Art der
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aus nicht den Forderungen, die gegenüber einem geblasenen Bitumen von 850C Erweichungspunkt gestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von geblasenem Bitumen oder bituminösen Stoffen, wobei das Vermischen und das innige Berühren des zu verblasenden Materials mit dem als Oxydationsstoff verwendeten Gas oder Gasgemisch in einem oder in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren mit zusammenhängendem Flüssigkeitsraum durchgeführt wird, wobei jeder Reaktor eine sich an eine aufwärtsführende Zone anschliessende abwärtsführende Zone oder mehrere derartige Zonenpaare in Reihenschaltung enthält, da- durch gekennzeichnet, dass man in dem Reaktor aus vorgewärmtem Ausgangsmaterial mit in eine oder in mehrere aufwärtsführende Zonen in Form von das Ausgangsmaterial in dispersem Zustand fein zerteilenden und mitreissenden Strahlen eingeblasener,
zugleich auch als Fördergas wirkenden Luft Schaum bildet, diesen Schaum während seiner Überleitung in die abwärtsführende Zone oder Zonen mindestens teilweise bricht und das geblasene Bitumen aus der letzten oder derjenigen abwärtsführenden Zone, in der es die gewünschten Eigenschaften bereits angenommen hat, austrägt.
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